Гипс, или водный сульфат кальция, относится к минералам. В чистом виде бесцветен и прозрачен, а при наличии примесей имеет серую, желтоватую, розовую, бурую и другие окраски. Осаждается из водных растворов, богатых сульфатными солями, при усыхании морских лагун, соленых озер.
Гипсовые материалы получают путем термической обработки и измельчения природного гипсового камня и некоторых гипсосодержащих промышленных отходов.
По условиям термической обработки гипсовые вяжущие материалы делятся на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. К низкообжиговым относятся строительный, формовочный, высокопрочный гипсы и гипсоцементно-пуццолановое вяжущее; к высокообжиговым - ангидритовый цемент и эстрихгипс.
В зависимости от сроков схватывания и твердения гипсовые вяжущие подразделяются на: А - быстротвердеющие (2-15 мин), Б - нормальнотвердеющие (6-30 мин), В - медленнотвердеющие (20 мин и более).
По степени помола различают вяжущие грубого (I), среднего (II) и тонкого (III) помола.
Гипсовые вяжущие применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, архитектурных, звукопоглощающих и других изделий, а также строительных растворов для внутренних частей зданий, сухих шпаклевочных смесей, гипсокартонных и гипсоволоконных листов, акустических плиток и т.д..
46. Основные свойства гипсовых вяжущих и методика их определения.
Гипсовые вяжущие материалы — воздушные вещества, получаемые из гипсового камня или ангидрита. Способны твердеть, набирать и сохранять свою прочность только на воздухе.
Основными характеристиками гипсовых вяжущих служат сроки схватывания, тонкость помола, прочность при сжатии и растяжении, водопотребность и др.
По срокам схватывания и твердения гипсовые вяжущие делят на три группы: А быстротвердеющие (начало схватывания не ранее 2 мин, конец не позднее 15 мин), Б нормальнотвердеющие (начало схватывания не ранее 6 мин, конец не позднее 30 мин), В медленнотвердеющие (начало схватывания не ранее 20 мин, конец не нормируется).
Замедляют схватывание гипсовых вяжущих введением в гипсовое тесто растворов столярного клея, лигносульфонатов технических (ЛСТ) и других добавок. Эти вещества, адсорбируясь на зернах полуводного гипса, уменьшают его растворимость, поэтому процесс схватывания гипсового теста замедляется.. При необходимости ускорить схватывание гипса добавляют вещества (0,2...3 % от массы гипса), одни из которых повышают растворимость полуводного гипса (поваренная соль, сульфат натрия и др.), другие (двуводный гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро закристаллизовывается вся масса.
Прочность гипсовых вяжущих определяют по результатам испытания образцовбалочек размером 40x40x160 мм из гипсового теста нормальной густоты через 2 ч после изготовления. За это время гидратация и кристаллизация вяжущего завершаются.
По пределу прочности при сжатии и изгибе гипсовые вяжущие делят на 12 марок: от Г2 до Г25(цифра показывает нижний предел прочности при сжатии данной марки гипса в МПа):. Марку определяют по пределу прочности при сжатии и изгибе. Минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.
По тонкости помола, определяемой остатком (в %) при просеивании пробы на сите с отверстиями размером 0,2 мм, гипсовые вяжущие делятся на три группы:
| Группа | I | II | III |
| Помол | Грубый | Средний | Тонкий |
| Остаток на сите, %, не более | 23 | 14 | 2 |
Для изготовления строительных изделий используют в основном гипсовые вяжущие марок от Г2 до Г7.
Плотность затвердевшего гипсового камня низкая (1200......1500 кг/м3) изза значительной пористости. Высокая пористость объясняется тем, что для получения пластичного удобоукладываемого теста при затворении гипсовых вяжущих воды берут в два три раза больше, чем требуется для гидратации полуводного гипса. После затвердевания в гипсовых вяжущих остается значительное количество свободной воды (до 30 % от массы гипса). Такой влажный гипсовый камень характеризуется пониженной прочностью. Для повышения прочности избыток воды удаляют высушиванием гипсовых изделий при температуре не более 70 °С.
