Стойкость цементного камня

Среди компонентов бетона цементный камень наиболее подвержен развитию каррозионых процессов.

Цементный камень должен быть каррозио-, морозо-, атмосферостойким.

Каррозия цементного камня в водных условиях делится на виды:

1.разрушение в результате растворения и вымывания некоторых его частиц

Предохраняет от данного вида карррозии защитная корка из углекислого кальция, образующаяся на поверхности бетона.

Также применение цемента, выделяющего при своем твердении минимальное количество свободного …………...таким цементом является белитовый, содержащий наибольшее количество трех кальциевого силиката.

2.разрушение водой, содержащей соли, способные вступить в обменные реакции с состовляющими цементного камня. В результате чего увеличивается пористость цементного камня и снижается его прочность.

3. процессы, возникающие под действием сульфатов, приводят к разрушению цементного камня. Исключить или ослабить влияние каррозионных процессов можно конструктивными мерами путем улучшения технологии приготовления бетона и применении цемента определенного минерального состава и необходимого содержания активных минеральных веществ.

Предотвратить действие воды на бетонную конструкцию можно путем устройства гидроизоляции, водоотводов, дренажей.

Повышение водостойкости достигается интенсивным уплотнением бетона при укладке, использованием бетонной смеси с минимальным в/ц отношением с тщательно подобранным зерновым составом заполнителей.

Активные минеральные добавки: трепел, диатомит, опоки (повышают водостойкость портландцемента).

Морозостойкость зависит от минерального состава клинкера, тонкости помола, и в/ц отношения. Значительное количество активных минеральных добавок отрицательно влияет на морозостойкость цементного камня вследствие высокой пористости и их низкой морозостойкости.

Для увеличения морозостойкости бетона применяют цементы с минимальным количеством активных минеральных добавок. Бетонная смесь с возможным меньшим в/ц отношением и тщательно уплотняя смесь при укладке.

Повысить морозостойкость бетона можно поверхностно активными добавками: сульфидно-дрожжевая бражка и мылонавт.

Пластифицирующие добавки СДБ существенно снижают водопотребность бетонной смеси при сохранении заданной подвижности, уменьшая пористость цементного камня.

РАЗНОВИДНОСТИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Для удовлетворения требований современного строительства к цементам промышленность на основе портландцементного клинкер выпускает различные виды портландцемента.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается быстрым ростом прочности в первые дни твердения. Выпускают БТЦ двух марок 400, 500, которые в трехсуточном возрасте должны иметь предел прочности при сжатии соответственно не ниже 25 и 28 МПа.

В составе БТЦ преобладают активные минералы: трехкальциевый силикат C₃S — 50...55% и трехкальциевый алюминат C₃A— 5...10 %. Тонкость помола у БТЦ выше, чем у обычного портландцемента (удельная поверхность до 5000 см2/г), поэтому при хранении он, впитывая пары воды из воздуха, комкуется и быстро теряет активность. БТЦ применяют для бетонов сборных конструкций с повышенной отпускной прочностью и монолитных конструкций. Коррозионная стойкость у БТЦ пониженная.

Пластифицированный портландцемент получают, добавляя к клинкеру при помоле гидрофильные поверхностно-активные вещества (например, сульфитно-спиртовую барду ССБ) в количестве 0, 15...0, 25 %. Такой цемент повышает пластичность бетонных и растворных смесей по сравнению с обычным портландцементом при одинаковом расходе воды. Это позволяет уменьшить расход портландцемента, повысить прочность и морозостойкость бетонов и растворов.

Гидрофобный портландцемент получают, добавляя к клинкеру при помоле гидрофобные поверхностно-активные вещества ПАВ (0, 05...0, 5 % от массы цемента), образующие на зернах цемента водоотталкивающие пленки. В качестве таких добавок используют главным образом отходы переработки нефти (мылонафт, асидол).

Гидрофобный портландцемент благодаря наличию защитных пленок при хранении и транспортировании даже во влажных условиях не намокает, не комкуется и почти не теряет своей активности.

При перемешивании гидрофобного цемента с водой и заполнителями ПАВ сдирается с цементных зерен и переходит в состав бетона •или раствора. Поэтому бетонные и растворные смеси на гидрофобном цементе отличаются повышенной пластичностью, а после затвердевания — повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью.

