Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология портландцемента и его разновидностей. Учебное пособие
.pdf
особенно в первые часы (от 2 до 10 ч). В дальнейшем процесс интенсифицируется, и к 28 суткам степень гидратации для пластифицированных систем превышает соответствующее значение для бездобавочных образцов. Суперпластификаторы на ранних стадиях гидратации
замедляют связывание гипса и образование эттрингита, причем меньшее замедляющее действие оказывают добавки МСФ по сравнению с
НСФ и ЛСТМ.
Рис. 7. Адсорбция НСФ на частицах С4АF (1―4) и С3А (5, 6)
Интенсивное структурообразование в цементной системе начинается после того, как концентрация СП в жидкой фазе достигает минимального значения, при котором его будет недостаточно, чтобы стабилизировать дисперсную фазу цементно-водной системы. Кинетика
твердения цементного камня в присутствии СП в значительной степени
зависит от В/Ц. С понижением водоцементного отношения от 0,7 до 0,3
прочность при сжатии цементного камня возрастает с 26 до 80 МПа.
61
Свойства и применение пластифицированных композиций. Основной областью применения добавок СП являются бетонные смеси.
Высокий пластифицирующий эффект, достигаемый с помощью этих
добавок, может быть использован в нескольких направлениях: получение литых бетонных смесей с высокими прочностными характеристиками; получение бетонов высоких марок из бетонных смесей с уменьшенным водосодержанием; комбинации указанных способов (для одновременного снижения расхода воды и повышения подвижности бетонных смесей).
2.4. ГИДРОФОБНЫЙ ЦЕМЕНТ
Гидрофобный портландцемент ― гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного
клинкера, гидрофобизирующей поверхностно-активной добавки и гипса. Гидрофобный цемент был разработан М.И. Хигеровичем при участии Б.Г. Скрамтаева. Научной основой получения гидрофобного цемента являются два основных положения, выдвинутых П.А. Ребиндером: о гидрофобизации твердой поверхности в результате ориентированной адсорбции поверхностно-активных веществ, полярные группы
которых химически взаимодействуют с поверхностью твердого тела; об
адсорбционном понижении твердости (прочности) и облегчения процессов диспергирования твердых тел под влиянием адсорбции поверхностно-активных веществ из внешней среды.
Гидрофобизирующие добавки. В качестве гидрофобизирующих
добавок используют: мылонафт, асидол-мылонафт, олеиновую кислоту,
окисленный петролеум, добавку ЛЗГФ, представляющую собой раствор высокомолекулярных кислот в минеральном масле, сырое сульфатное мыло, талловое масло, торфяную смолу, полукоксовую смолу и
др. Эти вещества, в зависимости от их вида, вводятся в состав цемента
в количестве 0,06…0,3 % в расчете на сухое вещество в процессе его
измельчения. Гидрофобизирующие добавки образуют на зернах цемента тончайшие адсорбционные слои, как бы «намасливающие» поверхность каждого зерна, благодаря чему цемент приобретает ряд свойств:
понижается способность к смачиванию водой, улучшается сохранность
активности при длительном хранении, повышается морозостойкость
цементного камня и т.д. В то же время эти слои не препятствуют нормальному процессу твердения раствора и бетона на гидрофобном цементе. При перемешивании цемента с водой в присутствии песка и
щебня адсорбционные слои, обволакивающие цементные частицы, как
бы сдираются и способность цемента к гидратации восстанавливается.
62
Производство цемента. Гидрофобизирующие добавки поступают
Наименование добавки
Дозировка, %
Остаток на
сите № 008, %
В % к
контрольному
Без добавки
―
6,8
100
Олеиновая кислота
0,1
2,3
34
Мылонафт
0,2
2,0
30
Асидол-мылонафт
0,2
3,6
54
Торфяная смола
0,3
4,4
64
Каменноугольный пек
0,2
3,8
55
на завод в жидком состоянии, иногда в виде пасты. В последнем случае
добавка разбавляется водой или острым паром, после чего используется в производстве. Гидрофобизирующие добавки подаются вместе с
клинкером на питатель мельницы при помощи дозировочного устройства. Дозировку контролируют ежечасно при помощи мерного цилинд-
ра и секундомера ― для проверки расхода цемента за определенное
время. Гидрофобизирующие добавки оказывают влияние на процесс
измельчения цемента. Интенсификация помола зависит от вида добавки (табл. 9).
