16. Портландцемент с органическими добавками

В современной технологии бетона широко используют поверхностно-активные добавки в количестве 0,05...0,3% от массы цемента.

К гидрофильным добавкам относится сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), которая улучшает смачивание частиц цемента водой, при этом ослабляются силы взаимного сцепления между частицами вяжущего, повышаются пластичность цементного теста и подвижность бетонной смеси.

К гидрофобизующим добавкам относятся мылонафт, асидол, синтетические жирные кислоты и их соли и кремнийорганические жидкости (ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94). Мылонафт — натриевое мыло нафтеновых кислот. Синтетические жирные кислоты изготовляют путем окисления парафина. Жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-П представляют собой водно-спиртовые растворы метил- и этилсиликоната натрия, способные смешиваться с водой. Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94 — продукт гидролиза этил-дихлорсилана, ее применяют в виде водной эмульсии.

К добавкам-микропенообразователям относятся абиетат натрия и омыленный древесный пек. Абиетат натрия получают омылением канифоли едким натром. Омыленный древесный пек представляет собой нейтрализованные щелочью смоляные кислоты древесного пека хвойных пород.

Комплексные добавки обычно состоят из гидрофилизующих и гидрофобизующих поверхностно-активных веществ.

Синтетические химические добавки — суперпластификаторы (С-3, 40-03 и др.) — в последнее время получают все большее применение в технологии бетона. Они оказывают повышенное пластифицирующее действие на бетонные смеси, улучшают структуру и повышают прочность и морозостойкость бетона.

Пластифицированный портландцемент отличается от обыкновенного содержанием поверхностно-активной пластифицирующей добавки. СДБ в количестве до 0,25% (в расчете на сухое вещество) повышает подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси и придает затвердевшим бетонам высокую морозостойкость. В качестве пластифицирующих добавок применяют СДБ, которую можно вводить как при помоле цемента, так и непосредственно в бетонную смесь во время ее приготовления. Молекулы СДБ образуют вокруг цементных зерен водные оболочки, выполняющие роль гидродинамической смазки, уменьшающей трение между зернами, благодаря чему повышается пластичность цементного теста. За счет пластифицирующего действия добавки появляется возможность снижения В/Ц в бетоне на 5...10%. Если же сохранить В/Ц, то можно снизить расход цемента (примерно на 10... 18%) без ухудшения качества бетона.

Внедрение пластифицирующих добавок не приводит к созданию новых видов цемента, а лишь придает исходному дополнительные свойства (более высокую пластичность). Поэтому пластифированные цементы могут применяться наряду с обыкновенный, обеспечивая получение более удобоукладываемых бетонных смесей и морозостойких бетонов.

Гидрофобный портландцемент отличается от обыкновенного держанием поверхностно-активной гидрофобизующей добавки: мылонафта, асидола, асидол-мылонафта, олеиновой кислоты или окислительного петролатума, нафтеновой кислоты и ее соли, синтетических жирных кислот и их кубовых остатков, кремнийорганических полимеров и др. Эти вещества вводят в количестве 0,1 ...0,2% от массы цемента в расчете на сухое вещество добавки. Гидрофобизующие добавки образуют на зернах цемента тонкие (мономолекулярные) пленки, уменьшающие способность цемента смачиваться водой. Такой цемент, находясь во влажных условиях, сохраняет активность и не комкуется. В то же время в процессе перемешивания бетонной смеси адсорбционные пленки сдираются с поверхности цементных зерен и не препятствуют нормальному твердению цемента. В процессе приготовления бетонов некоторые гидрофобизующие добавки вовлекают в бетонную смесь большое количество мельчайших пузырьков воздуха — до 30...50 л на 1 м³ бетонной смеси (3...5% по объему). Вовлеченный воздух или, если нет добавочного воздухововлечения, адсорбционные слои, активные в смазочном отношении, улучшают подвижность и удобоукладываемость смеси, а наличие в отвердевшем бетоне мельчайших замкнутых пустот способствует повышению морозостойкости бетона. Гидрофобный цемент отличается и более высокими водостойкостью и водонепроницаемостью.

19. Белый портландцемент (ГОСТ 965 — 41) получают из клинкера чистого известняка и белой глины, свободных от окиси железа и марганца.

Клинкер отбеливают в специальных аппаратах при температуре 800° — 1000 °С. При этом окись железа восстанавливается до закиси. В результате отбеливания портландцемент теряет зеленоватый оттенок и приобретает белый цвет.

