Вся электронная библиотека >>>

 Цемент  >>>

 

 

Специальные цементы


Раздел: Строительство

 

ГЛАВА ШЕСТНАДЦАТАЯ. РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ЦЕМЕНТЫ

  

Среди новых видов цемента, разработанных в последние годы, большой научный интерес и практическое значение приобрели расширяющиеся безусадочные и напрягающие цементы. Для них характерно равномерное, происходящее в раннем возрасте, расширение, которое компенсирует последующую их усадку, чем решается одна из сложных проблем в области цемента — предотвращение проявления отрицательных усадочных деформаций.

В настоящее время опубликованы данные об условиях получения нескольких десятков видов расширяющихся и напрягающих цементов, расширение которых вызывают гидросульфоалюмината кальция, а также оксиды магния и кальция низкотемпературного обжига, реакция образования активной газовой фазы и др. [70]. Эти цементы получают на основе портландцемента, глиноземистого цемента и на их сочетании. При этом используют специальные расширяющиеся компоненты и некоторые добавки. Наиболее широко применяется способ совместного измельчения составляющих цемент компонентов, содержащих низкоосновные алюминаты кальция.

ГПри твердении расширяющихся цементов образует- ся^значительное количество, главным образом, гидро- сульфоалюминатов кальция, кристаллизация которых в условиях, препятствующих их свободному расширению, вызывает дополнительное уплотнение цементного камня и растворов. Гидросульфоалюминат кальция кристаллизуется при взаимодействии кристаллов высокоосновных гидроалюминатов калъияя с ионами и Са2+ растворенного в воде сульфата кальция. Это характерно для реакций, протекающих при твердении портландцемента, когда жидкая фаза насыщена известью и образовавшиеся высокоосновные гидроалюминаты кальция поэтому не растворяются в ней. Формирование кристаллических новообразований, содержащих большие количества воды, вызывает в этом случае быстрое увеличение объема образовавшегося гидросульфоалюмината кальция по сравнению с исходным объемом гидроалюмината. При низкой же концентрации извести в жидкой фазе, что свойственно среде твердеющего глиноземистого цемента, низкоосновные гидроалюминаты кальция растворяются и гидросульфоалюминат кальция образуется из раствора в результате взаимодействия гидроалюминатов кальция с ионами S042~h Са2+ растворенного гипса. Гидросульфоалюминат кальция заполняет объем исходного раствора и последующий рост его кристаллов вызывает относительно небольшое увеличение объема.

Однако высказываются разные взгляды на процесс образования гидросульфоалюмината кальция. Некоторые считают, что взаимодействие алюмината кальция с сульфатом кальция происходит в твердой фазе с увеличением объема кристаллов ГСАК; по мнению других, незначительное увеличение происходит при формировании кристаллов из раствора. В. Б. Ратинов, А. Ф. Полак полагают, что образование гидратов путем кристаллизации из жидкой фазы термодинамически более вероятно.

И. В. Кравченко и Т. В. Кузнецова рассматривают природу расширения цементного камня РЦ как процесс интенсивного роста кристаллов ГСАК в определенный период развития кристаллизационной структуры, когда давление растущих кристаллов не приводит к снижению прочности цементного камня. Степень расширения це ментного камня зависит от прочности, которую будет иметь камень в период, когда увеличение объема, вызванное кристаллизацией гидросульфоалюмината кальция, создаст значительные внутренние напряжения в твердеющей системе. Скорость образования и характер кристаллической структуры гидросульфоалюмината кальция различны и зависят от условий его образования [75]. Можно считать, что чем выше прочность цементного камня, тем меньше должно быть расширение, поскольку здесь действуют две противоположные силы— сжатия, вызываемые ростом прочности цемента, и растягивающие, обусловливаемые процессами кристаллизации. Необходимо, следовательно, чтобы эти силы были способны вызвать допустимую раздвижку в структурных элементах затвердевшего цемента в размерах, необходимых для проявления расширения. Однако оно не должно сопровождаться понижением прочности и уж, конечно, разрушением цементного камня. Нормальный рост прочности достигается путем регулирования количества и- скорости образования кристаллов гидросульфоалюмината кальция.

