Тема 6. Неорганические вяжущие вещества

Неорганическими вяжущими веществами называют тонкоизмельчен-ные материалы-порошки, образующие при сме­шивании с водой (в отдельных случаях с растворами некото­рых солей) пластично-вязкое тесто, которое спо-собно само­произвольно затвердевать в результате физико-химических про-цессов. При этом неорганические вяжущие вещества скреп­ляют (склеивают) между собой зерна песка, гравия или щеб­ня, что используется для приготов-ления на их основе раство­ров, бетонов и других материалов.

В зависимости от условий твердения неорганические вя­жущие вещест-ва подразделяют на воздушные, гидравлические и автоклавного твердения.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительное время сохра-нять прочность только на воздухе. Во влажных условиях они теряют свою прочность, поэтому их применяют только в сухих условиях эксплуатации.

По химическому составу воздушные вяжущие делятся на четыре групп-пы:

• известковые, состоящие, главным образом, из оксида кальция СаО;

• магнезиальные, содержащие каустический магнезит MgO;

• гипсовые, состоящие в основном из полуводного гипса CaSO₄∙0,5H₂O или ангидрита CaSO₄;

• жидкое стекло — силикат натрия или калия (в виде вод­ного раствора).

Гидравлические вялсущие твердеют и длительное время со­храняют прочность как на воздухе, так и в воде. Для эффек­тивного твердения гидравлических вяжущих необходимы влаж­ные условия или вода. К гидравлическим вяжущим относятся гид-равлическая известь, портландцемент и глиноземистый цемент и их разновиднос-ти.

По химическому составу портландцемент является сили­катным цементом, так как преимущественно (на 75%) состо­ит из силикатов кальция, а глиноземи-стый цемент — алюминатным цементом, так как основой его являются алюмина-ты кальция.

Вяжущие автоклавного твердения способны образовывать прочный цемент-ный камень при автоклавном синтезе, проис­ходящем в среде насыщенного водяно-го пара при давлении 0,8 - 1,3 МПа и температуре 175 - 200°С. В эту группу вхо-дят: известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые вя-жущие, нефелиновый цемент и др.

Воздушные вяжущие вещества.

Гипсовые вяжущие. Гипсовые вяжущие вещества получают путем тепло-вой обработки и помола сырья, содержащего двуводный или без­водный сульфат кальция. Чаще всего в качестве сырья исполь­зуют природный гипс CaSO₄∙2Н₂О и ангидрит CaSO₄, реже — некоторые побочные продукты химической промышлен-ности (фосфогипс — от переработки природных фосфатов в супер­фосфат, боро-гипс и др.).

В зависимости от температуры тепловой обработки гипсо­вые вяжущие вещес-тва подразделяют на две группы: низкооб­жиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые гипсовые вещества получают тепловой обработкой приро-дного гипса при низких температурах 110— 180°С. При нагревании двуводного гипса до 180°С образуется полуводный гипс CaSO₄ ∙ 2Н₂О = CaSO₄ ∙ 0,5Н₂О + 1,5Н₂О.

Тепловая обработка сырья производится в котлах, крис­таллизационная вода при этом выделяется в виде водяного пара, поэтому говорят, что гипс «варят» в котле. Реакция дегидратации протекает с поглощением теплоты, для получения 1 кг полуводного гипса из двугидрата теорети­чески надо затратить 580 кДж.

В зависимости от условий, в которых осуществляется на­гревание, полувод-ный и безводный гипс могут иметь различ­ное строение кристаллов. При удалении воды в виде перегрето­го пара в варочных котлах получаются продукты - модифика-ции в виде мельчайших плохо выраженных кристаллов. В ус­ловиях, когда вода из природного гипса выделяется в жидком состоянии, в автоклавах образуются круп-нокристаллические - модификации полуводного и безводного гипса. Вследствие того, что кристаллы вяжущего - модификации крупнее, оно характеризуется ме- ньшей водопотребностью, чем вяжущее - модификации. Затвердевший после затворения водой - полугидрат вследствие меньшей водопотребности и пони­женной пористости обладает более высокой прочностью.

Повышение температуры выше 180°С приводит к обезво­живанию гипса и превращению его в безводный растворимый ангидрит CaSO₄. При нагревании до 450 - 750°С безводный гипс медленно переходит в нерастворимый ангидрит, не обладаю­щий вяжущими свойствами, но если его размолоть и ввести некоторые ве-щества — катализаторы, он приобретает способ­ность медленно схватываться и твердеть.

При нагревании до 800—1000°С нерастворимый ангидрит частично раз-лагается на окись кальция, сернистый газ и кис­лород: 2CaSO₄ = 2СаО + 2SO₂ + O₂. Полученный продукт, размолотый в порошок, вследствие появления небольшого ко­личества оксида кальция (3-5%), выполняющего роль катали­затора, вновь при-обретает свойства схватываться и твердеть.

Термическую обработку природного гипса осуществляют по различным тех-нологическим схемам. По одной из схем гип­совый камень измельчают до обжига, по другой — после об­жига, а по третьей — помол и обжиг совмещают в одном ап­парате (обжиг во взвешенном состоянии).

К низкообжиговым гипсовым вяжущим относят строитель­ный, высокопроч-ный и формовочный гипс.

Для получения строительного и формовочного гипса сы­рье обжигают в варо-чных котлах или в печах (вращающихся, шахтных и др.).

Строительный гипс преимущественно состоит из кристал­лов модифика-ции полугидрата CaSO₄∙0,5H₂O.

Высокопрочный гипс получают в термических аппаратах (котлах-автоклавах), в которых обезвоживание природного гип­са происходит в среде насыщенного пара под давлением выше атмосферного или в процессе кипячения в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении с последующей сушкой и измельчени-ем. Он состоит в основном из - моди­фикации полуводного сульфата кальция.

Формовочный гипс состоит в основном из - модифика­ции полугидрата Са8О₄∙ 0,5Н₂О. Он содержит незначительное количество примесей и тонко размалы-вается. Применяют его в керамической и фарфоро-фаянсовой промышленности для изготовления форм.

Твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих в соответ­ствии с теорией тве-рдения неорганических вяжущих веществ А. А. Байкова проходит по следующей схеме.

На первом этапе (подготовительном) частицы полуводно­го гипса, приходя в соприкосновение с водой, начинают ра­створяться с поверхности до образования на-сыщенного раство­ра. Одновременно начинается гидратация полуводного гипса по реакции CaSO₄ ∙ 0,5Н₂О + 1,5Н₂О = CaSO₄ ∙ 2Н₂О. Этот период характеризуется пластичным состоянием теста. По­скольку растворимость полугидрата в воде 8 г/л, а двугидрата 2 г/л, то вскоре после затворения строительного гипса водой создаются условия для образования в пересыщенном растворе зародышей кристал-лов двугидрата.

На втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией ра­створенного полуги-драта и переходом его в двуводный гипс происходит прямое присоединение воды к твердому полувод­ному гипсу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек.

Схватывание (загустевание) гипсового теста начинается с образования рых-лой пространственной коагуляционной струк­туры, в которой кристаллы двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми силами молекулярного сцепления.

Теоретически для гидратации полуводного гипса с образо­ванием двуводного гипса требуется 18,6% воды от массы гип­сового вяжущего вещества. Практически для получения удобо-формуемой пластичной смеси строительный гипс требует 50-70%, а высокопрочный — 30-40% воды. Вследствие значитель­ного количест-ва химически несвязанной воды затвердевший гипс имеет большую пористость — 40-60% и более. Пористость мень­ше при использовании высокопрочного гипса. Гипс - модифи­кации называют высокопрочным, так как благодаря понижен­ной во-допотребности он образует при твердении менее порис­тый и более прочный камень, чем обычный гипс - модифика­ции. Из-за трудностей производства высокопрочный гипс не нашел широкого применения в строительстве.

На третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся не­устойчивый гель пе-рекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между со-бой в кристалличес­кие сростки, что сопровождается твердением системы и рос­том ее прочности.

Указанные этапы не следуют строго друг за другом, а на­лагаются один на другой и продолжаются до тех пор, пока весь полуводный гипс не перейдет в дву-водный (практически через 20-40 мин после затворения). К этому времени дос-тига­ется максимальная прочность системы во влажном состоянии. Дальнейшее уве-личение прочности гипсового камня происхо­дит вследствие его высыхания. При этом из водного раствора выделяется частично оставшийся в нем двуводный гипс, уп­рочняющий контакты между кристаллическими сростками. При удалении воды, смачивающей поверхность кристаллов, устраняется их взаимное скольжение, что приводит к повы­шению прочности и резкому уменьшению деформаций ползу­чести гипсового камня. При полном высыхании рост прочнос­ти прекращается. Сушка яв-ляется необходимой операцией в технологии гипсовых изделий, но проводить ее надо осторож­но (при температуре не выше 60-70°С), чтобы не допустить дегид- ратацию образовавшегося двугидрата сульфата кальция.

Свойства строительного и высокопрочного гипса во мно­гом одинаковы. Строительный гипс имеет ряд особенностей: быстро схва­тывается и твердеет, обла-дает повышенной водопотребностью и пористостью, в начальный период твердения увеличивается в объеме, обладает низкой водостойкостью, подвержен значи­тель-ным деформациям ползучести.

Водопотребность гипсового вяжущего определяется ко­личеством воды, % массы вяжущего, необходимым для по­лучения гипсового теста стандартной кон-систенции (диаметр расплыва 180 + 5мм). Гипсовое тесто такого расплыва счи­тают тестом нормальной густоты, а количество воды, при этом затраченное, наз-ывают нормальной густотой гипсового вяжущего.

