Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт управления бизнес-процессами и экономики

Кафедра «Строительных материалов»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: «Технология предприятий»

Тема: Основы технологии портландцемента. Основы технологии бетона

Руководитель

Василовская Г.В.

Студент

Рахманова А.А.

Красноярск 2014

Содержание

1. Основы технологии портландцемента

2. Основы технологии бетона

Библиографический список

1. Основы технологии портландцемента

Портландцемент -- основное вяжущее, применяемое в современном строительстве для изготовления монолитных и сборных железобетонных конструкций.

Понятие о производстве портландцемента. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое в результате тонкого измельчения клинкера с небольшой добавкой гипса. Клинкер представляет собой материал в виде окатанных зерен размером 3...20 мм, получаемый путем обжига до спекания (при температуре 1450 С) сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины. Добавку (З...6%) гипса вводят для регулирования сроков схватывания портландцемента.

Портландцемент -- важнейший представитель строительных цементов. Строительные цементы -- это собирательное название группы гидравлических вяжущих, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция. Среди этих вяжущих выделяют цементы на основе портландцементного клинкера (портландцемент, шлакопортланд-цемент, пуццолановый портландцемент) и цементы на основе глиноземистого клинкера (глиноземистый, высокоглиноземистый и гипсоглино-земистый).

Изобретение портландцемента связывают с именами Д. Аспдина и Е.Г. Челиева. Каменщик из английского города Лидса Джозеф Аспдин получил в декабре 1824 г. патент на изготовление вяжущего вещества путем обжига смеси извести с глиной. За сходство по цвету с естественным камнем из каменоломена близ города Портленда он назвал это вяжущее портландцементом. Однако Аспдин не доводил смесь до спекания, что является основным условием получения портландцементного клинкера. В то же время, начиная с 1817 г. в России военный техник Егор Герасимович Челиев изготовлял вяжущее путем обжига смеси извести с глиной, доводя их до спекания. Полученный цемент Е.Г. Челиев широко использовал как универсальное вяжущее при возведении разнообразных каменных строений в Москве, сильно пострадавшей от пожара 1812 г.

Свои работы Е.Г. Челиев обобщил в книге "Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то: каналов, мостов, бассейнов, плотин, подвалов, погребов, и штукатурки каменных и деревянных строений", вышедшей в ноябре 1825 г. Описанный Е.Г. Челиевым способ изготовления вяжущего принципиально не отличается от технологии изготовления современного портландцемента. клинкер портландцемент бетонный гидравлический

СССР -- крупнейший в мире производитель цемента. По абсолютному объему производства и выпуску цемента на душу населения наша страна значительно превосходит США и другие промышленно развитые страны.

Сырьевыми материалами для изготовления портландцементного клинкера являются карбонатные и глинистые горные породы. Главное химическое соединение карбонатных пород (известняка, мела) -- карбонат кальция СаСОэ. Глинистые породы (в основном глины) содержат различные алюмосиликаты типа А12Оэ * wSi02- иН20. Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 3:1, т.е. на 1 мас.ч. глины должно приходиться 3 мас.ч. известняка. Известна горная порода -- мергель, представляющая собой природную тесную смесь известняка и глины именно в таком соотношении. Там, где есть запасы мергеля, цементные заводы пользуются этим сырьем.

Производство портландцемента включает в себя следующие технологические операции: приготовление сырьевой смеси, обжиг этой смеси и получение клинкера, помол клинкера с добавкой гипса.

Приготовление сырьевой смеси заключается в получении однородной тонкоизмельченной смеси известняка и глины. Эту операцию осуществляют сухим или мокрым способом. При сухом способе подвергают совместному измельчению сухие материалы, из которых удаляют свободную влагу до остаточной влажности не более 1...2 %. Сухой способ особенно выгоден, если влажность сырья небольшая.

