Билет № 24 1)Разновидности портландцемента.

Разновидности ПЦ получают за счет частичного изменения минераль­ного состава клинкера, введения активных минеральных добавок до 20 %, а также небольшого количества органических добавок (ПАВ). Эти меры по­зволяют изготовить более эффективный цемент для той или иной области строительства, защиты сооружений от определенных видов коррозии. Быстротвердеющие портландцементы (БТЦ) марок ПЦ400(500)-Б отличаются повышенной скоростью твердения (через 3 суток набирают 40-50 % марочной прочности). Скорость твердения обеспечивается большим содержанием C₃S (алита) и СзА, чем у обычного цемента (сум­марное содержание этих минералов обычно не менее 60-65 %), а также бо­лее тонким помолом. Быстротвердеющие портландцементы применяют в производстве сборных бетонных и железобетонных конструкций (позволя­ют сократить или полностью отказаться от тепловой обработки бетона), а также при зимних бетонных работах. Высокопрочные портландцементы (ВПЦ) марок 550 и 600 одно­временно являются быстротвердеющими, так как их прочность во все сроки твердения выше, чем у рядового ПЦ. Эти цементы получают за счет применения однородного сырья, увеличенного содержания в клинкере C₃S (до 65-68 %) при ограничении С₃А (не более 8 %), повышенной тонко­сти помола. Высокопрочные портландцементы используются для возве­дения ответственных сооружений. Следует иметь в виду повышенное те­пловыделение БТЦ и ВПЦ, которое исключает их применение для массивных конструкций. Сульфатостойкий портландцемент (ССПЦ) отличается повышен­ной стойкостью к сульфатной коррозии. Этот цемент получают на основе клинкера нормированного минерального состава, содержащего не более 50 % C₃S, 5 % С₃А и 22 % (С₃А + C₄AF). ССПЦ медленно твердеет и имеет марки по прочности 300 и 400. Ускоренного твердения добиваются тепло­вой обработкой. ССПЦ применяется для строительства гидротехнических сооружений (зоны переменного уровня воды, где необходима одновре­менно высокая сульфатостойкость и морозостойкость), а также для изго­товления коррозионностойких массивных конструкций (из-за малого теп­ловыделения). Портландцементы с органическими добавками. Пластифицирован­ный ПЦ-ПЛ и гидрофобный ПЦ-ГФ получают введением в ПЦ при помоле растворов соответственно пластифицирующих (0,15-0,25 % ЛСТ) или гидрофобизирующих (0,05-0,15 % мылонафта, асидола и др.) добавок. Эти цементы требуют меньшее количество воды затворения, что повышает плотность и морозостойкость цементного камня. При одинаковом с обыч­ным цементом содержании воды затворения увеличивается пластичность сырьевой смеси (ПЦ-ПЛ дает больший эффект в жирных смесях, ПЦ-ГФ — и тощих). Кроме того, применение ПЦ-ГФ позволяет получить дополни­тельный эффект — водоотталкивающие свойства у готовых изделий, а сам цемент лучше хранится. Дорожный портландцемент получают на основе клинкера нормированного минерального состава (ПЦ-Н). Минеральный состав клинкера характеризуется ограниченным содержанием СзА (до 8 %) и меньшим содержанием C₃S. В цемент вводят пластифицирующие и воздухововлекающие добавки. Дорожный ПЦ отличается замедленным схватыванием (начало схватывания не ранее 1,5 часа), высокой морозо- и химической стойкостью повышенной прочностью на изгиб. Белый и цветные портландцементы (декоративные) изготовляют на основе белого клинкера, который почти не содержит оксидов железа и марганца, придающих обычному цементу зеленовато-серый цвет. При помоле клинкера в качестве добавки используют белый диатомит и предохраняю цемент от попадания в него частиц железа. Этот цемент выпускают марок 400 и 500. Цветные портландцементы получают, примешивая к белому це­менту щелочестойкие пигменты (оксид хрома, железный сурик, охру и др.). Белый и цветные портландцементы применяются для придания растворам и бетонам декоративных свойств.

