Неорганические вяжущие вещества. Общие сведения. Классификация Неорганических вяжущих веществ

Неорганические минеральные вяжущие – это тонкоизмельченные порошки, образующие при смешивании с водой пластическую массу, которая со временем переходит в камневидное состояние.

Это свойство вяжущих используется для скрепления зерен заполнителей (песка, гравия, щебня) и получения искусственных каменных материалов.

Материалы на основе вяжущих широко используются в строительстве т.к. их применение обусловлено:

1. Наличием значительных запасов дешевого сырья;

1. Они имеют высокие экологические характеристики;

1. Возможность удовлетворять разнообразным требованиям жилищного, гражданского, промышленного и сельскохозяйственного строительства;

1. Имеют возможность придавать строительным материалам и изделиям

разнообразную форму и хорошую внешнюю отделку;

1. Хорошо совмещаются с другими материалами;

1. Сравнительно просты в изготовлении;

1. Не энергоемки;

1. Дают возможность без ограничений создавать новые архитектурные формы.

Сырье: основные компоненты: минеральные вяжущие, заполнители, вода.

Минеральные вяжущие - неорганические вещества относятся к гидрофильным – способным смачиваться водой, это основной их признак.

Минеральные вяжущие делятся на группы:

• воздушные, которые после перемешивания с водой способны твердеть, сохранять и повышать свою прочность только на воздухе (гипсовые, воздушная известь и другие);
• гидравлические после затвердения их водой продолжают наращивать свою прочность в воде - портландцемент, цемент, гидравлическая известь.

Воздушные вяжущие были известны давно тысячи тому назад.

Гидравлические вяжущие появились после 1812 год при строительстве в Москве после войны. Почти одновременно в 20-е годе 19 столетия портландцемент был открыт в качестве гидравлического вяжущего в Англии.

Сырьем для производства воздушных вяжущих служат:

• светлый или желтых цветов минерал – природный гипс (гипсовый камень);
• реже применяют безводный гипс – ангидрит;
• отходы химической промышленности.

К воздушным минеральным вяжущим относятся и кислотостойкие цементы, которые после затвердения на воздухе могут длительное время сопротивляться воздействию кислот.

Воздушные вяжущие вещества

Получение минеральный вяжущих сводится к двум главным технологическим операциям- помолу и обжигу.

Важнейшая операция при производстве вяжущих - обжиг сырьевого материала. После обжига получается продукт способный при соединении с водой образовывать пластическую массу, твердеющую с течением времени.

Технологический процесс получения строительного гипса- путем термической отработки гипсового камня при температуре 150-160° получают строительный гипс. Технологический процесс получения строительного гипса включает: процесс дробления и обжиг (тепловая обработка).

Если температура газов, через которые протекает гипсовый порошок нагревают до температуры 300-600С°, то получают ангидритовый цемент. На первом этапе обжига происходит реакция дегидратации - отдача воды, а затем получается ангидритовый цемент. Процессы дробления и обжига могут быть совместимы.

Если обжиг гипса производить при температуре до 1000С°, то получится высокообжиговый гипс - эстрих-гипс, отличающийся высокими механическими свойствами.

Строительный гипс - является быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом, начало схватывания 4 минуты, конец – 30 мин. Сроки охватывания зависят от свойств сырья, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры, наличия добавок, тонкости помола.

Схватывание и твердение гипса заключается в образовании пластического теста, которое превращается в прочное камневидное тело. Для ускорения процесса схватывания можно добавить поваренную соль, серную кислоту. Для замедления процесса схватывания вводят известково-клеевые замедлители.

Предел прочности на сжатие составляет через 1,5 часа 3,5 МПа, при изгибе- 1,7 МПа. Применяют в строительстве гипс и гипсовые материалы на его основе. Кроме строительного бывает гипс формовочный- более тонкого намола, имеющий большую прочность, при изгибе-7-8 МПа, при сжатии-25-30МПа, время охватывания 5-10 минут. Используется для изготовления моделей и форм в строительстве, машиностроении, керамическом производстве и т.д.

Ангидритовый цемент – воздушное вяжущее, медленного схватывания. По прочности на сжатие имеет марки- 50, 100, 150 и 200. Применяется для штукатурных работ, в растворах для кирпичной кладки, бетонов и в получении искусственного мрамора в отделочных работах.

