Расширяющиеся цементы
Портландцемент и материалы на его основе при твердении на воздухе обнаруживают усадку. Так, тесто на портландцементе при В/Ц = 0,45 имеет усадку на воздухе около 2,5 мм/м, а раствор на том же цементе ~1 мм/м. Из-за этого при бетонировании протяженных конструкций, например, покрытий полов, на них появляются трещины. В то же время растрескивание бетона абсолютно недопустимо, например, для конструкций, работающих под давлением воды, таких, как трубы, резервуары и т. п. Для этих целей применяют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы.
Расширяющиеся цементы даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме при твердении. Безусадочные цементы это расширяющиеся цементы, у которых расширение только компенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым. В случае, если расширяющиеся цементы используются в железобетонных конструкциях, эффект рас ширения вяжущего может вызывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что дополнительно защитит бетон от образования трещин. Такие цементы называют напрягающими.
Для строительных целей в основном используют цементы, в которых расширение достигается с помощью образования эттрингита — гидросульфоалюмината кальция ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • (31 - 32) Н2О. Образование эттрингита возможно при взаимодействии алюминатов и сульфатов кальция в водной среде. Как видно из формулы, в состав эттрингита входит большое количество воды. Именно это обстоятельство обеспечивает эффект расширения: исходные твердые продукты, взаимодействуя друг с другом и гидратируясь (т. е. присоединяя воду), увеличиваются в объеме в 2...2,5раза.
В твердеющем материале на расширяющемся цементе протекают два процесса — расширение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита с увеличением объема новообразований и ростом внутренних растягивающих напряжений, и препятствующий расширению процесс — рост прочности самого цементного камня.
Если образование эттрингита будет протекать раньше, чем у цементного камня появится хотя бы небольшая прочность, то эттрингит будет сжимать податливую гелеобразную массу и заметного расширения не произойдет.
Если эттрингит будет образовываться в то время, когда цементный камень набрал достаточно высокую прочность, то напряжения, обусдовленные ростом кристаллов эттрингита в ограниченном объеме, могут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного камня, как это имеет место при сульфатной коррозии.
Таким образом, главная задача при разработке составов расширяющихся и безусадочных вяжущих - правильный выбор не только количества образующегося эттрингита, но и момента его образования относительно процесса формирования структуры цементного камня. Для различных видов расширяющихся цементов период наиболее интенсивного и безопасного расширения цементного камня составляет от 12 ч до 3…7суток в зависимости от свойств основного структурообразующего вяжущего.
При изготовлении железобетонной конструкции на напрягающем цементе энергия расширения вяжущего частично идет на создание растягивающих напряжений в арматуре. Реакция арматуры вызывает в бетоне сжимающие напряжения. Таким образом, получаются самонапряженные железобетонные конструкции высокой плотности и трещиностойкости. Такой метод самонапряжения используется при бетонировании емкостей для хранения газов и жидкостей, устройстве гидроизоляционных слоев. Например, при бетонировании чаши стадиона в Лужниках, которая одновременно является и крышей для помещений внизу, и полом, на котором находятся скамьи для зрителей, для обеспечения водонепроницаемости использовалась смесь на основе напрягающего цемента.
Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяю-щихся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовыравнивания, а эффект безусадочности гарантирует трещиностойкость. Быстрое твердение и защитные полимерные добавки обеспечивают необходимое количество воды для протекания полной гидратации без какого-либо специального ухода.
