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

расширение АНЦ состава 63:25:12, но на алуните без об­ жига и обожженном при 200° С. Оба АНЦ в течение пер-^ вых дней расширяются медленно, создавая на 14-е сутки самонапряжение не более 20 кгс/см2, затем расширение интенсифицируется и самонапряжение достигает высоких показателей до 80—100 кгс/см2 на 6—7-й месяц хранения

Разрушение (при сыром алуните)?

и 15 мин при 800—900° С)

образцов в воде, после чего при дальнейшем хранении образцы разрушаются. Таким образом, выбор температу­ ры обжига алунита—600 и 700° С — правилен и обосно­ ван.

Напрягающий цемент АНЦ-1 способен расширяться на воздухе в тесте (от 1 до 10%), причем расширение закан­ чивается в основном в течение первых суток твердения; цемент АНЦ-2 на воздухе в тесте не расширяется, а пос­ ле приобретения достаточной прочности расширяется в водной среде до 10% и более. Кинетика процессов рас­ ширения [96, 103, 150, 151] алунитового расширяющего­ ся цемента АНЦ-1 показана на рис. 2.56. Образцы це-

120

ментного теста сутки выдерживали в герметизированных условиях, затем помещали в воду. _

Наиболее интенсивное связывание CS наблюдается в первые 3 ч гидратации, когда связывается 56% общего содержания CS в цементном камне. В суточном возрасте уже связывается 60% CS, а к 7-суточному возрасту, ког-

риода в 7 суток) вследствие погружения образца в воду; к концу этого периода, по-видимому, завершается обра­ зование гидросульфоалюмината кальция. Дальнейшее связывание воды идет естественным путем при гидрата­ ции силикатов кальция. Кривая расширения очень четко характеризует указанные выше процессы формирования гидросульфоалюмината кальция, которые завершаются к 7-суточному возрасту.

121

Кинетика расширения [96, 151] алунитового расши­ ряющегося цемента АНЦ-2 показана на рис. 2.56,6. Ре­ жим выдерживания образцов был аналогичен режиму

а— АНЦ-I, алунит обожженный при 700° С; б — АНЦ - 2, алунит обожженный при 600° С (время дано в логарифми­ ческом масштабе)

для АНЦ-1. Как видно, к 3 ч было усвоено 38% CS, за­ тем в первые сутки усвоение CS замедлилось и прекрати­ лось. Оно вновь энергично возобновилось после погруже­ ния образцов в воду и нарастало до 28 суток; к этому времени усваивается 80% CS, и процесс полиостью пре-

122

кращается. С 28-суточного возраста величина остатка сво­ бодного CS стабилизируется и становится равной 20%. Связывание воды в процессе твердения АНЦ-2 происхо­ дит интенсивно в течение первого часа, затем оно идет более спокойно и равномерно до 28 суток, когда приос­ танавливается, причем имеется полная взаимосвязь меж­ ду скоростями усвоения CS и связыванием воды.

Однако характер расширения АНЦ-2 противоречит ходу реакции образования гидросульфоалюмината каль­

поведению цементного камня до суточного возраста при образовании в нем C 3 A ( C S ) 3 H 3 1 . Можно предполагать, что в этот период вследствие нехватки воды образуются гидросульфоалюмината более низкого насыщения водой, которые после погружения в воду перекристаллизовываются в высокосульфатную форму гидросульфоалюмината кальция. Это предположение должно быть детально изу­ чено.

В Грузинском политехническом институте исследова­ ли расширение и прочность при твердении в нормальных

разцов АНЦ-1 и АНЦ-2 в тесте, растворах и бетонах. Со­ ставы цементов (в % ) : АНЦ-1: клинкер 75, алунит 15 (700° С, 30 мин), двуводный гипс 10; АНЦ-2: клинкер 77, алунит 13 (600° С, 1 ч), двуводный гипс 10. Исследова­ лись составы 1 : 0 : 0' 1 : 1 : 0*1» 1,65 : 2,7 и 1 : 0,5 : 2 (АНЦ : : песок: щебень). Образцы-испытывали в следующие сро­ ки: с момента распалубки до ТВО; после ТВО; после твердения в течение 1, 3, 7, 14, 20 и 28 суток. Прочность образцов на 14-е и 21-е сутки не определяли.

