Тверднення портландцементу

Лекція 1.6. Будівельно-технічні властивості портландцементу

2(3СаО.SiO2) + 5H2O = 3CaO.2SiO2.H2O+ 3Ca(OH)2

2(2CaO.SiO2) + 3H2O = 3,3CaO.2SiO2.2,2H2O + 0,7Ca(OH)2

2(3CaO.Al2O3) + 21H2O = 4CaO.Al2O3.13H2O + 2CaO.Al2O3.8H2O

3CaO.Al2O3+3(CaSO4.2H2O) + 26 H2O = 3CaO . Al2O3 . 3CaSO4 . 32H2O

4CаО АІ2О3 FеО3 + 22H2O = 4CаО АІ2О3 19AH2О + Fе(ОН)3

Густина.Справжня густина портландцементу коливається в межах 3,0-3,2 г/см3. Вона залежить від мінералогічного складу клінкеру і виду гідравлічної добавки. Цемент з меншою істинною густиною займе в об'ємі більше місця і заповнить більше пустот ніж цемент з більшою істинною густиною. Це важливо для цементів, що застосовуються для тампонування нафтових і газових свердловин, при спорудженні захисних пристроїв від радіоактивного випромінювання. Для її підвищення у складі клінкеру повинно бути більше алюмоферитів (С4АF - 3,77, а щільність С2S - 3,28 г/см3). Іноді для таких цементів виготовляють спеціальні клінкери з добавкою ВаО, який реагує з кремнеземом з утворенням 2ВаО.SiO2 (істинна щільність 5,4 г/см3).

Середня густина цементу в не ущільненому стані - 900-1100 кг/м3, а в ущільненому - 1400-1700 кг/м3. Для розрахунку складських приміщень беруть 1200 кг/м3, а під час розрахунку бетонної суміші - 1300 кг/м3.

Водопотреба і нормальна густина.Порівняно з іншими в'яжучими портландцемент має найнижчу водопотребу. ТНГ становить 24-28 %. На водопотребу впливають тонкість помелу, вид гідравлічної добавки, мінералогічний склад клінкеру. Серед клінкерних мінералів найбільшу водопотребу мають трикальцієвий алюмінат, найменшу - двокальцієвий силікат.

Терміни тужавлення.Початок тужавлення цементу повинен наступати не раніше ніж через 45 хв, а кінець - не пізніше ніж через 10 годин з моменту замішування. Без гіпсу відбувається суттєве тужавлення меленого клінкеру. Кількість гіпсу вводять з розрахунку на кількість гідроалюмінатів для утворення високоосновної форми гідросульфоалюмінату (етрінгіт) та в залежності від тонкості помелу, і його кількість повинна становити 1,5 - 3,5 % в перерахунку на SO3. Оптимальну кількість гіпсу встановлюють експериментально і його повинно бути стільки, щоб протягом 24 годин він увесь витратився на утворення етрінгіту. В'яжуче тим цінніше, чим швидше наростає його міцність після початку тужавлення (чим коротше період часу між початком тужавлення і кінцем тужавлення).

„Хибне тужавлення” характеризується втратою пластичності відразу ж після перемішування. При повторному перемішуванні суміш знову набуває рухливості і тужавіє нормально. Небезпека: підвищена водопотреба знижує міцність і морозостійкість, послаблює зчеплення з арматурою і заповнювачем, погіршує умови укладання бетону, збільшує тривалість його перемішування.

Рівномірність зміни об'єму.Цементний камінь не має сталого об'єму, при високій вологості він дещо набухає, а при висиханні - дає усадку, але ці зміни незначні і на нерівномірність зміни об'єму не впливають. Хоча іноді у цементів спостерігається значна зміна об'єму після тужавлення, що призводить до появи тріщин у затверділій масі. Пояснюється воно запізньою гідратацією деяких компонентів портландцементу:

Гідратацією вільного СаО, якщо його вміст перевищує 1,5-2,0 %. Випробування проводять кип'ятінням коржів цементного тіста в парі киплячої води.

