STROITEL_NOE_MATERIALOVEDENIE_RYB_EV

Приходится учитывать также, что морозостойкость, выражаемая многократным замораживанием и оттаиванием бетона, насыщенного водой (например, в опорах мостов на уровне воды), понижается при увеличении содержания С3А в цементе.

Не являются пассивными ингредиентами щелочные оксиды K2O, когда в бетоне используются заполнители в виде опала — аморфного кремнезема (SiO2, n·H2O), повышающие диффузию воды в бетон и осмотическое давление в нем вплоть до критического уровня и разрушения строительной конструкции.

Портландцемент применяют главным образом для бетонных и железобетонных конструкций в наземных, подземных и подводных сооружениях, в том числе и таких, которые подвержены попеременному замораживанию и оттаиванию. Для растворов они используются только в тех случаях, когда не имеется более дешевых вяжущих веществ — воздушной и гидравлической извести, смешанных цементов и др. В цементных растворах требуется предусмотреть введение водоудерживающих добавок — извести, глины, цемянки, золы, молотого известняка и др. Во всех случаях использования портланд- цемента непременно учитывают, что имеются и специальные разновидности этого вяжущего вещества — быстротвердеющий, сульфатостойкий, пластифицированный и гидрофобный, белый и цветной, тампонажный и др., а также смешанные на основе портландцемента или на основе извести. Кроме того, возможны к применению иные разновидности цементов, которые также необходимо иметь в виду при выборе рационального вяжущего вещества для конкретных строительных целей. Все они в той или иной мере рассмотрены ниже.

Здесь же важно отметить, что среди наиболее важных показателей качества портландцемента и других цементов является так называемая активность — показатель предела прочности, получаемый при испытании на осевое сжатие половинок образцов- балочек размером 4x4x16 см, изготовленных из цементного раствора состава 1:3 (по массе) и В/Ц = 0,4, в возрасте 28-суточного твердения1. При изготовлении цементного раствора используют нормальный песок Привольского месторождения, содержащий не менее 98% кварцевых зерен размером 0,5—0,9 мм. Образцы-балочки изготовляют по стандартной методике. По активности судят о марках цемента.

Маркой цемента принято именовать величину его активности, но с округлением до нижнего предела и с учетом его предела прочности при изгибе.

Различают следующие марки портландцемента: М 400, М 500, М 550 и М 600. Требования к маркам портландцемента и некоторым его разновидностям приведены в табл. 9.2.

Таблица 9.2. Требования к маркам портландцемента и его разновидностям

1 Одни сутки образцы в формах хранятся, во влажном воздухе и 27 суток — освобожденные от форм в воде; температура 20±2°С.

231

шлакопортландцемент

* Допускается выпускать портландцемент с минеральными добавками марки 500 с пределом прочности 28 суток твердения при изгибе не менее 4,5 МПа и при сжатии не менее 30 МПа.

Допускается ускоренное испытание на определение активности, например в возрасте 3 или 7 суток, но с последующим уточнением данных применительно к нормальному 28- суточному возрасту испытания образцов.

Кроме активности по стандарту, желательно, в соответствии с теорией ИСК и ее законом конгруэнции (см. 3.2), определять еще расчетную активность портландцемента (и других видов вяжущего вещества). Под расчетной активностью подразумевается предел прочности при сжатии (или при других видах напряженного состояния) цементного камня оптимальной структуры, полученного и испытанного с учетом реальных условий ИСК на основе этого цемента. Зафиксированная величина активности называется расчетной потому, что входит в формулы для расчета соответствующей прочности бетона оптимальной структуры. Стандартная же активность является некоторой условной, нужной для товарной маркировки цемента, т. е. для сравнения его с другими цементами. В техническую характеристику портландцемента входят такие показатели (в коли- чественных значениях): тонкость помола, плотность, сроки схватывания, равномерность изменения объема (по данным визуального осмотра образцов). Все они обусловлены стандартными методиками их определения.

Тонкость помола оценивают по количеству цемента, прошедшему через сито с сеткой № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); должно просеиваться не менее 85% массы просеиваемой пробы. Значимой величиной в оценке тонкости помола служит удельная поверхность частиц цемента, определяемая с помощью поверхностомера. Средний размер частиц цемента составляет 15—20 мкм, что соответствует удельной поверхности, равной

2500—3000 см2/г.

