45. Прочность

Ценность цемента как материала определяется в первую очередь его механической прочностью в затвердевшем виде. Так как цемент применяется в основном в бетонах и растворах, стандарты всех стран предусматривают испытания растворных образцов.

Основным показателем качества портландцемента является его активность, определяемая по пределу прочности при сжатии половинок образцов-балочек размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаного (1 часть цемента и 3 части стандартного Вольского песка: 98% кварцевых зерен размером 0,5-0,9 мм) раствора стандартной консистенции, и испытанных в возрасте 28 суток твердения в стандартных условиях.

Маркой цемента принято именовать величину его активности (в кгс/см2) с округлением до нижнего предела. Цементы бывают марок М 300, 400, 500, 550, 600.

На прочность цемента влияют:

• Минералог состав клинкера. Решающее влияние на прочность и скорость твердения оказывает С₃S. Уже через 7 сут прочность его достигает 70% конечной. С₂S твердеет медленно и лишь через 12 мес становится достаточно прочным. Активнее С₄АF. С₃А при твердении в чистом виде характеризуется низкой прочностью. Но в сочетании с другими компонентами его роль возрастает. При относительно небольшом его содержании в цементе (5-12%) этот минерал способствует быстрому росту прочности в первые сутки твердения.

• Структура клинкера. Считается наилучшей при быстром охлаждении клинкера при выходе его из печи.

• Тонкость помола цемента, причем в большей степени грансостав и форма частичек (щебеночная конфигурация приводит к росту прочности

• В/Ц. Прочность цементного камня и бетонов в пределах В/Ц от 0,4 до 0,8 приблизительно пропорциональная Ц/В отношению (в пределах 1,2-2,5). Эта зависимость следующая , где А, Б – константы.

• Срок хранения. Даже при благоприятных условиях хранения на цемент воздействуют СО2 и пары воды. Прочность через 3 мес снижается на 15-20%, через 6 мес на 30%. Особенно быстро теряют прочность тонкоизмельченные быстротвердеющие цементы, это очень заметно даже при хранении в течение 2-4 недель – они становятся обычными. Также плохо хранятся цементы с гигроскопичными добавками (трепел, диатомит и т.п.). Устойчивы при хранении гидрофобные цементы.

• Условия твердения. Быстрее всего твердеют в воде или в среде, насыщенной парами воды. Медленно твердеют на воздухе с относительной влажностью 60-80%, а при влажности 40-50% и ниже твердение практически прекращается вследствие испарения воды из капиллярных пор. Увлажнение приводит к продолжению реакций гидратации. Однако для получения плотных и прочных бетонов необходимо создать влажную среду в течение 7-15 сут. Температура твердения: При температуре 5-8 град твердение замедляется в 2-3 р, при о град прекращается. Повышение приводит к ускорению роста прочности уже при 30-40 град. Резкое ускорение наступает при 70-95 град и особенно при 175-200 град, но только при наличии воды в жидком состоянии. Недостаток воды при повышенных температурах снижает прочности. Поэтому применяется ТВО при 70-95 град при атмосф давлении. Либо ТВО под давлением 0,9-1,6 Мпа при 175-200 град. При ТВО при атм давлении достигается за 8-10 часов прочность 60-75% от марочной. Причем прочность растет после ТВО, но часто оказывается несколько ниже, чем у тех же бетонов твердевших в н.у. Автоклавируют бетоны на цементах с 30-50% кремнеземистых добавко. При этом за 6-8 ч достигается прочность, равная марочной прочности того же бездобавочного ПЦ. Запаривание при 200 град и выше позволяет сократить ТВО до 3-5 ч. Причем автоклавированием получают бетоны до 100 Мпа и более. По разному ведут себя при ТВО бетоны разного минералог состава. Наиболее интенсивно растет прочность при ТВО 80-95 град у ПЦ, содержащих 50-60% С3S и 6-9 C3A. Также у ПЦ с АМД (шлак, трепел, опоки). Высокоалитовые пропаривают при 80 град т.к. при большей тем-ре недобирают прочность. 90-95 град применяют для ШПЦ и ППЦ. Есть деление на группы по пропариванию: 1 – малоалюминатные с С3А до 5; 2 – средне (6-9); высокоалюминатные (10 и более). Наиболее эффективны при пропаривании 2 гр.

Рост прочности во времени бетонов на ПЦ с В/Ц=0,4…0,8 при твердении в н.у. характеризуется следующими коэффициентами, по сравнению с 28-суточной прочностью:

К 3 сут – 0,35

7 сут – 0,65

28 сут – 1

90 сут – 1,25

180 – 1,4

1 год – 1,5

3-5 лет – 1,7-1,8

10 лет – 1,9

15-25 лет – 2-2,25

Тонкость помола

Цементный порошок в основном состоит из зерен размером 5-10…..30-40 мкм. Тонкость помола обычного ПЦ 5-8% остаток на сите №008 (не более 15%), быстротвердеющих – 2-4% и меньше. При этом удельная поверхность 2500-3000 и 3500-4000 см2/г и больше. При 7000…8000 прочность падает. Мрз же падает уже при 4000-5000.

Усадка и набухание цементного камня

(усадка цементного камня в первые 3-4 месяце - 3-5 мм/м.

Увеличение в/ц от 0,28 до 0,65 приводит к росту усадки через год в два раза. Автоклавирование резко снижает усадку.

Усадка снижается при введении заполнителя. Усадка тяжелого бетона в 6-10 р меньше, чем цементного камня. У растворов в 2-4 р меньше.

Ползучесть

– способность необратимо деформироваться под длительно действующей нагрузкой.

Уменьшается у растворов и бетонов с В/Ц ниже 0,4-0,45. При больших В\Ц растет.

Ползучесть интенсивно развивается в первые 1-3 мес после нагружения, затем затухает и сходит на нет к 1-2 годам.

Чем больше влажность бетона, тем больше ползучесть.

Водостойкость – 0,8-0,9.

Химическая стойкость – цементы с низким содержанием алюминатов стойки при воздействии сульфатов (сульфатостойкие), пуццолановые - водостойки. 3 вида коррозии и др.

МРз

– объем воды при переходе в лед увеличивается на 10 %. Вода замерзает в крупных порах при 0…-1. Далее – в капиллярах, в самых тонких при -25 град. В гелевых при – 70 град. При замерзании цементный камень увеличивается в размерах на 1…2 мм/м.