По срокам схватывания и твердения гипсовые вяжущие делят на три группы:

• А — быстротвердеющие (начало схватывания не ранее 2 мин, конец — не позднее 15 мин),

• Б — нормальнотвердеющие (начало схватывания не ра­нее 6 мин, конец — не позднее 30 мин),

• В — медленнотвердеющие (начало схватывания не ра­нее 20 мин, конец не нормируется).

Замедляют схватывание гипсовых вяжущих введением в гипсовое тесто рас-творов столярного клея, лигносульфонатов технических (ЛСТ). Эти вещества адсор-бируются на частицах гипса и образуют адсорбционную пленку, затрудняющую ра­створение полугидрата и начало его схватывания.

По тонкости помола различают вяжущие грубого I, сред­него II и тонкого III помолов. Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02, % по массе. Вяжущие грубо­го помола имеют остаток не более 23 %, среднего — 14, тон­кого — 2 %.

Прочность гипсовых вяжущих определяют по результатам испытания образ-цов — балочек размером 40x40x160 мм из гипсового теста нормальной густоты через 2ч после изготов­ления. За это время гидратация и кристаллизация вяжущего завершаются.

По пределу прочности при сжатии и изгибе гипсовые вя­жущие делят на 12 марок: от Г-2 до Г-25 (Г — гипс, 2 - 25 — предел прочности при сжатии).

Вяжущие марки Г-2 — Г-7 применяют для изготовления панелей и плит перегородок, гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, стеновых камней и ар-хитектурно-декоратив­ных изделий, штукатурных и шпаклевочных смесей и др. Вя­жущие марок Г-5 — Г-7 применяют для отливки моделей и форм в фарфорофа-янсовой, керамической, автомобильной, авиационной промышленности и машино-строении.

Для тонкостенных изделий (вентиляционные короба и др.), штукатурных ра-бот и шпаклевочных смесей, заделки швов при­меняют гипсовые вяжущие марок Г-3 — Г-25.

Кроме гипсовых вяжущих общестроительного назначения выпускают высо-копрочное гипсовое вяжущее — супергипс, ко­торый получают путем тепловой обработки гипсового камня первого сорта, смешанного с модификатором — фта-левым или малеиновым ангидритом, в среде насыщенного водяного пара под дав-лением. Тонкость помола супергипса — остаток на сите № 02 не более 1 %, сроки схватывания: начало не ранее 4 мин, конец не позднее 25 мин, предел прочности при сжатии в воз­расте 2 ч не менее 22 МПа.

Вяжущее повышенной водостойкости из фосфогипса, раз­работанное ВНИИ-Стромом им. П.П. Будникова, является сме­шанным вяжущим, полученным путем гидротермальной об­работки в автоклаве при 120-130°С водной суспензии, сос-тоя­щей из 85% фосфогипса, 10 — портландцемента, 5% пуццолановой добавки и регулятора кристаллизации. Основные свой­ства вяжущего повышенной водос-тойкости из фосфогипса: удельная поверхность 3500-4500 см²/г, нормальная гус-тота — 36-42%, начало схватывания— не ранее 30-40 мин, конец схватывания не позднее 60-80 мин, предел прочности при сжатии через 3 ч — 6-7 МПа, ко-эффициент размягчения не менее 0,6. Гипсовое вяжущее повышенной водос-тойкости пред­назначено для устройства наливных оснований полов и само­нивели-рующихся стяжек.

К группе водостойких гипсовых вяжущих материалов от­носят гипсоцемент-но-пуццолановое вялсущее ГЦПВ, разрабо­танное В.А. Волженским, которое полу-чают путем смешива­ния полуводного гипса, портландцемента и кислой активной минеральной добавки.

В строительной практике используют ГЦПВ следующего состава, % по мас-се: полуводный гипс 50-75, портландцемент 15-25, пуццолановая добавка (тре-пел, опока, диатомит) с ак­тивностью не менее 200 мг/г — 10-25.

ГЦПВ характеризуется следующими свойствами: тонкость помола (остаток на сите № 02 не более 15% для ГЦПВ марок М100 и М150); сроки схватывания: начало не ранее 4 мин, конец не позднее 20 мин; минимальный предел прочно-сти при сжатии образцов из теста нормальной густоты для М100 и М150 соответст-венно равен 10 и 15 МПа; коэффициент размягчения не менее 0,65.

Близкими к ГЦПВ свойствами характеризуются гипсо-шлакоцементно-пуц-цолановые (ГШЦП) и гипсоизвестково-шлаковые (ГИШВ) вяжущие. Их применя-ют для изготовле­ния стеновых панелей, санитарных кабин и ванных комнат, венти-ляционных блоков, устройства оснований под пол в жи­лищном строительстве.

Высокообжиговое ангидритовое вялсущее (ангидритовый цемент), предло-женное акад. П.П. Будниковым, состоит пре­имущественно из нерастворимого ан-гидрита. Его изготовля­ют обжигом природного гипса при 600-700° С и последу-ющим помолом обожженного продукта с добавками — активизаторами тверде-ния или из природного ангидрита без обжига пу­тем его совместного помола с теми же добавками. В качестве активизаторов твердения используют вещества, отличаю-щие­ся щелочным характером (известь, обожженный доломит, основные доменные шлаки и др.), а также некоторые соли (сульфат и бисульфат натрия и др.).

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс), получаемый обжи­гом двуводного гип-са или ангидрита при 800-1000°С, состоит в основном из безводного сернокислого кальция. В нем при­сутствует небольшое количество оксида кальция (3—5%), ко­торый образуется в результате термического разложения час­ти сульфата кальция при обжиге выполняя роль катализа­тора при твердении высокообжигового гипса.

Ангидритовый цемент и эстрих-гипс в отличие от низкооб­жиговых гипсовых вяжущих медленно схватываются и тверде­ют (сроки схватывания в пределах от 0,5 до 24 ч и более). Пре­дел прочности при сжатии стандартных образцов через 28 су­ток твердения 5-20 МПа и более. Высокообжиговые гипсовые вяжущие ве-щества применяют для устройства бесшовных по­лов и подготовки под линолеум, для приготовления штукатур­ных и кладочных растворов, бетонов, искусственного мрамора.

Известь строительная воздушная.

Воздушная известь — продукт умеренного обжига кальциево-магниевых карбонатных горных пород: мела, известняка, доломитизированного известняка, доло-мита с содержанием глины не более 6%. Известняк состоит в основном из карбо-ната каль­ция СаСО₃. Обжигают известняк при 900 - 1200° С до возможно более полного удаления СО₂ по реакции СаСО₃ = СаО + СО₂.

Продукт обжига содержит кроме СаО (главной составной части) также и не-которое количество оксида магния, образо­вавшегося в результате термической дис-социации содержаще­гося в известняке MgCO₃ = MgO + СО₂. Чем выше суммар­ное содержание свободных оксидов кальция и магния, тем выше качество извести.

В зависимости от содержания оксида магния различают следующие виды воздушной извести: кальциевую — MgO не более 5%, магнезиальную — от 5 до 20%, доломитовую — от 20 до 40%.

В сложившейся отечественной практике твердые карбонат­ные породы обжи-гают в шахтных и вращающихся печах, а мягкие —карбонатные породы —пре-имущественно во вращающихся печах.

При температурах обжига, более 1200°С, образуются крупные кристаллы оксида кальция и магния, происходит уп­лотнение продукта обжига. Такая известь в обычных услови­ях медленно или совсем не взаимодействует с водой и назы­вается «пережогом». Наличие пережога в извести вредно вли­яет на ее качество. Запозда-лое его взаимодействие с водой, протекающее уже в затвердевшем растворе или бетоне, вызывает увеличение в объеме и появление в них растягиваю­щих напряже-ний, что может привести к образованию тре­щин и разрушению.

При недостаточно высокой температуре обжига, менее 900°С, или в тех слу-чаях, когда часть кусков сырья имела круп­ные размеры, возможно образование «не-дожога», т.е. неразложившегося углекислого кальция, который является баллас­том в извести, ухудшая ее свойства.

Известь, выходящую из печи обычно в виде кусков раз­личной величины (ко-мья), называют комовой негашеной из­вестью. Это — полупродукт, который для превращения в вя­жущее предварительно измельчают механическим путем — размолом в мельницах (молотая негашеная известь) или хи­мическим путем — га-шением водой (гашеная известь).

Гашение извести заключается в том, что вода, соприкаса­ясь с кусками нега-шеной извести, поглощается ею, всасыва­ясь в поры, и одновременно химически взаимодействует с ок­сидами кальция и магния, образуя их гидраты:

СаО + Н₂О = Са (ОН)₂,

MgO + Н₂О = Mg (OH)₂.

В отечественной практике выработка гидратной (гашеной) извести незначи-тельна — она составляет около 1 % общего вы­пуска извести в стране. Основная часть выпуска извести осу­ществляется вращающимися печами. На другие типы (шахт­ные противоточные, карусельные типа «Кальциматик», печи с кипящим сло-ем) падает около 15% объема производства.

При помоле комовой извести для получения молотой извести-кипелки мож-но вводить различные добавки (шлаки, золы, песок, пемзу, известняк и др.), кото-рые улучшают сме­шанные известковые вяжущие.

Наиболее важными показателями качества извести являют­ся: активность (со-держание СаО + MgO, способных гаситься), количество непогасившихся зерен (недожог и пережог), время гашения. В соответствии с техническими требованиями известь делится на три сорта: содержание активных СаО+MgO не ме­нее 90, 80, 70%, количество непогасившихся зерен соответствен­но не более 7, 11, 14% со-ответственно для I, II, III сортов.

