Искусственные кислые активные минеральные добавки

Микрокремнезем

Использование техногенных отходов – неотъемлемая черта всех ресурсосберегающих технологий. При использовании отходов, как правило, улучшается экология за счет уменьшения отвалов, свалок, вредных выбросов сточных вод и газов.

 

6. Основные требования к техногенному сырью и оценка эффективности данных материалов

Необходимо разработать технико-экономическое обоснование и учесть:

1. Стабильность показателей качества техногенного сырья, их однородность.

2.Возможность обеспечения бесперебойной работы предприятия. Т.е. увязать баланс накопления отходов и потребления.

3.Сырье должно быть действительно активным (реакционноспособным).

4. Удобно в применении (гранулированно), обработанным, подготовленным перед использованием в технологии.

4. Гарантия безопасности применения отходов для работников предприятия, потребителей готовых изделий (радиоактивность+).

5.Стоимость отходов(должны быть не дороже клинкера).

6.Условия транспортировки.

7. Классификация добавок, применяемых в технологии вяжущих для регулирования свойств, процессов гидратации.

1) Добавки- растворители – ускоряют процесс растворения вяжущего (сульфанат натрия Na₂SO₄, K₂SO₄, сульфанат калия, хлорид кальция)

2) Добавки- замедлители схватывания (мездровый клей, столярный, метилцеллюлоза C₆H₇O₂(OH)x(OCH₃)y и т.д.)

3) Добавки – кристаллизаторы (структурообразующие) – кристаллизируют соединения, достаточно близкие по своей природе кристаллическим параметрам CaSO4*2H2O (известь).

4) Добавки пластифицирующие (разжижитель) – предназначены для уменьшения водопотребности гипсового вяжущего, механизм их действия основан на электростатическом или стерическом эффекте. Они понижают поверхностное натяжение на границе 2х фаз (жид.-тв. тело) при уменьшении поверхностного натяжения, подвижность теста возрастает, значит можно уменьшать кол-во воды, сохранив при этом подвижность теста.

Пластифицирующий эффект – т.е. водоредуцирующий эффект добавок, характеризуется процентным снижением НГ, могут изменять схватывание в сторону увеличения и темп гидратации (V) в начальные сроки, передозировка запрещена (недобор прочности), нехватка добавки провоцирует неуправляемость процесса (неоднородность системы).

Пластифицирующие добавки выпускаются на основе лигносульфаната (продукт переработки древисины) - пластификатор, а так же на основе нафталинформальдегидной основе - суперпластификатор, на поликарбаксинальной основе – гиперпластификатор.

Эффект пластифицирующих добавок – за счет уменьшения водопотребности системы, снижают расход воды в технологическом процессе, получают камень с меньшей величиной пористости (уменьшаем на 1% пористость = увеличиваем прочность на 3%). Умньшенеи пор = увеличение водостойкость = увеличение морозостойкости.

5) Добавки дисперсно – армирующие - микроволокна целлюлозы, стеклянное волокно, минеральное.

6) Добавки повышающие водостойкость (доменный шлак 2CaO*SiO2; 5CaO*3Al2O3, зола высококальциевая CaO*SiO2*H2O – гидросиликат кальция, 3CaO*Al2O3*6H2O – гидроаллюминат кальция)

8. Активные минеральные добавки, виды, назначение и реакционная способность.

- тонкоизмельченные природные или искусственные материалы, вводимые в вяжущие для улучшения их свойств и придания специальных качеств.

Природными считают добавки, получаемые из пород осадочного и вулканического происхождения. Они относятся к так называемым кислым добавкам.

 

Введение кислых добавок в портландцемент способствует улучшению ряда его технических свойств (водостойкости, сульфатостойкости), снижает экзотермию. При этом гидроксид кальция, выделяющийся при твердении портландцемента, связывается добавками, образуя малорастворимые соединения.

Природными минеральными добавками осадочного происхождения являются диатомиты, трепелы, опоки и глиежи.

