Портландцементы с органическими добавками

Связь состава, структуры и свойств строительных материалов.

Свойства материалов в значительной мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых состоит данный материал.

Строение материала изучают на трех уровнях:

- на уровне макроструктуры (строение, видимое невооруженным гла­зом);

- микроструктуры (строение, видимое в оптический микроскоп);

- внутреннего строения веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного ана­лиза, электронной микроскопии и др.

Макроструктура твердых строительных материалов может быть не­скольких типов: конгломератная (бетоны), ячеистая (газо- и пенобетоны), мелкопористая (керамические материалы), волокнистая (древесина, стек­лопластики, изделия из минеральной ваты и др.), слоистая (рулонные, лис­товые, плитные материалы), рыхлозернистая (заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции, засыпок и др.).

Микроструктура вещества, составляющих материал, может быть кристаллической и аморфной. Кристаллическая форма в-ва явл-ся более устойчивой, обладающей большей прочностью.

Аморфные в-ва обладают нерастраченной внутр. энергией кристаллизации, хим. более активны,при нагревании они размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние.

Строительные материалы характеризуются химическим, минераль­ным и фазовым составами.

Химический состав В зав-ти от хим. со­става все материалы делят: на органич. (древесные, битум, пластмассы и т.п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т.п.), металлы (сталь, чугун, алюминий и т.п.). Хим. состав материалов часто выражают количеством содержащихся в них оксидов (в процентах). Оксиды, хим связанные между собой, образуют минералы, характер. мин. состав материала.

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количе­стве содержатся в вяжущем веществе или каменном материале.

Фазовый состав В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки и поры, заполненные воздухом или водой.

Физ. свойства опр-ся особенностями физ. со­стояния данного материала или отношением материала к различным физическим процессам.

Физико-химические свойства характеризуют влияние физического состояния материала на протекание определенных процессов.

Химические свойства определяют особенности данного материала к химическим реакциям или его способность противостоять химическому воздействию веществ, с которыми он вступает во взаимодействие.

Механические свойства характеризуют способность материалов со­противляться разрушению и деформированию под действием внешних сил.

Технологические свойства характеризуют способность материала к восприятию некоторых технологических операций, изменяющих состояние материала, структуру его поверхности, придающих нужную форму и раз-меры (дробимость, распиливаемость, гвоздимость, шлифуемость и т.п.).

Понятие о композитах

Композицио́нный материа́л — неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и связующее, обеспечивающую совместную работу армирующих элементов.

Механическое поведение композита определяется соотношением свойств армирующих элементов и связующих, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных ком­понентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

Преимущества

высокая удельная прочность

высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 ГПа)

высокая износостойкость

высокая усталостная прочность

из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции

недостатки:высокая стоимость, анизотропия свойств, повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны

Примеры: Железобетон, стеклопластик,углепластика

Физические и механические св-ва стр.мат.

Истиннаяплотность - масса единицы объема в абсолютном плотном состоянии (ρ=m/v_a. [г/см³; кг/м³]). v_a – объем в абсолютно плотном состоянии (без пор).

1)Средняяплотность является масса объема в естественном состоянии (с порами) (ρ_m=m/v_e. [г/см³; кг/м³]). v_e – объем материала в естественном состоянии (с порами и без пор).Значения плотности данного материла в сухом и влажном состоянии связаны соотношением: ρ_mв= ρ_mс (1 + W_м)

2)Пористость – степень заполнения объема материала порами. Пористость – важнейшее свойство для многих строительных материалов (водопоглащение, теплопроводность, прочность…) П=v_пор/v_e=(v_e - v_a)/v_e=(1 - v_a)/v_e=(1 - ρ_m/ρ)▪100%. П = от 0 (сталь) – до 98,5% (пористость пенопласта). Размеры пор от миллионных долей миллиметра до нескольких миллиметров. В ячеистом бетоне 0,5 – 2 мм. Свойства материалов зависят не только от общей пористости, но и от размера и характера пор. Бывает открытая П_о (открытые поры) и закрытая П_з (закрытые поры) пористость. П_о = m₁ – m₂/ V▪1/r_воды , где m₁ масса в сухом состоянии, а m₂ насыщенна водой. Соответственно П_з = П - П_о

3)Коэффициент плотности это степень заполнения объема мат. твердом веществом К_пл=ρ_m/ρ. В сумме К_пл +П=1 (или 100%).