МРЗ зависит от пористости. Снижают пористость снижением в/ц, длительным твердением до начала замерзания. При В/Ц = 0,4-0,45 при качественной гидратации в цементном камне почти нет капиллярных пор, пористость в осн гелевая. Поэтому бетоны с высокой МРз готовят вни в/ц не более 0,45-0,5.

Важна структура пор: мельчайшие сферические равномерно распределенные замкнутые или частично сообщающиеся с капиллярами. Такие поры создают с помощью воздухововл добавок (объем пор составляет 3-4 % объема бетона). В бетоне с ВВ добавкой мрз можно увеличить от 200-400 до 1000-1600 циклов.

Также повышают мрз введением пластификаторов, снижающих водопотребность, гидрофобизирующих добавок – они затрудняют миграцию воды.

Повышенная мрз у алитовых ПЦ содержащих не более 6-8% С3А.

А и ИМД снижают мрз на 8-10%. Тонкость помола у цементов с хорошей МРЗ не более 4000.

Пропаривание отрицательно сказывается на мрз.

Жаростойкость и огнестойкость

Цементный камень – несгораем. Он не плавится при 1000-1200.

При нагревании выше 300 прочность ПЦ уменьшается – идут деструктивные процессы. Не желательно ПЦ применять при температуре свыше 250-300.

Добавки шамота, хромомагнезита и др. придают ПЦ некоторую огнеупорность.

тепловыделение (первые 3-7 суток твердения) В чайнике, помещенном внутри куба из цементного теста со стороной 2 метра, вода закипит на третьи сутки

Высолообразование (либо гидроксид кальция вымывается на поверхность и взаимодействует с углекислым газом, образуя нерастворимый карбонат – белые налеты. Либо щелочные соединения вымываются на поверхность.

46

Коррозия первого вида — разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей (коррозия выщелачивания). При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный гидроксид кальция, образовавшийся при гидролизе C3S и C2S, содержание которого в цементном камне через 1...3 мес твердения достигает 10...15%, а растворимость при обычных температурах— 1,3 г/л. После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность. Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором.

Одной из мер ослабления коррозии выщелачивания является применение цемента с умеренным содержанием C3S и выдерживание бетонных изделий на воздухе для того, чтобы на их поверхности прошел процесс карбонизации и образовалась малорастворимая корка из СаСО3. Главным же средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является применение плотного бетона и введение в цемент активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)г в малорастворимое соединение — гидросиликат кальция

Коррозия второго вида происходит при действии на цементный камень агрессивных веществ, которые, вступая во взаимодействие с составными частями цементного камня, образуют либо легкорастворимые и вымываемые водой соли, либо аморфные массы, не обладающие связующими свойствами (кислотная, магнезиальная коррозия, коррозия под влиянием некоторых органических веществ и т. п.).

Коррозия под действием органических кислот, как и неорганических, быстро разрушает цементный камень. Коррозия возникает и под действием минеральных удобрений, особенно аммиачных (аммиачная селитра и сульфат аммония). Аммиачная селитра, состоящая в основном из NH4NO3, действует на гидроксид кальция:

Са(ОН)2 + 2NH4NO3 + 2НаО = Ca(NO3)2 -4Н2О + 2NOa

Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона. Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из Са(Н2РО4)2, гипса и содержащий небольшое количество свободной фосфорной кислоты.

Коррозия третьего вида объединяет процессы, при которых компоненты цементного камня, вступая во взаимодействие с агрессивной средой, образуют соединения, занимающие больший объем, чем исходные продукты реакции. Это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание. Характерной коррозией этого вида является сульфатная коррозия. Сульфаты, часто содержащиеся в природной и промышленных водах, вступают в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя гипс CaSO4-2H2O. Разрушение цементного камня в этом случае вызывается кристаллизационным давлением кристаллов двуводного гипса (гипсовая коррозия). Такая коррозия происходит при значительных концентрациях сульфатов в воде

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. Однако связывание извести (скажем за счет SiO2) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция.

Кислоты и некоторые соли вступают в реакцию с Са(ОН)2 и образуют новые соединения, либо легко растворимые в воде, либо непрочные рыхлые, либо кристаллизующиеся со значительнымИзменением объема. Иногда это все происходит одновременно.

Все кислоты разрушают портландцементный камень

Са(ОН)2 + НСl = CaCl + 2 H2O

Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O

Хлористый кальций легко растворим, а CaSO4 может вступать во вза-имодействие с гидроаллюминатами кальция и образовывать гидросульфоаллюминат кальция. Последний кристаллизуется с увеличением объема.

Хотя в пластовых водах нет непосредственно соляной и серной кислот, (но их образование можно предположить), зато имеется достаточное количество солей агрессивных по отношению к цементному камню. К таким солям относятся сульфаты (MgSO4, CaSO4), хлориды (MgCl2, CaCl2).

Агрессивный сероводород и углекислый газ, которые могут содержаться как в пластовых водах, так и в добываемых нефти и газе.

Коррозия выщелачивания

Кристаллогидраты образующиеся при взаимодействии с водой клинкерных минералов и составляющие вместе с наполнителями цементный камень, имеют значительную равновесную растворимость в воде. Это значит, что они остаются устойчивыми при контакте с водами, только в том случае, если в воде имеется достаточная концентрация Са(ОН)2. Если концентрация в воде Са(ОН)2 ниже равновесной, то у гидрата будут отщепляться молекулы извести и концентрация будет восстанавливаться до равновесной.

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.

Если концентрация гидрата окиси кальция в дальнейшем не будет понижаться, то процесс на этом остановится. Если же концентрация извести будет продолжать понижаться и станет ниже равновесной для вновь образовавшегося гидрата, то отщепление гидрата окиси кальция будет продолжаться вплоть до полного разложения гидросиликатов и гидроалюминатов, с образованием аморфных кремнезема и глинозема. Хотя последние и плохо растворимы в воде, однако они не обладают вяжущими свойствами – прочность и монолитность камня нарушаются.

Более агрессивными в смысле выщелачивания являются «мягкие» воды. Растворимость извести повышается в присутствии хлористого натрия. Значит минерализованные пластовые воды в принципе все агрессивны к цементному камню. Растворимость Са(ОН)2 повышается с ростом температуры. Значит перечисленные условия требуют применения низкоосновных цементов.

