| 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 ( 8.5).
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. А в случае, если расширяющиеся цементы используются в
железобетонных конструкциях, эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение
арматуры и сжатие самого бетона, что дополнительно защитит бетон от
образования трещин (подробнее см. § 13.1). Такие цементы называют
напрягающими.
Эффект расширения вяжущего может быть достигнут различными
методами. Например, путем образования газовых пузырьков в твердеющем тесте
вяжущего или с помощью реакции гашения добавляемого в цемент СаО при переходе
в Са(ОН)2 (см. § 8.6). Эти методы применяют при решении различных задач.
Например, метод гашения СаО используют при добыче крупных каменных блоков с
помощью так называемого «тихого взрыва».
Для строительных целей в основном используют цементы, в
которых расширение достигается с помощью образования эттрингита —
гидросульфоалюмината кальция ЗСаО Al203«3CaS04 (31 — 32) Н20. Образование
эттрингита возможно при взаимодействии алюминатов и сульфатов кальция в
водной среде; оно было рассмотрено при описании сульфатной коррозии
портландцементного камня (см. § 8.8).
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. .2,5 раза.
В твердеющем материале на расширяющемся цементе протекают
два процесса — расширение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита
с увеличением объема новообразований и ростом внутренних растягивающих
напряжений, и прештствующий 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, обус
ловленные ростом кристаллов эттрингита в ограниченном
объеме, могут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного камня,
как это имеет место при сульфатной коррозии (см. § 8.8).
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...7 сут в зависимости от свойств основного
структурообразующего вяжущего.
Основными вяжущими в расширяющихся цементах могут быть:
• алюминатные цементы (глиноземистый и др.);
• силикатные цементы (портландцемент и др.);
• сама расширяющаяся система (эттрингит).
|