144092 (Материаловедение и технология конструкционных материалов), страница 2

К гидрофилизующим добавкам относятся сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), получаемая из сульфитных щелоков, образующихся при сульфитной варке целлюлозы. СДБ представляет собой в основном кальциевую соль лигносульфоновой кислоты – лигносульфонат кальция, который гидрофилизирует частицы цемента, т.е. улучшает их смачивание водой, одновременно ослобляя силы взаимного сцепления между частицами вяжущего. В результате добавка СДБ повышает пластичность цементного теста и подвижность бетонных смесей.

К гидрофобизующим добавкам относят мылонафт, асидол, асидол-мылонафт, синтетические жирные кислоты и их соли.

Пластифицированный портландцемент изготовляют путем введения при помоле клинкера около 0,25% СДБ (в расчете на сухое вещество). Он отличается от обычного портландцемента способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность. Пластифицирующий эффект используется для уменьшения водоцементного отношения и повышения плотности, морозостойкости и водонепроницаемости бетона.

Гидрофобный портландцемент изготовляют вводя в мельницу при помоле клинкера 0,1-0,2% мылонафта,асидола, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующихдобавок. Эти вещества, адсорбируясь на частицах цемента, понижают его гигроскопичность, поэтому гидрофобный цемент, в отличие от обычного, при хранении даже в очень влажных условиях не портится, т.е. не комкуется и сохраняет свою активность. В связи с этим гидрофобные портландцементы рекомендуется поставлять в районы с высокой влажностью воздуха, а также в тех случаях, когда неизбежно длительное хранение цемента.

При изготовлении бетонных смесей, когда происходит смешивание гидрофобного цемента с заполнителями и водой, целостность адсорбционных пленок на частицах цемента нарушается и он нормально реагирует с водой. Гидрофобизующие вещества, введенные при помоле клинкера, действуют и как пластификаторы, т.е. пластифицируют бетонные смеси. Такие вещества сохраняются в отвердевших материалах, существенно повышая их водо- и морозостойкость и увеличивая сопротивляемость агрессивным воздействиям среды.

4. Портландцемент с минеральными добавками.

Активными минеральными добавками называютприродные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой. Активные минеральные добавки (называемые иначе гидравлическими добавками) содержат диоксид кремния в аморфном, а следовательно, в химически активном состоянии и способны поэтому взаимодействовать с Са(ОН , образуя гидросиликаты кальция.

Активные минеральные добавки могут быть природными (естественными) и искусственными. В качестве природных активных добавок широко используют осадочные горные породы (диатомит, трепел, опоку, горелые глинистые породы – глиежи), а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф,пемзу, витрофир, трасс). Искусственные активные минеральные добавки представляют собой побочные продукты и отходы промышленности: быстоохлажденные (гранулированные) доменные шлаки; белитовый (нефелиновый) шлам – отход глиноземного производства, содержащий в своем составе до 80% минерала белита (двукальциевого силиката); зола-унос – отход, получаемый при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии и улавливаемый электрофильтрами и другими устройствами. Использование отходов промышленности для выпуска вяжущих веществ имеет большое народно-хозяйственное значение.

Активная добавка химически связывает растворимый в воде гидроксид кальция, выделяющийся при твердении портландцемента, при этом повышается плотность цементного камня, возрастает его сопротивление коррозии. Поэтому активные минеральные добавки применяют для повышения плотности, водостойкости и солестойкости бетонов и растворов. Некоторые из них используют для приготовления жароупорных бетонов и растворов на портландцементе.

Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного помола клинкера и активной минеральной добавки с необходимым количеством гипса.добавок осадочного происхождения должно быть не менее 20 и не более 30%, а вулканических добавок не менее 25 и не более 40%. Активная минеральная добавка вначале адсорбирует, а затем химически связывает , образующийся при взаимодействии алита с водой:

В ходе этого процесса, происходящего во влажных условиях и при положительной температуре, растворимый гидроксид кальция связывается в практически нерастворимый гидросиликат кальция. В результате значительно возрастает стойкость бетона к коррозии первого вида – выщелачиванию . Пуццолановый портландцемент следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводных и подземных частей сооружений). На воздухе бетон на пуццолановом портландцементе дает большую усадку и в сухих условиях частично теряет прочность. Кроме того, бетоны на этом цементе имеют низкую моозостойкость и не годятся для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. Пуццолановый портландцемент твердеет медленнее, чем портландцемент, в особенности при низких температурах, поэтому его не следует применять при зимних бетонных работах. Он обладает сравнительно не большим тепловыделением, а поэтому его часто используют для бетонирования внутренних частей массивных сооружений (плотин, шлюзов и т.п.).

Шлакопортландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного (или электротермофосфорного) шлака с необходимым количеством гипса. Допускаются раздельный помол компонентов и их последующее смешение. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21 и не более 80% (массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной минеральной добавкой.

Доменные шлаки по своему химическому составу напоминают цементный клинкер. В них преобладают оксиды, %: СаО 30-50; 28-30; 8-24; MnO 1-3; MgO 1-18; их общее содержание составляет 90-95%. Гидровлическая активность шлаков характеризуется модулями основности (Мо) и активности (Ма).

Модуль основности – отношение содержащихся в шлаке основных оксидов к сумме кислотных, %:

В зависимости от модуля основности различают основные шлаки; их , и кислые, имеющие . Более активные основные шлаки.