В процессе гашения куски негашеной извести самопроиз­вольно диспергиру-ются, распадаясь на тонкие частицы Са(ОН)₂ размером в несколько микронов (тонь-ше, чем у цемента). Воз­душная известь отличается от других вяжущих веществ тем, что превращается в тонкий порошок не только при помоле, но и путем гашения водой.

Громадная удельная поверхность частиц Са(ОН)₂ обуслов­ливает большую во-доудерживающую способность и пластич­ность известкового теста. Каждая частица известкового теста окружена тонким слоем адсорбированной воды, играющей роль своеобразной гидродинамической смазки. Высокая пластич­ность известкового те-ста в смеси с песком — это свойство, которое высоко ценится при изготовлении строительных рас­творов.

Гашение сопровождается разогревом массы вследствие выделения значите-льного количества теплоты, что также ис­пользуется при каменной кладке на извест-ковом либо цемент­но-известковом растворе в зимнее время.

При этом 1 кг извести-кипелки выделяет 1160 кДж тепла, которое перево-дит часть воды в парообразное состояние. Пар вызывает в кусках внутренние растя-гивающие напряжения, под действием которых происходит измельчение извести в тон­кий порошок.

В зависимости от количества воды, взятой при гашении, можно получить ги-дратную известь (пушонку), известковое тесто или известковое молоко.

Для получения извести-пушонки, представляющей собой тонкий белый порошок, теоретически достаточно 32,13% воды от массы извести-кипелки. Практически воды берут в 2-3 раза больше (60-80%), так как при гашении часть ее испаряется. Порошок извести-пушонки состоит из очень тонких частиц и в 2-3 раза и более превышает объем исходной извести-кипел­ки. Плотность извести-пушонки 400-450 кг/м³.

При гашении извести в тесто расход воды увеличивают до 2-3 ч (по массе) на 1 ч извести-кипелки; при еще большем количестве воды получают известко-вое молоко.

Известковое тесто в виде пастообразной концентрирован­ной водной суспен-зии (плотность около 1400 кг/м³) содержит примерно 50% воды и 50% очень мелких частиц гидроксидов кальция и магния. Известковое молоко имеет вид жид-кости и плотность менее 1300 кг/м³.

По скорости (времени) гашения воздушная известь быва­ет: быстрогасящая-ся со скоростью гашения не более 8 мин; среднегасящаяся — до 25 мин и мед-ленногасящаяся — не ме­нее 25 мин.

Преимущество порошкообразной извести (извести-кипел­ки) перед комовой состоит в том, что при затворении водой она ведет себя подобно гипсовым вяжу-щим: сначала образует пластичное тесто, а через 20-40 мин схватывается. Это объяс­няется тем, что вода затворения, образующая тесто, частично расходуется на гашение извести. При этом известковое тесто густеет и теряет пластичность. Благо-даря меньшему количе­ству свободной воды материалы на основе порошкообраз-ной извести менее пористые и более прочные.

Растворы и бетоны на гашеной извести твердеют на возду­хе при обычных те-мпературах в результате двух одновремен­но протекающих процессов — карбони-зации и кристаллиза­ции гидроксида кальция, вызванной испарением воды.

Процесс карбонизации происходит по схеме:

Са(ОН)₂ + СО₂ + п Н₂О = СаСО₃ + (п + 1) Н₂О.

Испарение воды способствует сближению мельчайших кри­сталлов гидроксида кальция, их срастанию между собой и об­разованию кристаллличееких сростков, связывающих зерна заполнителя в монолитное тело. Образование СаСО₃ и кристал-лизация Са(ОН)₂ происходят только при положительной температуре и низкой влаж-ности и протекают очень медленно. Кроме того, карбонизация за­хватывает только поверхностный слой, что объясняется малой концентрацией СО₂ в воздухе (0,03%) и большой плотностью пленки образующегося карбоната кальция, затрудняющей про­никание углекислоты во внутренние слои раствора. Образую­щийся при этом ка-рбонат кальция срастается с кристаллами Са(ОН)₂ и упрочняет известковый раствор.

Прочность при сжатии растворов на гашеной извести че­рез 28 суток тверде-ния на воздухе составляет 0,5-1,0 МПа, редко выше. При длительном твердении (десятки и даже сот­ни лет) прочность возрастает до 5-7 МПа и более.

Гидратная известь (известь-пушонка) является одной из главных составляю-щих сухих строительных смесей, а также в производстве шпатлевок, побелок, за-мазок, красок.

Воздушную известь используют и в производстве мест­ных вяжущих. Гид-равлические известесодержащие вяжущие получают совместным измельчением негашеной извести (10-30%), гидравлической добавки (70-85%) и гипса (до 5%). В качестве добавки используют горные породы, содержа­щие активный кре-мнезем: вулканический пепел, пемзу, туф, диатомит, трепел и др. Такие вяжущие называют известково-пуццолановыми, а при добавке доменного гранулирован­но-го шлака — известково-шлаковыми. Их гидравлические свойства обусловлены образованием нерастворимых гидро­силикатов и гидроалюминатов по схеме

Са(ОН)₂ + SiO₂ + Н₂О = СаО∙ SiO₂ ∙mH₂O.

Известесодержащие гидравлические вяжущие на началь­ной стадии (до 7 су-ток) должны твердеть в сухих условиях, а затем во влажных.

Известь-пушон­ку и молотую известь транспортируют в металлических кон­тейнерах и бумажных битуминизированных мешках. Известковое тесто пе-ревозят в автосамосвалах со специально приспособленными кузовами, а извест-ковое молоко — в ав­тоцистернах.

Склады для извести-кипелки и пушонки должны быть за­крытыми и иметь пол, возвышающийся над землей. Чтобы качество извести-пушонки существенно не изменялось, хра­нить ее более месяца, а молотую известь ― более 15 суток не следует.

Магнезиальные вяжущие.

Магнезиальные вяжущие вещества (каустический магне­зит MgO и каусти-ческий доломит MgO ∙CaCO₃ — тонкодис­персные порошки, активной частью которых является оксид магния.

Получают магнезиальные вяжущие умеренным (до 750— 850°С) обжигом магнезита (реже — доломита). При этом кар­бонат магния диссоциирует с образо-ванием оксида магния.

MgCO₃ = MgO + СО₂.

Карбонат кальция СаСО₃ (в доломите) остается без изме­нения и является бал-ластной частью вяжущего. Обожженный продукт размалывают.

В каустическом магнезите содержится оксид магния до 85 % по массе и более, тогда как допустимое содержание оксида кальция лимитируется 2-5 %. При затворении водой оксид магния гидратируется очень медленно, проявляя слабые вя­жущие свойства, поэтому его затворяют раствором хлорида или сульфа-та магния, а также кислот. Тогда гидратация протекает значительно быстрее.

MgO + Н₂О = Mg (ОН)₂.

Возможно образование гидрата оксихлорида магния (3MgO∙MgCl₂∙ 6H₂О), уплотняющего образующийся ма­териал. Отношение MgCl₂ : MgO в вяжущем берут обычно по массе 1:2 или 1:4.

Сроки схватывания каустического магнезита обычно на­ходятся в пределах: начало — не ранее 20 мин; конец — не позднее 6 ч. Через 1 сутки прочность 10-15 МПа; а через 28 су­ток — 30-50 МПа. В жестких смесях прочность может дости­гать 100 МПа. У каустического доломита сроки схватывания большие, а прочностные показатели ниже (R_cж через 28 суток составляет 10-30 МПа).

Магнезиальные вяжущие вещества характеризуются повы­шенной прочностью сцепления с каменными и древесными материалами. Поэтому их применяют в аб-разивном производ­стве для изготовления жерноточильных кругов, брусьев и др. Главное их назначение в строительстве — изготовление кси­лолита — бетона с наполнителем из древесных опилок, при­меняемого для бесшовных полов, а с древесной шерстью — фибролита в качестве теплоизоляционных и конструкцион-но-теплоизоляционных материалов в помещениях с относитель­ной влажностью воздуха не выше 75 %.

Жидкое стекло и кислотоупорный цемент.

Жидкое стекло представляет собой коллоидный водный раствор силиката натрия Na₂O ∙ mSiO₂ или силиката калия К₂О ∙ mSiO₂, плотностью 1300 - 1500 кг/м³ при содержании воды 50-70%. Величина «т» указывает отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочного оксида и называется силикатным модулем стекла. Для натриевого стекла «т» со­ставляет 2,5-3, для калиевого — 3. Качество жидкого стекла характеризуется модулем «т» и плотностью. Чем выше мо­дуль, тем выше качество жидкого стекла.

Растворимый силикат натрия Na₂O ∙ mSiO₂ получают, сплавляя кварце-вый песок SiO₂c содой Na₂CO₃, а силикат ка лия K₂О ∙ mSiО₂ — сплавлением пе-ска с поташом К₂СО₃. Стек­ло варят в стеклоплавильных печах при температуре 1400°С. После остывания расплава образуются прозрачные различных оттенков кус-ки стекла, называемые силикат-глыбой.

Растворимое стекло применяют обычно в жидком виде. Растворение силикат-глыбы производят в автоклаве, в резуль­тате образуется гель кремневой кислоты — Si(OH)₄, обладаю­щий вяжущими свойствами. Раствор жидкого стекла содер­жит 50-70% воды и имеет плотность 1,3 - 1,5.

Твердение растворимого стекла происходит вследствие уплотнения геля при высыхании, а также действия углекисло­ты воздуха по схеме

Na₂О ∙ mSiO₂ + пН₂О + СО₂ = Na₂СО₃ + mSiO₂ ∙ пН₂О.

Ускорение процесса твердения и повышение водостойкос­ти происходит при добавке кремнефтористого натрия

2Na₂O ∙ mSiO₂ + Na₂SiF₆ + 2(2m + 1) H₂O = 6NaF + (2m+1)Si(OH)₄.

