Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут называется активностью цемента.

Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магниевых горных пород — мела, из­вестняка, доломитизироваиных и мергелистых известняков, доло­митов.

Для производства тонкодисперсной строительной извести га­сят водой или размалывают негашеную известь, вводя при этом минеральные добавки в виде гранулированных доменных шлаков, активные минеральные добавки или кварцевые пески. Строитель­ную известь применяют для приготовления строительных раство­ров и бетонов, вяжущих материалов и в производстве искусст­венных камней, блоков и строительных деталей.

В зависимости от условий твердения различают строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно, сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение растворов и бетонов и сохранение ими прочности как на воздухе так и в воде. Воздушная известь по виду содержащегося в ней основного оксида бывает кальциевая, магнезиальная и доломито­вая. Воздушную известь подразделяют на негашеную и гидратную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиаль­ной и доломитовой извести. Гидравлическую известь делят на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Различают гид­равлическую известь комовую и порошкообразную. Порошкооб­разная известь бывает двух видов: молотая и гидратная (гашен­ная вода). Комовую известь выпускают без добавок и с добав­ками.

• Строительную воздушную известьполучают из кальциево-магниевых карбонатных пород. Технологический процесс получе­ния извести состоит из добычи известняка в карьерах, его под­готовки (дробления и сортировки) и обжига. После обжига производят помол комовой извести, получая молотую негашеную известь, или гашение комовой извести водой, получая гашеную известь.

Основным процессом при производстве извести является об­жиг, при котором известняк декарбонизуется и превращается в известь по реакции СаСОз çè СаО + СО₂. В заводских условиях температура обжига известняка зависит от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов и составляет обыч­но 11ОО...12ОО°С.

При обжиге из известняка удаляется углекислый газ, состав­ляющий до 44% его массы, объем же продукта уменьшается примерно на 10%, поэтому куски комовой извести имеют порис­тую структуру. Обжиг известняка производят в различных пе­чах: шахтных, вращающихся, в «кипящем слое», во взвешенном состоянии и т. д. Полученный при обжиге карбонатных пород полупродукт носит название комовой извести-кипелки. В дальнейшем она поступает на помол или гашение.

• Молотая негашеная известь с добавками производится 1-го и 2-го сортов и гидратная (гашеная) без добавок и с добавками двух сортов: 1-го и 2-го. Воздушная известь должна удовлетво­рять требованиям табл. 5.4.

В соответствии с требованиями ГОСТ 9179—77 негашеную известь следует измельчать до тонкости, при которой остаток при просеивании пробы через сита № 02 и № 008 должен быть соот­ветственно не более 1,5 и 15%. Обычно заводы выпускают из­весть, характеризующуюся остатками на сите № 008 до 2...7%, что примерно соответствует удельной поверхности 3500... 5000 см²/г.

Молотую негашеную известь применяют без ее предваритель­ного гашения, что имеет ряд преимуществ: исключаются отходы в виде непогасившихся зерен, используется тепло, которое выде­ляется при гидратации извести, что ускоряет процессы твердения извести. Изделия из этой извести имеют и большую плотность, прочность и водостойкость.

Для ускорения твердения растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести в их состав вводят хлористый каль­ций, а для замедления твердения в начальный период (схваты­вания) добавляют гипс, серную кислоту и сульфитно-спиртовую барду- Добавка гипса и хлористого кальция, кроме того, повы­шает прочность растворов и бетонов, а добавки замедлителей твердения предупреждают образование трещин, что возможно при отсутствии определенных условий твердения.

• Гидратная известь. Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения — действие воды на кус­ки комовой извести с выделением значительного количества теп­ла по реакции

Стехиометрически для гашения извести в пушонку необходи­мо 32% воды от массы СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количе­ство воды берут в 2, а иногда и в 3 раза больше, так как в ре­зультате выделения тепла при гашении происходит парообразо­вание и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комо­вой извести. С повышением температуры ускоряется процесс га­шения. Особенно быстро процесс гашения протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.

В зависимости от скорости гашения различают строительную негашеную известь:

быстрогасящуюся со скоростью гашения не более 8 мин;

среднегасящуюся со скоростью гашения до 25 мин и

медленногасящуюся со скоростью гашения не менее 25 мин. Содержание активных СаО +MgO для гидратной извести должно быть не менее 70%, а влажность — не более 4%.

