4. Неорганические вяжущие вещества.

1.Общие сведения. Классификация неорганических вяжущих веществ

Вяжущие вещества делят на две группы:неорганические; органические.

Неорганическими называют тонкомолотые материалы, способные при смешивании с водой образовывать вязко-пластичную массу, которая постепенно затвердевает, превращаясь в прочное камневидное тело. Для них характерны следующие признаки:гидрофильность, способность образовывать с водой тестообразную легко формующуюся массу (тесто), способность переходить из тестообразного состояния в твердое.

К ним относятся известь, гипс, цемент, предназначенные для изготовления строительных растворов и бетонов, а также изделий из них.

Органические вяжущие гидрофобны. В отличие от неорганических, в рабочее состояние они переходят при нагревании или размягчении в органических жидкостях. К органическим вяжущим относят - битумы, смолы, дегти, пеки, применяемые для производства асфальтобетонов рулонные кровельных и гидроизоляционных материалов.

Неорганические вяжущие материалы

Все строительные минеральные вяжущие вещества в зависимости от их основного свойства твердеть и длительно противостоять воздействию различных факторов окружающей среды делят на три основные группы: воздушные, гидравлические, кислотостойкие. Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что при взаимодействии с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются. К воздушным вяжущим веществам относят гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также воздушную известь.Гидравлические вяжущие вещества

В первую подгруппу включают гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 10…20% активных минеральных добавок. В эту подгруппу входят: портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий портландцемент без добавок и с добавками, белый портландцемент; глиноземистый цемент; романцемент; гидравлическая известь. Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными минеральными добавками, вводимыми в количестве более 10…20%. Вяжущие этой подгруппы:

на основе портландцемента - шлаковый и пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов;

на основе воздушной и гидравлической извести - известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-белитовый (нефелиновый) и известково-шлаковый цементы;

на основе глиноземистого и портландцементов, а также гипса - расширяющиеся и безусадочные цементы;

на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок - гипсоцементно-пуццолановые вяжущие;

на основе доменных гранулированных шлаков - сульфатно-шлаковый цемент, шлакощелочное вяжущее.

Вяжущие автоклавного твердения

Наряду с воздушными и гидравлическими вяжущими веществами в отдельную группу выделены вяжущие автоклавного твердения. Они наиболее эффективно твердеют при автоклавной обработке при давлении насыщенного пара 0,8…1,5 МПа. К их числу, относят известково-кварцевое, известково-шлаковые вяжущие и другие смеси, не способные к интенсивному твердению при 20…95°С.

Кислотостойкие вяжущие

К кислотостойким вяжущим веществам относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, представляющий собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия или калия. Это вяжущее после начального твердения в воздушной среде может длительное время сопротивляться агрессивному воздействию неорганических и органических кислот, кроме фтористо-водородной.

2.Сырье для получения и принципы производства гипсовых вяжущих. Виды гипсовых вяжущих в зависимости от температуры тепловой обработки: низкообжиговые и высокообжиговые. Схема твердения, основные свойства и области применения.

Характеристика гипсовых вяжущих.

В строительстве и промышленности издавна применяют гипосвые вяжущие материалы (ГОСТ 125-79**) — строительный гипс, формовочный и высокопрочный, эстрих-гипс, ангидритовый цемент и др.

В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые вяжущие подразделяют на низкообжиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества изготавливают путем термической обработки природного гипсового камня или фос-фогипса до полуводного гипса (CaSO40,5H2O) с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок.

В настоящее время именно эти вяжущие вещества в основном используют для изготовления строительных изделий и производства строительных работ, для изготовления форм и моделей в фарфорофаянсовой, керамической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также в медицине. Свойства и область применения обусловливают устаревшие, но часто используемые на практике термины: «строительный, высокопрочный, формовочный гипс».

Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества, состоящие из полуводного гипса (далее: гипсовые вяжущие), производят в соответствии с требованиями ГОСТ 125 по технологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке.

Используемый для производства гипсовых вяжущих гипсовый камень должен удовлетворять требованиям ГОСТ 4013, а фосфо-гипс — действующей нормативно-технической документации. В зависимости от содержания CaS04-2H,0, % по массе, гипсовый камень подразделяют на 4 сорта: I > 95; II > 90; III > 80; IV > 70.

Низкотемпературная обработка двуводного сульфата кальция обеспечивает его частичную дегидратацию (выделение 15,76 % химически связанной воды)

В зависимости от технологии получения полуводный гипс может образовываться в двух модификациях — а и р.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества — медленно-схватывающиеся и медленнотвердеющие воздушные вяжущие, состоящие из безводного сульфата кальция и активизатора твердения. Наибольшую известность из этой группы вяжущих веществ получили ангидритовый цемент и эстрихгипс.

Ангидритовый цемент получают совместным помолом обоженного при температуре 600...700 °С гипсового камня и щелочных или сульфатных активизаторов.