Облегченные цементы менее стойки к выщелачиванию, за исключением тех у которых в качестве облегчающего компонента использована какая-либо активная кремнеземистая добавка.

Магнезиальная коррозия

Если 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.

Например, если в пластовых водах есть MgSO4, то он вступая во взаимодействие с Са(ОН)2 по реакции:Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2О = Mg(ОН)2 + Са SO4 × 2Н2О

Mg(ОН)2 и гипс имеют очень низкую растворимость в воде. Mg(ОН)2 сам по себе представляет рыхлое аморфное вещество. Если подобный процесс будет продолжаться – цементный камень разрушится. Это магнезиальная коррозия. Подобное действие но более слабое, оказывает и хлористый магний.

Однако, чаще всего процесс затухает по мере накопления Mg(ОН)2 и Са SO4 × 2Н2О в порах цементного камня кольматаций. Причем накопление этих веществ происходит тем быстрее, а уплотнение пор выше, чем выше основность цемента. Кольматация пор приводит к замедлению проникновения агрессивноного MgSO4.

Следовательно, стойкость вяжущего к этому виду коррозии понижается при введении активных минеральных добавок. Отсюда в таких средахнельзя применять облегченные цементные растворы с минеральными добавками типа диатомит, опока, тремел, пемза).

Углекислотная коррозия

В 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. При поступлении новых порций СО2, СаСО3 окисляется до бикарбоната [ Са (НСО3)2], который хорошо растворим. При незначительной концентрации Са2 в водах процесс может затухнуть. Однако если кислота содержится в пластовом газе, то вследствие большой проницающей способности, диффузии и осмоса возможно быстрое разрушение камня.

Сульфатная коррозия

Это вид коррозии, который связан с образованием соединений кристаллизующихся с увеличением объема. Примером такой коррозии являются взаимодействие с сульфатами кальция и натрия. Известно, что гидроалюминаты кальция могут присоединять гипс и образовывать гидросульфоалюминат. Последний кристаллизуется с увеличением объема, что вызывает внутренние напряжения и разрушение цементного камня.

(3 CaO × Al2O3 × 12H2O + 3(CaSO4 × 2H2O) + 13H2O = 3CaO × Al2O3 × 3CaSO4 × 31H2O

Однако не всегда наличие гидросульфоалюмината кальция в цементном камне говорит и сульфатной коррозии. Это вещество имеется в первичной структуре цементного камня. Только увеличение количества гидросульфатоалюмината говорит о происходящей сульфоалюминатной коррозии.

Одним из методов борьбы с сульфатной коррозией является понижение содержания трехкальциевого алюмината (не более 5%). При этом содержание плавней компенсируется за счет увеличения содержания окиси железа.

Наличие в пластовых водах хлоридов уменьшает отрицательное влияние сульфатов.

Сероводородная коррозия

Это один из распространенных на нефтяных и газовых месторождениях видов коррозии. При сероводородной коррозии наблюдается образование малорастворимых сульфидов кальция, алюминия и железа. Это приводит к понижению равновесной концентрации Са(ОН)2, Al(OH)3, Fe(OH)3, что в свою очередь вызывает разрушение гидратов кальция.

Наиболее энергично образуется сульфид железа, поэтому для повышения стойкости против сероводородной коррозии следует ограничивать в цементах содержание окислов железа, марганца и других тяжелых металлов. По отношению к цементному камню безвредны силикаты, карбонаты, щелочи и их соли. Однако сильные щелочи действуют на аллюминаты.Нефть и нефтепродукты не опасны, но если в них есть нафтеновые кислоты и сульфаты, то они также разрушают цементный камень.

Биологическая коррозия

Этот вид коррозии изучен мало. Однако, видимо сводится в конечном итоге к какому либо химическому виду.

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.

Физическая коррозия

Разрушение цементного камня может происходить под влиянием физических факторов (насыщение водой, попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т. п.), а также при химическом взаимодействии компонентов камня с агрессивными веществами, содержащимися в окружающей среде.Морозостойкость цементного камня зависит от минерального состава клинкера, тонкости помола цемента и водопотребности, необходимой для получения укладываемой смеси. Среди минералов клинкера наименее морозостойким является СзА, максимально допустимое содержание которого в цементах для морозостойких бетонов должно составлять не более 5...8 %. Тонкость помола может быть в пределах от 3000 до 4000 см2/г, при этом важное значение имеет наличие в цементе наряду с тонкими фракциями относительно крупных зерен, которые обеспечивают «клинкерный фонд» для самозалечивания дефектов, возникающих при попеременных воздействиях среды. Увеличение водопотребности цемента снижает морозостойкость цементного камня, так как при этом повышается его капиллярная пористость (вода в порах геля не переходит в лед даже при сильных морозах)

47

Сульфатостойкий портландцемент

- сульфатостойкий портландцемент (Клинкер С3S не более 50, С3А не более 5, сумма С3А и С4АF не более 22);

- сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками (Клинкер С3А не более 5, сумма С3А и С4АF не более 22);

- сульфатостойкий шлакопортландцемент (Клинкер С3А не более 8);

- пуццолановый портландцемент (Клинкер С3А не более 8);

Сульфатостойкость достигается применением во всех этих цементах клинкера нормированного минералогического состава. В затвердевшем состоянии они содержат пониженное количество высокоосновных гидроалюминатов кальция. Этим устранена возможность образования трехсульфатной формы гидросульфоалюминана кальция, вызывающего коррозию цементного камня.

Сульфатостойкий ПЦ значительно более сульфатостоек, чем рядовые ПЦ, однако уступает в этом отношении пуццолановым и шалоковым ПЦ на клинкере нормированного состава. Однако эти цементы менее морозостойки. Поэтому сульфатостойкий ПЦ целесообразно применять, где есть одновременно сульфатные воды, замораживание и оттаивание, высыхание и увлажнение: гидротехнические сооружения и др.

Бывают марок 300, 400, 500.

применяется для изготовления б и жбк, обладающих коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию в них сульфатов, а также для бетонов повышенной морозостойкости.

48Пуццолановым портландцементом называют вяжущее, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера нормированного минерального состава кислой активной минеральной добавки и двуводно-го гипса.Содержание трехкальциевого алюмината в клинкере для производства этого цемента должно быть не более 8 %

В этом цементе допускается следующее содержание активных минеральных добавок: осадочного происхождения— не менее 21 и не более 30%; вулканического происхождения, обожженной глины, глиежа или топливной золы — не менее 25 и не более 40 %.

