книги из ГПНТБ / Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции

фата кальция. Для установления справедливости такого^ предположения были проведены исследования составов НЦ, содержащих 14% гипса и А от 4 до 32% . Определя­

Рис. 2.45. Удлинение (/), прочность (2) и водопоглощение (5) раствора НЦ с 14% гипса на 28-е сутки в зависимости от содер­ жания глиноземистого цемента (режим ТВО: 100° С, 6 ч)

= 0,55: 1 : 4. Он должен был обеспечить наибольшее рас­ ширение, а следовательно, и самонапряжение. Его 28суточная прочность составила 425 кгс/см2, а удлинение— 2,8%. Большие значения прочности и расширения, в том числе и водопоглощения, получены для более богатых алюминатами напрягающих цементов и именно для состава 6 8 : 1 8 : 1 4 , имеющих компонент c C : A : C S =

100

= 0,55: 1 : 1,75, т.е. со значительно меньшим относитель-

C S

ным содержанием гипса (—^- = 1,75), склонным к обра

зоваиию моносульфата кальция (рис. 2.45). Аналогичные результаты получил Дж: Монфор (см.

рис. 2.33). Оптимальное соотношение окислов в расши­ ряющем компоненте С : А : C S = 0 , 5 5 : 1 : 4 для получения трисульфата кальция в составе цемента было 8 6 : 6 : 8 , расширение его составило 0,4%. В то же время гораздо лучшие результаты расширения показал состав 6 9 : 2 3 : 8 с отношением окислов в расширяющем компоненте С : А : : C S = 0 , 5 5 : 1 : 0,83 с расширением 2,5%.

Сказанное подтвержает то, что расчет состава рас­ ширяющего компонента надо вести не в предположении получения трисульфата, а в предположении получения моносульфата кальция. При этом не только увеличивает­ ся энергия самонапряжения, но и существенно сокраща­ ется период времени до наступления стабилизации самонапряжеиия.

Гидратация состава расширяющего компонента НЦ, богатого алюминатами кальция и ориентированного на образование в первую очередь моносульфата кальция с последующей перекристаллизацией, даже когда израсхо­ дован весь гипс, но имеется известь, идет по реакции

3C3 A(CS)H1 2 + ЗСН + aq = C3 A(CS)3 H3 l + 2 C 4 A H l 3 + + СН + aq.

При наличии гипса реакция имеет вид:

C3 A(CS)H1 2 4- 2СН + 2CSH2 + aq = C3 A(CS)3 H3 1 + + 2CH + aq.

Состав напрягающего цемента НЦ, способный дать существенное самонапряжение, теперь окончательно ус­ тановлен для бетонов, подвергаемых ТВО. Такой цемент обозначают индексом НЦТ.

:Вторая схема осуществления самонапряжения на на­ прягающем цементе НЦН представлена на рис. 2.46. По этой схеме процесс самонапряжения в монолитном желе­ зобетоне идет без его прогрева. Средствами противодей­ ствия преимущественного образования трисульфата кальция являются: выбор компонента, богатого алюми­ натами, добавка при необходимости извести-кнпелки,

101

обеспечение всестороннего упругого сопротивления рас­ ширению бетона и затворение бетона по возможности на малом количестве воды, которое еще более снижается в результате быстрой гидратации извести. В этих условиях

вых фаз при гидратации на малом количестве воды за-

процесс перекристаллизации и образования трисульфата кальция существенно растягивается и идет параллельно набору бетоном прочности. Естественно, что в этих усло­ виях степень самонапряженпя должна была бы быть ниже, поскольку через моносульфат кальция произойдет образование только части трисульфата кальция. Однако высокая степень самонапряжения в значительной степе­ ни обеспечивается в результате непосредственного обра­ зования из исходных материалов трисульфата с тенден­ цией к сильному и опасному расширению, которое смяг­ чается всесторонним ограничением расширения и сжатием системы. Именно ограничение свободного рас­ ширения цементного камня, раствора и бетона является средством временного удержания молодой структуры цементного камня в определенных объемных рамках до тех пор, пока пройдут бурные процессы построения три­ сульфата кальция.

Расширение НЦН видно на рис. 2.47. Состав напря­ гающего цемента 70 : 20 : 10=портландцемент: глинозе-

102

Процесс образования гидросульфоалюмината каль­ ция, по-видимому, в значительном количестве низкосуль­ фатной формы, которая постепенно перекристаллизуетсл в трисульфат кальция, вызывает наблюдаемое расшире­ ние. Образцы периодически распаковывали и погружали в воду; одновременно определяли их прочность (дана

сутки образец так расширился, что превратился в студе­ нистую массу. На 3-й сутки прочность достигла 508 кгс/см2, но через сутки после погружения в воду она упала до

в воду она снизилась до 42 кгс/см2, однако образец не потерял ни формы, ни вида, хотя его удлинение соста­ вило 15%, а объем увеличился в 1,5 раза. Образец в 12-суточном возрасте после погружения в воду расши­ рился дополнительно на 2,5%, обнаружил некоторый временный спад прочности (до 308 кгс/см2); к 15-суточ- ному возрасту она поднялась до 775 кгс/см2. Находясь в воде, образец продолжал твердеть и накапливал на 30 и 60-е сутки прочность 983 и 1016 кгс/см2 соответственно.