Плотность портландцемента без минеральных добавок равна 3,1 г/см3, насыпная плотность в среднем — 1300 кг/м3.

Сроки схватывания — начало не ранее 45 мин, конец — не позднее 10 ч от начала затворения цемента водой в тесто нормальной густоты. Под последней понимается количество воды, в % по массе, которое потребовалось ввести, чтобы пестик в приборе Вика мог опуститься в кольцо с тестом на глубину, при которой он не доходит до дна на 5—7 мм. Нормальная густота портландцемента обычно находится в пределах от 22 до 28%. В цементе, содержащем активные минеральные добавки, нормальная густота может возрастать до 32—35%.

Равномерность изменения объема, при своей простоте определения, является важной характеристикой цемента. Она выражается в визуальной оценке состояния образцов- лепешек из теста нормальной густоты в возрасте 24 ч, прошедших трехчасовое кипячение

вводе. По стандарту образцы не должны деформироваться или иметь радиальные трещины. Эти дефекты возможны при гидратации свободной извести СаО или периклаза MgO, оказавшихся в цементе сверх допустимого предела и вызвавших местные деформации испытуемых образцов.

Все необходимые сведения о технических свойствах цемента сообщаются потребителям, получающим цемент с завода, в виде паспорта на поставляемую партию цемента. Размер партии может составлять от 300 до 400 т, но паспорт относится обычно к партии цемента

в200—300 т.

Разновидности портландцемента. Быстротвердеющий портландцемент, как уже отмечалось, получается в основном за счет повышенного содержания в клинкере быстротвердеющих минералов C3S и С3А, т. е. чтобы цемент был алитоалюминатным. Желательное содержание этих минералов находится в пределах: C3S — 50—60%, С3А — 8—12%, а сумма их — не менее 65%. Повышенное содержание этих соединений должно

232

сопровождаться и повышенным содержанием двуводного гипса, вводимого при помоле клинкера. Гипсового камня принимается такое количество, которое может быть химически связано в твердеющем портландцементом тесте в течение первых 24 ч после его затворения, что обычно составляет около 3% (2—5%).

Для ускорения процессов твердения необходим более тонкий и однородный помол сырьевой смеси, использование исходных материалов по возможности с аморфной структурой, поддержание повышенных температур при обжиге с добавлением в смесь минерализаторов (например, плавикового шпата), более быстрое охлаждение клинкера, выходящего из зоны спекания, более тонкий помол клинкера (до 3500—4000 см2/г). Скорость нарастания прочности цементного камня можно увеличить также путем введения химической добавки — хлористого кальция, соляной кислоты или других веществ аналогичного действия, вводимых в малых дозах.

Производство быстротвердеющего портландцемента началось в нашей стране с 1955 г., что позволило снизить расход цемента в бетоне и уменьшить энергозатраты на теплообработку изделий в, связи с укороченной ее продолжительностью.

Сверхбыстротвердеющий высокопрочный портландцемент (СБТЦ) отличается от быстротвердеющего (БТЦ) значительно более высокой ранней прочностью. Так, например, через 6 ч после затворения водой фиксируется прочность в 10 МПа, что в два раза больше получаемой при твердении теста на основе СБТЦ. При использовании СБТЦ можно через 1—4 ч получать прочность бетона, достаточную для распалубки изделий, расход цемента снизить до 20%, значительно сократить энергозатраты на теплообработку изделий.

Втехнологический период при изготовлении СБТЦ в сырьевую смесь вводят галогеносодержащие вещества, например фторид кальция, увеличивают в смеси содержание алюминатов.

Вряду быстротвердеющих и сверхбыстротвердеющих цементов возможно по своим свойствам расположить еще особобыстротвердеющий цемент. Он является высокопрочным и в возрасте 1 сутки имеет предел прочности при сжатии 20—25 МПа. В

нем 65—68% C3S, C3A до 8%. Его удельная поверхность — свыше 4000— 4500 см2/г. Сульфатостойкий портландцемент получают при совместном тонком помоле клинкера специального состава (с малым содержанием алюминатов кальция) с гипсом до 8%. Он и его разновидности имеют строго установленный химический состав: трехкальциевого

силиката C3S — не более 50%, трехкальциевого алюмината C3A — не более 5%, а сумма C3A и C4AF — не выше 22%, оксида магния не более 5%. Сульфатостойкий портландцемент имеет марку 400, не должен содержать минеральных добавок, если они снижают морозостойкость бетонов на основе этих вяжущих веществ. Разновидности этого цемента: Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками марок 400 и 500, Сульфатостойкий шлакопортландцемент марок 300 и 400 и пуццолановый портланд- цемент марок 300 и 400. Их применяют при строительстве подземных и подводных частей сооружений, подвергающихся сульфатной коррозии.