| Лекция 9. МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ Заполнители для бетонов и растворов Общие сведения В силу ряда причин изделия из одних только вяжущих не изготавливают. Вяжущие имеют высокую стоимость, обладают повышенной усадкой и ползучестью. Для исправления этих недостатков в изделия на основе минеральных (неорганических) вяжущих при их изготовлении вводят инертные материалы различной крупности, которые принято называть заполнителями. Заполнители для бетонов и растворов — это природные или искусственные каменные сыпучие материалы, состоящие из отдельных зерен. Термин «заполнитель» указывает на роль этого материала в бетонах и растворах: заполнитель занимает до 85 % от общего объема бетона. Стоимость обычных заполнителей значительно меньше, чем стоимость вяжущего. Следовательно, чем больше в бетоне заполнителей, тем бетон дешевле. Однако этим не исчерпывается роль заполнителей. Так, в цементных бетонах и растворах они снижают усадку материала и повышают его трещиностойкость. Кроме того, заполнители во многом определяют свойства бетона. Например, используя в качестве заполнителя чугунную дробь и железные руды, получают особо тяжелый бетон, защищающий от ионизирующих излучений, а применяя пемзу, керамзит или вспученные шлаки — легкий бетон, обладающий хорошими теплоизолирующими свойствами. В зависимости от размера зерен заполнитель бывает: • мелкий (песок) — зерна 0,16...5 мм; • крупный — зерна 5...70 мм. Крупный заполнитель в зависимости от формы зерен называют щебнем — зерна неправильной формы с шероховатой поверхностью или гравием — зерна округлой формы с гладкой поверхностью. Щебень получают дроблением более крупных кусков, в том числе и гравия. Заполнители как крупные, так и мелкие могут быть: • природными, добываемыми в карьерах и подвергаемые только рассеву, промывке и, если это необходимо, дроблению; • искусственными, получаемыми из промышленных отходов (металлургических шлаков, зол электростанций и т. п.) или специальной обработкой природного сырья (из глины получают керамзит, из перлита — вспученный перлит и др.). |
Мелкий заполнитель (песок)
Различают природный и искусственный мелкие заполнители.
Природный песок— рыхлая смесь зерен крупностью 0,16...5 мм — состоит главным образом из зерен кварца SiO2; возможна примесь полевых шпатов, слюды, известняка. Реже встречаются пески иного состава, например полевошпатные, известняковые. Насыпная плотность природного песка 1300... 1600 кг/м3.
По происхождению природные пески разделяют на горные (овражные), речные и морские.
Искусственные пески,используемые значительно реже, бывают тяжелые и легкие. Тяжелые пески, получаемые дроблением плотных горных пород (базальта, диабаза, мрамора), применяют для специальных целей (отделочные растворы, кислотостойкие растворы и бетоны).
Легкие пески получают дроблением пористых горных пород (пемза, туф) или изготовляют специально. Например, перлитовый песок получают термическим вспучиванием вулканических стекол; керамзитовый — обжигом глиняного сырья. Эти пески применяют для теплоизоляционных и акустических растворов и бетонов.
Поступающий на строительство песок должен отвечать требованиям ГОСТ 8736—93 и 8735—88 по зерновому составу, наличию примесей и загрязнений.
Зерновой состав песка определяют на стандартном наборе сит с размерами ячеек: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. Навеску сухого песка просеивают через набор сит и определяют сначала частные (%) (а 2,5; а 1,25; а 0.63 и т. д.), а затем полные {A2,5 ; A 1,25 и А 0,63 и т. д.) остатки на каждом сите. Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и всех ситах большего размера. Размеры полных остатков характеризуют зерновой состав песка.
На основании результатов ситового анализа рассчитывают модуль крупности песка:
Мк = (A2,5 + A 1,25 + А 0,63 + А 0,315 + А 0,16 )/100
В зависимости от Мк и А 0,16 пески подразделяют на группы по крупности. Для строительных растворов рекомендуется применять пески с модулем крупности не менее 1,2, а для бетонов — не менее 2.
Для бетонов применяют песок крупностью не более 5 мм, для растворов, используемых для замоноличивания сборных железобетонных конструкций и заполнения швов при монтаже панелей,— также не более 5 мм; для растворов, служащих для кладки кирпича, камней правильной формы и блоков,— не более 2,5 мм; для штукатурных отделочных растворов — не более 1,25 мм.
Присутствие в песке пылеватых и особенно глинистых примесей снижаетпрочность и морозостойкость бетонов и растворов. Количество таких примесей определяют отмучиванием (многократной промывкой водой). В природном песке пылеватых и глинистых примесей должно быть не более 3 % по массе, причем содержание собственно глины не должно превышать 0,5 %.