Гипс вводят в пуццолановый портландцемент для регулирования сроков схватывания. Содержание его зависит от качества портландцементного клинкера и не должно превышать 3,5 % в пересчете на S03.

Для пуццоланового портландцемента целесообразнее всего применять кислые минеральные добавки повышенной активности. Использование малоактивных добавок вызывает необходимость увеличения их содержания в цементе для полного связывания выделяющейся при гидратации клинкера Са(ОН)2. В ряде случаев это нежелательно, так как неизбежно значительное снижение прочности пуццолаиового портландцемента, особенно в первые сроки твердения.

Пуццолановый портландцемент изготовляют обычно на цементных заводах с полным технологическим циклом, т.е. там, где получают портландцементный клинкер. Такие заводы отличаются от заводов, вырабатывающих портландцемент, наличием в цехе помола отделения, предназначаемого для дробления и сушки добавок. При схватывании и твердении пуццоланового портландцемента протекают процессы гидратации клинкерной составляющей и взаимодействия продуктов гидратации с активной минеральной добавкой. В начальный период преимущественное развитие получают гидролиз и гидратация клинкерных зерен. В результате этих первичных процессов образуются гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция.

Наличие активной пуццолановой добавки качественно не меняет характера взаимодействия клинкерных минералов с водой. Однако скорость гидролиза и гидратации C3S, C2S и других минералов возрастает. Это объясняется прежде всего тем, что в тесте из пуццоланового портландцемента на единицу массы клинкера приходится больше воды, чем в тесте из портландцемента. Таким образом происходит более быстрая гидратация зерен клинкера. Кроме того, активная добавка, связывая гид-роксид кальция в нерастворимые соединения, снижает его концентрацию в водном растворе твердеющей цементной массы и тем ускоряет гидролиз содержащихся в клинкере силикатов кальция.

Реакции между продуктами гидратации клинкера и активными компонентами гидравлической добавки — вторичные процессы. Они заключаются прежде всего во взаимодействии Са(ОН)<,с активным кремнеземом добавки и образовании гидросиликатов с общей формулой CSH(B), по Р. Боггу или С—S-—Н(1), по X. Тейлору: тСа(ОН)о+ +Si02aiu-+ftH20=mCaO.Si02-pH20.

В данном случае при обычных температурах в зависимости от концентрации оксида кальция в водной среде образуются соединения с основностью 0,8—1,5, т.е. (0,8—1,5) CaO-Si02-pH20. Как отмечалось ранее, возможно также образование гидрогеленита 2СаО-А1203Х XSiOa-8HaO.

Окончательный состав продуктов твердения пуццоланового портландцемента в значительной степени зависит от вида и состава активной добавки, ее содержания в пуццолановом портландцементе и условий твердения.

При наличии в пуццолановом портландцементе гипса образуется гидротрисульфоалюминат кальция ЗСаОХ XAl2O3-3CaSO4-(30—32)H20. Его образование в начальной стадии взаимодействия клинкерных частичек с водой способствует замедлению схватывания цемента. В дальнейшем это соединение, по-видимому, разлагается с переходом трехсульфатной формы в односульфат-ную ЗСаО-А12Оз-Са504*12Н20 и с выделением гипса CaS04-2H20.

При гидратации пуццоланового портландцемента новообразования выделяются преимущественно в субмикроскопическом гелевидном состоянии, что отражается на технических свойствах цементного камня (повышенные показатели деформаций ползучести и усадки). Истинная плотность обычно колеблется в пределах 2,7—2,9 г/см3, уменьшаясь с увеличением содержания в цементе гидравлической добавки. Насыпная плотность пуццоланового портландцемента в рыхлонасыпном состоянии 800—1000, а в уплотненном—1200—1500 кг/м3. Зависит она от вида используемой минеральной добавки. Наименьшая насыпная плотность у цементов с мягкими добавками — диатомитом, трепелом и др.

Водопотребность пуццолановых портландцементов выше, чем водопотребность портландцемента. Особенно высока водопотребность у цементов с минеральными добавками осадочного происхождения (диатомитом, трепелом или опокой). Это объясняется тем, что частички этих пород отличаются очень развитой удельной поверхностью, требующей для ее смачивания значительного объема воды. Повышенная водопотребность пуццоланового портландцемента — существенный его недостаток. Для получения на этом цементе растворной и бетонной смеси заданной подвижности необходимо или вводить воду в увеличенном количестве, что сильно снижает прочность, или при сохранении постоянного водоцементного отношения увеличивать расход цемента, что невыгодно экономически и часто приводит к ухудшению качества бетона или раствора (повышенная усадка, тепловыделение и др.).

Пуццолановые портландцементы, особенно с такими добавками, как трепел и диатомит, благодаря значительной внутренней поверхности их частиц выгодно отличаются от портландцемента повышенной водоудерживаю-щей способностью. Поэтому бетоны и растворы на пуццолановом портландцементе при перемешивании, транспортировании и укладке меньше расслаиваются, легче обрабатываются (пластичны) и дают небольшую осадку при схватывании. Иногда, например при уплотнении бетонов центрифугированием, повышенная водоудерживающая способность становится их недостатком.

49

Активные минеральные добавки. Активные минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные.Природные активные минеральные добавки бывают:

осадочного происхождения, образованные в результате осаждения в водоемах остатков некоторых растений или в результате природного обжига глинистых пород;

вулканического происхождения, образовавшиеся в результате извержения магмы.

В качестве добавок осадочного происхождения в цементном производстве применяются:диатомиты - горные породы, состоящие преимущественно из скопления микроскопических панцирей диатомовых микроорганизмов и содержащие главным образом кремнезем в аморфном состоя.нии;трепелы - горные породы, состоящие из микроскопических округлых зерен и содержащие, главным образом, аморфный кремнезем. Трепелы и диатомиты по своим физическим свойствам сходны с глинами: они пластичны, вязки и легко распускаются в воде; опоки - уплотненные диатомиты и трепелы; глиежи - горные породы, образовавшиеся в результате природ.ного обжига глины при подземных пожарах в угольных пластах.

Добавками вулканического происхождения являются:

пеплы вулканические - представляющие собой рыхлые продукты извержения вулканов и содержащие в основном алюмосиликаты;туфы вулканические - уплотненные и сцементированные (склеенные) застывшей магмой вулканические пеплы;трассы - видоизмененные разновидности вулканических туфов;пемза - камневидные породы, характеризирующиеся пористым губчатым строением.