Диатомиты и трепелы представляют собой легкие пористые малопрочные породы светло-серого или желтовато-серого цвета, окрашенные иногда в темные тона органическими примесями. Эти породы часто перемешаны с песком, глинами, карбонатными породами и т. п. Средняя плотность обычно колеблется в пределах 400—1000 кг/м3, причем у трепелов она выше, чем у диатомитов.

Опоки — более тяжелые и плотные породы со средней плотностью 1200—1600 кг/м3. Это уплотненные разновидности диатомитов и трепелов иногда значительной прочности.

Глиежи представляют собой «горелые» породы, образовавшиеся в результате обжига межугольных глин при самовозгорании угля под землей. Глиежи по своим физическим и химическим свойствам подобны глинам, обожженным при 800—1000°С. Они характеризуются иногда неоднородностью, что необходимо учитывать при их использовании.

К природным минеральным добавкам вулканического происхождения относят вулканические пеплы, туфы, пемзы, трассы и др.

Влияние зернового состава вяжущего на его основные свойства. Требования к зерновому составу.

Удельная поверхность и гранулометрический состав в значительной степени определяют свойства минеральных вяжущих веществ. Для каждого вида вяжущего установлена тонкость помла, рационально подобранныя с точки зрения обеспечения определенного уровня свойств при оптимальном расходе энергоресурсов.

 

Схемы производства вяжущих

1) Дробление → помол → варка

2) Дробление → сушка → помол → варка

3) Дробление → сушка + помол → варка

4) Дробление → помол → варка → помол

5) Дробление → сушка + помол → варка → помол

6) Дробление → обжиг → помол

7) Дробление → обжиг → помол

8) Дробление → запаривание → помол

Гипс α-модификации называют высокопрочным гипсом(при прочности в возрасте 2 часа 10÷25 МПа) или супергипсом (при прочности в возрасте 2 часа более 25 МПа).

Способы получения гипсовых вяжущих α-модификации можно разделить на три основные группы:

1. Тепловая обработка кускового или брикетированного гипсового сырья насыщенным паром под давлением с различными способами сушки дегидратированного продукта и помолом;

2. Тепловая обработка при атмосферном давлении порошкообразного гипсового сырья в растворах солей, в т.ч.с введением модификаторов, с последующей тщательной промывкой, сушкой и помолом готового продукта;

3. Тепловая обработка порошкообразного гипсового сырья в водной суспензии под давлением при перемешивании и введении модификаторов роста кристаллов, с фильтрацией, сушкой и помолом готового продукта.

Первый способ

Гипс α-модификации получают путем запаривания гипсового щебня размером 15-50 мм в автоклавах при давлении0,13 МПа с последующей сушкой его при температуре 120°С в сушильном барабане.

Получение гипсовых вяжущих α-модификации в среде, насыщенной паром.

Автоклавный способ получения гипсовых вяжущих может быть реализован в различных аппаратах. Запарочный аппарат представляет собой герметичный вертикальный металлический резервуар с люками и затворами для загрузки и выгрузки материала. В нижней части аппарата имеется обезвоживающее сито, через которое стекает конденсат, а при продувании отводятся топочные газы. Пар подается в аппарат сверху в перфорированную трубу, размещенную в центре. Запарник загружают гипсовым камнем размером 15—40 мм и обрабатывают его насыщенным паром под давлением 0,23 МП а при 114°С в течение 5—8 ч. Затем в том же аппарате материал сушат газами с температурой 120—160°С в течение 3—5 ч. Высушенный материал размалывают. Недостатки этого способа: неравномерность сушки, высокий расход топлива и энергии.

Получило распространение также производство высокопрочных гипсовых вяжущих способом «самозапаривания», при котором избыточное давление создается за счет испарения из гипсового камня части гидратной воды. Дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрываемый вращающийся «самозапарник», куда подают топочные газы с температурой около 600°С. Проходя по находящимся внутри аппарата трубам, эти газы нагревают материал. В результате двуводный гипс разлагается, и выделяющаяся вода создает в аппарате избыточное давление. Дегидратация гипса протекает в паровой среде под давлением 0,23 МПа в течение 5—5,5 ч. Излишки пара периодически сбрасываются. После запаривания материал в этом же. аппарате сушат, снижая для этого давление до 0,13 МПа в течение 1,5 ч, а затем до атмосферного. Общая продолжительность цикла 12—14 ч. Полученный продукт измельчают в мельницах.