Если структура цементного камня не достигла необходимой жесткости, расширения не будет. Когда цемент твердеет в условиях, препятствующих его расширению, например в металлической форме, силы, возникающие при кристаллизации и росте кристаллов гидросульфоалюмината кальция, вызывают существенное уплотнение цементного камня, и он сильно прилегает к стенкам форм. В результате достигается также высокая водонепроницаемость расширяющегося цемента, что используется, например, при омоноличивании стыков элементов конструкций.

По мнению А. Е. Шейкина при низких значениях В/Ц в условиях близкого контакта - гидратирующихся зерен цемента увеличение кажущегося объема (расширение) твердеющего цемента является результатом возникновения осмотических сил, вызывающих раздвижку частиц гидратов [157].

Исследования показали, что оксиды кальция и магния также можно использовать для получения цементов, способных расширяться. Это возможно в том случае, если такие оксиды получены низкотемпературным обжигом

исходных карбонатов кальция и магния и скорость их гидратации можно регулировать. И

Первым видом расширяющегося цемента был ВРЦ, разработанный В. В. Михайловым 85]. Этот цемент впервые был применен взамен свинца для зачеканки швов чугунных тюбингов в тоннелях Московского метрополитена. ВРЦ — быстросхватывающееся и быстротвердею- щее вяжущее, получаемое путем тщательного смешивания или совместного помола в определенной дозировке глиноземистого цемента, высокопрочного либо строительного гипса первого или второго сорта и высокоосновного гидроалюмината кальция. Этот материал, содержащий преимущественно 4Са0-А1203- 12Н20, используют для производства водонепроницаемого расширяющегося цемента следующего состава: 67—70% глиноземистого цемента, 10—11 % высокоосновного гидроалюмината кальция, 20—22% полуводного гипса. В составе ВРЦ глиноземистого цемента (без учета его наличия в высокоосновном гидроалюминате кальция) должно быть не менее 65% и полуводного гипса не более 22%.

Содержание в ВРЦ более 65% глиноземистого цемента обеспечивает дальнейший нормальный процесс твердения и сохранение объема цементного камня, образовавшегося в результате расширения. При правильно подобранном составе ВРЦ расширение будет наиболее сильным в течение первых суток и может продолжаться не более 3 сут. Линейное расширение твердеющего цемента в виде теста нормальной густоты должно составлять:

а)         при воздушном хранении в возрасте 1 сут не менее 0,05% и через 28 сут не менее 0,02%;

б)        при погружении в воду через 1 ч после затворения в возрасте 1 сут не менее 0,2% и не более 1%, причем за трое суток расширение по сравнению с достигнутым за одни сутки не должно превышать 20%.

Начало схватывания ВРЦ должно наступать не ранее 4 мин, конец не позднее 10 мин от начала затворения; замедлить его до 20—30 мин можно, применяя добавки СДБ, буры, уксусной или виннокаменной кислот. Прочность ВРЦ составляет через 6 ч 7,5 МПа и через 28 сут—50 МПа; фильтрация затвердевшего цемента при 0,2 МПа должна прекратиться не позднее, чем через 6 ч.