Мокрый способ производства клинкера применяют при значительной влажности материалов. Для этого мягкие, распускающиеся в воде сырьевые материалы -- мел, глину измельчают и перемешивают в водной среде. Влажность получаемой суспензии настолько велика, что образуется текучая масса, называемая сырьевым шламом. Основной недостаток мокрого способа подготовки сырья состоит в том, что воду, содержащуюся в шламе, затем приходится удалять испарением (в цементной печи), а это связано с излишними затратами топлива и энергии -- в 1.5...2 раза больше, чем при сухом способе. Поэтому вновь строящиеся и проектируемые цементные заводы в нашей стране рассчитаны на изготовление цемента по сухому способу как более экономичному. Такая же тенденция наблюдается и во всех промышленно развитых странах мира.

Обжиг сырьевой смеси -- наиболее энергоемкая и ответственная операция, в результате которой образуется клинкер. Обжиг проводят во вращающихся печах, которые представляют собой огромные цилиндрические барабаны диаметром до 5 м и длиной до 230 м. Угол наклона продольной оси барабана печи к горизонту 3...4°. Благодаря этому сырьевая смесь, загруженная в верхнюю часть печи, при медленном вращении барабана постепенно перемещается к нижнему, выходному концу. В печь загружают исходную сырьевую смесь, а выгружают из нее цементный клинкер.

По выходе из вращающейся печи клинкер, состоящий из прочных камневидных окатанных гранул ("горошка"), интенсивно охлаждают воздухом с температуры 1000 до Ю0...200°С в холодильниках. После этого его выдерживают на складе 1...2 недели.

Помол клинкера с добавкой гипса -- заключительная технологическая операция. В результате получают тонкозернистый порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета, который и называют портландцементом.

Полученный в результате помола портландцемент хранят в больших железобетонных банках -- силосах, вмещающих до 10 тыс. т цемента. Здесь он постепенно охлаждается, а остатки содержащегося в нем свободного оксида кальция, взаимодействуя с влагой воздуха, гасятся. Это значительно улучшает технологические свойства цемента. Из силосов цемент отгружают потребителям в вагонах-цементовозах, автоцементовозах, крытых железнодорожных вагонах. Часть цемента упаковывают в пяти- или шестислойные бумажные мешки.

Схватывание и твердение портландцемента. Вяжущие свойства портландцемента обусловлены особенностями химических соединений, входящих в состав клинкера. По химическому составу клинкер представлен следующими соединениями

При обжиге до спекания эти вещества, соединяясь в различных соотношениях, образуют силикаты и алюминаты кальция, которые входят в состав клинкера в виде минералов кристаллической структуры. Некоторая их часть образует стекловидную фазу.

К основным минералам клинкера относятся алит и белит (силикаты кальция), а также трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция (алюминаты кальция). Каждый из них можно синтезировать отдельно, что дает возможность сопоставлять свойства минералов.

Алит -- основной минерал клинкера. Его химическая формула ЗСаО * Si02, сокращенно C3S*. Алита в клинкере содержится 45...60%, т.е. больше, чем любого другого минерала. Алит отличается быстротой твердения и большой прочностью.

Белит -- второй по значению клинкерный минерал. Состав белита выражается формулой 2СаО * Si02, сокращенно C2S. Содержание его в клинкере 20...30%. Белит медленно твердеет, но при благоприятных условиях может в длительные сроки образовывать с водой весьма прочные соединения.

Названия искусственных минералов клинкера -- алит и белит -- образованы от греческого слова "литое" (камень) с прибавлением начальных букв латинского алфавита А и В. Суммарное содержание этих минералов -- силикатов кальция составляет в клинкере портландцемента около 75 %. Поэтому его называют иногда силикатным цементом в отличие от алюминатных цементов, например глиноземистого, в клинкерной части которых преобладают не силикаты, а алюминаты кальция.

