книги из ГПНТБ / Канцепольский, И. С. Глиеж-портландцемент для гидротехнических сооружений

Рис. 3. Рентгенограмма цементов, подвергавшихся попеременному замораживанию и оттаиванию:

/ —семипалатинский, 2 - куаасайскнй, 3 —брянский.

(рис. 3), лишая цементное тесто кристаллогидратного каркаса, придающего цементному камню жесткость и изменяющего его структуру. Поглощая выделяющуюся при гидролизе известь, тре­ пел образует массу низкоосновных волокнистых гидросиликатов, по своей структуре очень близких к гелям. Подобные структуры легко разрушаются при действии на них попеременного заморажи­ вания и оттаивания. Большую роль при этом, очевидно, играет пористость, зависящая от структуры цементного камня. Наличие кристаллогидратов гидроокиси кальция и значительное уменьше­ ние количества гелеобразной фазы обусловливают образование структуры, обеспечивающей устойчивость цементного камня про­ тив попеременного замораживания и оттаивания.

исследования образцов, подвергавшихся попеременному замора­ живанию и оттаиванию. На рентгенограммах (см. рис. 3) образ­ цов семипалатинского и кувасай'ского пуццолановых цементов через 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания ин­ тенсивность линий гидрата окиси кальция такая же, как и на рентгенограммах близнецов, подвергнутых 250 циклам. Другими словами, количество гидрата окиси кальция в этих цементах на протяжении 250 циклов практически не меняется. Прочность же образцов из этих цементов через 250 циклов попеременного замо­ раживания и оттаивания заметно увеличилась по сравнению с 28-суточной (табл. 14).

Иная картина наблюдается при рассмотрении рентгенограммы образцов брянского пуццоланового цемента. Линии гидрата окиси кальция имеются только на рентгенограммах образцов, подвер­ гавшихся 25 циклам замораживания и оттаивания; на рентгено­ граммах образцов после 100, 175, 250 циклов они не обнаружива-,

21

цементного камня. Это подтверждается термографическим анали­ зом гидратированных цементных образцов (рис. 4).

Пробы для анализа готовились путем дробления образцов, их сушки в сушильном шкафу и отделения гидратированного цемента от песка легким растиранием в фарфоровой ступке. Для прекра­ щения дальнейшей гидратации пробы обрабатывались спиртом и эфиром, а затем снова высушивались в сушильном шкафу при>

50°С.

Некоторое количество измельченного песка, несмотря на предосторожности, оставалось в пробах (проходило через сито-

Г\

I

/ \

Рис. 4. Крывые ДТА гидратированных цементов:

/ —брянский пуццолаповый, 2 —семипалатинский пуццолановый, 3 —кувасайский пуццолаиовый, 4—кувасайский бедобавчный.

вместе с цементом). В связи с этим термографический и рентгено­ графический анализы данных проб могут рассматриваться только- с качественной стороны.

На термограммах кувасайского и семипалатинского пуццолановых цементов, твердевших в воздушных условиях, в течение годасохраняются эндотермические эффекты гидрата окиси кальция при 460—500°С (рис. 4). Кроме того, фиксируются эндотермичес­ кие эффекты кальцита при 800—870°, образующегося вследствие карбонизации Са(ОН)г и двухкальциевого гидросиликата; экзо­ термический эффект при 900° и выше характерен для протекания» фазовых реакций извести и кремнезема.

24

На термограммах брянского пуццоланового портландцемента наблюдается совершенно другая картина. Экзотермический эф­ фект здесь фиксируется при температуре 860—900°С и свидетель­ ствует о присутствии гидросиликатов группы CSH(B). На термо­ граммах этого цемента, твердевшего на воздухе, эндотермический эффект появляется при 640°С, что характерно для ватерита; эндо­ эффект кальцита отсутствует. Кроме того, уже через 28 суток твердения на термограммах этого цемента не обнаруживается эффекта гидрата окиси кальция. Последнее хорошо подтвержда­ ется рентгенографическим анализом (рис. 5). На рентгенограммах брянского пуццоланового портландцемента отсутствуют линии

О

4,89 и 2,62 А, характерные для Са(ОН)2.

На термограммах бездобавочного портландцемента фиксируют­ ся эндотермические эффекты гидрата окиси кальция при 480— 520°С и кальцита при 800—820°С, а экзотермических эффектов не наблюдается.

Изучались также линейные деформации этих цементов. Уса­ дочные деформации определялись по методике Гипроцемента в образцах-балочках размером 4X4X16 см из цементного теста пла­ стичной консистенции. При формовке образцов в торцовые стенки вставлялись металлические шарики диаметром 5 мм. После изго­ товления образцы хранились в течение 24 час. в ванне с гидрав­ лическим затвором, а затем переносились на воздух, где происхо­ дило дальнейшее твердение. Усадочные деформации определялись на приборе с индикатором часового типа.

Результаты определения, приведенные в табл. 16, показыва­ ют, что брянский пуццолановый портландцемент при твердении на воздухе обнаруживает усадочные деформации, более чем вдвое превышающие деформации семипалатинского и кувасайского це­ ментов, которые незначительно превышают усадку бездобавочно­ го портландцемента.

