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

скорости нарастания механической прочности. Поэтому он ориентировался на цементы, дающие очень высокие начальные прочности и очень стабильное и медленно прогрессирующее расширение.

К сожалению, первые механические испытания рас­ ширяющегося цемента Г. Лоссье показали (рис. 2.19) очень быстрое его расширение за 1 сутки (0,4%), когда

Рис. 2.19. Расширение и увеличение прочности цемента Г. Лоссье

1—3 — образцы различных расширяющихся цементов; 4 — прочность расширяю­ щихся цементов; 5 — прочность нормального цемента

цементный камень был еще достаточно слаб (прочность менее 130 кгс/см2), затем было обнаружено не расши­ рение, а даже небольшая усадка, в то время как проч­ ность нарастала в течение 90 суток. Выяснилось также, что для уменьшения усадки в портландцемент можно было вводить только небольшие порции добавки расши­ ряющего компонента. Попытки увеличения его порций всегда приводили к тому, что расширение не затухало и шло вплоть до разрушения (рис. 2.20). Возникла мысль на каком-то уровне затормозить расширение и остано­ вить его (см. рис. 2.20). Это осуществили добавкой к 4

60

расширяющемуся цементу определенной дозы доменно­ го шлака. Такая добавка уменьшила прочность цемент­ ного камня в первые сутки твердения, в течение которых наблюдается основное расширение и возникают микротрещины; после стабилизации расширения происходит са­ моупрочнение (сращивание микротрещин) в процессе дальнейшей гидратации цементного камня. В итоге

Рис. 2.20. Результаты стабилизации цемента Г. Лоссье путем до­ бавления в цемент гранулированного шлака

расширения возникают и сильно раскрываются неглубо­ кие трещины, которые сохраняются и после стабилизации расширения. Г. Лоссье указывает, что на прочность при сжатии эти оставшиеся трещины не влияют, однако они вдвое снижают прочность на растяжение.

Расширяющийся цемент Г. Лоссье обладает следую­ щими свойствами: срок схватывания 10 ч, твердение медленнее твердения основного портландцемента, рас­ ширение от 0,2 до 1,5%, в зависимости от состава. Це­ мент был применен для строительства некоторых объ­ ектов, преимущественно в ремонтных работах.

В 1956 г. Г. Лоссье [69] высказывался о будущем преднапряженного железобетона. Касаясь самонапря­ жения железобетона, он указывал на недоработанность этой проблемы, поскольку до сих пор ему не удалось по-

61

лучить сколько-нибудь значительное предварительное напряжение.

Несмотря на то, что Г. Лоссье не добился положи­ тельных результатов в осуществлении своего замеча­ тельного изобретения и его цемент не получил практи­ ческого применения, эта идея получила последующее развитие и практическое использование в США и других странах.

Из рассмотрения разработок Г. Лоссье видно, что, получив цемент с большим расширением, автор не овла­ дел техникой координации периода упрочнения с перио­ дом расширения и ошибочно пытался стабилизировать расширение добавкой гранулированного шлака. Это не дало возможности закрепить достигнутое расширение приобретением бетоном надлежащей прочности и рас­ ширение рассасывалось в пластической структуре це­ ментного геля, не вызывая самонапряжения.

2.3.2. Расширяющиеся цементы в СССР

Работы над расширяющимися и напрягающими це­ ментами в СССР были начаты в Тбилиси в Закавказ­ ском институте сооружений в 1937 г. Они были ориен­ тированы на использование портландского и глиноземи­ стого цементов, к которым добавлялся расширяющий компонент. В качестве основных реагентов в расширяю­ щем компоненте были выбраны вещества, способные быстро образовывать гидросульфоалюминат кальция высокосульфатной формы, единственно способного обеспечить ход процесса в твердой фазе [10] . В качест­ ве веществ, входящих в состав ^расширяющего компо­ нента, указывалось на С4АН13, CS и С. Дозировке изве­ сти была отведена особая роль в замедлении образова­ ния СзА(С5)зНз1 до тех пор, пока цемент не приобретет необходимую прочность, способную обеспечить бетону нужное сцепление с арматурой и неизменную конфигу­ рацию структуры.