Назначение активных минеральных добавок в портландцементе состоит в том, чтобы связать в нерастворимые в воде соединения свободный гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении цемента. В соответствии с этим основным показателем качества гидравлической добавки является способность ее связывать Са(ОН)2. Эта способность добавки характеризуется ее активностью.

За показатель активности гидравлической добавки, принимается количество извести в миллиграммах, поглощаемой из известкового раствора 1 г добавки в течение 30 сут

В качестве искусственных активных минеральных добавок используют:

доменные гранулированные шлаки, которые состоят в основном из CaO, SiO2, A12O3 и MgO;

кремнеземистые отходы - вещества, богатые активным кремнеземом, получаемые при извлечении глинозема, из глины при производстве алюминия (сиштоф);

топливные золы и шлаки - остаточный продукт, образующийся при определенном температурном режиме сжигания некоторых видов топлива; он состоит из кислотных окислов (кремнезема, глино.зема) ;

обожженные глины - продукт искусственного обжига глинистых пород, а также самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы (глинистые и углекислые сланцы).

Оценка качества искусственных активных минеральных добавок, за исключением доменных шлаков, производится так же, как и природных

50

51

52 Шлакопортландцементом называется гидравлическое вяжущее, получаемое путем тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гранулированным доменным или электротермофосфорным шлаком, а также с двуводным гипсом.

Доменные гранулированные шлаки - основной вид сырья при производстве шлаковых цементов. Их получают в качестве побочного продукта при выплавке чугуна из железной руды в доменной печи. Так же как и чугун их выпускают из печи в расплавленном состоянии, причем на 1 т чугуна получается 0,6 - 0,7 т шлака.

Основные составляющие доменного шлака - кварц, оксиды алюминия, кальция и магния, на которые приходится 90% всего состава шлака. Остальные 10% - марганец, соединения железа и серы и следовое количество других элементов. Однако, следует отметить, что основные оксиды, входящие в состав шлака не встречаются в свободной форме. В доменном шлаке, охлажденном воздухом, оксиды объединяются в различные силикаты и алюмосиликатные минералы, такие как мелилит, мервинит, волластонит, которые также существуют в виде природных пород. В дробленом и молотом шлаках, данные элементы присутствуют в виде стекла. Грануляция доменного шлака осуществляется путем быстрого охлаждения шлакового расплава с применением (либо без) механического раздробления еще жидкого или полузатвердевшего шлака. Цель грануляции не только превратить доменной шлак в мелкозернистый материал, что облегчает его дальнейшую переработку, но и значительно повысить гидравлическую активность - это важнейшее свойство шлака как компонента шлаковых цементов и как добавки к портландцементу. Гидравлическая активность применяемого гранулированного шлака оказывает существенное влияние на качество шлакопортландцемента. Она тем выше, чем выше основность шлака и чем больше содержится в нем окиси алюминия.

53 Производственный процесс получения шлакопортландцемента заключается в предварительном высушивании доменного гранулированного шлака в сушильном барабане до влажности, не превышающей 1%, загрузке высушенного шлака, портландцементного клинкера и гипса в бункерах цементных мельниц, их точном дозировании и помоле. Как уже упоминалось, размол компонентов может быть совместным или раздельным (при последующем тщательном их смешивании). В настоящее время применяют только схему совместного помола компонентов шлакопортландцемента, более простую и технологическую.

Строгое соблюдение установленных нормативов по тонкости помола шлакопортландцемента предопределяет его качество.

· согласно стандарту тонкость помола шлакопортландцемента должна быть такой, чтобы при просеивании через сито №008 проходило не менее 85% навески.

Тонкоизмельченный гранулированный шлак обладает главным образом скрытой (потенциальной) гидравлической активностью. Возбуждается она гидратом окиси кальция, выделяющимся при гидролизе трехкальциевого силиката портландцементной составляющей (известковое возбуждение), и добавляемым при помоле сульфатом кальция (гипсовое возбуждение).

Схематически твердение шлакопортландцемента можно себе представить как результат ряда процессов, протекающих одновременно, а именно:

· гидролиза и гидратации клинкерных минералов;

взаимодействие гидрата окиси кальция с глиноземом и кремнеземом, находящимися в шлаковом стекле, с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов, а также гидросиликоалюминатов кальция;

· взаимодействие трехкальциевого гидроалюмината кальция клинкера с сульфатом кальция с образованием гидросульфоалюмината кальция по реакции

В случае применения основного шлака, богатого окисью кальция, когда в его составе, наряду со стеклом, содержится кристаллическая фаза в виде силикатов кальция, помимо перечисленных процессов протекает также реакция гидратации этих минералов с образованием гидросиликатов кальция. Процесс взаимодействия трехкальциевого гидроалюмината с гипсом в отсутствии шлака, т. е. при твердении обычного портландцемента, протекает иначе, чем при твердении шлакопортландцемента. В данном случае четырехкальциевый гидроалюминат не может образоваться, так как известь непрерырвно связывается шлаком, и концентрация ее в жидкой фазе может не достигнуть предельной для четырехкальциевого гидроалюмината (1,08 г/л). Вследствие пониженной концентрации извести при твердении шлакопортландцемента гидросульфоалюминат кальция образуется главным образом в результате взаимодействия реагирующих компонентов в жидкой фазе; кроме того, образуются гидросиликаты более низкой основности, чем при твердении портландцемента.

Шлакопортландцемент твердеет несколько медленнее, чем портландцемент, в особенности при пониженных положительных температурах. Это объясняется значительным содержанием шлака. Однако при тончайшем помоле, в особенности двухступенчатом, и содержании шлака около 30-35% скорость твердения шлакопортландцемента такая же.Строительно-технические свойства шлакопортландцемента обусловливают и области его практического применения – те же, что и портландцемента аналогичных марок. Его целесообразно использовать для производства монолитных и сборных железобетонных конструкций и деталей, в особенности с применением тепловлажностной обработки, а также для изготовления строительных растворов. Шлакопортландцемент предназначен в основном для бетонных и железобетонных наземных, а также подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных, а также минерализированных вод с учетом норм агрессивности воды – среды.

Вследствие пониженного тепловыделения при твердении и малой усадки шлакопортландцемента его можно весьма эффективно применять для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений. В силу пониженной морозостойкости шлакопортландцемента его нельзя применять для бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию.