Известно производство гипса повышенной прочности запариванием в автоклаве гипсового камня размером 300—400 мм (70 % общего количества камня) и 100— 250 мм (остальные 30%). Запаривание осуществляют в течение 6 ч, доводя давление пара в автоклаве до 0,6 МПа. По окончании запаривания давление пара в течение 1,5 ч снижают до атмосферного. Затем гипсовый камень подвергают сушке при закрытых крышках автоклавов 7 ч, при открытых крышках 10 ч и охлаждают 4 ч. Общий цикл запаривания и сушки гипсового камня составляет 28—30 ч. Выгруженный из автоклава продукт размалывают. Гипсовые вяжущие, получаемые в среде, насыщенной паром, отличаются большей мономинеральностью структуры, более крупной и правильной кристаллизацией, меньшей водопотребностью и повышенной прочностью. Поэтому в практике их называют высокопрочным гипсом.

На первой стадии производства получают портландцементный клинкер заданного химико-минералогического состава. На 2-ой стадии путем помола ПЦК, гипсового камня и добавок получают портландцемент заданной марки, вида.

МОКРЫЙ СПОСОБ

На обжиг поступает гомогенная, тонко измельченная сырьевая смесь с влажностью 38-40%, такую смесь называют ШЛАМ.

Сырьевые материалы поступают с карьерной влажностью, подлежат первичной переработке: известняк 2-х, 3-х стадийному дроблению, глина измельчается в валковых дробилках и размучивается в мельницах-мешалках или глиноболтушках. Переработка глины происходит по очень экономичному с позиции энергозатрат способу. Дробленый известняк (размер зерен 8-10 мм) из бункеров через тарельчатый питатель или весовой дозатор непрерывного способа действия, поступает в сырьевую шаровую мельницу. Переработанная с водой глина закачивается насосами. В шаровой мельнице происходит помол сырьевых материалов, содержание воды при помоле 38-42%. В результате помола получают однородную гомогенную массу с размером зерен менее 80 мкм (остаток на сите 008 не более 10%).

Полученный шлам подлежит промежуточному хранению и корректировке (при корректировке достигается усреднение сырья и доводка до требуемого химического состава, т.к. всегда существуют естественные колебания химического состава известняка и глины, добываемых в карьерах).

После корректировки шлам поступает в шламовый бассейн, откуда насосами подается на основную технологическую операцию – ОБЖИГ. При использовании мокрого способа подготовки сырья применяют длинные вращающиеся печи, длиной 170-230 метров.

Преимущества мокрого способа:

В присутствии воды упрощается процесс помола

Обеспечивается высокая однородность сырьевой массы с минимальными затратами на данный процесс

Нет предварительной сушки сырья, поэтому возможно применение сырья с высокой влажностью, например шламовых отходов- нефелиновый шлам. Отсутствуют затраты топлива и электроэнергии на сушку сырьевых материалов

Надежнее осуществляется транспортировка смеси

Нет пылеобразования, что улучшает санитарно-гигиенические условия на производстве.

Недостатки мокрого способа:

Значительный расход воды обуславливает рост тепло- и энергозатрат на обжиг, затраты возрастают по сравнению с сухим способом на 30-40%. Расход тепла на 1 кг клинкера достигает 3500-3600 кДж.

Возрастает металлоемкость печной установки

Меньшая производительность печей по сравнению с сухим способом. Зоны печной установки: 50-60% длины печи составляет зона удаления воды и подогрева сырья, 20-23% приходится на зону диссоциации, 5-7% зона экзотермических реакций, 10-15% зона спекания, 2-4% зона охлаждения.

СУХОЙ СПОСОБ

Эффективен при использовании сырья невысокой влажности 6-10%. Выполняется переработка и сушка глины и известняка, затем производится совместный помол отдозированных материалов, влажность сырья в помольном агрегате ограничивается 1-2%. Тонко измельченная сухая смесь подлежит гомогенизации и усреднению, затем поступает на обжиг в печные установки. В комплект печной установки сухого способа может входить система теплообменников+ печь, теплообменник+ декарбонизатор+печь.