Эстрих-гипс- разновидность ангидритовых цементов. Имеет высокую водостойкость, морозостойкость, низкую теплопроводность. Применяется в качестве декоративных растворов, для получения искусственного мрамора и выполнения мозаичных полов. Расход воды -30-35% по весу. Твердение протекает медленно. Конец схватывания наступает через 12-36 часов.

Кислотостойкий цемент- представляет собой смесь тонкоизмельченного песка и кремнефтористого натрия. Затворяют цемент жидким стеклом, водными растворами силиката натрия или кальция. Применяют такой цемент в агрессивных средах. Для получения гипсового теста требуется 50-70 % воды. В качестве наполнителей применяют химически стойкие диабаз, кварцит. и др. При старении гипсосодержащие смеси и гипс темнеет.

Гипсовые и гипсобетонные материалы и изделия

Изделия на основе гипса получают как из гипсового теста (т. е. из смеси гипса и воды), так и из смеси гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми, а во втором — гипсобетонными. Иногда вместо гипса применяют более водостойкое гипсоцементно-пуццолановое вяжущее.

В качестве заполнителей при изготовлении гипсобетонных изде­лий используют пористые заполнители (керамзит, шлаковую пемзу), опилки, стружки, стебли камыша, льняную костру, макулатуру и т. п. Для уменьшения плотности к гипсовым смесям добавляют пенообразующие вещества.

Гипс — воздушное вяжущее, резко снижающее свою прочность при увлажнении, поэтому гипсовые и гипсобетонные изделия (пане­ли и плиты перегородочные, плиты для оснований пола, листы обши­вочные, вентиляционные короба, камни для кладки стен, архитектур­ные детали) применяют в основном для внутренних частей зданий не несущих больших нагрузок. Изделия из гипса могут быть сплошными и пустотелыми, армированными и неармированными.

У гипсовых изделий невысокая плотность (1100... 1400 кг/м), они не сгораемы, хорошо изолируют от шума, поддаются механической обработке и легко пробиваются гвоздями. Изготовление гипсовых изделий несложно, так как гипс твердеет быстро.

Наряду с перечисленными положительными свойствами у гип­совых изделий есть и существенные недостатки: низкая водостой­кость, гигроскопичность, хрупкость и малая прочность при изгибе. Изделия из гипса нельзя применять в помещениях с влажностью воздуха более 65 %. Для повышения водостойкости гипсовые изде­лия покрывают водонепроницаемыми красками. Чтобы увеличить прочность при изгибе, гипсовые изделия армируют, применяя для этой цели деревянные рейки, стебли камыша, синтетические и органические волокна, картон и др.

В гипсобетоне помимо гипса и воды используют заполнители - песок, пемзу, туф, пемзу, металлургические шлаки и другие пористые заполнители. Эти материалы характеризуются невысокой плотностью, несгораемы, обладают хорошими изоляционными свойствами и легко формуются.

Гипсовые и гипсобетонные материалы и изделия квалифицируются по назначению:

- гипсосодержащине сухие смеси – Атлас, Ветонит и др;

- гипсобетонные панели и плиты для перегородок в виде плит и панелей;

- общивочные листы- гипсокартон- гипс с двух сторон обклеен картоном

толщиной 1,0-1,2 мм, размерами 1,5х2.7 м;

- вентиляционные блоки;

- теплоизоляционные материалы- изготавливают из структуры пористой,

плотностью 400-800 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,12-0,27;

- стеновые камни М 35,50 и 75 по морозостойкости Мрз-15;

- архитектурные детали- лепные изделия кранизы, обналичка, розетки и др.

Гипсобетонные панели для перегородок применяют во всех типах жилых, общественных и промышленных зданий. Панели разме­ром на комнату (высотой до 4 м, длиной до 6,6 м) могут быть как сплошные, так и с проемами для дверей и фрамуг. Толщина пане­лей 60, 80 и 100 мм. Класс гипсобетона по прочности для пане­лей — не менее В3,5.

Гипсобетонные панели для помещений с повышенной влажно­стью, например, санитарно-технические кабины, изготовляют на гипсоцементно-пуццолановом вяжущем или гидрофобизированном гипсе; класс бетона также не менее В 3,5.

