Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Строительные материалы. Логические конспекты-схемы. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
Свойства низкообжиговых гипсовых вяжущих
Строительный гипс Высокопрочный гипс
Прочность зависит от расхода воды, поэтому ее
определяют при нормальном водогипсовом отношении (В/Г)
(В/Г)н = 0,55–0,75 (В/Г)н = 0,4–0,45
Rсж = 2–25 МПа
R
= 1,2–8 МПа
изг
Марки Г-2 до Г-25
(в возрасте 2 ч)
CaSO4·0,5H2O + 1,5Н2О = CaSO4·2H2O
Штукатурные растворы, архитектурные детали, сухая гипсовая штукатурка, перегородочные плиты – в помещениях с
нормальной влажностью ϕ = 60–70 %
Высокообжиговые гипсовые вяжущие
Ангидритовый цемент
CaSO4
Медленно схватываются и медленно твердеют
Реакция твердения (в присутствии активизатора твердения)
Испытывают в возрасте 28 сут для составов 1:3 с песком
Rсж = 10, 15, 20 МПа
Кладочные и штукатурные растворы, низкомарочные бетоны,
искусственный мрамор, бесшовные полы – в помещениях с
нормальной влажностью ϕ = 60 %
н
Rсж = 40–50 МПа
Реакция твердения вяжущих:
Применение
Высокообжиговый гипс
(или эстрих-гипс) CaSO4
CaSO4 + 2Н2О = CaSO4·2Н
2О
Применение
11
7.4.2. Воздушная известь
Q
→ + ↑ −
Q
+ = +
вестковое тесто
Это продукт, получаемый обжигом не до спекания, т.е. без образования
жидкой фазы (t = 1000–1200 ºС), карбонатных пород, содержащих не более 6 % глинистых примесей
Карбонатные породы: плотный известняк, известняк-ракушечник, мел содержат СаСO3 с примесью MgCO
Реакции при обжиге:
100 56 44
CaCO CaO CO
3
MgCO3 → MgO + CO2 ↑ – Q
CaO – комовая негашеная известь
Уменьшение массы за счет выделения СО2 → 44 %; при обжиге уменьшение объема → 10–14 %, поэтому получаемый продукт пористый
Перевод СаО комовой в рабочее состояние
Гашение Помол
56 18
CaO H O Ca(OH)
2 2
Гашеная известь Са(ОН)
В действительности на гашение
нужно не 32 % воды, а гораздо
больше, т.к. реакция экзотермическая
СаО : Н2О =
= 1: (65–95 %)
→ известьпушонка
СаО : Н2О =
= 1 : 1 → из-
ρ
≈ 1400 кг/м
m
Н2О > CaO →
известковое молоко
3
ρ
m
Химическое
диспергирование
3
2
Известь-кипелка СаО
2
Преимущества:
≈ 1300 кг/м3
1
− нет отходов гашения;
− тепло от реакции гашения
идет на испарение влаги из
раствора;
− твердеет быстрее, чем
Са(ОН)2
Недостатки:
− хранить необходимо в за-
крытой таре;
− пыление при помоле
12
−
−
Твердение гашеной извести Са(ОН)2
Физические процессы Химические процессы
Растворение Са(ОН)2 в воде и
медленная кристаллизация его
из насыщенного раствора
Карбонизация Са(ОН)2
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О
идет с поверхности, постепенно проникая вглубь
Твердение молотой негашеной извести СаО
СаО + Н2О = Са(ОН)2, потом по указанной
выше схеме
Свойства воздушной извести
Негашеную известь (СаО) делят на три сорта по
содержанию активных CaO + MgO (активность
извести)
1 сорт:
≥ 90 %
2 сорт:
≥ 80 %
3 сорт:
≥ 70 %
Схватывается воздушная известь медленно:
негашеная
гашеная
– 15–60 мин;
– 5–7 суток
Предел прочности при сжатии в 28-суточном
возрасте:
гашеной извести
0,5–1,5 МПа
негашеной извести
до 5 МПа
Применение
Кладочные и штукатурные растворы, часто
в сочетании с ПЦ; силикатные изделия; получение смешанных вяжущих веществ
13
7.4.3. Жидкое стекло и кислотоупорный цемент
Жидкое стекло – это коллоидный водный раствор силикатов
натрия Na2O·nSiO2 (чаще) или калия K2O·nSiO2, где n – модуль
жидкого стекла
До растворения это стеклообразная масса, получаемая плавлением (t = 1300–1400 ºС) смеси чистого песка с содой Na
2СО3
–
силикат-глыба
Куски силикат-глыбы растворяют в воде при повышенной температуре и давлении ⇒ жидкое стекло. Содержание воды в
жидком стекле 50–70 %
Применение
Изготовление кислотоупорного цемента, кислотостойких и жароупорных бетонов, силикатных красок, для уплотнения грунтов
Кислотоупорный цемент – продукт помола кварцевого песка
(SiO2) и кремнефтористого натрия (Na2SiF6). Затворяют жидким стеклом
Применение
Кислотостойкие растворы, бетоны. Rсж бетона 50–60 МПа, не
водо- и не щелочестоек
7.4.4. Магнезиальные вяжущие вещества
Получают путем обжига при t = 750–850 ºС магнезита MgCO3,
реже доломита MgCO3·СаCO3
MgCO3 = MgO + CO
MgO – каустический магнезит