Гипсовое вяжущее — одно из немногих вяжущих, расширяющихся при твердении (увеличение в объеме достигает 0,2 %). Способность расширяться позволяет применять гипсовое вяжущее (в отличие от большинства других вяжущих) без заполнителей, не боясь трещинообразования от усадки. Гипс хорошо сцепляется с древесиной и поэтому его целесообразно армировать деревянными рейками, картоном или целлюлозными волокнами и наполнять древесными стружками и опилками. Можно также добавлять минеральные пористые (керамзит, аглопорит) заполнители — снизит плотность и стоимость изделий из гипса. Гипсовые материалы не только являются негорючими материалами, но в силу своей пористости замедляют передачу теплоты, а при действии высоких температур в результате термической диссоциации выделяют воду, тем самым тормозя распространение огня.
Недостаток гипсовых вяжущих при увлажнении затвердевший гипс не только существенно (в 2...3 раза) снижает прочность, но и проявляет нежелательное свойство — ползучесть — медленное необратимое изменение размеров и формы под нагрузкой. Характер водной среды во влажном гипсе — нейтральный (рН = 6,5...7,5), и она содержит ионы Са+2 и SO24, поэтому стальная арматура в гипсе коррозирует. Увлажнению гипса способствует его гигроскопичность — способность поглощать влагу из воздуха.
47. Маркировка гипсовых вяжущих.
маркировка гипсового вяжущего Г-7-А-II означает: Г - гипсовое вяжущее, 7 - предел прочности при сжатии (в МПа), А - быстрое твердеющее, II - среднего помола.
Порошок гипсового вяжущего, затворенный водой (50-70% от массы гипса), образует пластичное тесто, которое быстро схватывается и твердеет. Получается гипсовый камень, прочность которого по мере высушивания повышается. Важно помнить, что гипс при твердении увеличиваетс в объеме на 0,3-1%, и учитывать это при изготовлении изделий отливкой в формы.
По пределу прочности при сжатии и изгибе гипсовые вяжущие делят на 12 марок: от Г2 до Г25(цифра по-казывает нижний предел прочности при сжатии данной марки гипса в МПа):. Марку определяют по пределу проч-ности при сжатии и изгибе. Минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соот-ветствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.
48. Воздушная известь (сырье, получение, разновидности, характеристики и применение).
Воздушная известь — это продукт, получаемый обжигом ниже температуры спекания известковокарбонатной пород, мела, кальцита, известнякаракушечника и т.д.
Классификация воздушной извести:
1. По внешнему виду:
· Комовая негашеная
· Молотая негашеная
· Известьпушенка
· Известковое тесто (известьпушенка с водой)
· Известковое молоко
2. В зависимости от содержания CaO известь делится на сорта:
· 1 сорт >90%
· 2 сорт> 80%
· 3 сорт >70%
3. В зависимости от температуры гашения различают высокоэкзотермическую (температура гашения более 70 оС) и низкоэкзотермическую (температура гашения менее 70 оС) воздушные извести.
4. В зависимости от скорости гашения различают извести:
· Быстрогасящуюся (время гашения менее 6 минут)
· Среднегасящуюся (время гашения от 6 минут до 20 минут)
· Медленногасящуюся (время гашения более 20 минут)
Процесс гашения извести:
1) CaO + H2O > Ca(OH)2 + Q↑
2) Ca(OH)2 + CO2 > CaCO3 + H2O
Производство извести.
Состоит из стадий:
1. Добыча сырья
2. Подготовка сырья (дробление, рассев по фракциям)
3. Обжиг
Применение извести.
1. Изготовление известковых растворов и бетонов
2. Изготовление силикатного кирпича и силикатных бетонов
3. Окрасочный материал (побелка стен, потолков)
49. Гашение воздушной извести, продукты гашения (формулы, характеристики).
Известь, основные свойства, производство, гашение и твердение извести. По времени гашения все сорта воздушной негашеной извести подразделяют на три группы:
1. Быстрогасящаяся, со временем гашения не более 8 мин;
2. Среднегасящаяся - время гашения не более 25 мин;
3. Медленногасящаяся - время гашения не менее 25 мин.
Процесс гашения извести происходит по реакции СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 65,1 кДж.
Реакция гашения извести протекает очень бурно, с большим выделением тепла. Вода, проникая в глубину известковых зерен, вступает в химическое взаимодействие с СаО, и выделяющееся при этом тепло превращает воду в пар. Так, как переход воды в пар сопровождается увеличением объема извести, создаются внутренние растягивающие напряжения в зернах извести, приводящие к их измельчению в мелкий порошок.
