3. Виды, свойства и применение портландцементов с органическими поверхностно-активными добавками.

3. Виды, свойства и применение портландцементов с органическими поверхностно-активными добавками.

Основной принцип действия добавок этого класса заключается в их адсорбции на поверхности цементных зерен и продуктах гидратации цемента. По своему составу и эффекту действия добавки подразделяют на гидрофильные, улучшающие смачиваемость водой цементных зерен, и гидрофобные, придающие поверхности цемента свойство водоотталкивания. Применение добавок первого типа (СДБ, СПС) в количестве 0, 15 – 0, 3 % от массы цемента приводит к разъединению цементных частиц, покрытых тонкой водной оболочкой, что обеспечивает повышенную пластичность цементного теста без увеличения расхода воды. Такой портландцемент называют пластифицированным (ПЛ). Его применяют или для повышения пластичности смеси и облегчения формовки изделий, или(при снижении расхода воды и сохранении заданной пластичности)повышения плотности, прочности и морозостойкости цементного камня. К поверхностно-активным органическим добавкам относятся также получившие широкое мировое признание суперпластификаторы. Это чаще всего искусственно полученные вещества, хотя в ряде случаев они могут быть изготовлены и путем химической переработки промышленных отходов химических производств. Например, путем сульфирования тяжелых смол пиролиза (СНПИ). Вследствие вещественной и структурной особенностей этих органических соединений пластифицирующий эффект их по отношению к минеральным вяжущим, в частности цементу, проявляется в значительно большей степени. Путем введения суперпластификаторов в мельницы при помоле клинкера получают вяжущее низкой водопотребности ( ВНВ ), обеспечивающее формуемость смеси при сокращении расхода воды до 20 %. По вещественному составу ВНВ подразделяют на бездобавочные чистоклинкерные, с вводом при помоле гипса, и с минеральными добавками. Ввод суперпластиф. в шаровые мельницы сокращает время помола смеси в два раза, значительно снижая энергозатраты. Полученный цемент обладает повышенной активностью, позволяющей в первые сутки твердения набрать прочность, в три раза превышающую прочность аналогичного цемента без добавок. В зависимости от содержания клинкера выпускают ВНВ-100 – чистоклинкерный, ВНВ-50 и ВНВ-30 с 50 и 30 % клинкера соответственно. Применение ВНВ-100 позволяет отказаться от ТВО, т. к. требуемая отпускная нормативная прочность, составляющая для сборного железобетона 22, 6 МПа, достигается за 8 часов твердения в естественных условиях. Его используют также для получения высокомарочного бетона класса В45 и выше.

4. Свойства и назначение специальных видов цемента.

Специальные виды цементов отличаются от портландцемента используемым сырьем, технологией изготовления и, как следствие, наличием специфических свойств. К этому классу цементов относят глиноземистый, расширяющийся, напрягающий, безусадочный и шлакощелочной.

Глиноземистый цемент получают обжигом до плавления смеси бокситов с высоким содержанием гидроксида алюминия и известняка при температуре 1500 – 1600 °С. Вместо бокситов, являющихся основным сырьем для производства алюминия, могут быть использованы высокоалюминатные шлаки, полученные при выплавке ферросплавов. Вследствие высокой прочности глиноземистый (высокоглиноземистый) клинкер размалывают в две стадии. Тонкомолотое вяжущее из-за преобладания в нем высокоактивных алюминатов кальция (80 – 85 %) интенсивно взаимодействует с водой при температуре (20±5) °С, набирая в первые сутки твердения 90 % марочной прочности, спустя трое суток – марку 400, 500, 600. Процесс гидратации сопровождается интенсивным выделением тепла, поэтому этот вид цемента во избежание растрескивания изделий нельзя применять при бетонировании в условиях жаркого климата, термовлажностной обработки изделий и возведения массивных монолитных конструкций. Используя высокую морозо- и коррозионную стойкость (за исключением действия щелочей), глиноземистый цемент находит применение при изготовлении конструкций, работающих в жестких условиях эксплуатации, а также для выполнения аварийных работ, тампонирования нефтяных и газовых скважин. Так как этот вид вяжущего обладает высокой термостойкостью (до 1400 °С), то в сочетании с жаростойкими заполнителями на его основе получают бетоны, эксплуатируемые при температуре до 1200 °С. Вследствие низкой щелочестойкости этот цемент нельзя смешивать с известью и портландцементом, в то время как сочетание его с гипсом и гидроалюминатами кальция позволяет получить расширяющийся и безусадочный цементы.

