Категории:
ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника
Гидратация и твердения расширяющих цементов
Как известно, бетоны негидравлических вяжущих при твердении на воздухе уменьшаются в объеме, так как процесс их твердения сопровождается усадкой. Объемные усадочные деформации являются одной из причин, вызывающих появление в бетоне трещин, что понижает, естественно, долговечность бетонных и железобетонных сооружений.
Расширяющиеся цементы обладают большей энергией расширения, чем безусадочные.
В настоящее время известно более 50 различных расширяющихся цементов. По способу производства их можно разделить на 4 группы.
1. Смешивание портландцемента или глиноземистого цемента с предварительно подготовленной добавкой, которая в одних случаях готовится путем смешивания и совместной гидратации глиноземистого цемента и извести с последующим измельчением продукта гидратации, в других — путем обжига одной из составляющих—расширяющейся добавки и смешивания ее с другими компонентами, затворения водой этой смеси, ее высушивания, измельчения. В некоторых случаях применяют автоклавную обработку смеси расширяющейся добавки или совместную варку компонентов под давлением водяного пара 0,12—0,14 МПа.
2. Подготовка расширяющейся добавки путем обжига природного материала или специально подготовленной смеси из боксита, мела и гипса. Кроме этих трех компонентов, используют огарки, сернокислый алюминий, плавиковый шпат, глины. В качестве глиноземсодержащего материала взамен бокситов рекомендуется использовать шлаки вторичной переплавки алюминия. В ряде технических решений предусматривается получение расширяющегося компонента плавлением смесей материалов, содержащих CaO, AI2O3, CaSC4.
3. Совместный помол всех компонентов расширяющегося цемента, при получении которого в качестве основного компонента используют готовые низкоосновные алюминаты кальция в виде глиноземистого шлака, сталерафинировочного шлака, шлаков алюминотермического производства. Эта группа цементов наиболее обширна. В зависимости от соотношения компонентов в цементе для достижения необходимых строительно-технических свойств в его состав вводят известь, гранулированный шлак, пуццолану, электротермофосфорный шлак.
4. Приготовление расширяющихся растворов и бетонов путем затворения смеси цемент-заполнитель водным раствором, содержащим химические соединения, которые способствуют определенному структурообразованию цементного камня, обеспечивая его высокую водонепроницаемость и трещиностойкость.
В настоящее время предложены различные виды цементов, которые не дают усадки. Их твердение в начальный период сопровождается кажущимся увеличением объема системы (цемент + вода или цемент + вода + заполнители), а затем этот процесс сменяется усадкой. В зависимости от итога (начальное расширение + усадка) такие цементы подразделяются на расширяющиеся и безусадочные. Преимущество безусадочных и расширяющихся цементов — их повышенная водонепроницаемость. В таблице 6.1 приведены различные составы расширяющихся цементов.
Таблица 6.1 Составы расширяющих цементов
| Наименование цемента. Авторы. | Состав расширяющихся цементов | Свойства и области использования |
| Водонепроницаемый расширяющий цемент (ВРЦ) В.В. Михайлов, Б.Г. Скрамтаев, Э.3. Юдович, Я.Н. Новиков | Получен путем совместного помола глиноземистого цемента (70 - 76%), строительного гипса (20 - 22%) и высокоосновных гидроалюминатов кальция (10 - 11%) | ВРЦ применяется при восстановлении железобетонных конструкций, для гидроизоляции подземных сооружений, зачеканки швов тюбингов тоннелей метро. Недостаток водонепроницаемого расширяющегося цемента — короткие сроки схватывания: начало через 4 мин, конец через 10 мин после затворения. К числу недостатков данного цемента относятся также сложность изготовления, обусловливающая высокую его стоимость, и недостаточная морозостойкость. |
| Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) В.В. Михайлов | Получен совместным помолом 86 — 88% глиноземистого цемента, 6—7% полуводного гипса и б—7%- извести-пушонки. Начало схватывания этого цемента через 1 мин, конец— через 5 мин .после затворения. | применять это вяжущее для торкретных гидроизоляционных покрытий, наносимых механизированным путем. Растворы такого цемента с песком состава 1:1 и 1:3 уже через 15 мин после затворения не размываются и не пропускают воду при давлении до 10 ат (изб.) |
Продолжение таблицы 6.1
| Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент(ГРЦ) П.П. Будниковым, И. В. Кравченко Б.Г. Скрамтаевым | Продукт совместного помола высокоглиноземистых шлаков с природным двуводным (гипсом в пропорции 7:3.) При затворении ГРЦ водой гидроалюминаты кальция переходят в раствор, взаимодействуют с гипсом и образуют гидросульфоалюминат кальция, вызывающий расширение твердеющего цементного камня. | Цементный камень ГРЦ расширяется только при твердении в воде, причем увеличение объема заканчивается к 3 сут. твердения. ГРЦ — быстротвердеющее вяжущее. Сроки схватывания (начало через 20 мин и конец не позднее 4 ч от начала затворения позволяют применять его для бетонных работ. Применяется ГРЦ для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов, при гидроизоляции подвалов, строительстве резервуаров, омоноличивании сборных конструкций, подливке фундаментов, зачеканке швов и раструбов водопроводных линий, для тампонирования нефтяных скважин, а также для биологической защиты от радиоактивных излучений. |
