|
Портландцемент (ГОСТ 970-41)
вырабатывается из естественных мергелей определенного состава (75—78% СаС03 и
25—22% Si02 + А1203 + Fe203) или из искусственной смеси, содержащей известь и
глину.
Цемент высокого качества получается лишь в том случае,
если химический состав сырья колеблется в сравнительно узких пределах; кроме
того, в сырье не должно быть значительных примесей MgC03 и S03.
Для получения цемента сырье измельчают, затворяют водой
(шлам), и оно поступает во вращающуюся обжигательную печь, где подвергается
обжигу до спекания при температуре 1450—1500°. Полученный цементный клинкер
размалывают в тонкий порошок — цемент, который после вылеживания в си- лосах
отправляют на стройки.
При затворении цемента водой в количестве 25—30% по весу
получается цементное тесто, обладающее свойством твердеть как на воздухе, так
и в воде. После периода схватывания, в течение которого цементное тесто
постепенно теряет пластичность, наступает период твердения, и тесто
превращается в цементный камень. Интенсивное твердение и соответственно
нарастание прочности наблюдаются в основном в течение первого месяца, однако
более замедленно прочность нарастает и в дальнейшем. Повышение прочности
цементного камня может происходить только в достаточно теплой и влажной
среде. Наибольшую прочность цементные изделия приобретают при твердении в
воде в течение длительного срока.
Содержание в цементе более 4,5% окиси магния MgO ведет к
неравномерному изменению объема цементного теста и к появлению трещин в
твердеющем растворе или бетоне.
В зависимости от^ механической прочности (активности)
различают шесть марок цемента — 200, 250, 300, 400, 500 и 600. Марка
характеризует числовую величину предела прочности при сжатии (в кг/см2)
трамбованных образцов из нормального
раствора, имеющего состав по весу 1 : 3 (цемент: песок) в
возрасте 28 дней. Цементы, имеющие активность более 400, называются
высокопрочными. При изготовлении образцов из пластичных растворов (не
трамбованных) цементы характеризуются марками 100, 150, 200, 300 и 400.
Свойства песка, входящего в состав раствора, оказывают
большое влияние на результаты испытания. Поэтому во всех лабораториях СССР
применяют для определения марки цемента одинаковый, так называемый нормальный
песок (из карьеров у г. Вольска), промытый и отсеянный, с крупностью зерен от
0,53 до 0,85 мм.
Большое значение для прочности цемента имеет также
тонкость его помола. Установлено, что прочность цемента повышается с
уменьшением размера его зерен, так как увеличивается их общая поверхность и
поэтому больше цемента вступает в реакцию с водой. По стандарту при
просеивании через сито с 4 900 отв/см2 должно проходить не менее 85% от
навески цемента, однако тонкость помола цемента на наших заводах превышает
эти нормы, и обычно через сито с 10 000 отв/см2 проходит более 60% цемента.
Процесс твердения цементного теста' по наиболее
обоснованной теории акад. А. А. Байкова объясняется сложными фи-
зико-химическими явлениями. Основным компонентом, входящим в состав
цементного клинкера, является трехкальциевый силикат-ЗСаО • Si02. При
затворении цемента водой происходит разложение кремнекислой соли кальция на
свободный гидрат окиси кальция и водный двухкальциевый силикат по формуле
ЗСаО • Si02 + 5Н20 = 2СаО • Si02 • 4Н20 + Са (ОН)2.
Гидрат окиси кальция Са(ОН)2 легко растворяется в воде,
вступая в соединение с растворенными в ней веществами. Таким образом,
выделение свободной извести является значительным недостатком цемента, так
как в неблагоприятных условиях может произойти разрушение уже затвердевшего
цемента. Например, при действии на цемент серной кислоты образуется гипс по
реакции
Са (ОН)2 + H2S04 = CaS04 • 2Н20,
а при действии на цемент морской воды происходит выделение
хлористого кальция по формуле
Са(ОН)2 + MgCl2 = СаС12 + Mg (ОН)2.
Сернокислый магний, действуя на гидрат окиси кальция,
выделяет гипс и гидрат окиси магния согласно следующей реакции:
Са(ОН)2 + MgS04 + 2Н20 = CaS04-2H20 + Mg (ОН)2.