Таблица 9
Влияние вида добавки на степень измельчения цемента
при одинаковом времени помола
Помол с гидрофобизирующими добавками требует меньшего времени в сравнении с бездобавочными цементами. Наиболее активными
интенсификаторами помола являются мылонафт и олеиновая кислота.
Свойства гидрофобного цемента. Гидрофобные цементы имеют
замедленные сроки схватывания. Степень замедления зависит от вида и
количества гидрофобизирующей добавки. По степени замедления добавки формируются в ряд: мылонафт → асидол-мылонафт → олеиновая кислота.
Прочность. Гидрофобный цемент выпускается тех же марок, что и
обычный ПЦ: марки 400 и 500. К обозначению цемента добавляются
буквы «ГФ»: например, ПЦ 400 Д20-ГФ (портландцемент марки 400 с
20 % минеральной добавки, гидрофобный).
63
В отличие от обычного портландцемента при оценке качества цемента определяют его гидрофобность, происходит это следующим образом: небольшое количество (5…10 г) цемента разравнивают тонким
слоем на сухой поверхности и наносят на этот слой несколько капель
воды (рис. 8). Капля воды на гидрофобном цементе не менее 5 мин
должна оставаться свободно передвигающейся и не впитываться цементным порошком.
Рис. 8. Капля воды на поверхности гидрофобного цемента
Сохранность свойств. Образование адсорбционных слоев на зернах цемента при введении гидрофобных добавок в процессе его помола
предохраняет цемент от поверхностной гидратации при хранении и
транспортировании. Гигроскопичность цемента зависит от вида и количества вводимой добавки (табл. 10).
Максимальное гидрофобизирующее действие добавок наблюдается
в первые сроки хранения (до 30 суток), а затем их действие ослабевает,
но все-таки увеличение потерь при прокаливании цемента намного
меньше, чем для бездобавочного цемента. Соответственно, прочность
гидрофобного цемента при хранении в течение длительного времени
снижается незначительно, в то время как бездобавочный цемент показывает резкое снижение прочности (табл. 11).
64
Таблица 10
Добавка
Количество, %
Время в сут
3
10
30
60
90
Без добавки
0
2
3,5 6 8,9
10,2
Олеиновая кислота
0,1
0,1
0,2
0,5
1,5
3,0
То же
0,2
0,02
0,05
0,12
0,5
0,9
Мылонафт
0,1
0,2
0,3
0,6
1,8
3,2
То же
0,2
0,01
0,02
0,1
0,4
1,0
Вид цемента
Прочность, МПа
при изгибе
при сжатии
3 сут
7 сут
28 сут
3 сут
7 сут
28 сут
Обычный ПЦ свежий
2,0
3,6
5,1
20
43
51
Лежалый
1,2
2,7
4,0
10
28
36
Гидрофобный свежий
2,0
3,2
4,7
19
40
50
Лежалый
1,8
3,0
4,2
15
32
48
Потери при прокаливании цемента при хранении, %
Низкая гигроскопичность гидрофобного цемента препятствует его
комкованию при длительном хранении. Обычный цемент при хранении
в атмосфере с относительной влажностью 85 % практически наполовину превращается в окомкованный материал.
Таблица 11
Активность гидрофобного и обычного цементов
после 6 месяцев хранения
Реологические свойства. Гидрофобные цементы проявляют свойства пластифицированных цементов, поэтому при их применении в
процессе изготовления растворов и бетонов улучшается удобоукладываемость смесей, снижается водопотребность.
Воздухововлечение. Гидрофобные добавки снижают поверхностное
натяжение воды на границе раздела фаз вода-воздух, поэтому способствуют удержанию мельчайших пузырьков воздуха в растворных и бе-
65
тонных смесях. Степень воздухововлечения зависит от способности
добавок растворяться в воде. Например, мылонафт при введении в количестве 0,1 % обеспечивает воздухововлечение в размере 5 %, а асидол-мылонафт при таком же количестве ― всего 1,8 %. Минералогический и вещественный состав цемента, его степень дисперсности влияют
на воздухововлечение. При использовании грубомолотых цементов вовлекается больше воздуха, чем при употреблении тонкомолотых.
Морозостойкость. Гидрофобизация способствует образованию
мелких воздушных пор в цементном камне, уменьшает капиллярное
передвижение воды и водных растворов солей в бетонах и растворах.
Это особое свойство гидрофобных цементов является одним из факторов его повышенной морозостойкости.