Жидкое стекло перевозят в бочках и хранят в закрытых отапливаемых по-мещениях. Натриевое жидкое стекло используют для изготовления кислотоупор-ных, жароупорных и огнеупорных бетонов, ог­незащитных обмазок и силикати-зации (уплотнения) грун­тов. Калиевое жидкое стекло применяют для изготовле-ния силикатных красок, клеящих составов, мастик и кислото­упорных растворов и бетонов. Оно не дает на штукатурке и краске высолов, чем выгодно отличается от натриевого жид­кого стекла.

Кислотоупорный кварцевый цемент — тонкомолотый по­рошок, получае-мый совместным помолом кислотостойкого ма­териала (кварцевого песка, кварцита, андезита или бештаунита) и кремнефторида натрия Na₂SiF₆ с последующим зат-ворением жидким стеклом.

Кислотоупорный цемент применяют для изготовления кис­лотостойких раст-воров, бетонов, замазок, для футеровки хи­мических аппаратов, устройства кислото-стойких полов. При этом используют кислотостойкие заполнители: кварцевый пе­сок, гранит, андезит и т.п.

Начало схватывания кислотоупорного цемента наступает через 20-60 мин после затворения в зависимости от содержа­ния в нем кремнийфторида натрия. Твердеет в воздушно-су­хих условиях при положительной температуре. Предел про-ч­ности при растяжении через 28 суток должен быть не менее 2,0 МПа, а кисло-тостойкость — не менее 93%. Предел проч­ности при сжатии стандартом не нор-мируется, но можно по­лучить бетон с прочностью при сжатии 30 - 40 МПа и бо-лее.

Нельзя использовать кислотоупорный цемент для конст­рукций, подвержен-ных длительному воздействию воды, пара и щелочей.

Жидкое стекло при длительном хранении, особенно при контакте с возду-хом, теряет свои эксплуатационные свойства, а при низких температурах замерзает. В связи с этим в ряде стран начали производить гидратированные силикатные по­рошки (ГСП). ГСП являются быстрорастворимыми в воде, долго хранятся, что обеспечивает им хорошую перспективу.

Гидравлические вяжущие.

Портландцемент. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее ве­щество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Портла-ндцемент — основное вяжущее в современном строительстве — является про-дуктом тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3-5%).

Сырьевая смесь для производства портландцемента состоит из известняка (75%) и глины (25%). В качестве сырья можно использовать мел, мергель, глини-стые сланцы и отходы раз­личных производств (доменные шлаки, нефелиновый шлам и т.п.). Для обеспечения нужного химического состава сырье­вой смеси при-меняют корректирующие добавки.

В качестве топлива используют природный газ, мазут и уголь. Наиболее эф-фективным видом топлива является при­родный газ, обладающий высокой теплот-ворной способнос­тью и отсутствием вредных примесей.

Производство портландцемента — сложный технологичес­кий и энергоем-кий процесс, включающий: а) добычу в карье­ре и доставку на завод сырьевых ма-териалов, известняка и глины; б) приготовление сырьевой смеси; в) обжиг сырье-вой смеси до спекания — получения клинкера; г) помол клинкера с добавкой гипса; д) магазинирование готового продукта.

В зависимости от методов приготовления сырьевой смеси различают мокрый, сухой и комбинированный (обезвоживание шлама до обжига) способы производства цемента. Дробление твердых известняковых материалов осуществ­ляется в щеко-вых, конусных, молотковых и валковых дробилках. На крупных предприятиях сырьевые мельницы работают по замкнутому циклу: установка производительно-стью до 100 т/ч состоит из сепараторов, отделяющих крупную фрак­цию из сы-рьевой муки с последующей подачей ее в мельни цу помола. Это способствует повышению тонкости помола сырьевой смеси.

Сухой способ заключается в измельчении и тесном смеше­нии сухих (или пре-дварительно высушенных) сырьевых мате­риалов. Такая смесь получается в виде тонкодисперс­ного порошка, называемого сырьевой мукой, который затем направ-ляют в силосы, где происходит корректировка состава. В силосах создается также запас сырья, необходимый для бес­перебойной работы печей. Такой способ выгоден при исполь­зовании однородных по составу известняка и глины с невысо­кой карье-рной влажностью (10-15%).

Мокрый способ применяют, когда мягкое сырье имеет зна­чительную влаж-ность (мел, глины). Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуще-ствляют в водной сре­де. Поэтому сырьевая смесь получается в виде жидкотекучей массы-шлама с большим содержанием воды (35-45%). В этом случае использу-ется способность мягких горных пород (гли­ны и мела) легко распадаться в воде на мелкие частицы. Гли­ну перерабатывают в водную суспензию в глиноболтушках. Известняк после дробления направляется на совместный по­мол вместе с глиняным шламом в шаровую мельницу через весовые дозаторы. Совместное измельчение известняка, гли­ны и корректирующих добавок обеспечивает получение одно­родной сырьевой смеси. Помол сырья производят до остатка на сите № 008 не более 8-10%. Таким образом, более 90% частиц смеси имеет размер менее 80 мкм.

Из мельниц глиняно-известняковый шлам перекачивают насосами в вертика-льные и горизонтальные резервуары (шлам-бассейны), в которых производится око-нчательная корректи­ровка и усреднение состава шлама.

Вращающаяся печь, в которой осуществляется обжиг сырьевой смеси, представляет собой сварной стальной барабан, длиной 95-185-230 м, диаметр 5-7 м, футерованный изнутри огнеупорными материалами. Барабан уложен на ро­ли-ках под углом 3-4° к горизонту и медленно вращается во­круг своей оси (1-2 об/мин). Благодаря этому сырьевая смесь, загруженная в верхнюю часть печи, по-степенно перемещается к нижнему концу, куда вдувают топливо, продукты горения которого направляются навстречу сырьевой смеси и обжигают ее при 1450˚С. После этого клинкер вы­держивается на складе одну-две недели.

Клинкер состоит из следующих материалов, образующих­ся при обжиге сы-рьевой смеси: трехкальциевый силикат 3CaO∙Si0₂ (C₃S) - алит; двухкальциевый силикат 2CaO∙SiO₂(C₂S) - белит; трех­кальциевый алюминат ЗСаОА1₂О₃ (С₃А); че-тырехкальциевый алюмоферрит 4CaO∙Al₂O₃∙Fe₂O₃ (C₄AF).

После выдержки на складе клинкер превращают в цемент путем помола его с природным двуводным гипсом в тонкий порошок. Гипсовый камень в количестве 1-4% массы цемента добавляют при помоле с целью регулирования сроков схваты-вания цемента. Готовый портландцемент направляют для хранения в силосы и далее на строительные объекты.

Минералы цементного клинкера обладают следующими свойствами. Трехка-льциевый силикат (алит) — главный минерал це­ментного клинкера — облада-ет большой активностью в реак­ции с водой, особенно в начальные сроки (величи-на тепловы­деления к третьим суткам достигает примерно 2/3 от тепло­выделения при полной гидратации). Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность. Двухкальциевыи силикат (белит) значительно менее акти­вен, чем алит. Тепловыде-ление белита при полной гидратации примерно в два раза меньше, чем у алита, и к третьим суткам составляет около 10% от тепловыделения при полной гидрата­ции. Твердение белита происходит медленно. К месячному сроку продукт его тверде-ния обладает сравнительно невысокой прочностью, но при длительном твердении (несколько лет) в благо­приятных условиях (при положительной температуре и влаж­ной среде) его прочность неуклонно возрастает. Трехкальциевый алюминат — самый активный клинкер­ный минерал, отличающийся быстрым взаимодей-ствием с водой. Его тепловыделение при полной гидратации почти в два раза больше, чем у алита, а за трое суток составляет не менее 80% от общего тепло-выделения. Однако продукт его твердения имеет повышенную пористость, низ-кие прочность и долговечность. Быстрое твердение С₃А вызывает раннее струк-турообразование в цементном тесте и сильно ускоряет сроки схватывания (всего за несколько минут). Если не ввести добавку гипса, то получается цемент «быст-ряк», бетонные смеси на котором из-за преждевременного схватывания не успе-вают хорошо перемешать и уложить в форму. Четырехкалъциевый алюмоферрит характеризуется уме­ренным тепловыделением и по быстроте твердения занима­ет промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами. Прочность продуктов его гидрата­ции в ранние сроки ниже, чем у алита, и неско-лько выше, чем у белита.

Располагая данными о минеральном составе клинкера и зная свойства клин-керных минералов, можно заранее пред­определить основные свойства цемента и особенности его твер­дения в различных условиях эксплуатации.

Нежелательными составными частями клинкера являют­ся свободная окись кальция и окись магния. Их вредное влия­ние проявляется в том, что их гидратация проходит в уже за­твердевшем цементе. Поэтому увеличение объема, которое прои-сходит при этом, может вызвать растрескивание цемент­ного камня. Содержание СаО и MgO в клинкере допускается соответственно не более 1 и 5 %.

В клинкере могут быть также щелочные оксиды Na₂О и К₂О, перешедшие в него из сырьевых материалов и золы твер­дого топлива. Их вредное влияние может проявиться в тех случаях, когда бетон изготовлен на заполнителях, содержа­щих опаловидный кремнозем. Щелочи, реагируя с двуокисью кремния, образуют в водной среде растворимые силикаты ка­лия и натрия с увеличением объема, что вы-зывает растрески­вание бетона. Содержание Na₂O и К₂О в цементах для таких бе-тонов ограничивается до 0,6%.

Твердение портландцемента.

Трехкальциевый силикат гидролитически расщепляется, а продукты гидро-лиза гидратируются:

2(3СаО ∙ SiO₂) + 6Н₂О = ЗСаО ∙ 2 SiO₂ ∙ 3Н₂О + 3Са(ОН)₂.

