 |
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее
|
|
|
|
Портландцемент это продукт измельчения портландцементного клинкера, полученного в результате обжига до спекания смеси из глины и известняка с гипсом и добавками.
Технология производства портландцемента
В качестве сырья могут использовать известняк, мел-75-78% и глину -22-25 % или мергели. Вместо глины часто используют отходы производств (доменный шлак, золы). Гипс добавляют для регулирования сроков схватывания.
Основные этапы производства портландцемента включают:
1. Добыча сырья и доставка.
2. Подбор состава и приготовление сырьевой смеси.
3. Обжиг до спекания в специальных печах.
4. Вылеживание.
5. Помол в порошок.
В зависимости от свойства сырья и типа печи для обжига, различают сухой и мокрый способы производства.
Мокрый способ производства.
Для этого способа используют мягкие горные породы (мел, глина).
Сырье измельчают в специальных бассейнах-болтушках. Воды используют 36-42%. Измельчение происходит двухступенчато. Сначала отдельно измельчают мел и отдельно глину, потом вместе. В результате получается шлам. Он направляется в шламобассейн
Сухой способ производства.
При данном способе производства в качестве сырья используются твёрдые известняки и глины влажностью 8-10% или мергели. Сырьевую массу предварительно раздробленную и высушенную измельчают в шаровых мельницах (влажность сырьевой смеси 1-2%), а затем гранулируют в зёрна размером 20-40 мм или формуют в брикеты с добавлением угольной пыли. Гранулы обжигают в циклонных печах, а брикеты в шахтных или вращающих печах. При сухом способе производства используется меньше тепла, поэтому он более экономичный.
Ещё существует комбинированный способ производства. В этом случае сырьевую смесь, полученную мокрым способом, обезвоживают в специальных установках и в виде гранул направляют в печь для обжига.
|
|
|
Состав портландцемента
Портландцементный клинкер имеет следующий состав:
2СаО 
SiO2 (C2S) -белит 15-40%
3СаО SiO2 (C3S) -алит 40-65%
3СаО Al2O3 (C3A) – трёхкальциевый алюминат 2-15%
4СаО Al2O3 F2O3 (C4AF)-четырёхкальциевый алюмоферрит 10-20%
CaO –воздушная известь (менее 1%) и МgO –менее 5%
Изменение количества минералов может привести к изменению свойств цемента.
-Алит оказывает большое влияние на прочность и скорость твердения. При взаимодействии его с водой выделяется большое количество тепла, он быстро схватывается и твердеет. При большом содержании алита получается высокомарочный цемент.
-Белит, сначала твердеет медленно, выделяет умеренное количество тепла, но через 1-2 года продукт твердения набирает прочность, которая превосходит прочность алита (C3S).
-Трехкальциевый алюминат быстро твердеет, выделяя много тепла в первые сутки. Продукт твердения имеет низкую долговечность и нестоек к агрессивным средам.
-Четырёхкальциевый алюмоферрит (C4AF) выделяет умеренное количество тепла, твердеет быстрее, чем белит, но медленнее чем алит. Прочность продукта твердения несколько ниже, чем у алита.
Подбирая минералогический состав портландцемента, можно получить портландцемент с заданными свойствами.
Твердение портландцемента
При затворении водой образуется цементное тесто, которое схватывается, твердеет, превращается в камень.
Различают три периода твердения:
1.растворение
2. коллоидация
3.кристаллизация.
Коррозия портландцемента.
Портландцемент подвергается коррозии. Различают три вида коррозии:
1) От проточных вод.
Проточные воды растворяют Ca(OH) 2 что приводит к увеличению пористости, снижению прочности. Для предотвращения рекомендуется вводить гидравлические добавки, которые связывают Cа(OH)2 в нерастворимое соединение.
|
|
|
2) От минерализованных вод.
В минерализованных водах есть ионы магния и кальция, которые вступают в обменные реакции с минералами цементного калия. Полученные продукты реакции легко растворимы, либо аморфные. В результате образуются MgCl2, MgSO4, NaCl2. Для защиты нужно вводить соединения, которые, связывают Ca(OH) 2 в нерастворимое соединение. Это трепелы, опоки, диатомиты, доменные шлаки.