Гашение извести в пушонку производят в специальных ма­шинах — гидраторах. Для гашения извести-кипелки в известко­вое тесто применяют известегаситель ЮЗ, в котором комовая известь одновременно размалывается, перемешивается с водой до образования известкового молока и сливается в сепаратор-отстойник. После отстаивания известкового молока образуется известковое тесто. Нельзя применять известковое тесто с большим содержанием непогасившихся зерен извести, так как гашение этих зерен может произойти в кладке, что приведет к растрескиванию затвердевшего известкового раствора.

Твердение извести может происходить только в воздушно-сухих условиях. Испарение воды (что имеет место при этом) вы­зывает слипание мельчайших частиц Са(ОН)2 в более крупные и их кристалллзацию. Кристаллы Са(ОН)₂ срастаются друг с другом, образуя каркас, окружающий частицы песка. Наряду с этим происходит карбонизация гидрата оксида кальция за счет поглощения углекислоты воздуха по реакции

Са (ОН)₂ + СО₂ + пН₂О = СаСОз + (п + 1) Н₂О

Таким образом, твердение известковых растворов есть след­ствие их высыхания и образования кристаллического сростка Са(ОН)₂, а также процесса образования углекислого кальция на поверхности изделия. Твердеет гашеная известь медленно, и прочность известковых растворов невысокая. Это объясняется тем, что кристаллизация гидрата оксида кальция происходит не интенсивно и кристаллы слабо связаны друг с другом. Кроме того, образовавшаяся на поверхности корка СаСОз препятствует прониканию воздуха внутрь известкового раствора и тормозит дальнейшее развитие процесса карбонизации. Гидрат оксида кальция кристаллизуется тем быстрее, чем интенсивнее испаря­ется вода, поэтому для твердения извести необходима положи­тельная температура.

Воздушную известь широко применяют для приготовления строительных растворов в производстве известково-пуццолановых вяжущих, для изготовления искусственных каменных мате­риалов — силикатного кирпича, силикатных и пеносиликатных изделий, шлакобетонных блоков, а также в качестве покрасоч­ных составов.

Транспортируют комовую известь навалом, защищая от увлажнения и загрязнения, а молотую — в специальных бумаж­ных мешках или металлических закрытых контейнерах. Известко­вое тесто перевозят в специально для этого приспособленных кузовах самосвалов. Известь негашеная должна храниться в за­крытых складах, защищенных от попадания влаги. Гидратную известь можно хранить непродолжительное время в мешках и сухих складах. Молотую известь не следует хранить более 30 сут, так как она постепенно гасится влагой воздуха и теряет актив­ность.

1)комовая известь

2)известков тесто, извест молоко

3)гидратная известь (пушенка)

4)молотая негашеная известь(кипелка)

Гидравлическая известь

Гидравлическая известь — продукт умеренного обжига при температуре 9ОО...11ОО°С мергелистых известняков, содержащих 6...20% глинистых примесей. При обжиге мергелистых известня­ков после разложения углекислого кальция часть образующейся СаО соединяется в твердом состоянии с оксидами SiO₂; A1₂O₃; Fe₂O₃, содержащимися в минералах глины, образуя силикаты 2CaO-SiO₂, алюминаты СаО-А1₂О₃ и ферриты кальция 2CaO-Fe₂O₃, обладающие способностью твердеть не только на воздухе, но и в воде. Так как в гидравлической извести содержится в значи­тельном количестве свободный оксид кальция СаО, то она, так же как и воздушная известь, гасится при действии воды, причем чем больше содержание свободной СаО, тем меньше ее способ­ность к гидравлическому твердению.

Строительную гидравлическую известь выпускают в виде тонкоизмельченного порошка, при просеивании которого остаток частиц на сите № 008 не должен превышать 15%. Кроме гли­нистых и песчаных примесей мергелистые известняки обычно содержат до 2...5% углекислого магния и другие примеси. Для производства гидравлической извести необходимо применять из­вестняки с возможно более равномерным распределением гли­нистых и других включателей, так как от этого в значительной степени зависит качество получаемого продукта.

Для характеристики химического состава сырья, содержаще­го известняк и глину, а также готового вяжущего вещества обычно пользуются гидравлическим или основным модулем, ко­торый для гидравлической извести составляет 1,7...9:

m=%Ca0/[%(Si0₂ + Al₂0₃ + Fe₂0₃)]

Различают гидравлическую известь двух видов:

слабогидрав­лическую с модулем 4,5...9

сильногидравлическую с модулем 1,7...4,5.

