Быстротвердеющий портландцемент

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) получают путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера и гипса; при помоле быстротвердеющего портландцемента допускается введение активных минеральных добавок, предусмотренных ГОСТ 6269–54 (не больше 10% от веса цемента).

Быстротвердеющий портландцемент отличается интенсивным твердением в начальный период (до 3 суток).

Нарастание прочности его в отдаленные сроки твердения (до 28 суток) замедляется, а через более длительный период прочностные показатели быстротвердеющего портландцемента могут быть теми же, что и у обычного высококачественного портландцемента

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) характеризуется более быстрым нарастанием прочности в первые 3 сут. твердения. Более быстрое твердение цемента достигается за счет содержания в клинкере активных минералов (C3S + С3А = = 60...65 %), а также за счет повышения тонкости помола клинкера до удельной поверхности 3500...4000 см2/г. При помоле БТЦ допускается введение активных минеральных добавок (не более 15 %) или доменных гранулированных шлаков (до 20 % по массе цемента).

Быстротвердеющие портландцемент марок 400 и 500 целесообразно применять при изготовлении сборных высокопрочных обычных и предварительно напряженных железобетонных изделий и конструкций. Применение быстротвердеющего портландцемента при возведении сооружений из монолитного бетона позволяет значительно сократить сроки выдержки конструкций в опалубке. При хранении в течение 1...2 месяца БТЦ утрачивает свойство быстро твердеть и набирает прочность, как обычный портландцемент. Следовательно, хранить БТЦ длительное время нецелесообразно.

В ряде случаев применять БТЦ нельзя. Из-за высокого содержания в клинкере C3S и С3А при гидратации образуется большое количество Са(ОН)2 и гидроалюминатов кальция, что делает цементный камень не стойким к химической коррозии. Поэтому БТЦ применяют лишь для конструкций, работающих в неагрессивной среде.

Из бетона, изготовленного на БТЦ, не выполняют массивные конструкции. Чрезмерное тепловыделение вызывает сильный разогрев ядра таких конструкций, в то время как внешние поверхности охлаждаются. Из-за большого перепада температур в теле бетона могут возникнуть термические напряжения, что приводит к растрескиванию конструкции.

Для ускорения твердения бетона применяют также цементы с добавками - крентами. Они содержат безводный трехкальцие-вый сульфоалюминат, сульфоферрит, смесь сернокислого алюминия и сернокислого железа. При помоле клинкера обычного портландцемента вводят 2...5 % добавок. 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 позволит отказаться от пропаривания изделий и тем самым сократить затраты топлива и электроэнергии.

18. Активные минеральные добавки. Определение, классификация. Активные минеральные добавки, виды и применение активных минеральных добавок.

Активными минеральными или гидравлическими добавками называют природные и искусственные материалы, которые при смешивании их в тонкоизмельченном виде с воздушной известью придают ей свойства гидравлического вяжущего вещества, а в смеси сцементом повышают его водо- и сульфатостойкость.

В большинстве случаев взаимодействие извести и активными минеральными добавками основано  на том, что содержащийся в последних активный (аморфный, мелкодисперсный) кремнезем связывает известь в присутствии воды в гидросилиткат кальция, который и обуславливает ее гидравлическое твердение, т.е. нарастание прочности под водой после предварительного затвердевания на воздухе, а также способность сопротивляться выщелачивающему действию воды. Кроме кремнезема в состав активных минеральных добавок входит глинезем, который в присутствии влаги также может взаимодействовать с известью, образуя гидроалюминат кальция, обладающий гидравлическими свойствами.

При твердении из цемента выделяется гидрат окиси кальция, понижающий его сопротивляемость по отношению к выщелачиванию и воздействию некоторых солей, содержащихся в минерализованных водах. Поэтому для повышения водостойкости цемента в пресных и сульфатных водах в него вводят активные минеральные добавки.

Активные минеральные добавки бывают природные и искусственные. К первым относятся осадочные породы: диатомиты, трепелы, опоки и глиежи, также вулканические породы – пеплы, туфы, пемзы, трассы, а ко вторым – доменные гранулированные шлаки , топливные золы и шлаки, искусственно обожженные глинистые материалы и кремнеземные отходы. Все эти добавки в порошковом состоянии при затворении водой не затвердевают.