Необходимость введения активизаторов обусловлена тем, что в результате обжига при температуре выше 400°С гипс переходит в так называемый нерастворимый («намертво обожженный») ангидрит, который медленно или совсем не схватывается и не твердеет. В присутствии воды и активизатора твердения CaS04 образует неустойчивый сложный гидрат вида (активизатор)тСа804пН20, распадающийся в дальнейшем на (активизатор)рН20 и m(CaS04-2H20).

Эстрихгипс — высокообжиговое гипсовое вяжущее вещество, получаемое из природного гипса или ангидрита путем обжига при температуре 800... 1100 °С и последующего помола в тонкий порошок.

Плотность эстрихгипса: истинная — 2800...3000 кг/м3, средняя в рыхлом состоянии — 900... 1200 кг/м3, в уплотненном — 1300...1700 кг/м3. Водопотребность эстрихгипса — 30.. .35 %.Изделия из эстрихгипса характеризуются небольшой тепло- и звукопроводностью, однако по сравнению с изделиями из низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ отличаются высокой морозостойкостью, повышенной водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформациям.

Производство гипсовых вяжущих.

При нагревании двуводного гипсового камня происходит частичная его дегидратация, при этом образуется полуводный гипс, обладающий вяжущими свойствами. Обжиг гипса протекает при низких температурах (110...180 °С) в открытых аппаратах — котлах (рис. 9); кристаллизационная вода при этом выделяется в виде водяного пара.

Из полуводного гипса Са504-0,5Н20 состоят все низкообжиговые гипсовые вяжущие.

Кристаллы полуводного гипса мелки, обладают большой поверхностью и высокой водопотребностью. Прочность при сжатии полуводного гипса невысокая — 2...25 МПа, плотность 2,6...2,75 г/см3; насыпная плотность 800...1000 кг/м; цвет порошка — белый или серый.

Из всех низкообжиговых гипсовых вяжущих промышленность выпускает главным образом строительный гипс, производство которого состоит в дроблении и варке (тепловой обработке) гипсового камня, а также тонком измельчении.

Твердение.

Порошок гипсового вяжущего, в смеси с водой, образует пластичное тесто, которое быстро схватывается и твердеет, при этом полуводный гипс присоединяет воду и превращается в двуводный.

Реакция гидратации протекает быстро, с выделением теплоты и заканчивается через несколько минут после затворения. Процесс твердения вяжущего сложный, включает растворение, коллоидацию и кристаллизацию.

Так, из пластичного теста образуется довольно прочный искусственный гипсовый камень, прочность которого но мере высушивания и удаления воды повышается.

Для получения теста нормальной густоты строительный гипс потребляет 45...70 % воды, высокопрочный и-гипс - 30...40 %.

По сравнению с теоретической избыточная вода, удаляясь при сушке, создает поры, приводит к снижению прочности камня. Строительный и высокопрочный гипсы обладают рядом особенностей: быстро схватываются и твердеют, обладают повышенной водопотребностью и пористостью, в начальный период твердения увеличиваются в объеме, обладают низкой водостойкостью, подвержены деформациям ползучести.

Свойства гипсовых вяжущих.

Оценка качества гипсовых вяжущих зависит от сроков схватывания, тонкости помола, водопотребности, предела прочности при сжатии и изгибе.

По срокам схватывания гипсовые вяжущие делят на три группы:

А — быстро схватывающиеся (начало схватывания не ранее 2 мин, конец— не позднее 15 мин);

Б — нормально схватывающиеся (начало схватывания не ранее б мин, конец - не позднее 30 мин);

В — медленно схватывающиеся (начало схватывания не ранее 20 мин, конец — не нормируется).

По тонкости помола, определяемой наибольшим остатком на сите с размером ячеек 0,2 мм, гипсовые вяжущие делят на три группы:

I — грубый помол, остаток на сите не более 23 %;

II - средний помол, остаток на сите не более 14 %;

III - тонкий помол, остаток на сите не более 2 %.

Водопотребность гипсового вяжущего определяют количеством воды в % от массы вяжущего, необходимым для получения гипсового теста нормальной густоты, т. е. стандартной консистенции диаметр расплыва лепешки (180+5) мм.

Прочность гипсовых вяжущих определяют по результатам испытания образцов-балочек размером 40Х40х160мм из гипсового теста нормальной густоты через 2 ч после изготовления.

За это время гидратация и кристаллизация вяжущего завершаются.

По пределу прочности при сжатии и изгибе , гипсовые вяжущие делят на 12 марок .

Маркировка гипсового вяжущего дает информацию о его основных свойствах.

Например, маркировка Г-7-А-11 означает:

гипсовое вяжущее марки 7 (предел прочности при сжатии не менее 7 МПа);

А — быстротвердеющее;

II — среднего помола.

Гипсовые вяжущие неводостойки. Гипсовые изделия должны применяться в сухих условиях при относительной влажности воздуха не более 60 %.