На основании сказанного можно установить, что че­ рез 15 суток погружение в воду образцов НЦН не только не опасно, но и обязательно для завершения всех химических процессов образования трнсульфата каль­ ция. Чем позже погружается образец в воду, тем меньше дополнительное расширение, поскольку структура це­ ментного камня уже достаточно выкристаллизовывается. С другой стороны, позднее увлажнение НЦН таит в себе другую опасность: энергичные силы расширения при образовании трнсульфата кальция способны разрушить и очень прочное тело цементного камня, так как ослаб­ ленная структура не восстанавливается теперь потоком новых гидратирующихся силикатных веществ.

Это наглядно видно на образцах раствора 1 : 1 НЦН состава 74 : 12 : 14, выдерживаемых в различных условиях

а затем их распаковывали и погружали в воду. Образцы

104

ях надо предъявлять очень строгие требования в отно­ шении сроков и продолжительности выдерживания изде­ лий в воде или во влажной среде. Каждый состав НЦН должен быть подвергнут до погружения в воду мини­ мальному времени выдержки. Минимальный срок вы­ держки надо принять 24 ч, в течение которых изделие

105

и разрушились. Образцы, погруженные в воду в 24-ч возрасте, в воде нормально расширялись, удлинение их составило 0,8%, а самоиапряжеиие на 28-е сутки равня­ лось 16 кгс/см2.

должен был обеспечивать при гидратации на малом ко­ личестве воды образование как моносульфата, так и трисульфата кальция по схеме, показанной на рис. 2.46. Самонапряжение завершилось на 6-е сутки, когда проч­

менены при искусственном ограничении его расширения.

при температуре 60—70° С. Известно, что при такой тем­ пературе происходит бурное образование гидросульфоалюмината кальция и преимущественно трисульфата кальция, а все образующееся количество моносульфата кальция немедленно перекристаллизовывается в трисульфат кальция. При добавке расширяющего компо­ нента ( > - 35%) структура цементного камня перестраи­ вается столь быстро, что происходит большое расшире­ ние, катастрофический спад прочности и полное разрушение. Однако это не наблюдается, если новую структуру с самого начала сжимать все возрастающим объемным сжатием. Его осуществляют пружинными устройствами, дающими форме возможность при увели­ чении объема бетона на НЦТ препятствовать расшире­ нию и по мере деформации оказывать ему все большее сопротивление. Практически для этого уже достаточно

106

ния как самостоятельный порошок, готовый к реакции, надо учитывать с количеством CS расширяющего ком­ понента и рассматривать как его составную часть. Про­ дукты гидратации С3А, C 4 AF и С в какой-то мере могут участвовать в процессе образования гидросульфоалюмината кальция, если в среде еще сохранился свобод­ ный гипс. Однако гипс, если он добавлен в расчетном количестве, исчезает уже через двое суток после формо­ вания образцов, и образовавшиеся минералы только стабилизируют структуру. Могут быть применены также напрягающие цементы с большим содержанием CS; в этом случае роль веществ портландцемента, подверга­ емых гидратации, весьма значительна. Примером тако­ го цемента может быть алунитовый напрягающий це­ мент АНЦ.

2.5. НАПРЯГАЮЩИЕ ЦЕМЕНТЫ НЦН И НЦТ

В настоящее время напрягающие цементы в СССР

научно и технически достаточно отработаны, и прове­ рены.

В соответствии с техническими условиями на НЦ, разработанными в НИИЖБ, различают две разновид­ ности НЦ:

НЦН — напрягающий цемент для растворов и бето­ нов самонапряженных железобетонных конструкций и

ландцемент или клинкер портландцемента и расширя­ ющий компонент, составленный из вещества, содержа­ щего алюминаты кальция_или окись алюминия (но не

шлаки или глиноземистый цемент. Хорошим замените­

с энергией самонапряжения 20, 40 и 60 атм. Первый из

108

них Должен рассматриваться как НЦ, компенсирующийполностью усадку бетона, второй предназначен для т- готовлення преднапряженных конструкций с армирова­

этих напрягающих цементов должны выбираться исходя из необходимости получения среднего соотношения

иНЦТ необходимых свойств (табл. 2.8). В табл. 2.8 при­ ведены рекомендуемые пределы содержания главней­ ших окислов в напрягающем цементе. Однако возможно

ииное их количество при условии правильного расчета состава и экспериментальной проверки технических свойств.

Необходимая тонкость помола (4500 см21г) обуслов­ ливает быстрое получение нужной минимальной прочно­ сти изделия, дающей возможность начать ТВО или влаж­ ное выдерживание. Если условия производства таковы, что допускается более длительное выдерживание изде­ лия, можно снизить тонкость помола до 3600 см2/г.

Контроль расширения в свободном и связанном со­ стоянии является в настоящее время обязательным. По­ этому необходимо наметить правильное отношение к контролируемым величинам. Должно быть совершенно четко установлено, что напрягающий цемент допускает­ ся к применению только в конструкциях, армированных в двух или трех направлениях, причем минимальный про­

контуры (стыковые соединения плиты в жестких конту­ рах, колонны в обоймах и т. д.) и может использоваться без армирования. По этой причине главнейшими харак­ теристиками механических свойств напрягающего бето­ на являются показатели прочности в образцах связанно­ го расширения. Что касается механических показателей свободного расширения, то они необходимы для оценки

109