При мокром способе производства степень белизны повышается, если в сырьевую смесь добавить хлористые соли, образующие при обжиге летучее хлорное железо. К готовому клинкеру при помоле добавляют гипс для регулирования сроков схватывания и твердения, активные минеральные добавки (до 6%); инертные добавки — известняки; кварцевый песок (не более 10%)ь, пластифицирующие или гидрофобные добавки (не более 0,25%).

Мельницы для помола клинкера облицовывают внутри каменными плитами или плитами из стали повышенной твердости, чтобы в цемент не попало железо. Мелющие шары тоже делают из камня или из стали высокой твердости. Белый портландцемент выпускается трех сортов в зависимости от степени белизны: БЦ-1, БЦ-2 и БЦ-3. Сорта определяют при помощи специальной цветовой шкалы. Белый цемент бывает трех марок: 300, 400, 500. Тонкость помола этого цемента должна быть такой, чтобы через сито № 008 проходило не менее 90% цементного порошка, взятого для просеивания.

Схватывание белого портландцемента должно начинаться не ранее чем через 30 мин. и заканчиваться не позднее чем через 12 час после начала затворения.

Белый портландцемент — это декоративный вяжущий материал, предназначенный для архитектурно-отделочных, штукатурных, скульптурных и малярных работ; из него также изготовляют строительные детали.

Если в белый цемент добавить щелочестойкие красящие вещества — пигменты, то можно получить цемент любого цвета.

Белый цемент перевозят и хранят в многослойных мешках из непропитанной бумаги. Нельзя допускать его увлажнения и загрязнения всякого рода примесями.

Цветные и белый портландцементы - это разновидности обычного портландцемента, имеющие различные цвета. Белый портландцемент получается из клинкера, содержащего малое количество  окиси железа. Цветные портландцементы получаются, в зависимости от цвета, из белого и светлых тонов клинкера путем его измельчения в сочетании с добавлением красящего пигмента. Также цветной портландцемент получается из окрашенного при обжиге клинкера. Минеральный пигмент в составе цветного цемента не должен превышать 10%, а органический - 0,3%.

Химический состав белого цемента отличается от состава обычного портландцемента высоким содержанием 5Ю2 (23,4- 25,5%), А12Оз (5,5-7%) и малым количеством окислов железа. Содержание в составе окислов железа влияет на цвет портландцементного клинкера, и белого в том числе.

20. Глиноземистый цемент (ГОСТ 969-77) – быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, являющееся продуктом тонкого помола обожженной до сплавления или спекания сырьевой смеси, богатой глиноземом и окисью кальция. Глиноземистый цемент содержит преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент быстротвердеющий, но не быстросхватывающийся.

Начало его схватывания должно наступать не ранее 45 минут, а конец – не позднее 12 часов. Вводя различные добавки в глиноземистый цемент, регулируют сроки его схватывания. При введении гидратов окиси кальция и натрия, карбоната натрия, двуугекислой соды, сульфатов натрия, кальция и железа, цемента схватывания глиноземистого цемента ускоряют, а при введении хлористых натрия, калия, бария, азотнокислого натрия, соляной кислоты, глицирина, сахара, уксуснокислого натрия, буры – схватывание замедляют. При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество тепла (за первые сутки 70-80% всего тепла), что приводит к значительному повышению температуры в первые сроки твердения. Это свойство цемента используют при низких температурах для зимних работ. Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600.

Прочность глиноземистого цемента характеризуется спадами и подъемами в различные периоды твердения. Чем быстрее идет процесс гидратации, тем чаще наблюдается падение прочности. Бетон на глиноземистом цементе более плотный и водонепроницаемый, а коррозийная стойкость выше, чем бетона на цементе. Бетоны и растворы на глиноземистом цементе достаточно морозостойки. Несмотря на хороший показатели свойств, глиноземистый цемент не получил такого широкого распространения, как цемент, так как сырья для его производства значительно меньше и стоимость намного выше.

Глиноземистый цемент применяют для получения быстротвердеющих строительных и жаростойких растворов и бетонов, используемых при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании, при строительстве сооружений, подвергающихся действию минерализированных вод и сернистых газов.

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, являющееся продуктом тонкого помола обожженной до сплавления или спекания сырьевой смеси, состоящей из бокситов и извести (или известняка). Состав смеси таков, что в готовом продукте преобладают низко-основные алюминаты кальция.