Применяется гидрофобный цемент в тех случаях, когда трудно обеспечить необходимые условия хранения обычного цемента.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера с пониженным содержанием трехкальциевого силиката C3S (не более 50 %) и трехкальциевого алюмината СзА (не более 5 %). При таком составе цемента уменьшается возможность образования в цементном камне гидросульфоалюмината кальция («цементной бациллы») и тем самым повышается стойкость бетона к сульфатной коррозии. Кроме того, сульфатостойкий цемент характеризуется пониженным тепловыделением при твердении. Сульфатостойкий цемент выпускают марок 300, 400, 500.

Белый портландцемент получают из белых каолиновых глин и чистых известняков или мела с минимальным содержанием окислов

железа, марганца и хрома. В таком цементе практически нет алюмоферрита кальция С₄AF, имеющего серо-зеленый цвет. На основе белого цемента и щелочестойких пигментов (сурика, ультрамарина и др.) получают цветные цементы. Марки таких цементов 300, 400 и 500. Применяют белый и цветные цементы для отделочных работ.

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ С МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ

Цементный клинкер — энергоемкий в производстве и дорогостоящий продукт. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо, его заменяют более дешевыми природными продуктами или промышленными отходами. К таким смешанным цементам относятся шлакопортландцемент, пуццолоновый цемент и кладочные цементы.

Шлакопортландцемент получают путем совместного помола доменного гранулированного шлака (21...80 %), портландцементного клинкера (79...20 %) и гипса (не более 5 %).

Доменный шлак — отход производства чугуна (на 1 т чугуна приходится около 0, 6 т шлака), поэтому шлакопортландцемент экономически выгоднее, чем портландцемент. Химический состав доменного гранулированного шлака близок к составу клинкера. К самостоятельному твердению шлак не способен, но в присутствии портландцемента и гипса он проявляет вяжущие свойства.

Шлакопортландцемент выпускают трех марок: 300, 400 и 500. По коррозионной стойкости и водостойкости он превосходит обычный портландцемент, но твердеет несколько медленнее и при этом выделяет меньше теплоты. Недостаток шлакопортландцемента — пониженная по сравнению с обычным портландцементом морозостойкость.

Пуццолановый портландцемент получают либо путем совместного помола портландцементного клинкера (79...60 %), активной минеральной добавки (21...40%) и небольшого количества гипса, либо тщательным смешиванием этих же компонентов, но предварительно каждый из них измельчают.

К активным минеральным добавкам относятся:

вулканические туфы, пеплы и пемзы, диатомит, трепел, опока, золы ТЭС и другие вещества. Активные добавки связывают выделяющийся при твердений цемента Са(ОН)₂ в нерастворимые гидросиликаты, благодаря чему повышаются водостойкость и коррозионная стойкость цементного камня. Пуццолановые цементы отличаются низким тепловыде'лением при твердении и пониженной скоростью твердения. Морозо-и воздухостойкость пуццолановых цементов ниже, чем портландцемента. Пуццолановый портландцемент выпускают марок: 300 и 400.

Пуццолановый портландцемент применяют для гидротехнического строительства, а также для подземных и подводных сооружении. Пуццол ановый портландцемент еше в большей степени, чем шлакопортландцемент, требует увлажнения во время твердения.

Цементы для строительных растворов (кладочные цементы) — это как бы разбавленный портландцемент. Содержание клинкера в таких цементах 20...30 %, а остальная часть цемента состоит из.молотых активных и инертных (известняк, песок) добавок. Марка кладочных цементов 200. Такие цементы применяют для кладочных и штукатурных растворов и неармированных бетонов классов В12, 5 и ниже. Использование кладочных цементов дает экономию цементного клинкера __ наиболее дорогой части цементов.

ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция (СаО·Аl₂О₃). Свое название этот цемент получил от технического названия оксида алюминия Аl₂О₃ — «глинозем».