Гидравлическая известь, затворенная водой, после предвари­тельного твердения на воздухе продолжает твердеть и в воде, при этом физико-химические процессы воздушного твердения сочетаются с гидравлическими. Гидрат оксида кальция при испа-' рении влаги постепенно кристаллизуется, а под действием угле­кислого газа подвергается карбонизации. Гидравлическое твер­дение извести происходит в результате гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция так же, как в портландцементе. Предел прочности образцов через 28 сут твердения должен быть не менее: для слабогидравлической и сильногидравлической со­ответственно при изгибе — 0,4 и 1,0 МПа и при сжатии — 1,7и 0,5 МПа.

Гидравлическая известь по химическому составу должна со­ответствовать требованиям, указанным в табл. 5.7. Она должна выдерживать испытание на равномерность изменения объема. Гидравлическую известь применяют в тонкоизмельченном виде для приготовления строительных растворов, предназначенных для сухой или влажной среды, бетонов низких марок и т. д. Гидравлическая известь дает менее пластичные, чем воздушная, растворы, быстрее и равномернее твердеющие по всей толще стены и обладающие большей прочностью.

Романцемент

Получают обжигом не до спекания известняковых или магнезиальных мергелей содерд более 20% глины. Продукт обжига размалывают и получают гидравл вяжущие. Обр-ся алюминаты, ферриты и силикаты придающие гидравлич. св-ва.

Марки: М25, М50, М75

Портландцемент. Производство портландцемента, состав

• Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твер­деющее в воде и на воздухе. Его получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшаяся сырьевая смесь в виде зерен размером до 40 мм назы­вается клинкером; от качества его зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Для регулирования сроков схватывания в обычных цементах марок 300...500 при помоле к клинкеру добавляют гипс не ме­нее 1,0% и не более 3,5% от массы цемента в пересчете на ан­гидрид серной кислоты SO3, а в цементах высокомарочных и быстротвердеющих — не менее 1,5% и не более 4,0%. Портландцемент выпускают без добавок или с активными минеральными

добавками.

Клинкер. Качество клинкера зависит от его химического и минералогических составов. Для производства портландцементного клинкера применяют известняк и глину. Известняк в основ­ном состоит из двух оксидов: СаО и СО₂, а глина — из различ­ных минералов, содержащих в основном три оксида: SiO₂, A1₂O₃ и Fe₂O3. В процессе обжига сырьевой смеси удаляется СО2, a оставшиеся четыре оксида: СаО, SiO2, Аl2Оз и Fe₂O3 — образуют клинкерные минералы. Содержание оксидов в цементе примерно следующее: 64...67% СаО, 21...24% SiO₂, 4...8% А1₂О₃, 2...4%

Fe₂O₃.

Кроме указанных основных оксидов в портландцементном клинкере могут присутствовать MgO и щелочные оксиды К₂О и Na₂O, снижающие качество цемента. Оксид магния, обожжен­ный при температуре около 1500°С, при взаимодействии с водой очень медленно гасится и вызывает появление трещин в уже за­твердевшем растворе или бетоне, поэтому содержание оксида магния в портландцементе не должно быть более 5%. Наличие в цементе щелочных оксидов выше 1 % может вызвать разруше­ние отвердевшего бетона на таком цементе.

Указанные выше основные оксиды находятся в клинкере не в свободном виде, а образуют при обжиге четыре основных ми­нерала, относительное содержание которых в портландцементе следующее (%):

трехкальциевый силикат 3CaO-SiO₂ (алит) — 45...60;

двухкальциевый силикат 2CaO-SiO₂ (белит) —20...35;

трехкальциевый алюминат ЗСаО-А1₂Оз — 4...12;

четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО-А1₂Оз-Ре₂Оз—10...18.

Сокращенное обозначение этих минералов следующее: C3S, C₂S, C3A и C₄AF.

• Алит (C3S) — основной минерал клинкера, быстро твердеет и практически определяет скорость твердения и нарастания проч­ности портландцемента.

• Белит (P-C₂S) —медленно твердеет и достигает высокой прочности при длительном твердении.

Содержание минералов-силикатов в клинкере в сумме состав­ляет около 75%, поэтому гидратация алита и белита в основном определяет свойства портландцемента. Оставшиеся 25% объема клинкера между кристаллами алита и белита заполнены кри­сталлами СзА, C4AF, стекла и второстепенными минералами.

Трехкальциевый алюминат (СзА) Он очень быстро гидратирует и твердеет. Продукты гидратации имеют по­ристую структуру и низкую прочность. Кроме того, СзА явля­ется причиной сульфатной коррозии цемента, поэтому его содер­жание в сульфатостойком цементе ограничено 5%.

• Четырехкальциевый алюмоферрит (C4AF) —По скорости гидрата­ции этот минерал занимает как бы промежуточное положение между алитом и белитом и не оказывает определяющего значения на скорость твердения и тепловыделение портландцемента.