Тонкое измельчение глины осуществляется в сушильных барабанах с последующей тонкой пераработкой, более экономично применять агрегаты в которых процессы сушки и переработки совмещены- молотковых или роторных дробилках с одновременной сушкой.

Известняк: 1 вариант – сушка в сушильном барабане,

2 вариант- грубый помол и сушка в мельнице Аэрофол

3 вариант – роторная дробилка с сушкой

Преимущества сухого способа

Удельный расход усл.топлива составляет 115-135 кг/тонну клинкера, что на 35-45% меньше, чем при мокром способе

Выработка на 1 рабочего выше на 40%

Себестоимость продукции на 10-15% ниже

Снижается металлоемкость печной установки

Возрастает производительность печи

Проблемы

Особую сложность данной технологии представляет вопрос получения однородной сырьевой смеси. Процесс усреднения начинается на складе сырья: послойная загрузка материалов в штабель, отбор на технологию - перпендикулярно слоям,

Высокое пылеобразование, приводит к ухудшению условий труда, повышению затрат на защиту окружающей среды

Увеличиваются затраты на переработку сырьевых материалов

Возрастает комплект технологического оборудования, повышается ремонтосложность технологических агрегатов.

КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ

Сохраняет все преимущества мокрого и достоинства сухого способа. Подготовленный по мокрому способу шлам подлежит:

- интенсивной сушке, которая может происходить в распылительной сушилке;

- обезвоживанию в вакуум прессах.

В распылительной сушилке сырьевая смесь распыляется попадая на вращающиеся диски, капли шлама попадают в поток газов с температурой 500-600 градусов, происходит интенсивная теплоотдача и мгновенная сушка материала. Готовый продукт- мелкогранулированная сырьевая смесь, обжиг может происходить в печах, длина которых на 60-70 метров короче печей мокрого способа, или можно увеличить производительность печи на 12-15%.

Помол цемента

Мельницы с меньшими затратами энергии, т.к. нет вращения барабана, по эффективности действия могут заменить две шаровые трубные.

Струйные мельницы

Основаны на помоле за счет удара материала, двигающегося в струе сжатого воздуха с высокой скоростью движения. Мелкодробленый материал через загрузочную трубу поступает в камеру помола, где его куски захватываются двумя потоками, движущимися из сопла навстречу друг другу, происходит соударение и в результате раскалывания изменяется не только размер, но и форма частиц. Измельченный материал воздушным потоком подается в сепаратор, крупные частицы выделяются из потока и попадают вновь в помольную камеру, а мелкие выносятся из мельницы в циклон и фильтр, где происходит осаждение цемента. Основным достоинством мельницы является отсутствие мелющих тел, высокая энергонапряженность, что позволяет уменьшить габариты мельницы и снизить массу. Высокая скорость ударных взаимодействий позволяет повысить эффективность измельчения и получить вяжущее с повышенной активностью. Расход электроэнергии на помол приблизительно равен помолу в шаровой мельнице, металлоемкость установки снижается на 15-20%, обеспечивается экономичность. Основной проблемой является износ материала сопла из котороговыбрасывается струя материала.

Для повышения интенсивности процесса помола необходимо:

1. Обеспечить требуемую влажность загружаемых материалов
2. Выбрать оптимальный тип помольного агрегата
3. Обеспечить автоматический контроль параметров работы помольной установки
4. Применить замкнутый цикл работы помольной установки
5. Применить интенсификаторы помола.