4)d относительная плотность выражает плотность материла по отношению к плотности воды d =ρ_m/ρ_воды.

5)Гигроскопичностью называют свойство капиллярно-пористого ма­териала поглотать и конденсировать водяные пары из воздуха.

6)Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

7)Водопоглощение (способность поглощать воду и удерживать ее при контакте с ней). Wm (водопоглощение по массе)=(m_насыщ – m_сухого)/m_сухого▪100%. W₀ (водопоглощение по объему)=V_воды/V_{естеств}=(m_насыщ – m_сух)/ρ_воды▪Vе. W₀=Wm▪d.

8) Водостойкость (способность мат. сохранять прочность в водонасыщенном состоянии) Кр (коэффициент размягчения)=R_воды /R_сухой. От 0 до 1.Если: Кр=1, то стекло; Кр=0, то глина.

9)Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Кф (водопотребность оценивается коэффициентом фильтрации)= V_в▪ a (толщина слоя)/ S (площадь м² ) ▪ Δρ (давление на границах стенки) t (1 час)= г/м▪ ч▪ Па. Марки по водопроницаемости W2…W12 (2…12 – одностороннее гидростатическое давление, которое выдерживает материал) [кг▪с/см²] атмосфер.

10 Газо- и паропроницаемость – способность пропускать через свою толщу пар или газ. Кг= Vp (плотности) ▪ a/S▪ Δρ▪ t= г/м▪ ч▪ Па.

11) Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное, попеременное замораживание и оттаивание.

12)Теплопроводностью называют свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой.

13)Теплоемкость - свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Она характеризуется коэффициентом теплоемкости

14)Огнеупорность - свойство материала выдерживать длительное воз­действие высокой температуры не размягчаясь и не де­формируясь.

15)Огнестойкость - свойство материала сопротивляться действию ог­ня при пожаре в течение определенного времени

16)Радиационная стойкость - свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические свойства после воздействия ионизи­рующего излучения.

Деформативные свойства

1 .Упругость - свойство материала принимать после снятия нагрузки первоначатъную форму и размеры. Упругая деформация полностью исче­зает после прекращения действия внешней силы, поэтому ее принято назы­вать обратимой.

2. Пластичность - свойство материала необратимо изменять форму или размеры под действием внешних сил, не разрушаясь. Пластическую, или остаточную, деформацию, не исчезающую после снятия нагрузки, на­зывают необратимой.

3. Хрупкость - свойство материала разрушаться при небольшой де­формации

4. Прочность - свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или дру­гими факторами

5. Ударной (динамической) прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках

6. Твердость - это свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела

7. Истираемость - это способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий.

Классификация неорганических вяжущих в-в

Неорганические вяжущие вещества в зависимости от их способности твердеть в определенной среде делят на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие (известь воздушная, гипсовые и магнезиальные вяжущие, растворимое стекло) твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде.

Вяжущие вещества, способные твердеть и длительно сохранять или повышать прочность не только на воздухе, но еще лучше в воде, называют вяжущими водного твердения или гидравлическими вяжущими (гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности, глиноземистый и расширяющийся цементы, гипсоцементно-пуццолановые и некоторые местные вяжущие вещества).

