Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

По многим данным, решающее влияние на прочность и скорость твердения цементов оказывает C3S. Уже через 7 сут прочность его достигает примерно 70% конечной. Двухкальциевый силикат твердеет медленно, и лишь через 12 мес показатели его прочности становятся достаточно высокими. Активнее ведет себя C4AF. Влияние содержания минералов на прочностные показатели портландцементов различного состава особенно отчетливо видно по данным С. Д. Окорокова

С3А при твердении в чистом виде характеризуется низкими показателями прочности, но в сочетании с другими компонентами цеметного клинкера его роль значительно возрастает. При относительно небольшом содержании в цементе (5—12%) этот минерал способствует быстрому росту прочности в первые сутки твердения вяжущего.

На прочность и интенсивность ее роста, по ряду данных, значительно влияет и стекловидная фаза, фиксируемая быстрым охлаждением клинкера при его выходе из печи.

Следует указать и на продолжительность хранения на складах после изготовления, как на фактор, влияющий на активность цементов. Даже при благоприятных условиях хранения на цемент воздействуют С02 и пары воды, содержащиеся в воздухе. При этом на поверхности частичек цемента образуются гидратные соединения и СаСОз, обусловливающие снижение прочности на 15— 20 % через 3 мес и на 20—30 % и больше через 6 мес. Особенно отрицательно на активности тонкоизмельчен-ных быстротвердеющих цементов сказывается хранение даже в течение 2—4 недель. При этом они переходят в разряд обычных цементов.

Снижению активности во время хранения способствует наличие в цементах гигроскопических добавок (трепела, диатомита и т. п.). Устойчивость цементов при хранении значительно увеличивается при помоле их с гидрофобными веществами (мылонафт, асидол-мылонафт, олеиновая кислота и т. д.) в количестве 0,15—0,25%-

Резюмируя все сказанное, можно отметить, что одни клинкерные фазы обусловливают интенсивный рост прочности твердеющего цемента, а следовательно, и бетона в начальные сроки, а другие — в более отдаленные.

Такой рост прочности характеризуется зависимостью, близкой к логарифмической.

На бетонные и железобетонные конструкции во время эксплуатации в зданиях и сооружениях воздействуют сложные и разнообразные силы, вызывающие в них напряжения сжатия, изгиба, растяжения, среза и т. п. Как цементы, так и бетоны при относительно высоких показателях прочности на сжатие плохо сопротивляются силам, вызывающим в них растягивающие, изгибающие и другие напряжения. Характерно, что чем выше прочность цементов на сжатие, тем относительно ниже показатель его прочности на растяжение и изгиб. Например, при марке цемента 400 нормированная прочность при изгибе в 400: 55-—7,3 раза меньше прочности на сжатие, а при марке 500 уже в 500:60^8,3 раза. Еще менее благоприятны соотношения показателей прочности на сжатие и осевое растяжение.

Важно отметить, что отношение прочности на растяжение к прочности на сжатие растворов и бетонов с течением времени твердения уменьшается. Такое изменение связано, главным образом, с минеральным составом и видом цемента, наличием в нем различных добавок, в частности поверхностно-активных, а также условиями твердения.

По данным В. В. Стольникова и других, если в 3-су-точном возрасте прочность на растяжение образцов из жестких растворов на портландцементах некоторых заводов составляет 7,5—9,9 % прочности иа сжатие, то через 28 сут твердения эти показатели снижаются до 5,5— 6,3 %. Пуццолановые портлаидцементы по сравнению с портландцементами характеризуются более благоприятными показателями.

Подобное явление наблюдается и у бетонов при определении их прочности на растяжение и сжатие в начальные (7, 28 сут) и более поздние сроки (3, 6, 12 мес и далее). Введение таких добавок, как ССБ, смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ), благоприятно отражается на изменении этого соотношения во времени. В связи с этим весьма важной задачей является создание вяжущих с показателями прочности на изгиб и растяжение, приближающимися к показателям прочности на сжатие.