Обычный сульфатостойкий портландцемент применяют для изготовления бетонов, работающих в условиях сульфатной среды, например в морской воде, а также для бетонов повышенной морозостойкости.

Портпандцвменты с поверхностно-активными добавками. К ним относятся пластифицированный и гидрофобный.

Пластифицированный портландцемент — продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с двуводным гипсом (3—5%) и с добавлением при помоле около 0,25% сульфидно-дрожжевой бражки (СДБ) или другой пластифицирующей добав- ки Эти добавки, адсорбируясь на поверхности частиц цемента, повышают смачиваемость цемента водой, не препятствуя их взаимодействию. Добавки уменьшают трение между зернами цемента, а в бетонных смесях — и между зернами заполнителя, вследствие чего повышают их подвижность, позволяют уменьшить расход цемента в бетоне на 5—10%.

233

Гидрофобный портландцемент — продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с двуводным гипсом (3—5%) и с добавлением при помоле 0,1—0,2% гидрофобизирующих добавок — мылонафта, синтетических жирных кислот, асидола. Синтетические жирные кислоты, их соли (мыла) и другие частицы, адсорбируясь на поверхности зерен цемента, образуют тончайшие водоотталкивающие пленки, уменьшающие смачиваемость цемента водой. В результате гидрофобные цементы могут длительное время пребывать на воздухе с повышенной влажностью без потери своей активности.

При перемешивании бетонной смеси целостность гидрофобной пленки нарушается, после чего цемент беспрепятственно взаимодействует с водой. Остающиеся добавки в теле бетона улучшают его качество, например повышая морозостойкость, сопротивляемость агрессивной среде.

Пластифицированный и гидрофобный портландцементы применяют наравне с обычным портландцементом для бетонных и железобетонных наземных, подземных и подводных конструкций, в том числе работающих в условиях циклического замораживания или увлажнения.

Белый и цветные портландцементы. Сырьем для заводского производства белого портландцемента служат чистые известняки и белые глины. Сырьевую смесь обжигают на беззольном (газовом) опливе. Для повышения белизны клинкер обжигают в восстановительной среде и отбеливают путем быстрого охлаждения водой. Белый цемент должен содержать Fе2О3 не более 0,35—0,5%. При помоле особенно тщательно предохраняют цемент от попадания в него частиц железа или оксидов железа, которые нарушают его белизну. По степени белизны белый портландцемент делится на три сорта: цемент 1-го сорта имеет коэффициент отражения не ниже 80%; 2-го сорта — не ниже 75% и 3-го сорта — не ниже 68%. Степень белизны определяют фотометром типа ФМ-58. За эталон принимают сернокислый барий BaSО4: он имеет коэффициент отражения не менее 95%. Следует отметить, что коэффициент отражения портландцемента обычного составляет 40%.

Цветные цементы получают путем совместного помола клинкера белого портландцемента со щелочестойкими и светостойкими пигментами. Пигментов добавляют не более 15% минеральных и не более 0,3% органических. Для получения цветных цементов желтого, розового, красного, коричневого, зеленого, голубого и черного цветов используют пигменты природные (охру, железный сурик и др.) и искусственные (оксид хрома, мумию, оксид марганца — пиролюзит).

По способу П.И. Боженова можно получать цветные клинкеры, добавляя к сырьевой смеси 0,05—0,1% соединений хрома, марганца, кобальта, никеля и др. При помоле таких клинкеров получают цветные цементы с более интенсивной окраской.

Белый и цветные портландцементы выпускают марок М 400 и М 500. Их применяют для архитектурно-отделочных работ, облицовочного слоя панелей и блоков, скульптурных работ, цветных разделительных полос на автомагистралях и т. п.