К гипсобетонным панелям предъявляются в основном требова­ния по прочности и звукоизоляции. Этим требованиям отвечает гип­собетон состава 1:1:1 (гипс: песок: опилки) плотностью 1100...1400 кг/м³. Получают панели в основном методом непрерывного проката или вертикального формования в кассетах. Панели армиру­ют каркасом из деревянных реек, а по контуру панели выполняют об­вязку из деревянных брусков. Весь цикл производства составляет 30...60 мин.

Гипсовые панели хранят и транспортируют в вертикальном поло­жении. В панели с проемами при транспортировании и монтаже устанавливают укрепляющие раскосы. Из гипсоцементно-пуццоланового вяжущего изготовляют санитар­но-технические кабины.

Гипсовые плиты для перегородок изготовляют из гипса марок Г4 и Г5 по литьевой технологии. Плиты выпускают размерами: длина 670...800 мм, ширина 400...500 мм и толщина 80... 100 мм. Большей частью плиты имеют паз и гребень, что облегчает монтаж пе­регородок. Плотность гипсового камня около 1000 кг/м³. Масса 1 м² плиты перегородки 80... 100 кг. Прочность при сжатии не менее 5 МПа.

Процесс изготовления изделий из гипса состоит из следующих операций- приготовление смеси, формования изделий, сушка и при необходимости отделка. Для получения высокопористых материалов в смесь вводят вспучивающие или газообразующие добавки. Изделия формуют различными способами - литьем, вибропрессованием, прокатом.

Известь воздушная. Сырье и принципы производства

Наряду с цементами для изготовления растворов используют известь: воздушную и гидравлическую в виде гидратной пушонки, известкового теста или молока, а также в виде негашеной молотой извести. Воздушная от гидравлической извести отличаются по химическому составу.

Строительную воздушную кальциевую известь получают умерен­ным обжигом карбонатных горных пород (известняка, мела), содер­жащих не более 6 % глинистых примесей в исходном сырье и не бо­лее 5 % MgО в обожженном продукте. Умеренным обжигом для кальци­евой извести является обжиг при температуре 900…1200 °C до воз­можно более полного удаления CO₂, но не до спекания материала.

Основная реакция, происходящая при получении воздушной кальцие­вой извести

СаСО₃^{__900..1200 0}С^__=СаО+СО_{2_}

Таким образом, воздушная кальциевая известь состоит в ocновном из СаО, небольшого количества MgO и примесей.

Тонкомолотую строительную известь получают гашением водой и размолом негашеной извести. Применяют известь для приготовления, строительных растворов и других, вяжущих материалов, цвет известковых пород зависит от наличия примесей - чистые известняки обычно белого цвета, с примесями желтоватые, бурые, серые и даже черные.

Технологический процесс получения извести состоит из добычи, дробления, сортировки и обжига при температуре 1000-1300°С. Получают легкие пористые куски белого цвета. Применяют известь в виде молотой - гашенной и негашеной.

Воздушная – обеспечивает твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно – сухих условиях.

Известковое тесто должно иметь плотность не менее 1200 кг/м³ и содержать извести не менее 30 % по массе. Известь для штукатурных и облицовочных растворов не должна содержать непогасившиеся частицы, которые могут вызвать отколы («дутики») в затвердевшем слое. Поэтому свежегашеную известь пропускают через сито с ячейками 0,315 – 0,25 мм.

Классификация гидравлических вяжущих.

Портландцемент и его разновидности, цементы с активными минеральными добавками, шлаковые цементы, глиноземистый цемент, расширяющиеся цементы и гидравлическая известь.

Портландцемент наиболее распространенный вид цемента, называютгидравлическое вяжущее, твердеющее в воде и на воздухе. Получает его:

1. Тонким измельчением сырья;

2. Ожигом до спекания сырьевой смеси клинкера (известняка и глины);

3. Помолом клинкера с добавками.

В смесь могут быть введены активные минеральные добавки. Состав цемента: известняк-1/3, глина -2/3 и добавки 10-15%. Для регулирования сроков схватывания цемента к клинкеру добавляют при измельчении гипс в количестве 1,5-3%. Качество клинкера зависит от химического и минералогического состава известняка и глины.

Известняк для производителя цемента состоит из двух окислов СаО и СО2. Повышенное содержание кремнезема SiO2 замедляет сроки твердения цемента в начальный период, но ускоряет процесс твердения в дальнейшем. Глинозем (AI2O3) – ускоряет процесс твердения в начальный период, но цемент имеет пониженную водостойкость и морозостойкость.