Клинкерное стекло присутствует в промежуточном веществе в количестве 5... 15%, которое в основном состоит из СаО, А1₂О₃, MgO, K2O и Na₂O.

При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной и обожженной сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободного оксида кальция СаО, так как пережженная при тем­пературе около 1500°С известь, так же как и магнезия MgO, очень медленно гасится, увеличиваясь в объеме, что может при­вести к растрескиванию уже затвердевшего бетона.

• Производство портландцемента. Сырье для производства портландцемента должно содержать 75...78% СаСОз и 22...25% глинистого вещества.. В качестве топлива применяют природный газ, сокращается использование каменного угля и мазута.

Технологический процесс производства портландцемента состоит из следующих основных операций: добычи известняка и глины, подготовки сырьевых материалов и корректирующих добавок, приготовления из них однородной смеси заданного состава, обжига смеси и измельчения клинкера в тонкий порошок совместно с гипсом, а иногда с добавками.

В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах; при сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применяться комбинированный спо­соб приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.

1. В зоне испаренияпри постепенном повышении температуры с 70 до 200°С испаряется влага; сырьевая смесь подсушивается. Подсушенный материал комкуется. Перемещаясь, комья распа­даются на более мелкие гранулы. В печах сухого способа зона испарения отсутствует.

2. В зоне подогревапри постепенном нагревании сырья с 200 до 700°С выгорают органические примеси, из глиняных минера­лов удаляется кристаллохимическая вода (при 450...500°С) и образуется безводный каолинит Al2O3*2SiO2. Зоны испарения и подогрева при мокром способе занимают 50...60% длины печи.

3. В зоне декарбонизациитемпература обжигаемого материала повышается с 700 до 1100°С; происходит диссоциация карбона­тов кальция и магния с образованием свободных СаО и MgO. Одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды SiO2, AI2O3, Fe2O₃, которые вступают в химическое вза­имодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО-АЬОз, СаО-АЬОз и частично 2CaO-SiO2.

4. В зоне экзотермических реакцийпри температуре 1200... 1 300°С завершается процесс твердофазового спекания материа­ла, образуются ЗСаО-А1₂О₃, 4СаО-Al20₃-Fe₂0₃ и белит, резко уменьшается количество свободной извести, но достаточное длянасыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого.

5. В зоне спеканияпри температурах 1300...1450...1300°С проис­ходит частичное плавление материала (20...30% обжигаемой смеси). В расплав переходят все клинкерные минералы, кроме 2CaO-SiO2, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. Алит кристаллизуется из расплава в результате растворения в нем оксида кальция и двухкальциевого силиката. Это соединение плохо растворимо в расплаве, вследствие чего выделяется в виде мелких кристаллов, которые в дальнейшем растут. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава ЗСаО-А1₂О₃, 4СаО-Al₂O₃-Fe₂O3 и MgO которая заканчивается в зоне охлаждения.

6. В зоне охлаждениятемпература клинкера понижается с 1300 до 1000°С, здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит C3S, белит C2S, СзА, C₄AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие. Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не являются стабильными. Меняя режим работы печи, можно смещать зоны и регулировать тем самым процесс обжига.

Образовавшийся таким образом раскаленный клинкер посту­пает в холодильник, где резко охлаждается движущимся на­встречу ему холодным воздухом. Клинкер, выходящий из холо­дильника вращающихся печей с температурой около 100°С и более, поступает на склад для окончательного охлаждения и вылеживания (магазинирования), где он находится до 15 дней. Если известь содержится в клинкере в свободном виде, то в те­чение вылеживания она гасится влагой воздуха. На высокоме­ханизированных заводах с четко организованным технологиче­ским процессом качество клинкера оказывается настолько высо­ким, что отпадает необходимость его вылеживания.

Помол клинкера совместно с добавками производят в труб­ных многокамерных мельницах.

Тонкое измельчение клинкера с гипсом и активными мине­ральными добавками в тонкий порошок производится преиму­щественно в сепараторных установках, работающих по открыто­му или замкнутому циклу.

Готовый портландцемент (с температурой 100°С и более) пневматическим транспортом направляется в силосы для охлаж­дения. После этого его расфасовывают по 50 кг в многослойные бумажные мешки или загружают в специально оборудованный автомобильный, железнодорожный или водный транспорт.

Твердение портландцемента Технические хар-ки цемента

при затворении портланд­цемента водой образуется пластичное клейкое цементное тесто, по­степенно густеющее и переходящее в камневидное состояние.