Портландцемент дорожный получают совместным помолом портландцементного клинкера, в котором повышенное содержание C3S, но ограниченное C3A — до 8%, а также гипса — до 3,5% по SO3. Пластифицирующих добавок при помоле добавляют не более 0,3%. Присутствие гранулированного доменного шлака допускается до 15% массы цемента. Выпускается этот цемент двух марок: 400 и 500. Начало схватывания не ранее 2 ч после затворения водой.

Дорожный портландцемент предназначен для устройства бетонных покрытий автомагистралей, придавая им повышенную морозостойкость, деформативность, прочность при изгибе и ударной нагрузке, а также низкие показатели истираемости и усадки.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) — гидравлическое вяжущее вещество,

получаемое в процессе тонкого измельчения смеси, состоящей из портландцементного

234

клинкера (60%), глиноземистого клинкера или шлака (6%), доменного гранулированного шлака или другой активной минеральной добавки (25%) и гипса (9%). РПЦ ха- рактеризуется высокой плотностью, быстрым твердением при кратковременном пропаривании, водонепроницаемостью до 1,2 МПа и более, а также повышенной морозостойкостью цементного камня. Главным достоинством этого цемента служит способность цементного теста в начальный период твердения переходить в цементный камень с линейным расширением 0,3—0,4% при постоянном увлажнении (в течение трех суток).

Применяют РПЦ, как и другие цементы с аналогичным качеством, при заделке в целях гидроизоляции швов тюбингов, раструбных труб, стыков и трещин в бетонных и железобетонных конструкциях, в производстве сборных бетонных изделий с сокращением времени их тепловой обработки.

Алинитовый цемент — одна из новых разновидностей быстротвердеющих портландцементов. В качестве сырьевых материалов для его производства применяют смесь известняка, глинистого компонента и добавки раствора хлористого кальция. Для получения клинкера сырьевую смесь обжигают при температуре 1050—1150°С вместо 1450—1500°С при получении клинкера портландцемента. Полученный клинкер измельчают совместно с добавкой двуводного гипса в количестве 2,5—3,5% массы цемента в расчете на SO3. Допускается введение 10—30% активных минеральных добавок или 30—50% доменного гранулированного шлака.

В составе клинкера преобладают минералы — алинит (хлорсиликат кальция), являющийся основным, поскольку его содержится 60—80% по массе, а также хлоралюминат кальция. Активность алинйтового цемента составляет 40—60 МПа. При производстве алинитового цемента обеспечивается по сравнению с портландцементом более низкий (на 15—20%) расход топлива при обжиге сырьевой смеси. Но имеются и недостатки: бетоны, приготовленные на алинитовом цементе, имеют пониженную морозостойкость, а стальная арматура в железобетоне на основе такого цемента корродирует под влиянием ионов хлора. Отрицательные явления в значительной мере устраняются различными мероприя- тиями.

Механоактцвированный портландцемент начали выпускать на отдельных заводах по своеобразной технологии с целью улучшения его строительно-технических характеристик, а также увеличения его массы при сохранении исходной активности. В результате механо-химической активации повышается не только дисперсность материала, но и реакционная способность, выражаемая в приросте гидравлической активности на 30—40 МПа. Последнее означает возможную экономию до 70% цементного клинкера в связи с его заменой минеральными добавками, например горной кремнесодержащей породой, песком, золошлаковым отходом и др. Обычно реализуется одна из двух возможных технологических схем производства меха-ноактивированного портландцемента: по 1-му варианту --1т цемента марки 500, добавка с получением после активации 1—4 т золошлаковых отходов, песка или другого минерального вещества с выходом на конечной операции 2—5 т вяжущего вещества марки 300—500 и возможного получения широкой номенклатуры сухих смесей для строительных и отделочных работ; по 2-му варианту — 1 т цемента марки 500 с добавкой механохимической обработки ве- щества, с получением 1 т цемента марки 700—800, и, соответственно, качественно новых технических свойств цемента в бетонах и растворах, в том числе при получении искусственного литого камня (фундаментного, тротуарного, декоративного и др.).

