Жаростойкость цементного камня, пути ее повышения.

В некоторых зданиях и сооружениях бетонные и железобетонные конструкции в процессе эксплуатации могут подвергаться длительному воздействию умеренно высоких температур — от 200—300°С и выше. В связи с этим появилась необходимость в жаростойких и огнеупорных цементах и цементных бетонах и конструкциях из них.

Цементный камень — несгораемый материал, он не плавится при температурах до 1100°С. Однако заметное температурное воздействие на затвердевшие цементы и бетоны начинает проявляться уже при 150—200 °С, оно резко возрастает при 500—700 °С и выше. Это вызывает, в первую очередь, разложение гидратиых соединений — гидросульфоалюмииатов кальция, а в последующем гидросиликатов и Са(ОН)2, а также изменение прочности, усадочные деформации и т. п.

Поведение различных цементов и бетонов при умеренных и высоких температурах (150—1500°С и выше), а также проблему их использования в жаростойких и огнеупорных конструкциях изучали К. Д. Некрасов, В. М. Москвин, Г. Д. Салманов и др.

По данным К. Д. Некрасова и других, прочность образцов из C3S после 28-суточного нормального твердения, нагретых при температурах выше 100°С, вначале (примерно до 200°С) увеличивается. Дальнейшее нагревание до 400—450 °С уменьшает прочность до того значения, которое присуще образцам, не подвергавшимся нагреванию (28-суточного возраста). Здесь важно отметить, что последующее хранение прогретых образцов в течение месяца в воздушно-сухих условиях приводит к резкому падению прочности до показателей 60—80 % прочности ненагреваемых образцов, хранившихся в нормальных условиях.

Образцы же, нагретые при 550°С и выше, вскоре после термообработки характеризуются относительно небольшим уменьшением прочности, но при последующем хранении на воздухе разрушаются вследствие перехода оксида кальция в Са(ОН)2.

Затвердевшие смеси C3S с молотым шамотом (1: 1, 5 по массе и др.) менее чувствительны к термообработке при разных температурах. Они сохраняются и при последующем выдерживании в воздушных условиях. При аналогичных условиях термообработки образцы из C2S оказываются более устойчивыми. Максимум прироста прочности наблюдается в области 200—300 °С. Последующее хранение образцов на воздухе почти не отражается на их прочности. У образцов из СзА прочность падает при нагревании около 300 °С, а из C4AF — около 200 °С.

Равномерность изменения объема цемента при твердении. Причины неравномерности и приемы предупреждения.

Вяжущие вещества, в том числе и цементы, при твердении должны характеризоваться равномерностью изменения объема. Цементы с неравномерным изменением объема приводят не только к снижению прочности бетонов при их твердении, но даже к их разрушению.

Неравномерность изменения объема цементов может быть вызвана: гидратацией СаОСВоб при содержании его в клинкере более 1, 5—2%; гидратацией М^ОСВоб, присутствующего в клинкере в виде высокотемпературной медленно гасящейся формы — периклаза; образованием в твердеющем цементе трехсульфатной формы гидро-сульфоалюмината кальция при повышенном содержании в клинкере С3А и при избыточном введении гипса в портландцемент при его помоле.

Содержание СаОС110б в цементе стандартом не регламентировано. При избыточном его количестве отрицательное влияние легко определяется по поведению цементных образцов-лепешек (диаметр 7—8 см, толщина в середине около 1 см) при их нагревании в кипящей воде в течение 3 ч. Испытание проводится через 1 сут после изготовления образцов. Отсутствие на лепешках радиальных, доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, видимых невооруженным глазом или в лупу, а также искривлений и увеличения объема — свидетельство равномерного изменения объема цемента. При этом следует иметь в виду, что появление на лепешках трещин усыхания еще до их нагревания в воде вовсе не означает, что цемент недоброкачественный, если на обратной стороне при этом не обнаружены радиальные трещины, доходящие до краев (ГОСТ 310.3—76).

По ГОСТ 10178—76 (с изм.) в исходном клинкере всех разновидностей портландцемента допускается содержание MgO не более 5 %• Равномерность изменения объема цементов при повышенном содержании в них MgO иногда определяют на описанных выше лепешках, пропаривая их в автоклаве под давлением насыщенного пара 2 МПа по режиму 2+1 + 1 ч (подъем давления, прогрев при 2 МПа, охлаждение). Равномерность изменения объема оценивают по ранее указанным признакам.