Условия применения ВРЦ в метростроении изучались В. В. Михайловым совместно с Э. 3. Юдовичем, Б. Г. Скрамтаевым и С. М. Рояком. Ими же при участии Я. Н. Новикова проводились работы по практическому использованию этого цемента взамен свинца для заче- канки швов чугунных тюбингов в тоннелях Московского метрополитена. За время эксплуатации этих тоннелей (более 20 лет) была выявлена эффективность службы ВРЦ, применение которого позволило заменить весьма дефицитный свинец и интенсифицировать процесс заделки швов.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ) — гидравлическое и быстротвердеющее вяжущее, получаемое совместным помолом высокоглиноземистого шлака с двуводным сернокислым кальцием или тщательным смешиванием тех же, но раздельно измельченных, материалов. Содержание гипса в ГГРЦ не более 30%. ГГРЦ характеризуется началом схватывания не ранее 10 мин и концом схватывания не позднее 4 ч от начала затворения, для замедления процесса применяют СДБ, буру, уксусную кислоту.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент разработан И. В. Кравченко. Для него необходимы высокоглиноземистые шлаки моноалюминатного типа (содержание Si02 не более 11% и СаО — 38—41%). В этом случае кристаллы образующегося гидросульфоалюмината кальция будут состоять из коротких и широких иголок; при значительном содержании в шлаке С12А7 наступает быстрое схватывание цемента и образуются длинные волокнистые кристаллы гидросульфоалюмината кальция.

Линейное расширение цемента при погружении в воду через 1 ч после конца схватывания составляет не менее 0,1% и не более 0,6% через 3 сут твердения. Прочность при сжатии — 28 МПа через 3 сут. Водонепроницаемость раствора 1:2 при В/Ц—0,3 через 1 сут должна достигаться при рабочем давлении в одну атмосферу. В первые сроки твердения ГГРЦ кинетика роста прочности выше, чем у глиноземистого цемента, однако в последующем наблюдается такое же, как у глиноземистого цемента, медленное нарастание прочности. Наблюдения за изменениями предела прочности при сжатии в течение более 15 лет показали, что, как у многих других цементов, он несколько колеблется, однако показатель прочности был выше, чем трехсуточный, являющийся

основным для маркировки ГГРЦ. Деформационная способность у ГГРЦ несколько выше, чем у глиноземистого цемента.

Чтобы обеспечить расширение, необходимо создавать водную или сильно влажную среду для твердения в первые трое — семь сут. При твердении на воздухе цемент не расширяется и даже дает усадку. При комбинированном режиме твердения (3 сут водного твердения с последующим воздушным) вначале происходит расширение, а затем усадка; однако к 2 месяцам твердения по этому режиму остаточное расширение составляет 0,15%. Расширение цементного раствора зависит от содержания в нем цемента и водоцементпого отношения: если вяжущего становится меньше, а В/Ц увеличивается, то расширение уменьшается. Тепловлажностная обработка образцов из раствора ГГРЦ заметно ускоряет твердение, но при этом существенно уменьшает расширение. Температура не должна быть выше 363—373К, иначе возможно разложение гидросульфоалюмината кальция, вызывающее даже разрушение цемента. Выявлена достаточно высокая морозостойкость, атмосферо- устойчивость растворов и бетонов иа ГГРЦ, однако применять их при температуре выше 353К нельзя. ГГРЦ характеризуется началом тепловыделения в период схватывания цементного теста и по зкзотермии ближе к высокосортному портландцементу, чем к глиноземистому.

Сохранность арматуры в железобетонных конструкциях на ГГРЦ в условиях воздушного твердения недостаточна. При твердении же в воде коррозии не наблюдалось. При твердении на воздухе желательно применять добавки ингибитора — нитрита натрия в количестве 2%, защищающие арматуру. Стойкость ГГРЦ в условиях солевой агрессии зависит от стойкости глиноземистого цемента, на основе которого он изготовлен. Он достаточно устойчив в морской воде и в 1%-иых растворах сульфата натрия и магния, а также в пластовых сульфатных водах многих нефтяных скважин. Он недостаточно стоек под воздействием хлоркальциевых вод нефтяных месторождений, однако, при введении в состав цемента кварцевого песка стойкость его повышается. ГГРЦ предназначен для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, гидроизоляционных штукатурок и заделки стыков сборных бетонных и железобетонных конструкций, а также для омоноличивания и усиления конструкций, подливки фундаментов и заделки фундаментных болтов и др. Нельзя его применять при отрицательных температурах без обогрева, а также для конструкций, работающих при температурах выше 353К. Объем производства ГГРЦ у нас весьма значителен и потребность в нем все увеличивается.