3) От сульфатных вод.
Сульфатные воды (грунтовые) содержат ионы SO4-2. Эти ионы вступают в реакцию с Ca(OH) 2. В результате образуется двуводный гипс или ангидрид, который взаимодействует с трехкальциевым гидроалюминатом. В результате реакции образуется новое вещество гидросульфоалюминат. Это вещество имеет объём в 2-2,5 раза больше, чем исходное, что приводит к разрушению. Способ борьбы: использование сульфатостойких цементов.
Защита от коррозии.
1. Применение цементов со специальным минералогическим составом.
2. Введение необходимого количества добавок.
3. Создание плотных бетонов.
4. Применение защитных покрытий и облицовок.
Свойства портландцемента
1. Средняя плотность ρm 1000-1100 кг/м3
2. Истинная плотность ρ 3,05-3,15 г/м3
3. Тонкость помола оценивается остатками на ситах 008 при просеивании предварительно высушенной пробы. Остаток на сите должен быть не более 15%.Наряду с ситовым анализом для оценки дисперсности (тонкости помола) проводят определение удельной поверхности на специальном приборе. Удельная поверхность это суммарная площадь боковой поверхности всех зерен в 1г. Цемента. Обычно удельная поверхность составляет 2500-3000 см2/г. Чем тоньше помол тем быстрее сроки схватывания, скорость твердения и больше прочность цементного камня.
4.Водопотребность это количество воды, необходимое для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной считается густота, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо с цементным тестом, не доходит до пластинки на 5-7 мм. Водопотребность портландцемента составляет 22-28 %, а при введении минеральных добавок 32-37%.
5.Сроки схватывания определяются с помощью прибора Вика по глубине проникновения иглы в цементное тесто нормальной густоты. Началом схватывания считается время, прошедшее от момента затворения теста до момента, когда игла погружается в тесто на 1-2 мм. Конец схватывания это время, прошедшее от начала затворения до момента, когда игла погружается только на 1-2 мм в цементное тесто. Для портландцемента начало схватывания не должно наступать ранее 45 мин., а конец схватывания – не позднее 10 часов.
|
|
|
6.Равномерность изменения объёма устанавливают на образцах, лепёшках из цементного теста нормальной густоты, при кипячении в течение 3 часов через 24 часа после изготовления. Цемент считается выдержавшим испытание, если лепёшка не деформировалась, и не образовались радиальные трещины. Появление трещин обусловлено наличием свободного CaO и MgO. Эти вещества при взаимодействии с водой увеличиваются в объёме, что приводит к разрушению цементного камня.
7.Активность и марка портландцемента.
Активность определяют при испытании стандартных образцов, балочек размером 40 
40 160 мм из цементно-песчаного раствора, состава 1/3 по массе и В/Ц =0,4 на 28 сутки при нормальных условиях твердения, при испытании на изгиб, а затем полубалочек на сжатие. Активность определяется по приделу прочности при сжатии в кг/см2. По активности, округляя число в меньшую сторону, до чисел 400 500 600 700 800 устанавливают соответствующие марки.
8. Выделение тепла при твердении. Цемент при твердении выделяет тепло. В тонких бетонных конструкциях тепло не вызывает существенного разогрева, а в массивных конструкциях разогрев может привести к образованию трещин. Для предотвращения трещин используют низкотермичные цементы, а иногда применяют искусственное охлаждение.
2…Разновидности портландцемента
Быстротвердеющий – БТЦ.
Интенсивно набирает прочность в течение первых трех суток. Содержит алита и трёхкальциевого алюмината 60-65%. Более высокая тонкость помола. Удельная боковая поверхность 3500-4000 см²/г. Добавок допускается менее 15%. Марки 400 и 500.
1) Особо быстротвердеющий цемент – ОБТЦ
Содержит алита 60-65% и 3CaO Al2O3 меньше 8%. Удельная боковая поверхность 4-4,5 тысяч см²/г. Минеральные добавки не допускаются. Имеет обычно высокие марки: 500, 600, 700.
|
|
|
3) ППЦ – Пластифицированный портландцемент.