Химический состав глиноземистого цемента следующий: Аl₂О₃ — 30-50%; CaO — 35-45%; SiO₂ — 5-15%; Fе₂O₃ – 5-15 %.

Минералогический его состав может существенно меняться в зависимости от химического состава сырьевой смеси и способа производства.

Наиболее важными соединениями являются алюминаты кальция: СаО*Аl₂О₃(СА), 5СаО*3Аl₂О₃(С₅A_З) и СаО*2АI₂О₃(СА₂).

В глиноземистом цементе всегда присутствует одно кальциевый алюминат. Он является основным его компонентом. Глиноземистые цементы делятся на высокоизвестковые, содержащие более 40% СаО, и малоизвестковые, в которых СаО менее 40%. В высокоизвестковых цементах наряду с однокальциевым алюминатом присутствует С₅А₃, а в малоизвестковых – СA₂.

Однокальциевый алюминат может образоваться в результате реакций в твердой фазе или путем кристаллизации из расплава. В зависимости от состава и условий образования СА форма его кристаллов бывает различной (призматическая, дендритная, скелетная). Однокальциевый алюминат часто образует твердые растворы с ферритом, хромитом и другими составляющими систему компонентами. Это соединение в чистом виде характеризуется нормальными сроками схватывания и высокой прочностью В ранние сроки твердения, не падающей и в дальнейшем. Пятикальциевый трехаалюминат встречается в виде двух модификаций: устойчивой А-формы и неустойчивой А-формы. Состав этого минерала выражается также формулой 12СаО*7АI₂0_З(СI₂А₇). В А-С₅А₃ могут растворяться различные окислы глиноземистого цемента. Ряд исследователей считают, что в действительности он является соединением 6СаО*4Аl₂О₃*FеО*SiO₂, в котором FеО может замещаться MgO, а SiO₂ — ТiO₂. В глиноземистых цементах С₅А₃ встречается главным образом в устойчивой модификации. В чистом виде С₅А₃ быстро ,схватывается и дает в первые сроки твердения довольно высокую прочность, понижающуюся, однако, в дальнейшем.

Однокальциевый двухалюминат также встречается в виде двух модификаций: устойчивой и неустойчивой. Состав этого минерала выражали ранее формулой 3СаО*5Аl₂О₃ (С₃А₅). В глиноземистом цементе обнаружена устойчивая форма СА2. Она образует крупные игольчатые призматические кристаллы. Отдельно взятый СА2 гидратируется и схватывается медленнее других алюминатов кальция, но отличается сравнительно высокой прочностью через длительное время.

В глиноземистом цементе содержатся также 2СаO* SiO₂ и геленит — 2СаО*SiO₂*АI₂О₃. Двухкальциевый силикат обычно встречается в зернах круглой формы. Часто наблюдаются двойники. Отличаясь медленным твердением, двухкальциевый силикат понижает прочность глиноземистых цементов в первые сроки. Геленит кристаллизуется в виде таблиц, призм; чаще он дает в глиноземистых цементах крестообразные формы или тонкоструктурные прорастания с СА. Геленит — практически неактивный компонент глиноземистого цемента. В насыщенном известково-гипсовом растворе его активность несколько повышается. Вяжущие свойства геленита в стеклообразном и мелкокристаллическом состоянии выше, чем в крупнокристаллическом. На образование геленита затрачивается глинозем. Это уменьшает содержание наиболее активных компонентов — алюминатов кальция. Таким образом, следует стремиться к тому, чтобы в глиноземистых цементах содержалось возможно меньше SiO₂. Присутствие лишь небольшого его количества (до 4-5%) действует благоприятно, по-видимому, из-за способности СА растворять такое количество в своей кристаллической решетке.

Железосодержащие составляющие встречаются в глиноземистых цементах в виде твердых растворов в пределах составов С₆А₂F-С₂F. Возможно также присутствие 2СаО*Fе₂O₃, СаО*Fе₂О₃, Fе₃O₄ и FеО.

Наличие MgO в глиноземистом цементе вызывает образование магнезиальной шпинели — MgO . АI₂О₃. Она может также присутствовать в виде периклаза (MgO), окерманита (2СаО* MgO*2SiO₂) и четверного соединения 6CaO*4Аl2O3*MgO*SiO2. Связывая глинозем и малоактивные соединения, окись магния ухудшает свойства глиноземистого цемента.

