Гидравлические вяжущие. Требования к качеству, условия применения по разновидностям.

Неорганические вяжущие вещества представляют собой искусственные порошки, способы при смешивании с водой образовывать вяжущее тесто, которое, твердея, постепенно переходит в вяжущий камень. В зависимости от среды твердения неорганические вяжущие вещества подразделяют на группы: воздушные, гидравлические и автоклавные вяжущие.

Гидравлические вяжущие (вяжущие гидравлического твердения), например, гидравлическая известь, романцемент, портландцемент, которые затворяются водой и твердеют в воде или во влажных условиях, исключающих сушку.

По своему химическому составу гидравлические вяжущие вещества представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех видов: СаО-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃. Эти соединения образуют три основные группы гидравлических вяжущих: силикатные цементы, состоящие преимущественно (на 75%) из силикатов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидности - главные вяжущие современного строительства; алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты; главным из них является глиноземистый цемент и его разновидности; гидравлическая известь и романцемент.

Портландцементом –продукт тонкого помола клинкера, получаемого обжигом до спекания (1450⁰С) сырьевой смеси, состоящей из кальциевых карбонатных и глинистых пород, взятых в соотношении по массе 3:1.

Клинкер – это искусственный камень, полученный спеканием горных пород.состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глины, мергеля доменного шлака и др.). Небольшая добавка гипса регулируем сроки схватывания портландцемента.

Требования к качеству:

Тонкость помолацемента оценивается по стандарту путем просеивания предварительно высушенной пробы цемента через сито с сеткой № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не ме­нее 85% массы просеиваемой пробы.

Плотностьпортландцемента (без минеральных добавок) составляет 3,05-3,15. Его насыпная плотность зависит от уплотнения и у рыхлого цемента составляет 1100кг/м³, у сильно уплотненного - до 1600 кг/м³, в среднем - 1300 кг/м³.

Водопотребность цемента определяется количеством воды (в % от массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста считают такую его подвижность, при которой цилиндр-пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопотребность портландцемента в пределах от 22 до 28%. При введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки), водопотребность цемента повышается и может достигнуть 32-37%.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют в тесте нормальной густоты.Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы в тесто нормальной густоты. Начало схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1-2 мм. Конец схватывания - время от начала затворения до того момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1-2 мм. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания - не позднее 10 час от начала затворения. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера на цементном заводе вводят добавку двуводного гипса.

Активность и марка портландцемента. Активность и марку определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1:3 (по массе) и В/Ц = 0,4, через 28 сут твердения (первые сутки образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 сут - в воде при комнатной температуры). Образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм - сжатие. Портландцемент разделяют на марки 400, 500, 550, 600.

Специальные виды портландцемента

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) - портландцемент с минеральными добавками, отличающийся повышенной проч­ностью через 3 сут твердения, более половины его марочной прочности. Сумма С₃S + С₃А в клинкере - обычно не менее 60-65%.

Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент (ОБТЦ) марки 600 в возрасте 1 сут имеет предел прочности 20-25 МПа, а через 3 сут - 40 МПа. Такой быстрый рост прочности обуславливается содержанием С₃S до 65-68%, С₃А - до 18%, тонкость помола около 4000 см²/г. Применение ОБТЦ позволяет: снижать расход цемента на 15-20%. Эти цементы применяются в производстве сборных железобе­тонных конструкций, а также при зимних бетонных работах.

Сверхбыстротвердеющий цемент (СБТЦ), разработанный на основе специального минерального состава, дает раннюю проч­ность через 1-4 часа.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют на основе клинкера содержащего не более 50% С₃S, 5% С₃А и 22% С₃S + С₄АF. Сульфатостойкий портландцемент предназначается не только для изготовления бетонов, подвергающихся действию сульфатной коррозии, но и для бетонов повышенной морозостойкости, обе­спечивается прежде всего пониженным содержанием трехкальциевого алюмината.

Пластифицированный портландцемент изготовляют путем вве­дения при помоле клинкера около 0,25% ЛСТ (считая на сухое вещество). Он отличается от обычного портландцемента способ­ностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность. Пластифицирующий эффект используется для уменьшения водоцементного отношения, повышения морозостойкости и водонепроницаемости бетона. Если же сохранить В/Ц, то можно снизить расход цемента (примерно на 10-15%) без ухудшения качества бетона.

