|
|
Технологическая схема производства
сульфатостойких портландцементов не отличается от технологии получения
портландцемента, однако при их выпуске осуществляется особо строгий
производственный контроль. При подборе химико-минералогического состава сульфатостойкого
портландцемента учитывали результаты исследований коррозиеустойчивости
цементов различного состава при твердении в агрессивных средах.
Для повышения стойкости цемента при действии сульфатных
растворов большое значение имеет минералогический состав исходного клинкера.
Исследования С. Д. Окорокова показали, что сульфатостойкость портландцемента
достигается при пониженном содержании С3А и умеренном количестве C3S.
Исследовалась корро- зиеустойчивость синтетических клинкерных минералов в
растворах сульфатов натрия, кальция и магния; показателем явилось.время,
необходимое для получения опасного расширения]/до 0,5% особо тощих цементных
растворов состава lTfO при 2ГС ( 15) .
Данные, приведенные в таблице, показывают, что C3S и C2S
корродируются в растворе MgS04, но устойчивы в других сульфатных растворах,
причем C2S оказывается более стойким, чем C3S. Добавка к каждому из этих
силикатов кальция 20% С3А, хотя это и больше обычного его содержания в
портландцементе, значительно ускоряет деформацию расширения; в меньшей
степени это проявляется при добавке C4AF. Хотя для
исследования применялись весьма тощие смеси (1:10), что резко ускоряет
коррозию, но результаты показывают, что стойкость более жирных смесей при ВЩ
не выше 0,4—0,44 ненамного больше.
Роль химических факторов при сульфатной коррозии
портландцемента видна из следующих данных ( 16).
Хотя выбранная концентрация ионов SOf" условна и не
соответствует всей гамме анионов, например, в химическом составе морской
воды, все же результаты этих исследований отчетливо показали, что существует
взаимосвязь между содержанием C3S и С3А. Установлено также, что положительное
влияние на сульфато- стойкость оказывает добавка 10% трепела. Можно видеть,
однако, что одно лишь понижение содержания С3А в исходном клинкере не
обеспечивает сульфатостой- кость портландцемента. Это объясняется тем, что
при низком содержании СзА в цементе возможна не только гидросульфоалюминатная,
но и гипсовая коррозия, поскольку гидратация C3S приводит к образованию
значительного количества гидроксида кальция, создающего благоприятные условия
для кристаллизации гипса. Так, например, цемент, содержащий 41% C3S и 5% С3А
(без добавки трепела) обнаруживает при твердении в раст
воре сульфата натрия с концентрацией до 4000 мг/л большую
коррозиеустойчивость, чем цемент с 3% С3А и 52% C3S, а также с 4% С3А и 48%
C3S. Поэтому для снижения химической агрессии важно также по возможности
уменьшать содержание C3S.
Известное значение имеет количество C4AF. Если его много,
то цемент оказывается чувствительным к действию сульфатов, но он, несомненно,
более устойчив, чем кристаллический С3А. При нормировании состава суль-
фатостойкого портландцемента необходимо также учитывать и то, что он должен
обладать повышенной морозостойкостью и пониженной экзотермией. При оценке
сопротивляемости цементов попеременному действию замораживания и оттаивания
при наличии сульфатной агрессии следует учитывать, что при испытаниях
оттаивание образцов в агрессивной среде резко снижает показатели
моростойкости. Так, например, наши исследования показали, что образец
портландцементного раствора 1:3 при оттаивании в пресной воде выдерживает
более 200 циклов, а при оттаивании в морской — только 30 циклов.
В теплом климате, где морозостойкость не играет заметной
роли, в зонах бетона, находящихся в переменном уровне воды, происходит
попеременное насыщение агрессивной водой бетона и последующее его
высушивание. При этом проявляется также совокупное действие физических и
химических факторов агрессии. Основная причина разрушения в данном случае
кроется в действии преимущественно физических факторов, которые вызывают
оседание солей агрессивной среды в порах цементного камня и их кристаллизацию,
сопровождающуюся значительными объемными деформациями [51].
Повышение сульфатостойкости цементов, которое наблюдается
при замене С3А на C4AF, увеличении количества стекловидного СзА за счет
кристаллического С3А, введении активных минеральных добавок и пропарива- нии
объясняется образованием гидрогранатов, устойчивых к действию сульфатов.
Установлено, что с повышением температуры (<283 К) возможны более сильные
разрушения. По данным Ф. М. Иванова с ссылкой на Наду [57], технология обжига
и особенно режимы охлаждения в значительной степени влияют на сульфато- стой
кость.
Пропаривание несколько улучшает, а запаривание в автоклаве
значительно повышает сульфатостойкость. Проводились исследования, в которых
устанавливалось время, необходимое для того, чтобы наступало расширение при
твердении в сульфатных растворах цементных образцов состава 1:10,
предварительно твердевших в течение 24 ч в воде, а также при обработке
насыщенным паром при атмосферном и повышенном давлении.