Гідратацію МgO.

Утворенням високосульфатної форми етрінгіту при надлишковому введені гіпсу.

Міцність цементу.Міцність - це результат когезії часток цементу між собою та адгезії їх до заповнювача. Визначення цього показника в розчині передбачається в стандартах майже усіх країн у віці 28 діб. Зразки розчину у співвідношенні 1:3 при В/Ц=0,4 і консистенції, що дорівнює розливанню конуса на струшувальному столику в 106-115 мм. Зразки з розчину такої консистенції у вигляді балочок розміром 4х4х16 см піддають ущільненню на вібростолі.

Існує європейський стандарт на визначення міцності цементу EN 196, за яким готуються такі ж балочки, але з розчину 1:3 і В/Ц=0,5, при цьому застосовується стандартний пісок з певним фіксованим фракційним складом піску. За українським стандартом установлено марки портландцементу: 400, 500, 550, 600 що характеризуються відповідно міцністю на згин 5,5; 6,0; 6,2 і 6,5.

На міцність цементу впливають численні фактори, найважливішими з яких є мінералогічний склад і структура клінкеру, тонкість помелу цементу, водоцементне відношення, строк зберігання і умови тверднення (температура і вологість). Встановлено, що найбільшу міцність в 28 добовому віці має C3S а найменшу С2S. Однак, надалі інтенсивність наростання міцності C2S збільшується і до двохрічного віку він за міцністю перевищує решту мінералів.

Найінтенсивніше зростання міцності цементу і бетону відбувається в середовищі з відносною вологістю близько 100%. При відносній вологості 40-50 % тверднення припиняється. Для добування міцних і щільних бетонів потрібно створювати вологе середовище протягом 7-15 діб. Процеси тверднення можна інтенсифікувати, застосовуючи обробку гарячою парою або вводячи добавки-інтенсифікатори. Але при цьому слід зазначити, що після пропарювання зростання міцності сповільнюється і кінцева міцність, а також деякі інші властивості (морозостійкість, водонепроникність) виявляються гіршими, ніж у таких самих бетонів, які тверднули за нормальних умов. При температурах від 0 до 8 0С цементи тверднуть у 2-3 рази повільніше, ніж за звичайних умов. При мінусових температурах тверднення майже повністю припиняється. Тому при бетонуванні в зимовий час вживають різних заходів, що забезпечують захист бетону від замерзання (нагрівання води і заповнювачів, утеплення, електропрогрівання укладеного бетону, введення хімічних добавок).

Тепловиділення.Гідратація цементу супроводжується певним тепловим ефектом, величина якого залежить від структури, мінералогічного складу цементу, тонкості помелу, вмісту гіпсу, активних та інертних добавок. Найбільша кількість теплоти виділяється при гідратації С3А., найменша - при С2S. При бетонуванні взимку воно є позитивним фактором, оскільки сприяє подальшому перебігу процесів тверднення. При бетонуванні великих масивів влітку температура може підвищуватись на 30-400С порівняно з температурою при укладанні, що викликає внутрішні напруження і навіть тріщини.

Усадка і набухання.При твердненні у воді цементні зразки показують набухання, що характеризується збільшенням об'єму в межах 0,1-0,3 мм/м. Якщо ж зразки висушуються, то він дає усадку, величина якої залежить від вологості середовища. При підвищенні В/Ц збільшується усадка, а також відбувається повільніше її згасання. Найбільшу усадку мають високоалюмінатні та бєлітові цементи, значно меншу - алітові цементи, що пояснюється утворенням значної кількості крупнокристалічного Са(ОН)2. Поперемінне зволоження і висушування при експлуатації бетонних споруд супроводжується процесами усадки і набухання, що змінюються за напрямком. За таких умов, у виробах нагромаджуються залишкові деформації, що розхитують структуру, внаслідок чого їх довговічність і механічна міцність знижується.

