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

Т а б л и ц а 2.8. Технические свойства напрягающих цементов различной энергии самонапряжения в растворах 1 : 1

Значения для цементов с энергией

не менее:

110

111

будущего состояния концевых и поверхностных зон изде­ лия, которые находятся над арматурными каркасами и должны сохранять цельность и достаточную прочность, если эти концевые зоны в процессе самонапряжения не подвергались противодавлению со стороны пружинящей опалубки или примыкающих смежных контуров. Расши-

Рмс. 2.50. Схема прибо­ ра для определения де­ формаций и усилий самонапряжеиия НЦ в различных режимах тепловлажностнон обработ­

ки

рение в растворах должно контролироваться на призмах 31,5X31,5X100 мм, а прочность — на кубиках 31,5Х ХЗ 1,5X31,5 мм.

Для измерения связанного расширения и самонапря­ жения созданы приборы (рис. 2.50), позволяющие вос­ производить упругое сопротивление любой жесткости, со­ ответствующей определенному коэффициенту одноосного армирования изделия.

Хорошие результаты при определении расширения и самонапряжения в одно- и двухосносвязанных образцах получаются при заделке призмы в кольцо, имитирующее контрольное сопротивление арматуры с д . = 1%> описан­ ных в приложении 2; при заделке в такое кольцо раство­ ра на НЦ контролируются расширение и самонапряже­ ние при двухосном ограничении расширения. Пределы свободного расширения не ограничиваются, и они могут быть сколь угодно большими, лишь бы в растворе не на­ блюдался спад прочности и сохранилась оговоренная ТУ прочность в возрасте 28 суток—300, 350, 400 кгс/см2.

В какой мере уменьшаются деформации раствора на напрягающем цементе при упругом ограничении, видно из графика на рис. 2.51, построенного для НЦ состава 62:20:10:8. Кривая самонапряжения показывает стабили­ зацию на 10-е сутки на уровне 60 кгс1см2. Упругое расши-

112

рение в 2,6 раза меньше свободного, что вызвано боль­ шим самоуплотнением структуры цементного камня, вследствие чего увеличивается его прочность. (Прочность в кгс/см2 на заданные сутки показана цифрой на кривой.)

Рост прочности четко выражен кривыми рис. 2.52 для раствора 1:1 из НЦ состава 58:22:15:5, расширяющий

компонент_которого характеризуется соотношением окис­ лов C:A:CS=1,1:1:1,6. Раствор подвергся ТВО 100°, 3 ч, затем хранился в воде 168 суток. К концу прогрева проч­ ность была 363 кгс/см2, а на 3-й сутки — 682 кгс/см2. В про­ цессе самонапряжения, которое практически закончилось в 28 суток и имело значение 54 кгс/см2, прочность изме­ нилась мало и составила 800 кгс/см2. Последующие 6 ме­ сяцев выдерживания показали, что самонапряжение до­ стигло 60 кгс/см2, а прочность превысила 1200 кгс/см2. Такие высокие механические свойства сохранились и при проверке раствора в условиях переменной влажности. Образцы, в 30-суточном возрасте вынимали из воды на месяц и хранили на воздухе с ср = 60°/о, затем их вновь погружали в воду для того, чтобы вновь 30 суток сохра­ нять в воде, и т. д. Достигнутое при этом расширение и самонапряжение при высушивании уменьшались на 25%, т. е. до 40 кгс/см2; однако при новом увлажнении оно вновь поднималось до 50 кгс/см2. В следующем цикле вы-

->1107 кгс/см2. Таким образом, сохранив практически до­ стигнутую величину самонапряжения к 6 месяцам, образ­ цы на НЦ повысили прочность по сравнению с прочно-

стыо в 28 суток: при водном хранении — на 60%, при переменном режиме выдерживания — на 40%. Можно считать, что размер усадки раствора с расходом НЦ до 1000 кг/м3 составляет 0,15—0,25%, а с расходом НЦ до 600 кг/м3 —0,1—0,15%.

длительном хранении в воде и в переменном режиме выдерживания

Степень уплотнения структуры цементного камня НЦ в растворе при самонапряжении показана на рис. 2.53. Образцы раствора 1:1 из НЦ того же состава, что и на

водопоглощение составило 5,91% против 3,32%, а в 18- суточном—9% против 7,3%. Образцы водного хранения стабилизировали водопоглощение (9,5 и 8,7%) в течение

114

6 мес. Основная часть этой воды (более 50%) была за­ трачена на образование СзА(С8) 3 Н 3 1 и на гидратацию солей цемента.