Для ускорения твердения и повышения прочности затворяют
не водой, а водным раствором MgCl
Rсж = 60–100 МПа
Применение
Изготовление фибролита, ксилолита, монолитных и плиточных
ксилолитовых полов, стекломагниевых плит
(t)
2
2
14
7.5. Гидравлические вяжущие вещества
На основе клинкера:
портландцементного глиноземистого
7.5.1. Портландцемент (ПЦ)
Это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким
помолом обожженной до спекания, т.е. с образованием жидкой
фазы (t = 1300–1450 ºС), сырьевой смеси известняка и глины,
взятых в соотношении ~ 3 : 1 по массе
Сырьевые материалы
Известняк СаCO3 Глина
Al2O3·nSiO2·mH2O с примесями
свободных SiO2 и Fe2O
Технология получения
Добыча сырья
1. Подготовка сырьевой смеси
2. Обжиг до спекания → ПЦ клинкер
3. Помол ПЦ клинкера с добавками →
→ ПЦ
1. Подготовка сырьевой смеси
Цель –
получить наиболее тонко измельченную однородную смесь, т.к.
при этом быстрее и полнее в процессе обжига происходят реакции
Мокрый способ
Сырье измельчают и смешивают
компоненты в водной среде,
W
= 35–45 %. Используют, ес-
шлама
ли сырье имеет значительную
Сухой способ
Сырье сушат, измельчают и
смешивают в сухом состоянии.
W = 1–2 %. Способ более экономичный, чем мокрый
влажность
3
15
2. Обжиг сырьевой смеси до спекания
(t = 1300–1450 ºС)
наиболее полное прохождение химических реакций;
своб
СаО
Осуществляют во вращающихся печах-барабанах
ℓ = 95–230 м, ∅ = 5–7 м, работающих по принципу
противотока: сырьевую смесь подают со стороны верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца, вдувается топливо (газ, мазут, воздушноугольная смесь)
Сырьевая смесь движется к горячему концу печи, проходя различные температурные зоны → распад глинистых минералов на оксиды, вступающие затем в химическое взаимодействие с СаО
Продукт обжига – портландцементный клинкер (ПЦ
клинкер) → камнеподобные гранулы темно-серого
цвета
получение тонкого порошка с добавкой 3–5 % по массе
природного гипса CaSO4·2Н2О для замедления схватывания и иногда – активных минеральных добавок
(0–20 % по массе)
≤ 1 %, MgО
3. Помол клинкера
Готовый продукт → ПЦ
своб
Цель –
≤ 5 %
Цель –
16
Минеральный состав ПЦ клинкера, %
3CaO·SiO2 – C3S – алит
2CaO·SiO2 – C2S – белит
3CaO·Al2O3 – C3A
4 CaO·Al2O3·Fe2O3 – C4AF – целит
– 45–65
– 15–40
– 5–15
– 10–20
Свойства минералов
Величина прочности;
Скорость набора прочности;
Тепловыделение при твердении
↓ тепловыделения →
→ C3A → C3S → С4AF → С2S
Изменяя минеральный состав, можно получить цементы с различными
свойствами, например:
быстротвердеющий цемент
↑C3S, ↑ C3А
– для сокращения сроков изго-
товления конструкций;
– для выполнения бетонных ра-
бот в зимнее время
белитовый цемент
↓C3S, ↓C3А, т.е. ↑ С2S
для бетонирования массивных
конструкций с малым тепловыделением
17
28
нх
28
нх
изг
R
Результат – образование при взаимодействии клинкерных минералов с водой гидратных соединений
2(3CaO·SiO2) + 6Н2О = 3CaO·2SiO2·3Н2О + 3Са(ОН)
2(2CaO·SiO2) + 4Н2О = 3CaO·2SiO2·3Н2О + Са(ОН)2
3CaO·Al2O3 + 3(CaSO4·2Н2О)+25Н2О =
=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31Н2О
Реакция идет, пока весь добавленный при помоле клинкера гипс
не израсходуется. После этого 3CaO·Al2O3 начинает взаимодействовать с водой
3CaO·Al2O3 + 6Н2О = 3CaO·Al2O3·6Н2О
4CaO·Al2O3·Fe2O3 + mН2О = 3CaO·Al2O3·6Н2О + CaO· Fe2O3·nН2О
Прочностные показатели – испытанием балочек 4×4×16 см
из раствора состава 1:3 с песком (по массе) нормальной
консистенции в возрасте
28 сут нормального хранения
(1 сут над водой + 27 сут в во-
де) вначале на изгиб, а затем
половинки – на сжатие,
R
–5,4 –––→ 6,4 МПа
изг
Rсж –39,2 –––→ 58,8 МПа
Абсолютное значение
R
сж
Сроки схва-
и
Твердение ПЦ
Требования к ПЦ
тывания: начало – не ранее 45 мин,
конец – не
позднее 10 ч
от начала затворения водой
2
Тонкость по-
мола: остаток
на сите № 008
≤ 15 % по массе
Равномерность из-
менения объема:
неравномерное изменение объема
возможно из-за избыточного содержания СаО
MgО
своб
своб
вследствие
и
их расширения при
взаимодействии с
Н
О
2
→ активность ПЦ
Маркировка ПЦ, например,
ПЦ400-Д0. Д – содержание
активной минеральной добавки → Д0, Д5, Д20
18
Изменение прочности ПЦ со временем
lg
lg28
n
3
.