Получают совместным помолом портландцементного клинкера с пластифицирующими добавками до 1%. Марки 400, 500. Придает растворным и бетонным смесям повышенную пластичность при малом расходе воды. Бетоны получаются более прочные. Уменьшается расход цемента.
4).Гидрофобный портландцемент – ГПЦ.
Получают совместным помолом портландцементного клинкера и гидрофобных добавок. Добавок берется от 0,1 до 0,3%. В результате вокруг зерен цемента образуется налет, который препятствует проникновению влаги, поэтому цемент долго хранится. Эффект от применения этого цемента аналогичен эффекту от применения ППЦ.
Полученные на нём бетоны более морозостойкие, водостойкие. Используются в дорожном и гидротехническом строительстве.
5) Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) имеет специальный минералогический состав:
Введение минеральных добавок не допускается. Имеет марку 400, обладает повышенной стойкостью к сульфатным водам.
6) Белый и цветной портландцемент.
БЦ имеет белый цвет, получаемый в результате обжига чистых известняков и белых глин почти не имеющих примеси железа и марганца. Имеет две марки: БЦ-1 и БЦ-2 в зависимости от белизны. Смешивая БЦ с пигментами, получают цветные цементы.
8) Разновидность цемента с активными минеральными добавками- пуццолановый портландцемент, содержит пуццолановые добавки до 40%. К пуццолановым добавкам относятся опоки, трепелы, диатомиты, пемза, туф. Эти цементы при твердении выделяют мало тепла, поэтому часто применяется для бетонирования массивных конструкций. Бетоны на этом цементе должны всегда находиться во влажных условиях, так как в сухих условиях они дают большие усадки и теряют прочность и имеют низкую морозостойкость. Они твердеют медленнее, чем обычный портландцемент.
9) Шлакопортландцемент – получают совместным помолом портландцементного клинкера и шлака до 60%. Марки 300, 400, 500. Эти цементы более жаростойки, водостойки и сульфатостойки. Недостаток этих цементов медленное твердение. Продукт твердения имеет морозостойкость меньше чем у портландцемента, но больше чем у пуццоланового портландцемента.
10) Сульфатостойкий портландцемент с активными минеральными добавками. Имеет специальный минералогический состав и 20% минеральных добавок. Отличается повышенной стойкость к сульфатным водам и меньшей морозостойкостью.
3…..Специальные цементы
Глиноземистый цемент
Имеет марки 300, 400, 500.
Это гидравлическое вяжущее вещество, обеспечивает получение цементного камня высокой прочности в очень короткие сроки (1-3 суток). В нем преобладают низкоосновные алюминаты кальция (80-85%)
|
|
|
-Сырье и производство.
Сырьем для производства глиноземистого цемента служит смесь пород с высоким содержанием глинозема, чаще бокситов и известняков, алюминиевые шлаки и материалы, получаемые обжигом высокоглиноземистых глин.
Глинозёмистый цемент изготавливают плавлением сырьевой смеси в электрических печах при температуре 1500°С.. Получаемый сплав, охлаждают и размалывают в порошок.
Расширяющиеся цементы.
Они при затворении водой и твердении во влажных условиях увеличиваются в объеме. Отличаются быстрым твердением. К этим цементам относятся.
-Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) получается совместным помолом глинозёмистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Цементу характерны быстрые сроки схватывания, начало не ранее 4 минут, конец не позднее 10 минут с момента затворения. Линейное расширение в первые сутки составляет 0,3-1%. Эти цементы применяются для зачеканки швов тюбингов, раструбных соединений, гидроизоляции.
-Водонепроницаемые безусадочные цементы получается путём смешивания глинозёмистого цемента,
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее
Этот цемент состоит из гипса, цемента, пуццолановых добавок. Для него характерны быстрые сроки схватывания, повышенная водостойкость. Марки 100-150.
Напрягающий цемент
Получается совместным помолом портландцемента, глинозёмистого цемента и гипса. При твердении цемент расширяется и создаёт напряжение в арматуре, независимо от её расположения в железобетоне. Используется для изготовления напорных труб и подземных сооружений.
|
|
|
