Рідке скло і кислотостійкий цемент

Рідким склом називають силікат натрію Na₂O·nSiO₂ або силікат калію К₂O·nSiO₂. Рідке скло представляє собою в’язкий розчин, що повільно твердне на повітрі. Для прискорення твердіння вводять каталізатор – кремнієфтористий натрій.

Рідке скло застосовується при виготовленні вогнетривких фарб, отримання кислотостійкого цементу, жаростійкого бетону тощо.

Кислотостійкий цемент отримують розмішуванням у водному розчині рідкого скла дрібно розмеленого кварцового піску (може бути інший наповнювач) та кремнієфтористого натрію. Розчини і бетони на кислотостійкому цементі мають високу стійкість проти дії ряду мінеральних та органічних кислот, але руйнуються у лугах та фосфорній фтористоводневій і кремнієфтористоводневій кислотах.

Портландцемент

Портландцемент та його різновиди є основними в’яжучими речовинами в сучасному будівництві. Портландцемент відноситься до гідравлічних в’яжучих речовин, які тверднуть у воді та на повітрі. Він утворюється в результаті тонкого розмелювання обпаленої до спікання сировинної суміші вапняку та глини.

Спечена сировинна суміш з розміром грудок до 15 – 25 мм називається клінкером. Клінкер після обпалювання складається з таких клінкерних матеріалів: трьохкальцієвого силікату 3СаО·SiO₂ (40 – 65 %), двохкальці-євого силікату 2СаО·SiO₂ (15 – 40 %), трьохкальцієвого алюмінату 3СаО·Al₂O₃ (2–15%) і чотирьохкальцієвого алюмофериту 4СаО·Al₂O₃·Fe₂O₃ (10–20 %). Властивості цементу залежать в значній мірі від співвідношення цих компонентів. Для регулювання термінів твердіння під час розмелювання до клінкеру додають гіпс. Під час розмелювання клінкеру можуть вводитись активні мінеральні добавки для отримання цементу з певними властивостями.

Твердіння портландцементу починається не раніше 45 хв. після утворення розчину і завершується не пізніше 12 годин. Якщо твердіння відбувається на повітрі, то через випаровування вологи відбувається усадка бетону. При твердінні у воді іде зворотній процес – набухання. В результаті усадки в бетоні можуть виникати тріщини.

В процесі твердіння цементного тіста утворюється цементний камінь. Міцність цементного каменю швидко зростає протягом перших 3 – 7 діб, в наступні 7 – 28 діб зростання міцності сповільнюється. У вологому та теплому середовищі міцність цементного каменю може повільно зростати протягом декількох років. Твердіння портландцементу можна прискорити введенням добавок (хлористий калій, хлористий натрій та ін.).

Швидкість твердіння і міцність портландцементу зростає також при зменшенні розмірів зерен при розмелюванні клінкеру. У звичайному портландцементі розмір зерна не перевищує 0,08 мм.

Міцність портландцементу характеризується його маркою. Марку цементу встановлюють за межею міцності на згін зразків розмірами 40 х 40 х 160 мм та стискання половинок зразків, виготовлених з цементно-піщаного розчину складу 1:3 через 28 діб після виготовлення. Межу міцності при стисканні через 28 діб називають активностю цементу і за нею встановлюють марку. Наприклад, якщо при випробуванні цементу встановлена межа міцності на стискування 43 МПа, то його відносять до марки 400. Портландцементи поділяють на марки 400, 500, 550 і 600.

Вироби з портландцементу не рекомендується застосовувати там, де вони можуть піддаватись дії мінералізованої та морської води. Під дією MgCl₂, MgSO₄, NaCl та інших солей ці вироби починають руйнуватись. Захист цементного каменю від корозії здійснюють введенням активних мінеральних добавок, створенням щільних бетонів, а також застосуванням захисних покриттів з бітуму чи полімерної плівки та облицюванням склом чи керамікою.

Поряд зі звичайним портландцементом промисловість випускає велику кількість спеціальних цементів, які мають певні властивості. Так за рахунок підвищення тонкості помолу клінкеру та збільшення вмісту активних мінералів (3СаО·SiO₂) утворюється швидкотвердіючий портландцемент марок 400–700. Застосування швидкотвердіючого портландцементу дозволяє скоротити терміни виготовлення бетонних та залізобетонних виробів.

Додаванням до складу цементу гіпсу та пластифікованих добавок отримують пластифікований портландцемент. Розчини і бетони на цьому цементі мають підвищену пластичність, морозостійкість і водонепроникність

Гідрофобний портландцемент отримують введенням гідрофобних (водовідштовхуючих) добавок. Такий цемент підвищує водостійкість, водонепроникність і морозостійкість бетону.

Білі та кольорові портландцементи виробляють з сировини, що має низький вміст оксидів заліза, марганцю та хрому. До кольорових цементів додають сурик, охру, ультрамарин тощо.

Пуццолановий портландцемент отримують додаванням при розмелю-ванні клінкеру гіпсу та мінеральних добавок вулканічного походження. Такий цемент має підвищену сульфатостійкість, водостійкість та водонепро-никність, але морозостійкість невисока. Рекомендується для підводних та підземних бетонних споруд. Слід враховувати, що в сухих умовах твердіння бетону на цьому цементі практично припиняється, тому протягом двох тижнів бетони необхідно зволожувати.

Шлакопортландцементом називають гідравлічну в’яжучу речовину, яка утворюється при розмелюванні портландцементного клінкеру з доменним шлаком та невеликою кількістю гіпсу. Вміст шлаку становить 21 – 60 %. Процес твердіння такого цементу дещо сповільнений, особливо при невисоких температурах. Випускається шлакопортландцемент марок 300, 400 і 500. Він дешевший, має більшу жаро-, водо- і сульфатостійкість, але морозостійкість невисока. Випускається також швидкотвердіючий шлакопортландцемент, гіпсо-шлаковий, шлаковий безклінкерний, вапняно-пуццолановий цементи. Застосовуються портландцементи для виготовлення збірних залізобетонних виробів, які пропарюються в камерах, та для будівельних розчинів. Особливо ефективні вони в умовах дії сульфатних речовин.

Глиноземний цемент отримують обпалюванням і тонким розмелюванням вапняку з породами, що мають високий вміст глинозему Al₂O₃. Випускається він марок 400, 500 та 600. Такий цемент характеризу-ється інтенсивним набором міцності на початку твердіння: через добу він має 80 – 90 % марочної міцності. Має високу водонепроникність, водостійкість та морозостійкість, але є дорожчим за звичайний портландцемент. Глиноземний цемент використовують при термінових ремонтних та аварійних роботах, виконанні робіт в зимовий час, для бетонних і залізобетонних виробів, що працюють в середовищі сильно мінералізованих вод. Бетони на глиноземному цементі можуть працювати при температурі 1200 – 1400 ºС. Але глиноземний цемент не можна змішувати з іншими цементами і вироби на цьому цементі не можна пропарювати.

Тема 4.7. Бетони і залізобетони