| Гипсошлакоглиноземистый цемент (ГШГЦ) П. П. Будниковым, И. В. Кравченко Б. Г. Скрамтаевым | Получен совместным помолом -глиноземистого цемента (40—50%), основного гранулированного доменного шлака (25%) и двуводного гипса (30%). | Расширение этого цемента при водном твердении составляет через сутки 1 %, через 7 суток 2%, после чего заканчивается. |
Продолжение таблицы 6.1
| Тампонажный расширяющийся цемент (ТРЦ) П. Д. Кевеш | состоящий из 65—75% гранулированного доменного шлака, до 25% полуводного гипса, до 10% портландцемента и до 10% глиноземистого цемента. | , Расширение его к 1 месяцу составляет 0,5%. Бетоны на ТРЦ обладают повышенной водонепроницаемостью. ТРЦ предназначается для растворов, нагнетаемых за тоннельную обделку. |
| Ангидрито-глиноземистый цемент (АГЦ) В. Э. Лейрих | Получен совместным помолом (15% ангидрита и 35% (глиноземистого цемента) с гранулированным доменным шлаком (40%) и известью-пушонкой (10%). | Линейное расширение полученного цемента составило от 0,6 до 1%. |
| Расширяющийся цемент на основе доменного шлака. Л.П. Хундадзе, К.С. Кутателадзе Т.Г. Габададзе | Продукт совместного помола гранулированного доменного шлака (73%), предварительно обожженной при 600°Салунитизированной породы (10%), двуводного гипса (7%) и гашеной гидравлической или воздушной извести (10%). | Линейное его расширение через 3 суток воздушного твердения составляет 0,22%, через 28 суток водного твердения—1,23%. |
| Расширяющийся портландцемент К. С. Кутателадзе М. Я. Аласания | Получен совместным помолом портландцементного клинкера и гажи (глинисто-гипсовой породы). | Расширение этого цемента при воздушном хранении — 0,3—0,17% в зависимости от содержания гипса в гаже которое .колеблется от 23 до 60% |
Продолжение таблицы 6.1
| Расширяющийся портландцемент П.П. Будников 3.С. Косырева | Добавляли к портландцементному клинкеру при его помоле обожженный при 800— 900°С доломит или оксид магния. Расширение цемента вызывалось переходом оксида магния в гидроксид, причем процесс расширения прекращался после израсходования добавленного доломита. | При добавке 6—7% доломита величина расширения цементного теста 0,16—0,4%. При замене доломита 3—7% окиси магния расширение было равно 0,13—0,2%. |
| Расширяющийся портландцемент П. П. Будников 3. С. Косырева | Получен совместным помолом портландцемента и расширяющейся добавки из прокаленного при 800°С каолина, извести (5%) и гипса (5%). | Введение 10% добавки вызывает расширение твердеющего портландцемента на 0,3—0,7% при водном хранении. |
| Расширяющийся цемент И.Аренде | Введения в портландцемент при помоле расширяющейся добавки, состоящей из каолина (35%), обожженного при 800°С и гидроксида кальция (65%). Эту смесь подвергали автоклавной обработке, высушивали и добавляли в количестве 5—10% от веса цемента при помоле портландцементного клинкера | Полученный цемент характеризовался небольшим расширением. |
Продолжение таблицы 6.1
| Расширяющийся цемент М. Матушек | Получен совместным помолом 65% портландцемента, 22% метакаолина и 13% гипса. | Гидросульфоалюминат кальция гори гидратации этого цемента образуется за счет оксида алюминия мета-каолина. Линейное расширение образцов через 10 дней составляет 0,6%. |
| Расширяющийся цемент Д. Кириллова-Георгиева (Болгария) | Цемент состоит из 70% портландцементного клинкера и 30% расширяющейся добавки, обожженной высокоалюминатной глины, извеcти-пушонки и гипса. | Линейное расширение цементного камня в возрасте 28 суток составило при воздушном твердении 0,18%, при влажном—"0,98% и при водном — 1,56%,. для раствора состава 1:3 оно соответственно равно 0,13, 0,76 и 1,25%. |
| Расширяющийся цемент Лосье (Франция) | 1) портландцемента, являющегося его основой; 2) расширяющейся добавки — суль-фоалюминатного компонента и 3) стабилизатора - гранулированного доменного шлака. Сульфоалюммнатный компонент является смесью гипса и глиноземистого цемента. Он также может быть получен обжигом шлама, состоящего из 50% гипса, 25% железистого боксита и 25% извести. | Характеризуются величиной расширения образцов из цементного теста до 0,5% и длительностью процесса расширения от 24 до 30 дней. В зависимости от величины расширения французские расширяющиеся цементы делятся на безусадочные с линейным расширением 0,3—0,4% и расширяющиеся 1—2,5%. Величина расширения регули-руется содержанием сульфоалюминатного компонента. |
Известен ряд составов расширяющихся растворов и бетонов на обычном цементе, в которых расширение достигается введением в раствор или бетон специальных добавок.