Применение цемента. Гидрофобный портландцемент применяется, в первую очередь, в тех случаях, когда требуются длительное хранение и перевозка на дальние расстояния, особенно водным и морским
путями. Его можно применять наравне с обычным портландцементом в
различных строительных работах, преимущественно для наружной декоративной облицовки зданий, для изготовления гидроизоляционных
штукатурок, строительных растворов, бетонов в дорожном и аэродромном строительстве, а также в гидротехническом бетоне.
2.5. ДОРОЖНЫЙ ЦЕМЕНТ
Цемент, применяемый для изготовления дорожных, аэродромных
покрытий, является разновидностью портландцемента. В отличие от
обычного ПЦ, к нему предъявляются дополнительные требования, обусловленные спецификой службы цемента в дорожном бетоне, в основе
которых лежат результаты фундаментальных исследований многих
ученых (С.В. Шестоперова, Л.А. Феднера и др.).
Бетон в дорожных покрытиях постоянно подвергается механическим, физическим и химическим воздействиям (температурным и
влажностным колебаниям, влиянию дождевых и грунтовых вод и т.п.),
поэтому основными требованиями, предъявляемыми к бетону транспортных сооружений (аэродромные покрытия, путепроводы, мосты и
др.), являются прочность, деформативность и долговечность в суровых
условиях службы. Бетон должен сохранять долговечность в условиях
влажности и сухости, замораживания и оттаивания, химической коррозии под воздействием различных солей, противостоять динамическим
нагрузкам. Применяемый цемент должен обладать повышенной моро-
66
зостойкостью, стойкостью к истирающим и ударным воздействиям,
малой усадкой, повышенной прочностью на растяжение и изгиб. Долговечность бетона в транспортных сооружениях обусловлена техническими свойствами цемента. Цементы для транспортного строительства
подразделяют на цементы: для бетона дорожных и аэродромных покрытий; для бетона дорожных оснований; для железобетонных изделий
и мостовых конструкций; для укрепления грунтов. ГОСТ 55224-2012
«Цементы для транспортного строительства. Технические условия»
предусматривает добавление букв «ДП», «ДО», «ЖИ» и «УГ» для обозначения таких цементов.
Для повышения прочности при изгибе, стойкости к ударным нагрузкам цементы для дорожных и аэродромных покрытий должны изготавливаться на основе клинкера нормированного состава (С3А не более 7 %, сумма С3А и C4AF не более 24 %, а содержание C3S не менее
55 %). Цементы также должны иметь определенный вещественный состав, а именно: не разрешается вводить инертные и активные минеральные добавки, разрешается использовать только доменный гранулированный шлак в количестве не более 15 масс. %. Удельная поверхность цемента должна быть не менее 270 и не более 350 м2/кг. Начало схватывания должно наступать позднее 2 ч с момента затворения цемента водой.
Влияние различных факторов на формирование свойств цемен-
та и бетона. Оптимизация технологических параметров производства
и потребления цемента является одним из факторов, способствующих
повышению эффективности его использования в строительстве, в том
числе и при возведении транспортных сооружений. Из технологических
параметров важными являются: минералогический и вещественный составы, тонкость помола, цемента, использование различных добавок.
Вещественный состав. В зависимости от применяемых добавок
такие физические свойства цемента, как нормальная густота (НГ), водоотделение, пластичность цементного теста, прочность, морозостойкость изменяются в значительной степени. Введение в состав цемента
активной минеральной добавки, например трепела, повышает водопотребность цементного теста, в то время как добавка доменного гранулированного шлака в количестве до 15 % мало отражается на свойствах
цементного теста. Прочность цемента с добавкой трепела в начальные
сроки (до 3 суток) несколько повышается, но затем рост прочности цементного камня замедляется по сравнению с бездобавочным цементом.
При добавке шлака закономерность противоположная: в первые сутки
67
прочность отстает, а в последующие ― достигает прочности бездоба-
Содержание С3А, %
Количество шлака, %
Коэффициент
морозостойкости
4
15
1,2 6 15
1,1 8 15
1,0
10
15
Образцы разрушились
после 100 циклов
вочного. Поэтому при изготовлении дорожных цементов используется
только доменный гранулированный шлак.