н хр
сж
R
28
.
н хр
R
7
.
н хр
сж
R
28
.
н хр
R
проп
R
28
.
н хр
О
При нормальных условиях
прочность увеличивается по логарифмическому закону:
.
R
сж
n ≥ 3
н хр
=
R
сж
n
сут
28
= (40–50 %)
= (60–70 %)
сж
сж
Ускорение твердения
пропаривание
–
t ≈ 90–98 °С
τ
= 12–20 ч
= (0,65–0,75)
сж
R
сж
Используют при произ
водстве бетонных и же
лезобетонных изделий в
заводских условиях
-
-
Длительное хранение
ПЦ
→
потеря активно
сти
Восстановление ак
тивности
ный помол
→
вторич
-
-
Хранение в закрытой
таре
-
Коррозия ПЦ камня
Это процессы разрушения ПЦ камня под действием различных веществ, находящихся в окру
жающей среде (воде, воздухе, грунтовых и сточных водах и т.д
.)
Рассматривается применительно к коррозии бетона и железобетона
Виды коррозии
I.
Связана с вымыванием
пресными водами выде
ляющегося при твердении
ПЦ Са(ОН
щелачивания
)2 (
коррозия вы
)
Растворимость Са(ОН
висит от содержания в воде
примесей: присутствие в
воде одноименных ионов
↓
, а
разноименных
– ↑
творимость Са(ОН
)2
-
)2 за-
рас
-
-
II.
Образование легкораствори
мых солей в результате реакций
между ПЦ камнем и вещества
ми, содержащимися в окру
-
-
жающей среде, и вымыванием
продуктов реакций
а) Са(ОН
Mg(OH)2
)2+ MgCl2 = CaCl2 +
растворим
Са(ОН
Mg(OH)
)2 + MgSO4 = CaSO4 +
2
растворим
б) Са(ОН
др
.) → CaCl2(CaSO4) + H
)2 + HCl (H2SO4
или
2
-
III.
Образование в ПЦ
камне под влиянием
проникающих в него
веществ соединений с
большим объемом, чем
исходные продукты
реакции (сульфатная
коррозия
) →
ние напряжения, тре
щинообразование
3CaO·Al2O3 +
+ 3(CaSO4·2H2O) +
+ 25H2O →
→
3CaO·Al2O3·3CaSO4·
внутрен
·31H2O)
↑
V в 2,6
раза
-
-
-
19
Выбор надлежащего вида цемента
2
Применение активных
минеральных добавок (АМД
связывающих
Ca(OH)
Введение в бетонную смесь гид
рофобизующих добавок
7.5.2. Разновидности портландцемента
1.
Цементы с активными минеральными добавками (АМД
Это цементы, получаемые помолом ПЦ клинкера с АМД
АМД
–
это тонкоизмельченные природные или искусственные вещества, способ
ные взаимодействовать с Са(ОН
нений
Природные
–
вулканические горные породы
(
вулканическая пемза, вулкани
ческий пепел
–
осадочные породы, содержащие
аморфный кремнезем
(
диатомит, трепел, опока
Са(ОН
Са(ОН
)2 + SiO2·nH2O =
)2 + Al2O3 + nH2O =
Пуццолановый ПЦ (ППЦ
21–40 %
+ до 3,5 %
100 % – ПЦ
);
АМД (от массы цемента
гипса, остальное до
клинкер
Способы защиты бетона от коррозии
),
-
Повышение плотности бетона
Применение защитных по
крытий
)2 с
образованием нерастворимых в воде соеди
:
-
SiO2·nH2O
)
СаО
·SiO2·(n + 1)H2O
не растворим в воде
СаО
·Al2O3·(n + 1)H2O
не растворим в воде
Виды цементов с АМД
)
)
–
глины, обожженные при
t = 800 °C;
–
доменные гранулированные
шлаки (отходы при выплавке
чугуна из руд
–
кислые золы ТЭС
Шлакопортландцемент (ШПЦ
21–80 % –
ванный шлак
ное до
Искусственные
100 % – ПЦ
-
)
:
);
доменный гранулиро
, 5 % –
гипс, осталь
клинкер
-
-
)
-
-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]