54 Белый ПЦ –получают на основе белого клинкера.

Грязноватый серый цвет клинкера обусловлен высоким содержанием в нем окиси железа, окиси марганца, окиси хрома. Клинкер содержит повышенное количество кремнезема (23,5-25,5%) и глинозема (5,5-7) и незначительное количество окиси железа (до 0,4-0,5%). В лучших образцах окиси железа до 0,35 и окиси марганца до 0,015%. Минералогический состав белого клинкера: С3S 35-50, С2S 35-45, С3А 14-17, С4АF – 0,9-1,4.

Белый клинкер изготовляют из чистых известняков или мела и белых глин или каолина. Для повышения силикатного модуля вводят белые кварцевые пески.

Производство белого клинкера принципиально не отличается, но сложнее и имеет особенности:

- при дроблении и обогащении сырья отделяют рыхлые породы, чаще содержащие железистые примеси.

- дробилки и мельницы футеруют трудноистираемой стальюи и фарфоровыми, базальтовыми и др плитами. Мелющие тела чаще уралитовые – иск материал.

- Обжиг ведут на беззольном (газ или мазут) топливе.

- температура обжига выше 1600-1650 оС, для облегчения обжига вводят минерализаторы: кремнефторид натрия и др.

- после обжига клинкер отбеливают, т.к. он имеет зеленоватый оттенок, восстанавливая окись F2o3 до окиси-закиси Fе3О4. Применяют 2 способа отбеливания: водяное (клинкер из печи с температурой 1300 выгружают в бассейн с водой, затем высушивают в сушильном барабане) либо газовое (клинкер охлаждают в восстановительной газовой среде от 1100-1200 до 200 в специальном холодильнике).

Белый ПЦ получают измельчением белого клинкера с и гипсом. Допускается введение АМД (белый диатомит).

Бывают марок 400 и 500. Тонкость помола по ост на сите № 008 не более 12%.

Основная качественная характреистика – степень белизны. Коэффициент отражения света в процентах абсолютной шкалы должен быть не менее:

Д я 1-го сорта - 80,

2-го - 75,

3-го - 70;

55 Цветные ПЦ получают совместным помолом белого клинкера в соответствующими минеральными пигментами (охра, железный сурик и др.) и гипсом.

Пигменты минеральные вводятся до 15% по массе, орг – до 0,3%. Пг должны обладать высокой красящей способностью, высокой щелочестойкостью, свето и атмосферостойкостью.

Можно получать цветные цементы из цветных клинкеров, вводя в сырьевые смеси соединения охра(желгый пигмент),ультрамарин(синий пигмннт), кобальта, окись хрома(зеленый пигмент), сурик свинцовый(красный пигмент),сурик железный(коричневый оттенок),двуоксид марганца,пиролюзит и углеродистые пигменты(черный) и др.

Применяют такие цементы для отделочных составов, для изготовления облицовочных плит, плит для полов, ступеней, скульптур, имитаций природного камня.

Такие цементы имеют повышенную усадку при твердении, пониженную коррозионную стойкость, пониж мрз.

56 ПЦ для бетона дорожных и аэродромных покрытий

Имеет повышенную мрз, повышенную стойкость против истирающих и ударных воздействий, малую усадку, повышенную прочность на растяжение и изгиб. Это достигается :

• Применением клинкера нормированного состава по содержанию С3А не более 8%

• Допускается добавка только доменного шлака не более 15%

• Начало схватывания не ранее 2 ч

Бывает марок 400 и 500. Рекомендуется введение в бетон на таких цементах пластиф, воздухововл, гидрофобиз добавок.

57 ПЦ для производства асбестоцементных изделий

При производстве асбестоцементых изделий есть особенности:

Начальная гидратация протекает при очень высоком В/Ц, , затем из асбестоцементной массы отфильтровывается, отсасывается, отжимается значительное количество воды.

Частички цемента должны быть достаточно тонкими, чтобы удержаться на волокнах асбеста. Вместе с тем излишняя дисперсность может вызвать повышеннуд водопотребность вяжущего, отрицательно отражающуюся на обезвоживании и уплотнении изделий. Поэтому тонкость помола должна быть от 2200 до 3200см2/г

Клинкер должен содержать С3S не менее 52, С3А не менее 3 и не более 8 %. Допускается введение добавок не более0,5%от массы цемента

Начало схватывания не ранее 1,5 ч,а конец не позднее10часов. Марки 400 и 500.Отличается более интенсивным твердением и ростом прочности в начальные сроки.

58 Тампонажный цемент является одной из разновидностей портландцемента и предназначен для изоляции нефтяных скважин от действия грунтовых вод. тампонажный цемент выпускается двух видов: а) для «холодных» скважин; б) для «горячих» скважин. Общее требование к тампонажным цементам – хорошая текучесть при минимальном количестве воды и минимальной усадке. Начало схватывания должно наступать не ранее закачки в скважину. Интервал между началом и концом схватывания должны быть минимальны. Тампонажные цементы должны обладать стойкостью против солевой агрессии. Большое значение имеет плотность раствора, которая должна быть такой, чтобы цементный раствор легко вытеснял глинистый раствор из скважин. Клинкеры тампонажного цемента для холодных скважин характеризуются:

а) повышенным содержанием трехкальциевого алюмината (до 12-13%) при содержании алита около 50%, что обеспечивает требуемую скорость схватывания и повышенную прочность цемента в ранние сроки твердения;

б) повышенным содержанием трехкальциевого силиката (57-60%) при пониженном содержании С3А (4-7%). При таком клинкере, если он достаточно тонко измельчен, также обеспечивается требуемая скорость схватывания и высокая активность цемента в ранние сроки твердения. Для горячих скважин, чтобы замедлить сроки схватывания и сохранить требуемую текучесть цементного раствора, применяют цемент с низким содержанием С3А. При производстве клинкера тампонажного портландцемента применяют те же сырьевые компоненты, что и для обычного портландцемента.

Процессы твердения и гидротации тампонажного цемента ускоряются с повышением температур в скважине. Одновременно прочность цемента повышается, а время начала схватывания сокращается.