Опыт применения ГГРЦ показал, что он эффективен в водонепроницаемых конструкциях, при омоноличива- нии сборных железобетонных понтонов и дебаркадеров на верфях сборного железобетонного судостроения. Быстрые сроки его схватывания и расширения используют при бурении скважин, а также для создания защитных ограждений реакторов (см. гл. 14).

Расширяющийся портландцемент (РПЦ). Во Франции Лосье и Ляфюма создали расширяющийся цемент, применяя расширяющийся компонент, получаемый обжигом во вращающейся печи шихты, составленной из 50% гипса, 25% карбоната кальция и 25% железистого боксита. Он содержит примерно 38% алюминатов кальция, преимущественно в виде С12А7, 38% на_ мертво обожженного ангидрита, 20%        4% ферритов и алюмоферритов кальция и примеси.

Этот цемент получают, измельчая совместно порт- ландцементный клинкер, расширяющийся компонент и гранулированный доменный шлак. Шлак служит стабилизатором, нейтрализующим действие избытка сульфата кальция. Изменяя дозировку расширяющегося компонента, регулируют степень расширения цемента. Период расширения достигает 30 сут и в зависимости от размера расширения при водном твердении цементы делятся на безусадочные, слабо-, средне- и сильнорасширяющиеся. Безусадочные характеризуются расширением примерно 0,3 %, а сильнорасширяющиеся — до 1,5—2,5 % при несколько замедленном схватывании и нарастании прочности. Этот цемент используют для восстановления разрушенных сооружений, изготовления дорожных покрытий, омоноличивания стыков гидротехнических сооружений и др.

В НИИЦементе И. В. Кравченко и Ю. Ф. Кузнецовой разработан цемент, названный расширяющимся портландцементом (РПЦ).

Он быстро твердеет при кратковременной тепло- влажностной обработке (пропаривании), поэтому его используют в производстве сборного железобетона с применением пропаривания. Тепловлажностная обработка вызывает усиленное нарастание прочности РПЦ вследствие быстрого .взаимодействия 'низкоосновных алюминатов глиноземистого цемента, доменного шлака (или другой активной минеральной добавки) и высоко- основных алюминатов портландцементного клинкера.

В згих условиях новообразования гидросульфоалю- минатов кальция появляются преимущественно в виде кристаллов волокнистого строения. Кроме того, тепловлажностная обработка ускоряет гидратацию портландцементного клинкера, причем при этом в результате взаимодействия гидроксид а кальция с активной минеральной добавкой образуются гидросиликаты кальция. В процессе участвуют также более основные гидроалюминаты кальция, образующиеся при гидратации портландцемента. В условиях пропаривания гипс в течение первых трех-четырех часов полностью связывается в цементном камне; при водном твердении, а также на воздухе при нормальной температуре связывание гипса происходит в течение 3—7 сут. При этом образуется значительное количество кристаллов гидросульфоалюмината кальция. Из-за содержания в цементе активной минеральной добавки известь частично связывается, при этом образуются гидросиликаты кальция, что приводит к понижению концентрации оксида кальция в жидкой фазе твердеющего цемента. В связи с этим гидросульфоалюминат кальция кристаллизуется из жидкой фазы.

Дальнейший росл прочности при твердении цемента в воде, па воздухе, так же как и после пропаривания при нормальной температуре, протекает за счет продолжающейся гидратации портландцемента. Изучение этих процессов показало, что возможна замена дорогостоящего глиноземистого цемента природным бокситом. Целесообразно также применение в качестве активной минеральной добавки гранулированного доменного шлака.