Многокомпонентные цементы с минеральными добавками и шлаковые цементы

Активными минеральными (гидравлическими) добавками назы­вают природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном состоянии с воздушной известью и водой образуют медленнотвердеющие гидравлические вяжущие. Активные минеральные добавки могут быть природными и искусственными. К природным (пуццолановым) относят некоторые осадочные горные по­роды (диатомит, трепел, опока), а также породы вулканического происхож­дения (пепел, туф, пемза). Пуццолановые добавки содержат кремнезем в аморфном, а следовательно, в химически активном со­стоянии и способны поэтому взаимодействовать в нормальных условиях с растворимым гидроксидом кальция, образуя практически нерастворимые гидросиликаты кальция (ГСК), что значительно повышает стойкость це­ментного камня в отношении выщелачивания Са(ОН)₂: (0,8...1,5)Ca(OH)₂+SiО₂+nH₂О = (0,8...1,5)CaO∙SiО₂∙nН₂О. В качестве искусственных минеральных добавок используют побочные продукты и отходы промышленности: быстроохлажденные (гранулирован­ные) доменные и электротермофосфорные шлаки, топливные золы (уноса). Весьма перспективной техногенной добавкой является отход производства ферросилиция — аморфный микрокремнезем (МК), обладающий очень вы­сокой пуццоланической активностью. Кроме того, эффективность действия МК связана с его чрезвычайно высокой дисперсностью. При заполнении пространства между цементными частицами ультрадисперсными частица­ми МК образуются многочисленные коагуляционные контакты, являющие­ся дополнительными центрами образования гидросиликатов кальция. Более прочные и устойчивые низкоосновные ГСК кольматируют поры, повышают однородность структуры цементного камня и улучшают его качественные показатели, достигающие высокого уровня, в том числе при использовании рядовых цементов средних марок и обычной технологии их применения. Наиболее известными и широко применяемыми среди многокомпо­нентных цементов с минеральными добавками и шлаковых цементов явля­ются пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент. Пуццолановый портландцемент (ППЦ) изготавливают путем совме­стного помола клинкера, содержащего не более 8 % С₃А, и пуццолановой добавки в количестве 20-40 % с необходимым количеством гипса. ППЦ от­носится к группе сульфатостойких цементов и выпускается марок М300 и М400. Этот цемент следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводные и подземные части сооружений). На воз­духе ППЦ дает большую усадку и теряет прочность. Бетон на ППЦ тверде­ет медленно и имеет низкую морозостойкость. Вследствие малого тепловы­деления ППЦ часто применяется для внутренних частей массивных конструкций. Шлакопортландцемент (ШПЦ) изготовляют так же как и ППЦ, но в качестве активной добавки используют доменные гранулированные (или электротермофосфорные) шлаки, содержание которых должно быть не ме­нее 21 % и не более 80 % от массы цемента. Доменные шлаки — продукт сплавления веществ, находящихся в пустой породе руды и флюса (извест­няка). По химическому составу шлаки состоят из CaO, SiO₂, A1₂O₃ и отчас­ти MgO. Суммарное содержание этих оксидов составляет 90-95 %. Грану­ляция шлаков заключается в быстром охлаждении шлакового расплава водой или паром. При этом расплав распадается на отдельные гранулы, приобретающие стекловидное и тонкозернистое химически активное со­стояние. Гранулированный шлак к самостоятельному твердению не способен; он взаимодействует с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидра­тации клинкерных минералов, и с добавкой гипса с образованием гидроси­ликатов, гидроалюминатов и гидросульфоалюминатов кальция. Этот це­мент выпускают марок 300, 400 и 500. Он отличается замедленным твердением, особенно в ранние сроки. Процесс твердения ШПЦ значитель­но ускоряется при тепловлажностной обработке, поэтому его эффективно применять для сборных бетонных и железобетонных изделий. Тонкомолотые цементы (ТМЦ) получают совместным тонким помо­лом портландцементного клинкера или готового портландцемента, актив­ной минеральной добавки (зола-унос, пуццоланы, шлак и т.