При твердении портландцемента происходит ряд весьма слож­ных химических и физических явлений. Типичными реакциями для твердения портландцемента и других вяжущих веществ являются реакции гидратации, проте­кающие с присоединением воды. Они могут идти без распада основ­ного вещества или сопровождаться его распадом (реакции гид­ролиза) .

Процесс твердения портландцемента в основном определяется гидратацией силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция. Взаимодействие C₃S с водой при комнатной температуре проис­ходит при полной гидратации: .

2(3CaO-SiO₂) + 6Н₂О = 3CaO-2SiO₂-3H₂O + ЗСа(ОН)₂

Поскольку жидкая фаза твердеющей системы быстро и пол­ностью насыщается оксидом кальция, полагают, что вначале обра­зуется гидросиликат кальция C2SH2, который по мере выделения извести в твердую фазу переходит в CSH(B). Этому способст­вует также переход в раствор щелочей, снижающих в нем концен­трацию извести.

Гидратация р = C₂S в тех же условиях идет по приведенной схеме, причем известь выделяется в меньшем количестве.

Взаимодействие СзА с водой протекает с большей скоростью при температуре затворения 21 °С и значительном выделении тепла:

ЗСаО-А1₂О₃ + 6Н₂О = ЗСаО-А1₂О₃-6Н₂О

СзАНб является единственно устойчивым соединением из всех гидроалюминатов кальция.

Трехкальциевый алюминат при взаимодействии с водой в при­сутствии двуводного гипса, гидратируясь при обычных температу­рах, образует комплексные соединения, трисульфогидроалюминат кальция (эттринит)

ЗСаО-А1₂О₃ + 3CaSO₄-2H₂O + 26Н₂О = ЗСаО-А1₂О₃-3CaSO₄-32H₂O

который предотвращает дальнейшую быструю гидратацию СзА за счет образования защитного слоя и замедляет (до 3...5 ч) первуюстадию процесса твердения — схватывание цемента. Вместе с тем добавка гипса ускоряет процесс твердения цемента в первые сроки гидратации.

Алюмоферритная фаза, представленная в обыкновенных портландцементах четырехкальциевым алюмоферритом (C4AF), В условиях гидратации портландцемента, т. е. насыщенного известью раствора, при нормальной температуре взаимодействуе с водой стехиометрически:

4CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃ + 2Са(ОН)₂ + ЮН₂О = = ЗСаО-А1₂О₃-6Н₂О + 3CaO-Fe₂O₃-6H₂O

В результате образуются весьма устойчивые смешанные кри­сталлы Сз(АF)Нв.

Кроме описанных химических преобразований, протекающих при твердении цемента, большое значение имеют физические и физико-химические процессы, которые сопровождают химические реакции и приводят при затворении водой к превращению цемента сначала в пластичное тесто, а затем в прочный затвердевший камень.

В со­временном представлении механизм и последовательность процес­сов твердения могут быть представлены следующим образом. После добавления к цементу воды образуется раствор, который пересыщен относительно гидроксида кальция и содержит ионы Са²⁺, SOf~~, OH~, Na⁺, K⁺. Из этого раствора в качестве первич­ных новообразований осаждаются гидросульфоалюминат и гид-роксид кальция. На этом этапе упрочнения системы не происходит, гидратация минералов носит как бы скрытый характер. Второй период гидратации (схватывание) начинается примерно через час с образованием вначале очень тонких кристаллов гидросилика­тов кальция.

Гидросиликаты и гидросульфоалюминаты кальция растут в виде длинных волокон, пронизывающих жидкую фазу в виде мостиков, заполняющих поры. Образуется пористая матрица, которая постепенно упрочняется и заполняется продуктами гид­ратации. В результате подвижность твердых частиц снижается и цементное тесто схватывается. Такая первая высокопористая с низкой прочностью структура, обусловливающая схватывание, состоит главным образом из продуктов взаимодействия с водой СзА и гипса.

В течение третьего периода (твердения) поры постепенно заполняются продуктами гидратации клинкерных минералов, происходит уплотнение и упрочнение структуры цементного камня в результате образования все большего количества гидросиликатов кальция.

В конечном виде цементный камень представляет собой неод­нородную систему — сложный конгломерат кристаллических и коллоидных гидратных образований, непрореагировавших остат­ков цементных зерен, тонкораспределенных воды и воздуха. Его называют иногда микробетоном.

Технические хар-ки цемента

Тонкость помола цемента характеризуется также величиной удельной поверхности (м²/кг), суммарной поверхностью зерем (м²) в 1 кг цемента. Удельная поверхность заводских цементов составляет 250...300 м²/кг. В ряде случаев с целью повышения активности заводского цемента и для получения быстротвердеющего цемента тонкость помола повышают. Условно считают, что прирост удельной поверхности цемента на каждые 100 м²/кг повышает его активность на 20...25%.