Усадка образцов, приготовленных из брянского пуццоланового портландцемента, через два года твердения на воздухе составила 7,12 мм/м, а семипалатинского и кувасайского — 2,17 и 2,93 мм/м соответственно.

Выполненные исследования позволяют следующим образом представить процессы твердения пуццолановых цементов на воз­ духе. При применении высокоактивных минеральных добавок типа трепела или опоки выделяющаяся при гидролизе C3S свободная гидроокись кальция быстро связывается в низкоосновные гидро­ силикаты группы CSH (В), идентифицируемые по экзотермичес­ кому эффекту при 860—900°С. Эти гидросиликаты, как известно,, обладают волокнистой, гелеобразной структурой, и при их карбо­ низации и высыхании обнаруживается значительная усадка твер­ деющего пуццоланового портландцемента. При карбонизации CSH (В) на воздухе происходит разложение его на ватерит и аморфный кремнезем, не обладающие вяжущими свойствами, что>

25

Рис. 5. Рентгенограммы гидратированных цементов:

/-брянский, 2 —семипалатинский, 3 —кувасайский.

Т а б л и ц а 16

Величина усадочных деформаций цемейтов, твердевших на воздухе (эталон — 161,5 мм)

способствует снижению прочности пуццоланового портландцемен­

10000 см2/г), намного повышают водопотребность цемента, что в свою очередь значительно понижает его морозостойкость и уве­ личивает усадочные деформации при высыхании.

При использовании активных минеральных добавок вулкани­ ческого происхождения таких, как витрофиры, а также глиежей, свободная известь в твердеющем пуццолановом портландцементе связывается значительно медленнее и вплоть до года находится в свободном состоянии. В этих условиях, когда жидкая фаза твер­ деющего цемента пересыщена известью, не могут образоваться низкоосновные гидросиликаты группы CSH (В), и активный крем­ незем минеральных добавок, взаимодействуя с известью, образует двухкальциевый гидросиликат.

Карбонизация глиеж-портлаидцемента или цемента с добавкой витрофиров приводит в основном к образованию кальцита вслед­ ствие карбонизации свободного гидрата окиси кальция и двукаль­ циевого гидросиликата. Формирование кристаллических скопле­ ний кальцита при твердении цемента на воздухе и приводит к уве­ личению прочности цементного камня.

Другими словами, кристаллический Са(ОН)2 и кальцит созда­ ют жесткий каркас, прорастающий волокнистыми гидросиликатами кальция (по-видимому, C2SH2). Наличие такого каркаса умень­ шает усадочные деформации цементного камня, тем самым увели­ чивая его атмосферо- и морозостойкость.

Незначительно повышают водопотребность портландцемента добавки вулканического происхождения и глиежи, что положитель­ но сказывается на усадочных деформациях и морозостойкости це­ ментного камня. Частицы добавок вулканического происхождения и глиежи, обладая значительной прочностью, служат также его структурными составляющими как микронаполнители, тем самым в какой-то степени положительно влияя на атмосферостойкость цемента.

Таким образом, физико-химические процессы, происходящие при взаимодействии витрофиров и глиежей с портландцементом при твердении на воздухе, значительно отличаются от процессов, про­

рофиров или глиежей имеют такую же атмосферо- и морозостой­ кость, как и бездобавочный портландцемент. Брянский же трепел очень сильно ухудшает эти свойства.

На основании изложенного целесообразно разделить активные минеральные добавки по их влиянию на морозо- и атмосферостой­ кость портландцемента, а следовательно, и области применения пуццолановых портландцементов на два класса. Пуццолановые портландцементы, содержащие 25—27% добавок вулканического

28

происхождения или глиежей, наряду с использованием их в гид­ ротехническом строительстве, в противоположность пуццолановым лортландцементам с добавками осадочного происхождения, могут быть рекомендованы для строительства надземных сооружений в условиях Средней Азии и Казахстана.

ВЛИЯНИЕ ГЛИЕЖЕЙ НА СОЛЕСТОЙКОСТЬ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

ного глинозема до 3,5% повышает химическую стойкость порт­ ландцемента пропорционально добавке глиежа к цементу. Однако

Рис. 6. Линейные деформации цементов в 10%-ном растворе

NajS04 (а) и в 1%-ном растворе MgS04 (б):

полную сульфатостойкость обычный портландцемент приобретает только при добавке 70% глиежа, но при этом резко снижается его прочность и морозостойкость. Поэтому мы в течение ряда лет изу­ чали возможности повышения химической стойкости портландце­ мента путем изменения его минералогического состава в сторону уменьшения содержания трехкальциевого алюмината и снижения основности портландцементного клинкера.

Заменой обычного глинистого компонента — сланцев цементной шихты на Кувасайском цементном заводе — высококремнеземистой

9—10 до 2—3%- Основность цемента — 0,84—0,86, т. е. был полу­ чен портландцементный клинкер, полностью отвечающий требова­ ниям к сульфатостойкому портландцементу.

29