В отдельную группу выделяют вяжущие вещества автоклавного твердения (известково-кремнеземистые, бесклинкерные шлаковые и зольные вяжущие материалы), хотя по существу они тоже относятся к гидравлическим вяжущим. Такие вяжущие эффективно твердеют только в среде нагретого насыщенного пара в автоклавах, где температура 175 °С и более и давление 0,9...1,6 МПа.

Воздушная известь. Производство,виды,твердение,св-ва,прим-ие.

Сырьём для пр-ва возд.извести служат кальциево-магниевые Г.П.

Обжиг обычно ведут при температуре 1000-1200°С. При этом происходит термическая диссоциация СаСО₃ по уравнению СаСО₃-> СаО + СО₂^ - q

В зависимости от характера последующей обработки обожжен­ного продукта воздушная известь делится на негашеную (комовую и молотую) и гашеную - гидратную (пушонку и тесто).

Негашеная известь, иногда называемая кипелкой, состоит из C aO, а гашеная - из Са(ОН)₂

Известь негашеная комовая представляет собой смесь кусков различной величины. По химическому составу она почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимуществен­ным содержанием оксида кальция.

Известь негашеная молотая - порошковидный продукт тонкого измельчения комовой извести. По химическому составу она подоб­на комовой извести, из которой получена.

Гидратная известь - высокодисперсный сухой порошок, полу­чаемый гашением комовой или молотой негашеной' извести соответ­ствующим количеством жидкой или парообразной воды, обеспечивающим переход оксидов кальция и магния в их гидраты, Гидратная

известь состоит преимущественно из гидрооксида кальция Са(ОН)₂ а также гидрооксида магния Mg(ОН)₂ и небольшого количества

примесей.

Известковое тесто - продукт, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести водой в количестве, обеспечиваю­щем переход оксидов кальция и магния в их гидраты Са(ОН)₂ и Mg(ОН)₂ и образование пластичной тестообразной массы. Вы­держанное тесто содержит обычно 50-55% гидрооксидов кальция и магния и 50-45% механически и адсорбционно связанной воды.

В зависимости от содержания оксида магния различают следу­ющие виды воздушной извести: кальциевую - МаО не более 5%, магнезиальную - МgО от 5 до 20% и доломитовую - MgО от 20 до 40%.

Качество воздушной извести оценивается по разным показате­лям, основным из которых является содержание в ней свободных оксидов кальция и магния (активность извести). Чем выше их со­держание, тем выше качество извести.

Св-ва-малая водостойкость,прочность 1-5МПа

Применение извести: изготовление штукатурных и кладочных растворов,известн.краски Изготовление смешанных вяжущих веществ. Силикатный кирпич силикатный бетон и т.д.

Смеш.вяж -известковопуццолановые CaO+апока,зола,гипс(выше водост-ть,возд-ть,сульфато-ть,низкая морозост-ть,2,5-15МПа);известк-шлаковые-СаО+шлак,гипс(сред.мороз-ть,сульф-ть,5-20МПа),кремнезёмистые-СаО+SiO2(корроз-ть,водос-ть,низкая термост-ть,прочность 50 МПа)

Твердение извести

1.Испарение воды. Сближение кристаллов Са (ОН)₂ и их срастание

2.перекристаллизацией Са (ОН)₂ за счёт разной растворимости кристаллов разных размеров

3.Карбонизация Са (ОН)₂+ СО₂= Са (СО)₃+ Н₂О

6.Низкообжиговые гипсовые вяжущие в-ва. Сырьё, пр-во, св-ва, твердение, применение.

К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относятся: строительный гипс, формовочный гипс, высокопрочный гипс.

