Недостаток шлакопортландцемента – замедленное твердение и пониженная морозостойкость.

Выпускают шлакопортландцемент трёх марок 300, 400 и 500.

КОРРОЗИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

 

Под влиянием различных агрессивных веществ, конструкция, содержащая портландцемент может разрушаться. По классификации Москвина, все виды коррозионных разрушений цемента можно разделить на три группы.

1. Вымывание Са(ОН)₂, разрушение гидросиликатов и как следствие разрушения цементного камня под действием воды (коррозия 1-ого вида)

2. Разрушение цементного камня из-за реакций обмена между Са(ОН)₂ цементного камня и агрессивными веществами с образованием лёгко растворимых солей.(коррозия 2-ого вида)

3. Разрушение цементного камня из-за кристаллизации в его порах продуктов большого объёма, чем исходные вещества (коррозия 3-его вида)

1. Коррозия 1-ого вида.

Она связана с вымыванием Са(ОН)₂-цементного камня, под действием мягких вод (дождевые, конденсат, воды оборотного теплоснабжения, болотные). Вымывание Са(ОН)₂ ведёт к резкому понижению прочности и послойному растворению цементного камня. Внешне этот вид коррозии проявляется в виде белых потёков на поверхности конструкции.

Меры борьбы с коррозией 1-ого вида.

1.Ограничение содержания С₃S<50%

2.Введение в цемент активных минеральных добавок (АМД) связывающих Са(ОН)₂ в нерастворимые соединения.

3.Создание на поверхности конструкций плёнок из нерастворимых продуктов, например при карбонизации.

Са(ОН)₂+СО₂=СаСО₃ + Н₂О

2. Коррозия 2-ого вида.

а ) кислотная коррозия.

Кислоты попадают в конструкции либо с грунтовыми водами, насыщенными стоками химических предприятий, либо с кислотными дождями из атмосферы зачастую насыщенными такими газами, как SO₂-сернистый газ, НCl-хлористый водород, Сl₂-газообразный хлор.

Са(ОН)₂ + 2НСl = CaCl₂ + 2H₂O – образуется быстрорастворимое вещество.

Са(ОН)₂ + Н₂SO₄ = CaSO₄ × 2H₂O

Сложнее воздействует на цементный камень угольная кислота.

Коррозионный процесс протекает в два этапа:

Са(ОН)₂ + Н₂СО₃ = СаСО₃ + 2Н₂О

На этом этапе образуется нерастворимый СаСО₃, который закупоривает поры, и процесс коррозии замедляется, т.е. затухает. Но при больших концентрациях Н₂СО₃, процесс возобновляется с образованием лёгко растворимого бикорбаната кальция.

СаСО₃ + Н₂СО₃ = Са(НСО₃)₂

б) магнезиальная коррозия.

Она может наблюдаться при воздействии грунтовых вод насыщенных магнезиальными солями и, особенно в морской воде. Разрушение цементного камня вследствие реакции обмена протекает по следующим формулам:

Са(ОН)₂ + МgCl₂ = CaCl₂ + Mg(OH)₂

Ca(OH)₂ + MgSO₄ + 2H₂O = CaSO₄ × 2H₂O + Mg(OH)₂¯

В результате этих химических реакций образуется растворимая соль (хлористый кальций и двуводный сульфат кальция), причём в первой реакции гидрат окиси кальция цементного камня вступает в химическую реакцию с хлористым магнием с образованием хлористого кальция и выпадением в осадок гидрата окиси магния - рыхлой смеси, которая легко смывается водой.

Меры борьбы с коррозией 2-ого вида.

1.Ограничение содержания С₃S не более 50%

2.Введение активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)₂ в нерастворимые соединения.

3.Устройство барьерной защиты, препятствующей прониканию агрессивных веществ, например, из рулонных материалов (полимерных, битумов). Для защиты от действия кислот устраивают футировки (толстые защитные слои из кислотостойкого кирпича или плиток на кислостойком растворе, либо пропитывают конструкции кислотостойкими материалами).

 

Коррозия 3-его вида.

Это сульфоалюминатная коррозия. Она имеет место при взаимодействии на конструкции грунтовых или морских вод с содержанием сульфат ионов (SO₄^2-) более 250мг/л. С сульфатами в цементом камне реагирует 3-х кальциевый гидроалюминат

3CaO × Al₂O₃ × 6H₂O + 3CaSO₄ + 25H₂O =

= 3CaO × Al₂O₃ × 3CaSO₄ × 31H₂O – это соединение называется гидросульфоалюминат кальция или эттрингит.

Кристаллизуясь в порах это соединение имеет объём в 2 раза больше, чем исходные продукты и, оказывая давление на стенки пор разрушает цементный камень изнутри.

Меры борьбы с коррозией 3-его вида.

1.Ограничение в составе цемента содержание С₃А 8%

2.Применение специального сульфатостойкого портландцемента.

АЛЮМИНАТНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Глинозёмистый цемент – получают тонким измельчением клинкера, получаемого при спекании или плавлении сырьевой смеси из известняков и бокситов.