З усадкою цементного каменю тісно пов'язана і його тріщиностійкість при висиханні.

Повзучість.Повзучістю називається властивість цементного каменю або бетону незворотньо деформуватися під впливом тривалих діючих у них напруг, що виникають внаслідок зовнішніх навантажень. В перші 3-4 місяці відбувається найінтенсивніша деформація повзучості, яка згасає через 1-2 роки.

Водонепроникність.Затверділий цемент має високу водонепроникність. Водонепроникність цементного каменю з В/Ц = 0,4 приблизно дорівнює водонепроникності мармуру, хоч пористість становить 50 %, а мармуру - 2 %. З ростом В/Ц водонепроникність падає, особливо при В/Ц більше 0,5. Висока водонепроникність пояснюється тонкою капілярною будовою і заповненням пор цементним гелем. Висушування цементу призводить до різкого зменшення водонепроникності. Водонепроникність залежить від виду заповнювача. Встановлені марки бетону за водонепроникністю, які позначають W-4, що означає при тиску води 0,4 МПа стандартний зразок бетону не пропускає воду.

Морозостійкість.Важлива властивість цементного каменю, що має першорядне значення при використанні цементних бетонів в гідротехнічному, дорожному, водогосподарському будівництві. Під час замерзання вода розширюється на 9 %. Під тиском льоду на стінки пор і капілярів цементний камінь значно збільшується в об'ємі. Максимальне збільшення об'єму може досягати 1-2 мм/м при - 5-20 0С. При змінному заморожуванні/відтаванні в цементному камені виникають незворотні лінійні деформації. Головною причиною руйнування є напруги, що створюються в структурі цементного каменю. Морозостійкість цементного каменю залежить насамперед від величини та характеру загальної пористості. Сприятливо впливають також рівномірно розподілені найдрібніші сферичні пори, які частково сполучаються з капілярами. Але істотну роль відіграє мінералогічний склад цементу. Найбільшу морозостійкість мають алітові цементи з низьким вмістом С3А та сульфатостійкі цементи. Вміст С3А не повинен перевищувати 6-8%, а доза гіпсу суворо відповідати вмісту алюмінатів. Для зменшення капілярної пористості потрібно знижувати В/Ц до 0,4-0,45 забезпечувати тривале тверднення при нормальних умовах. Пористість такого каменю буде характеризуватись наявністю гелевих пор, в яких вода перебуває у псевдотвердому стані й не замерзає до дуже низьких температур. Для зниження В/Ц рекомендується вводити добавки - суперпластифікатори і гідрофобізатори, які в свою чергу ускладнюють підсмоктування і міграцію води. Окрім того, для одержання рівномірно розподілених сферичних пор вводяться спеціальні повітровтягувальні добавки, які забезпечують додаткове утворення повітяних пор до 3 - 4 % і дають змогу отримати бетони з морозостійкістю понад 1000 циклів.

Негативно впливають на морозостійкість цементу активні та інертні добавки. Вони різко знижують морозостійкість навіть при дозах 6-8 %. Пуцоланові і шлакові портландцементи, що містять значну кількість добавок, відрізняються зниженою міцністю.

Висолоутворення.Гідроксид кальцію, що має досить значну розчинність може виноситись водою по капілярах на поверхню, де вступає у взаємодію з СО2 повітря, переходить у нерозчинний СаСО3, утворюючи білі нальоти та висоли. Останні також утворюють в результаті винесення на поверхню розчинних лужних сполук.

Висолоутворення знижується при більш тонкому помелі цементу, оскільки в цьому випадку утворюється більше цементного гелю, який утруднює дифузію розчиненого вапна. Позитивно впливають добавки осадового походження, які не тільки знижують водовідокремення, а зменшують кількість Са(ОН)2.

Жаро- і вогнестійкість. При нагріванні цементу до 500-6000С починається розкладання Са(ОН)2, що тягне за собою різке зниження міцності.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Лекція 1.5. Технологія виробництва портландцементу	\|	Спеціальні цементи

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.