При использовании схватывающегося гипсового теста его нельзя уплотнять трамбованием или продолжительно перемешивать, так как это вызывает разрушение образовавшегося кристаллического каркаса и тесто теряет вяжущие свойства.

Процесс схватывания водогипсовой смеси поддается регулированию, его можно замедлить или ускорить добавками.

Для замедления схватывания применяют добавки, повышающие пластичность смеси, — известково-клеевая эмульсия, хвойный настой, водный раствор столярного клея, ЛСТ.

Замедлителями схватывания являются также добавки, препятствующие росту кристаллов образованием защитных пленок на зернах полуводного гипса — фосфаты и бораты щелочных металлов, а также аммиак, лиловый спирт, бура, каратиновый замедлитель и др.

Применение гипсовых вяжущих.

В строительстве по масштабам применения тисовые вяжущие уступают цементам и извести, но используются весьма широко.

Затраты топлива на изготовление тонны гипсового вяжущего в четыре раза ниже, чем на производство тонны цемента.

Гипсовые изделия отличаются гигиеничностью, небольшой средней плотностью (1200...1500 кг/м3), высокой пористостью (30...60%), огнестойкостью, архитектурной выразительностью, высокими теплои звукоизоляционными свойствами.

В штукатурных работах применяют гипсовые вяжущие всех марок, среднего и тонкого помола, нормального и медленного твердения. Добавка гипсовых вяжущих ускоряет схватывание известково-песчаных растворов и повышает прочность штукатурного слоя, придает его поверхности гладкость и белизну.

Гипсовые вяжущие марок Г-2...Г-7 применяют для изготовления гипсовых деталей и гипсобетонных изделий — панелей для перегородок, листов сухой штукатурки, для приготовления растворов для внутренней штукатурки и получения гипсоцементно-пуццолановых вяжущих.

Гипсовые вяжущие марок Г-5...Г-25 тонкого помола с нормальными сроками схватывания применяют для изготовления форм и моделей фарфоровых, фаянсовых и других керамических изделий.

Гипсовые вяжущие служат основой для приготовления мастик для приклеивания листов сухой штукатурки.

3.Известь воздушная: сырьё и принципы производства, виды и области применения. Свойства воздушной извести

Строительной воздушной известью называется продукт, получаемый из известковых и известково-магнезиальных карбонатных пород обжигом их до возможно полного удаления углекислоты и состоящий преимущественно из оксида кальция.Сырьем для производства воздушной извести служат горные породы, содержащие в основном углекислый кальций — мел, известняк, известковые туфы и т.д. Строительная воздушная известь подразделяется: а) по виду содержащегося в ней основного окисла — на кальциевую, магнезиальную и доломитовую; б) по внешнему виду-негашеная комовая,молотая,гашеная в виде известкого молока,теста,гидратная(пушонка);в)по скорости гашения – медленно гасящаяся(более 25 мин),средне (от 8 до 25),быстро(менее 8 мин). Негашеная комовая известь (кипелка) представляет собой воздушную известь после ее обжига в печи. Известь молотую получают помолом в мельнице негашеной комовой извести совместно с металлургическими и топливными шлаками, кварцевым песком, золой и другими минеральными добавками. Гашеную известь получают действием определенного количества воды на негашеную воздушную известь, в результате которого образуется продукт в виде порошка (пушонки), известкового теста или известкового молока. Производство воздушной извести состоит из добычи сырья, дробления, сортировки его и обжига обычно в шахтных печах. Сырье и топливо загружают в печь сверху послойно через загрузочное устройство; двигаясь вниз, сырье обогревается отходящими горячими газами, образующимися при сгорании топлива. В средней части шахты (зона обжига), где температура достигает 1000—1200° С, происходит разложение углекислого кальция и образование извести-кипелки по реакции СаСО3-177,7 кДж. Проходя зону обжига, куски извести опускаются постепенно в нижнюю часть печи (зона охлаждения) и выгружаются с помощью специального устройства.

5. Классификация гидравлических вяжущих. Понятие о гидравлическом модуле.

Гидравлическая известь и романцемент: сырье, принципы производства, применение

гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 10— 20 % активных минеральных добавок. В эту подгруппу входят: а) портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий портландцемент без добавок и с добавками, белый портландцемент; б) глиноземистый цемент; в) романцемеит; г) гидравлическая известь.

Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными минеральными добавками, вводимыми в количестве более 10—20%. Основные вяжущие этой подгруппы: а) на основе портландцемента — шлаковый и пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов и др.; б) на основе воздушной и гидравлической извести — известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-белитовый (нефелиновый) и известково-шлаковый цементы и др.; в) на основе глиноземистого и портландского цементов, а также гипса — расширяющиеся и безусадочные цементы; г) на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок— гипсоцементио-пуццолановые вяжущие и др.; д) на основе доменных гранулированных шлаков — сульфатно-шлаковый цемент, шлакощелочное вяжущее. Модуль гидравлический - насосный блок, являющийся универсальным гидравлическим приводом, выполненным на принципах ультраустойчивости, с регулятором типа "предиктор-корректор", позволяющим автоматически изменять подачу рабочей жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени . Гидравлическая известь способна диспергироваться частично при гашении водой, но чаще ее превращают в рабочее состояние помолом. Для твердения гидравлической извести вначале необходимы, как н для воздушной извести, воздушно-сухие условия, а затем — влажные, чтобы обеспечить гидратацию силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Различают слабогидравлическую и сильногидравлическую  известь. Романцемент является особой разновидностью сильногидравлической извести .Романцемент получают обжигом при 1000...1100 °С Гидравлическую известь и романцемент применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, в том числе во влажных условиях, бетонах низких марок, смешанных вяжущих и т. п., что позволяет экономить энергоемкий и дорогой портландцемент

6. Портландцемент: сырьевые материалы и принципы производства цемента. Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах. Основой портландцемента являются силикаты кальция (алитибелит). Портландцемент получают тонким измельчениемклинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция . Самые распространённые методы производства портландцемента так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит от того, каким способом смешивается сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей. При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO₄∙2H₂O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO₃) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента. Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка и 22…25 % глин ,либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. При мокром способе производства уменьшается расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов, облегчается транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку составляет на 30-40 % больше чем при сухом способе. Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1 470°C в течение 2…4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Существуют следующие виды портландцемента:

• быстротвердеющий;

• пластифицированный;

• гидрофобный;

• сульфатостойкий;

• дорожный;

• белый и цветной;

• с умеренной экзотермией;

• с поверхностноактивными органическими добавками.

7.Технические характеристики портландцемента: плотность, водопотребность, сроки схватывания и равномерность изменения объема. Химический, минеральный и вещественный (компонентный) состав портландцементного клинкера. Активность и марка портландцемента

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах. Основой портландцемента являются силикаты кальция

Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO2 и 2СаО∙SiO2 70-80 %).

При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO4∙2H2O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO3) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22…25 % глин (глинистых сланцев, суглинков), либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

Свойства портландцемент

К основным свойствам портландцемента (ГОСТ 10178—85) относятся тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, равномерность изменения объема и прочность (марка): цемента. При необходимости оценивают и другие свойства: плотность и насыпную плотность, тепловыделение, стойкость в различных условиях среды и т. п.

Тонкость помола — один из факторов, определяющих быстроту твердения и прочность цементного камня. Обычный портландцемент измельчают довольно тонко — остаток на сите № 008 (4900отв/см2) не должен превышать 15%, что соответствует удельной поверхности цемента 2500...3000 ем2/г.

Водопотребность портландцемента характеризуется количеством воды (% массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т. е. заранее заданной стандартной пластичности, определяемой погружением в тесто цилиндра пестика прибора Вика. Водопотребность зависит от минерального состава и тонкости помола цемента и колеблется в пределах 22...26 %.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют на тесте нормальной густоты. Начало схватывания цементного теста должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания — tie позднее 10 ч. Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы этого прибора в тесто нормальной густоты. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера вводят добавку двуводного гипса, а в случае необходимости — специальные добавки— замедлители или ускорители схватывания.

Прочность портландцемента является главным свойством, характеризующим его качество. В зависимости от предела прочности при сжатии и с учетом предела прочности при изгибе стандартных образцов-балочек через 28 сут твердения портландцемент разделяют на марки: 400, 500, 550, 600 (табл. 5.1),.

Фактическую прочность, полученную при испытании на осевое сжатие половинок указанных образцов, называют активностью цемента.

Активность и марка портландцемента

Активностью портландцемента называют его предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности портландцементов с учетом их предела прочности при изгибе они подразделяются на марки: 400, 500, 550, 600. У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-суточная прочность, но и начальная - 3-суточная. Цемент, которому присвоен государственный Знак качества, должен обладать стабильными показателями прочности на сжатие: коэффициент вариации прочности для цемента марок 300 и 400 не более 5%, марок 500, 550, 600 - не более 3%.

Портландцементный клинкер обычно получают в виде спекшихся мелких и более крупных гранул и кусков размером до 10—20 или до 50—60 мм в зависимости от типа печи.

По микроструктуре клинкер, получаемый спеканием, представляет собой сложную тонкозернистую смесь многих кристаллических фаз и небольшого количества стекловидной фазы.

Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главными окислами цементного клинкера являются окись кальция СаО, двуокись кремния Si02, окись алюминия А1203 и окись железа Fe203, суммарное содержание которых достигает обычно 95— 97%. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить окись магния MgO, серный ангидрид S03, двуокись титана ТЮ2, окись хрома Сг203, окись марганца Мп203, щелочи Na20 и К20, фосфорный ангидрид P2Os и др.

8.Твердение цемента и других вяжущих: общая теория твердения, влияние тонкости помола, температуры и влажностных условий среды на твердение цемента, способы ускорения и замедления твердения.