В 1942 г. расширяющийся цемент, предложенный В. В. Михайловым (НИИЖБ), был запатентован [12] в композиции с расширяющим компонентом, прибавляе­ мым либо к портландцементу РЦ, либо к глиноземис­ тому цементу ВРЦ.

Оптимальная дозировка составляющих расширяю­ щего компонента рекомендовалась [14] в соотношении

62

повышенное содержание С при — = 2,2 обеспечивало из-

А

вестное замедление в образовании этой формы, что да­

с последующей перекристаллизацией в присутствии гип­ са

C 8 A ( C S ) H U + ( C S ) 8 H 4 + aq = C3 A(CS)3 H3 1 + aq.

В отсутствии гипса при поступлении СН из гидратируемого портландцемента также наблюдается перекристал­ лизация:

3C3 A(CS)H1 2 + 2СН + aq = C3 A(CS)3 H3 1 + 2 C 4 A H I 3 + aq.

При исполвзовании глиноземистого цемента в качест­ ве основы расширяющегося вяжущего процесс образо­ вания трисульфата происходит сразу:

С 3 АН 1 3 - f 3CS - f aq = C3 A(CS)HI 2 + aq.

Для получения расширяющихся цементов на основе портландцемента и глиноземистого цемента необходимо было предварительно изготовлять высокоосновный гид­ роалюминат кальция C 3 A H i 3 , что достигалось совместной гидратацией глиноземистого цемента с известью. При этом продуктами гидратации являются: 1) СгАН8 и C4AHi3 , выкристаллизовавшиеся в равномолекулярных пропорциях; 2) гидроокись кальция СН (см. рис. 2.11).

Оптимальное соотношение по весу глиноземистого цемента и извести было определено как 1 : О^Расширяющийся цемент Яа"~портландцементнои основе [37]

63

позднее 30 мин. Прочность раствора из расширяющего ся цемента (1 : 3 по весу) составляет:

»28 » 80% прочности исходного портландцемента

»60 » 110% прочности исходного портландцемента

Линейное расширение цемента:

Рис. 2.21. Влияние состава и содержания расширяющегося компо­ нента на расширение ВРЦ (глиноземистый цемент : гидроалюмниат кальция : гипс)

Цемент применялся для омоноличивания сборных и поврежденных монолитных железобетонных конструк­ ций, заполнения пространства между станинами машин и фундаментами и изготовления сборных железобетон­ ных конструкций с повышенной трещиностойкостыо. Це­ мент РЦ был использован в восстановительных работах после Отечественной войны, но промышленного произ­ водства не имел.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент ВРЦ был широко применен в строительстве, а начиная с

С-1

1948 г. было налажено его заводское производство. Влия­ ние величины добавки расширяющего компонента пока­ зано на рис. 2.21. Экспериментально оптимальным был ус­ тановлен состав 7 0 : 1 0 : 2 0 (глиноземистый цем£.и.т_~вььсокоосновный гидроалюминат кальция : гипс)./Техничес­ кие требования на ВРЦ приведены ниже.

должно проходить через сито

№07 (ГОСТ 3584—53), не

5—239

Техника испытания ВРЦ и других расширяющихся цементов на водонепроницаемость дана в приложениях 2 и 3.

Процесс расширения ВРЦ заканчивается в суточном возрасте, полная водонепроницаемость ВРЦ гарантиру­ ется при давлении 5 атм.

Изготовление водонепроницаемых цементов неслож­ но и возможно в любой крупной строительной организа­ ции, располагающей помольной установкой или шаро­ вой мельницей. Однако технологические операции долж­ ны выполняться при определенной точности дозировки и четком соблюдении технологии. Процесс приготовления ВРЦ заключается в тесном механическом перемешива­ нии и измельчении до необходимой тонкости помола трех порошкообразных компонентов: глиноземистого цемента (70%), четырехкальциевого гидроалюмината (10%) и гипса (20%) . В зависимости от минералогичес­ кого состава материалов соотношение компонентов должно уточняться химическим расчетом и испытанием пробных образцов.