Получение.

Сырьё: известняки и бокситы.

Сырьевую смесь размалывают и обжигают при температуре 1300 – 1400⁰С, получая клинкер, а затем размалывают в шаровых мельницах до тонкости цемента.

Стадия помола очень энергоёмкая, т.к. клинкер чрезвычайно твердый. Учитывая также высокую стоимость бокситов, стоимость глинозёмистого цемента в 3-4 раза выше обычного цемента.

Твердение.

Глинозёмистый цемент в основном состоит из одного кальция алюминия

СаО × Аl₂O₃ и особенностью твердения глинозёмистого цемента является его твердение только при умеренных температурах не выше 25⁰С

При твердение глинозёмистого цемента протекают следующие реакции:

2(СаО × Al₂O₃) + 11H₂O = 2CaO × Al₂O₃ × 8H₂O + 2Al(OH)₃

образующийся гидроалюминат кальция и придаёт прочность глинозёмистому цементу.

Свойства.

Марка глинозёмистого цемента определяется так же как и обычного портландцемента, но не в 28-ми суточном, а в 3-х суточном возрасте, т.к. глинозёмистый цемент твердеет очень быстро. Марки М400, М500 и М600.

Сроки схватывания такие же, как и у обычного портландцемента. Тепловыделение в 1,5 раза выше, чем у обычного портландцемента.

Особенностью глинозёмистого цемента является его повышенная жаростойкость до 1500⁰С. Глинозёмистый цемент хорошо противостоит коррозийной стойкости 1-ого вида и магнезиальной коррозии, но плохо противостоит действию кислот и щёлочей.

Применение.

Глинозёмистый цемент применяется для быстротвердеющих и жаростойких бетонов и растворов. На основе глинозёмистого цемента изготавливают расширяющие и безусадочные цементы, которые используют при ремонтных работах.

 

РАЗДЕЛ 4. ТЕМА 1. БЕТОНЫ

 

Бетоном называется искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя – песка, крупного заполнителя – щебня или гравия, а в необходимых случаях – специальных добавок.

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетона, в результате реакции между которыми и образуется цементный камень. Зерна песка и щебня составляют как бы каменный каркас бетона. Цементное тесто, образующееся после затворения, обволакивает зерна песка и крупного заполнителя, заполняет промежутки между ними и играет роль смазки, обеспечивающей подвижность бетонной смеси. Затвердевая, тесто связывает зерна заполнителей, в результате чего и образуется искусственный камень – бетон.

 

Классификация бетонов

Бетоны классифицируют по средней плотности, виду вяжущего, виду заполнителя и назначению.

- По средней плотности бетоны бывают:

а) особотяжелые – со средней плотностью r_о более 2500 кг/м³

б) тяжелые – со средней плотностью r_о= 2200-2500 кг/м³

в) облегченные – со средней плотностью r_о=1800-2200 кг/м³

г) легкие – со средней плотностью r_о=500-1800 кг/м³

д) особолегкие- со средней плотностью r_о< 500 кг/м³

- По виду вяжущего бетоны бывают:

а) цементные

б) силикатные (на известково-кремнеземистом вяжущем)

в) гипсовые,

г) на смешанных вяжущих, например, цементно - известковых

д) на специальных вяжущих, применяемых при наличии особых требований (например, по кислотостойкости, жаростойкости и т.д.).

- По виду заполнителя бетоны бывают:

а) на плотных заполнителях

б) на пористых заполнителях

в) на специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (например, по защите от радиации, жаростойкости и т.д.)

- По назначению бетоны подразделяются на:

а) бетон для несущих конструкций

б) бетон для ограждающих конструкций

в) гидротехнический бетон

г) бетон для санитарно-технических сооружений (труб, колодцев, резервуаров и др.)

д) дорожный бетон

е) бетон специального назначения – кислотостойкий, жаростойкий, для защиты от радиации и др.

 

Требования к материалам для обычного (тяжелого) бетона

Вяжущие. Для тяжелых бетонов в качестве вяжущих веществ применяют портландцемент и его разновидности, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178, 22226, ТУ 21-26-13-90 и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и др.). При выборе марки (или активности) цемента необходимо, чтобы она в 1,5…2 раза была выше требуемой прочности бетона. В табл. 5 приведены рекомендуемые марки цементов в зависимости от класса бетона В.

 

Таблица 1 - Выбор марки цемента в зависимости от класса бетона

 

Марка цемента	Класс бетона по прочности при сжатии
В 10	В 20	В 30	В 35	В 40	В 50
Рекомендуемая	М 300	М 300	М 400	М 500	М 600	М 600
Допускаемая	М 300	М 400	М 500	М 550, М 600	М 500, М 550	М 550

 

Заполнители. Заполнители для тяжелого бетона подразделяются на две группы: мелкие и крупные.

а) Мелкий заполнитель – песок для строительных работ – должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8736. Песком называют рыхлую смесь зерен с крупностью от 0,16 до 5 мм, образовавшуюся в результате естественного разрушения горных пород (естественные пески) или при их дроблении (искусственные пески). По минеральному составу пески бывают кварцевые, полевошпатные, известняковые, доломитовые и др.