В настоящее время твердение минеральных вяжущих рассматривают как сложный физико-химический процесс в системе «вяжущее — вода», заключающийся в преобразовании исходных веществ в смесь новых минералов, из которых слагается искусственный камень. Сущность теории твердения минеральных вяжущих обычно выражается следующей последовательностью процессов: растворение — коллоидация — кристаллизация.

Последовательность их сохраняется только в начальной стадии, а затем все три процесса протекают одновременно, налагаясь один на другой, дополняясь специфическими особенностями, свойственными каждому вяжущему.

Первый этап — растворение. Любое вещество, в большей или меньшей степени, растворяется в воде и, находясь в ней, стремится создать свой насыщенный раствор. Минералы, из которых состоят вяжущие вещества, обладают химической активностью по отношению к воде, и поэтому они не просто растворяются, а вступают с водой в реакцию с образованием новых соединений. Этот процесс протекает до тех пор, пока вся вода не превратится в насыщенный раствор, по отношению к новым кристаллогидратам.

Второй этап — коллоидация, характеризуется загустеванием, схватыванием смеси, повышением се вязкости. Растворение вяжущего вещества затормаживается и вокруг каждого зерна образуется студнеобразная клейковидная масса — гель. Он обладает склеивающей способностью, которая тем выше, чем меньше содержится воды. Так как процесс взаимодействия вяжущего вещества продолжается, то постепенно раствор из насыщенного переходит в пересыщенный, и из него начинают выкристаллизовываться мельчайшие кристаллы.

Твердение переходит в третий заключительный этап — кристаллизацию, при котором мелкие кристаллы укрупняются, срастаются между собой, и весь материал приобретает прочность камня. Скорость твердения в большей степени зависит от растворимости веществ, составляющих вяжущее вещество и растворимости образующихся в результате реакции с водой соединений.

Если растворимость составляющих вяжущее минералов велика, а образующихся соединений мала, то схватывание и твердение могут завершиться быстро, в течение нескольких минут, часов. Если же растворимость исходных мала, то формирование искусственного камня может продолжиться месяцы и даже годы. Следовательно, ускоряя растворимость вяжущего вещества путем повышения температуры, применением специальных добавок и другими методами можно регулировать скорость образования искусственного камня.

9.Коррозия цементного камня, её причины и меры защиты от неё.

Различают физическую, химическую, электрохимическую и биологическую коррозии.Физическая коррозияЭто выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород.Химическая коррозия.Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли.Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Коррозия выщелачивания.Кристаллогидраты (гидросиликаты, алюминаты и ферриты кальция), образующиеся при взаимодействии с водой клинкерных минералов и составляющие вместе с наполнителями цементный камень, имеют значительную равновесную растворимость в воде. Гидросиликаты и гидроалюминаты кальция имеют тем большую равновесную растворимость, чем выше их основность. Следовательно отщепление гидратов сначала происходит от высокоосновных гидратов, их основность при этом понижается, а устойчивость в данной среде повышается.Магнезиальная коррозияЕсли в окружающей цементный камень среде содержатся вещества, образующие с Са(ОН)2 малорастворимые соединения, то концентрация извести в ней будет поддерживаться на очень низком уровне.Углекислотная коррозияВ пластовых водах как правило присутствует то или иное количество углекислого газа. Он действует разрушающе, поскольку понижает содержание Са(ОН)2 окисляя ее сначала до СаСО3, которая мало растворима, что будет вызывать понижение основности гидратов цемента.Сульфатная коррозияЭто вид коррозии, который связан с образованием соединений кристаллизующихся с увеличением объема. Примером такой коррозии являются взаимодействие с сульфатами кальция и натрия. Сероводородная коррозия.Это один из распространенных на нефтяных и газовых месторождениях видов коррозии.Биологическая коррозия.Так имеется много бактерий, которые выделяют углекислоту, что повлечет углекислотную коррозию. Некоторые бактерии могут окислять сульфаты сначала до сероводорода, а затем до серной кислоты. Отсюда и характер разрушения камня.Электрохимическая и электроосмотическая коррозии.Источник - блуждающие токи (промышленные сети). Система обсадная колонна, цементный камень - земля являются проводниками. В этой системе всегда возможен перенос ионов, отсюда возможны и электрохимическая и электроосмотическая коррозии. Защита бетона и других материалов от коррозиимеры для предотвращения коррозии, которые в общем виде сводятся к следующему: 1) правильный выбор цемента, 2) изготовление особо плотного бетона, 3) применение защитных покрытий.проведение следующих мероприятий:- усиление вентиляции в целях понижения влажности воздуха и концентрации газов, способствующих развитию опасных микроорганизмов;- герметизация с той же целью технологического оборудования;- периодическая очистка и дезинфекция поверхности конструкций;- нейтрализация агрессивных сред.Конструктивные:- придание поверхности конструкций формы, исключающей накопление на ней органических веществ, могущих служить пищей для микроорганизмов;- устройство уклонов полов и отводящих лотков для сточных жидкостей.Строительно-технологические:- нанесение на бетонную поверхность лакокрасочных материалов;- облицовка различными плитами;- понижение проницаемости бетона;- применение материалов, стойких к действию продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, преимущественно к кислотам.