Эти данные свидетельствуют о благоприятном влиянии
тепловлажностной обработки на сульфатостойкость, так как при автоклавной
обработке гидроксид кальния цемента реагирует с кремнеземом, содержащимся в
заполнителях бетона; при карбонатном заполнителе тепло- влажностная обработка
не повышает сульфатостойкость. Автоклавная обработка способствует также
кристаллизации более стойких гидросиликатов кальция повышенной основности, а
также образованию в результате гидратации клинкерного стекла гидрогранатов,
общая формула которых ЗСаО(А, F)203-xSi02(6—2х)Н20, отличающихся высокой
сульфатостойкостью. При этом следует учитывать, однако, что тепловлажностная
обработка обычно не способствует повышению морозостойкости цементного камня.
В. И. Бабушкин [5] полагает, что разрушение бетона при
действии сульфатов вызвано осмотическими силами. А. Е. Шейкин и Н. И.
Олейникова [160] считают, что решающее влияние на сульфатостойкость оказывает
относительный объем, занимаемый в цементном камне макропорами. Относительно
низкую сульфатостой-кость можно повысить введением золы-уноса. Сульфа-
тостойкие цементы обладают по сравнению с обычным повышенной
сульфатостойкостью и пониженной экзотер- мией при замедленной интенсивности
твердения в начальные сроки.
Исследования Ф. М. Иванова и Г. С. Рояка явились
основанием для разработки сульфатостойкого портландцемента с минеральными
добавками [53]. Цементная промышленность выпускает сульфатостойкие цементы,
которые по вещественному составу подразделяются на сульфатостойкий
портландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками,
сульфатостойкий шлакопортландцемент. Чтобы определить пригодность активных
минеральных добавок для получения сульфатостойких портландцементов, измеряют
расширение образцов цемента с исследуемой добавкой, твердевшего в агрессивных
средах.
Сульфатостойкие портландцемента характеризуются более
низким выделением тепла при гидратации и применяются, главным образом, в
массивных элементах
гидротехнических сооружений, где требуется пониженная
экзотермия [155]. В некоторых странах выпускаются специальные низкотермичные
цементы; у нас сульфато- стойкие портландцемента являются и низкотермичными,
поскольку содержание в них наиболее «термичных» клинкерных фаз — С3А и алита
ограничивают за счет соответствующего увеличения количества белита и алю-
;.:оферрита кальция.
Объем производства этих видов цемента ограничен в связи с
тем, что на большинстве цементных заводов нет глинистого компонента с низким
содержанием глинозема, при котором в процессе обжига на беззольном топливе
можно получать клинкер, содержащий менее 5% ЗСа0-А1203. Сложность задачи
получения сульфатостой- кого клинкера состоит еще в том, что в нем
ограничивается и содержание C4AF, так что количество оксида железа в клинкере
должно быть также умеренным.
Удельная поверхность цемента должна быть обычной
(2500—3000 см2/г). Следует обеспечить получение цементного камня,
отличающегося пониженной усадкой, а также высокой плотностью и
водонепроницаемостью и соответственно повышенной морозостойкостью и суль-
фатостойкостью. Заметное влияние на повышение морозостойкости сульфатостойких
портландцементов при испытании в бетоне оказывают длительность
предварительного твердения до начала испытаний, значение В/Ц и удельный
расход цемента. А. М. Подвальный, развивая представления о морозном
разрушении бетона, показал, что увеличение объема цементного камня в бетоне
приводит к повышению его морозостойкости [158].
В особо суровых условиях попеременного замораживания и
оттаивания в морской воде при большой частоте циклов для достижения высокой
морозостойкости в состав цемента или бетона вводят добавки. Это
поверхностно-активные вещества: сульфитно-дрожжевая бражка, мылонафт, смола
нейтрализованная воздухововле- кающая (СНВ), 50%-ная кремнийорганическая
эмульсия ГКЖ-94 И др. При испытании пропаренных образцов бетона на
сульфатостойком портландцементе в суровых условиях Баренцева моря были
получены весьма благоприятные результаты при введении в его состав 0,01—0,05%
СНВ от массы цемента. Аналогичный эффект получен в тех же условиях агрессии
при применении 0,04—0,08% добавки ГКЖ-94. Особо высокая моро- зостойкость
достигается при комплексных добавках СДБ и ГКЖ-94, СДБ и СНВ.
Сульфатостойкий портландцемент предназначается для
бетонных и железобетонных конструкций наружных* зон гидротехнических и других
сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии, при систематическом
многократном попеременном замораживании и оттаивании либо увлажнении и
высыхании. Например, для бетонов Братской ГЭС использовали цемент с расчетным
содержанием C3S — 50 ±5% и СзА менее 8%. Теплота гидратации лимитировалась
251,4 Дж/ч за 7 сут твердения. Содержание щелочей в портландцементе не
превышало 0,6% (в пересчете на Na20) для предупреждения коррозии бетона в
случае попадания в состав заполнителей бетона пород, способных к
взаимодействию со щелочами цемента. Для подводных частей морских' и океанских
сооружений технически более рационально' и экономично применять
сульфатостойкий шлакопорт- ландцемент. Нормативными документами допускается
применение сульфатостойкого портландцемента в бетонах различной плотности для
напорных и безнапорных сооружений при различной степени фильтрации грунта и
агрессивности жидкой среды, характеризуемой высокой концентрацией ионов
SC>4~.
|