Увеличение удельной поверхности цемента более 300... 350 м²/кг связано со значительным снижением производительностильниц; кроме того, такие цементы увеличивают водопотреб­ность, растет тепловыделение, возрастают усадочные деформации. Ф

Водопотребность цемента определяется количеством воды (% от массы цемента), необходимым для получения теста нормальной густоты. Водопотребность портландцемента 24...28%, при введении активных минеральных добавок осадочного проис­хождения (диатомита, трепела, опоки) водопотребность повыша­ется до 32...37%.

• Продолжительность хранения. Длительное хранение цемента Даже в самых благоприятных условиях влечет за собой некото­рую потерю его активности. После 3 мес хранения потеря активности цемента может достигать 20%, а через год — 40%

Плотность -Ист=3,00–3,15; Нас=1,1–1,6 гр/см3

Тонкость помола. С увеличением тонкости помола прочность цемента возрастает. Средний размер зерен портландцемента, выпускаемого отече­ственными заводами, составляет при­мерно 40 мкм. Заводские цементы должны иметь тонкость помола, характе­ризуемую остатком на сите № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм) не более 15%.

Удельная поверхность –составляет 2500-3000 см2/гр

Сроки схватывания - начало( игла прибор Вика не доходит до дна 1-2 мм) – не ранее 45 мин; конец(игла опускается не более чем на 1-2 мм) – не позднее 10 часов

Структура цементного камня

Отвердевший цементный камень представляет собой микроскопически неоднородную систему, состоящую из кристаллических сростков и гелеобразных масс, имеющих частицы коллоидных размеров. Неоднородность струк­туры цементного камня усиливается и тем, что в нем содержатся зерна цемента, не полностью прореагировавшие с водой.

Цементный камень включает продукты гидротации цемента: 1) гель гидросиликата кальция облад-е св-ми коллоидов; 2)относительно крупные кристаллы гидроокиси кальция(до 36%); 3) непрореагировавшие зерна; 4) поры геля (капиллярные поры и воздушные поры)

В цементе всегда находится вода (хим связанная, физико-химич вода, физико-механич вода) удаляется прокаливанием или высушиванием

Расширение и растрескивание цементного камня могут выз­вать также свободные СаО и MgO, присутствующие в цементе при низком качестве обжига. Гашение их сопровождается значи­тельным увеличением в объеме, и продукты этого гашения разрывают цементный камень. О таком цементе говорят, что он не отвечает требованиям стандарта в отношении равномерности изменения объема при твердении.

• Прочность портландцемента.Согласно ГОСТ 10178—85, проч­ность портландцемента характеризуют пределами прочности при сжатии и изгибе. Марку цемента устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов балочек 40X40X160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из раствора состава 1;3 (по массе) с нормальным песком при водоцементном отношении 0,4 и испытанных через 28 сут; образцы в течение этого времени хранят во влажных условиях при температуре (20±2)°С.

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут называется активностью цемента.

Для приготовления образцов применяют чистый кварцевый песок постоянного зернового и химического составов, что позво­ляет исключить влияние качества песка на прочность цемента и получить сравнимые результаты. Прочность портландцемента нарастает неравномерно: на третий день она достигает примерно 40...50% марки цемента, а на седьмой — 60...70%. В, последую­щий период рост прочности цемента еще более замедляется, и на 28-день цемент набирает марочную прочность. Однако при благоприятных условиях твердение портландцемента может продолжаться месяцы и даже годы, в 2 .3 раза превысив марочную (28-суточную) прочность. Можно считать, что в среднем прирост прочности порт­ландцемента подчиняется логарифми­ческому закону (рис. 5.10).

Теоретический предел прочности це­ментного камня при сжатии очень ве­лик, составляет более 240...340 МПа. Практически при формовании бетонов прессованием была получена прочность 280 МПа и более.

Прочность цементного камня и ско­рость его твердения зависят от мине­ралогического состава клинкера, тон­кости помола цемента, содержания воды, влажности, темпера­туры среды и продолжительности хранения.