РПЦ является гидравлическим вяжущим веществом, получаемым совместным тонким измельчением еле дующих компонентов (в масс. %) —портландцементного клинкера (58—65%), высокоглиноземистого шлака "(5— 7%), двуводного гипса (7—10%), доменного гранулированного шлака или другой активной минеральной добавки (20—28%). Количество ангидрида серной кислоты в цементе должно быть не меньше 3,3% н не больше 5%, сумма оксидов кальция и натрия не должна превышать 1%- Цемент должен быть тонко измельчен до остатка на сите № 008 не больше 7%. Линейное расширение призм размером 40Х40Х160 мм, изготовленных из чистого цементного теста нормальной гус'тоты, должно быть при водном твердении через сутки не менее 0,15 %, через 28 сут, — в пределах 0,2—2,0%; при комбинированном режиме — через 1 сут не менее 0,15 и через 28 сут — не менее 0,05 %- При твердении в условиях тепловлаж- ностной обработки РПЦ практически не расширяется. Расчетное содержание трехкальциевого силиката в портландцементном клинкере, применяемом для изготовления РПЦ, должно быть, не менее 53%, причем в нем может быть не более 0,5% свободного оксида кальция и не более 4,5% оксида магния. Высокоглиноземистый доменный шлак можно заменить сталера- фировочным шлаком.

РПЦ по мере необходимости может выпускаться на отечественных цементных заводах. Его прочность при сжатии через 1 сут—19, 7 сут — 51, 28—70, 1 год — 65, 5 лет — 73 МПа. После пропаривания по режиму + 2+5 при 358—363К при последующем комбинированном режиме твердения прочность его через 5 ч составляла 30, через 28 сут—50, 1 год—63, 5 лет—67, 9 лет — 84 МПа.

Наиболее благоприятным режимом для РПЦ явля-' ется твердение в воде. Бетонные образцы с расходом РПЦ 400 кг/м3 при В/Ц^0,5, твердеющие в воздушно- влажных условиях, через сутки выдерживают гидравлическое давление воды до 0,4 МПа, через 3 сут — до 1,1 МПа и через 7 сут — до 1,6 МПа. Морозостойкость' РПЦ марки 400 достаточно высока. Бетон, содержащий 450 кг/м3 РПЦ при Б/Д—0,5, выдерживает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания в пресной воде при снижении прочности всего лишь на 14—15%, При замораживании и оттаивании в концентрированной морской воде степень /морозостойкости оценивается примерно 200 циклами. Сцепление РПЦ с арматурой, а также с бетоном на портландцементе хорошее. Экспериментально показано, что при омоноличивании массивных железобетонных конструкций РПЦ имеет несомненные преимущества перед портландцементом. В не- пропаренных образцах из раствора и бетона на РПЦ при твердении в воде и во влажных условиях коррозии арматуры не наблюдалось. В воздушных условиях коррозия была незначительной. В образцах же, подвергшихся тепловлажностной обработке, также паблюда-' лась небольшая коррозия арматуры независимо от ус-' ловий твердения.

Таким образом, расширяющийся портландцемент по основному профилирующему признаку — способности расширяться — предназначен для получения безусадочных и расширяющихся бетонов и растворов с необходимой водонепроницаемостью для производства стыков сборных железобетонных конструкций, омоноличивания бетонных и железобетонных конструкций. При применении же тепловлажностной обработки РПЦ эффективен в производстве железобетонных конструкций и изделий, где достигается сокращение примерно в 2 раза длительности пропаривания.

Безусадочный цемент. Он предложен А. Е. Шейки- ным. Для его изготовления используют рядовой порт-' ландцементный клинкер и добавки 0,1 % ГКЖ-94 и 5—10 % молотой негашеной извести от массы цемента;' первую вводят в цемент при его помоле, известь же добавляют в воду затворения. Опыты показали эффективность применения этого цемента для замоноличива- ния вертикальных нерабочих и горизонтальных стыков крупнопанельных зданий.