Глиноземистый цемент и его разновидности. К клинкеросодержа-щим гидравлическим вяжущим веществам, кроме портландцемента и его разновидностей, относится и глиноземистый цемент со своими разновидностями. Однако для его получения требуется клинкер иной, а не портландцементный. Этот цемент является быстротвердеющим вяжущим веществом, набирающим через сутки твердения прочность, которая составляет свыше 85% его марочной прочности. Он получается обжигом до плавления, и тогда

235

сырьевая смесь в виде брикетов обжигается в электропечах или вагранках при температу- ре 1400—1500°С. Обжиг может быть до спекания, и тогда клинкер получают во вращающихся печах при температуре 1200—1300°С. За обжигом следует тонкий помол продукта обжига — сплава или клинкера. От других цементов глиноземистый отличается высоким, преобладающим содержанием в клинкере алюминатов кальция (nСаО·mAl2O3).

К основным видам сырья для получения глиноземистого цемента относятся боксит Al2O3·nH2O и известняк. Но боксит — сравнительно редко встречающаяся горная порода и, к тому же, весьма, ценная для получения металлического алюминия. Поэтому исполь- зуют некоторые промышленные отходы, богатые глиноземом (Al2O3). В нашей стране разработан способ производства этого цемента путем плавки в доменной печи бокситовой железной руды с добавлением известняка или извести и металлической стружки или лома. В такой домне кроме чугуна получают шлам температурой 1550—1600°С, который и является глиноземистым клинкером, поступающим на помол его в цемент.

Глиноземистый цемент представлен следующими оксидами ( %): Al2O3 — 55; СаО — 45; SiO2 — 5—10; Fe2O3 — 5—15 (включая закись железа). Основным компонентом цемента является однокальциевый алюминат СА, который в дальнейшем при взаимодействии с водой характеризуется нормальным сроком схватывания (начало не менее 30 мин), высокой прочностью цементного камня в ранние сроки твердения. При повышенном содержании СаО возникает при обжиге C5A3 или C12A7, а при пониженном — СА2. Чтобы не было уменьшения интенсивности нарастания прочности, стремятся ограничить содержание C2S, поэтому должен быть минимальный предел содержания кремнезема в сырье. Не приносят пользу в сырье оксиды и закиси железа, скорее — наоборот. Вовсе нежелательно присутствие МgО и TiO2, так как, отнимая часть оксида алюминия и оксида кальция, они дают негидратирующиеся, т. е. балластные, соединения. По некоторым данным, до 3—5% СаО·TiO2 влияет на систему положительно.

Помол клинкера производят до очень высокой дисперсности цемента: больше 90% должно проходить сквозь сито № 008 с сеткой 5476 отв/см2. Однако размалывается в порошок он труднее портлан-дцементного клинкера, с большим расходом электроэнергии на работу мельницы.

Глиноземистый цемент выпускают трех марок: 400, 500 и 600, определенных в трехсуточном возрасте, но уже через одни сутки образцы набирают прочность при сжатии, соответственно, не менее 23, 28 и 33 МПа. Твердение цементного теста (и в изделиях) сопровождается выделением значительного количества теплоты (250—370 кДж/кг). Это хорошо при зимнем бетонировании, но в массивных сооружениях, особенно при работах в летнее время, могут возникать местные перегревы и неравномерное деформирование. Изделия на основе глиноземистого цемента при твердении нельзя нагревать (например, пропаривать), так как с повышением температуры бетона его прочность быстро падает (в 2—3 раза) в связи с образованием в цементном камне малопрочных соединений — так называемого кубического трехкальциевого гидроалюми- ната 3СаО·Al2O3·H2O (C3AH6). Для устранения этого явления, по предложению П.П. Будникова, при помоле клинкера в мельницу добавляют природный или обожженный ангидрит CaSO4. Получаемый ангидрито-глиноземистый цемент быстро твердеет не только при нормальной температуре (15—20°С), но и при повышенной (30—40°С и выше), приобретая высокую прочность. Его целесообразно использовать при всех срочных строительных работах, особенно, если отвердевание конструкций происходит при повышенных температурах. При температурах же до 25—30°С весьма эффективен глиноземистый цемент, обеспечивается высокая прочность железобетонных изделий в начальные сроки твердения, повышенная морозостойкость, высокая коррозионная стойкость при воздействии сульфатных сред, морской воды. На основе глиноземистого цемента изготовляется расширяющийся водонепроницаемый цемент, жаростойкие растворы и бетоны. Однако следует отметить, что в связи с заметным истощением запасов высокосортных бокситов качество глиноземистого цемента нередко заметно снижается, в