• Влияние минералогического состава на прочность портланд­цемента.Процесс нарастания прочности клинкерных минералов портландцемента различен. Наиболее быстро набирает прочность трехкальциевый силикат: за 7 сут твердения он набирает около 70% от 28-суточной прочности (рис, 5.11), дальнейшее нараста­ние прочности у C3S значительно замедляется

Другая картина твердения духкальциевого силиката. В на­чальный период твердения (до 28-суточного возраста) C2S набирает всего до 15% прочности C3S, но и в последующий период твердения двухкальциевый силикат начинает повышать свою прочность и в какой-то период достигает и даже может превысить прочность C3S. Это явление объясняется тем, что трехкальциевый силикат гидратирует быстрее, чем двухкальци­евый. К 28-суточному возрасту гидратации C3S почти заканчи_: вается, а гидратация C2S к этому времени начинает развиваться. Поэтому при необходимости получить бетон высокой прочности в короткие сроки применяют цемент с большим содержанием трехкальциевого силиката — так называемый алитовый цемент, и, наоборот, если требуется высокая прочность в более позднее время (например, в гидротехнических сооружениях), то можно применять белитовый цемент. Трехкальциевыд алюминат сам по себе имеет низкую прочность, однако значительно уско. ряет твердение цемента в начальный период. Этим свойством СзА пользу. ются, получая быстротвердеющий портландцемент. По минералогическо­му составу он отличается высоким со-держанием С₃А и C3S (около 60...70%, в том числе до 10% СзА).

• Тонкость помола. С увеличением тонкости помола прочность цемента возрастает. Средний размер зерен портландцемента, выпускаемого отече­ственными заводами, составляет при­мерно 40 мкм. Толщина гидратации зерен через 6... 12 мес твердения обыч­но не превышает 10...15 мкм (табл. 5.10). Таким образом, при обычном помоле портландцемента 30...40% клинкерной части его не участвует в твердении и формировании структуры камня. С увеличением тонкости помола цемента увеличивается степень гидратации цемента, возрастает содержание клеящих веществ — гидратов минералов — и повышается прочность цементного кам­ня. Заводские цементы должны иметь тонкость помола, характе­ризуемую остатком на сите № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм) не более 15%. Обычно она равна 8...12%.

• Стойкость цементного камня.Бетон в инженерных сооруже­ниях в процессе эксплуатации может быть подвержен агрессив­ному воздействию внешней среды: пресных и минерализованных вод, совместному действию воды и мороза, попеременному ув­лажнению и высушиванию. Среди компонентов бетона цемент­ный камень наиболее подвержен развитию коррозионных про­цессов. Для того чтобы бетон стойко сопротивлялся агрессив­ному воздействию внешней среды, цементный камень должен быть коррозие-, морозо- и атмосферостойким.

• Морозостойкость. Совместное попеременное действие воды и мороза влечет за собой разрушение бетонных сооружений. При отрицательных температурах вода, находящаяся в порах цемент­ного камня, превращается в лед, который увеличивается в объ­еме примерно на 9% по сравнению с объемом воды. Лед давит на стенки пор и разрушает их.

Морозостойкость цементного камня зависит от минералогиче­ского состава клинкера, тонкости помола цемента и водоцемент-ного отношения. До определенной тонкости помола (5000... 6000 см²/г) морозостойкость цемента увеличивается, но при дальнейшем возрастании тонкости помола морозостойкость па­дает. Это объясняется пористой структурой новообразований цемента сверхтонкого измельчения.

Присутствие в цементе в значительном количестве активных минеральных добавок отрицательно влияет на морозостойкость цементного камня вследствие высокой пористости их и низкой морозостойкости продуктов взаимодействия добавок с компонен­тами цементного камня. Среди минералов клинкера наименее морозостойким является СзА, поэтому его содержание в цементе д_Ля морозостойких бетонов не должно превышать 5...7%.

Увеличение водоцементного отношения понижает морозостой­кость цементного камня вследствие повышения его пористости. Таким образом, для увеличения морозостойкости бетона необ­ходимо применять цементы с низким содержанием С₃А, с мини­мальным содержанием активных минеральных добавок и исполь­зовать бетонные смеси с возможно меньшим водоцементным отношением, тщательно уплотняя смесь при укладке.

Значительно повышают морозостойкость бетона поверхност­но-активные добавки (СДБ, мылонафт). Пластифицирующие до­бавки СДБ существенно снижают водопотребность бетонных смесей при сохранении заданной подвижности и тем самым уменьшают пористость цементного камня. Некоторые гидрофоби-зующие добавки обладают воздухововлекающей способностью (пузырьки воздуха в бетонной смеси амортизируют давление льда), повышают однородность структуры цементного камня (придают водоотталкивающие свойства) и гидрофобизуют стен­ки пор и капилляров, увеличивая тем самым сопротивляемость цементного камня действию воды.