Водонепроницаемый безусадочный цемент — ВБЦ, разработанный В. В. Михайловым, получают совместным помолом глиноземистого цемента, полуводного гипса и извести-пушонки. Глиноземистого цемента должно быть не менее 85%, а соотношение между гипсом и известью может изменяться в пределах от 0,5 до1,0. Начало схватывания этого цемента наступает не ранее 1 мин, конец не позднее 10 мип. Линейное расширение призм из цементного теста, погруженных в воду, через сутки должно быть не менее 0,01 ,% и не более 0,1 %, а через 28 сут не более 0,3 %. Через час от начала затворения образцы из цементного теста должны быть водонепроницаемыми при давлении в 0,3 МПа и через 1 сут — в 0,6 МПа. ВВЦ предназначен для применения только в условиях повышенной влажности для устройства гидроизолирующих торкретных оболочек бетонных и железобетонных подземных сооружений, фильтрующих воду.

На основе теории твердения, предложенной О. П. Мчедловым-Петрос'яном с учениками, разработаны расширяющиеся составы на основе портландцемента. Рекомендованы добавки к портландцементу в количестве, %: алюминиевой пудры — 0,01, сульфата алюминия—2,0, хлористого кальция—2,0 и СДБ—0,15. Указанную композицию применяют в виде растворов в крупнопанельном домостроении при заделке швов, высокую водонепроницаемость которых она обеспечивает.

Антикоррозионные расширяющиеся составы на основе обычного портландцемента также разработаны О. П. Мчедловым-Петросяном совместно с В. И. Бабушкиным и Л. П. Мокрицкой. Им удалось, используя принцип компенсированного расширения, создать различные расширяющиеся составы на базе обычного портландцемента, а также антикоррозионные, содержащие сернокислый глинозем и азотнокислый кальций. Кроме того, они комбинируют добавки поташа и соды, алюминиевого порошка и ферросилиция, что предупреждает коррозию стальной арматуры и закладных деталей.

Напрягающий цемент (НЦ) разработан В. В, Михайловым, С. Л. Литвером и А. Н. Поповым [85]. Это гидравлическое, быс'тросхватывающееся и быстротвер- деющее расширяющееся вяжущее, получаемое тщательным смешением в определенной дозировке при совместном помоле портландцемента, алюминатных и суль- фоалюминатных материалов и гипса. НЦ предназначен для получения самонапрягающего железобетона, твердеющего при нормальной температуре или с применением тепловой обработки.

В процессе расширения в условиях последующего твердения НЦ создает в арматуре независимо от ее расположения в железобетонной конструкции предварительное напряжение. Этим пользуются для получения предварительно-напряженных железобетонных конструкций без применения механических или термических способов натяжения арматуры. В самонапряженном же элементе железобетонной конструкции происходит упруго-ограниченное расширение цементного камня вследствие сопротивления натягиваемой арматуры. Величина этого (связанного) расширения составляет примерно 0,25—0,75 %. Важно отметить, что при расширении цементного раствора арматура может получить двух- и трехосное напряжение, которого затруднительно добиться обычными механическими приемами.

Напрягающий цемент обладает способностью развивать давление на препятствия, ограничивающие свободное расширение. Усилие, развиваемое цементом (раствором, бетоном) при ограничении деформации его свободного расширения рассматривают как усилие расширения или усилие самонапряжения. Самонапряжение НЦ определяют по специальной методике через 28 сут с момента изготовления. НЦ состоит из 65— 75 % портландцемента, 13—20 % глиноземистого цемента и 6—10% гипса. Удельная его поверхность — не менее 3500 см2/г. В зависимости от размера достигаемого самонапряжения НЦ (ТУ 21-20-18-80) разделяются на цементы; с малой энергией самонапряженпя

—        не менее 2,0 МПа (НЦ-20), со средней энергией самонапряжения—4,0 МПа(НЦ-40), с высокой энергией самонапряжения — 6,0 МПа (НЦ-60) . Начало схватывания НЦ должно наступать не ранее 30 мин, а конец — не позже 4 ч после затворения. Замедления схватывания можно достигать, применяя СДБ, декстрин, борную кислоту, винно-каменную кислоту и др. Предел прочности для НЦ-20 и НЦ-40 при сжатии через 1 сут 15,0 МПа, через 28 сут — 50,0 МПа; при изгибе через 28 сут

—        6,0 МПа. Линейное расширение через 28 сут должно быть для НЦ-20 не более 2,0 % и для НЦ-40 не более 2,5%. Содержание серного" ангидрида — не менее 3,5 % и не более 7 %.