Как гипс, так и хлористый кальций легко растворяется в
воде, что и приводит к вымыванию цементного камня. Поэтому портландцемент
следует применять в растворах, бетонах и в железобетонных элементах тех
сооружений, которые не подвергаются действию морской, минерализованной грунтовой
воды или такой агрессивной среды, как сточные воды фабрик и заводов,
содержащие свободные кислоты. В указанных случаях следует применять
специальные виды цементов.
Цементы с активными гидравлическими добавками
изготовляются путем совместного помола или тщательного смешивания клинкерного
цемента с 20—50% (по весу) кислой гидравлической добавки. Такой цемент
обладает большей устойчивостью против действия агрессивных (разрушающих) вод,
так как свободная известь, выделяющаяся при твердении цемента, соединяется с
активным кремнеземом гидравлической добавки, образуя почти нерастворимый в
воде гидросиликат кальция.
Гидравлические добавки, примейяемые для повышения
сопротивляемости цемента действию агрессивной среды, бывают природные и
искусственные.
К природным гидравлическим добавкам относятся: трепелы и
диатомиты (легкие осадочные породы, состоящие главным образом из аморфного
кремнезема), пеплы, туфы, трассы (легкие породы вулканического
происхождения), требующие обычно механического измельчения.
В качестве искусственных гидравлических добавок
применяются молотая кирпичная мелочь (цемянка), зола от сжигания сланцев и
бурых углей и гранулированные (быстро охлажденные) доменные шлаки.
Вопрос применения цементов с гидравлическими добавками
исчерпывающе изучен отечественными учеными. Еще в конце XIX в. проф. А. Р.
Шуляченко обосновал значение этих цементов для стойкости бетона в морской
воде. Акад. А. А. Байков, проф. В. А. Кинд, проф. С. И. Дружинин и др. в ряде
своих работ дали анализ активности гидравлических добавок.
Использование цемента с гидравлическими добавками в
растворах и бетонах целесообразно в тех случаях, когда на такие растворы и
бетоны влияет агрессивная среда, содержащая примеси, вредные для обычного
цемента. Это может иметь место для морских, речных, водопроводных и
канализационных сооружений, при строительстве фундаментов зданий и пр.
Цементы с активными гидравлическими добавками следует
применять главным образом в подземных и подводных сооружениях, где обеспечено
наличие необходимой для хорошего твердения таких цементов влажной среды. В
элементах сооружений, возводимых в сухих условиях, этот цемент быстро
высыхает, что может приостановить его твердение.
Однако не всякий цемент с гидравлическими добавками
является достаточно стойким. Как следует из работ лауреатов Сталинской премии
проф. В. Н. Юнга, проф. Б. Г. Скрам- таева и др., цемент с гидравлической
добавкой является сульфатостойким только в том случае, если в клинкере
содержится меньше 8% трехкальциевого алюмината, а гидравлическая добавка
отличается высоким содержанием активной Si02 и малым содержанием А12Оз. Такие
цементы предназначаются для бетонов подводных и подземных сооружений,
находящихся в постоянной сульфатной среде.
В зависимости от механической прочности образцов состава 1
: 3 на 28-й день различают пять марок цемента с гидравлическими добавками:
150, 200, 250, 300, 400 и 500. Для пластичных растворов установлены марки 50,
100, 150, 200 и 300.
Шлаковый цемент получается совместным помолом или
смешиванием отдельно размолотого цементного клинкера с гранулированным
доменным шлаком (30—75% по весу). Грануляция шлака, т. е. распад его на
отдельные зерна, достигается быстрым охлаждением при выливании расплавленного
шлака в воду или при раздувке струй шлака паром или сжатым воздухом. Особенно
целесообразна полусухая грануляция шлака, предложенная лауреатами Сталинской
премии инженерами В. Ф. Крыловым и С. Н. Крашенинниковым. При этом способе
шлак получается почти сухим (2—10% влажности), что облегчает его
транспортирование, особенно в зимнее время, и значительно удешевляет
продукцию.
Шлаковый цемент применяется в строительных растворах и для
изготовления бетонных и железобетонных наземных, подземных и» подводных
конструкций, подвергающихся воздействию пресных вод, и для изделий, подвергаемых
пропари- ванию.
Шлаковый цемент значительно дешевле обычного цемента,
ввиду того что гранулированный шлак, приближающийся по своему химическому
составу к цементному клинкеру, имеет более низкую стоимость.
Глиноземистый или алюминатный цемент (•ГОСТ 969-41)
—быстро твердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее, получаемое в
результате обжига и последующего тонкого помола смеси из известняка с
породами, богатыми глиноземом.