10. Разновидности портландцемента

К разновидностям портландцемента, имеющим особые, ярко выраженные свойства, отличные от обычного портландцемента, относятся сульфатостойкий, с умеренной экзотермией, пластифицированный, гидрофобный, быстротвердеющий (БТЦ) и особо быстротвердеющий (ОБТЦ), белый и цветные, дорожный и некоторые другие разновидности портландцемента.

Сульфатостойкий портландцемент получают путем помола клинкера нормированного минералогического состава, он характеризуется повышенной сульфатостойкостью и малым тепловыделением в процессе схватывания и твердения.

При измельчении клинкера не разрешается вводить никаких добавок, кроме гипса. Этот цемент предназначается для железобетонных конструкций, работающих в условиях сульфатной агрессии при попеременном замораживании и оттаивании или увлажнении и высыхании.

Портландцемент с умеренной экзотермией изготовляют путем помола клинкера, содержащего С3А до 8% и C3S не более 50%. Этот цемент отличается пониженной экзотермией и несколько повышенной стойкостью к сульфатной коррозии. Пониженная экзотермия такого цемента обусловливается пониженным содержанием в нем высокотермических минералов С3А и C3S и повышенным содержанием малотермичных — C2S и алюмоферритной фазы. В соответствии с ГОСТ цемент выпускают двух марок: 300 и 400. Его применяют для строительства гидротехнических сооружений, а также для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях слабоминерализованных сред и подвергающихся попеременному воздействию замораживания и оттаивания или высыхания и увлажнения.

Пластифицированный портландцемент изготовляют путем тонкого помола портландцементного клинкера совместно с пластифицирующей добавкой сульфитно-дрожжевой барды (СДБ) в количестве 0,15—0,25% от массы цемента. Добавка СДБ образует на поверхности частиц цемента коллоидные адсорбционные пленки, имеющие гидрофильный характер. Это приводит к ослаблению сил молекулярного взаимодействия между частицами твердой фазы цементно-водной суспензии, уменьшение трения и повышению подвижности цементного теста, пластичности бетонной смеси. Пластифицированный цемент имеет те же марки, что и портландцемент, и применяется в основном для тех же целей. Использование пластифицированного портландцемента позволяет повысить морозостойкость бетона и снизить расход цемента на 8—10%.

Гидрофобный (водоотталкивающий) портландцемент, созданный впервые в СССР проф. М. И. Хигеровичем и проф. Б. Г. Скрамтаевым, изготовляют путем тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с добавками 0,1—0,3% некоторых поверхностно-активных веществ (мылонафт, асидол, олеиновая кислота, окисленный петролатум и т. п.). Поверхностно-активные вещества, имея ассиметрично-полярное строение молекул, адсорбируются на поверхности цементных зерен (во время помола клинкера) неполярной группой наружу и придают цементу гидрофобизующие, водоотталкивающие свойства. Такой цемент при хранении или транспортировке водой не смачивается и, даже находясь в весьма влажных условиях, не комкуется и не теряет своей активности. Адсорбированные на поверхности цементных зерен весьма тонкие (практически мономолекулярные) гидрофобизующие пленки легко устраняются («счищаются» с цементного зерна) в процессе приготовления бетонной смеси при перемешивании составляющих материалов. Когда целостность водоотталкивающей пленки при перемешивании нарушается, гидрофобный цемент вступает во взаимодействие с водой как обычный портландцемент. При этом поверхностно-активные вещества, содержащиеся в цементе, оказывают пластифицирующее действие на бетонные смеси, уменьшают водопроницаемость и повышают морозостойкость бетона или раствора.

Быстротвердеющие и особо быстротвердеющие цементы отличаются от обычного портландцемента более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. В клинкере этих цементов преобладают наиболее активные клинкерные минералы: трехкальциевый силикат (до 55% Для быст-ротвердеющих (БТЦ) и до 65% для особо быстротвердеющих цементов (ОБТЦ); трехкальциевого алюмината содержится 5—10%. При получении таких цементов должны соблюдаться определенные условия технологического процесса: равномерный обжиг сырья, обеспечивающий надлежащее образование клинкерных минералов и отсутствие свободной СаО, быстрое охлаждение клинкера, начиная примерно с температуры 1200°С, высокая степень измельчения клинкера и т. д. При этом особо быстротвердеющий цемент не должен содержать никаких добавок, кроме гипса. БТЦ и ОБТЦ применяют для приготовления высокопрочного сборного и монолитного железобетона.