Продуктами гидратации НЦ являются эттрингит, гидроалюминат кальция (C4AHi3) и низкоосновные гидросиликаты кальция, причем гидросульфоалюминат кальция появляется в первые часы гидратации [71]. По указанным ТУ содержание в напрягающем цементе ангидрида серной кислоты и глинозема регламентируется для каждого завода-изготовителя с учетом местного сырья и условий производства.

На основе длительного изучения признано целесообразным применять портландцемент (клинкер) с содержанием C3S~55—62 %, С3А—7—10% и СаОсвоб до 5 %, увеличение количества C3S повышает прочность НЦ, но при этом появляется тенденция к снижению расширения и самоиапряжения. В качестве алюми- натного компонента пригодны глиноземистые шлаки и другие материалы, содержащие СА, С12А7, СА2, причем наиболее эффективны моноалюминатные композиции. Для увеличения самоиапряжения применяют добавку 2 % извести от массы цемента с учетом содержания СаОсвоб в клинкере.

Выше была отмечена возможность образования в цементе (см. гл. 15) сульфоалюмината кальция — ЗСаО- • А120З-CaS04. Появились данные о получении из разных видов сырья «с'ульфоалюминатного клинкера», который различается по химико-минералогическому составу i[70], а также по температуре обжига около 1473К. Повышение температуры сопровождается возрастанием количества сульфоалюмината кальция и соответственно повышением прочности, а также способствует разложению сульфата кальция. Это обстоятельство является одной из причин изменения при обжиге состава клинкера, характеризуемого наличием (С3А3• :CaS04); CaS04; 2(C2S) • CaS04; C2S; СА; C12A7 с возможными примесями.

Полученный в НИИЦементе измельченный суль- фоалюминатный клинкер с В/Ц = 0,4 и удельной поверхностью 4000 см2/г показал при испытании прочность через 1 сут 26—33 и через 28 сут—58—73 МПа. Линейное расширение образцов цементного теста 0,01 — —0,02%. Согласно ТУ на напрягающий цемент содержание в сульфоалюминатном клинкере суммы сульфоалюмината кальция и алюминатов кальция должно быть не менее 15 %. На основе этих клинкеров на двух цементных заводах были выпущены в опытном порядке напрягающие цементы с прочностью через 1 сут 20— 30 и 28 сут—60—55 МПа и с показателями расширения через 28 сут 0,57 и 0,7 % и самонапряжепия 2,6 и 3,6 МПа. Хотя эти цементы не отвечают требованиям ТУ на напрягающий цемент, но как расширяющиеся композиции они были1 успешно использованы для получения расширяющихся бетонов. Добавка 10 % гипса в один из этих цементов вызвала расширение в 1 % без снижения прочности цементного камня.

В связи с тем, что при изучении технологии НЦ были зафиксированы случаи снижения качества цемента, следует учитывать высокую степень чувствительности НЦ к нарушениям технологических параметров производства. Поэтому обязательным условием получения НЦ высокого качества является соответствующее техническим требованиям постоянство химико- минералогического состава исходных сырьевых  компонентов и строгое соблюдение технологии получения цементов.