Сырьём для получ.строит.гипса служит природный гипсовый камень

T=110 – 180 С⁰. CaSO4*2H2O→CaSO4*1/2H2O

β-форма CaSO4*1/2H2O (строительный и формовочный гипс. Изготавливается в открытых агрегатах, когда Н2О удаляется в виде пара. Изделия не высокой прочности); α-форма CaSO4*1/2H2O (высокопрочный гипс. В закрытых агрегатах, Н2О выделяется в жидком виде. Кристаллы плотные и крупные изделия). Технология строительного гипса: 1) добыча сырья 2) дробление гипса 3) помол 4) Варочный котел 5)бункер 6)склад готовой продукции. Твердение гипса: CaSO4*1/2H2O+1,5H2O=CaSO4*2H2O+Q. Периоды: 1) растворение кристаллов CaSO4*1/2H2O. Образование насыщенного раствора. 2) возникновение CaSO4*2H2O. Возникновение рыхлой пространственной коагуляционной (слипание) структуры теста (процесс схватывания). 3) кристаллизация новых образований, рост кристаллов, их срастание. Образование кристаллизационной структуры камня (процесс твердения).

Св-ва-быстрое схватывание,низкая водостойкость,прочность 2-25 МПА(строит.гип),15-40МПА (высокопрочный)

Применение-штукат.кладочные р-ры,плиты гипсокартон.,внутр.перегородки

7. Высокообжиговые гипсовые вяжущие в-ва Сырьё, пр-во, св-ва, твердение, применение.

К высокообжиг. гипсовым вяжущим веществам относятся: ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент CaSO4+добавки-шлак,доломит), высокообжиговый гипс CaSO4+CaO

Для получ.гипсового камня с исп.высокообжиг.гипс.вяжущих в-в необходимо введение спец.инициаторов твердения

В ангидрит.цемент-доломит,шлак

Высокообжиг. Гипс-СаО.

Иногда ангидритовое вяжущее получают только помолом при­родного ангидрита с активаторами твердения (без обжига).

Т=600 – 900 С⁰. Твердение гипса: CaSO4*1/2H2O+1,5H2O=CaSO4*2H2O+Q. Для высокопрочного гипса берут 30 – 40% воды. Процесс твердения. Периоды: 1) растворение кристаллов CaSO4*1/2H2O. Образование насыщенного раствора. 2) возникновение CaSO4*2H2O. Возникновение рыхлой пространственной коагуляционной (слипание) структуры теста (процесс схватывания). 3) кристаллизация новых образований, рост кристаллов, их срастание. Образование кристаллизационной структуры камня (процесс твердения)

Св-ва-медл.схвативыние,сред.водостойкость,прочность 10-20 МПа

Применение-монолитные полы,штукат. и кладочные р-ры,плиты из искусств.мрамора

8.Магнезиальные вяжущие в-ва. Сырьё,производство,св-ва,прим.

Каустическим магнезитом наз-ся порошок, состоящий в основном из оксида магния и получаемый помолом магнезита, обожженного при T = 700-800°С.

В отличие от других вяжущих каустический магнезит затворя­ют не водой, а растворами хлористого или сернокислого магния. Иногда для затворения применяют и другие соли.При взаимод-ии с водой затвердение происх.медл.,прочность низкая

Каустический магнезит является быстротвердеющим вяжущим веществом, обладающим высокой конечной прочностью.

Каустический доломит. Каустическим до­ломитом называется порошок, состоящий из оксида магния иугле­кислого кальция, получаемый помолом доломита, обожженного при 600~700°С. В каустическом доломите содержатся обычно глинистые и песчаные примеси и небольшие количества свободного оксида кальция

Каустический доломит характеризуется меньшей прочностью, чем каустический магнезит,медл схват-ие,низкая водост-ть,прочность до 30МПА

Эти вяжущие имеют хорошее сцепление с деевом,с их пом. Можно получить фибролит и ксилолит.

Магнезиальные вяжущие применяют для изготовления теплоизоляц. и конструкц.материалов,плит и монолитных полов

Растворимое стекло. Кислотоупорный цемент.

Жидкое стекло:

Коллойдный водр-р селиката Na или Ca. в строительстве используют главным образом более дешевый силикат натрия Na2О*n Si O2, получаемый оплавлением молотого чистого кварцевого песка с со­дой Nа2С03 или сульфатом натрия - Na2 SO4.

