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

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

По ГОСТ 10178—76 (с изм.), в портландцемента с минеральными добавками допускается вводить активные минеральные добавки в количестве не более 10—20 % по массе. Как показывают многочисленные исследования, в ряде случаев введение тонкомолотых малоактивных и даже инертных при обычной температуре добавок до 25 %, а иногда и более позволяет полнее использовать клинкерную часть цементов, увеличить плотность бетонов, уменьшить их деформации усадки и набухания, увеличить стойкость против действия агрессивных вод, а также значительно снизить их стоимость.

Как отмечалось ранее, даже при длительном твердении бетонов клинкерные частички размером более 40— 60 мкм обычно полностью не гидратируются и выполняют в цементном камне роль микронаполнителя. Клинкерные частички такого размера без существенного снижения прочностных характеристик портландцемента могут быть замещены в нем подобными же частичками, но из других, в том числе и инертных, материалов.

При изготовлении бетонов и растворов низких марок требуются вяжущие сравнительно невысоких марок. При использовании обычных портландцементов расчетное количество цемента для получения бетона или раствора заданной прочности часто недостаточно для придания бетонной или растворной смеси требуемой удобоукладываемости и исключения водоотделения. Разбавление портландцемента в этом случае добавками-наполнителями позволяет без перерасхода цемента получить требуемую удобообрабатываемость смеси и повысить плотность бетона или раствора.

Наконец, при изготовлении автоклавных бетонных изделий введение в портландцемент кремнеземистых добавок-наполнителей способствует значительному повышению прочности бетонов. При тепловой обработке бетонов в автоклаве при 174,5—200 °С и 0,9—1,6 МПа происходит химическое взаимодействие между клинкерными минералами и измельченными кремнеземистыми добавками (в том числе и кристаллическим кварцем). В результате дополнительно образуется значительное количество цементирующих новообразований, таких как CSH(B), по Р. Боггу [С—S—Н(1), по X. Тейлору], и гидрогранаты 3CaO-AI203-nSi02(6—2/z)H20, и при оптимальном содержании молотых кремнеземистых добавок достигается прочность, значительно превышающая прочность бетонов на исходном портландцементе.

В настоящее время наиболее распространены цементы для строительных растворов и песчаные портландцемента для бетонов   автоклавного   твердения.   Цементы для строительных растворов, по ГОСТ 25328—82, получают совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, необходимого количества гипса и минеральных добавок. Содержание клинкера должно быть не менее 20 % но массе вяжущего. В качестве заполнителей можно использовать многие материалы, однако лучшие результаты обеспечивают те, которые характеризуются высокой прочностью и плотностью. Малопрочные рыхлые влагоемкие материалы увеличивают водопотребность цементов, что вызывает значительное снижение их прочности и морозостойкости. При изготовлении цементов совместным помолом твердые добавки, например кварцевый песок, играют роль абразива по отношению к клинкеру, способствуя более тонкому измельчению его частиц, а следовательно, быстрой их гидратации в начальные сроки твердения. При этом частички твердых добавок, достигая при помоле размера 30—100 мкм, замещают в цементе клинкерные частички тех же размеров и выполняют роль микронаполнителя в общей массе вяжущего.

В качестве минеральных добавок разрешается использовать:

активные минеральные добавки (ОСТ 21-9-81);

шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные (ГОСТ 3476—74);

золошлаковые отходы 'ГЭС для производства цемента (ТУ 34-70-10347-81). В кислых золах содержание серного ангидрида должно быть не более 2 %, двуоксида кремния не менее 40 % и остатков несгоревшего топлива не более 5%. В основных золах содержание серного ангидрида допускается не более 5 %, свободного оксида кальция не более 10 % и несгоревших остатков топлива не более 5 %. В отдельных случаях, по заключению НИИцемента, допускается повышенное содержание остатков топлива на основании специальных исследований;

кварцевый песок, содержащий кремнезем в количестве не менее 90 %, глинистые, илистые и пылевидные фракции размером до 0,05 мм не более 3 %;

пыль электрофильтров клинкерообжигательных печей, содержащую щелочные оксиды в количестве не более 6 % (в пересчете на Na20 по формуле Na2O+0,658 КгО);

кристаллические известняки, гипсовый камень, содержащий не менее 65 % CaS04-2H20, фосфопшс.

Рекомендуются   следующие   составы   цементов для строительных растворов и низкоцементных неармированных бетонов марок 150 и ниже: клинкер не менее 40 %, активная минеральная добавка или известняк не более 60%; клинкер не менее 30%, активная минеральная добавка не менее 20 и не более 30 %, известняк или кварцевый песок не более 50 %.

Для улучшения качества этих цементов разрешается ввод в них пластифицирующих (до 0,5 %), а также гидрофобизирующих добавок (до 0,3 %)•

Начало схватывания цементов должно наступать не ранее 45 мин, а конец—не позднее 12 ч от начала затворения. Тонкость помола должна характеризоваться проходом через сито № 008 (ГОСТ 3584—73, с изм.) не менее 88 % массы просеиваемой пробы. Содержание серного ангидрида S03 не должно превышать 3,5 % по массе цемента. Предел прочности балочек размером 4X4X Х16 см (ГОСТ 310.1—76, с изм.), испытанных через 28 сут с момента изготовления при сжатии их половинок, должен быть не менее 20 МПа.

Песчаные портландцементы обычно получают совместным помолом клинкера и песка с необходимой добавкой гипса (до 3,5 % в расчете на клинкерную часть). Соотношение между клинкером и песком устанавливают опытным путем (25—60% песка по массе цемента).

Как показали многие исследования, особенно эффективно изготовлять песчаный портландцемент помолом портландцементного порошка (не клинкера) с кварцевым песком до удельной поверхности 2500—3500 см2/г и более. В этом случае зерна песка, выполняя роль мелющих тел, обеспечивают переход клинкерных частиц в тонкие и тончайшие фракции, способные взаимодействовать с водой в наиболее короткие сроки твердения, в то время как частички песка остаются преимущественно в виде более грубых фракций.

При таком способе получения песчаный портландцемент с добавками 25—35 % песка при твердении в нормальных условиях обладает практически теми же прочностными характеристиками, что и исходный портландцемент. Его можно наряду с портландцементом применять для изготовления бетонов, твердеющих при обычной температуре или подвергаемых пропариванню при атмосферном давлении. Песчаный портландцемент выгодно отличается от исходного меньшим тепловыделением и пониженными влажиостными деформациями.

При обычных температурах твердения и при пропаривании при 90—95 °С взаимодействие измельченного кварца с выделяющимся при твердении портландцемента гидроксидом кальция незначительное, поэтому песчаный цемент следует рассматривать прежде всего как специальное вяжущее вещество для бетонов автоклавного твердения, и его целесообразнее всего готовить на клинкере с повышенным содержанием силикатов кальция. Вводя оптимальное количество молотого кварцевого песка, можно получить цементы практически одинаковой активности при любом соотношении в клинкере между трех- и двухкальциевом силикатами. Однако следует учитывать, что в алитовый цемент можно ввести повышенное количество песка.

Применение песчаного портландцемента с содержанием 40—50 % молотого песка при запаривании в автоклаве под давлением 0,9—1,6 МПа позволяет получать изделия при расходе клинкерной составляющей 200— 250 кг/м3 с прочностью 60—80 МПа и более.