Трехкалъциевого алюмината ЗСаО * А1203 (С3А) содержится в клинкере 4..: 12%. Отличается чрезвычайно быстрым схватыванием и твердением, но дает небольшую прочность.

Четырехкальциевого алюмоферрита 4СаО-А1203 * Fe203 (C4AF) содержится в клинкере 10...20%. По скорости гидратации он уступает алиту, но превосходит, белит, прочность же его незначительна.

Некоторые сравнительные характеристики клинкерных минералов приведены в табл. 6 (все минералы твердели с добавкой гипса).

По этим характеристикам можно составить представление о том, как влияет количественное соотношение между минералами в клинкере на свойства цемента. Так, для получения быстротвердеющего цемента надо увеличить содержание в клинкере наиболее быстротвердеющих соединений, т.е. C3S и С3А. Такой цемент одновременно обладает и большим тепловыделением. Свойство быстрого твердения используют при производстве сборного железобетона на заводах, где важно сократить длительность технологического цикла. Бетон, изготовленный на цементе с высоким содержанием C3S и С3А, можно употреблять для работ в зимнее время: из-за большого тепловыделения цемента конструкция медленно остывает даже на морозе, и бетон набирает достаточно высокую прочность.

При бетонировании массивных конструкций важно предотвратить излишний саморазогрев бетона, который может вызвать его растрескивание. В этом случае применяют цемент с низким тепловыделением, т.е. относительно малым содержанием C3S и С3А.

Для получения морозостойких бетонов ограничивают в клинкере содержание С3 А. Кроме того, нормируют минеральный состав клинкера, чтобы повышать стойкость цементов против химической коррозии. Помимо указанных основных соединений в клинкере присутствует свободный кристаллический оксид магния MgO (минерал периклаз), а также оксиды калия и натрия. Высокое содержание периклаза (более 5 %), особенно в виде крупных кристаллов, представляет большую опасность. При взаимодействии с водой MgO увеличивается в объеме. Если эта реакция происходит в затвердевшем цементном камне, то возникают большие внутренние напряжения, что приводит к растрескиванию бетона. Содержащиеся в клинкере щелочные оксиды К20 и Na20 опасны в том случае, когда в каменных заполнителях бетона (песке и гравии) есть опаловидный кремнезем Si02 * лН2О. Этот аморфный минерал взаимодействует со щелочами уже при нормальной температуре, причем объем продуктов реакции увеличивается, что также может вызвать растрескивание бетона. Для исключения этого ограничивают суммарное содержание К20 + Na20 в клинкере (не более 0,6 %).

Минералы цементного клинкера способны энергично взаимодействовать с водой, образуя гидратные соединения. Клинкерные минералы растворяются в воде в большей или меньшей степени, а продукты гидратации цемента (так называемые новообразования или кристаллогидраты) в воде практически нерастворимы. В противном случае, отвердевшие цемент или бетон не были бы водостойкими.

Процесс твердения цемента в соответствии с теорией твердения вяжущих, разработанной академиком А.А. Байковым, условно разделяется на три периода: подготовительный, коллоидации и кристаллизации. В подготовительном периоде частицы цемента смачиваются водой и начинают растворяться с поверхности; со временем образуется насыщенный раствор. В этот период, длящийся 1 ...3 ч, цементное тесто пластично и легко поддается формованию.

В период коллоидации концентрациягидратныхновообразований в растворе возрастает. Гидратные новообразования обладают гораздо меньшей растворимостью в воде, чем исходные безводные соединения. Поэтому раствор, насыщенный по отношению к исходным соединениям, является пересыщенным по отношению к новообразованиям. Гидратные новообразования в виде мельчайших коллоидных частичек -- субмикрокристаллов -- выделяются из раствора, образуя цементный гель.

Возникновение геля в большом количестве приводит к загустеванию цементного теста, которое утрачивает пластичность. Момент загустевания (схватывания) цементного теста наступает через 5... 10 ч после затвердения цемента водой. Прочность загустевшего теста в этот период еще невелика.