 

Интенсификаторы помола – органические вещества, которые снижают вероятность агрегатирования частиц цемента и уменьшают налипание на мелющие тела и футеровку. Агрегатирование происходит потому, что на поверхности частиц возникают заряды, которые и обуславливают слипание частиц. В качестве интенсификаторов помола применяют поверхностно-активные вещества –ПАВ, создающие мономолекулярную пленку на поверхности частиц за счет адсорбции, уменьшают поверхностную твердость. Эффект действия интенсификаторов проявляется или в увеличении производительности мельницы до 15%, или в увеличении тонкости помола – удельная поверхность возрастает с 3500 до 4000. При выборе интенсификатора процесса помола и назначении его дозировок следует учитывать, что данные вещества не должны внести негативный эффект в свойства цемента и цементного камня. В качестве интенсификаторов применяют ТЭА 9триэтаноламин) в дозировках 0.01%, мылонафт.

Возможно применить механическую интенсификацию процесса – ввести при помоле инертные материалы с острыми гранями, например кварцевый песок.

При помоле клинкера вводятся все необходимые добавки:

1. Гипсовый камень
2. Активные минеральные
3. Гидравлические
4. Пластифицирующие
5. Гидрофобизирующие
6. Ускорители твердения
7. Наполнители
8. Пигменты
9. Полифункциональные.

Технология подготовки добавок зависит от влажности и размера зерен- кусков. Если добавка имеет влажность, то обязательно применение сушильного оборудования, если добавка крупно кусковая, то наряду с сушкой следует выполнить дробление до рекомендованного для помольного агрегата размера кусков. Для экономии энергоресурсов можно применить оборудование в котором процессы сушки и дробления совмещены.

В современной зарубежной практике рассматривается вопрос о перспективности производства смешанных цементов, когда клинкер и добавки измельчаются раздельно, а затем дозируются в заданных параметрах и смешиваются. Это позволяет существенно расширить номенклатуру выпускаемых ц

 

В технологиях бетона может происходить самотермообработка, если применить «термосное» твердение, цементы с высоким тепловыделением выгодно применять при производстве работ в условиях отрицательных температур.

Цементы с высоким тепловыделением запрещено применять для бетонов массивных сооружений, т.к. в конструкции возникают высокие градиенты температур, возникают растягивающие напряжения, которые приводят к значительным дефектам- трещинам в массиве бетоне. Температурные деформации 9∙10^-6

· Изменения объема системы: цемент-вода, приводящие к усадке.

Температурное расширение

В конце индукционного периода происходит увеличение объема системы ≈ с 0.1 до 1%, это объясняется тепловым расширением, наличием осмотического давления в гелевых оболочках.

Контракционная усадка – объем новообразований цементного камня меньше объема занимаемого веществами, вступающими в реакцию, т.е. усадка интенсивно развивается в момент протекания химических реакций

C₃А + Н₂О →С₃АН₆

V=196.97 → V=150.11, ∆ V=23%

C₃S → ∆ V=7-9%

C₄АF → ∆ V=до 10%

Контракция увеличивается с увеличением тонкости помола, с повышением водо-цементного фактора, с увеличением содержания C₃А. Контракция сопровождается напряжениями и, соответственно, деформациями в твердеющей системе.

Контракция состоит в самопроизвольном сжатии системы с уменьшением ее первоначального объема в основном в связи с образованием новых химических соединений (химическая усадка) с переходом некоторой доли жидкой фазы в химически связанное состояние. Продукт реакции является новой фазой микро- и макроструктуры, возникает контракционная пористость, величина которой от общего объема микродисперсных пор размером менее 0.1 мкм достигает 30%, что оказывает существенное влияние на качества цементного композита.

Кривую усадки можно представить графически:

Если, уменьшение объема цементного теста происходит когда тесто находится в пластичном состоянии, то это незначительно сказывается на его свойствах. Величина контракционной усадки составляет приблизительно 10% от влажностной

Карбонизационная усадка. Вызвана карбонизацией Са(ОН)₂ и развивается постепенно с поверхности вглубь, т.к. она происходит в затвердевшем цементном камне особенно опасна в преднапряженных конструкциях, изделиях с большим модулем поверхности.