Усадка цементного камня при взаимодействии портландцемента с водой, сопровождаемая появлением микротрещин и нарушением целостности поверхностного слоя изделия, относится к отрицательным свойствам этого гидравлического вяжущего. Особенно это недопустимо при замоноличивании швов (стыков) в крупнопанельном домостроении, в гидротехническом строительстве, при возведении емкостей для хранения жидкостей и газов, изготовлении напорных труб. В связи с этим были созданы многокомпонентные вяжущие, обеспечивающие при твердении в воде и воздушно-влажностных условиях увеличение объема, а при ограничении их расширения – уплотнение и самонапряжение цементного камня.

Безусадочный цемент получают совместным помолом или тщательным смешиванием, например, глиноземистого цемента, полуводного гипса и гидроалюминатов кальция. Начало схватывания цементов 1 – 2 мин, конец – 5 – 10 мин. В трехсуточном возрасте цементный камень достигает 60 – 80 % марочной прочности. Линейное расширение цементного камня составляет десятые доли процента. Используют этот цемент в тех случаях, когда хотят исключить усадочные деформации, – омоноличивание стыков.

Расширяющиеся цементы имеют большое количество разнообразных составов, обеспечивающих в процессе твердения объемное и линейное расширение цементного камня до 0, 25 %. Наиболее широко используются следующие: портландцементный клинкер, высокоглиноземистый доменный шлак и двуводный гипс, а также глиноземистый шлак в сочетании с двуводным гипсом.

Механизм расширения этих систем связан с целенаправленным образованием крупнокристаллических продуктов гидратации, приводящих к расширению всей еще достаточно пластичной системы до набора прочности. Марка цементов 400 и 500. Основное применение – изготовление напорных железобетонных труб и емкостей для хранения воды и нефтепродуктов.

Напрягающие цементы относятся к быстросхватывающимся и быстротвердеющим минеральным вяжущим, состоящим в основном из тонкомолотой смеси портландцементного клинкера, высокоглиноземистого шлака и гипса. Прочность цементного камня через 18 – 20 часов твердения составляет не ниже 200 МПа, начало схватывания 2 – 8, конец – 6 – 15 мин. Расширение в свободном состоянии составляет 3 – 4 %, в ограниченном – 0, 25 – 0, 75 %. Применяют эти цементы при получении преднапряженных железобетонных конструкций без предварительного натяжения арматуры.

Шлакощелочные цементы представляют собой гидравлические вяжущие вещества, состоящие из тонкомолотого гранулированного шлака и соединений щелочных металлов. Шлакощелочные цементы получают путем совместного измельчения сырья или затворением молотого гранулированного шлака концентрированным щелочесодержащим раствором. При получении шлакощелочных цементов при помоле вводят до 40 % стеклобоя или до 25 % глинистых материалов в естественном или обожженном состоянии. Этот вид вяжущего характеризуется следующими свойствами: начало схватывания от 30 мин до 1 часа, конец – 2 – 5 часов. Активность цемента составляет 400 – 1000 кгс/см². Режим твердения разнообразен: от естественного при положительной и отрицательной температурах до термовлажностной и автоклавной обработки. Цементный камень обладает повышенной коррозионной стойкостью, морозостойкостью и способностью во влажной среде увеличивать свою прочность, поэтому шлакощелочные вяжущие наиболее эффективно использовать в гидротехническом и дорожном строительстве.

Кроме перечисленных выше цементов, полученных в основном обжигом откорректированной смеси природных материалов, все большее применение находят цементы, в состав которых входят минеральные отходы различных производств. Как показали последние исследования, эти добавки значительно повышают сульфатостойкость цементов. При производстве декоративного цемента эффективно вводить феррохромовые шлаки, которые представляют собой отходы ферросплавного производства. Использование алюмофосфатных цементов позволяет получить коррозионностойкие, жаростойкие бетоны, способные к работе при температуре до 1000 °С. Экономически целесообразно применение цементов на основе нефелинового шлака, являющегося отходом комплексной переработки при получении оксида алюминия и соды. Этот цемент имеет повышенные показатели по морозо-, коррозионной стойкости и особенно эффективен при термовлажностной обработке.