236

частности, за счет повышенного содержания в них SiO2 и других микропримесей с возможным образованием геленита. В последние годы появились работы, направленные на получение так называемого модифицированного глиноземистого цемента. Для его изготовления используют бокситы, загрязненные примесями, но в сырьевые смеси вводят полезные добавки, повышающие содержание химических новообразований. В результате новые модифицированные смеси оказались более благоприятными для поддержания улучшенного качества. В небольших размерах применяют добавки с гарантией высокого качества готовой продукции (из работ С.И. Иващенко).

Расширяющийся водонепроницаемый цемент получают способом тщательного перемешивания (или совместного помола) глиноземистого цемента (около 70%), гипса (около 20%) и молотого высокоосновного гидроалюмината кальция (примерно 10%). Он является бы-стросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим веществом. Важный его компонент — высокоосновный гидроалюминат кальция — изготовляют отдельно путем совместного помола смеси глиноземистого цемента и извести-пушонки, взятых в равных отношениях. Полученную смесь обрабатывают в гип- соварочном котле и высушивают. Готовый продукт C4AH13 — требуемый компонент (10—11%) данного цемента.

Линейное расширение твердеющего цемента в состоянии теста нормальной густоты при воздушном хранении образцов составляет в возрасте 1 суток не менее 0,05%, в возрасте 28 суток — не менее 0,02%; то же при погружении образцов в воду: через 1 ч в возрасте 1 суток не менее 0,2%. Предел прочности при сжатии кубиков размером 20x20x20 мм цементного теста нормальной густоты через 3 суток — не менее 30, через 28 суток — не менее 50 МПа. Начало схватывания — не ранее 4 мин, конец — не позднее 15 мин от начала затворения теста. Эти сроки можно замедлять добавкой ССБ, буры и др. Данный цемент используют при восстановлении железобетонных конструкций, для гидроизоляции подземных сооружений, заделки трещин разного рода, зачеканки стыков водопроводных труб и т. п.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ) — гидравлическое быстротвердеющее вещество, получаемое совместным помолом высокоглиноземистого шлака с двуводным сернокислым кальцием (не более 30%). Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент имеет начало схватывания не ранее 20 мин и конец схватывания не позднее 4 ч от начала затворения, что выгодно отличает его от водонепроницаемого расширяющегося цемента. При необходимости могут использоваться замедлители сроков схватывания — ССБ, бура, уксусная кислота и другие добавки. Линейное расширение твердеющего цемента в состоянии теста нормальной густоты составляет при водно- воздушном твердении не менее 0,1%, а при водном твердении — не менее 0,15% через одни сутки. Без влажности, т. е. на воздухе, этот цемент не расширяется и даже дает усадку. Предел прочности при сжатии через 1 сутки 35 МПа для марки 400 и 45 МПа для марки 500. Указанные марки соответствуют трехдневному возрасту этого цемента. Деформативная способность ГГРЦ несколько выше, чем у глиноземистого цемента. Он предназначен для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, гидроизоляционных штукатурных растворов, для заделки стыков сборных бетонных и железобетонных конструкций, при бурении скважин и т. п. Обладает морозостойкостью, атмосфероустойчивостью в растворах и бетонах, изготовляемых на его основе; нельзя применять его при работе конструкций при температурах выше 80°С, так как постепенно разрушается важный кристаллический компонент цементного камня

— эттрингит, содержащий в себе много кристаллизационной воды.

Напрягающий цемент (НЦ) — быстросхватывающееся, быстротвердеющее, расширяющееся вяжущее вещество, получаемое тщательным смешением в определенной дозировке при совместном помоле силикатного, алюминатного и сульфатного компонентов. Силикатным компонентом (65—75%) служит портландцемент или его клинкер; алюминатным (18—20%) — глиноземистый цемент или его клинкер, в качестве

237

которого может быть и глиноземистый шлак; сульфатным компонентом (6—15%), в пересчете на 8Оз, является строительный гипс или природный гипсовый камень.

Начало схватывания должно быть не ранее 2 мин и конец схватывания не ранее 6 мин. При использовании в качестве сульфатного компонента природного гипсового камня начало схватывания НЦ наступает не ранее 8 мин и конец — не менее 15 мин. С помощью добавок можно замедлить сроки схватывания. Удельная поверхность НЦ — не менее 3500 см2/г.