59 Глиноземистый цемент -- быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция (СаО*А12О3). Свое название этот цемент получил от технического названия оксида алюминия А12О3 -- «глинозем». Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и чистые известняки. Химический состав бокситовпределах: А12О3 - 40...75 %; Fe2O3 - 5...30 %; SiO2 - 2...15 %?TiO2 35...45 %;. Бокситы -- горная порода, состоящая из гидратов глинозема (А12О3 * nН2О) и примесей (в основном Fe2O3, SiO2, СаО и др.). Бокситы широко используются в различных отраслях промышленности: для получения алюминия, абразивов, огнеупоров, адсорбентов и т.п., а месторождений с высоким содержанием А12О3 очень немного. Важнейшим глиноземосодержащим сырьевым компонентом в производстве глиноземистого цемента являются сравнительно мало распространенные бокситы. Это дефицитное сырье, используемое, главным образом, для получения металлического алюминия. Боксит содержит гидраты глинозема в виде бемита, гидраргиллита и редко диаспора с примесями кремнезема, оксидов железа, магния, титана и др. Содержание глинозема в бокситах может достигать 70 %.

Качество боксита характеризуется содержанием А1о03 и коэффициентом качества — отношением количества глинозема по массе к соответствующему количеству оксида железа. Для производства глиноземистого цемента применяют бокситы, главным образом, марок Б-2, Б-3 и Б-7, с коэффициентом качества соответственно 7; 5 и 5,6; содержание глинозема в них должно быть не менее чем 46 и 30 %. Используют также бокситы марки Б-1 с коэффициентом качества 9, содержащие не менее 49 % глинозема.

Количество оксида железа хотя и не регламентируется ГОСТ, но из изложенного выше видно, что оно исключительно важно для технологии производства глиноземистого цемента.

60

Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, находится в следующих пределах: СаО - 35...45 %; А12О3 - 30...50 %; Fe2O3 - 0...15 %; SiO2 - 5...15 %. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает однокальциевый алюминат СаО * А12О3 (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего. Кроме того, в нем присутствуют алюминаты -- СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S, отличающийся, как известно, медленным твердением, и в качестве неизбежной балластной примеси -- геленит - 2СаО * А12О3 * 2SiO2. Внешние параметры глиноземистого цемента - это тонкий порошок серо-зеленого, коричневого или черного цвета. одержание глинозема (Al2O3) в цементе должно быть не ниже 35 %.

61

Химический состав бокситов характеризуется следующим предельным содержанием главнейших оксидов, считая на безводное вещество, %: А1203 40—75; Fe203 5—30; SiO;> 2—15; ТЮ2 3,5.

Основной показатель качества бокситов при изготовлении из них глиноземистого цемента — процентное отношение Ah03/Si02 (коэффициент качества). Чем боль-•ще этот коэффициент, тем выше качество бокситов. Отношение Al203/Si02 у бокситов удовлетворительного качества не ниже 5—6. Содержание в них более 5—8 % кремнезема нежелательно. В известняках, предназначенных для производства глиноземистого цемента, содержание кремнезема и оксида магния не должно превышать соответственно 1,5 и 2 %.

Наряду с бокситами для получения глиноземистого цемента применяют иногда алюминиевые шлаки и материалы, вырабатываемые обжигом высокоглиноземистых глин. Но из этих материалов получается глиноземистый цемент пониженного качества,

Для обжига сырьевых материалов применяют тепловые установки различных конструкций. Выбор их определяется качеством сырьевых материалов, в частности, содержанием вредных оксидов кремния, магния и отчасти железа.

Обжиг можно вести до спекания или до плавления. При обжиге до спекания применяют обычно вращающиеся, шахтные и другие печи, а также спекательные ре-щетки, работающие на газообразном и жидком топливе, а также на малозольном угле. Обжиг до плавления ведут в вагранках, электрических и доменных печах, одновременно получая в доменной печи чугун и глиноземистый цемент. Выпускают его из печи в виде расплава строго определенного химического состава.

При производстве цемента обжигом исходной смеси компонентов до спекания в тех или иных печах или обжигом до плавления в вагранках требуются высококачественные бокситы с небольшим содержанием кремнезема (до 8 %) и оксида железа (до 10 %). Месторождений таких бокситов немного, и используют их для производства алюминия. Плавка в электрических и доменных печах позволяет использовать бокситы с повышенным содержанием примесей. Это обусловило преимущественное применение таких способов производства глиноземистого цемента. ри получении глиноземистого цемента плавлением в доменную печь загружают железистый боксит, известняк, железный скрап и кокс. В результате восстановления оксидов железа под действием углерода и оксида углерода образуется чугун, скапливающийся в нижней части горна. Одновременно в горне над расплавом чугуна появляется расплав глиноземистого шлака. Оба расплава периодически выпускают из домны, при этом температура шлакового расплава 1600—1700 °С. Его направляют в изложницы или разливают на площадке охлаждения материала.

При производстве глиноземистого цемента плавкой в доменных печах используются бокситы с показателем коэффициента качества не менее 7. Это вызывается незначительным восстановлением в этих печах кремнезема и образованием ферросилиция. Вместе с тем получение в доменных печах чугуна и глиноземистого цемента обуславливает пониженную его стоимость.

Охлажденный материал подвергают обычно двустадийному дроблению. Помол ведут в трубных шаровых мельницах до остатка на сите № 008 не более 10 % (ГОСТ 969—77). При изготовлении ангидритоглииоземи-стого и шлакоглиноземистого цементов осуществляется совместный помол всех материалов. Ангидрит и шлак предварительно дробят и высушивают до влажности не более 1—2 %

Глиноземисто-белитовый цемент получают обжигом тонкоизмельчеиных смесей, содержащих некондиционные бокситы с коэффициентом качества меньше 3, известняк, гипс (около 10%) и минерализатор CaFa. В процессе обжига при 1250—1300°С получается клинкер, содержащий СА, |3-C2S, С!2А7 и 3(CaO.Al203)-CaS04. Значение добавки гипса заключается в том, что в процессе обжига вместо гидравлически инертного геленита C2AS образуется активный сульфоалюминат кальция 3(CaO-Al203)CaS04. Одновременно получается повышенное количество белита f}-C2S.

Исследования этих систем, проведенные вначале П. П. Будни-ковым и Т. А. Р.агозиной, в последующем были продолжены Л. А. Захаровым. Он изучил возможность получения глиноземисто-белитово-го цемента из многих видов сырья, содержащих не менее 25 °/о глинозема и не более 45—50 % кремнезема (латериты, каолины, анортиты, алунитовые породы, золы от сжигания горючих сланцев и др.).