Глиноземистый цемент уже через 24 часа после затворения
приобретает большую прочность. В зависимости от предела прочности раствора
состава 1 : 3 в трехдневном возрасте глиноземистый цемент делится на три
марки — 300, 400 и 500. Фактически заводы СССР выпускают этот цемент, более
высокой прочности, чем предусмотрено стандартом. В связи с быстрым
нарастанием прочности этот цемент особенно эффективен для срочных и аварийных
работ. Его использование целесообразно также для сооружений, подвергающихся
действию минерализованных и морских вод.
Снижение стоимости и рационализация производства этого
эффективного по своим свойствам цемента могут быть достигнуты на базе
результатов исследований группы советских ученых. Лауреаты Сталинской премии
проф. В. Н. Юнг, проф. Б. Г. Скрамтаев, доц. С. М. Рояк и канд. техн. наук А.
М. Кузнецов разработали способ производства глиноземистого цемента из
алюминиевых шлаков, являющихся отходом металлургической промышленности.
Помимо указанных выше, в СССР созданы и внедрены в
строительство за последние годы новые виды цементов — гидрофобный,
расширяющийся и пластифицированный.
Гидрофобный цемент получен лауреатом Сталинской премии М.
И. Хигеровичем при участии проф. Б. Г. Скрамтае- ва, доц. С. М. Рояк и других
сотрудников НИИЦемента. Цементный клинкер подвергается помолу совместно со
специальной добавкой в виде мылонафта (в количестве до 0,2% от веса цемента)
или смеси мылонафта с олеиновой кислотой. Образующаяся при этом на
поверхности зерен цемента тонкая оболочка из гидрофобного вещества
препятствует смачиванию цемента, пока он находится в спокойном состоянии. В
процессе приготовления раствора и бетона гидрофобная оболочка под действием
энергичного перемешивания стирается с частиц цемента, в результате чего
происходит нормальное их смачивание. Гидрофобное вещество, располагаясь между
частицами цемента, повышает пластичность смеси, что способствует более
высокой водонепроницаемости и морозостойкости затвердевших растворов и
бетонов.
При длительном хранении гидрофобный цемент сохраняет
сыпучесть даже во влажных условиях и не теряет своей активности подобно другим
цементам.
Расширяющийся цемент предложен лауреатом Сталинской премии
проф. В. В. Михайловым. В условиях недостаточной влажности цементы при
твердении дают усадку, нарушающую монолитность конструкций. Новый вид
цемента, наоборот, отличается значительным расширением при твердении в воде и
несколько меньшим — в обычной среде.
Расширяющийся цемент изготовляется на основе^глиноземи-
стого цемента с добавками извести и гипса или гипса и доменного шлака. В то
время как образование гидросульфоалюмина- та кальция вызывает разрушение
обычного цемента, здесь наличие этого вещества сказывается благоприятно.
Пластифицированный цемент освоен нашими заводами в
1949—1950 гг. Производство пластифицированного цемента основано на введении
при помоле цементного клинкера добавок, повышающих пластичность смеси в 1,5—2
раза. В результате для приготовления растворов и бетонов требуется меньше
воды, что ведет к повышению их прочности в пределах до 20%. Использование
пластифицированного цемента значительно повышает морозостойкость и
долговечность изделий.
Пластифицирующие поверхностно-активные вещества можно
также вводить в растворы и бетоны в качестве добавки непосредственно на
стройках. В качестве таких добавок могут служить, например, древесный пек,
омыленный раствором едкого натра.
Кислотоупорный цемент (ГОСТ 5050-49), разработанный в
Гипроцементе лауреатом Сталинской премии Н. П. Степичевым и др., получается
совместным помолом или тщательным перемешиванием молотого кварцевого песка и
кремнефтористого натрия. Такой цемент, затворяемый на жидком стекле,
применяется главным образом для обмазок или укладки плиток при футеровке
аппаратуры на химических заводах и для изготовления кислотоупорных растворов
и бетонов.
Отделочные цементы, предназначенные для декоративной
штукатурки, облицовочных плит и архитектурных деталей, имеют обычно белый
цвет. Такие цементы изготовляются из чистых известняков и белых глин, почти
не содержащих окислов железа и марганца. Добавляя к белому цементу различные
минеральные порошки (пигменты), можно получить цветные цементы.
|