10. Быстротвердеющие (бтц) и высокомарочные цементы, их состав, свойства и рациональное применение.

Для ряда строительных нужд и, в частности, для заводского изготовления сборных ж/б строительных конструкций и деталей, а также для скоростного строительства необходим быстротвердеющий цемент (БТЦ), для которого характерно более интенсивное, чем для обычного ПЦ, нарастание R в начальный период твердения. В отдаленные сроки нарастание R замедляется и через длительный период он может приблизиться по прочности к обычному ПЦ.

Предел R при сжатии БТЦ через 3 сут д.б согласно ГОСТ не менее 25, а через 28 сут-40 МПа. Предел R при изгибе через 3 сут дб. не менее 4,5 МПа. Через одни сутки предел R_сж образцов из этого цемента, подвергнутых пропариванию по режиму 3+2 + 2 (подъем температуры +выдержка при 85 ± 5°С +остывание, в час), д.б. не менее 26 МПа. Для получения предварительно-напряженного бетона высоких марок нужен высокопрочный портландцемент (ВПЦ). К классу высокопрочных - цементы марок 550 и 600. Предел R этого цемента в 28-суточном возрасте д.б. не менее 60 МПа, а при изгибе не менее 6,5 МПа. Этот цемент не должен обладать признаками «ложного схватывания».

Сырьевые материалы для производства БТЦ и ВПЦ д.б., возможно, более однородными по хим. составу и содержать наименьшее количество нежелательных примесей. Желательно, чтобы в сырьевой смеси не было термически стойких щелочных алюмосиликатов кальция, полевого шпатa, слюды, магнезиальных и кремнистых известняков. Помол сырьевых материалов д.б. более тонким (остаток на сите с сеткой № 008 не более 3 - 5%), чем при получении обычного ПЦ. БТЦ и ВПЦ нужно быстро обжигать и быстро охлаждать.

Содержание C₃S в БТЦ д.б. не менее 50, а в ВПЦ - не менее 60%. К БТЦ можно добавлять не более 10% (от массы цемента) АМД и не более 15% доменных гранулированных шлаков. Эти добавки связывают выделяющийся при гидролизе С₃S гидрат окиси кальция, тем самым, ускоряя взаимодействие C₃S с водой. Добавка небольшого количества трепела, кроме того, способствует более равномерному нарастанию прочности без сбросов. В ВПЦ допускается вводить до 5% АМД.

Лучшему качеству цемента соответствует четкая кристаллизация и правильная форма кристаллов основных минералов ПЦ-гo клинкера (предпочтительнее кристаллы алита правильной гексагональной и призматической формы и округлые плотные кристаллы белита со слегка зазубренными краями).

При обычной тонкости помола в заводских мельницах степень использования активности цемента в растворах и бетонах через 28 сут твердения составляет лишь 55-60%. Для ускорения твердения цемента его нужно размалывать более тонко (S_уд не ниже 3500 см² /г), это ускоряет процессы гидратации и гидролиза зерен цемента и повыш. R в первые сроки после затворения водой. При более тонком помоле цемента необходимо вводить в его состав повышенное количество гипса. Нужно не допускать при помоле повышения температуры цементa во избежание ложного схватывания.

Большое значение имеет гранулометрический состав цементного порошка. Повышение содержания зерен мелких фракций ускоряет процесс нарастания прочности цемента о первые сроки после затворения водой и позволяет получать БТЦ. Увеличение количества зерен средних фракций обеспечивает более высокую прочность в последующие сроки (через 28 сут) и следовательно, способствует получению ВПЦ. БТЦ и ВПЦ отличаются высоким содержанием частиц размером 0-30 мкм при обеспече­нии относительного преобладания частиц размером 0-5 мкм в БТЦ и 5- 30 мкм в ВПЦ. БТЦ и ВПЦ вследствие тонкого измельчения и повышенного содержания C₃ S сравнительно быстрее теряют активность при длительном хранении.

Эффективность применения ВПЦ и БТЦ в строительстве и строительной индустрии обусловлена возможностью повышения марки бетона, что приводит к уменьшению массы изделий и экономии бетона на 8 - 30 %, стали - до 15 % и снижению стоимости изделий на 3 - 15 %, уменьшением материалоемкости, сокращением технологического цикла их изготовлении, монтажа, повышением несущей способности и надежности конструкций, здании и сооружений.