Твердеет жидкое стекло только на воздухе; под действием углекислого газа силикат натрия разлагается по реакции

Na2О*n Si O2 + С03 +mH20 -> Nа2С03 + nSi O2 + mH20

Веделяющийся в виде коллоидного раствора аморфный кремнезем обладает клеящей способностью; упрочнение клея связано с его высыханием.

Жидкое стекло применяют для получения силикатных огнезащит­ных красок, Для предохранения каменных материалов от выветривания, для получения кислотоупорного цемента и жаростойкого бето­на и для уплотнения грунтов.

Кислотоупорный цемент получают совместным помолом чистого кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Кисло­тоупорный цемент затворяют водным раствором жидкого стекла.

Растворы и бетоны, приготовленные на кислотоупорном цемен­те, обладают высокой стойкостью против действия минеральных и органических кислот, но разрушаются в щелочах, а также в фос­форной, фтористоводородной и кремнефтористоводородной кислотах.

Клинкер представляет собой зернистый материал, полу­ченный обжигом до спекания (при 1450° С) сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глина, мергель и др.).

Качество клинкера, определяющее основные свойства портландцемента и цементов на его основе,, зависит от его минерального состава.

10.Портландцемент.Сырьё,принципы пр-ва,физико-хим.процесссы,происход.при клинкообраз-ии

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция. Его получают путем совместного тонкого измельчения, клин­кера с добавкой гипса.

Гипс добавляется к клинкеру для замедления сроков схватывания. Количество гипса выбирается в соответствии с минеральным составом клинкера. Клинкер-зернистый материал, получ.обжигом до спекания при t=1450 С сырьевой смеси, в кот преобладают углекислый кальций и алюмосиликаты.

Весьма ценным сырьем являются доменные шлаки. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами. Сухой способ заключается в измельчении и тесном смещении сухих материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде порошка, называемого сырьевой мукой. Мокрый способ применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность. Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществляется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидко-текучей массы,большой расход энергии. Комбинир.способ даёт возможность на 20-30% уменьш.расход топлива по срав.с мокрым Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном в печах.

1.зона испарения происходит высушивание поступившего сырья при постепенном повышении температуры с 70-80°С.

2.зона подогрева –постепен. Нагрев. сырья с 200°С до 700°С. Происходит сгорание органич. Примесей,из глинистых минералов уд-ся кристалло-хим.вода и обр-ся калинитовый ангидрит Al2O3*SiO2

3.зона кальцинирования t 700°С до 1100°С, здесь завершается процесс диссоциации углекислых солей кальция и магния и появляется значительное количество свободного оксида кальция.

CaCO3=CaO+CO2

4.зона экзотермических реакций (1100–1250°С) проходят реакции образования ЗСаО*Аl₂Оз; 4СаО*А1₂0з*Fе₂0з и 2CaO*SiO2.

5.зона спекания (1300–1450°С)

1300С-обр-ся расплав из ЗСаО*Аl₂Оз,4СаО*А1₂0з*Fе₂0з,MgO

1450 в клинкерной ж-ти расплавляется 2CaO*SiO2 и СаО,обр-ся осн.минерал п/ц клинкера 3CaO*SiO2

6.В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300°С до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав.

Химич. и мин.состав ПЦ клинкера.Влияние мин.состава клинкера на св-ва ПЦ

Минеральный состав клинкера выражает содержание в нем главных минералов

Для определения минерального состава используют раз­личные экспериментальные методы: оптическую и электриче­скую микроскопию, рентгеновский фазовый анализ и др.

Основными минералами клинкера являются: алит, белит, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит.

Алит ЗСаО • SiO₂ (или С₃S)—самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения и прочность портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45— 60%.

Алит представляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2 —4%) МgО, А1₂Оз, Р₂ O₅, Сr₂О₃ и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства.