Внешне портландцемент тонкий порошок серовато-зеленого цвета с насыпной плотностью 900-1700кг/м3. Марки портландцемента 300-700, начало схватывания не ранее 45 минут, конец 6 час. Через 3 суток набирает только 70% прочности. Марочная прочность определяется через 28 суток твердения при t= 20°С и 60-80% влажности. Цемент при длительном хранении даже в самых благоприятных условиях снижает свою прочность – через 3 месяца на 20%, через год до 40% и при этом светлеет.

Твердение портландцемента

Прочность портландцемента определяется по пределу прочности при изгибе балочек 40х40х160 мм и на сжатие их половинок, из раствора состава 1:3 в частях по массе в возрасте 28 суток. Марки цемента 300, 400, 500,600,700: прочность при сжатии соответственно 30:40:50:60:70 МПа.

При твердении цементных изделий на воздухе за счет испарения воды происходит усадка, а при твердении в воде идет обратный процесс набухания. Весь процесс набора прочности цементного камня состоит из схватывания и твердения или густеющие превращения в камень. Процесс схватывания длится от 45 минут до 12 часов, за это время необходимо растворы или бетоны доставить и применить, иначе они потеряют пластичность и удобоукладываемость. На процесс схватывания сильно влияет количество воды.

Процесс твердение - наращивание прочности длится многие годы, но за основу берут прочность бетона или раствора в возрасте 28 суток. Наиболее активно прочность цемента нарастает в первые 7 суток. Прочность и скорость твердения зависят от тонкости помола цемента, содержания воды, влажности, температуры окружающей среды и продолжительности эксплуатации. Для снижения возможности быстрого испарения воды с поверхности, раствор или бетон покрывают мокрыми опилками, песком и поливают водой или покрывают бетонными эмульсиями.

При высокой температуре процесс твердение ускоряется при отрицательных температурах твердение почти полностью приостанавливается, т.к вода превращается в лед, что недопустимо.

Принципы производства цемента

Основные технологические операции производства портландцемента:

добыча - подготовка сырья- обжиг - получение клинкера -помол.

Различают 3 способа производства цемента: мокрый, сухой и комбинированный.

Сухой способ – при сухом способе влажность сырьевой массы составляет 1-1,5%. При производстве портландцемента обжигают, тонко измельченную и тщательно перемешанную сухую смесь. Обжигают эту смесь во вращающихся или шахтных печах. В шахтных печах смесь смешивают с топливом - коксующимся углем. Этот способ экологически вредный для окружающей среды, так как выделяется большое количество пыли. В шахтных печах качество хуже, хотя расходуется меньше топлива.

Мокрый способ – сырьевые компоненты измельчают до 5 мм и смешивают с водой, а полученную смесь в виде жидкого шлама из бассейнов – болтушек с влажностью 35-40% падают в трубные мельницы, где вновь подвергают измельчению во вращающихся барабанах со стальными шарами (Рисунок 4).

Затем эту смесь с помощью насосов транспортируют во вращающую печь в виде длинной трубы диаметром 3-5 м и длиной 185-230 м с уклоном 3-5% к горизонту. При температуре 100°С вода испаряется, высыхает и образует мелкие гранулы, которые по мере увеличения температуры распадаются, в них выгорают органические вещества, и происходит дегидратация (удаление связанной влаги. При t = 800°С смесь начинает разлагаться, происходит химическая реакция – разложение углекислого кальция. При температуре 1450-1500°С свободная известь связывается с оксидами глины и образует клинкер – камни неправильной формы размерами 4-70 мм. Полученный клинкер охлаждают холодным воздухом и дают вылежаться перед помолом. Затем клинкер температурой примерно 100°С подвергают помолу с добавлением например гипса или других минеральных добавок. Тонкость помола около 40 мкм, что сильно влияет на его активность. Помол осуществляют в трубчатых шаровых мельницах и затем отправляют в силосы, где он должен вылежаться несколько дней до полного охлаждения. Затем его выгружают и упаковывают в бумажные многослойные мешки весом 50кг. Способ энергозатратный, так как необходимо испарять воду.

Комбинированный способ - сырьевые материалы готовят по мокрому способу. Полученную смесь имеет влажность около 40%. Ее обезвоживают на фильтрах до 16-18%. Из полученного «сухаря» приготавливают гранулы и обжигают их во вращающихся печах.

Способы получения цемента незначительно влияет на свойства цемента.

