Химический, минеральный и фазовый составы портландцемента
Химический состав, выражают содержанием оксидов. Главными являются: CaO – 63-66%; SiO2 – 21-24%; Al2O3 – 4-8%; Fe2O3 – 2-4%, суммарное количество которых составляет 95-97%. В небольших количествах в виде различных соединений могут входить MgO, SiO3, Na2O и другие.
Минеральный состав. Основными минералами клинкера являются: алит – 45-60%; белит – 15-39%; трехкальцевый алюминат – 2-15%; четырехкальцевый алюмоферрит – 10-20%.
Фазовый состав. Алит (C3S) – самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; это крупные кристаллы правильной геометрической формы.
Белит (С2S) – округлый, мелкий; медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента.
Трехкальцевый алюминат (С3Ф) – имеет мелкокристаллическую структуру; быстро взаимодействует с водой, является причиной сульфатной коррозии бетона.
Четырехкальциевый алюмоферрит (C4AF) – мелкие кристаллы, находятся в аморфном состоянии; характеризуется умеренным тепловыделением.
Коррозия цемента
Коррозия цементного камня вызывается воздействием агрессивных газов и жидкостей на составные части затвердевшего партландцемента. Основные причины коррозии можно разделить на три вида: разложение составляющих цементного камня, растворение и вымывание гидроксида кальция; образование легкорастворимых солей в результате взаимодействия гидроксида кальция и других составных частей цементного камня с агрессивными веществами и вымывание этих солей (кислотная, магнезиальная коррозия); образование в порах новых соединений, занимающих большой объем, чем исходные продукты реакции; это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание.
Коррозия первого вида. Выщелачивание гидроксида кальция происходит интенсивно при действии мягких вод, содержащих мало растворенных веществ. К ним относятся воды оборотного водоснабжения, конденсат, дождевые воды, воды горных рек и равнинных рек в половодье, болотная вода. Содержание гидроксида кальция в цементном камне через 3 мес твердения составляет 10-15%. После его вымывания и в результате уменьшения концентрации СаО начинается разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Выщелачивание Са(ОН)2 в количестве 15-30% от общего содержания в цементном камне вызывает понижение его прочности на 40-50%. Выщелачивание можно заметить по появлению белых подтеков на поверхности бетона.
главным средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является введение активных минеральных добавок и применение плотного бетона.
Коррозия второго вида. Углекислотная коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный двуоксид углерода в виде слабой угольной кислоты. Общекислотная коррозия происходит под действием ратворов любых кислот, имеющих значения рН<7. Кислота вступает в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, при этом образуются растворимые соли и соли, увеличивающиеся в объеме. Бетон на портландцементе защищают от непосредственного действия кислот с помощью защитных слоев из кислостойких материалов. Магнезиальная коррозия наступает при взаимодействии на гидроксид кальция магнезиальных солей, которые встречаются в растворенном виде в грунтовых водах и всегда содержатся в большом количестве в морской воде. В результате взаимодействия гидроксида кальция с солями образуется растворимая соль, вымываемая из бетона. Коррозия под влиянием органических веществ. Органические кислоты быстро разрушают цементный камень. Жирные насыщенные и ненасыщенные кислоты разрушают цементный камень, так как при действии гидроксида кальция они омыляются. Нефть, нефтяные продукты не представляют опасности для бетона, если они не содержат нефтяных кислот или соединений серы.
Коррозия третьего вида. Сульфоалюминатная коррозия возникает при действии на гидроалюминать цементного камня воды, содержащей сульфатные ионы. Развивающееся в порах кристаллизационное давление приводит к растрескиванию защитного слоя бетона. Вслед за этим происходит коррозия стальной арматуры, усиление растрескивания бетона и разрушение конструкции. Для борьбы с сульфоалюминатной коррозией применяется специальный сульфатостойкий портландцемент.
Щелочная коррозия пожжет происходить в двух формах: под действием концентрированных растворов щелочей на затвердевший цементный камень и под влиянием щелочей, имеющихся в самом цементе.Коррозия, вызываемая щелочами цемента, происходит вследствие процессов, протекающих внутри бетона между его компонентами.
Меры защиты: механическая (от открытой пористости) – лаки, краски, эмульсии; активная минеральная добавка; изготовление конструкций на специальном цементе
разновидности цемента. влияние АМД и ПАВ на свойства цемента
В настоящее время существует более 40 разновидностей.
Быстротвердеющий портландцемент – портландцемент с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью через 3 сут твердения. Сумма C3S+C3A в клинкере – обычно не менее 60-65%.
Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент – эти цементы применяются в производстве сборных железобетонных конструкций, С3S – 65-68%, С3А – до 18%.
Сверхбыстротвердеющий цемент, разработан на основе специального минерального состава, дает раннюю прочность через 1-4 часа.
В современной технологии бетона широко применяют пав, вводимые в малях дозах (0,05-0,3% от массы цемента) в бетонные и растворенные смеси при их изготовлении и добавляемые в цемент при помоле клинкера.
Пав можно разделить на гидрофилизующие и гидрофобизующие.
Пластифицированный портландцемент изготавливают путем введения при помоле клинкера около 0,25% ЛСТ. Он отличается от обычного портландцемента способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность. Пластифицирующий эффект используется для уменьшения водоцементного отношения, повышения морозостойкости и водонипроницаемости бетона.
Гидрофобный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера 0,1-0,2% мылонафта, асидола и других гидрофобизующих веществ. Он обладет пониженной гигроскопичностью, лучше сохраняет свою активность при хранении и перевозках. Повышает морозостойкость и водонипроницаемость бетона.
К цементам с органическими добавками следует отнести и вяжущие низкой водопотребности, которые получают совместным помолом портландцемента и пав суперпластификатора.ВНВ характеризуется следющими свойствами: высокой тонкостью помола, что создает повышенную реакционную способность; водопотребностью 15…18%; замедлением начала схватывания до 6…7 часов при сохранении конца схватывания до 10 часов; быстрым набором прочности в ранние сроки.
Активными минеральными добавками называют природные или искусственные вещества, которые при смешивании и тонкоизмельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой. В качестве природных амд используют горные породы (диатомит, трепел, опоку), а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемзу). Искусственные амд представляют собой побочные продукты и отходы промышленности: быстроохлажденные доменные шлаки и т.д.
Пуццолановый портландцемент изготавливают путем совместного помола клинкера и амд с необходимым количеством гипса. Добавок осадочного происхождения должно быть не менее 20% и не более 30%, а вулканических добавок, а также глиежа или топливной золы – 25-40%.Растворимый гидроксид кальция связывается в практически нерастворимый гидросиликат кальция. Вследствие этого значительно возрастает стойкость бетона в отношении выщелачивания Са(ОН)2. Пуццолановый портландцемент следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях.Он обладает сравнительно небольшим тепловыделением и часто применяется для бетонов внутренних массивных сооружений.
Шлакопортландцемент. Получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака с необходимым количеством гипса. Количество доменного шлака должно быть 21-80%.Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром. Быстрое охлаждение препятствует кристаллизации шлака, и он получается в стеклообразном и тонкозернистом химически активном состоянии.Шлакопортландцемент выгодно отличается от пуццоланового портландцемента умеренной водопотребностью, более высокой воздухостойкостью и морозостойкостью. Он успешно применяется как для надземных, так и подземных и подводных частей сооружений. Жаростойкость шлакопортландцемента значительно выше, чем у портландцемента, поэтому он широко используется для изготовления жаростойких бетонов. Однако ему присущ тот же недостаток, что и пуццолановому – он медленно набирает прочность в первое время твердения, в особенности при пониженных температурах.