Тонкость помола цементов — один из важных факторов повышения их активности и скорости твердения. Подробно вопросы, связанные с измельчением цементов, а также с гранулометрическим составом и его влиянием на прочность, освещены ранее в разделе о помоле клинкера. Необходимо дополнительно отметить влияние повышенной тонкости помола на увеличение не только скорости твердения, но и прочности. По данным А. В. Волженского и Ю. Д. Чистова, увеличение дисперсности портландцемента с 3 до 4—4,5 тыс. см2/г сопровождается увеличением прочности камня, изготовленного при одинаковом ВЩ, на 15—20 % в условиях одинаковой степени гидратации. Такое явление объясняется повышенной дисперсностью возникающих частичек гидратов при твердении цемента более тонкого помола, что имеет большое практическое значение.

Тонкость помола цементов и его разновидностей определяют по ГОСТ 310.2—76. Она должна характеризоваться остатком на сите № 008 не более 15 7о- Современные цементы характеризуются обычно остатком 3—8 %.

При одном и том же остатке на сите возможны значительные колебания в распределении зерен средних и мелких размеров, поэтому для оценки тонкости помола портландцемента применяют метод определения удельной поверхности порошка по его воздухопроницаемости. Для этой цели в СССР используют приборы конструкции Гипроцемента (способ В. В. Товаров) или ПСХ. За рубежом распространены приборы Р. Блейна, Ц. Ли и Р. Перса и др. Принцип действия этих приборов основан на влиянии пористости на воздухопроницаемость слоя материала. При определениях необходимо строго выполнять указания соответствующих инструкций. Контролировать тонкость помола по значению удельной поверхности можно только у чистых материалов без добавок или у таких многокомпонентных смесей, размалываемость отдельных составляющих которых примерно одинакова. При значительной разнице показателей размалываемос-ти, например клинкера и мягкой гидравлической добавки (трепел и т. п.), полученная удельная поверхность, решающее влияние на которую оказывают наиболее тонкие фракции, может дать искаженное представление о качестве вяжущего.

Зависимость прочности цементов от водоцемеитного отношения и условий твердения. Как уже говорилось, прочность, пористость, долговечность цементного камня, растворов и бетонов при прочих равных условиях решающим образом зависят от водоцемеитного отношения и, следовательно, от концентрации вяжущего в единице слитной смеси его с водой (см. п. 5 главы 8). Следует признать, что к настоящему времени не созданы формулы прочности вяжущих и бетонов   длительного твердения, в которых учитывались бы фактор оптимального соотношения между вяжущим и водой и наличие экстре-: мума в показателях всех их физико-механических свойств и долговечности. Видимо, все существующие формулы прочности цементного камня и бетона основаны на ошибочном допущении: чем меньше В/В, тем больше прочность, лучше показатели других свойств, выше долговечность (особенно в условиях длительного твердения). Современные многочисленные формулы прочности твердеющих вяжущих и бетонов можно считать пригодными для определения ее при тех значениях водо-вяжущего отношения, которые соответствуют оптимальному, характерному для каждого вяжущего или превышающему его.

В современных формулах прочности затвердевшего камня и бетона обычно учитывается (кроме В/В) активность вяжущего, но остается без внимания такое явление, как повышение связующих свойств частиц гидрат-ных новообразований с уменьшением воды в системе, что объясняется возрастанием    при этом  их дисперсности.

Часто в формулах прочность поставлена в зависимость от активности портландцемента и В/Ц. Представляются более рациональными те формулы, в которых прочность системы (камня, бетона) определяется по содержанию в ней цемента и воды, взятых в абсолютных объемах, а также объему пор.

В связи с этим при разработке формул прочности возникает необходимость количественного расчета в объеме цементного камня, раствора или бетона на любой стадии их твердения абсолютных объемов негидратиро-ванной части исходного вяжущего, объемов образовавшихся гидратов и пор, степени гидратации вяжущего и объемной концентрации новообразований. Автором разработана система уравнений для расчета значений указанных характеристик для портландцементного камня и раствора с беспористым заполнителем и для определения величины минимального объема пор между частичками новообразований, присущего каждому вяжущему в принятых условиях твердения. О величине этого объема можно приближенно судить по сильному затуханию реакций гидратации вяжущего и значительному начальному расширению твердеющей системы