Белит 2СаО • SiO₂ (или С₂S)—второй по важности и со­держанию (20—30%) силикатный минерал клинкера. Белит в клинкере представляет собой твердый раствор двухкальциевого силиката и небольшого количества (1—3%) А1₂О₃, Fе₂О₃, МgО, Сг₂О₃ и др.

Трехкальциевый алюминат ЗСаО•А1₂О₃ (или С₃А) в клин­кере содержится в количестве 4—12%.

Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО • А1₂О₃ • Fе₂О₃ (или С₄АF) в клинкере содержится в количестве 10—20%.

Оксид магния присутствует в свободном со­стоянии в виде кристаллов медленно гидратирующего мине­рала.При содержании оксида магния более 5% это может явиться при­чиной неравномерного изменения объема цемента при твер­дении.

Свободный оксид кальция (СаО_своб) находится в свеже­обожженном клинкере в виде зерен, его содержание не долж­но превышать 1%. При более высоком содержании СаОсвоб снижается качество цемента и может проявиться неравно­мерное изменение его объема при твердении, связанное с пе­реходом СаО в Са(ОН)₂.

Гидратация цементных минералов является экзотермиче­ским процессом

Наиболее быстро гидратирующимися минералами цемент­ного клинкера являются трехкальциевый алюминат и трехкальцйевый силикат. Эти же минералы отличаются высоким и быстрым тепловыделением. Медленная гидратация в на­чальный период — до 6 месяцев — происходит у двухкальциевого силиката.

Трехкальциевый силикат быстро твердеет и приобретает высокую прочность.

У двухкальциевого силиката в первые сроки твердения наблюдается замедленное нарастание прочности, и наоборот, в возрасте 3 и 6 месяцев имеет место достаточно интенсив­ный прирост ее. Трехкальциевый алюминат отличается очень быстрым ростом прочности в начальные сроки, но в дальней­шем она почти не изменяется. Повышение содержания четырехкальциевого алюмоферрита за счет С₃А несколько снижа­ет прочность в первые сроки твердения, обеспечивая в даль­нейшем устойчивое длительное нарастание прочности.

Физико-механические св-ва ПЦ.

тонкость помола цемента; нормальная густота и сроки схватывания цементного теста; равномер­ность изменения объема цементного камня при твердении; пределы прочности при изгибе и сжатии образцов — балочек, изготовленных из цементного раствора,.

1) тонкость помола. Тонкость помола оценивается путем просеивания цемента через сито с сеткой № 008 (размер ячейки в свету 0,08мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Тонкость помола це­мента определяют как остаток на сите с сеткой № 008 в про­центах к первоначальной массе просеиваемой пробы с точностью до 0,1 %.

Удельная поверхность портландцементов заводского помола составляет обычно 2500—3000 см²/г. 2) тепловыделения при твердении. С₃А больше всех выделяет тепла при твердении, затем C₃S, C₄AF, C₂S. При зимнем бетонировании, чем выше тонкость помола, тем выше тепловыделение

3)Определение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста

Определение нормальной густоты и сроков схватыва­ния производится с помощью прибора Вика.Нормальной густотой цементного теста называется такая консистенция его, при которой пестик прибора Вика не дохо­дит до дна кольца на 5—7 мм. Нормальную густоту цемент­ного теста характеризуют количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента. Количество воды (в процентах от массы цемента), необ­ходимое для получения цементного теста нормальной густо­ты, называется водопотребностью цемента.Водопотребность портландцемента находится в пределах

от 22 до 28%.

Определение начала и конца схватывания

Для определения сроков схватывания цемента приготов­ляют описанным выше способом тесто нормальной густоты и укладывают его в кольцо прибора.

3а начало схватывания принимают время от начала за­творения водой до того момента, когда игла не будет дохо­дить до дна на 1—2мм. За конец схватывания принимают время от начала затворения до момента, когда игла будет опускаться в тесто не более чем на 1—2 мм.

Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания — не позднее 10ч от начала затворения.

4) Определение равномерности изменения объема

Изгтавливают лепёшки стандарт.размера,м=75 гр,диаметр 5-7 см,высота 1-1,5 см,1 сутки в возд.-влаж.усл,потом их кипетят 3ч.Признаки нерав-ти-трещины+изм.формы

5.Усадка и набухание чем больше влажност,тем больше усадка

6.Определение активности и марки цемента

Активность и марку цемента определяют испытанием стандартных образцов-балочек размером 4X4X16 см, изго­товленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1:3 (по массе) определенной консистенции, через 28 суток

твердения (первые сутки образцы твердеют в формах во влажной среде, а затем 27 суток в воде комнатной темпе­ратуры). Испытание на изгиб и сжатие. Марки ПЦ=Rизгиб,Rсжатия. Активность цемента – фактическая прочность цемента в возрасте 28 суток. Rсж

Теория твердения ПЦ.

Твердение-это р-т физико-хим.процессов взаимод-ия цемента с водой

1.Хим.р-ции,в р-те кот.обр-ся продукты гидратации цемента

2.Физ.процессы,в р-те кот. обр-ся кристаллич.монолит гидратных монообразований(цементный камень)

Химические процессы

С3S

3CaO*SiO2+ag=xCaO*ySiO2*nH2O+Ca(OH)2

C2S

2CaO*SiO2+ag= ySiO2*nH2O+0.3Ca(OH)2

В зависимости от значений x,y,n гидросиликаты Ca могут быть низко или высоко основные. CaO=0,8-1,1 –содерж. в жидкой фазе

Низкоосновные: х=0,8-1,5 у=1-6 n=2-2,5 CSH(I)

Высокоосновные: х=1,75-3,0 у=1-6 n=1.5-2,0 CSH(II)

По данным Тимашева прочность кристаллов портландита вдоль оси сост.=670МПа (6700 кгс/см2), поперек оси=470 МПа.

Прочность CSH(I)>1000МПа

Прочность CSH(II)=700-800МПа

СSH(I) менее морозостойкие чем CSH(II)

При особых условиях твердения тоборморит C5S6O5(5CaO*6SiO2*5H2O)

Гидросиликаты по своей структуре представляют собой цементный гель. Размер его частиц 50-200. Поры геля всегда заполнены водой. Содержание твердых частиц 7(в16 степени) в 1см3.

Объем пор=const=28%

C3A

3CaO*Al2O3+6H2O=3CaO*Al2O3*6H2O(высокоосновный алюминат кальция)

Эта реакция промежуточная, она продолжается с прир.двуводным гипсом, вводим в количестве 1-3% для регуляции сроков схватывания при помоле клинкера п/ц.

3CaO*Al2O3*6H2O+3(CaSO4)2+19H2O=3CaO*Al2O3*3CaSO4*31H2O(высокоосновная форма гидросульфалюмината кальция-эттрингит)

Эттрингит образуется через 1ч после начала твердения. Кристаллы эттрингита имеют иглоподобную (призматич) форму. Внутри их находится канал диаметром до 100мкм, в кот. Размещ. Вода и цементный гель(низкоосновный).

Если повысить температуру(действ. темпер. фазой) то кристаллы эттрингита разрушаться поэтому при тепловой оброботке бетона содержание C3A должно быть ограничено (нс>5%).

