7.9. Специальные цементы

Специальные цементы отличаются от портландцемента и его разновидностей видом исходного сырья, технологией производства, химическим и минералогическим составами, свойствами и областями применения. В эту группу гидравлических вяжущих входят глинозе­мистый, расширяющийся, безусадочные цементы и гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество, напрягающий цемент.

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969—77). По минералогическо­му составу и техническим свойствам отличается от портландцемента.

Глиноземистый цемент— быстротвердеющее и высокопрочное вяжущее вещество, получаемое обжигом и последующим тонким из­мельчением сырьевой смеси известняков СаСО₃ и бокситов (А₂О₃).

В состав клинкера входит однокальциевый алюминат СаОА₂О₃, оп­ределяющий быстрое твердение и другие свойства глиноземистого цемента. Марки глиноземистого цемента, определяемые по результа­там испытания образцов трехсуточного возраста: 400, 500 и 600. Портландцемент набирает такую прочность только через 28 сут нор­мального твердения. Уже в первые сутки твердения глиноземистый цемент набирает более 50% марочной прочности. При столь быстром твердении он обладает нормальными сроками схватывания: начало схватывания не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч от начала за-творения. Глиноземистый цемент обладает высокой экзотермией — тепловыделение при твердении в 1,5 раза больше тепловыделения портландцемента. Поэтому применять его для бетонирования мас­сивных конструкций не рекомендуется. Однако после полного затвер­дения он может выдерживать нагрев до 900 °С и поэтому его приме­няют для приготовления жаростойких бетонов.

Глиноземистый цемент коррозионно-стоек в сульфатных, мор­ских и углекислых водах. Широкое его применение ограничивается его высокой стоимостью (он в 4 раза дороже портландцемента).

Глиноземистый цемент применяют в специальных сооружени­ях, для изготовления быстротвердеющих и жаростойких бетонов и строительных растворов, при аварийно-ремонтных и монтажных ра­ботах, а также зимнем бетонировании, для изготовления расширяю­щегося и безусадочного цементов.

Смешивать глиноземистый цемент с портландцементом нельзя, так как кроме снижения его прочности, может произойти разрушение этого смешанного вяжущего при твердении.

Расширяющиеся и безусадочные цементы. Цементный ка­мень при твердении на воздухе дает усадку, которая является причи­ной усадочных трещин. Поэтому обычные цементы не могут обеспе­чить водонепроницаемость при заполнении швов между панелями, заделке трещин, гидроизоляции туннелей, стволов шахт и других ра­ботах. Для решения этих проблем созданы безусадочные или расши­ряющиеся цементы (расширение 0,2... 1,0%). Эти цементы отличаются способностью при твердении во влажных условиях незначительно расширяться или не давать усадки при твердении на воздухе.

Выпускают три вида расширяющихся цементов: водонепрони­цаемый расширяющийся цемент, гипсоглиноземистый расширяю­щийся цемент и безусадочный цемент.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — быст-росхватывающий и быстротвердеющий цемент, изготовленный совме­стным помолом глиноземистого цемента — 70...76%, гипса — 20...22% и высокоосновного гидроалюмината кальция (4СаО-А1₂О₃ 12Н₂О) — 10... 11%. Расширяющее воздействие оказывает образующийся при ре­акции с водой минерал эттрингит— ЗСаО- А1₂О₃ -3CaSO₄ -31Н₂О с большим увеличением кристаллической фазы в объеме. Цемент яв­ляется гидравлическим вяжущим, сроки схватывания: начало схва­тывания не ранее 4 мин, окончание — не позднее 12 мин. Он имеет марку 500 через 28 сут, но уже через 6 ч твердения набирает проч­ность не менее 7,5 МПа. Отличается высокой плотностью, водонепро­ницаемостью, пониженной морозостойкостью и может применяться только при положительных температурах.

ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции тюбингов, раструбных соединений, создания гидроизоляционных покрытий, за­делки трещин и стыков в железобетонных конструкциях и т.д.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее. Портландцемент и его разновидности имеют существенный недостаток — они медленно схватываются и медленно твердеют. Гипсовые вяжущие, наоборот, быстро схватываются и быстро твердеют, но обладают низкой водо­стойкостью. Получить смешанное вяжущее из этих разных по своим свойствам вяжущих было заманчиво.

При твердении смеси гипса с цементом получается неустойчи­вый материал, который через несколько месяцев разрушается. В 60-е годы профессор А.В. Волженский предложил смешанное вяжущее, обладающее достоинствами гипса и цемента и в большей степени лишенное их недостатков, — гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ). Его получают тщательным смешиванием 50...75% полувод­ного гипса, 15...25% портландцемента или шлакопортландцемента и 10...25% активной минеральной добавки.

ГЦПВ характеризуется повышенной водостойкостью, быстрым твердением. Через 2...3 ч вяжущее набирает 40% марочной прочно­сти. Растворы на ГЦПВ имеют прочность при сжатии 20 МПа, морозо­стойкость F25...F50.

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие применяют для устрой­ства оснований полов, санитарно-технических кабин, стеновых пане­лей и других изделий.

Напрягающий цемент (НЦ) состоит из 65...75% портландце­мента, 13...20% глиноземистого цемента и 6... 10% гипса. При опреде­ленных условиях твердения в процессе расширения этот цемент создает в арматуре предварительное напряжение, независимо от рас­положения арматуры в железобетонной конструкции. Таким образом, химическая энергия вяжущего вещества используется для получения предварительно напряженных конструкций без применения механи­ческого или термического способов. Расширение НЦ в свободном со­стоянии составляет 3...4%, в ограниченном — 0,25...0,75%. Этот це­мент характеризуется быстрым схватыванием и быстрым твердением: начало схватывания наступает не ранее чем через 30 мин, а оконча­ние — _не позднее чем через 4 ч после затвердения. Прочность НЦ при сжатии через 1 сут не менее 15 МПа, через 28 сут твердения — 50 МПа.

Напрягающий цемент применяют для газонепроницаемых кон­струкций, хранилищ бензина, подводных и подземных напорных со­оружений, спортивных объектов, так как конструкции на НЦ отлича­ются повышенной трещиностойкостью.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называют минеральным вяжущим веществом, в чем его назначение?

2. Какие вяжущие называют воздушными и гидравличе­скими, в каких условиях их можно применять?

3. Охарактеризуйте глину как вяжущее вещество.

4. Из какого сырья и как получают воз­душную известь?

5. Назовите способы гашения воздушной извести.

6. Какими свойствами обладает воздушная известь и где ее применяют?

7. Дайте классификацию гипсовых вяжущих.

8.Назовите характер­ные свойства строительного гипса и область применения.

9. Что такое гидравлическая известь, что придает ей способность твердеть в воде? 10. Назовите особенности и виды магнезиальных вяжущих.

11. Какие разновидности жидкого стекла вы знаете, где применяют жидкое стекло?

12. Что такое портландцемент и из каких сырьевых материа­лов его изготовляют?

13. Расскажите о способах производства порт­ландцемента.

14. Охарактеризуйте минералы портландцементногоклинкера.

15. Назовите периоды твердения портландцемента и крат­ко охарактеризуйте каждый из них.

16. Расскажите о свойствах и применении портландцемента.

17. Назовите основные разновидности портландцемента.

18. Укажите особенности пластифицированного и гидрофобного портландцементов.

19. Расскажите о цементах с мине­ральными активными добавками: пуццолановом и шлакопортланд-цементе, их достоинства и недостатки.

20. Перечислите специальныевиды цемента.