Гидрофобный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера 0,1-0,2% мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих веществ. Он обладает пониженной (по сравнению с обычным цементом) ги­гроскопичностью, лучше сохраняет свою активность при хранении и перевозках. Гидрофобный портландцемент пластифицирует бе­тонные и растворные смеси, повышает морозостойкость и водоне­проницаемость бетона.

Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного помола клинкера и активной минеральной добавки с необходимым количеством гипса. Добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) должно быть не менее 20% и не более 30%, а вулканических добавок (пемзы, туфа), а также глиежа или пливной золы - не менее 25% и не более 40%. Активная минеральная добавка вначале адсорбирует, а затем химически связывает гидроксид кальция, образующийся при взаимодействии алита с водой. Пуццолановый портландцемент обладает сравнительно небольшим тепловыделением и часто применяется для бетонов внутрен­них частей массивных сооружений (плотин, шлюзов и т.п.).

Шлакопортландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Он получается путем совместного гонкого помола клинкера и гранулированного доменного (или электротермофосфорного) шлака с необходимым количеством гип­са. Допускается раздельный помол компонентов и их последующее смешение. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21% и не более 80% (от массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или активной мине­ральной добавкой.

Незначительное содержание в цементном камне Са(ОН)₂ по­вышает стойкость шлакопортландцемента в мягких и сульфатных водах по сравнению с портландцементом. Тепловыделение при твердении шлакопортландцемента в 2-2,5 раза меньше, чем у портландцемента, поэтому он является самым подходящим цементом для бетона массивных конструкций. Шлакопортландцемент выгодно отличается от пуццоланового портландцемента умеренной водопотребностью, более высокой воздухостойкостью и морозостойкостью. Он успешно применяется как для надземных, так и подземных и подводных частей сооружений. Стоимость его на 15-20% ниже стоимости портландцемента. Жаростойкость шлакопортландцемента значительно выше, чем у портландцемента, поэтому он широко используется для изготов­ления жаростойких бетонов.

Быстротвердеющийшлакопортландцемент М400 за 3 сут твер­дения должен приобрести прочность при сжатии не менее -200 кгс/см² (20 МПа), при изгибе - не менее 35 кгс/см² (3,5 МПа). Этот вид цемента эффективно применять в производстве бетонных и железобетонных изделий, изготовляемых с применением тепло-влажностной обработки.

Гипсоцементнопуццолановыевяжущие (ГЦПВ) получают, сме­шивая полуводный гипс (50-75%), портландцемент (15-25%) и ак­тивную минеральную добавку (10-25%) по массе - трепел, диа­томит и т.п. Эти вяжущие относят к числу гидравлических и применяют в заводском производстве санитарно-технических ка­бин, стеновых панелей и других конструкций.

Клинкер белого цемента изготовляют из чистых известняков и белых глин, почти не содержащих оксидов железа и марганца, которые придают обычному портландцементу зеленовато-серый цвет. Обжигают сырьевую смесь на беззольном (газовом) топливе. При помоле клинкера предохраняют цемент от попадания в него частиц железа.

В качестве эталона для определения степени белизны приме­няют молочное матовое стекло типа МС-14 с коэффициентом от­ражения не менее 95%. Степень белизны, определяемая коэф­фициентом отражения (в % абсолютной шкалы), должна быть для белого портландцемента 1-го сорта - не ниже 80%, 2-го сорта - 75%, 3-го сорта - 68%; цемент выпускают М400 и М500.

Цветные декоративные портландцементы получают, примешивая к белому цементу щелочестойкие пигменты (охру и др.).

Тампонажный портландцемент изготовляют измельчением клинкера, гипса и добавок. Он предназначен для цементирования нефтяных и газовых скважин. Цемент для холодных скважин испытывают при температуре 22±2°С, для горячих скважин - при 75±3°С. Основная прочностная характеристика цемента - предел прочности при изгибе образцов-балочек размером 4х4х16 см, изготовленных из цементного теста с В/Ц = 0,5. Предусматривают выпуск специальных разновидностей портландцемента: утяжелен­ного, песчанистого, солестойкого, низкогигроскопичного.

Вопрос №15