Минералогический состав. Как правило, основное внимание уделяется содержанию в цементе алита и трехкальциевого алюмината. Они
предопределяют прочность во все сроки твердения: чем больше алита,
тем выше прочность; содержание С3А обеспечивает прочность в ранние
сроки твердения, поэтому для быстрого набора прочности дорожного
бетона желательно было бы иметь большее содержание этого минерала
в цементе. Однако с увеличением С3А снижается морозостойкость
(табл. 12) и коррозионная стойкость цементного камня и бетона. В связи с этим в цементе для дорожного строительства его содержание ограничивается 7 %.
Таблица 12
Морозостойкость цементного камня после 250 циклов
замораживания и оттаивания
Влияние гранулометрического состава цемента. Для всех разновидностей портландцемента закономерность влияния зернового состава
цемента на его свойства одинакова: чем меньше частицы цемента, тем
выше прочность. Для обычного дорожного цемента она оценивается по
величине удельной поверхности ― не менее 270 м2/кг. Для укрепления
грунтов, устройства гидроизоляции, ремонтно-восстановительных работ требуется очень высокая тонкость помола. В отличие от рядовых
цементов, имеющих средний размер зерен 45…55 мкм, средний размер
частиц высокодисперсного цемента составляет менее 10 мкм. Цемент с
такой тониной помола разработан ЗАО «НТЦ» и называется «ИНТРАЦЕМ». За рубежом особо тонкомолотые цементы выпускаются в Германии (MICRODUR) и во Франции (SPINOR).
68
Использование химических добавок. Для дорожного строительства
создание морозостойких бетонов является одним из важнейших направлений повышения технического уровня строительства транспортных коммуникаций. Воздухововлекающие добавки позволяют минимизировать объем капиллярных пор и обеспечивать оптимальное количество условно-замкнутых пор. Это позволяет снизить внутренние напряжения при воздействии мороза и антигололедных реагентов (например, хлорида натрия) и получить бетоны марки F300 по морозостойкости и одновременно повысить стойкость бетона к шелушению и
истиранию.
Разработка безусадочных цементов. Одним из недостатков цементного камня (бетона) является проявление деформаций усадки ―
появляются трещины, которые впоследствии выступают в качестве одной из причин развития деструктивных изменений в цементном камне.
Усадка цементного камня (бетона) вызывает необходимость в устройстве температурно-усадочных швов, что является существенным недостатком бетонных, армобетонных и железобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог, аэродромов.
Во избежание указанных недостатков предложено использовать безусадочные цементы, которые позволяют избежать трудоемких и дорогостоящих работ по устройству многослойной гидроизоляции на мостах,
путепроводах, сократить количество температурно-усадочных швов.
Безусадочный портландцемент, предназначенный для транспортного строительства, получают путем совместного измельчения портландцементного клинкера, расширяющегося компонента и гипса. При помоле в цемент допускается введение доменного гранулированного
шлака в количестве до 10 масс. %. Безусадочный цемент для транспортного строительства выпускается по ТУ 5732-003-24089832-98 и
должен соответствовать требованиям, представленным в табл. 13. По
назначению цемент подразделяется на дорожный, предназначенный
для бетонов транспортных сооружений, и гидроизоляционный.
На рис. 9 представлен фрагмент использования безусадочного цемента в процессе дорожного строительства. Безусадочный цемент с использованным в качестве расширяющегося компонента сульфоферритным клинкером (СФ-цемент) позволяет получать бетоны по морозостойкости не менее F300 и по водонепроницаемости ― не ниже W12.
Цемент рекомендуется для ремонтно-восстановительных работ разрушенного поверхностного слоя бетона.
69
Характеристика безусадочного дорожного цемента
Наименование показателя
Значения для безусадочного цемента
дорожного
гидроизоляционного
32,5
42,5
32,5
42,5
Прочность при сжатии, МПа,
не менее, в возрасте:
– 2 сут.
– 7 сут.
– 28 сут.
―
22
38
14
―
48
―
22
38
14
―
48
Прочность при изгибе, МПа,
не менее, в возрасте:
– 2 сут.
– 7 сут.
– 28 су.
―
4,5
5,5
4,0
―
6,0
―
4,5
6,0
4,0
―
6,0
Сроки схватывания:
– начало, мин, не ранее
– конец, час, не позднее
120
10
30
8
Линейное расширение, %,
не более, в возрасте
– 2 сут.
– 28 сут.
0,10
0,20
Морозостойкость, циклов,
не менее
300
Водонепроницаемость, атм,
не менее
―
10
S
уд.
, м2/кг, не менее
280
320
Таблица 13
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]