Белый и цветной портландцементы. Белый портландцемент получают путем измельчения белого маложелезистого клинкера совместно с добавками гипса и белого диатомита (до 6%). Цветные цементы изготовляют путем совместного помола белого клинкера и свето-и щелочестойких красителей (сурика, ультрамарина, охры и др.). Клинкер белого портландцемента получают обжигом до спекания чистых известняков, и белых глин с малым содержанием железистых примесей. Цветные цементы имеют различную окраску: черную, голубую, зеленую, розовую разных оттенков, оранжевую, желтую. По прочности при сжатии их делят на марки 300, 400 и 500. Белый и цветные цементы имеют широкое применение для отделочных и декоративных работ (стеновые панели, искусственный мрамор и др.).

Пуццолановый портландцемент получают либо путем совместного помола портландцементного клинкера (75…60%), активной минеральной добавки (20…40%) и небольшого количества гипса, либо тщательным смешиванием этих же компонентов, но предварительно каждый из них измельчают.К активным минеральным добавкам относятся: вулканические туфы, пеплы и пемзы, диатомит, трепел, опока, золы ТЭС и другие вещества. Активные добавки связывают выделяющийся при твердении цемента Са(ОН)а в нерастворимые гидросиликаты, благодаря чему повышается водостойкость и коррозионная стойкость цементного камня. Пуццолановые цементы отличаются низким тепловыделением при твердении и пониженной скоростью твердения. Морозо - и воздухостойкость пуццолановых цементов ниже, чем портландцемента. Пуццолановый портландцемент выпускают трех марок: 200, 300 и 400. Применяют его для гидротехнического строительства, а также для подземных и подводных сооружений. Пуццолановый портландцемент еще в большей степени, чем шлакопортландцемент, нуждается в увлажнении во время твердения.

Магнезиальный цемент назван по одному из своих компонентов – магнезиту (доломиту). Используется в основном для заливки огнестойких полов. Магнезиты нашли свое основное применение при изготовлении огнеупоров. Оксид магния в свою очередь есть продукт умеренного обжига природных карбонатных пород магнезита или доломита. Многие свойства магнезиальных цементов лучше чем у портландцемента: стойкость к действию различных смазок, масел, солей, щелочей, органических растворителей; эластичность; высокая огнестойкость; низкая теплопроводность; хорошая износостойкость; прочность при изгибе и сжатии в раннем возрасте. Магнезиальные вяжущие вещества характеризуются повышенной прочностью сцепления с различными видами неорганических и органических заполнителей. Эти качества обусловливают их применение в абразивном производстве, для теплоизоляционных изделий (пено- и газомагнезит), перегородок, лестничных пролетов, подоконных плит, для облицовочных плиток, для внутренней отделки помещений.

Тампонажный цемент состоит из клинкера и большого количества гипса в качестве добавки. Тампонажный цемент используют для консервации газовых и нефтяных скважин. Тампонажный цемент 500 купить можно только по специальному заказу, хотя на тампонажный цемент 500 цена значительно ниже, чем на цемент без добавок. Это объясняется тем, что гипс (добавка в тампонажный цемент) стоит значительно дешевле клинкера.

Глиноземистый цемент получается, если вместо обычной глины в качестве сырья использовать бокситы. Глиноземистый цемент по прочности значительно превосходит портландцемент. Глиноземистый цемент — быстротвердеющее в воде и на воздухе высокопрочное вяжущее вещество, получаемое путем обжига до спекания или плавления смеси материалов, богатых глиноземом и окисью кальция, и последующего тонкого помола продукта обжига.

Глиноземистый цемент целесообразно применять:

1) для строительства бетонных и железобетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, при ликвидации аварий, ремонте после пожаров, быстром возведении фундаментов под действующие машины;

2) для возведения оборонительных и военно-транспортных сооружений;

3) для проведения бетонных и железобетонных работ в условиях низких температур,

4) для возведения сооружении, находящихся а минерализованных водах или подвергающихся действию сернистых газов;

5) для изготовления огнеупорных бетонов и растворов.

Шлакопортландцемент — вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса или путем тщательного смешения тех же, но раздельно измельченных компонентов. Шлакопортландцемент отличается от портландцемента, приготовленного из такого же клинкера и имеющего ту же тонкость помола, несколько меньшей прочностью. Согласно ГОСТ 970–61 в зависимости от прочности на сжатие выпускают шлакопортландцемент четырех марок: 300, 400, 500 и 600.

Шлакопортлаидцемент характеризуется пониженным или умеренным тепловыделением при твердении, а также меньшими объемными деформациями в растворе и бетоне — усадкой (на воздухе) и набуханием в воде. Шлакопортландцемент предназначен в основном для бетонных и железобетонных наземных, а также подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных, а также минерализованных вод с учетом норм агрессивности воды — среды. Известково-шлаковый цемент и сульфатно-шлаковый цемент. Шлаковый цемент применяют для получения строительных растворов и бетонов используемых преимущественно в подземных и подводных сооружениях. Известково-шлаковый цемент наиболее эффективен в производстве автоклавных материалов и изделий.