НЦ обладает способностью к значительному расширению (до 4%) при твердении в состоянии цементного теста нормальной густоты. В железобетоне НЦ создает после отвердевания в арматуре (независимо от ее расположения) предварительное напряжение. Этим свойством как функцией химической энергии цемента пользуются при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций вместо более сложного механического или термического напряжения арматуры. С учетом величины достигаемой энергии самонапряжения, т. е. удельного давления в МПа, развиваемого при твердении НЦ в условиях ограничения свободного расширения, выделяют его разновидности НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6. Напрягающий цемент отличается также повышенными показателями водо- и газонепроницаемости, морозостойкости, прочности при растяжении и изгибе. Марки цемента — 400 и 500; определяются испытанием образцов-балочек из цементно-песчаного раствора 1:1 в возрасте 28 суток.

Напрягающий цемент применяют для изготовления конструкций из самонапряженного железобетона, а также для гидроизоляции шахт, подвалов, зачеканки швов, в спортивных сооружениях, подземных гаражах, полах общественных и производственных зданий и других объектах.

238

9.1.5. СМЕШАННЫЕ ЦЕМЕНТЫ КАК РАЗНОВИДНОСТИ КОМПЛЕКСНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Кнеорганическим смешанным относятся вяжущие вещества, получаемые объединением воздушных и гидравлических вяжущих с активными минеральными добавками и шлаками при их совместном помоле или после раздельного измельчения.

Активными минеральными добавками называются природные или искусственные вещества, которые при смешении в тонкоизмельченном виде с воздушной известью переводят ее в вяжущее вещество с гидравлическими свойствами, а при смешении с портландцементом усиливают ее гидравлические свойства и повышают водостойкость смешанного вяжущего вещества. Применение этих добавок также экономически целесообразно — снижается стоимость портландцемента за счет экономии клинкера.

Среди природных активных минеральных добавок вулканического происхождения широкое применение получили пуццоланы, туфы, пемзы и трассы, а из осадочных горных пород — диатомиты, трепелы, опоки. Характерным для добавок из осадочных горных пород является наличие в них преобладающего количества кремнеземистых компонентов, находящихся в аморфном состоянии, а для добавок вулканического происхождения — аморфных алюмосиликатов.

Кискусственным активным минеральным (гидравлическим) добавкам относятся: шлаки доменные гранулированные, топливные золы и шлаки, обожженные глины (глиежи, цемянки), побочные продукты и отходы производств, например нефелиновый (белитовый) шлам — отход глиноземного производства; сиштоф — отход при производстве сернокислого алюминия и квасцов и др. Некоторые из упомянутых искусственных активных добавок по химическому составу близки к составу вяжущего вещества и поэтому количество таких добавок нередко бывает доминирующим. Именно к таким компонентам смешанных вяжущих веществ относится гранулированный доменный шлак, химический состав которого весьма сходен с составом портландцементного клинкера, а

именно (%): CaO — 30—50, SiO2 — 28—30, Al2O3 — 8—24, MgO — 1—12 и др. Весьма близок по минеральному составу нефелиновый шлам к белитовому портландцементу: в

шламе до 80% по массе содержится двухкальциевого силиката 2СаО·SiO2 (белита). Это в полной мере, как уже отмечалось, относится к шлаку бокситовой руды при доменной плавке этого природного материала (в присутствии некоторых добавок). Количество примеров можно увеличить, но общий вывод один: необходимо проявлять максимальное внимание к побочным продуктам и отходам производства.

Портландцемент пуццолановый — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, гипса (2—3% в пересчете на серный ангидрит) и минеральной добавки, или тщательным смешиванием тех же раздельно измельченных материалов. Количество активных минеральных добавок составляет (% по массе цемента): добавок вулканического происхождения — не менее 25, обожженной глины, глиежа или топливной золы — 25—40, добавок осадочного происхождения — 20—30. В клинкере для производства пуццоланового портландцемента ограничивают содержание трехкальциевого алюмината до 8%. Гипс вводят для регулирования сроков схватывания.