Особые виды портландцемента применяются тогда, когда их свойства могут быть использованы с максимальным эффектом.

 

Транспортируют цемент для промышленности в специальных вагонах и автомобилях, для индивидуального пользования в фасованных водонепроницаемых мешках.

Цементная промышленность в настоящее время широко использует отходы металлургической и топливной промышленности. Для цементной промышленности перспективными являются металлургические шлаки. Феррохромовый шлак позволяет получать цветной портландцементный клинкер. Никелевые и медные шлаки применяеются в качестве железистого компонента сырьевой цементной смеси и активной минеральной добавки. Шлаки алюмотермического производства ферросплавов и вторичной переплавки алюминия и его сплавов используется как сырье для производства глиноземистого цемента и сверхбыстротвердеющего портландцемента. Сталерафинировочные шлаки пригодны для получения расширяющихся цементов.

Для получения шлаковых вяжущих автоклавного твердения возможно применение как гранулированных, так и медленно охлажденных сталеплавильных шлаков и шлаков цветной металлургии.

Шлакосодержащие вяжущие можно подразделить на следующие основные группы: портландцемент и шлакопортландцемент, сульфатно-шлаковые, известково-шлаковые, шлакощелочные вяжущие.

Портландцемент. В соответствии с европейскими нормами цементы общестроительного назначения разделяют в зависимости от вида и содержания добавок на пять типов. В группу портландцементов относят портландцемент I типа, содержащий до 5% активных минеральных добавок, и портландцемент II типа, содержащий от 6 до 35% минеральных добавок. Цемент III типа - шлакопортландцемент. Он может содержать от 36 до 80% доменного шлака. Цементы IV и V типов - соответственно пуццолановый и композиционный цементы. Первый содержит от 21 до 55% пуццолановых добавок, второй – 36-80% композиции добавок, в которую как одна из добавок вводится обязательно доменный гранулированный шлак.

Доменный шлак в производстве цементов на основе клинкера применяют как компонент сырьевой смеси и как активную минеральную добавку. При использовании доменных шлаков для производства шлакопортландцемента снижаются топливно-энергетические затраты на единицу продукции почти в 2 раза, а себестоимость на 25-30%. Шлак как активная добавка значительно улучшает ряд строительно-технических свойств цемента.

Экономическая эффективность применения гранулированного шлака в качестве активной минеральной добавки в цемент в несколько раз выше, чем в качестве сырьевого компонента. Как сырьевой компонент целесообразнее применять отвальные шлаки, ресурсы которых весьма велики. По химическому составу в качестве компонента портландцементной сырьевой шихты пригодны также и сталеплавильные шлаки.

Химический состав доменных шлаков позволяет использовать их вместо глинистого и части карбонатного компонентов в составе сырьевых смесей при производстве клинкера.

Шлаки можно рассматривать как в значительной мере подготовленное сырье. В их составе СаО связан в различных химических соединениях, в том числе и в виде двухкальциевого силиката — одного из минералов цементного клинкера. Высокий уровень подготовки сырьевой смеси при применении доменных шлаков обеспечивает повышение производительности печей и экономию топлива. Замена глины доменным шлаком позволяет снизить на 20% содержание известкового компонента, уменьшить при сухом способе производства клинкера удельный расход сырья и топлива на 10—15%, а также повысить производительность печей на 15%.

Практикой доказана эффективность использования шлаков в составе сырьевой смеси при мокром способе производства. Установлено, что при использовании шлакового шлама производительность вращающихся печей увеличивается на 13—20%, расход сырьевых материалов на 1 т клинкера снижается примерно на 12%, удельный расход топлива — на 10—15%. Для предохранения шлаковых шламов от загустения, расслоения и схватывания целесообразно в их состав вводить добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ) и применять интенсивное перемешивание.

Основные свойства материалов на основе цементов

Гидрофобный портландцемент- представляет собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и гидрофобизирующей добавки (асидолы, мыло фанта, асидол – мыло фанта). Добавки вводятся в количестве 0,06-0,3% от массы цемента в сухом состоянии. Добавки образуют на зернах цемента тонкие молекулярные пленки, уменьшающие свойство цемента смачиваться водой, находясь во влажной среде, цемент сохраняет активность и не комкуется. В процессе приготовления бетонной смеси, пленки раздираются с поверхности зерен, и не препятствует течению процессов твердения цемента. Твердеет цемент сначала медленно, а затем быстро. Рекомендуется цемент при необходимости длительного хранения и при перевозках на большие расстояния.