В результате реакции гидратации образуется практически нерастворимый в воде трехкальциевый гидросиликат и гидроксид кальция, который частично раст-ворим в воде. Если твердение цемента происходит при обычной темпе­ратуре, то двухкальциевыи силикат не подвергается гидроли­зу, а медленно гидратируется:

2СаО ∙ SiO₂ + 4Н₂О = 2СаО ∙ SiO₂.

При повышении температуры среды (например, при тепловлажностной обра-ботке в автоклаве) двухкальциевыи силикат гидролизуется с выделением свободного гидроксида кальция:

2(2СаО ∙ SiO₂) + 4Н₂О = ЗСаО ∙ 2SiO₂ ∙ 3Н₂О + Са(ОН)₂.

Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой при­водит к образованию гидроалюмината кальция:

3CaO ∙ Al₂O₃ + H₂O = 3CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 6H₂O.

Реакция протекает с большой скоростью. Образующийся шестиво-дный трехкальциевый алюминат создает непрочную, рыхлую кристалли-зационную структуру и вызывает снижение пластических свойств цеме-нтного теста.

Замедление сроков схватывания портландцемента дости­гают введе-нием при помоле небольшой добавки (1,5-3,5%) двуводногр гипса. В резуль-тате образуется труднораствори­мый гидросульфоалюминат кальция (эт-трингит):

3СаО ∙ А1₂О₃ + 3(CaSO₄ ∙ 2Н₂О) + 26Н₂О = 3СаО ∙ А1₂О₃ ∙ 3CaSO₄ ∙ 32Н₂О.

В насыщенном растворе Са(ОН)₂ эттрингит сначала выде­ляется в колло-идном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности частиц 3СаО ∙ А1₂О₃, замедляет их гидрата­цию, что приводит к замедлению процесса схва-тывания це­мента. Кристаллизация Са(ОН)₂ из пересыщенного раствора пони-жает концентрацию гидроксида кальция в растворе, что способствует образо-ванию эттрингита в виде длинных иглоподобных кристаллов и, как следст-вие, повышению прочнос­ти в ранние сроки твердения цемента. Эттрингит, содержа­щий 31-32 молекулы кристаллизационной воды, занимает при­мерно вдвое больший объем по сравнению с суммой объемов реагирующих веществ (С₃А и сульфат кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит повы-шает его механическую прочность и стойкость. Структура цементного камня улучша­ется еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюминатов кальция.

Четырехкалъциевыпплюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидроферрит кальция:

4СаО ∙ А1₂О₃ ∙ Fe₂O₃ ∙ mH₂O = 3СаО ∙ А1₂О₃ ∙ 6Н₂О + СаО ∙ Fe₂O₃ ∙ пН₂О.

Гидроалюминат, вступая во взаимодействие с добавкой гипса, об-разует труднорастворимый гидросульфоалюминат кальция

3СаО ∙ А1,О₃ ∙ 6Н₂О + 3(CaSO₄ ∙ 2Н₂О) + (19 - 20)Н₂О =

=3СаО ∙ А1₂О₃ ∙ 3CaSO₄ ∙ (31 - 32) Н₂О.

При твердении цемента на воздухе имеет место также и карбони-зация гидроксида кальция, протекающая на поверхно­сти цементного ка-мня. Описанные химические превращения протекают парал­лельно с физико-химическими процессами структурообразования, выражающи-мися в процессах молекулярного и кол­лоидного растворения, коллои-дации и кристаллизации. Эти процессы приводят к превращению цеме-нта, затворенного водой, вначале в пластичное тесто, а затем в прочный за­твердевший камень.

Твердению портландцемента и других неорганических вя­жущих ве-ществ были посвящены работы многих зарубежных и отечественных ученых: А.А. Михаэлиса, В.Н. Байкова, Г. Юнга, П.А. Ребиндера, А.В. Волженского и др., в резуль­тате которых было предложено процесс тве-рдения портланд­цемента разделить на три периода.

В первом периоде происходит растворение клинкерных минералов с поверхности цементных зерен до образования на­сыщенного раствора, в котором начинают возникать первичные зародыши новых образований.

Во втором периоде в насыщенном растворе происходят ре­акции ги-дратации клинкерных минералов в твердом состоя­нии (топохимичес-кие), т.е. происходит прямое присоединение воды к твердой фазе вяжу-щего без предварительного его ра­створения. Образующиеся гидросили-кат и гидроферрит каль­ция почти нерастворимы в воде и выделяются в коллоидном состоянии на поверхности цементных частиц. Гидроксид ка-ль­ция и трехкальциевый гидроалюминат, обладая небольшой ра­створи-мостью, быстро образуют насыщенный, а в дальней­шем и пересыщен-ный раствор. Поэтому при продолжающей­ся химической реакции новые порции гидроксида кальция и трехкальциевого гидроалюмината также выделяются в колло­идном состоянии. В результате вокруг поверхности цементных зерен образуется оболочка коллоидного геля (студня), об­ладающего клеящим свойством. Через некоторое время це­ментные зерна сближаются друг с другом, образуя так назы­ваемую коагуляционную структуру цементного теста. В это время цементное тесто начинает густеть и теряет пластичность, а затем схваты-вается.

В третьем периоде происходит переход некоторой части новообразований в кристаллическое состояние с последующим ростом отдельных кристаллов и образо-ванием кристалличес­ких сростков (формируется кристаллизационная структурная сетка). Быстрее других кристаллизуются трехкальциевый гид­роалюминат и гидро-ксид кальция. Их микрокристаллы про­низывают гель и, срастаясь между собой, по-вышают прочность цементного камня.

Образовавшийся цементный камень представляет собой микроскопически неоднородную дисперсную систему, образ­но названную В.Н. Юнгом «микробето-ном». Заполнители в нем представлены цементными зернами, еще не вступивши­ми в реакцию, а вяжущая часть — гелеобразными и кристал­лическими новооб-разованиями.

Количество воды, необходимое для полной гидратации це­мента, составляет 24-26% от массы портландцемента, а по условиям получения пластичного цемен-тного теста (для воз­можности приготовления бетонной смеси и ее уплотнения) вво­дится обычно воды значительно больше (40-60%). Поэтому часть объема цеме-нтного камня (иногда до 25-35%) прихо­дится на поры и капилляры, оставленные избыточной водой затворения, что негативно сказывается на прочности и стойко­сти цементного камня и бетона.

Долговечность цементного камня. Разрушение бетона обычно начи-нается с разруше­ния цементного камня, стой­кость которого ниже стойкости плотных каменных заполните­лей. Оно может происходить под влиянием фи-зических явле­ний (насыщения во­дой, попеременного заморажи­вания и оттаи-вания, увлажне­ния и высыхания и т.п.), а так­же при химическом взаимодей- ствии структурных компонентов цементного камня с различ­ными веществами, со-держащимися в воде или воздухе.

Коррозия цементного камня по классификации, предло­женной. В.М. Москвиным, разделяется на три вида:

Коррозия первого вида обусловлена растворением и вымы­ванием (выще-лачиванием) гидроксида кальция из цементного камня (выщелачиванием). Вслед за этим разлагаются гидроси­ликаты и гидроалюминаты кальция. Корро-зия первого вида проявляется при действии на цементный камень мягких вод.

Защита от выщелачивания обеспечивается введением в це­мент активных минеральных добавок и применением плотно­го бетона.

Коррозия второго вида (кислотная, магнезиальная) про­исходит при действии на цементный камень агрессивных ве­ществ, которые, вступая во взаимодействие с составными ча­стями цементного камня, образуют либо лег-корастворимые и вымываемые водой соли, либо аморфные массы, не облада-ющие связующими свойствами. Например,углекислотная кор­розия, магнези-альная, органические кислоты, как и неорганические, быстро разру­шают цеме-нтный камень.

Коррозия третьго вида объединяет процессы, при кото­рых компонен-ты цементного камня, вступая во взаимодей­ствие с агрессивной средой, об-разуют соединения, занимающие больший объем, чем исходные продукты реакции. Это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его ра-стрескивание. Характерной коррозией этого вида является сульфатная корро-зия. сульфоалюминатная коррозия. Для предотвращения сульфоалюминат-ной коррозии ис­пользуют плотные бетоны на специальном сульфатостойком портландцементе или других сульфатостойких цементах.

Щелочная коррозия может происходить под действием концентрирован-ных растворов щелочей и под влиянием щелочей, имеющихся в клинкере це-мента. Под воздействием концентрированных растворов щелочей (NaOH, КОН) деструктивные процессы происходят вследствие карбонизации щелочи в порах цементного камня за счет СО₂ воздуха. Вблизи поверхности бетонной конструкции, особенно при последующем высыхании (например, поверхности бетонного пола), в порах накапливаются кристаллы соды (Na₂CO₃ ∙ 10 Н₂О) и поташа (К₂СО₃ ∙ 1,5 Н₂О), с увеличением в объеме, что вы­зывает внутреннее кристаллизационное давление. Сильнее раз­рушается от действия щелочей бе-тон на цементе с высоким содержанием алюминатов кальция вследствие об-разования —растворимых алюминатов натрия и калия.

Состав и свойства портландцемента.