Влажностная усадка. Объемные деформации в цементном камне связаны с удалением воды из влажного камня. Под влиянием сжимающих капиллярных сил, перехода водорастворимых компонентов в жидкое состояние с последующим заполнением пор и пустот жидкой средой, испарения части жидкой среды или ее синерезиса (выпотевания), снижения температуры в процессе охлаждения, в том числе вследствие экзотермического эффекта возникают сильные растягивающие напряжения в материале. В том случае, если величина напряжений больше предела прочности на растяжение, появляются микро- и макродефекты, которые вызывают трещинообразование камня. Удаление воды из микрокапилляров, обуславливает капиллярное давление и возникновение упругих деформаций, провоцирующих постепенное возникновение и развитие микротрещин.

Набухание. В отдельных системах вяжущих при повышении влажности цементного камня наблюдается разуплотнение с увеличением объема конгломерата – набухание. Одной из причин могут быть полиморфные превращения при большом количестве жидкой фазы происходит увеличение объема аморфных или кристаллических новообразований. Набухание, значительно меньше усадки, ≈ 30-50%, следовательно, усадка имеет необратимый характер.

В результате усадки и набухания, повторяющихся в технологический период изготовления конгломерата или в эксплуатационный период, нередко возникают самопроизвольные напряжения в материале и, как следствие, микротрещинообразование с возможным ухудшением физико-мехаческих свойств строительных изделий

На величину усадки может влиять тонкость помола, минеральный и вещественный состав цемента, содержание воды в бетоне и В/Ц фактор, усадка может достигать 3 мм на 1 метр. Усадка цементов тем больше, чем более дисперсность цемента, но лишь в первые 60 суток, затем усадка уменьшается. Более значимо на величину усадки влияет В/Ц фактор, так при увеличении В/Ц с 0.28 до 0.65 усадка возрастает в два раза.

Различными приемами регулирования режимов твердения, введением дополнительных компонентов в состав цемента и бетонов, удается уменьшить или полностью исключить влияние усадочных напряжений и деформаций, связанных с разупорядочением структуры. Для снижения усадки при помоле клинкера вводят добавки: микронаполнители, водопотребность которых меньше водопотребности цемента, например микродисперсный кварц; пластифицирующие добавки; гидрофобизирующие добавки. При введении большого количества активной минеральной добавки, цемент будет иметь усадку даже в воде (пуццолановый ПЦ). Самый эффективный прием введение добавок, обеспечивающих расширение цементного камня.

ГОСТ 30744-2001 ЦЕМЕНТЫ

В настоящее время Европейским Комитетом по стандартизации (CEN) приняты европейские стандарты серии EN 196, регламентирующие единые для стран ЕС методы физико-механических испытаний цемента в пластичных растворах с использованием полифракционного песка и специального оборудования. В странах СНГ вся нормативная база строительства основана на характеристиках цемента, получаемых при испытании образцов, изготовленных из более жестких растворов с использованием монофракционного песка, результаты контрольных испытаний имеют различия по сравнению с европейскими данными.

Поэтому с целью нормативного обеспечения производителей цемента в странах СНГ методиками испытаний своей продукции, позволяющими получить аналогичные со странами ЕС результаты для сопоставимой оценки строительно-технических свойств цемента в процессе научно-технического и экономического сотрудничества, разработаны новые стандарты по определению прочности с использованием полифракционного песка по ГОСТ 6139, требования которого соответствуют требованиям EN 196-1.

Прочность при изгибе R_изг, МПа, отдельного образца-балочки вычисляют по формуле

,

где F - разрушающая нагрузка, Н;

b - размер стороны квадратного сечения образца-балочки, мм;

Активность- фактическая прочность при сжатии, определенная по результатам испытания образцов балочек размером 4х4х16 в возрасте 28 суток, изготовленных из цементнопесчаного раствора, с применением полифракционного песка, нормальной консистенции.

Марка означает допустимый нижний предел его активности - групповой показатель округленный до ближайшего значения, установленный по результатам испытания на прочность при сжатии с учетом прочности при изгибе. Марки портландцемента 400,500,550,600. Новые условия гарантии марочной прочности базируются на статистическом методе контроля. Доверительная вероятность для нижнего предела 99%, для верхнего – 90%, т.е. средняя активность на 3-5% выше марочной.