Производство пуццоланового портландцемента отличается наличием дополнительных операций по измельчению минеральной добавки до частиц не крупнее 5 мм и сушке с последующим хранением ее в отдельном бункере. Подготовленная и отдозированная до- бавка поступает в мельницу совместного помола с клинкером и гипсом. Для интенсификации помола иногда вводят дополнительные добавки (в количестве до 1%), не ухудшающие качества цемента.

Качество пуццоланового портландцемента обусловливают клинкерные минералы. Минеральные добавки улучшают отдельные свойства, особенно при взаимодействии цемента с водой. Они химически связывают часть образующегося гидроксида кальция в

239

нерастворимых соединениях, повышая плотность и сульфатостойкость цементного камня. Этот цемент отнесен по стандарту к группе сульфатостойких. Его плотность 2,7—2,9 г/см3, насыпная плотность в рыхлом состоянии 800—1000 кг/м3, а в уплотненном — 1200—1500 кг/м3. Цвет светлый. Для образования теста нормальной густоты требуется повышенное количество воды по сравнению с портландцементом — 30—38%, особенно при рыхлых мягких добавках — трепеле и диатомите. Это относится к его недостаткам, особенно в связи с увеличением размеров усадки. Сроки схватывания: начало не ранее 45 мин, конец — не позднее 10 ч. Пуццолановый портландцемент имеет марки 300 и 400. Твердеет в замедленном темпе, но через 3—6 мес. его прочность полностью соответствует прочности портландцемента той же марки. Такой характер отвердевания объясняется наличием дополнительных реакций с минеральными добавками в условиях повышенного содержания воды.

Пуццолановый портландцемент используют для сооружения бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных сооружений, подверженных действию мягких и сульфатных вод, повышенной влажности. Бетоны на его основе более водонепроницае- мые, чем на обычном портландцементе. Однако исследования показали, что некоторые активные глиноземсодержащие добавки могут снизить сульфатостойкость этих цементов. Поэтому был разработан специальный — сульфатостойкий пуццолановый портландцемент.

Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава и гипса (до 3,5% по SO3). В клинкере содержатся (%): C3S до 50, C3A до 5, (C3A + C4AF) — не более 22. Минеральные активные добавки для этого цемента не применяются, так как они снижают морозостойкость бетона. Пуццолановый сульфатостойкий портландцемент при твердении мало выделяет теплоты, отличается замедленным твердением в начальные сроки. Его марка по прочности — 400, цементный камень имеет повышенную морозостойкость и устойчивость к сульфатной среде. Используется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, гидротехнических сооружений, работающих в условиях сульфатной коррозии, попеременного увлажнения и высыхания, циклического замерзания и оттаивания. Для твердения этого вяжущего более благоприятны увлажненные условия или водная среда.

Шлакопортландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным измельчением портландцементного клинкера, доменного гранулированного или электротермофосфорного шлака в количестве не менее 21 и не более 80% и гипса — не свыше 3,5% (в пересчете на SO3) для регулирования сроков схватывания и активизации шлака на стадии твердения цементного теста. Допускается заменять часть шлака активными минеральными добавками (не более 10%). Можно изготовлять Шлакопортландцемент и путем смешения тех же исходных материалов, но измельченных раздельно. Грануляция шлака осуществляется на специальных грануляционных установках быстрым охлаждением расплава шлака водой. По химическому составу доменный шлак состоит в основном (на 90—95%) из оксидов Ca, Si, Al, т. е. близок к составу портландцементного клинкера, поэтому его и вводят в большем количестве, чем другие активные минеральные добавки. Расход известняка при получении клинкера можно снизить, добавляя в сырьевую смесь вместо глинистого компонента часть шлака.

Технология этого цемента включает два передела: получение портландцементного клинкера; получение шлакопортландцемента. Первый передел остается тем же, что и в производстве портландцемента, второй — начинается с поступления сухого шлака, портландцементного клинкера и гипса в бункер помольного отделения. Отдозированные компоненты поступают в трубные мельницы для совместного помола. Готовый продукт

— шлакопортландцемент —направляется в сил осы для хранения или потребителю. При помоле практикуется и двухступенчатый цикл: сначала измельчают более твердый клинкер совместно с гипсом, а затем добавляют менее твердый шлак, что создает возможность более тонкого измельчения клинкера, а затем и шлакопортландцемента,

240