Пластифицированный цемент отличается содержанием добавок повышающих подвижность, имеет высокую морозостойкость.

Добавки: сульфитно-спиртовая барда или сульфитно-дрожжевая в твердом или жидком виде. Пластифицирующие добавки повышают плотность, соответственно прочность бетона, т.к. снижают водопотребление, сохраняют дольше ее подвижность. Введение добавок снижает расход цемента. Применяют в дорожном строительстве, в строительстве аэродромов и гидротехнических сооружений.

Сульфатостойкий портландцемент медленно твердеет в начальные сроки и мало выделяет тепла. Применяется для получения материалов обладающих коррозионной стойкостью в минеральных и пресных водах.

Белый портландцемент – имеет минимальное содержание окислов железа, марганца и хрома. Используют для получения чистые известняки или даже мраморы и белые глины. В качестве топлива при обжиге применяется газ или мазут.

Основные свойство степень белизны, делят цементы на 3 сорта БЦ – 1: БЦ-2: БЦ-3. Выпускается по прочности 3 марки- 300, 400: и 500. Схватывание длится от 45 мин до 10 час. Транспортируют только в закрытой таре. Цемент дорогой.

Цветные цементы - в цемент в процессе помола добавляют светощелочестойкие окислы металлов - красители охра, железный сурик, ультрамарин, сажу, окислы хрома в количестве 0,05-1%.

Введением хрома получают цемент – желто-зеленого цвета, марганца голубого или бархатно-черного, кобальта- коричневого..

Белый и цветные цементы применяют для отделочных работ, при изготовлении облицовочных плиток, искусственного мрамора, мозаичных полов и т.д.

Глиноземистый цемент- быстротвердеющий, высокопрочный. Получают тонким измельчением обожженной сырьевой смеси из бокситов и известняка. В бокситы после обработки в состав добавляют различные минеральные вещества. Через 5-6 часов твердения бетон на этом цементе набирает прочность 30%, через сутки-90%, через 3 суток – марочную.

Глиноземистый цемент быстротвердеющий, время схватывания 30 мин.

Марки 400,500,600. Бетоны на этих цементах – водостойки, воздухо-стойки, морозостойки, жаростойки и стойки к воздействию пресных вод, но разрушаются щелочными водами. Они имеют плотную структуру, примерно в 1,5 раза ниже пористости, чем у обычных портландцементов. Стоимость в 3-4 раза выше портландцемента, поэтому ограничены области применения. В виду высокой химической стойкости цемент используют для тампования нефтяных и газовых скважин (заделки) на предприятиях пищевой промышленности (барит) для футеровки шахтных колодцев и туннелей. Высокая жаростойкость 1400°С, дает возможность использовать его для изготовление жаростойких бетонов – при футеровки тепловых аппаратов.

Расширяющиеся цементы – в тех случаях, когда усадка недопустима при зачеканке и гидроизоляции швов, при заделке болтов, трещин, получении плотных стыков применяют расширяющийся цемент.

К этой группе относятся цементы, увеличивающиеся в объеме при твердении в воде и не уменьшающиеся в объеме при твердении на воздухе.

Имеется 3 вида расширяющихся цементов

водонепроницаемый глиноземистый расширяющийся цемент – при изготовление совмещают высокоглиноземистый цемент с гипсом и алюминатом кальция. Используют для восстановления разрушенных бетонных железобетонных конструкций для гидроизоляции туннелей, стволов шахт в подземном и наземном строительстве. Нельзя применять при температуре меньше 0°С и выше 80°С.

- гипсоглиноземистый цемент - быстротвердеющий получают совместным помолом высокоглиноземистого шлака, природного гипс в соотношение 0,7:0,3 по массе. Он твердеет в воде и на воздухе. Выпускаются по прочности 3 марки 300,400,500. Начало схватывает 20 мин, конец 4 часа. Применяют цемент для изготовления безусадочных расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов для заделки швов. Нельзя использовать для конструкции при температуре выше 80°С.

• расширяющийся портландцемент получают помолом цемента и гипса с добавками в соотношениях 60:7:7:10:25. В качестве добавки применяют бентонит. Расширяется на 0,15% через сутки и на 1% через 8 суток. Имеет высокую водонепроницаемость, интенсивно твердеет при пропаривании. Применяется, как и другие расширенные цементы.