Конечно, теоретическая и практическая прочность имеют существенное различие. С уменьшением размеров кристаллов прочность возрастает, что обусловлено повышением степени совершенства их строения, понижением концентрации опасных дефектов: дислокаций, пор, трещин. Дефекты кристаллов являются местом концентрации напряжений и зоной начала его разрушения при нагрузке. Игольчатые кристаллы ГСК и эттрингит разрываются по наиболее ослабленным дефектами поперечному сечению, при равной степени дефектности кристаллов прочнее из них оказываются те, у которых выше теоретическая прочность, а увеличение их количества способствует увеличению прочности камня. Прочность цементного камня не может быть рассчитана, она функционально связана с концентрацией гидратированной твердой фазы и пористостью. При этом на свойства цементного камня, а соответственно, и бетона будет влиять количество пор и характер порового пространства. Наиболее неблагоприятны капиллярные поры, замкнутые поры в меньшей степени снижают прочность.

В процессе формирования кристаллической структуры как правило отсутствуют благоприятные условия для срастания кристаллов в сплошной каркас. Соединение кристаллов в конгломерат происходит с помощью более пластичного материала – матрицы из геля, который выполняет следующие функции:

- Создает физическую структуру камня, соединяет кристаллы в сростки

-Заполняет поры в камне, кольматирует трещины

-«Залечивает» дефекты камня

-Понижает капиллярную пористость

Гелеобразная фаза играет роль амортизатора, т.е. обеспечивает соединение кристаллов в единый каркас без жесткого крепления элементов структуры, что снижает напряжения в цементном камне. Экстремальное значение прочности характерно для камня с % содержанием кристаллической фазы 60-65%. Необходимо в первые трое суток получить кристаллические фазы, а затем гелевые. Для этого следует ввести добавки, которые понижают пресыщение жидкой фазы по отношению к СаО. Однако, гелевая фаза приводит к появлению деформаций ползучести.

• Пористость цементного камня

Строение цементного камня. Цементный камень является капиллярно-пористым телом, состоящим из различных твердых фаз, представленным преимущественно субмикрокристаллами, способными удерживать некоторое количество воды.

Капиллярная пористость с течением времени уменьшается, т.к. продукты гидратации заполняют часть пространства пор, занятого водой затворения, однако не все поры могут быть заполнены продуктами гидратации. При В/Ц более 0.65 даже при полной гидратации цемента образующихся продуктов гидратации недостаточно, чтобы блокировать все капилляры, поэтому цементный камень будет иметь низкую морозостойкость и высокую водопроницаемость.

Расширение ассортимента продукции цементных заводов ориентировано на совершенствование технологии получения многокомпонентных смешанных цементов, как один из рациональных способов экономии топлива и электроэнергии, при одновременном решении некоторых проблем связанных с охраной окружающей среды.

Повышение гидравлической активности клинкерной основы цемента может быть обеспечено путем оптимизации минерального состава или введением специальных веществ или химических добавок, активизирующих клинкер. Добавки по степени влияния на свойства цемента и по их назначению делятся на компоненты вещественного состава, наполнители, технологические, регулирующие основные свойства цемента, регулирующие специальные свойства цемента. Для создания цементов с высокими темпами твердения необходимо интенсифицировать процесс помола. Обеспечить регулирование гранулометрического состава цементов.

Ложным схватыванием - называется ненормальное преждевременное схватывание цемента через несколько минут после его перемешивания с водой. Ложное схватывание отличается от мгновенного схватывания, тем что при нем выделяется незначительное количество тепла. Повторное перемешивание без добавки воды восстанавливает и поддерживает пластичность цементного теста до тех пор, пока оно не схватится обычным способом и без потери прочности. Некоторые причины ложного схватывания следует искать в дегидратации гипса в случае его помола с горячим клинкером. при этом образуется полугидрат или ангидрит серы, которые при перемешивании цемента с водой гидратируются с образованием гипса. Таким образом схватывание гипса имитирует общее загустевание цементного теста. Другая причина ложного схватывания может быть связана с наличием щелочей в цементе при хранении цемента они образуют карбонаты, которые в свою очередь реагируют с гидроокисью кальция продуктом гидролиза C3S с образованием CaCO3 последний осаждается, вызывая загустевание. Существует предположение, что ложное схватывание может быть следствием активации C3S в результате аэрации в условиях умеренно высокой влажности. Вода адсорбируется на зернах цемента и активированные этим поверхности зерен могут быстро соединяться с большим количеством воды при перемешивании, такая быстрая гидратация приводит к загустеванию и будет также вызывать ложное схватывание цемента. Входной контроль позволяет определить ложное схватывание.