Период кристаллизации характеризуется дальнейшей гидратацией цемента. Образующийся гель постепенно преобразуется в кристаллические сростки. Число и поверхность контактов в кристаллах новообразований увеличивается, что приводит к заметному росту прочности цементного камня. Твердение цемента и материалов на его основе -- бетона, строительного раствора при благоприятных условиях может продолжаться несколько лет.

Новообразования, формирующие кристаллический сросток в цементном камне, возникают в результате химических реакций гидролиза и гидратации минералов цементного клинкера. Гидролиз характеризуется расщеплением исходных минералов, а при гидратации идет лишь присоединение воды к исходному минералу.

Алит C3S и белит C2S при взаимодействии с водой подвергаются гидролизу. В результате реакций возникает соединение ЗСаО * ,2Si02 X < ЗН20, в состав которого входит химически связанная вода. Важно отметить, что это соединение (гидросиликат кальция), как и другие продукты гидратации цемента, представляет собой твердые вещества. И* называют кристаллогидратами.

Кроме гидросиликатов кальция при гидролизе алита и белита образуется гидроксид кальция Са(ОН)2 в значительных количествах. Это обстоятельство имеет большое значение для формирования многих свойств затвердевшего цемента, о чем будет сказано ниже.

В результате гидратации трехкальциевого алюмината С3 А возникает гидроалюминат кальция. Реакция протекает чрезвычайно быстро. Гидроалюминат кальция образует пространственную структуру, пронизывающую цементное тесто. Оно утрачивает пластичность, и схватывание цемента может происходить уже через 1...2 мин после затворения.

Чтобы замедлить схватывание цемента, вводят в его состав гипсовый камень CaS04 * 2Н20, который связывает алюминат кальция. Так продолжается до тех пор, пока не будет израсходован весь гипс. Лишь после этого начинается интенсивное взаимодействие ЗСаО * А1203 с водой (но уже без гипса), которое приводит к схватыванию цемента.

Последний из клинкерных минералов -- четырехкальциевый алюмо-феррит C4AF гидролизуется, и образуются гидроалюминат и гидроферрит кальция.

Таким образом, в результате взаимодействия цемента с водой получаются новые соединения, в состав которых входит химически связанная вода: гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, а также гидроксид кальция. Они и обусловливают формирование прочной структуры твердеющего цемента.

Все химические реакции взаимодействия клинкерных минералов с водой -- экзотермические, т.е. сопровождаются выделением теплоты. Экзотермия цемента может рассматриваться и как положительное явление (например, при зимнем бетонировании), и как отрицательное (при бетонировании массивных конструкций или производстве работ в жаркую сухую погоду).

К одному из продуктов взаимодействия силикатных минералов (алита и белита) с водой относится гидроксид кальция. Это значит, что в результате твердения в цементном камне всегда возникает щелочная среда. Данное явление также имеет свои плюсы и минусы. В щелочной среде, как известно, не происходит коррозии железа. Поэтому бетоны на портландцементе (и его разновидностях) хорошо защищают стальную арматуру от коррозии. Это одно из основных условий высокой долговечности железобетона.

С другой стороны, Са(ОН)2 сравнительно легко подвергается коррозии в агрессивных средах и даже может вымываться водой. Поэтому для повышения стойкости бетона к коррозии приходится вводить в цемент особые добавки, связывающие Са(ОН)2 в более стойкие соединения. Таким путем получают, например, пуццолановый портландцемент.

Затворение цементного порошка водой - это необходимое условие образования прочного цементного камня, но избыточное количество воды не увеличивает, а уменьшает его прочность. Это вызвано тем, что цемент способен химически связать не любое, а строго ограниченное количество воды -- максимум 25„.30% (считая от массы сухого цемента) . Химически связанная вода входит в состав твердой фазы -- новообразований цементного камня. Эти новообразования и формируют (синтезируют) прочность цемента.

