Лабораторная работа № 5 определение соДеРжания гипса в цементе

Цель работы: освоить катионитовый метод определения гипса в цементе, установить соответствие требованиям Государственного стандарта содержания SO₃ в цементе.

Теоретические сведения

Измельченный портландцементный клинкер (без гипса) при затворении водой быстро схватывается, получается так называемый «быстряк» – материал, не пригодный для применения в производстве бетонов и растворов. Основное влияние на это свойство цемента оказывает присутствующий в нем трехкальциевый алюминат – .

Для замедления сроков схватывания портландцемента к клинкеру при помоле добавляют природный гипсовый камень (гипс– . Введение гипса обусловлено тем, что при смешивании цемента с водой гипс взаимодействует с трехкальциевым алюминатом по реакции:

Образовавшийся гидросульфоалюминат кальция (эттрингит) обволакивает зерна цемента тонкой пленкой, препятствуя реакции гидратации, и тем самым замедляет схватывание цемента. Эттрингит способствует также построению кристаллической решетки твердеющего цемента и ускорению роста начальной прочности бетонов.

Количество гипса в цементе ограничивается допустимым общим содержанием ангидрида серной кислоты (SO₃), которое по ГОСТ 10178-85 (см. прил.) должно соответствовать требованиям табл. 13.

Таблица 13

Допустимое содержание so3 в цементах

Обозначение цемента*	SO3, мас. %
	Не менее	Не более
ПЦ 400-Д0, ПЦ 500-Д0 ПЦ 300-Д5, ПЦ 400-Д5, ПЦ 500-Д5 ПЦ 300-Д20, ПЦ 400-Д20, ПЦ 500-Д20	1,0	3,5
ПЦ 550-Д0, ПЦ 600-Д0 ПЦ 550-Д5, ПЦ 600-Д5 ПЦ 550-Д20, ПЦ 600-Д20 ПЦ 400-Д20-Б, ПЦ 500-Д20-Б	1,5	4,0
ШПЦ 300, ШПЦ 400, ШПЦ 500, ШПЦ 400-Б	1,0	4,0

*– Условное обозначение цемента состоит:

– из наименования типа цемента – портландцемент ПЦ, шлакопортландцемент ШПЦ;

– марки цемента (прочности при сжатии в 28-суточном возрасте) – 300, 400, 500, 550, 600;

– максимального содержания активных минеральных добавок в портландцементе – Д0 (без минеральных добавок), Д5 (до 5% включительно), Д20 (свыше 5 до 20% включительно);

– обозначения быстротвердеющего цемента – Б.

Содержание оксида серы (VI) – в цементах, изготовленных на основе портландцементного клинкера, согласно ГОСТ 30515-97 (см. прил.), должно быть не менее 1,0 и не более 4% массы цемента.

Таким образом, быстрое схватывание цементов, не устраняемое дополнительным перемешиванием теста, наблюдается у цементов с недостаточным содержанием двуводного гипса. Большой избыток гипса может привести к появлению внутренних напряжений, иногда вплоть до образования трещин вследствие запоздалого появления гидросульфоалюмината кальция в уже затвердевшем цементном камне.

От количества гипса в цементе зависят не только сроки его схватывания, но и такие важнейшие свойства как прочность, скорость твердения, усадочные деформации, морозостойкость и др.

Оптимальное количество гипса устанавливают специальными опытами. Для каждого завода оптимальная дозировка будет иной.

Величина оптимальной дозировки гипса зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента и некоторых других факторов. Чем больше алюминатов кальция в клинкере и чем выше тонкость помола цемента, тем больше гипса следует вводить в него. Следует учитывать, что сам клинкер содержит некоторое количество SO₃. Это определяется его содержанием в сырьевых материалах и золе топлива.

При установлении дозировки необходимо учитывать сорт гипсового камня, доставленного на завод и определяемого по содержанию CaSO₄·2H₂O в гипсовом камне.

Иногда приходится сталкиваться с цементами, характеризующимися так называемым ложным схватыванием. Оно проявляется в том, что цемент при смешивании с водой схватывается почти мгновенно, но при последующем интенсивном перемешивании, особенно с небольшой добавкой воды, дает тесто с нормальными сроками схватывания. Явление ложного схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса, образовавшегося во время помола клинкера в мельницах при повышенных температурах (130…160 °C). Для предотвращения ложного схватывания необходимо охлаждать клинкер перед помолом, а также мельницы при помоле. На бетонных заводах удлиняют время перемешивания бетонной смеси и применяют повторное перемешивание из-за разрушения связей между частицами быстросхватывающегося гипса и образующегося гидросульфоалюмината.