В зависимости от количества воды, взятой на гашение извести, получается известь пушонка, или известковое тесто.
50. Свойства воздушной извести и методика их определения.
Химический анализ и определение физико-механических свойств извести производят по ГОСТ 22688.
Стандартом регламентируются следующие виды испытаний:
• определение суммарного содержания активных окисей кальция и магния в кальциевой извести;
• определение суммарного содержания активных окисей кальция и магния в магнезиальной, доломитовой и гидравлической извести;
• определение содержания гидратной воды;
• определение содержания С02;
• определение влажности гидратной извести;
• определение предела прочности при изгибе и сжатии образцов из гидравлической извести;
• определение температуры и времени гашения извести;
• определение равномерности изменения объема извести.
Свойства извести
-скорость гашения;
-тонкость помола;
-водопотребность;
-прочность.
51. Ги дравлические вяжущие вещества (определение, разновидности, сырье, получение).
К гидравлическим вяжущим веществам относятся:
Гидравлическая известь - это вяжущее вещество, которое получают методом обжига не до спекания мергелистых известняков, в которых содержится от 6 до 25% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Согласно ГОСТу 9179-77 данный строительный материал производят в виде тонкоизмельченного порошка. Помимо глинистых примесей мергелистые известняки содержат включения углекислого магния и прочие примеси. Поскольку гидравлическую известь производят из природного сырья без переработки в искусственные смеси однородного состава, следовательно, для ее получения необходимо применять мергелистые известняки.
Романцемент - тоже относится к гидравлическим вяжущим веществам. Этот продукт тонкого помола обожженный не до спекания чистых и доломитизированиых мергелей, содержащих до 25 % глинистых примесей. Для регулирования свойств данного вида цемента, возможно добавление в него до 5 % гипса различных модификаций и до 15 % активных минеральных добавок. В качестве сырья для изготовления романцемента используются мергели.
Портланцемент, пожалуй, самый востребованный на сегодняшний день вид цемента. Данный строительный материал обладает высокими эксплуатационными характеристиками, что обуславливает его применение в возведении ответственных конструкций. Существует две марки этого цемента М400 и М500, цифра, идущая после буквы, как мы знаем, обозначает прочность цемента.
Цемент. Наверное, не будет ошибкой, если мы назовем цемент самым необходимым гидравлическим вяжущим в строительном производстве.
Ниже приведен список разновидностей цемента:
Кислотоупорный кварцевый цемент
Расширяющийся цемент
Глиноземистый цемент
Пуццолановый цемент
Быстротвердеющий цемент
Шлаковый цемент
Каждый из видов гидравлических вяжущих веществ имеет свое предназначение и в целях безопасности и долговечности возводимых объектов, желательно использовать каждый вид по предназначению.
52. Гидравлическая известь (сырье, получение, характеристики и назначение).
Для возведения конструкций, которые находятся во влажных эксплуатационных условиях, цоколей и фундаментов больших зданий и оросительных каналов, при изготовлении растворов для кладки и штукатурки в сухих и влажных условиях, а также при изготовлении известково-зольных и известково-шлаковых вяжущих веществ используется гидравлическая известь. Это продукт, который получают методом обжига не до спекания мергелистых известняков, которые содержат от 6 до 25% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. В соответствии с ГОСТом 9179-77 строительную известь производят в виде тонкоизмельченного порошка, остаток которого при просеивании частиц на ситах № 02 и 008 не превышает 1 и 15%.Гидравлическая известь помимо глинистых примесей, также содержит включения углекислого магния и прочие примеси. Поскольку строительную известь изготавливают из природного сырья безо всяких дополнительных переработок в искусственные смеси однородного состава, для ее получения необходимо мергелистые известняки с возможно равномерным распределением в них глинистых и прочих включений. Качество продукции зависит от того, в виде каких соединений находятся в известняке те или иные примеси. Гидравлическую известь, как правило, характеризуют основным или гидравлическим модулем, который представляет собой отношение процентного содержания по массе окиси кальция к процентному содержанию кислотных окислов.Строительную известь используют наряду с воздушной, но при этом получают водостойкие строительные растворы. Гидравлическая известь получила широкое применение и используется в качестве вяжущего с целью приготовления строительных растворов. Строительный раствор это смесь вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (чаще всего песок).