Диатомит или диатомовая земля представляет собой рыхлую горную породу, состоящую главным образом из скоплений микроскопических панцирей диатомовых водорослей (диатомей) и содержащую кремнезем преимущественно в аморфном состоянии. Трепел – также рыхлая горная порода, состоящая главным образом из мельчайших округлых зерен аморфного кремнезема. Опока - это плотная горная порода, являющаяся продуктом уплотнения диатомитов и трепелов и состоящая также из аморфного кремнезема. Наиболее активная из перечисленных добавок осадочного происхождения - трепел, а наиболее распространенная - опока. Диатомиты и трепелы способны размокать в воде. Это можно использовать при так называемой мокрой присадке этих материалов. Она заключается в том, что разболтанный в воде диатомит или трепел при изготовлении бетонной смеси добавляют в бетономешалку.

При извержении вулканов из кратера выливаются потоки жидкой расплавленной лавы, застывающие по склонам горы в виде более или менее плотной и твердой стекловидной породы (обсидиан, вулканические лавы и шлаки). Кроме того, из кратера вместе с газами и парами выбрасываются мелкие куски и пылеобразные частицы этой лавы. Они уносятся ветром иногда на значительные расстояния, охлаждаются воздухом или вулканическими дождями, сопровождающими извержение, и падают на землю, где отлагаются в виде пористых вулканических пород с различной величиной зерен. Вулканический пепел представляет собой рыхлые,  частично уплотненные отложения вулканических пород. Туф - это уплотненный и сцементированный вулканический пепел, трасс - метаморфизованная разновидность вулканического туфа, пемза - камневидная порода пористого губчатого строения.

Все вулканические породы, встречающиеся в природе в землисторыхлом состоянии, называют пуццоланами (по названию итальянского селения Поццуоли в Неаполитанском заливе, где они впервые стали разрабатываться). К пуццоланам относят все пористые вулканические материалы, состоящие из отдельных мелких зерен или небольших кусков (например, вулканические пески). Иногда пуццоланами обобщенно называют все виды активных минеральных добавок.

Для всех вулканических добавок характерно сравнительно высокое содержание кремнезема и глинозема. Активность активных минеральных добавок зависит от скорости охлаждения расплавленной вулканической магмы. Особенно быстро охлаждается лава, попавшая в воду в тех случаях, когда вулканы находятся вблизи морей или рек. Быстроохлажденные вулканические породы обладают большим запасом химической энергии. Такие добавки часто в значительной части или почти целиком состоят из стекла.

Вулканические добавки характеризуются высоким содержанием алюмосиликатов. При введении этих добавок в состав цементов свободная известь связывается нерасстеклованной алюмосиликатной составляющей этих добавок.

На активность этих добавок влияет также содержание в них химически связанной воды. Это подтверждается тем, что вулканический трасс после прокаливания теряет способность придавать извести гидравлические свойства.

К искусственно обожженным глинистым материалам относятся глинит, цемянка, керамзит, аглопорит, горелые породы (самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы). Обожженная глина в виде измельченного в порошок битого кирпича (цемянки) применялась еще в древней Руси в качестве гидравлической добавки в смеси с воздушной известью.

Для получения глинита глину необходимо обжечь при температуре порядка 600-800 С.

В некоторых местах встречается так называемый глиеж, что означает глина, естественно жженая (гли-е-ж). Глиеж осадочного происхождения, он относится к горелым породам  и является продуктом природного обжига глины.

Кремнеземистые отходы (сиштоф) представляют собой богатые кремнекислотой материалы, получаемые в производстве сернокислого алюминия при извлечении глинозема из глины. Такие же отходы получаются и при производстве АIСl₃ из каолинита методом хлорирования в присутствии СО. Эти отходы являются весьма активной добавкой.

Топливные шлаки и золы - побочный продукт, образующийся при сжигании некоторых видов топлива. В составе минеральной части топливных зол и шлаков обычно преобладают кислотные окислы. Содержание кремнезема, глинозема и окиси железа в кислых шлaках и золах превышает 50%.

Активность зол зависит от температурного режима сжигания топлива, а также от размера его кусков и продолжительности пребывания в зоне высоких температур. Как и глинистые материалы, наибольшей активностью обладают золы топлива, сжигаемого при температуре 600-800 С. При более высокой температуре сжигания топлива качество золы как активной минеральной добавки снижается.

При сжигании горючих сланцев и некоторых других видов топлива получаются основные золы, которые сами по себе являются медленно твердеющими вяжущими веществами.

Активность активных минеральных добавок, определяемая по поглощению извести из известкового раствора (в мг СаО на 1г добавки) составляет: у диатомитов, трепелов и опок – 150-400; вулканических пеплов, пемзы и туфа – 50-150; трассов – 60-150; глиежей – 30-100; обожженных глин, топливных шлаков и зол – 50-100. Добавки с меньшей активностью относятся к инертным.

Количество несгоревших частиц топлива в топливных шлаках не должно превышать 15%, а в топливных золах 20% SO3 в топливных шлаках и золах должно быть больше 3%.