Расширяющиеся цементы. Отличительным свойством расширяющихся цементов является их способность к расширению в процессе схватывания и твердения, которое происходит в результате образования быстрорастущих криссталлов гидросульфоалюминатоа кальция на определенной стадии развития кристаллизационной структуры твердеющего цементного камня. В промышленном масштабе выпускают расширяющиеся цементы двух видов, водонепроницаемый расширяющийся цемент и гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент, отличающиеся один от другого по составу и строительно-техническим свойствам. Водонепроницаемый цемент – быстро схватывающееся и твердющее вяжущее гидравлическое вещество. Получается этот цемент путем смешанного помола в шаровой мельнице мелко-мелко измельченного гипса, высокоосновного алюмината кальция и глиноземистого цемента. Цемент быстро схватывается от 4 до 10 минут. Используется для гидроизоляции и зачеканки швов, заделки трещин и стыков в железобетонных строениях и т.д.

Водонепроницаемый безусадочный цемент— получается при тщательном смешивании гашеной извести, полуводного гипса и глиноземистого цемента. Водонепроницаемый безусадочный цемент применяется для устройства гидроизолирующей оболочки железобетонных и бетонных сооружений, используемых во влажных условиях. Кроме того, он характеризуется повышенной стойкостью в углекислых средах благодаря защитному действию углекислого кальция.

11.Специальные виды портландцемента: особенности составов и назначение.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) — портландцемент с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью через 3 сут твердения. Его выпускают М400 и 500. БТЦ обладает более интенсивным, чем обычный, нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается путем более тонкого помола цемента, а также повышенным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (60...65%). В остальном свойства его не отличаются от свойств портландцемента. БТЦ применяют в производстве железобетонных конструкций, а также при зимних бетонных работах. Ввиду повышенного тепловыделения его не следует использовать в массивных конструкциях.Сульфатостойкий портландцемент применяют для получения бетонов, работающих в минерализованных и пресных водах. Его получают из клинкера нормированного минералогического состава. Содержание C₃S не более 50%, С₃А не более 5%. Введение инертных и активных минеральных добавок не допускается. Этот цемент, являясь по существу белитовым, обладает несколько замедленным твердением в начальные сроки и низким тепловыделением. Сульфатостойкий портландцемент выпускают М400. Остальные требования к нему предъявляются такие же, как и к портландцементу.Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками выпускают М400 и 500. В качестве минеральной добавки вводят 10...20% от массы цемента гранулированный доменный шлак или электротермофосфорный шлак или 5... 10% активных минеральных добавок осадочного происхождения (кроме глиежа). Клинкер для производства этого цемента не должен содержать соответственно более 5% С₃А и MgO, а сумма С₃А и C₄AF не должна превышать 22%.Сульфатостойкий шлакопортландцемент выпускают М300 и 400. Его получают путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака в количестве 21...60% и небольшого количества гипса. В этом цементе содержание в клинкере С3А ограничивается до 8%, MgO — до 5%.Пуццолановый портландцемент выпускают М300 и 400. Его получают путем совместного помола клинкера и 25...40% от массы цемента активных минеральных добавок и гипсового камня. Клинкер для пуццоланового цемента не должен содержать более 8% С₃А и не более 5% MgO. В остальном свойства его не отличаются от свойств портландцемента.Белый портландцемент получают из сырьевых материалов, имеющих минимальное содержание окрашивающих оксидов (железа, марганца, хрома). В качестве сырьевых материалов используют «чистые» известняки или мраморы и белые каолиновые глины, а в качестве топлива — газ или мазут, не загрязняющие клинкер золой. Помол цемента производят более тонкий: остаток на сите с сеткой № 008 должен быть не более 12%. Основным свойством белого цемента, определяющим его качество как декоративного материала, является степень белизны. По этому показателю белый цемент разделяют на три сорта: I, II и III. По прочности белый цемент выпускают М400 и 500. Портландцемент высшей категории качества должен обладать стабильными показателями прочности при сжатии, коэффициент вариации прочности портландцемента М400 не более 5%, а М500 не более 3%. Начало схватывания белого цемента должно наступать не ранее 45 мин, конец — не позднее 12 ч. Тонкость помола портландцемента должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито с сеткой № 008 проходило не менее 88% массы просеиваемой пробы. Транспортируют и хранят белый цемент только в закрытой таре.Цветные портландцементы получают путем совместного помола клинкера белого цемента со свето- и щелочестойкими минеральными красителями: охрой, железным суриком, ультрамарином, оксидом хрома, сажей. П. И. Боженов предложил для получения цветных цементов в процессе приготовления сырьевой cмеси вводить оксиды некоторых металлов (0,05...1,0%). Эффективное окрашивание дают оксиды хрома (желто-зеленый цвет), марганца (голубой или бархатно-черный), кобальта (коричнеый). При этом получают цементы клинкеров редких цветов, трудно достигаемых при смешивании с пигментами. Цветные цементы производят трех марок: 300, 400 и 500.