Применение напрягающего цемента обеспечивает водо-, бензо- и газонепроницаемость конструкций и повышает их трещиностойкость за счет создания в них предварительного напряжения (самонапряжения). НЦ рекомендуется для подземных, подводных напорных сооружений, таких, как резервуары, трубы, технологические емкости различного назначения; целесообразно также использовать его в дорожных, аэродромных и других видах покрытий, для преднапряжения пространственных конструкций, в напряженных стыках элементов сооружений, в том числе находящихся под напором жидкости или газа, а также для ремонта и усиления конструкций.            *

Алунитовый расширяющийся (напрягающий) цемент. Это цемент, в состав которого вводится в качестве расширяющегося компонента алунит — основная соль сульфата алюминия и калия — K2SO4*AI2(S04)3* •2А120з-6Н20 ([35, 73]. В готовом алунитовом напрягающем цементе должно быть 62—68 % портландцементного клинкера, 20—22 % обожженной алунитовой породы, 10—12 % гипса, иногда вводят 4 % извести.

Цемент получают тонким измельчением смеси указанных компонентов. Алунит подвергается обжигу при 973К, при этом образуются следующие фазы: сульфаты калия (натрия) и алюминия, квасцы, неразложившееся" безводное соединение, а также глинозем в активной форме, которые имеют высокую растворимость в воде и активно вступают в реакцию с продуктами гидратации клинкерных минералов. Равновесие указанных фаз в алуните зависит от температуры и длительности обжига.

В зависимости от активности обожженной алунитовой породы и количества перешедших в жидкую фазу' ионов алюминия и серного ангидрида при гидратации цемента можно получить при тех же компонентах безусадочный, расширяющийся и напрягаемый цементы. Гипс н обожженный алунит следует вводить в состав цемента с таким расчетом, чтобы серного ангидрида содержалось, %: в безусадочном цементе 2,5—4, в расширяющемся —4—6 и в напрягающем 6—8. Содержание алунита в исходном портландцементном клинкере должно быть более 50 % и трехкальциевого алюмината не менее 7%.

По ТУ 21-20-18-80 на напрягающий цемент при испытаниях с ВЩ — 0,3 прочность при сжатии через 1 сут, 28 сут и 1 год должна Составлять 14, 46 и 60 МПа; для цемента с добавкой 4 % извести соответственно 15, 16 н 32 МПа. Самонапряжение этих цементов—2,9 МПа и через 2 года — 3,6 МПа при расширении 0,57 и 1,0 %; для цемента с 4% извести самонапряжение составляет 2,0 и 3,0 МПа при расширении 1,0 и 1,2 %. В бетонах при расходе цемента 700 и 500 кг/м3 самонапряжение будет 0,25 и 0,12 МПа при расширении 0,8 и 0,9%.

В США выпускают напрягающий цемент Клейна. Получают его совместным помолом портландцементно- го клинкера, гипса и расширяющегося компонента — сульфоалюмпЪатного клинкера с присущими ему примесями.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  Специальные цементы

 

Смотрите также:

 

...ВЕЩЕСТВА. Безусадочные и напрягающие цементы. Расширяющиеся...

Расширяющиеся цементы получают на основе глиноземистого цемента или портландцемента.

 

ЦЕМЕНТ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ - расширяющийся цемент...

Расширяющиеся цементы (РЦ).
Безусадочные цементы - это расширяющиеся цементы, у которых расширение только компенсирует усадку.

 

Расширяющиеся цементы (РЦ). РЦ на основе глиноземистого шлака...

РЦ на основе глиноземистого шлака - гипсоглино-земистый расширяющийся цемент (продукт совместного помола 70% глиноземистого шлака моноалюминатного типа и двуводного гипса 30...

 

Расширяющиеся и безусадочные цементы - водонепроницаемый...

Линейное расширение у расширяющихся цементов обычно составляет 0,3... 1 %, у безусадочных — 0,01 ...0,1 %.
Применяют РПЦ там же, где и другие расширяющиеся цементы, а...

 

РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ЦЕМЕНТЫ

Расширяющиеся цементы, дающие увеличение объема при твердении как в воде, так и на воздухе, отличаются высокой плотностью и водонепроницаемостью.