Промышленное производство глиноземистого цемента началось во Франции в 1912 г. под названием «цемент Фондю» (в Европе этот цемент до сих пор носит это название). Глиноземистый цемент с успехом использовался французами в ходе первой мировой войны для срочного восстановления мостов и других инженерных сооружений. В других европейских странах его производство началось только в 20-е годы. Причина этого не только в том, что производство глиноземистого цемента было строго засекречено, но и в том, что Франция в то время была одной из немногих стран, имеющих залежи бокситов и дешевую электроэнергию ГЭС — два фактора, необходимых для производства глиноземистого цемента.

Получение.Сырьем для глиноземистого цемента служат, как уже было сказано, бокситы и чистые известняки. Бокситы —- горная порода, состоящая из гидратов глинозема (Аl₂О₃ • п Н₂О) и примесей (в основном Fe₂O₃, SiO₂, CaO и др.). Бокситы широко используются в различных отраслях промышленности: для получения алюминия, абразивов, огнеупоров, адсорбентов и т. п., а месторождений с высоким содержанием Аl₂О₃ очень немного.

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем производство портландцемента. Клинкер глиноземистого цемента получают либо плавлением в электрических или доменных печах (при 1500...1600°С), либо спеканием (при 1200...1300° С). Размол клинкера затруднен из-за его высокой твердости. В целом из-за того, что производство глиноземистого цемента очень энергоемко, а сырье (бокситы) — дефицитно, его стоимость в несколько раз выше, чем стоимость портландцемента.

Состав. Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, находится в следующих пределах: СаО — 35...45 %; Аl₂О₃ – 30…50%; Fe₂O₃ - 0...15 %; SiO₃ - 5...15 %. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает однокалъциевый алюминат СаО·Аl₂О₃ (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего. Кроме того, в нем присутствуют алюминаты —• СА₂, С₁₂А₇. двухкальциевый силикат C₂S, отличающийся, как известно, медленным твердением, и в качестве неизбежной балластной примеси — геленит

- СаО·Аl₂О₃ ·2SiO₂.

Глиноземистый цемент не рекомендуется использовать для бетонирования массивных конструкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата. Нельзя также его пропаривать. При работах в зимних условиях, напротив, саморазогрев и быстрое твердение делают глиноземистый цемент очень перспективным.

Свойства. У глиноземистого цемента удивительное сочетание свойств.

Сроки схватывания почти такие же, как у портландцемента: начало

— не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч (реально 4...5 ч).

После окончания схватывания прочность нарастает очень быстро (лавинообразно). Уже через сутки глиноземистый цемент набирает Д° 90 % от марочной прочности, которая у него определяется в 3-суточном возрасте. Марки у глиноземистого цемента такие же, как у портландцемента: 400; 500 и 600

Области применения. Глиноземистый цемент целесообразно использовать при аварийных и срочных работах, при зимних работах и в тех случаях, когда от бетона требуется высокая водостойкость и водонепроницаемость. Кроме того, глиноземистый цемент является компонентом многих расширяющихся цементов

Специальная область использования глиноземистых цементов — жаростойкие бетоны. Объясняется это тем, что, во-первых, в продуктах твердения этого цемента нет Са(ОН)₂, и, во-вторых, при температуре 700...800° С между продуктами твердения цемента и заполнителями бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере протекания которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал (опасность присутствия Са(ОН)₂ заключается в том, что при нагреве он переходит в СаО, который при любом контакте с водой гасится, разрушая при этом бетон).

РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ЦЕМЕНТЫ

Портландцемент и материалы на его основе при твердении на воздухе обнаруживают усадку. Так, тесто на портландцементе при В/Ц - 0, 45 имеет усадку на воздухе около 2, 5 мм/м, а раствор на том же цементе 1 мм/м. Из-за этого при бетонировании протяженных конструкций например, покрытий полов, на них появляются трещины. в то же время растрескивание бетона абсолютно недопустимо, например для конструкций, работающих под давлением воды, таких, как трубы, резервуары и т. п. Для этих целей применяют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы.

Расширяющиеся цементы даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме при твердении.

Безусадочные цементы - это расширяющиеся цементы, у которых расширение только компенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым. А в случае, если расширяющиеся используются в железобетонных конструкциях, эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение арматуру сжатие самого бетона, что дополнительно защитит бетон от образования трещин. Такие цементы называют напрягающими.