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

Т а б л и ц а 2.4. Новообразования, показатели прочности и объемные изменения цементного камня трехкомпонентного водонепроницаемого расширяющегося цемента (ВРЦ)

* Образцы покрылись трещинами.

28-е сутки. К 28 суткам обнаружился уже заметный рост образцов (0,23—0,26%), причем на образцах влажного хранения возникли трещины. К 90 суткам трещины были на всех образцах, расширение составило 0,7%; к 180 суткам образцы выросли на 2,1—2,3% и имели трещины. Прочность к этому времени упала до 150 кгс]см2. В по­ следующие сроки (до 360 суток) новых существенных изменений в образцах не произошло, и рентгеновское ис­ следование обнаруживало трисульфат кальция. В это же время образцы ВРЦ имели стабильное расширение, хо­ рошую прочность и неизменное структурное содержание C 3 A(CS) 3 H3i . Неудовлетворительное поведение во вре­ мени ВВЦ обнаружено на торкретной гидроизоляции стенок опытного участка тоннеля. На поверхности торк­ рета появились шелушение, мелкие трещины и выяви­ лись признаки фильтрации через трещины. Эти исследо­ вания показали, что известь в ВРЦ можно вводить толь­ ко в составе гидроалюмината кальция.

Проведенное исследование дало новые и очень полез­ ные данные о роли_извести как фактора, вызывающего образование СзА(С5)Н]2 и сильно препятствующего его

цемента ВВЦ оказались выгодными и нужными в одном специальном случае. К. Байдалин [126] применил актив­ ные составы ВБЦ для аварийной заделки пробоин в корпусах судов. Быстрое схватывание и затвердевание и полная, сразу создающаяся водонепроницаемость в дан­ ном случае являлись исключительно полезным. Отрица­ тельным свойством ВБЦ является его недолговечность; однако этот недостаток оказался полезным, так как пос­ ле отвода судна в док к началу ремонта прочность за­ платы уменьшилась и вырубка цементного тампона бы­ ла облегчена.

.В 1953 г. В. В. Михайлов, С. Л. Литвер и- А. Н. По­ пов, используя интересные возможности взаимодействия С—А—CS при большом содержании расширяющего ком­ понента, которое в обычных сочетаниях приводит це­ ментный камень к разрушению, исследовали новый рас­ ширяющийся цемент с большой энергией расширения. Этот цемент состоял из портландцемента (как силикат­ ной основы вяжущего), глиноземистого цемента (как поставщика С и А) и гипса. Цемент был назван напря-

72

и может использоваться в качестве активного расширя­

150 тыс. т ВРЦ накоплен большой опыт по применению водонепроницаемых расширяющихся вяжущих и открыты новые пути полезного использования составов с большой энергией расширения. Стало совершенно ясным, какие материалы расширяющего компонента должны быть применены для получения гидросульфоалюмината каль­ ция того или иного вида и той или иной структуры.

размолотых высокоглиноземистых шлаков с природным гипсовым камнем в соотношении по весу 70:30. Высоко­

представляет собой порошок очень светлого серого цвета с удельным весом 2,86. Сроки схватывания его: начало 20 мин, конец не позже 4 ч после затворения. Линейное расширение ГГРЦ при погружении в воду через 1 ч по­

(вода, воздух, вода и т.д. по 7 суток) через 24 ч не ме­ нее 0,15 и через 3 суток не менее 0,10%. При воздушносухом выдерживании цемент дает усадку в пределах 0,05—0,07%- Предел прочности ГГРЦ зависит от марки примененных глиноземистых шлаков и так же, как гли­

ГГРЦ является водонепроницаемым вяжущим: в чистом виде через сутки цементное тесто непроницаемо при 10 атм; образцы раствора ГГРЦ состава 1:3 непроница­ емы при том же давлении в З-суточиом возрасте. Раст-

73

воры и бетоны на ГГРЦ удовлетворительно твердеют и

ноземистом цементе, резко уменьшающих прочность при повышении температуры.