53. Портландцемент (сырье и производство).
Изобретен в 1824 году английским каменщиком.
Портландцемент это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера с небольшим количеством гипса.
Портландцементный клинкер это зерна серого или зеленого цвета, диаметром от 5 до 30 мм, получаемые обжигом сырьевой смеси, состоящей из известняков и глины (75% CaCO3, 25% глины)
■ Сырье и производство.
Для получения доброкачественного портландцемента химический состав клинкера, а следовательно, и состав сырьевой смеси должны быть устойчивы.
Многочисленные исследования и практический опыт показывают, что элементарный химический состав клинкера должен находиться в следующих пределах (% по массе): СаО — 63...66; ЭЮг — 21...24; А120з — 4...8;
Fe203 — 2...4, их суммарное количество составляет 95......97 %. Следовательно, для производства портландцемента следует применять такие сырьевые материалы, которые содержат много карбоната кальция и алюмосиликатов (известняки, глины, известковые мергели). Чаще используют искусственные сырьевые смеси из известняка или мела и глинистых пород при соотношении между ними в сырьевой шихте примерно 3:1 (% по массе):
СаС03 — 75...78 и глинистого вещества — 22...25. Вместо глины или для частичной ее замены используют также
отходы различных производств (доменные шлаки, нефелиновый шлам и т. п.). Нефелиновый
шлам, получающийся при производстве глинозема, уже содержит 25...30 % Si02 и 50...55 % СаО; достаточно к нему добавить
15...20 % известняка, чтобы получить сырьевую смесь. При этом производительность печей повысится примерно на 20 %, а расход топлива снизится на 20...25 %. Для обеспечения нужного химического состава сырьевой смеси применяют корректирующие добавки,содержащие недостающие оксиды. Например, количество Si02 повышают, добавляя в сырьевую смесь трепел,опоку. Добавление колчеданных огарков увеличивает содержание Fe203.
В качестве топлива используют природный газ, реже мазут и твердое топливо в виде угольной пыли. Стоимость топлива составляет до 26 % себестоимости готового цемента, поэтому на цементных заводах много внимания уделяется его экономии.
Технология портландцемента в основном сводится к приготовлению сырьевой смеси надлежащего состава, ее обжигу до спекания (получают клинкер) и помолу в тонкий порошок.
Сырьевую смесь приготовляют сухим или мокрым способом (см, 5.2). В соответствии с этим различают и способы производства цемента — сухой и мокрый. В СССР преобладает мокрый способ производства цемента, но все шире внедряется сухой. Важнейшим преимуществом сухого способа производства является не только снижение расхода теплоты на обжиг в 1,5...2 раза, чем при мокром, но и более высокие удельные съемы в печах сухого способа.
Обжиг сырьевой смеси чаще осуществляют во вращающихся печах, но иногда (при сухом способе) в шахтных.
Вращающаяся печь (рис. 5.2) представляет собой сварной стальной барабан длиной до 185 м и более, диаметром до 5...7 м, футерованный изнутри огнеупорными материалами. Барабан уложен на роликах под углом
3...40 к горизонту и медленно вращается вокруг своей оси. Благодаря этому сырьевая смесь, загруженная в верхнюю часть печи, постепенно перемещается к нижнему концу, куда вдувают топливо, продукты горения которого просасываются навстречу сырьевой смеси и обжигают ее. Характер процессов, протекающих при обжиге сырьевой смеси, приготовленной по сухому и мокрому способам, по существу, одинаков и определяется температурой и временем нагревания материала в печи. Рассмотрим эти процессы.
фВ зоне сушки поступающая в верхний конец печи сырьевая смесь встречается с горячими газами и постепенно при повышении температуры с 70 до 200 °С (зона сушки) подсушивается, превращаясь в комья, которые при перекатывании распадаются на более мелкие гранулы. По мере перемещения сырьевой смеси вдоль печи происходит дальнейшее постепенное ее нагревание, сопровождаемое химическими реакциями.