Обрацы переменного режима выдерживания попере­ менно отдавали воду и вновь ее поглощали. При этом

Рис. 2.53. Водопоглощение и прочность призм из раствора

амплитуда прглощения образцов свободного расширения была (9,5—4,5) = 5°/<ь в то время как для образцов свя­ занного выдерживания (8,8—6) = 2 , 8 % . После повторе­ ния циклов наблюдается дальнейшее уменьшение вели­ чины водопоглощения. Цифры на кривых показывают прочность образцов в указанном возрасте.

Данные рис. 2.52 показывают, что расширяющий ком­ понент НЦ очень энергично поглощает воду для образо­ вания гидросульфоалюминатов кальция. При обеспе­ ченном притоке воды оно завершается в течение 1 мес. Для образцов свободного расширения это образование проходит значительно быстрее. Однако плотность струк­ туры как свободно-, так и связанно-деформируемых об­ разцов получилась высокой вследствие большого коли­ чества воды, необходимой, для образования трнсульфата

Напрягающий цемент является очень быстросхватывающимся вяжущим, и растворы и бетоны на НЦ долж-

115

ны подвергаться специальной процедуре предваритель­ ной гидратации или снабжаться замедлителями схваты­ вания. Для растворов и бетонов на НЦ в качестве лучших замедлителей рекомендуется-ССБ и другие замедлители, например А и Б (состав не публикуется). Эти добавки не ухудшают технические показатели изделий и не сни­ жают самонапряжение и прочность. Их можно вводить непосредственно в НЦ при помоле на заводе, и тогда НЦ становится вяжущим с нормальными сроками схваты­ вания.

Растворы и бетоны на напрягающем цементе облада­ ют высокой водонепроницаемостью, являющейся следст­ вием большого уплотнения структуры цементного камня НЦ при ее образовании и в условиях всестороннего сжа­ тия, возникающего вследствие самонапряжения. Конт­ рольные значения водонепроницаемости (см. табл. 2.8) обычно существенно превышаются.

2.6. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ РПЦ (НАПРЯГАЮЩИЙ)

' В 1951 г. И. В. Кравченко и Ю. Ф. Соломатина пред­ ложили новое вяжущее [41], которое быстро затверде­ вало при пропаривании и обладало при водном или комбинированном (3 суток в воде, затем на воздухе) вы­ держивании свойствами расширяться без снижения проч­ ности. Этот цемент хотя и называется расширяющимся, вполне может быть отнесен к разряду слабонапрягающих цементов. Он является гидравлическим вяжущим и по­ лучается совместным помолом портландцементного клин­ кера (58—63%), высокоглиноземистого шлака ( 5 — 7 % ) , двуводного гипса (7—10%) и доменного гранулирован­ ного шлака (23—28%).

РПЦ — водонепроницаемое вяжущее, способное рас­ ширяться в водных условиях и на воздухе при условии увлажнения первые 3 суток. Количество S в цементе не менее 3,3 и не более 5%. Сроки схватывания РПЦ такие же, как и у исходного портландцемента. Цемент имеет

Расширение чистого цементного камня в призмах 4 0 Х Х 4 0 Х 1 6 0 мм составляет:

116

Для изготовления РПЦ используют глиноземистый шлак доменного производства с содержанием основных окислов (в % ) : А не менее 42, С 38—44 и S не более 11. Природный двуводный гипс для РПЦ должен содержать не менее 95% C S H 2 . Образцы бетона с расходом РПЦ 400 кг/м3 обнаруживают полную водонепроницаемость при рабочем давлении 10 атм через 5 суток после изго­ товления. При пропаривании бетона водонепроницае­ мость приобретается тотчас же после прогрева.

Приведенные данные позволяли рассчитывать, что этот цемент должен обладать свойствами самонапрягать железобетон. Для выяснения степени самонапряжения РПЦ, выдерживаемого в водных условиях, с участием авторов были поставлены специальные испытания. В ка­ честве исходных материалов для РПЦ были использо­ ваны:

портландцементный клинкер Подольского завода, со­ держащий (в % ) : S —20,5, А — 5 , F — 5 , С —65 и М —1,7; высокоалюминатный шлак Пашийского завода, со­

держащий (в % ) : S —9, А —47,6 и С — 4 1 ; гранулированный шлак, содержащий (в % ) : S—39,3,

А—6,3, F—3,9, С—48 и М—0,4;

гипс природный, имеющий 85% CSH 2 .