C4AF

4CaO*Al2O3*Fe2O3+n(H2O)=3CaO*Al2o3*6H2O(высокоосновный гидроалюминат кальция)+CaO*Fe2O3(n-6)H2O(низкоосновный гидроферрит кальция)

Ле-Шателье предложил сквозьрастворный механизм твердения

Михоэлис предложил томохимич.мепханизм твердения-м-лы воды взаим.с пов-тью цем.частиц за счет диффузионных проц-ов

Теория Байкова создал единую теорию твердения: 1)Выделение цем.частицми при их взаим-ии с водой кристаллич. фаз эттрингита и портландита.Начинают обр-ся низкоосновные гидросиликаты Са(Цементный гель) 2)Цементный гель получает своё развитие с точки зрения формир-ия твердой кристаллитной фазы.Происходит прорастание цем.геля кристаллами портландита и эттрингита-стадия коллоидации 3) Закан-ся разв.цементного геля,частицы новооб-ий растут по размеру и кол-ву. Создается прочный цем.камень-стадия кристаллизации.

Структура цементного камня и ее изм.во времени

1)Негидтротированные до конца зерна цемента

2)Цементный гель 75-80% От объёма цем.камня

3)Капиллярные поры(микоропоры <10^{-5 см,макропоры > 10-5})

4)Кристаллические фазы порландита и эттрингита

5)Фазы новообразований в виде кристаллич. сростка(связки) из гидросиликата,гидроферрита Са и гидроаллюмината Са

Портландцементы с активными мин.добавками

Портландцемент с минеральными добавками отличается от портландцемента наличием активной минеральной добав­ки, которая добавляется к клинкеру в количестве до 20% (от массы цемента) при помоле.

Активными минеральными добавками называют природ­ные 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 могут быть природными и искусственными. В качестве природных активных добавок широко используют горные породы (диатомит, трепел, опоку) а также породы вул­канического происхождения (вулканический пепел, туф, пемзу, трасс). Искусственные активные минеральные добавки представляют собой побочные продукты и отходы промыш­ленности: зола,шлаки

Шлакопортландцемент получают путем совместного тон­кого помола клинкера и гранулированного, доменного шлака с необходимым количеством гипса (3—5%). Количество доменного шлака в шлакопортландцементе дол­жно быть не менее 21 и не более 80% (от массы цемента).

Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной минеральной добавкой.

Особенности:

1)пониж.ск-ть набора прочности2)высокая ск-ть набора пр-ти при тепловлажн.обработке3)усад.деф-ия соотв. ПЦ4)пониж.водонепрониц-ть5)жарост-ть6)пониж.тепловыделение при гидратации7)прим. в сульфато-агресс.средах

Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместно­го помола клинкера и активной минеральной добавки с необходимым количеством гипса. Добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) должно быть не менее 20% и не более 30%, а вулканических добавок (пемзы, туфа) - не менее 25% и не более 40%. Пуццолановый портландцемент следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводные и подземные части соору­жений). В сухих условиях частично теряет прочность, что объясняется "выветриванием" воды из гидратных соединений. Кроме того, бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость и не годятся для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. Пуццолановый портландцемент обладает сравнительно небольшим тепловыделением и часто применяется для бетонов внутренних частей массивных сооружений (плотин, шлюзов и т.п.)Повыш.усадочные деф-ии,не следует исп. для несущих конструкций

Портландцементы с органическими добавками

ПАВ(поверх.актив.в-ва)-добаки,кот. способны образовывать мономолек. тонкие пленки на пов-ти материала и обычно это органич.в-ва

Гидрофобный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера 0,1-0,2% мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих добавок, отталкивающих воду. Он обладает пониженной (по сравнению с обычным цементом) гигроскопичностью, лучше сохраняет свою активность при хранении и перевозках. Бетоны на гидрофоб.цементах явл-ся водонепрониц. и стойкими к агресс.средам. Введение при помоле в клинкер гидрофоб.ПАВ способствует увелич.морозостойкости и трещиност-ти

Пластифицированный портландцемент изготовляют путем введения при помоле клинкера около 0,15(0,25)% поверхностноактивных веществ. Он отличается от обычного портландцемента способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность. Пластифицирующий эффект используется для уменьшения водоцементного отношения, повышения морозостойкости и водонепроницаемости бетона.Возможно на 10-15 % уменьшить расход цемента

Дата добавления: 2015-10-29