Глиноземистый цемент отправляют потребителю в бумажных мешках или навалом в специально оборудованном транспорте.

62Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося цементного камня существенно зависят от температуры твердения. При нормальной температуре (до + 25° С) основной минерал цемента -- СА взаимодействует с водой с образованием кристаллического гидроалюмината кальция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы:

2(СаО * А12О3) + 11Н2О = 2СаО * А12О3 * 8Н2О + 2А1(ОН)3 + Q

При твердении глиноземистого цемента основное соединение -- однокальциевый алюминат, подвергается гидратации, в результате чего образуется двухкальциевый гидроалюминат. При взаимодействии глиноземистого цемента с водой не образуется гидрата окиси кальция, благодаря чему цементный камень, бетоны и растворы на глиноземистом цементе значительно лучше противостоят действию минерализованных вод; отсутствие трехкальциевого гидроалюмината повышает стойкость к сульфатной коррозии. Однако бетоны па глиноземистом цементе корродируют в кислых агрессивных средах, концентрированных.растворах сернокислого магния и в щелочных средах при концентрации щелочей более 1%. С повышением температуры твердения глиноземистого цемента сверх 25--30° С прочность цементного камня понижается, вследствие перекристаллизации двухкальциевого гидроалюмината в трех-кальциевый. Поэтому пропаривание и автоклавную обработку изделий на глиноземистом цементе не производят.

При пониженных положительных температурах твердение происходит менее интенсивно, но все же значительно быстрей, чем портландцемента.

При охлаждении массы цемента (бетона) ниже -2 °С твердение его с водой практически прекращается.Поэтому для твердения необходимо обеспечить оптимальные температурные условия.

63Истинная плотность глиноземистого цемента 3,1 — 3,3 г/см3, плотность в рыхлонасыпном состоянии — 1000—1300, в уплотненном — 1600—1800 кг/м3.

Водопотребность этого цемента при получении теста нормальной густоты 24—28 %. По ГОСТ 969—77, он должен характеризоваться равномерным изменением объема при испытании образцов из него кипячением и обработкой в парах воды.

Начало схватывания теста должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 10 ч. Обычно же начало и конец схватывания наступают соответственно через 1 — 1,5 и 4—6 ч. При необходимости замедлить схватывание применяют хлористые натрий и кальций, буру и др. Ускоряют схватывание введением небольших добавок извести, портландцемента и др.

Глиноземистый цемент по прочности (ГОСТ 969—77) разделяют на марки 400, 500 и 600, определяемые по результатам испытаний на сжатие половинок призм размером 4X4X16 см, изготовленных из малопластичного раствора 1:3 (ГОСТ 310.1—76 с изм.) и испытанных через 3 сут твердения. Через 1 сут твердения цемент достигает 80—90 % трехсуточной прочности.

Для твердения глиноземистого цемента наиболее благоприятны водные условия. Как воздушное, так и комбинированное воздушно-влажное хранение сопровождается значительным падением прочности бетонов на этом цементе в отдаленные сроки твердения (на 50— 60 % через 10—20 лет). Прочность снижается иногда ив первый месяц твердения. По ГОСТ 969—77 не допускается снижение прочности на растяжение образцов 28-су-точного возраста по сравнению с прочностью образцов трехсуточного возраста более чем на 10 %. При пониженных температурах (5—10°С) глиноземистый цемент твердеет достаточно интенсивно вследствие значительного выделения теплоты, на что указывалось ранее.

Бетоны на глиноземистом цементе характеризуются высокой водостойкостью, морозостойкостью и жаростойкостью. Водостойкость этого цемента объясняется, в частности, отсутствием в продуктах его гидратации гидроксида кальция, характеризующегося, как известно, значительной растворимостью в воде (1,2 г/л СаО при обычной температуре). Бетоны на глиноземистом цементе более морозостойки, чем на обыкновенном портландцементе, что обусловливается в большей мере повышенной плотностью цементного камня. Известно, что при прочих равных условиях пористость затвердевшего глиноземистого цемента примерно в 1,5 раза меньше пористости портландцемен-тного камня. Этим же объясняется и более низкая водопроницаемость затвердевшего глиноземистого цемента по сравнению с портландцементом. Пониженная пористость цементного камня объясняется высокой степенью гидратации, повышенным вовлечением воды в гидратные соединения, а также образованием значительного количества гелевидных масс гидроксида алюминия.

Глиноземистый цемент, более чем портландцемент, стоек в растворах сульфата кальция и магния (но не сульфатов калия, натрия и аммония), а также в слабых растворах и парах неорганических кислот. Стоек он и в водных растворах хлоридов щелочных металлов, кальция и магния, в морской воде, в углекислых и болотных водах, в растворах молочной и других подобных кислот, в животных и растительных маслах.

Глиноземистый цемент и бетоны на его основе разрушаются в растворах щелочей и солей аммония. Сульфатостойкость глиноземистого цемента при переходе C2AHg в C3AHG резко снижается.

Бетоны на глиноземистом цементе хорошо сопротивляются действию температур до 1200—1400 °С и выше. В этом случае не возникают разрушающие деформации (как у бетонов на портландцементе) при увлажнении их после воздействия высоких температур. Это объясняется тем, что в глиноземистом цементе нет гидроксида кальция, который, присутствуя в затвердевшем портландцементе, при нагревании до 500 °С и выше переходит в СаО гидратирующий при повторном увлажнении, увеличиваясь в объеме и разрушая цементный камень.

Глиноземистый цемент значительно дороже (в 5— 6 раз) портландцемента, поэтому применять его следует лишь в случаях наиболее полного использования его ценных качеств. В соответствии с этим такой цемент целесообразен для производства бетонных и железобетонных конструкций при необходимости получения высокой прочности бетона в очень короткие сроки, особенно при пониженных температурах окружающей среды, а также в конструкциях, подвергающихся систематическому замерзанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию, особенно при службе их в морской воде, в водных растворах некоторых сульфатов и т. п. Широко применяется данный цемент при изготовлении жароупорных бетонов и различных видов расширяющихся цементов, а также при выполнении аварийных и ремонтных .работ.

Нельзя использовать глиноземистый цемент в тех случаях, когда температура бетона во время его твердения может подняться выше 25—30 °С. Недопустимо его применение в бетонных конструкциях, подвергающихся щелочной агрессии.