Химический состав клинкера характеризуется содержани­ем оксидов, %: СаО — 63 - 66; SiO₂ — 21 - 24; А1₂О₃ — 4 - 8; Fe₂O₃— 2 - 4, MgO — 0,5 - 5; SO₃ - 0,3 - 1; Na₂О+K₂ ― 0,4 - 1, TiО₂+Cr₂О₃ — 0,2 - 0,5; Р₂О₅ — 0,1 - 0,3, содер-жание оксида маг­ния в клинкере не должно превышать 5 %. Используя данные химического анализа, можно вычислить по формулам расчет­ный минерало-гический состав клинкера. Ориентировочное содержание основных минера-лов в портландцементом клин­кере составляет (%):

Алит 3СаО ∙ SiO₂………. ………..45 - 65

Белит 2СаО ∙ SiO₂ …...15 - 40

Алюминат 3СаО ∙ А1₂О₃……………... 5 - 15

Алюмоферрит 4СаО ∙ Al₂O₃ ∙ Fe₂O₃ …10 - 20

Располагая данными о минеральном составе клинкера и зная свойства клинкерных минералов, можно заранее предоп­ределить основные свойства цемента и особенности его твер­дения в различных условиях эксплуатации.

Вещественный состав цемента характеризует содержание в цементе (% по массе) основных компонентов: клинкера, гипса и активных минеральных до-бавок. Содержание SO₃ в цементе (с учетом вводимой добавки гипса) не дол-жно быть менее 1,5 и более 3,5% (в цементах марок 550 и 600 — до 4%).

Истинная плотность портландцемента (без минеральных добавок) сос-тавляет 3,05-3,15 г/см³. Его насыпная плотность зависит от уплотнения и сос-тавляет для рыхлого цемента 1100 кг/м³, сильно уплотненного до 1600 кг/м³, в среднем 1300 кг/м³.

Тонкость помола цемента оценивают путем просеивания предварите-льно высушенной пробы цемента через сито с сет­кой № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм), через которое прошло не менее 85% просеиваемой пробы.

Наряду с ситовым анализом проводят определение удель­ной поверхнос-ти с помощью специального прибора — поверхностемера. При остатке на сите № 008 15% его удельная по­верхность составляет обычно 2500 - 3000 см²/г. Чем тоньше из­мельчен клинкер, тем быстрее протекает гидратация цемента и вы-ше его прочностные показатели.

Водопотребность цемента определяют количеством воды (% массы це-мента), которое необходимо для получения цемент­ного теста нормальной гус-тоты. Нормальной густотой цемент­ного теста считают такую его консистенцию (подвижность), при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, за-пол­ненное тестом, не доходит 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопотребность портландцемента без добавок составляет 24-28%, а при введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диатомит, трепел, опока) водопотребность цемента повышается до 32-37 %.

Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погру-жения иглы этого прибора в тесто нормальной гу­стоты. Началом схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки 1-2 мм. Конец схватывания — время от начала зат­во-рения до того момента, когда игла погружается в тесто не более 1-2 мм. Нача-ло схватывания цемента должно, наступать не ранее 45 мин, а конец схватыва-ния — не позднее 10 часов от начала затворения. Для получения нормальных сроков схва­тывания при помоле клинкера вводят добавку двуводного гипса в количестве до 3,5% (в пересчете на SO₃). Замедлителями схватывания являют-ся бура и борная кис­лота, фосфаты и нитраты калия, натрия и аммония.

Неравномерность изменения объема цементного камня при твердении связана с наличием в клинкере свободных оксидов кальция и магния, которые вызывают местные деформации, вызьшаемые расширением свободного СаО и MgO вследствие их гидратации. Обычно это может произойти вследствие на-личия свободных оксидов при нарушении технологии обжига и выдерж­ки клин-кера после обжига и молотого цемента после помола.

Тепловыделение при твердении цемента зависит от мине­рального сос-тава и тонкости измельчения цемента. По вели­чине тепловыделения клинке-рообразующие минералы распо лагаются в следующем порядке: алюминат, алит, алюмоферрит и белит. При возведении массивных бетонных конструк­ций (плотины, фундаменты, толстые стены и т. д.) в их глу­бине возможно повышение температуры до 50°С и более. Поэтому для бетонирования массив-ных кон­струкций применяют портландцемент с ограниченным содер­жанием алита (40-50%) и тонкостью помола не более 2500— 3000 см²/г.

Прочность портландцемента является главным свойством, характеризу-ющим его качество. В зависимости от предела проч­ности при сжатии и с уче-том предела прочности при изгибе стандартных образцов-балочек через 28 су-ток твердения порт­ландцемент разделяют на марки: 400, 500, 550, 600 (кгс/см²).

Активность и марку портландцемента определяют испы­танием станда-ртных образцов-призм размером 4x4x16 см, из­готовленных из цементно-песча-ной растворной смеси состава 1:3 (по массе) и В/Ц=0,4 при консистенции раст-вора по расплыву конуса 106 - 115 мм. Испытание образцов проводят че­рез 28 суток твердения: первые сутки — в формах во влажном воздухе. После их вы-держки 27 суток в ванне с водой при температуре 20+2°С проводят завершаю-щие испытания. Об­разцы-призмы сначала испытывают на изгиб, а затем по-ло­винки призм на сжатие. Активность цемента оценивают чис­ловым значе-нием предела прочности при сжатии половинок призм в возрасте 28 суток.

У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-су-точная прочность, но и начальная — 2(7)-суточная. Цемент должен обладать стабильными показателями проч­ности на сжатие: коэффициент вариации про-чности для це­мента марок 300 и 400 не более 5%, марок 500, 550, 600 — не бо-лее 3 %.

Согласно требованиям ГОСТ 30515-97 «Цементы. Общие технические условия» по прочности на сжатие (МПа) цементы подразделяют на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5. По назначе­нию цементы делятся на общестроительные и специальные. По скорости твердения общестроительные цементы подразде­ляют на нормально твердеющие (Н) с нормированием прочно­сти в возрасте 2 (7) и 28 суток и быстротвердеющие (В) с нор­мированием прочности в возрасте 2 и 28 суток, твердеющие с повышенной скоростью по сравнению с нормаль-но твердею­щими цементами.

Ускорение процесса твердения портландцемента можно осуществить путем введения добавок ускорителей твердения: хлорид кальция, (СаС1₂), нит-рат кальция — (Ca(NO₃)₂), нитрит кальция (Ca(NO₂)₂). Эти добавки ускоряют процесс гидрата­ции алита и белита. Вместе с тем, нитрит является эффектив­ным ингибитором коррозии арматуры, т.е. защищает армату­ру от коррозии.

Разновидности портландцемента.

При получении портландцементов с заданными специальны­ми свойства-ми используют следующие основные пути: 1) регу­лирование минерального сос-тава и структуры цементного клинкера, оказывающих решающее влияние на строительно-техни­ческие свойства цемента; 2) регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, прочность, теп-ловыделение и другие важнейшие свойства вяжу­щего; 3) изменение веществен-ного состава портландцемента вве­дением в него активных минеральных и орга-нических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, эконо­мить клинкер, уменьшать расход цемента в бетоне.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обычного бо-лее быстрым нарастанием прочности. Через 3 су­ток твердения его прочность на сжатие должна быть не менее 25-28 МПа, т.е. более половины его марочной 28-суточной прочности (40 и 50 МПа). БТЦ получают путем тонкого измельче-ния (с добавкой 3-5 % гип­са) алито-алюминатного клинкера, с содержанием C₃S+C₃A в клинкере 60-65 %; тонкий помол увеличивает реакционную способ-ность цемента (удельная поверхность 3500-4000 см²/г), 28-суточная прочность БТЦ такая же, как обычного портланд­цемента М400 и М500. При длительном хра-нении он теряет свою активность.

Особо быстротвердеющий высокопрочный портландце­мент (ОБТЦ) марок 600 в возрасте 1 суток — имеет предел прочности при ржатии 20-25 МПа, а в возрасте 3 суток — 40 МПа, отличается высоким содержанием трехкальциевого силиката (65-68%) и тонкостью помола (удельн. поверхность около 4000 см²/г). Применение ОБТЦ в высокопрочных бето­нах марок М500-М600 снижает на 15-20% расход цемента, сокращает время, энергетические затраты на тепловую обра­ботку железобетонных изделий.

Сверхбыстротвердеющий цемент (СБТЦ), разработанный НИИЦементом, обеспечивает через 6 ч после затворения во­дой прочностью 10 МПа. Использова-ние такого цемента позво­ляет через 1- 4 ч получать без тепловой обработки про-чность бетона, достаточную для распалубки изделий. Для изготовле­ния СБТЦ тре-буется вводить в сырьевую смесь галогеносо-держащие вещества (например, фто-рид или хлорид кальция) и повышать содержание алюминатов. СБТЦ отличается быст­рым схватыванием. Особенно высокую эффективность такой цемент проявля­ет в условиях тепловлажностной обработки изделий при тем­пературе 60-80°С: через 4-6 ч бетон набирает 70-80% прочно­сти от марочной.

Сулъфатостойкий портландцемент (СПЦ) изготовляют помолом клинкера состава: C₃S — не более 50%, С₃А — не более 5%, C₃A + C₄AF — не более 22%, MgO — не более 5%.

СПЦ применяют при изго­товлении конструкций, подверженных действию сульфатных вод, а также морозостойкого бетона. Высокая морозостойкость обеспе-чивается прежде всего пониженным содержанием С₃А, а также пониженной водо-потребностью

Белый и цветные портландцементы — это декоративные вяжущие мате-риалы, основой которых является белый клин­кер, который изготовляют из чистых известняков и белых глин. Белый портландцемент выпускают марок 400 и 500, цвет­ные — марок 300, 400, 500. Белый портландцемент в зависимости от белизны цемен­та выпускают трех сортов. Степень его белизны определяют с помо­щью фо-тометра ФМ-58.

Красный, желтый, коричневый цементы получают с исполь­зованием оксидов железа (охры, железного сурика, гематита), черный — диоксида марганца, углеро-дных пигментов, зеленый — оксидов хрома, голубой — кобальта, синий — уль-трамарина. Красящие пигменты должны обладать щелоче-светостойкостью, не долж-ны содержать примесей, оказывающих вредное влияние на морозостойкость и проч-ность цементного камня.