Особенно эффективно применение ВПЦ в армоцементных и керамзитобетонных, а также в предварительно напряженных конструкциях. При использовании БТЦ появляется реальная возможность сократить производственный цикл, увеличить оборачиваемость форм. Изделия на БТЦ и ВПЦ рекомендуется пропаривать при температурах не выше 80°С. Цикл пропаривания сокращается до 4-5 ч вместо 8—10 ч при использовании бетонов на обычных цементах.

Сверхбыстротвердеющие цементы позволяют полностью отказаться от пропаривания изделий на заводах сборного железобетона, заменив его предварительным твердением в течение 1-1,5 сут.

Кроме того, целые направления производства строительных материалов всецело зависят именно от поставок специальных цементов. Так например, производство пенобетона становится экономически обоснованным и высокорентабельным только при использовании быстротвердеющих цементов марок М-500 и М-600.

При применении БТЦ и ВПЦ следует учитывать их высокую чувствительность к перевозкам и длительному хранению. Высокопрочные тонкодисперсные цементы марки 600 и выше целесообразно использовать в течение трех недель после их изготовлении.

Быстротвердеющий портландцемент отличается от обыкновенного более интенсивным нарастанием прочности в начальной период твердения.

Получить его можно либо путем более тонкого помола обычного клинкера, либо применением клинкера определенного минералогического состава. Однако повышать тонкость помола цемента невыгодно, так как это снижает производительность помольного оборудования и увеличивает расход электроэнергии. Поэтому более выгодный путь получения быстротвердеющего цемента - регулирование минералогического состава клинкера.

Цементы с высоким суммарным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (не менее 60%) оказываются, какправило, быстротвердеющими.При этом содержание C₃S должно быть неменее 50-52%,аС₃А-8-10%

Ускорению твердения цемента в начальный период способствует также уменьшение содержания в нем активных минеральных добавок. Содержание последних в быстротвердеющем портландцементе не должно превышать 10%; исключение составляют доменные гранулированные шлаки, которые обладают некоторыми вяжущими свойствами, а потому их содержание в быстротвердеющем портландцементе допускается не более 15%.

По ГОСТ 10178-62 БТЦ через 3 суток твердения в стандартных условиях в растворе 1 : 3 должен иметь предел прочности при изгибе не менее 40 кгс/см² . 28-суточная прочность быстротвердеющего портландцемента не регламентированная и характеризуется примерной маркой 400. Тонкость помола БТЦ выше, чем у обычного портландцемента (2500-3000 см/г²), и составляет 3500-4000 см/г².

Разновидностью быстротвердеющего портландцемента является особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ). Отличается он отљ БТЦ еще более интенсивным темпом нарастания прочности в начальной период твердения.

Получают особо быстротвердеющий портландцемент так же, как и БТЦ. Минералогический состав клинкера особо быстротвердеющего портландцемента ОБТЦ должен быть таким, чтобы содержание трехкальциевого силиката в нем было 60% и более, а трехкальциевого алюмината - не более 8%. Особо быстротвердеющий портландцемент марки 600 должен в односуточном возрасте иметь предел прочности при сжатии 200-250 кгс/см2, а в трехсуточном - 300-350 кгс/см2.

ОБТЦ измельчают до удельной поверхности 4000-4500 см/г2. При весьма тонком измельчении содержание гипса в этом цементе желательно довести до 4% (в расчете на SO3), т.е. несколько выше предела, допускаемого стандартом (3,5%). Добавка 5-8% трепела способствует равномерному росту прочности к 28-суточному возрасту, хотя при этом несколько снижается односуточная прочность.

В настоящее время БТЦ - основной вид вяжущего для изготовления сборного железобетона. Применение БТЦ в заводском производстве железобетонных конструкций позволяет снизить расход цемента в бетоне на 10-15%, ускорить тепловую обработку при меньших энергозатратах, увеличить оборот металлических форм и тем самым сэкономить металл. Сокращение общей продолжительности производственного цикла дает возможность получить больше продукции на том же оборудовании.

Быстротвердеющий портландцемент используют также в монолитных немассивных железобетонных конструкциях для ускорения набора прочности, в особенности при зимнем бетонировании. Тонкомолотый БТЦ может быстро портиться под влиянием влаги и СО₂ воздуха, теряя свою активность. Поэтому его не следует долго хранить.

Повышенное тепловыделение БТЦ исключает возможность его применения для массивных конструкций, а БТЦ с повышенным содержанием трехкальциевого алюмината непригоден для бетона, подвергающегося сульфоалюминатной коррозии.