Авторы рекомендуют применять ГГРЦ для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов для применения в гидроизоляцион­ ных штукатурках, для заделки стыков сборных конст­ рукций, для тампонирования нефтяных скважин и т.д. ГГРЦ производится цементной промышленностью уже более 20 лет, и в настоящее время объем производства

иВ. X. Прохорова

В1965 г. сотрудники ВНИИСТ под руководством

В.Э. Лейриха создали расширяющийся цемент РПЦ (расширяющийся портландцемент) [18], предназначен­

ный для применения в железобетонных конструкциях, имеющих повышенные требования в отношении плотно­ сти и непроницаемости для жидкостей-и газов. Состав РПЦ (в % ) : портландцемеитный клинкер 60—70; высокоглиноземисгые шлаки 10—17; гранулированный домен­ ный шлак 8—12; гипс 7—9; известь 0,5—2. Сроки схва­ тывания РПЦ — нормальные, т. е. аналогичные порт­ ландцементу, на котором он изготовлен, и во всяком случае не ранее 30 мин и не позже 3 ч от начала затворения. Линейное расширение цемента должно быть через 1 сутки не менее 0,3 и на 28-е сутки — не более 2%. Прочность РПЦ равна прочности содержащегося в нем портландцемента, водонепроницаемость РПЦ равна во­ донепроницаемости ВРЦ.

Авторы считают, что расширение РПЦ определяется кинетикой образования и кристаллизации гидросульфоалюмпната кальция в период упругопластического со­ стояния цементного камня. Специально исследовали влияния добавки извести на скорость процесса образо­ вания СзА(С£>)3 Нз1 и на величину свободного расшире­ ния. Исследовался состав РПЦ с расширяющим компо­ нентом, содержащим 15% глиноземистого цемента, 8% гипса и 12% шлака, известь добавляли в количестве от

74

2 до 6%. В итоге использовался состав, полученный вза­

а)

ВВРМЬ 8 сцтка*

Рис. 2.23. Кинетика образования трисульфата алюмината кальция без извести и с добавкой 4% извести

известью он замедляется и продолжается 4—5 суток. Добавка извести в несколько раз увеличивает расшире­ ние.

Авторы приходят к выводу, что при соотношении CS : :А^г 1,5 может возникать только трисульфат кальция, образование которого заканчивается в течение 1 суток. Введение извести изменяет темпы образования трисуль­ фата кальция, замедляя их на 4—5 суток. При больших содержаниях извести пли меньшем содержании гипса возможно образование моносульфата кальция.

На графике не показано, как исчезает в цементном камне CS. Наличие этих данных позволило бы полнее

75

осветить роль извести. В своих исследованиях Р. К. Ме­ та н А. Клейн [74, 133] испытывали аналогичный по со­ держанию состав цемента Р (см. табл. 2.1). В качестве продуктов гидратации были найдены как моносульфат, так и трисульфат кальция. Гипс не просматривался на дифракционном отображении уже через 12 ч после нача­ ла исследований.

Нам представляется возможным, что в исследовани­ ях В. Э. Лейриха при добавлении извести процесс обра­ зования гидросульфоалюмината кальция не останавли­ вался, а образовывались обе формы моно- и трнсульфа­ та кальция, первый из которых к 5 суткам полностью перешел в трисульфат. То, что моносульфат кальция не был обнаружен В. Э. Лейрихом, не удивительно, посколь­ ку моносульфат кальция имеет очень дисперсную струк­ туру и трудно обнаруживается.

Те же авторы предложили другой быстротвердеющий расширяющийся цемент БТРЦ, являющийся производ­ ной ВБЦ, в который вместо некоторого количества гли­ ноземистого цемента введен гранулированный доменный шлак. Рекомендуемый состав БТРЦ (в % ) : высокоалюминатные доменные шлаки 43—63; гранулированный доменный шлак 17—30; гипс 18—22; известь-пушонка 2—5.

