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

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Температура оказывает очень большое влияние на твердение портландцемента. При температурах от 0 до 8СС происходит значительное  (в 2—3 раза) по сравнению с твердением при обычных температурах замедление этих процессов, а ниже 0°С они почти полностью прекращаются. Повышение же температуры твердеющих растворов и бетонов сопровождается большим ускорением роста прочности. Оно становится достаточно заметным уже при температуре бетонных смесей 30 — 40 °С при их твердении в теплые периоды года. В больших же массивах эти температуры могут держаться и в холодное время.

Резкое ускорение процессов твердения цементов и бетонов наступает при 70—95 °С и особенно при 175— 200 °С и выше. Однако такое интенсивное воздействие температуры на твердение цементов, а следовательно, и бетонов проявляется лишь при наличии в них воды в жидком состоянии. Недостаток воды во время твердения при повышенных температурах не только замедляет процессы гидратации, но и снижает прочность и стойкость бетонов. При полном испарении воды процессы твердения прекращаются.

Благоприятное влияние повышенных температур на скорость твердения бетонов послужило основой разработки и широкого применения на практике двух методов их тепловлажиостной обработки. Один из них предусматривает обработку твердеющего бетона при 70—95 °С и атмосферном давлении. В этом случае бетон нагревают с помощью пара, электроэнергии, инфракрасных лучей и т. п. Второй метод основан на тепловлажиостной обработке бетонов под давлением насыщенного пара 0,9— 1,6 МПа и при 174,5—200 °С. Во избежание испарения воды из бетонов при температурах, превышающих 100 °С, обработку ведут в замкнутых емкостях, выдерживающих указанные давления (автоклавы, специальные герметические формы). Нагревают бетоны при этом методе обычно посредством пара соответствующего давления, подаваемого в автоклав из парового котла. Бетоны в герметических формах можно нагревать также с помощью электроэнергии и высококипящих жидкостей.

Обычно с помощью паровой обработки бетонов на современных цементах в течение изотермическою прогрева 8—10 ч при 80—95 °С достигается (сразу после пропаривания) прочность, равная 60—75 % 28-суточиой. При применении быстротвердегощих цементов (продолжительность изотермического прогрева ограничивается  обычно   4—6 ч,   так   как   более   длительное пропаривание мало сказывается на дальнейшем росте прочности.

Прочность бетонов на портландцементах после пропаривания растет, но она часто оказывается несколько ниже, чем у тех же бетонов, твердевших в нормальных условиях.

Автоклавной обработке подвергают бетоны, изготовленные на цементах, содержащих 40—60 % тонкомолотых кремнеземистых материалов (кварцевый песок, вулканические породы и др.). В течение 6—8 ч при температурах 175—185°С она позволяет получать бетоны с прочностью, приблизительно равной той, какую они имели бы через 28 сут нормального твердения, если были бы изготовлены из чистого цемента без добавки. Запаривание часто позволяет довести продолжительность тепло-влажностной обработки до 4—6 ч. При этом важно отметить, что автоклавная обработка позволяет не только резко сократить время твердения бетонов и уменьшить расход цемента, но и получать прочность до 100 МПа и более.

Влияние температуры на интенсивность роста прочности бетонов на цементах разного минералогического состава, кристаллической структуры и степени измельчения проявляется по-разному. При этом играет роль и В/Ц.

С. А. Миронов и Л. А. Малинина свидетельствуют о большой разнице во влиянии тепловлажностной обработки при 80 °С на отдельные клинкерные минералы. По их данным, как и по ранее приведенным, наиболее интенсивно твердеют в нормальных условиях и при 80 °С C3S и C4AF. Вместе с тем тепловлажностная обработка, мало отражаясь на прочности C2S, способствует интенсификации дальнейшего твердения этого минерала. Отрицательные результаты получены при твердении С3А. Однако, как уже отмечалось, минерал этот оказывается полезным в сочетании с другими.

Исследования С. А. Миронова и Л. А. Малининой, Ю. М. Бутта и В. В. Тимашева, Л. А. Кайсера и др. показали, что наиболее интенсивный рост прочности бетонов при кратковременном пропаривании их при 80— 95 °С обеспечивают цементы, содержащие до 50—60% C3S и 6—9 % С3А. Практика свидетельствует, что в условиях пропаривания целесообразно использовать цементы, содержащие активные минеральные добавки (гранулированные шлаки, трепел, опоки и т. п.).

Следует учитывать также, что С3А, способствуя быстрому начальному росту прочности при пропаривании, вызывает при последующем твердении к 28 сут недобор прочности по сравнению с той, какой бетон достигает при твердении в обычных условиях.

Бетоны на высокоалитовых цементах целесообразно пропаривать при температурах около 80°С, так как более высокие температуры (90—95°С) хотя и ускоряют твердение в начальные сроки, но вызывают недобор прочности при последующем твердении. Пропариваиие при 90—95 °С благоприятно влияет на рост прочности бетонов на шлаковых и пуццолановых портландцемен-тах, у которых после тепловлажностной обработки ускоряется рост прочности, превышающей к 28 сут прочность бетонов, нормально твердевших на этих цементах, на 15—30%.