Напрягающие цементы — это цементы с большой энергией расширения, способные натягивать арматуру и обжимать бетон без нарушения сцепления между ними.
В зависимости от величины достигаемого цементами самонапряжения принята следующая их классификация: напрягающий цемент с малой энергией самонапряжения НЦ-20 (характеризуется самонапряжением не менее 2 МПа); напрягающий цемент со средней энергией самонапряжения НЦ-40 (характеризуется самонапряжением 4 МПа и более).
Расширяющиеся цементы для напряжения арматуры были разработаны в СССР (напрягающий цемент) В. В. Михайловым и его сотрудниками, в США Клейном и в Болгарии В. Златановым и Н. Джабаровым.
В.В. Михайловым, А.Н. Поповым, С.Л. Литвером и Г.И. Бердичевским был создан напрягающий цемент, бетон на котором в процессе твердения увеличивается в объеме и напрягает стержни арматурного каркаса независимо от их расположения в бетоне.
Напрягающий цемент получают совместным помолом портландцемента (75%), глиноземистого цемента (15%) и гипса (10%). Это - быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее. Начало схватывания НЦ наступает через 2-5 мин, а конец—через 4-7 мин после затворения водой.
Введение замедлителей схватывания позволяет замедлить схватывание на 15—20 мин, но величина расширения цементного камня при этом снижается на 30—50%.
Напрягающий цемент предназначен для изготовления железобетонных конструкций, в которых арматура получает предварительное напряжение в результате расширения бетона.
По данным В. В. Михайлова, напряжения в арматуре при этом достигают 4000—12000 кг/см2. Величина самонапряжения увеличивается с уменьшением водоцементного отношения. Раствор на напрягающем цементе обладает высокой водонепроницаемостью.
Поэтому он рекомендуется для изготовления железобетонных напорных водопроводных труб с напряженной продольной и поперечной арматурой. Из-за коротких сроков схватывания напрягающего цемента трубы приготовляли методом торкретирования. Изделия из напрягающего цемента должны подвергаться гидротермальной обработке – прогреву в воде при температуре 0–100°С в течение 3–6 ч с последующим выдерживанием в воде или во влажных условиях при нормальной температуре 7 – 10 суток.
Американский расширяющийся цемент состоит из низкоалюминатного портландцемента с высоким содержанием трехкальциевого силиката и 5 – 30% расширяющейся добавки (80 – 85% безводного сульфоалюмината кальция и 15 – 20% извести). В зависимости от содержания расширяющегося компонента такие цементы применяются как безусадочные (5 – 10% расширяющейся добавки) в дорожном строительстве для устройства монолитных швов между бетонными плитами. При содержании расширяющегося компонента 12 – 30% цемент является напрягающим и применяется для самонапряжения арматуры в бетоне.
Исследования показали, что контролируемое образование эттрингита (гидросульфоалюмината кальция состава ЗСаО•А12О3•3СаSО4•(30 – 32)Н2О), вызывающего расширение подобных цементов, может быть обеспечено только в среде, насыщенной ионами кальция, поэтому цемент должен содержать достаточное количество извести. Бетонная смесь на этом расширяющемся цементе “быстро” загустевает.
Расширение увеличивается с уменьшением водоцементного отношения и зависит от условий хранения. Для напрягающего цемента наибольшая величина расширения (6%) получена при водном твердении, при влажном хранении она составила 1,8%.
Если железобетонные изделия, приготовленные на таком цементе, подвергнуть термообработке после того, как бетон наберет необходимую прочность и будет обеспечено его сцепление с арматурой, то при увеличении объема бетона вследствие гидратации в условиях высокого сцепления арматуры с бетоном произойдет объемное напряжение арматуры. Термообработка продолжается до полной гидратации периклаза. Опытами установлено, что армированный бетон расширяется в 4,6 раза меньше, чем неармированный. Периклаз не влияет на сроки схватывания цемента и коррозийную стойкость бетона и арматуры.
В данной работе рассмотрены далеко не все известные виды и составы расширяющихся и безусадочных цементов. Однако только некоторые из их числа применяются, да и то недостаточно, в строительной практике. В промышленном масштабе производится гипсоглиноземистый расширяющийся цемент. Кроме того, в строительстве применяются водонепроницаемый расширяющийся цемент и расширяющийся портландцемент, быстро затвердевающий при пропаривании (цемент, предложенный И. В. Кравченко). За рубежом, во Франции, выпускается расширяющийся цемент Лосье, а в США напрягающий цемент Клейна.
Сравнительно небольшое применение расширяющихся цементов в значительной мере объясняется тем, что все еще не ясна физико-химическая природа расширяемости, что не позволяет сознательно проектировать составы расширяющихся цементов для получения бетона требуемых физико-механических свойств с заданной величиной расширения.
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-09
lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...