Гидравлическая известь- медленно схватывающееся гидравлическое вяжущее- порошкообразный продукт тонкого помола, умеренно обожженных карбонатных пород (известнякимергелинские) с содержанием глины 6-20% при температуре 900-1000°С. Гидравлическая известь в отличие от воздушной, затвердевает на воздухе и продолжает твердеть в воде.

Шлакопортландцементы. Шлакопортландцементы с содержанием шлака 25—40% обычно применяют в тех же условиях, что и обычный портландцемент. Цементы, содержащие 40—80% шлака, используются как низкотермичные в массивных гидросооружениях и в сооружениях, подвергающихся действию агрессивных вод, а также для изготовления изделий при тепловлажностной обработке.

Оптимальные свойства шлакопортландцемент приобретает при выборе рационального состава, структуры и соотношения шлакового и клинкерного компонентов цемента, а также их дисперсности. Установлено, что на строительно-технические свойства шлакопортландцемента и бетонов на его основе основные шлаки влияют благоприятнее, чем кислые. Росту прочности шлакопортландцемента содействует также применение клинкера с повышенным содержанием наиболее активных минералов (C3S + С3А = 65—75%). При этом для кислых шлаков желательно применять алитовыесреднеалюминатные клинкеры (C3S = = 60—70%; С3А < 8%).

Положительный эффект достигается при использовании в сочетании с доменными шлаками низкотемпературного клинкера, содержащего до 5% свободного СаО, который служит щелочным активизатором. В процессе гидратации и твердения шлакопортландцемента участвуют шлаковая и клинкерная составляющие. В начальный период процесса гидратации в результате гидролиза минералов-силикатов образуется пересыщенный раствор Са(ОНJ, который в сочетании с гипсом оказывает активизирующее влияние на взаимодействие с водой шлакового стекла. Наряду с обычными продуктами при твердении шлакопортландцемента образуются гелеобразные гидратные соединения с преобладанием низкоосновныхгидросиликатов кальция.

Цементная промышленность выпускает обычный, быстротвердеющий и сульфатостойкийшлакопортландцементы. При производстве сулъфатостойкогошлакопортландцемента используют клинкер с содержанием С3А не более 8% и шлак с содержанием А1203 не более 8%.

Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента рационален двухстадийный помол, т. е. предварительное измельчение клинкера с последующим совместным помолом клинкера и шлака до удельной поверхности не менее 4000 см²/г. Двухстадийный помол обеспечивает более тонкое измельчение клинкерных зерен; он целесообразен при использовании основных шлаков, по размалываемости близких к клинкеру. Конечная прочность и другие свойства шлакопортландцемента улучшаются также и при более тонком измельчении шлака.

Шлакопортландцемент не оказывает коррозирующего действия на стальную арматуру в железобетонных изделиях и прочно сцепляется с ней.

Строительно-технические свойства шлакопортландцемента характеризуются рядом особенностей по сравнению с портландцементом: более низкой плотностью B,8—3 г/см3); несколько замедленным схватыванием и нарастанием прочности в начальные сроки твердения. Изготавливают следующие марки шлакопортландцемента: М300; М400; М500.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент через 2 сут имеет прочность на сжатие не менее 15 МПа. Марка его должна быть не менее М400. Для сульфатостойкогошлакопортландцемента установлены марки М300 и 400.

Сульфатно-шлаковые цементы — это гидравлические вяжущие вещества, получаемые совместным тонким измельчением доменных шлаков и сульфатного возбудителя твердения (гипса или ангидрита) с небольшой добавкой щелочного активизатора (извести, портландцемента или обожженного доломита). Разновидностью этой группы цементов является также шлаковый бесклинкерный цемент, состоящий из 85—90% шлака, 5—8% ангидрита и 5—8% обожженного доломита. Степень обжига доломита зависит от основности шлаков. При использовании основных шлаков обжиг ведут при температуре 800—900°С до частичного разложения СаС03, а кислых — при температуре 1000—1100 °С до полной диссоциации СаС03 (Рисунок 5).