ф В зоне подогрева при 200...700 °С сгорают находящиеся в сырье органические примеси, удаляется химически связанная вода из глинистых минералов и образуется безводный каолинит Al2032Si02. Подготовительные зоны (сушки и подогрева) при мокром способе производства занимают 50...60 % длины печи, при сухом же способе подготовки сырья длина печи сокращается за счет зоны сушки.
ф В зоне декарбонизации при температуре 700......1100°С происходит процесс диссоциации карбонатов кальция и магния на СаО, MgO и СОг, алюмосиликаты
глины распадаются на отдельные оксиды Si02, А120з и Fe2C>3 с сильно разрыхленной структурой. Термическая диссоциация СаС03 —это эндотермический процесс, идущий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСОз), поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне оксид кальция в твердом состоянии вступает в реакцию с продуктами распада глины с образованием низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция (2Ca0Si02, СаОА12Оз, 2Ca0Fe203).
ф В зоне экзотермических реакций обжигаемая масса, передвигаясь, быстро нагревается от 1100 до 1300°С, при этом образуются более основные соединения: трехкальциевый алюминат ЗСаО'А12Оз(С3А), четырехкальциевый алюмоферрит 4СаОAl203Fe203(C4AF), но часть оксида кальция еще остается в свободном виде. Обжигаемый материал агрегируется в гранулы.
ф В зоне спекания при 1300...1450 °С обжигаемая смесь частично расплавляется. В расплав переходят С3А, C4AF, MgO и все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. По мере появления расплава в нем растворяются C2S и СаО и, вступая во взаимодействие друг с другом, образуют основной минерал клинкера — трехкальциевый силикат 3Ca0Si02(C3S), который плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из расплава в виде мелких кристаллов, а обжигаемый материал спекается в кусочки размером 4...25 мм, называемые клинкером.
ф В зоне охлаждения (заключительная стадия обжига) температура клинкера понижается с 1300 до 1000 °С, происходит окончательная фиксация его структуры и состава, включающего C3S, C2S, С3А, C4AF, стекловидную фазу и второстепенные составляющие.
По выходе из печи клинкер необходимо быстро охладить в специальных холодильниках, чтобы предотвратить образование в нем крупных кристаллов и сохранить в не закристаллизованном виде стекловидную фазу. Без быстрого охлаждения клинкера получится цемент с пониженной реакционной способностью по отношению к воде.
После выдержки на складе (1...2 недели) клинкер превращают в цемент путем помола его в тонкий порошок, добавляя небольшое количество двуводного гипса. Готовым портландцемент направляют для хранения в силосы и далее на строительные объекты.
Сухой способ производства цемента значительно усовершенствован. Наиболее энергоемкий процесс — декарбонизация сырья — вынесен из вращающейся печи в специальное устройство — декарбонизатор, в котором он протекает быстрее и с использованием теплоты отходящих газов (рис. 5.3). По этой технологии сырьевая мука сначала поступает не в печь, а в систему циклонных теплообменников, где нагревается отходящими газами и уже горячей подается в декарбонизатор. В декарбонизаторе сжигают примерно 50 % топлива, что позволяет почти полностью завершить разложение СаС03. Подготовленная таким образом сырьевая мука подается в печь, где сжигается остальная часть топлива и происходит образование клинкера. Это позволяет повысить производительность технологических линий, снизить топливноэнергетические ресурсы, примерно вдвое сократить длину вращающейся печи, соответственно улучшить компоновку завода и занимаемой им земельной территории.
Рис. Схема печного агрегата для обжига клинкера с циклонным теплообменником и кальцинатором (декарбонизатором):
1 вращающаяся печь; 2, 6, 7, 8 — циклоны теплообменника I—IV ступеней; 3 — электрофильтр; 4— отходящие газы; 5 — подача сырьевой смеси; 9 — декарбонизатор; 10 — электрофильтр; II— вторичный воздух из холодильника; 12 — воздух из холодильника; 13 — холодильник клинкера
В СССР создана низкотемпературная солевая технология производства цемента, базирующаяся на открытии советских ученых. Сущность открытия заключается в установлении нового явления — образования высокоосновного силиката кальция — алинита, близкого по составу к алиту в области температур 900...1100 °С, т. е. значительно ниже температур кристаллизации трехкальциевых силикатов — алитов. Алинит, являющийся основной вяжущей фазой портландцементных клинкеров нового типа, обусловливает их высокую гидравлическую активность. Вхождение анионов хлора в структуру является обязательным условием образования алинита и клинкеров нового типа. Введение в шихту, например, 10... 12 % СаС12 сопровождается образованием хлоркальциевого расплава при чрезвычайно низких температурах (600...800 °С), что смещает все основные реакции образования минералов в область температур 1000...1100 °С и позволяет получать клинкер при пониженных температурах.