Портландцементы с органическими поверхностно-актив­ными добавками получают путем совместного помола портландцементного клинкера, гипса и не-большого количества (0,1-0,3% от массы цемента) добавок поверхностно-актив-ных ве­ществ — ПАВ.

Пластифицированный портландцемент получают путем совместного помола клинкера с гидрофильно-пластифициру­ющей добавкой (0,15-0,25% массы цемен-та) лигносульфонатов кальция (ЛСТ), которые получают при сульфитной варке целлюлозы. Адсорбируясь на поверхности зерен цемента, лигносульфонат кальция улучшает их смачивание водой. Этот цемент широко используют в дорожном, аэро-дромном и гидротехническом строительстве.

Гидрофобный портландцемент получают путем совмест­ного помола клинке-ра и 0,1-0,3% мылонафта, асидола, окис­ленного петролатума, синтетических жи-рных кислот, их ку­бовых остатков и других гидрофобизирующих поверхностно-ак-тивных добавок.

Его целесообразно использовать при изготовле­нии бетонов для гидротехни-ческого, дорожного, аэродромно­го строительства, а также в случаях, когда цемент необходи­мо длительно хранить и перевозить на дальние расстояния. Однако такой цемент обладает замедленным сроком схваты­вания и меньшую прочность по срав-нению с обычным порт­ландцементом.

Портландцементы с активными минеральными добавка­ми получают путем совместного помола портландцементного клинкера с активной минеральной доба-вкой. 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 возду-хе продолжать твер­деть и под водой. Такие добавки (называемые иначе гидрав­лическими добавками) содержат диоксид кремния в аморф­ном, а следовательно, в химически активном состоянии и способны поэтому взаимодействовать с Са(ОН)₂, образуя гид­росиликаты кальция. К природным активным минеральным добавкам относят некоторые осадочные горные породы (диа­томит, трепел, опока, глиежи — естественно обожженные гли­нистые породы), а также породы вулка-нического происхож­дения (вулканический пепел, туф, пемза, трасс). В качестве искусственных активных добавок используют побочные продукты и отходы про-мышленности.

В зависимости от вида активной минеральной добавки и ее количества порт-ландцементы общестроительные подразде­ляются на 5 типов: ЦЕМ I — портланд-цемент не содержит до­бавок; ЦЕМ II — портландцемент с минеральными доба-вка­ми; ЦЕМ III — шлакопортландцемент; ЦЕМ IV — пуццолановый цемент; ЦЕМ V — композиционный цемент.

Пуццолановый портландцемент (ЦЕМ IV) изготовляют пу­тем совместного помола клинкера с активной минеральной добавой и гипсом. Пуццолановый це-мент должен содержать портландцементный клинкер в количестве 65-79%, акти-вных минеральных добавок (пуццолан, зола уноса, глиежи, микро­кремнезем) в ко-личестве 21-35%. Механизм действия актив­ной минеральной добавки заключает-ся в том, что в начальный период она адсорбирует на своей поверхности гидрооксид кальция, а затем его химически связывает в гидросиликат кальция. Пуццолановый портландцемент обладает сравнительно небольшим тепловыделением и часто применяется для бетонов внутренних частей массивных сооружений (плотины,

шлюзы и т.п.).

Шлакопортландцемент — гидравлическое вяжущее веще­ство, твердею-щее в воде и на воздухе. Он получается путем совместного тонкого помола клинке-ра и гранулированного до менного (или электротермофесфорного) шлака с необходи-мым количеством гипса. Допускается раздельный помол компонен­тов и их последу-ющее смешение. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 36% и не бо­лее 65%.

Стойкость шлакопортландцемента в мягких и сульфат­ных водах по сравне-нию с портландцементом более высокая вследствие пониженного содержания в цементном камне Са(ОН)₂. Тепловыделение при твердении шлакопортландцемен­та в 2-2,5 раза меньше. Шлакопортландцемент выгодно отличается от пуццоланового портландцемента умеренной водопотребностью, более высокой воздухостойкостью и морозостойкостью. Он успеш­но применяется как для надземных, так и подзем-ных и под­водных частей сооружений. Стоимость его на 15-20% ниже стоимости портландцемента. Жаростойкость шлакопортландцемента значительно, чем у порт-ландцемента, поэтому он широко используется для изготовления жаростойких бе-тонов. Однако шлакопортланд­цемент, а также пуццолановый портландцемент мед-ленно на­бирают прочность в первое время твердения, в особенности при понижен-ных температурах. Обычный шлакопортландце­мент имеет марки 300, 400 и 500.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент М400 за 3 су­ток твердения должен приобрести прочность при сжатии не менее 20 МПа, при изгибе — не ме-нее 3,5 МПа. Этот вид це­мента рекомендуется применять в производстве бетон-ных и железобетонных изделий, изготовляемых с применением теп­ловлажностной обработки. Быстротвердеющий шлакопортландцемент получают при более тонком помоле цемента (3500-4000 см²/г) и дозировке шлака 30-50%. По прочности на сжатие портландцемент с ми­неральными добавками, шлакопортландцемент, пуц-цолановый и композиционный цемент подразделяют на классы 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) суток (скорости твердения) каж-дый класс цементов, кроме класса 22,5, под­разделяется на два подкласса: Н (но-рмально твердеющий) и Б(быстротвердеющий).

Условное обозначение цементов состоит из наименования цемента, сокра-щенного обозначения цемента, включающего обозначение типа и подтипа цемента и вида добавки, класса прочности, обозначение подкласса, обозначение настояще-го стандарта — ГОСТ 31108-200. Прочностные характеристики общестроитель-ных цементов приведены втаблице.

Примеры условных обозначений:

1. Портландцемент класса 42,5 быстротвердеющий: Портландцемент ЦЕМ I 42,5 Б ГОСТ 31108-2003.

2. Портландцемент со шлаком (Ш) от 21 до 35 %, класса проч­ности 32,5 — нормальнотвердеющий: Портландцемент со шлаком ЦЕМ II /В — III 32,5 Н ГОСТ 311108-2003.

3. Портландцемент с известняком (И) от 6 до 20%, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий: Портландцемент с известняком ЦЕМ II /А-И 32,5 Н ГОСТ 31108-2003.

4. Композиционный портландцемент с суммарным содержа­нием доменного гранулированного шлака (Ш), золы уно­са (3) и известняка (И) от 6 до 20%, клас-са прочности 32,5, быстротвердеющий: Композиционный портландцемент ЦЕМ II /А-К (Ш-З-И) 32,5 Б ГОСТ 31108-2003.

5. Шлакопортландцемент с содержанием доменного грану­лированного шлака от 36 до 65%, класса прочности 32,5 нормальнотвердеющий: Шлакопор-тландцемент ЦЕМ III/A 32,5 Н ГОСТ 31108-2003.

6. Пуццолановый цемент с суммарным содержанием пуццо­лана (П), золы уноса (3) и микрокремнезема (МК) от 21 до 35%, класса прочности 32,5, норма-льнотвердеющий: Пуццолановый цемент ЦЕМ IV/A (П-З-МК) 32,5 Н ГОСТ 31108-2003.

7. Композиционный цемент с содержанием доменного грану­лированного шлака (Ш) от 11 до 30% и золы уноса (3) от 11 % до 30 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий: Композиционный цемент ЦЕМ V/A (Ш-3) 32,5 Н ГОСТ 31108-2003.

Физико-механические показатели общестроительных це­ментов определяют по ГОСТ 30744, а химические показатели по ГОСТ 5382.

Цемент для строительных растворов изготовляют пу­тем совместного по-мола портландцементного клинкера, ак­тивных минеральных добавок и добавок-наполнителей. Со­держание клинкера в цементе должно быть не менее 20% (счи-тая от массы всего вяжущего). Для регулирования сро­ков схватывания при помо-ле компонентов вводят 3-5% при­родного гипса. Для улучшения качества цемента допускается вводить при его помоле пластифицирующие (не более 0,5%) или ги-дрофобизирующие (до 0,3%) добавки.Такой цемент характеризуется следующими сроками схва­тывания: начало — не ранее 45 мин, конец — не позднее 12 ч от момента затвердения. Цемент должен хорошо удерживать воду: водоотделение те-ста, изготовленного из равных коли­честв цемента и воды, должно быть не более 30% по объему. Выпускают такой цемент только марки 200.

В связи с замедленным твердением этот цемент использу­ют, как правило, при температуре окружающей среды не ниже плюс 10°С для изготовления кладочных и штукатурных ра­створов, а также низкомарочных неармированных бетонов, к ко-торым не предъявляются требования по морозостойкости.

Алюминатные цементы.

Алюминатные цементы могут быть глиноземистыми и высокоглиноземис-тыми. Условное обозначение цемента вклю­чает: а) указание вида цемента — гли-ноземистый цемент (ГЦ), высокоглиноземистый цемент I (ВГЦ1); высокогли-ноземистый цемент II (ВГЦП); высокоглиноземистый цемент III (ВГЦШ); б) марку цемента (только для ГЦ и ВГЦ II); в) обозначение стандарта — ГОСТ 969-91.

Допускается введение в состав цементов технологических добавок, не ухуд-шающих их свойства: не более 2% массы гли­ноземистых цементов, не более 0,2% массы высокоглинозе­мистых цементов.

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее и высоко­прочное гидравли-ческое вяжущее, состоящее в основном из моноалюмината кальция (СаО ∙ А1,О₃). Свое название этот цемент получил от технического названия оксида алюминия А1₂О₃ — глинозема. Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и изве-стняки. Химический состав глиноземистого цемента, получаемо­го различными методами, следующий: СаО - 35-45%; А1₂О₃ - 30-50%; Fе₂O₃ - 0-15%; SiO₂ - 5-15%. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает од-нокальциевый алюминат СаОА1,0₃ (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего.

Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося це-ментного камня существенно зависят от тем­пературы твердения. При нормальной температуре (до 25 °С) основной минерал цемента СА взаимодействует с водой с об­разованием кристаллического гидроалюмината кальция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы.

Если же температура твердеющего глиноземистого цемента превысит 25-30 °С, то процесс твердения изменяется и вмес­то С₂АН₃ образуется С₃АН₆; при этом прочность цементного камня будет ниже в 2-2,5 раза. Поэтому глиноземи-стый це­мент не рекомендуется использовать для бетонирования мас­сивных конст-рукций, где возможен саморазогрев бетона, а так­же в условиях жаркого климата. Изделия на глиноземистом цементе нельзя подвергать тепловой обработке. При ра-ботах в зимних условиях, напротив, саморазогрев и быстрое тверде­ние делают гли-ноземистый цемент очень перспективным.

Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600, определенных в трехсуточном возрасте, но уже через одни сутки образцы набирают прочность при сжатии, составляющую более половины своей марки, 22,5, 27,4, 32,4 МПа соотве-тственно. Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента в 3-5 раз; пористость цемент ного камня ниже примерно в 1,5 раза. Это связано с тем, что при одинаковой с портландцементом водопотребности глино­земистый цемент при твердении химически связывает 30-45 % воды от массы цемента (портландцемент — около 20%).

Применение. Глиноземистый цемент целесообразно ис­пользовать при аварий-ных и срочных работах, при зимнем бе­тонировании и в тех случаях, когда от бетона требуются высо­кая водостойкость и водонепроницаемость.

Специальная область применения глиноземистых и высо­коглиноземистых цементов — жаростойкие бетоны. Объясня­ется это тем, что, во-первых, в проду-ктах твердения этого це­мента отсутствует Са(ОН) ₂ (при нагреве переходит в СаО, ко­торый при контакте с водой гасится с увеличением объема) и, во-вторых, при высокой температуре (700-800 °С) между про­дуктами твердения цемента и наполнителями бетона начина­ются реакции в твердой фазе, по мере протекания ко-торых прочность бетона не снижается, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал.

Высокоглиноземистый цемент ВГЦ-I, ВГЦ- II и ВГЦ- III с содержанием ок-сида Al₂О₃ 60, 70 и 80% обладает огнеупорно­стью ≥ 1580, 1670 и 1750°С. Мар-ку высокоглиноземи­стого цемента, как и глиноземистого ГЦ, определяют в возра­сте трех суток. Предел прочности при сжатии МПа в этом воз­расте составляет 35 для марки ВГЦ I, не менее 25-35 для це­мента ВГЦ II и не менее 25 для марки ВГЦ III 25.

Расширяющиеся цементы/

Глиноземистый цемент является компонентом многих рас­ширяющихся цеме-нтов, которые даже при твердении на воз­духе имеют небольшое увеличение в объеме. Безусадочные цементы — это расширяющиеся цементы, у которых рас-ши­рение только компенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплот-няют себя, делая бетон водонепроницаемым. Если расширяющиеся цементы исполь-зуются в железобетон­ных конструкциях, то эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что дополнительно защи-тит его от образования трещин. Такие цементы называют напрягающими.

Эффект расширения вяжущего может быть достигнут с помощью образова-ния эттрингита — гидросульфоалюмината кальция при взаимодействии алюми-натов и сульфатов в вод­ной среде: 3СаО ∙ А1₂О₃ ∙ 3CaSO₄(31-32)H₂O.

Расширяющийся водонепроницаемый цемент (ВРЦ) полу­чают совместным помолом глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и высокоосновного гид-роалюмината кальция С₄АН₁₃ (10%), он является быстросхватывающимся и бы-стротвердеющим гидравлическим вяжущим веществом (R_cж через 6 ч — не ме-нее 7,5 МПа, через 3 суток — не ниже 30 МПа). Линейное расширение твердею-щего цемента на воздухе составляет в воз­расте 1 суток не менее 0,05%. Цемент ис-пользуют при восста­новлении железобетонных конструкций, для гидроизоляции под­земных сооружений, зачеканки трещин и стыков.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают совместным помо-лом высокоглиноземистых шлаков (70%) и двуводного гипса (30%). Гипсогли-ноземистый расширяющийся цемент имеет начало схватывания не ранее 20 мин и конец схватывания не позднее 4 ч от начала затвердевания. Линейное ра-с­ширение твердеющего цемента в состоянии теста нормальной густоты при твер-дении на воздухе составляет в возрасте 28 су­ток не менее 0,1%. Предел проч-ности при сжатии через 1 сут­ки твердения — 35 МПа для марки 400 и 45 МПа для марки 500. Марки цемента соответствуют прочности в трехдневном возрас-те. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент при­меняют для получения безуса-дочных и расширяющихся водо­непроницаемых бетонов, гидроизоляционных штука-турных ра­створов, при бурении скважин и т. п. Он обладает морозо- и атмосферо-стойкостью в растворах и бетонах, изготовляемых на его основе.

Напрягающийся цемент (НЦ) получают совместным по­молом клинкера по-ртландцемента (65-75%), двухводного гипса (6-10%) и высокоглиноземистого компонента (13-20%). Сро­ки схватывания: начало — не ранее 30 мин, конец — не по­зднее 4 ч. Прочность через 1 сутки — не менее 15 МПа, через 28 суток — не менее 50 МПа.

Напрягающий цемент обладает способностью к значитель­ному расширению (до 4%) при твердении в состоянии цемент­ного теста нормальной густоты. В же-лезобетоне НЦ создает после отвердевания в арматуре предварительное напряже-ние. Марки цемента (400 и 500) определяются испытанием образцов — балочек из цементно-песчаного раствора состава 1:1 в возрасте 28 суток. Напрягающий цемент применяют для изготовления кон­струкций из самонапряженного железобе-тона, а также для гид­роизоляции шахт, подвалов, зачеканки швов и т. д.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющих-ся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовыравнивания, а эффект безусадочности гарантирует трещиностойкость покрытия.

Развитие производства вяжущих веществ.

В годы первых пятилеток и особенно после Великой Оте­чественной войны цементная промышленность интенсивно развивалась. Производство цемента за период 1950—1975 гг. возросло в 12 раз и достигло в 1984 г. 130 млн т. Среди совре­менных вяжущих веществ основным является портландцемент, с которым свя-зана эпоха развития производства и применения железобетона в строительстве СССР, который с 1962 г. зани­мал первое место в мире по производству портлан-дцемента.

Существенно улучшается ассортимент цементов, увеличи­вается производство быстротвердеющих портландцемента и шлакопортландцемента. Экономия от при-менения БТЦ мар­ки 600 по сравнению с обычным цементом марки 400 обеспе­чивается за счет сокращения расхода цемента и ускорения про­изводственного цикла изготовления железобетонных изделий. Повышение марки на одну ступень (100) эквивалентно эко­номии 10-15% цемента в бетоне.

Введение гидрофобно-пластифицирующих добавок прида­ет специальные свойства цементам и позволяет снизить рас­ход цемента на 1 м³ бетона на 10—15%); эти же добавки явля­ются интенсификаторами процесса помола клинкера; что обес­печивает снижение расхода электроэнергии.

В 2003 г. утвержден новый стандарт на общестроительные цементы. Ука-занные изменения в стандартах на цемент спо собствуют сближению показателей качества продукции, про­изводимой в различных странах. В частности, введение ГОСТ 30744 устанавливает для це­ментов, производимых отечественной промыш-ленностью, та­кие же методы оценки показателей качества, какие приняты в странах Европы.

Для ускорения твердения бетона применяют цементы с добавками-крентами. Они содержат безводный трехкальциевый сульфоалюминат, сульфоферрит, смесь сернокислого алюми­ния и сернокислого железа. При помоле клинкера обычного по-ртландцемента вводят 2-5% крентов. Они не только ускоря­ют твердение, но и повышают прочность цемента на 5-10 МПа, т. е. на целую ступень. Применение таких цементов на заводах и стройках позволяет отказаться от пропаривания изделий и тем самым сократить затраты топлива и электроэнергии.

Перспективен выпуск вяжущих низкой водопотребности (ВНВ). Их получа-ют помолом портландцементного клинкера в присутствии 2-3 % сухого супер-пластификатора С-3. Эти вя­жущие имеют нормальную густоту цементного тес-та от 18 до 19,5%. Их применяют для изготовления сборных и монолит­ных бе-тонных и железобетонных конструкций с повышенны­ми требованиями к бетону по водонепроницаемости, а также для изготовления обычных бетонов.

Важнейшей задачей является коренная интенсификация технологии цемента с одновременной экономией топлива и энергии. Эта задача решается путем перево-да цементных за­водов с мокрого на сухой способ производства с использова­нием метода предварительной подготовки (декарбонизации) сырья. Значительное сниже-ние затрат топливно-энергетичес­ких ресурсов и решение экологических проблем вовлекают в сферу производства вяжущих веществ промышленные отхо­ды, не тре-бующие обжига (шлаки, золы и т. п.)

На производство гипсовых вяжущих затрачивается в 3-3,8 раза меньше топлива, чем на известь и цемент.

Положительные свойства гипсовых изделий — малая энер­гоемкость тех-нологии, небольшая средняя плотность, огне­стойкость, хорошая звукоизолирующая способность, гигиенич­ность и декоративность — позволяют применять их в раз-лич­ных строительных элементах: стеновых, отделочных, акусти­ческих, теплоизо-ляционных.