Химическая коррозия цем.камня. Коррозия выщелачивания, кислотная, сульфатная, сульфатно-алюминатная, магнезиальная, сульфатно-магнезиальная, карбонатная коррозия. Коррозия под действие органических веществ.

1. Коррозия выщелачивания, связана с вымыванием из цементного камня Са(ОН)_2.

Данный вид коррозии протекает практически всегда.

Изучение последствий процесса коррозии выщелачивания показывает, что вымывание из цементного камня 15-30% имеющегося Са(ОН)₂, приводит к снижению прочности камня на 40-50%. Если в воде присутствуют растворенные соли NaCl, Na₂SO₄, то растворимость Са(ОН)₂ увеличивается и процесс идет с большей скоростью. Т.е. главнейшие компоненты цементного камня – гидросиликаты кальция (ГСК), гидроалюминаты, гидроферриты и гидросульфоалюминаты кальция (ГСАК), гидрооксид кальция устойчиво существуют в твердой фазе в контакте с поровой жидкостью цементного камня при определенной концентрации в ней оксидов. При смывании или фильтрации мягкой воды через бетон происходит уменьшение концентрации растворимого соединения Са(ОН)₂ в поровой жидкости, затем начинается перекристаллизация других гидратов. Наименее устойчивыми являются высокоосновные гидросиликаты кальция, которые растворяются инконгруентно, выделяя в раствор новую партию Са(ОН)₂.

В результате снижения концентрации Са(ОН)₂ происходит примерно такой ряд превращений:

C2S ad →	C3S2 ad →	2CSH →	2SiO2·H2O
↓	↓	↓
CaO в раствор	CaO в раствор	2CaO в раствор

Вымывание из цементного камня Са(ОН)₂ приводит к понижению щелочности цементного камня, пассивирующая способность цемента по отношению к стальной арматуре снижается и начинается процесс коррозии арматуры.

При низкой щелочности камня становятся неустоичивыми образованные гидросиликаты кальция, камень начинает активно разрушаться.

 

2. Кислотная коррозия протекает по схеме:

CaO·2SiO₂·H₂O + HCl →CaCl₂ + 2SiO₂ ag + H₂O

В результате данного вида коррозии разрушаются гидросиликаты кальция (основные цементирующее систему соединения), с образованием легко растворимого соединения CaCl₂ и аморфного кремнезема - SiO₂ ag, процесс кислотной коррозии сопровождается не только коррозией цементного камня, но и коррозией арматурных элементов. Нормами предусмотрено, что при среде с рН менее 4 бетонные конструкции должны быть изготовлены на другом виде цементов.

 

3. Углекислая коррозия

Са(ОН)₂ + СО₂ +Н₂О→CaСО₃ + H₂O

4. Сульфатная коррозия

В зависимости от концентрации сульфат-ионов SO₄^-2 механизм коррозии может быть различен.

1) Сульфатно-алюминатная
Если концентрация сульфат-ионов в окружающей среде составляет 250-1000 мг/л, то процесс коррозии идет по следующей схеме:

3CaO·Al₂O₃·6H₂O + CaSO₄+H₂O→3CaO·Al₂O_3·3CaSO₄·32H₂O

В порах камня формируется вторичный ангидрит

Если в жидкой среде присутствуют не сульфаты кальция, а сульфат натрия NaSO₄. Процесс протекает по схеме:

Ca(OH)₂ + NaSO₄→ CaSO₄ + NaOН

CaSO₄ + 3CaO·Al₂O₃·6H₂O →3CaO·Al₂O_3·3CaSO₄·32H₂O

2) Гипсовая коррозия
связана с образованием в порах цементного камня двуводного с