Внедрение новой технологии позволит сократить удельные расходы топлива, резко повысить производительность печей и помольного оборудования.
Процесс производства портландцемента:
1. Добыча известняка и глины
2. Приготовление сырьевой смеси (дробление, помол, корректировка состава сырья)
3. Обжиг
4. Помол клинкера совместно с гипсом
5. Магазинирование
В зависимости от способа подготовки сырья существует три способа производства цемента:
1. Сухой
2. Мокрый
3. Комбинированный
Сухой способ производства портландцемента.
Известняк и глина измельчаются при влажности 24%. Измельчение проводится в шаровых дробилках (шаровых мельницах).
Мокрый способ.
Известняк и глину измельчают в мокром состоянии при влажности 5060%
Комбинированный способ.
Сырьевые компоненты измельчаются в мокром состоянии, а перед обжигом высушиваются.
Обжиг сырьевой смеси.
Осуществляется во вращающихся печах длиной 70240 метров и диаметром 34 метра.
Стадии твердения.
1. Растворение компонентов цемента в воде
2. Образование пересыщенного раствора или геля
3. Кристаллизация
При твердении цемента образуются:
• Гидросиликаты
• Гидроаллюминаты
• Гидроферриты кальция
• Гидроксид кальция
54. Основные клинкерные минералы (образование, формулы и характеристики).
В клинкере главные оксиды образуют силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция в виде минералов кристаллической структуры, а часть их входит в стекловидную фазу.
Портландцементный клинкер имеет сложный минералогический состав.
Основными минералами (соединениями) являются: трех кальциевый силикат (алит) 3Ca0Si02, двухкаль- циевый силикат (белит) 2Ca0Si02, трехкальциевый алюминат ЗСа0-А1203, четырехкальциевый алюмофер- рит 4СаО • А1203 • Fe203.
Для сокращения написания формул клинкерных минералов принято обозначать оксиды первой буквой их оазвернутого написания, а число молекул оксида в соединении — индексом около буквы. Так, ЗСаО• Si02 обозначается C3S; 2Ca0-Si02— C2S; ЗСа0-А1203—СзА и 4СаО • А1203 • Fe203—C4AF. Содержание основных минералов в порт- ландцемеитном клинкере должно находиться в следующих пределах, %: C3S — 42—65; C2S — 15-45; CSA —2—15; C4AF—10—25.
Фазовый состав клинкера характеризуется содержанием основных и второстепенных клинкерных фаз, определяемых физико-химическими методами анализа. К основным клинкерным фазам относятся алитовая, белитовая и промежуточное вещество; к второстепенным — свободные СаО и MgO частично в виде кристаллов пе- риклаза и другие соединения.
Алитовая фаза (C3S)—основная в портландцементном клинкере. Алит определяет высокую прочность, быстроту твердения, высокую гидравлическую активность и другие свойства портландцемента.
Белитовая фаза (C2S) представлена в клинкере р-модификацией C2S, содержащей некоторое количество железа и титана в виде твердых растворов. Белит ие характеризуется определенными сроками схватывания и затворенный водой твердеет очень медленно. С течением времени (спустя 1—2 г) белит становится активнее алита.
Промежуточное вещество образуется из той части клинкера, которая при спекании находилась в расплавленном состоянии. В промежуточное вещество входят алюминаты и алюмоферриты кальция и клинкерное стекло (стекловидная фаза), которое не успело закристаллизоваться. В нормально охлажденных клинкерах содержится обычно 6—12 % стекла.
Трехкальциевый алюминат при затворении водой схватывается почти мгновенно, выделяя большое количество теплоты. На воздухе он приобретает определенную прочность, но в воде со временем теряет ее. В присутствии клинкерных минералов С3А делает цемент быстротвердеющим.