Способы ускорения гидротации и твердения

Факторы влияющие на скороть гидротации:

1. состав и структура клинкера

2. тонкость помола

3. хим. добавки

4. температура

5. среда в которой происх твердение

Влияние влажности и температуры среды. Твердение цемент­ного камня и повышение его прочности могут продолжаться только при наличии в нем воды, так как твердение есть в первую очередь процесс гидратации.

Большое влияние на рост прочности цементного камня оказы­вают влажность и температура среды. Скорость химических ре­акций между клинкерными минералами и водой увеличивается с повышением температуры, а также значительно возрастает скорость уплотнения продуктов гидратации цемента. Твердение цементного камня на практике может происходить в широком диапазоне температур: нормальное твердение — при температуре 15...20°С, пропаривание — 8О...9О°С, автоклавная обработка — до 170...200°С, давление пара — до 0,8...1,2 МПа и твердение — при отрицательной температуре. Наиболее быстрый рост прочно­сти цементного камня происходит при пропаривании под давле­нием в автоклавах, при этом бетон через 4...6 ч приобретает марочную прочность.

В условиях пропаривания при нормальном давлении тверде­ние бетона происходит примерно в 2 раза медленнее, чем в авто­клавах. Бетоны, подвергнутые тепловлажностной обработке при температуре до 100°С, в большинстве случаев приобретают только 70% проектной прочности и лишь иногда достигают 100%. Дальнейший рост их прочности, как правило, не наблю­дается.

Твердения портландцементного камня при отрицательных температурах не происходит, так как вода превращается в лед. Однако за счет добавки СаСl, NaCl или их смеси бетон все же набирает прочность. Добавление к цементу электролитов СаСl, NaCl в количестве 5% и более от массы цемента повышает концентрацию растворенных веществ в воде и понижает темпе­ратуру ее замерзания. Кроме того, хлористые соли являются ускорителями твердения цемента. Однако применение этих солей в количестве более 2% в железобетонных конструкциях не реко­мендуется из-за возможной коррозии арматуры. В последнее время в качестве противоморозной добавки используют нитрит натрия NaNO₂.

Коррозия цементного камня

вводных условиях по ряду веду­щих признаков может быть разделена на три вида:

1 вид коррозии — разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей. Наи­более растворимой является гидроксид кальция, образующийсяпри гидролизе трехкальциевого силиката. Растворимость Са(ОН)₂ невелика (1,3 г СаО на 1 л при 15°С), но из цементного камня в бетоне под воздействием проточных мягких вод количество растворенного и вымытого Са(ОН)2 непрерывно растет, цемент­ный камень становится пористым и теряет прочность. Следует отметить, что Са(ОН)₂ хорошо растворяется в водах, которые содержат в незначительном количестве катионы кальция и маг­ния в виде бикарбонатов Са(НСО₃)2 и Mg(HCO₃)2, придающих воде временную жесткость.

Несколько предохраняет от данного вида коррозии защитная корка из углекислого кальция, образующаяся на поверхности бетона в результате реакции между гидроксидом кальция и угле­кислотой воздуха

Са (ОН) ₂ + СО₂ = СаСОз + Н₂О

Растворимость СаСОз вводе почти в 100 раз меньше раство­римости Са(ОН)2- Однако существенное повышение стойкости цементного камня в пресных водах достигается введением в це­мент гидравлических добавок. Они связывают Са(ОН)г вмало­растворимое соединение — гидросиликат кальция: CO

Следующей мерой защиты бетона от I вида коррозии являет­ся применение цемента, выделяющего при своем твердении мини­мальное количество свободной Са(ОН)₂- Таким цементом является белитовый, содержащий небольшое количество трехкальцие­вогосиликата.

II вид коррозии— разрушение цементного камня водой, со­держащей соли, способные вступать в обменные реакции с со­ставляющими цементного камня. При этом образуются продук­ты, которые либо легкорастворимы и уносятся фильтрующей через бетон водой, либо выделяются в воде аморфной массы, _не обладающей связующими свойствами. В результате таких преобразований увеличивается пористость цементного камня и, следовательно, снижается его прочность.

Наиболее характерны среди упомянутых обменных реакций те, которые протекают под действием хлористых и сернокислых солей. Сернокислый магний, взаимодействуя с Са(ОН)г цемент­ного камня, образует гипс и гидроксид магния — аморфное ве­щество, не обладающее связностью и легко вымывающееся из бетона:

Са (ОН) ₂ + MgSO₄ + 2Н₂О = CaSO₄ • 2Н₂О + Mg (ОН) ₂

Между MgCl2 и Са(ОН)г протекает реакция

Са (ОН) ₂ + MgCl₂ = СаС1₂ + Mg (ОН) ₂