Гидравлическая активность доменных шлаков возрастает при увеличении модуля активности, определяемого по формуле, %:

.

Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром. Эта операция называется грануляцией, т.к. в процессе быстрого охлаждения шлаковый расплав распадается на мелкие зерна (гранулы). Процесс твердения шлакопортландцемента значательно ускоряется при тепловлажностной обработке, поэтому его эффективно применять в сборных изделиях, изготовляемых с пропариванием.

Незначительное содержание в цементном камне повышает стойкость шлакопортландцемента в мягких и сульфатных водах по сравнению с портландцементом. Тепловыделение при твердение шлакопортландцемента в 2-2,5 меньше, чем портландцемента, поэтому он является самым подходящим цементом для бетона массивных конструкций. Шлакопортландцемент выгодно отличается от пуццоланового портландцемента умеренной водопотребностью, более высокой воздухостойкостью и морозостойкостью. Он успешно применяется для надземных, подземных и подводных частей сооружений. Стоимость его на 15-20% ниже стоимости портландцемента. Его недостаток – он медленно набирает прочность в первое время твердения, в особенности при пониженных температурах.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400 за 3 сут твердения должен приобрести предел прочности при сжатии не менее 20 МПа, при изгибе – не менее 3,5 МПа. этот вид цемента эффективно применять в производстве бетонных и железобетонных изделий, изготовляемых с применением тепловлажностной обработки.

5. Белый и цветные портландцементы.

Основой декоративных цементов является белый клинкер. Клинкер белого цемента изготовляют из чистых известняков и белых глин, почти не содержащих оксидов железа и марганца, которые придают обычному портландцементу зеленовато-серый цвет. Обжигают сырьевую смесь на беззольном (газовом) топливе. При помоле клинкера предохраняют цемент от попадания в него частиц железа.

Важный показатель качества белого цемента – степень его белизны. В качестве эталона для определения степени белизны применяют молочное матовое стекло МС-14 с коэффициентом отражения не менее 95%. Степень белизны, определяемая коэффициентом отражения (в % абсолютной шкалы) должна быть для белого портландцемента первого сорта не ниже 80, второго сорта 75, третьего сорта 68; такой цемент выпускают марок 400 и 500.

Цветные портландцементы (желтый, розовый, красный и др.) получают совместным помолом белого клинкера с соответствующими минеральными пигментами (охрой, железным суриком и др.).

Белые и цветные цементы применяют для индустриальной отделки стеновых панелей, при изготовлении лестничных ступеней, подоконных плит, в дорожных работах для цементно-бетонных покрытий площадей, разделительных полос на автомагистралях, а также для других нужд архитектурно-художественного оформления зданий и сооружений.

Цементы для строительных растворов (кладочные цементы) изготовляют совместным помолом клинкера и минеральных добавок (трепел, опока и известняка), взятых примерно в равных количествах или при соотношениях до 30% клинкера и 70% минеральной добавки. При помоле могут вводиться пластификаторы. Получаются низкомарочные цементы: их активность в среднем в 2-3 раза меньше активности портландцемента, но достаточна для кладочных и штукатурных работ. Расход наиболее дорогой и энергоемкой клинкерной части в этих цементах сравнительно невелик.

6. Тампонажный портландцемент.

Его изготовляют измельчением клинкера, гипса и добавок. Он предназначен для цементирования нефтяных и газовых скважин. Цемент для холодных скважин испытывают при температуре 22 2 С, для горячих скважин – при 75 3 С. Основная прочностная характеристика цемента – предел прочности при изгибе образцов-балочек размером 4х4х16 см, изготовленных из цементного теста с В/Ц=0,5. предусматривается выпуск специальных разновидностей тампонажного портландцемента: утяжеленного, песчанистого, солестойкого низкогигроскопичного.

7. Глиноземистый цемент.

Глиноземистый цемент – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Однокальциевый алюминат определяет быстрое твердение и другие свойства глиноземистого цемента. В небольших количествах в нем также содержатся другие алюминаты кальция и алюмосиликат кальция – геленит . Силикаты кальция представлены небольшим количеством белита.

Для получения клинкера глиноземистого цемента сырьевую смесь, составленную из известняка и боксита , подвергают спеканию ( при температуре около 1300 С или плавлению (при 1400 С). Глиноземистый клинкер размалывается труднее, чем клинкер портландцемента, поэтому на помол затрачивается больше электроэнергии. Кроме того, бокситы представляют собой ценное сырье, используемое для производства алюминия. Эти и другие обстоятельства повышают стоимость глиноземистого цемента и ограничивают его выпуск.

Глиноземистый цемент обладает высокой прочностью, если он твердеет при умеренной температуре (не выше 25 С), поэтому глиноземистый цемент нельзя применять для бетонирования массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке.

Если же температура бетона превысит 25-30 С, то наблюдается переход двухкальциевого гидроалюмината в кубический трехкальциевый гидроалюминат , который сопровождается возникновением внутренних напряжений в цементном камне и понижением прочности бетона в 2-3 раза.

Замечательным свойством глиноземистого цемента является его необычно быстрое твердение. Марки глиноземистого цемента, определяемые по результатам испытания образцов 3-суточного возраста: 400, 500 и 600. уже через 1 сут глиноземистый цемент набирает высокую прочность.