БТРЦ предлагается для производства чеканочных работ и для гидроизоляционных работ, выполняемых с помощью цемент-пушки. БТРЦ обладает короткими сро­ ками схватывания, стабильным расширением, обеспечи­ вает интенсивный рост прочности и высокую непроница­ емость цементного камня и раствора в ранние сроки схватывания. В настоящее время РПЦ и БТРЦ применя­ ют в опытном строительстве отдельных объектов, поэто­ му еще рано судить, в какой степени они лучше очень

В 1969 г. К. С. Кутателадзе и др. [149] в Грузин­ ском политехническом институте разработали расширя­ ющийся цемент на базе портландцементного клинкера, глины или горелых пород терриконов (глиежев) и гип­ са. Глину, содержащую А не менее 30%, для получения активного алюмината надо обжигать при температуре

76

600—800° С. Горелые породы, содержащие А не менее 32%, подлежат обжигу при температуре 700—800° С п течение I — 2 ч. Коалинит, содержащийся в глине, в про­ цессе обжига распадается на активные окислы глинозе­ ма и кремнезема. Расширяющийся цемент составляли из клинкера Каспского цементного завода (62—75%), обожженной глины или горелой породы (20—30%) и

'.о,

Рис. 2.24. Удлинение расширяющихся цементов (цифры на кривых показывают прочность цемента в данном возрасте)

77

Образцы из цементного камня расширяющегося це­ мента 1 сутки хранили на воздухе, а затем в воде. На­ блюдения вели в течение 28 суток. Показатели расшире­ ния расширяющихся цементов различных составов при­ ведены на рис. 2.24. Как видно, наибольшее расширение равно 0,6—0,85%. Прочность расширяющихся цементов была на 12—34% ниже, чем прочность исходного расши­ ряющегося цемента. При применении вместо глины обожженных горелых пород показатели расширения при­ мерно вдвое меньше, чем при обожженной глине, и со­ ставляют 0,32—0,45%.

В оценке этого расширяющегося цемента весьма су­ щественным является то, что для его приготовления ис­ пользуются дешевые недефицитные материалы, имеющие­ ся повсеместно. Поскольку молярное отношение C S : А, не считая алюминатов клинкера, составляет 1,3, можно ожидать образования трисульфата кальция, который затем по мере гидратации клинкера может перейти в моноалюминат кальция. Применение этого цемента име­ ет местное значение.

2.3.3. Расширяющиеся цементы за рубежом

Г. Лоссье, состава портландцемент + расширяющий ком­ понент (сульфоалюминатный клиикер+гипс+известь-т-

+ 8 С , где C 4 A 3 S — сульфоалюминат кальция, получаемый путем обжига при температуре 1350°С смеси.южноаме­ риканского боксита (23%), гипса (29%), известняка ( 4 8 % ) .

Составляющие К-цемента обеспечивают быстрое об­ разование трисульфата кальция, поскольку соотношение окислов в расширяющем компоненте составляет С : А : : C S = 1,6 : 1 : 4. К-цемент производится в США пятью специализированными фирмами, которые входят в Кор­ порацию химического преднапряжения железобетона. Фирмы корпорации одновременно выполняют строитель-

78

ные работы возведения железобетонных сооружений на К-цементе.

Цементная промышленность США производит К-це- мент по техническим условиям. В соответствии с их тре­

Главнейшим и интереснейшим свойством К-цемента является способность в процессе твердения расширяться и напрягать заключенную в бетоне арматуру, вызывая небольшое самонапряжеиие конструкции. Степень рас­ ширения в первую очередь может регулироваться соста­ вом цемента. Большое влияние на степень расширения оказывает гранулометрический состав расширяющегося цемента: чем тоньше его помол и, следовательно, боль­ ше удельная поверхность, тем меньше расширение во влажной среде. Так, бетон на К-цементе с удельной по­ верхностью, по Блейну, 2700 см2]г дает на 7-е сутки сво­ бодное расширение 0,26%, а с удельной поверхностью 4500 см2]г почти не дает расширения.

Величина свободного расширения тесно связана с расходом расширяющегося цемента в бетоне. Исследо­ вания показывают, что с увеличением в бетоне расхода

79