Четырехкальциевый алюмоферрит имеет сравнительно короткие сроки схватывания, но твердеет значительно медленнее, приобретая в течение длительного времени большую прочность.
55. Основные свойства портландцемента и методика их определения.
Основные свойства портландцемента и методы их определения нормируются ГОСТами. К ним относятся: плотность и объемная масса, тонкость помола цементного порошка, способность схватываться и приобретать прочность в определенные сроки, равномерность изменения объема при схватывании и твердении, нормальная густота цементного теста.
Кроме того, портландцемент может характеризоваться такими свойствами, как выделение тепла при схватывании и твердении, изменение объема при твердении (усадка на воздухе, набухание в воде) и др.
Плотность портландцемента зависит от минералогического состава и колеблется в пределах 3,0-3,2 т/м3. Объемная масса его в рыхлом состянии 0,9-1,3 т/м3, в уплотненном – 1,5-2,0 т/м3.
Тонкость помола портландцемента существенно влияет на его свойства, она обуславливает суммарную поверхность зерен цемента в единице массы. Чем тоньше помол, тем полнее использован цемент в образовании цементного клея. Тонкость помола определяют просевом высушенной навески цемента 50 г через сито №008. В соответствии с требованиями необходимо, чтобы через сито №008 проходило не менее 85% от веса пробы; при этом важно, чтобы его гранулометрический состав был неоднородный, что улучшает условия твердения. Удельная поверхность для обычного портландцемента колеблется в пределах 2500-3000 см2/г, а для быстротвердеющих – 4000 см2/г, иногда – до 6000 см2/г.
Схватывание и твердение цемента
Скорость схватывания является существенной технологической характеристикой цемента. Скорость схватывания цемента зависит от минералогического состава, тонкости помола, количества воды для затворения, температуры и др.
Для портландцемента начало схватывания должно наступить не ранее 45 мин., а конец – не позднее 12 ч от начала затворения. Обычно же начало схватывания у портландцемента наступает через 2-3 ч, а конец – через 5-8 ч. Как быстрое, так и очень медленное схватывание затрудневает и усложняет организацию производства строительных работ. На сроки схватывания цементного теста большое влияние оказывает температура. Чем выше температура окружающего воздуха и материалов, тем быстрее наступает начало и конец схватывания, и наоборот.
Нормальная густота – условное количество воды, которое необходимо для достижения заданной пластичности. Обычно для портландцемента нормальная густота составляет 20-25%.
Нормальная густота цементного теста определяется при помощи прибора Вика.
Начало и конец схватывания теста нормальной густоты определяют на приборе Вика, но вместо пестика вставляют иглу с подвижным стержнем, которую опускают в тесто через каждые 5 мин до начала схватывания, а затем – через 15 мин до конца схватывания.
За начало схватывания принимают время в часах и минутах, прошедшие от времени затворения до момента, когда игла не дойдет до дна на 1-2 мм. За конец схватывания принимают время от начала, затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более, чем не 1 мм. Для определения начала «конца схватывания я нормальной густоты теста можно использовать автоматический прибор АПСС-6 для шести образцов одновременно.
Портландцемент, применяемый для бетонных покрытий автомобиль-ных дорог, должен иметь начало схватывания не ранее 2 ч с момента его затворения.
Равномерность изменения объема цемента при твердении является одним из главных его свойств. Основной причиной неравномерности изменения объема портландцемента является присутствие свободной, или несоединившейся извести или окиси магния выше известного предела.
Равномерность изменения объема определяется на четырех лепешках, изготовленных из теста нормальной густоты массой до 75 г каждая. Лепешки после 24 ч хранения их в шкафу с повышенной влажностью подвергают кипячению в воде в течение 4 ч. После охлаждения две лепешки подвергают дополнительному испытанию в автоклаве при давлении пара до 2 МПа в течение 3 ч. Цемент считается выдержавшим испытание, если на лицевой стороне всех четырех лепешек не обнаружится радиальных доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, которые видны невооруженным глазом, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешки.
Плотность цемента определяют в объемомере.
56. Активность, марки и классы портландцемента. Методика их определения.
Марка цемента определяется пределом прочности при изгибе и сжатии в возрасте 28 сут образцов балочек 40 • 40 • 160 мм из раствора состава 1:3 (цемент: нормальный песок по ГОСТ 6139—78) при В/Ц 0,40 и консистенции, характеризуемой расплывом конуса 106—115 мм.