В бокситах содержиться некоторое количество окиси титана, которая может образовывать первскит — CaO*TiO₂, также не гидратирующийся при воздействии воды. В глиноземистых цементах возможно присутствие и других компонентов, количество которых, однако, весьма незначительно

21.

Материалы для приготовления бетонов. Требования к ним.

Заполнители – занимают 85-90% всего объема бетона. Заполнители бывают природного, искусственного происхождения, а также их отходов промышленности. Природные заполнители получают путем дробления горных пород (известняков, гранитов, мраморов, диабазов). Искусственные заполнители получают из природного сырья по специальным технологиям (керамзит). Отходы – золы, шлаки, золошлаковые смеси. Заполнители бывают крупные (щебни, гравий d= 5-70мм или до 150мм) и мелкие (пески d= 0,14-5мм). В бетоне должны находится заполнители разных фракций (размеров). Делятся они по размерам сит – 0,14; 0,315;0,63;1,25;2,5;5;10;20;40;70- размеры ячеек в мм. В зависимости от характера формы зерен, заполнители бывают неправильной формы и правильной формы (округлой). Форма зерен влияет на плотность бетонной смеси. Заполнители с округлой формой образуют более пластичные бетонные смеси. В зависимости от характера поверхности, заполнители бывают - с шероховатой поверхностью (щебень, дробленый песок) - с гладкой окатанной поверхностью (гравий, речной и морской песок). Существуют заполнители с игольчатой или пластинчатой формой зерен. При приготовлении бетона такие заполнители укладывают строго горизонтально, бетоны получаются неоднородного состава. Содержание таких зерен ограничивается требованиями ГОСТа. Песок. В зависимости от минералогического состава пески бывают - полевошпатные - кварцевые -известковые и др. Лучшими для приготовления бетона являются кварцевые пески. В зависимости от происхождения бывают: морские, речные (содержат мало пыли, имеют окатанную форму) и овражные (горные) пески (содержат много пыли и глины). В зависимости от модуля крупности Мкр пески бывают: повышенной крупности с модулем 3-3,5, крупные 2,5-3, средние 2-2,5, мелкие 1,5-2, очень мелкие 1-1,5. Мелкие и очень мелкие пески в бетонах не применяются, т.к. они содержат много пыли и глины, которая требует большего расхода вяжущего вещества. Содержание пыли и глины ограниченно ГОСТом, их содержание в песке не должно превышать 2-5% (2-3%) (определяется методом отмучивания). Гравий Гравий состоит из более или менее ока­танных зерен размером 3-70 мм. В нем могут со­держаться зерна высокой прочности, например гра­нитные, и слабые зерна по­ристых известняков. Гравий обычно содержит примеси пыли, глины, иногда и органических веществ, а также песка. При большом содержании песка такой материал называют песчано-гравийной смесью, или гравилистым песком. В зависимости от происхождения различают гравий овражный (горный), речной и морской. Овражный (горный) гравий обычно загрязнен примесями, речной и морской - более чистые. Зерна морского и речного гра­вия вследствие истирания водой обычно имеют округлую форму, иногда со слишком гладкой поверхностью, не да­ющей прочного сцепления с цементным раствором, что понижает прочность бетона. Зерна овражного (горного) гравия более остроугольные. При изготовлении бетона большое значение имеет максимально допускаемая крупность гравия, определяе­мая размером отверстия сита, на котором полный оста­ток не превышает 5 % общей навески. Прочность зерен гравия должна обеспечивать полу­чение прочности бетона выше заданной на 20-50 %. В гравии допускается не более 1 % (по массе) гли­нистых, илистых и пылевидных примесей, количество ко­торых определяют отмучиванием. Щебень Основное требование – прочность. Получают путем дробления горных пород или дробления крупного камня. Прочность щебня из горных пород определяется его пределом прочности при сжатии. Показатель прочности щебня получаемого из гравия служит показателем дробимости (Др). Др8, Др12, Др16, Др24 – марки по дробимости, цифры обозначают процентное содержание раздробленных зерен. Для щебня ограниченно содержание пыли и глины т.е. оно не должно привышать 1-2%. Требования к воде затворения. Для приготовления бетона используется вода с рН= 4-12,5. Вода не должна содержать органических примесей, жиров, масел, нефтепродуктов, взвешенных частиц пыли, глины и песка. Органические примеси содержащие фенолы и сахара снижают гидратацию цемента