д.), гипсового камня. От ВНВ или ЦНВ тонкомолотые цементы отличаются от­сутствием суперпластификатора. Механохимическая обработка (тонкий помол) при получении ТМЦ позволяет усилить полезные свойства компонентов комплексного вяжущего: активность клинкерной части увеличивается в 1,5-2 раза, а частицы наполнителя выполняют роль упрочняющего компонента на микроуровне и являются структурообра­зующими центрами для новообразований цементного камня. Использова­ние этих принципов позволяет ТМЦ при содержании до 70 % минераль­ных добавок (ТМЦ-80, ТМЦ-50, ТМЦ-30) по качеству не уступать портландцементам марок 400-500, а иногда и превосходить их. При заме­не гипса в ТМЦ на химические регуляторы схватывания и твердения, а также с применением специальных добавок, понижающих точку замерза­ния воды в бетоне, получена широкая гамма вяжущих для ведения бетон­ных работ при отрицательных температурах. Цементы на основе клинкеров специального состава Наиболее радикального изменения свойств цементов в нужную сторо­ну добиваются путем получения клинкеров на основе другой, нежели у портландцемента, системы оксидов. К таким цементам в частности отно­сятся такие важные вяжущие, как алюминатные (глиноземистый), расши­ряющиеся и напрягающий цементы. Глиноземистый цемент (ГЦ) — быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее, получаемое обжигом до спекания или плавления сырьевой смеси известняка или извести и бокситов, содержащих глинозем A1₂O₃, с последующим тонким помолом продукта обжига. В клинкере ГЦ преимущественно содержится однокальциевый алюминат СаО·A1₂O₃. Этот минерал очень быстро гидратируется, что определяет быстрое твердение цемента. ГЦ за сутки набирает 60-70 % марочной прочности, причем марки этого цемента, определяемые в возрасте 3-х суток, — М500 и М600. ГЦ отличается высокой химической стойкостью и жаростойкостью. Его недос­татком является высокая чувствительность к повышенным температурам (свыше 25 °С) при твердении, в результате чего может произойти разруше­ние изделий. С учетом специфических свойств и высокой стоимости ГЦ применяется при аварийно-спасательных работах, особенно в холодных ус­ловиях (на Севере), а также для получения огнеупорных и химически стой­ких бетонов. Кроме того, глиноземистый цемент используется для получе­ния расширяющихся цементов. Расширяющиеся и напрягающие цементы обладают рядом ценных свойств: большой скоростью твердения, способностью расширяться при твердении, что позволяет избежать усадочных деформаций, растрескивания цементного камня и получить водонепроницаемые бетоны. Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. Он получается путем тщательного смешивания глиноземистого цемента (70 %), гипса (20 %) и молотого специально изготовленного гидроалюмината каль­ция (10 %). Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ) — быстрот­вердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким по­молом глиноземистого клинкера или шлака (70 %) и природного двуводного гипса (30 %). ГГРЦ обладает свойством расширения при твердении в воде; при твердении на воздухе он проявляет безусадочные свойства. Расширяющийся портландцемент (РПЦ) — гидравлическое вяжу­щее, получаемое совместным тонким помолом портландцементного клин­кера (58-63 %), глиноземистого клинкера или шлака (5-7 %), гипса (7-10 %) и доменного гранулированного шлака или другой активной минеральной добавки (23-28 %). РПЦ отличается быстрым твердением, высокой плотно­стью и водонепроницаемостью цементного камня при условии регулярного увлажнения в течение первых трех суток. Напрягающий цемент (НЦ) отличается от РЦ большей химической энергией расширения, достаточной для самонапряжения арматуры. Этот цемент состоит из 65-75 % портландцемента, 13-20 % глиноземистого це­мента и 6-10 % гипса. Затворенный водой НЦ сначала твердеет, затем после набора прочности около 15 МПа расширяется как твердое тело и напрягает стальную арматуру. Эти цементы имеют марки НЦ-20, НЦ-40 и НЦ-60 (цифра в обозначении марки указывает энергию расширения в десятых долях МПа). Цемент марки НЦ-20 проявляет без­усадочные свойства и применяется для изготовления бетонов с компенси­рованной усадкой. Цементы НЦ-40 и НЦ-60 обеспечивают получение во­донепроницаемых бетонов и самонапряженных железобетонных изделий и конструкций: напорных труб, монолитных и сборных резервуаров для во­ды, плавательных бассейнов, подземных сооружений.