Цементы, применяемые в промышленности сборного железобетона, имеют следующие марки по прочности: портландцемент и портландцемент с минеральными добавками (400, 500, 550, 600); быстротвердеющий портландцемент (400 и 500); шлакопортландцемент (300, 400 и 500); быстротвердеющий шлакопортландцемент (400); сульфатостойкий портландцемент (400); сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками (400 и 500); сульфатостойкий шлакопортландцемент (300 и 400); пуццолановый портландцемент (300 и 400); портландцемент цветной (300, 400 и 500); портландцемент белый (400 и 500); глиноземистый цемент (400, 500 и 600).
Активность цемента связана не только с его тонкостью помола - чем она выше до определенного предела, тем выше активность цемента, но и его грану-лометрией. Цемент полидисперсного гранулометрического состава позволяет получить более плотный цементный камень. Повышенное содержание тонких фракций в цементе обеспечивает быстрое нарастание прочности. Повышенное содержание частиц «средних» размеров 30–50 мкм положительно сказывается на прочностных показателях на 28 сутки твердения. Чем тоньше измельчен це-мент, тем интенсивнее он гидратируется и твердеет. Так, образцы из частиц це-мента размером 0–5 мкм через 24 ч достигают прочности, равной 75–80 % от максимальной. Однако абсолютная прочность цементного камня, полученного из такой тонкой фракции, не является относительно самой высокой. Цементный камень, получаемый из фракций соответственно 5–10, 10–20, 20–60 мкм (или других диапазонов), твердеет медленнее, чем из фракции 0–5 мкм, но достигает в поздние сроки большей прочности. При этом, чем грубее фракция, тем мед-леннее твердеет цементный камень и тем позднее он достигает высокой проч-ности. Роль отдельных фракций цемента в формировании прочности цементного камня следующая: фракция 0–5 мкм способствует росту прочности в первые 24 ч твердения; фракция 7–30 мкм – основная фракция, определяющая качество цемента в целом; фракция – 30–60 мкм способствует росту прочности после 28 сут твердения; фракция 60–200 мкм и более – медленно гидратируется в те-чение длительного времени, уплотняя цементный камень. Причинами высокой гидратационной активности тонких фракций цемента являются их большая удельная поверхность, механохимически активированный поверхностный слой (вплоть до изменения кристаллической структуры) и не-большая толщина защитных оболочек, возникающих на зернах в процессе гид-ратации.
По активности портландцементов их делят на четыре марки – 400, 500, 550 и 600. Величину показателя предела прочности при сжатии цемента через 28 сут стандартного твердения называют его активностью. Факторы, влияющие на прочность (активность) цемента, могут быть раз-делены на химико-минералогические, технологические, технические. Влияние химических факторов исследовано пока мало.
57. Водопотребность, сроки схватывания и равномерность изменения объема портландцемента. Методика их определения.
Водопотребность цементного теста представляет собой количество воды, кото-рое нужно для получения теста нормальной густоты. Водопотребность порт-ландцементов колеблется в пределах от 24 до 28 % (количество воды, рассчи-танное в процентах от массы цемента). Следует отметить, что иногда при приготовлении цементного теста воды добавляется больше необходимого для протекания химических реакций гидра-тации клинкерных минералов, в результате вводимая в тесто избыточная вода повышает пористость цементного камня, что отрицательно сказывается на его прочности. Поэтому при прочих равных условиях, чем меньше водопотреб-ность вяжущего вещества, тем выше его качество. Портландцемент относится к вяжущим веществам с наиболее низкой водопотребностью. Водопотребность строительного гипса достигает, например, 50–70 %, а пуццоланового портланд-цемента – 35– 40 % (при добавках осадочного происхождения). Водопотребность зависит от многих факторов – минералогического со-става, тонкости помола, присутствия добавок. Чем больше в цементе алюми-натов кальция, тем она выше. Этому способствует также введение таких мате-риалов, как трепел, диатомит и других активных добавок осадочного происхо-ждения, даже в малых количествах 10–15 %. Водопотребность увеличивается с увеличением тонкости помола, содержания алюминатов, активных добавок оса-дочного происхождения. Водопотребность цементов можно регулировать в знач