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.