Состав компонентов для приготовления гидроалюми­ ната кальция рассчитывают по содержанию в извести активной части ( C a O + M g O ) : при понижении активно­ сти увеличивается дозировка извести на замес. Изготов­ ление четырехкальциевого гидроалюмината строительны­ ми организациями разрешается только на специальных установках, располагающих квалифицированными кад­ рами и лабораторией.

•—Принципиальная схема изготовления водонепроница­ емого расширяющегося цемента показана ниже,-

Первая стадия предусматривает приготовление высо­ коосновного гидроалюмината кальция путем предвари-

66

тельного тщательного перемешивания и варки суспензи­ рованной в воде смеси глиноземистого цемента и извес­ ти с последующей сушкой продукта и его помолом; вторая стадия — перемешивание высокоосновного гидро­ алюмината кальция с полуводным гипсом и глинозе­ мистым цементом и их размол до требуемой тонкости для получения готового ВРЦ.

Для сравнительно небольших производств разреша­

в заданной расчетом пропорции загружаются в раство­ ромешалку (или в другой смесительный агрегат) и пе­ ремешиваются в течение 3 мин; затем в растворомешал­ ку наливается вода в количестве не менее 100% веса смеси и масса перемешивается еще в течение 3 мин, пос­ ле чего содержимое растворомешалки (в виде густой тягучей смеси) вываливают в герметичный металлический ящик, где хранят в течение 3—5 суток. Полученная смесь совместно гидратированных глиноземистого це­ мента и извести в виде отдельных кусков легко размель­ чается молотком; ее сушат в сушильном барабане до полного удаления свободной воды. Полученный сухой

мината используют специальные бегуны или обычные

из смеси и специальными охладительными устрой­ ствами вокруг подшипников- и трущихся деталей для увеличения срока их службы. Глиноземистый цемент и известь (в виде известкового молока, пушонки или мо­

до 130—150° С до полного высушивания. В результате пе-

ремешивания н прогрева сметанообразная смесь густе­ ет, распадается на куски, а затем ее измельчают в гру­ бый порошок, выгружают из бегунов через специаль­ ный люк и подают в бункер для дальнейшего использо­ вание..

(ВРЦ предназначен для гидроизоляции швов между тюбингами обделки тоннелей метрополитенов и ство-

лов шахт, покрытия фильтрующих поверхностей железо­ бетонных конструкций торкретным гидроизоляционным слоем по мокрой поверхности и для всевозможных ре­ монтных работ. Особенно широко ВРЦ был применен вместо свинца для зачеканки швов тюбингов метрополитенов^

68

что, несмотря на кажущееся внешнее сходство с ВРЦ, получается вяжущее, совершенно отличное от ВРЦ, вопервых, по прочности, во-вторых, по водонепроницае­ мости: прочность ВВЦ в 28-суточном возрасте почти в 2 раза меньше прочности ВРЦ, но зато цемент твердеет

Введение в состав ВВЦ д в е с т и _н_е_ через гилроалюмннат, а непосредственно в расширяющий компонент, по сути дела, должно было привести к быстрому образо­ ванию моносульфата кальция и отодвинуть перекристал­ лизацию его в трисульфат на более позднее время.

Для уяснения этого Н. Н. Данелян [40] исследовал два состава расширяющегося цемента на основе глино­

Образцы изготовляли по ТУ 66-50 на ВРЦ и ТУ 69-50 на ВВЦ и исследовали рентгеновскими лучами для уста­ новления новых структур; на 3, 14, 28, 90, 180, 270 и 360-е сутки определяли также расширение и прочность образцов.

В табл. 2.4 приведены результаты этих определений для ВРЦ состава 75:6,25: 18,75, т. е. содержащего 25% расширяющего компонента. Возникновение гидросульфоалюмината кальция было зафиксировано в виде трисульфата. Ни в одном из образцов не было обнаружено возникновения моносульфата. Расширение цемента нахо­ дилось в установленных ТУ размерах.

меньшем содержании расширяющей добавки— 12%. В це­ ментном камне сразу образовался моносульфат кальция C3A(CS)Hi 2 ; при влажном хранении он существовал до 90 суток, после чего перекристаллизовался в С3 А(С8)зНзь при водном хранении перекристаллизация произошла на

69