Активность сульфатно-шлаковых цементов существенно зависит от тонкости измельчения. При высокой тонкости измельчения и рациональном составе прочность этих цементов не уступает прочности портландцемента. Однако недостатком сульфатно-шлаковых цементов является быстрое снижение активности при хранении; характерным для них является связывание повышенного количества воды при гидратации, что вызывает в бетонах значительный сдвиг оптимальных В/Ц в сторону больших значений (до 0,5—0,65). Пониженная пластичность сульфатно-шлаковых цементов обусловливает существенное снижение прочности бетонов на их основе по мере отощения, т. е. увеличения содержания заполнителей. Оптимальная температура твердения этих цементов 20—40°С.

Сульфатно-шлаковые вяжущие твердеют сравнительно медленно. Их марки М150—М300. В течение первых 2—3 недель твердения бетоны на этих вяжущих необходимо предохранять от высыхания. В противном случае поверхностный слой конструкций становится недостаточно прочным.

Для изготовления сульфатно-шлаковых вяжущих целесообразно применять основные доменные шлаки с повышенным до20% содержанием глинозема. Арматура в бетонах на сульфатно-шлаковых вяжущих при повышенной влажности подвергается коррозии.

 

Известково-шлаковые цементы — это гидравлические вяжущие вещества, получаемые совместным помолом доменного гранулированного шлака и извести. Их применяют для изготовления строительных растворов и бетонов марок не более М200. Для регулирования сроков схватывания и улучшения других свойств этих вяжущих при их изготовлении вводится до 5% гипсового камня. Цементы более высокого качества можно получить, применяя основные шлаки с повышенным содержанием глинозема и негашеную известь, содержание которой 10—30%.

Известково-шлаковые цементы по прочности уступают сульфатно-шлаковым. Их марки: М50, M l00, M l50, М 200. Начало схватывания должно наступать не ранее чем через 25 мин, а конец — не позднеечем через 24 ч после начала затворения. При снижении температуры, особенно после 10°С, нарастание прочности резко замедляется и, наоборот, повышение температуры при достаточной влажности среды способствует интенсивному твердению. Твердение на воздухе возможно лишь после достаточно продолжительного твердения до -30 суток во влажных условиях. Для известково-шлаковых цементов характерны низкая морозостойкость, высокая стойкость в агрессивных водах и малая экзотермия.

Строительные материалы на основе неорганических вяжущих веществ

2.5.1 Бетоны. Тяжелые бетоны. Легкие бетоны

Бетон представляет собой искусственный каменный материал, полученный твердением рационально подобранной смеси вяжущего (минерального, органического или комбинированного) воды и заполнителей.

До затвердения называется бетонной смесью, после затвердения бетоном.

Смесь цемента и воды- цементное тесто обволакивает зерна мелкого и крупного заполнителя и заполняет промежутки между ними, при отверждении образует прочный камень.

Твердение происходит в естественных и искусственных условиях. Искусственное твердение происходит при пропаривании, в автоклавах, электропрогревом.

Физико-механические характеристики бетона:

1. Прочность определяется испытанием образцов кубов размерами 100х100х100 мм. Основными факторами влияющими на прочность бетона- марка цемента, активность водоцементного отношения воды которая должно быть не более 15-20% от массы цемента. На прочность влияет степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Прочность заполнителя влияет незначительно, если она выше прочности класса бетона.
2. Непроницаемость- чем плотнее бетон, тем ниже пористость. Поры образуются вследствие неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси.

1. Усадка бетона в процессе твердения происходят на воздухе и расширение при твердении в воде.

По прочности на осевое сжатие кубиков в возрасте 28 суток при температуре 20°С и влажности 80% бетоны делятся на классы В 5 - 40.

Бетоны классифицируют по средней плотности и по свойствам вяжущего.

По плотности бетоны различают:

Особо тяжелые - 2500-6000 кг/м3;

Тяжелые - 200-2500 кг/м3;

Облегченные - 1800-2000 кг/м3;

Легкие - 500-1800 кг/м3;

Особо легкие - 500 кг/м3 и менее;

По типу вяжущего бетоны делят:

• на портландцементе
• на силикатные
• гипсовые
• известкового песчаные

- кислотостойкие, жаростойкие и т. д.

Бетонная смесь. Состав бетона: вяжущие + крупный и мелкий заполнители+ ПАД + вода.

Воду для изготовления бетонов используют только чистую. Нельзя использовать морскую, болотную и сточную воду, содержащую большое количество примесей.

Заполнители бетонов делятся на крупные и мелкие. К крупным относятся щебень, гравий, керамзит, шлак, к мелким разнообразные пески, в том числе дробленные из