Результаты испытаний некоторых образцов АНЦ-2 приведены на графике (рис. 2.57) для НЦ состава 77:13: : 10, обожженного при 600° С. Цементное тесто при нор­ мальной густоте 0,27 в суточном возрасте имеет проч­ ность 178 кгс/см2 и расширение 0,14%. При погружении

123

в воду оно расширяется в течение 20 суток; прочность достигает 400 кгс/см2. К 20 суткам процесс стабилизиру­ ется, но к 28 суткам прочность повышается до 650 кгс/см2. При ТВО (100° С, 3 ч) расширение образцов к концу про­ грева достигало, 0,5%, увеличивалось и в 28-суточном возрасте достигало 1,55%, при прочности образцов 812 кгс/см2. Характер нарастания прочности и расшире-

Время в сутках

Рис. 2.57. Расширение и прочность образцов теста, раствора и бето­ на на АНЦ-2 в различных условиях ТВО при дальнейшем влажном хранении

ния для раствора 1:1 и для бетонов 1:1,65:2,7 и 1:0,5:2 та­ кой же, что и для теста, только в бетонах к 20 суткам за­ фиксирована стабилизация расширения. Средняя проч­ ность бетона составила 350—400 кгс/см2, а среднее рас­ ширение —0,3—0,4%.

Для АНЦ всех составов характерным является отсут­ ствие свободной извести в составе расширяющего компо­ нента. Известно, что известь создает для протекания всех реакций образования трнсульфата алюмината кальция чрезвычайно выгодные условия и среду, которая затруд­ няет и задерживает образование трнсульфата в первые дни твердения и способствует формированию моносуль­ фата алюмината кальция. Роль извести в АНЦ играет свободная гидроокись кальция, выделяемая портландце­ ментом, однако поступление ее из твердеющего цемента

124

идет медленно и растягивается на долгий срок. Поэтомуцелесообразно вводить в состав АНЦ известь-кипелку, которая сама очень быстро гидратируется и уменьшает количество воды в среде цемента.

Влияние добавки извести к АНЦ-1 и АНЦ-2 детально исследовалось Н. Г. Нергадзе [134, 151]. Из данных рас­ ширения АНЦ-2 состава 75:15:10 с алунитом, обожжен­

ширение составляет 1,7% против 0,9% для состава без извести.

При добавке извести к АНЦ-1 (рис. 2.58,6) поведение цементного теста совершенно иное, чем в чистом виде, когда оно расширяется сразу же после затворения: через 24 ч, т. е. к моменту погружения в воду оно имеет уже окончательное расширение 7%, добавка же извести почти полностью устраняет начальное расширение и обеспечи­ вает его постепенное развитие в воде в течение 7 суток, причем величина расширения меньше (2—3%) и зависит от дозировки извести.

Добавка извести существенно увеличивает самона­ пряжение. На рис. 2.59 показано увеличение самонапря­ жения цементного камня АНЦ-2 состава 80:10:10 с до­

ние, нарастание самонапряжения при наличии извести растягивается примерно на 7 суток, достигая к этому вре­ мени в 2—3 раза большей величины. На графике очень четко видно, что чистый АНЦ-1 (с обжигом при 700° С) состава 7 0 : 2 0 : 1 0 быстро разрушается, в то время как совсем малая (1%) добавка извести обеспечивает спо­ койное расширение, плавное нарастание самонапряже­ ния и хорошую прочность (725 кгс/см2).

В соответствии с исследованиями растворов и бетонов на АНЦ состав этого цемента включает портландцементный клинкер (65—82%), обожженную алунитизированную породу (10—20%), двуводный гипс (8—15%) и из­ весть ( 1 — 5 % ) ; расход цемента 400—500 кг/м3. Преиму­ щество должно быть отдано цементу, в котором исполь­ зуется алунит, обожженный при 700° С. Такие бетоны являются стойкими к сульфатной агрессии, в морской во­ де и достаточно долговечными. После 200 циклов замо-

125

126

Рис. 2.59. Влияние добавки извести (до 5%) на самонапряжепие при двухосном ограничении деформаций цементного кам­ ня АНЦ-1 и АНЦ-2

раживания и оттаивания в агрессивной среде для бето­ нов на АНЦ наблюдается не понижение прочности, а ее повышение примерно на 10—12%. Модуль упругости бе­ тонов на АНЦ в зависимости от условий и режима твер­ дения колеблется в пределах (2—3)105 , коэффициент Пуассона равен 0,31.

Большое содержание гипса в АНЦ определяет обра­ зование в нем в конечном итоге трисульфата алюмината кальция с очень четко оформленным кристаллическим строением. Н. Г. Нергадзе представила в своей послед­ ней работе [152] очень интересные оптические и элект­ ронные микрофотографии цементного камня АНЦ. В об­ разцах АНЦ-1 (обжиг при 700° С) непосредственно пос­ ле затворения обнаружено помутнение клинкерных зерен за счет обволакивания их гелеобразными продуктами гидратации веществ расширяющего компонента. Уже че­ рез 1,5 ч вокруг помутневших зерен цемента появляются едва заметные иголки С 3 А(С5) 3 Нзь которые в течение первых суток воздушного хранения увеличиваются, до­ стигая максимальной величины (рис. 2.60). Процесс гид­ ратации образцов АНЦ-2 (обжиг при 600° С) идет со-

127