Современные данные указывают на сложную зависимость поведения разных цементов при тепловлажностной обработке (при 70—95°С) от многих факторов (минералогический состав, микроструктура клинкера, тонкость помола, В/Ц и др.) и свидетельствуют о том, что для каждого цемента целесообразно экспериментально определять оптимальный режим тепловлажностной обработки (температуру и длительность).

Л. А. Кайсер и Р. С. Чехова предлагают разделять портландцемеиты по отношению их к пропариванию при 70—95 °С на три группы: I — малоалюминатиые цементы с содержанием С3А до 5%; II — среднеалюминатпые цементы (С3А б—9 %); III —высокоалюмииатные цементы (С3А 10 % и более).

Наиболее эффективны в производстве сборного железобетона с применением пропаривания портландцементы II группы и среди них ОБТЦ. ГОСТ 310.4—81 допускает определять активность цемента в условиях пропаривания. Для этого изготовляют балочки размером 4Х4Х Х16 см из раствора 1:3 (вяжущее : песок). Через 2 ч после формования образцы пропаривают по режиму 3+6+2 ч при 85±5°С. Через 24±2 ч с момента изготовления образцы расформовывают и сразу испытывают.

Л. А. Кайсер и Р. С. Чехова по прочности пропаренных образцов на сжатие исследуемый цемент относят к I группе высокоактивных, если прочность достигает 30— 35 МПа и выше. Ко II группе относят цементы с прочностью не ниже 25 МПа и к III — низкоактивные цементы с прочностью менее 20 МПа. Последние нецелесообразно применять в производстве сборного железобетона. Обычно к I группе по активности при пропаривании относят среднеалюминатные цементы (С3А 7—9%), во II группу входят низкоалюминатные цементы, а в III — высокоалюминатные (С3А до 12%). Хотя последние отличаются и наиболее интенсивным ростом прочности в первые часы пропаривания (1—3 ч), но в последующем он быстро затухает. Наиболее же эффективными для производства изделий методами пропаривания являются портландцемента: I группы, содержание до 50—60 % C3S и 7—9 % СзА.

Как уже отмечалось, скорость твердения цементов при пониженных температурах (0—8°С) значительно меньше,, чем при обычных (15—25°С). Чем меньше активность цемента и больше В/Ц, тем медленнее повышается прочность при пониженных температурах. Поэтому бетоны, твердеющие при указанных и отрицательных температурах (по способу термоса), рекомендуется готовить на быстротвердеющих высокоактивных цементах, содержащих C3S до 55—60% и более, С3А 10—13%, C4AF 5—10 % при тонкости помола до 4000—5000 см2/г.

Интенсификации процессов твердости цементов при пониженных температурах способствует введение в них вместе с водой затворения добавок-ускорителей и в первую очередь хлористого кальция в количестве 1 —1,5% массы вяжущего. Если необходимо обеспечить твердение портландцементов при отрицательных температурах, то, по данным С. А. Миронова, В, Н. Сизова и др., целесообразно затворять их водными растворами смеси хлористых натрия и кальция. Например, при температуре твердения бетона до—10°С можно применять незамерзающий раствор, содержащий 3 % СаС12 и 7 % NaCl: наличие хлористого натрия в водном растворе предотвращает его замерзание, а хлористый кальций ускоряет твердение. Для этого используют также растворы нитрита натрия NaN02 (до —15°С) и поташа K2CO3 (от —20 до —25 °С). Концентрации солей в растворах должны строго соответствовать тем температурам, при которых будет твердеть бетон; в противном случае возможно нарушение его структуры и ухудшение качества, Поташ и нитрит натрия не вызывают коррозии стали.

Химические добавки применяют иногда для ускорения твердения цементов и бетонов и при обычных температурах. Чаще всего используют хлористый кальций» Прибегают и к хлористому, и к азотно-кислому натрию, в количестве до 1 —1,5 % массы цемента. В первые 1—3 сут они позволяют в 1,5—2 раза повысить прочность твердеющих растворов и бетонов. Вместе с тем следует иметь в виду, что введение их сверх 1,5 % часто вызывает коррозию стали в железобетоне. Ускорение твердения портландцемента при введении СаС12 объясняется его каталитическим воздействием на гидратацию C3S и C2S, а также реакцией с С3А и C4AF с образованием хлор-алюминатов.

Г. П. Иноземцев и В. Б. Ратинов предложили применять в качестве ускорителя твердения цементных бетонов комплексную добавку, представляющую смесь нитрита и нитрата кальция в отношении 1:1. Эта добавка, а также нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК), вводимые в количестве 1—3 % массы цемента, не только ускоряют его твердение, но и предохраняют от коррозии металл в железобетоне.

Делались попытки ускорить процессы твердения цементов с помощью кристаллических затравок. Получают их, измельчая высушенные портландцемеиты, твердевшие в течение месяца, до первоначальной тонкости. Затравки в виде гидратированных цементов вводят в количестве 1—3%. Однако широкого применения кристаллические затравки не получили вследствие их избирательного действия.