Состав цементного теста — 64 : 20 : 7 : 9 и 61 : 24 : 6 : 9. Прочность образцов обоих составов на 28-е сутки превы­ сила 400 кгс/см2, линейное расширение после ТВО (6 ч в воде) на 28-е сутки составило соответственно 1,2 и 0,7%. Цементное тесто, подвергнутое ТВО, а затем водному вы­ держиванию, имело следующие величины самонапряже­ ния: в 1-е сутки—4; на 7-е сутки—24 и на 28-е сутки — 27 кгс/см2. В растворах 1:1 самонапряжение составляло 10—12 кгс1см2.

Эти данные показывают, что РПЦ должен быть отне­ сен к разряду слабонапрягающих цементов. Некоторое изменение состава РПЦ, заключающееся в увеличении

117

содержания А и S, несомненно, даст увеличение самона­ пряжения до 20 кгс/см2. РПЦ выпускается промышлен­ ностью по индивидуальным заказам.

2.7. АЛУНИТОВЫЙ НАПРЯГАЮЩИЙ ЦЕМЕНТ АНЦ

/Изобретением напрягающего цемента [49] преду­ сматривается использование в расширяющем компоненте естественного или искусственного вещества СА, содер­ жащего глиноземистый цемент, горелые породы, глиежи, вапы, алунит и др. Наиболее интересным веществом яв­ ляется алунит, который представляет собой горную по­ роду, довольно широко распространенную в СССР [83]. Наиболее мощным, разведанным и эксплуатируемым ме­

породы в Средней Азии (Акташское месторождение, Уз­ бекистан и залегания в Туркмении и Таджикистане), на Урале (Журавлинское месторождение)', в Закарпатье

в алунитизированиой породе—30—55%, для Загликско­ го месторождения —45—55 %.

Минералогический состав алунита в точности еще не установлен [83] . В. И. ГДветков и Е. П. Вельяшихип (1955 г\) дают состав K A S 3 • АН3 . Г. В. Лабутин (1965 г.) —

Совершенно очевидно, что в алуните всегда присутст­ вуют гидроокись алюминия и сернокислый алюминий.

Алунит — очень интересный минерал, могущий явить­ ся поставщиком активных алюминатов для получения на­ прягающего цемента; при определенных условиях пере­ работки обжигом могут быть использованы и освободив­ шиеся сульфаты: при обжиге алунита при температуре 600° С вся гидратная вода выделяется и от гидроокиси АН 3 остается активная окись алюминия А; при обжиге алунита при температуре 700° С A S 3 разлагается и в сое-

118

динение для образования гидросульфоалюмината каль­ ция входят A, S и С портландцементного клинкера, что дает своеобразный эффект.

Алуиитизированные породы как сырье для получения расширяющегося и напрягающего цементов с 1960 г. де­ тально изучались К. С. Кутателадзе и его учениками — Т. Г. Габададзе, Н. Г. Нергадзе и др. [84, 96 и 103], ко­ торые получили заслуживающие внимание результаты. Особый интерес представляют работы последних лет, в результате которых отработаны составы НЦ из порт­ ландцементного клинкера, алунитовой породы, обожжен­ ной при 600 или 700° С, и гипса. Цемент с алунитом, обожженным при 700° С в течение 30 мин, назван ими АНЦ-1; цемент с алунитом, обожженным при 600° С в те­ чение 1 ч, —АНЦ-2. Обжиг алунитовой породы необхо­ дим для того, чтобы подготовить алюминаты к активному и быстрому реагированию с CS для образования трисуль­ фата алюмината кальция. Для установления оптималь­ ной температуры обжига было проверено влияние иа свойства продукта различных температур обжига—400,

АНЦ состава 75:15:10 с алунитом, обожженным при разной температуре, был проверен на расширяемость (рис. 2.54). Как видно, АНЦ на необожженном алуните до 14 суток расширяется в воде очень медленно—удли­ нение образцов составило всего 0,2%; в дальнейшем рас­ ширение возрастает: на 28-е сутки удлинение достигает 0,3, через три месяца-—0,8, через шесть месяцев—9,5%; затем образец разрушился. Аналогичны были показатели АНЦ на алуните, обожженном при 400° С. Наибольшее расширение (4—6%) было у АНЦ на алуните, обожжен­ ном при 600 и 700° С. Дальнейшее повышение температу­ ры обжига (до 800—900° С) существенно уменьшает рас­ ширение. Обращает внимание то обстоятельство, что только после обжига алунита при 700° С и выше устра­ няется дополнительное расширение после 28 суток твер­ дения. При температурах обжига ниже 700° С в после­ дующие сроки наблюдается дополнительное расширение.

О малой пригодности необожженного алунита для~по~- лучения доброкачественного АНЦ было известно из ра­ бот НИИЖБ по исследованию АНЦ, сырого и обожжен­ ного при низких температурах. На рис. 2.55 показано

119