Присутствие в песке органическихпримесей замедляет схватывание и твердение цемента и тем самым снижает прочность бетона или раствора. Для оценки количества органических примесей пробу песка обрабатывают раствором едкого натра NaOH и сравнивают цвет раствора с эталоном. Если цвет раствора темнее эталона, песок нельзя использовать в качестве заполнителя.
| Крупные заполнители В качестве крупного заполнителя для бетона используют гравий и щебень. В зависимости от насыпной плотности и структуры зерен крупного заполнителя различают плотные (тяжелые) заполнители (ρнас > 1200. кг/м3), используемые для тяжелого бетона, и пористые (ρнас < 1200 кг/м3), используемые для легкого бетона. Насыпная плотностькрупного заполнителя — один из важных качественных показателей. Она зависит от плотности зерен заполни< плотность Насыпная пустотности. межзерновой его от теля> ρнас определяется путем взвешивания пробы заполнителя в сосуде. Межзерновая пустотностьпоказывает, какую долю составляют пустоты между зернами крупного заполнителя от его объема в рыхло-насыпном состоянии. Она может быть рассчитана по формуле для расчета пористости, если известны насыпная плотность ρнас заполнителя и его плотность в куске ρm α =(ρm - ρнас )/ ρm Межзерновая пустотность α обычно составляет 0,4...0,5. Это означает, что около половины объема крупного заполнителя занимает воздух. При использовании в бетоне важно, чтобы межзерновая пустотность заполнителя была возможно меньше. В этом случае снижается расход цемента при сохранении требуемых свойств бетона. Уменьшить межзерновую пустотность заполнителя можно правильным подбором зернового состава так, чтобы мелкие зерна занимали пустоты между крупными. К плотным заполнителям для тяжелого бетона относятся гравий, получаемый из природных залежей (его обработка заключается в сортировке по фракциям и промывке), и щебень, получаемый дроблением горных пород, крупных фракций гравия и плотных металлургических шлаков. Прочностькрупного заполнителя для тяжелых бетонов должна быть в 1,5...2 раза выше прочности бетона. Оценка прочности заполнителя может производиться по прочности той горной породы, из которой получен заполнитель, путем испытания выпиленных из нее кернов (цилиндрических образцов) или путем оценки дробимости самого заполнителя. Дробимость заполнителя оценивается по количеству мелочи, образующейся при сдавливании пробы заполнителя (гравия или щебня) в стальной форме под определенным усилием. Морозостойкостьзаполнителя должна также быть выше проектной морозостойкости бетона. Вредными примесямив крупном заполнителе, как и в песке, являются органические, пылеватые и глинистые. Методы их определения такие же, как и для песка. Пористые заполнителидля легких бетонов получают главным образом искусственным путем (например, керамзит, шлаковую пемзу, аглопорит и перлит). Из природных пористых заполнителей применяют щебень из пемзы, туфа и пористых известняков, которые используют в качестве местного материала. Марку пористых заполнителей устанавливают по их насыпной плотности (кг/м3). Для пористых заполнителей еще в большей степени, чем для плотных, имеет значение правильный зерновой состав. Пористые заполнители выпускают в виде фракций размерами 5... 10 мм; 10...20 мм и 20...40 мм. При приготовлении бетонной смеси их смешивают в требуемом соотношении. Керамзит — гранулы округлой формы с пористой сердцевиной и плотной спекшейся оболочкой. Благодаря такому строению прочность керамзита сравнительно высокая при небольшой насыпной плотности (250...600 кг/м3). Получают керамзит быстрым обжигом во вращающихся печах легкоплавких глинистых пород с большим содержанием оксидов железа и органических примесей до их вспучивания. Керамзит выпускают в виде гравия (гранулы 5...40 мм) и песка (зерна менее 5 мм). Марки керамзита от 250 до 600 кг/м3. Морозостойкость керамзита не менее F15. Шлаковая пемза — пористый щебень, получаемый вспучиванием расплавленных металлургических шлаков путем их быстрого охлаждения водой или паром. Этот вид пористого заполнителя экономически очень эффективен, так как сырьем служат промышленные отходы, а переработка их крайне проста. Марки шлаковой пемзы от 400 до 1000. Прочность ее соответственно от 0,4 до 2 МПа. Аглопорит — пористый заполнитель в виде гравия, щебня, получаемый спеканием (агломерацией) сырьевой шихты из глинистых пород топливных отходов. Марки аглопорита от 400 до 900. Вспученные перлитовый песок и щебень —пористые зерна белогоили светло-серого цвета, получаемые путем быстрого (1...2 мин) нагрева до температуры 1000... 1200° С вулканических горных пород, содержащих небольшое количество (1...3 %) гидратной воды (перлит и др.). |
Дата добавления: 2018-06-28; просмотров: 585;