На качество бетона влияет:

1. Наличие в песке примесей (глинистых, илистых, пылевидных, остатков растительных и животных организмов);

2. Зерновой состав песка. Для получения высококачественных бетонов песок должен содержать зерна всех фракций от 0,16 до 5мм, чтобы объем пустот в нем был минимальным. Чем меньше будет объем пустот, тем меньше потребуется цемента для получения плотного бетона.

б) Крупный заполнитель (гравий и щебень) – должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8267, 9268, 10260.

Гравием называют рыхлый материал с размером частиц от 5 до 70 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения горных пород. Для гравия характерна гладкая поверхность и достаточно окатанная форма зерен, что не слишком благоприятно сказывается на прочности сцепления его с цементным камнем.

На качество бетона влияет:

1. наличие в гравии примесей, особенно глины (не более 1 % для высококачественных бетонов и не более 3% для рядовых);

2. зерновой состав заполнителей. В гравии должны содержаться зерна всех фракций, чтобы объем пустот был минимальным, и бетон получался более плотным и с меньшим расходом цемента;

- предельная крупность зерен гравия. Она не должна превышать ¼ части минимального сечения конструкции, а если конструкция армированная, то быть не более наименьшего расстояния между стержнями арматуры.

Щебень. Щебнем называют материал, образующийся при дроблении горных пород и имеющий размеры от 5 до 70 мм. Щебень имеет малоокатанную остроугольную форму и шероховатую поверхность, поэтому прочность сцепления его с цементным камнем выше, чем у гравия. В остальном требования к щебню предъявляются те же, что и к гравию.

Вода. Для затворения бетона пригодна питьевая вода, а также любая другая, не содержащая вредных примесей (хлоридов, сульфатов, кислот, масел, фенолов и др.).

Пригодность воды для бетона устанавливают химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на испытуемой воде и на контрольной питьевой воде. Образцы испытывают через 28 суток нормального твердения. Вода считается пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не меньше, чем контрольные на питьевой воде.

Добавки. Добавки для бетонов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 24211-2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»). По виду и назначению добавки можно разделить на следующие группы (табл. 6).

 

 

Таблица 2 - Добавки, рекомендуемые для бетонов

 

Класс добавки	Представители	Название	Дозировка, % от массы цемента	Эффект от применения
Суперпласти фикаторы	С-3 ДФ СМФ	Разжижитель С-3 Дофен Разжижитель СМФ	0,4 - 0,8	Снижение водопотребности бетонной смеси более 20%
Сильнопластифицирующие	ЛСТМ-2     МТС-1	Лигносульфонат технический модифицированный Модифицированный лигносульфонат	0,15 – 0,3	Снижение водопотребности бетонной смеси до 20%
Среднепластифицирующие	ЛСТ   УПБ   ПДК	Лигносульфонат технический Мелассная упаренная последрожжевая барда Плав дикарбоновых кислот	0,1 – 0,2	Снижение водопотребности бетонной смеси до 10%
Слабопласти фицирующие	ЩСПК     НЧК   ГКЖ-10 ГКЖ-11	Щелочной сток производства капролактама Нейтрализованный черный контакт Этилсиликонат натрия Метилсиликонат натрия	0,05 –0,1	Снижение водопотребности бетонной смеси до 5%, обеспечение воздухововлечения 3-5%, повышение морозостойкости бетона на 50-100 циклов
Газовыделяющие	136-41, 136-157 М ПАК	Полигидросилоксаны (бывшая ГКЖ-94)   Пудра алюминиевая	До 0,1;     До 0,25	Повышение морозостойкости бетона на 200…300 циклов. Производство ячеистых бетонов
Воздухововлекающие	СНВ   КТП ОТП ГКЖ-10 ГКЖ-11	Смола нейтрализованная воздухововлекающая Клей таловый пековый Омыленный таловый пек Этилсиликонат натрия Метилсиликонат натрия	0,005 -0,03	Обеспечение воздухововлечения на 3-5%, повышение морозостойкости бетона на 100…200 циклов
Противоморозные	К2СО НН ХК ННК ННХК	Поташ Нитрит натрия Хлорид кальция Нитрит-нитрат кальция Нитрит-нитрат-хлорид кальция	До 10	Твердение бетона при отрицательной температуре
Ингибиторы коррозии	НН ТБН БХН БХК	Нитрит натрия Тетраборат натрия Бихромат натрия Бихромат кальция		Замедляют коррозию арматуры в железобетоне
Регуляторы сроков схватывания: Замедлители   Ускорители	Сахарис тые вещества   НК ХК ННК ННХК   СН ТНФ	Нитрат кальция Хлорид кальция Нитрит-нитрат кальция Нитрит-нитрат-хлорид кальция Сульфат натрия Тринатрийфосфат	0,0,1…2	Замедление схватывания до нескольких часов Ускорение схватывания и твердения в ранние сроки