Вся остальная вода, содержащаяся в цементном тесте или камне, остается в жидком состоянии. Впоследствии, при высыхании бетона, вода испаряется, в результате чего в структуре цементного камня образуется система тончайших пор. Чем больше введено при затворении воды, тем большей окажется пористость и, следовательно, ниже прочность и стойкость цементного камня и бетона.

Свойства портландцемента. К важнейшим техническим характеристикам цемента относятся плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, прочность и химическая стойкость к коррозии. Истинная плотность р портландцемента колеблется в пределах 3,05...3,15 г/см3. В среднем принимают р = 3,1 г/см3.

Насыпная плотность порошка рн зависит от степени уплотнения. Для рыхлонасыпанного цемента она составляет 1,1 г/см3, сильно уплотненного -- 1,6 г/см3. В расчетах принимают среднее значение рн = 1,3 г/см3. Тонкость помола, т.е. степень дисперсности цемента, оказывает большое влияние на его свойства: скорость твердения, прочность. Тонкость помола портландцемента характеризуют его зерновым составом и удельной поверхностью. Зерновой состав определяют путем просеивания пробы цемента через сито с очень тонкими ячейками -- 0,008 мм (80 мкм). Основная часть пробы (не менее 85 %) должна пройти сквозь такое сито. Это означает, что современный портландцемент отличается очень тонким помолом, т.е. размер его зерен в среднем составляет 20... 40 мкм. Удельная поверхность такого цемента 2500...3000 см2/г. Промышленность выпускает специальные цементы и более тонкого помола, например быстротвердеющий.

Водопотребность цемента отражает его способность адсорбировать на поверхности частиц определенное количество воды. Плотность зерен портландцемента 3,1 г/см , воды -- 1 г/см3. Если затворить цемент излишним количеством воды, то лишь некоторая ее часть будет удерживаться адсорбционными и капиллярными силами. Под действием гравитации частицы цемента оседают, а вода вытесняется вверх. Наступает седиментация, т.е. расслоение теста, которое приводит к выделению излишней воды на поверхности бетонной смеси или раствора. Явление водоотделения крайне нежелательно, поскольку вода, скапливаясь на верхней поверхности конструкций, делает бетон рыхлым и пористым. Впоследствии бетон наиболее интенсивно разрушается именно в этих местах.

Водопотребность цемента характеризуют относительным количеством воды (в %) для получения цементного теста нормальной густоты.

Тесто нормальной густоты обладает такой пластичностью, что цилиндрический стержень (пестик) стандартного прибора Вика при погружении в тесто не доходит до дна прибора на 5...7 мм. Содержание воды в тесте нормальной густоты соответствует ее максимальному количеству, которое цемент может удержать с помощью химических и физико-химических (адсорбционных и капиллярных) сил. Поскольку в таком тесте еще нет водоотделения, цементное тесто нормальной густоты, скатываемое в шарик, не прилипает к ладони.

Водопотребность портландцемента 22...28 %.

Свойство водопотребности цемента имеет важное практическое значение при изготовлении бетонной смеси и раствора. Применяя цементы с низкой водопотребностью, можно изготовить бетонную смесь с относительно небольшим расходом воды. При отвердевании получают бетон с высокой прочностью и стойкостью, так как пористость его невелика. Напротив, цементы с высокой водопотребностью, в частности пуццолановый портландцемент, у которого она достигает 40%, отличаются высокой пористостью, и бетон на основе такого цемента оказывается

неморозостойким.

Сроки схватывания цемента характеризуют промежуток времени, в течение которого интенсивно изменяются пластические свойства цементного теста. Различают начало и конец схватывания. В строительной лаборатории сроки схватывания цемента определяют на приборе Вика по глубине погружения в цементное тесто стандартной стальной иглы диаметром 1,13 мм. Началом схватывания считается промежуток времени от затворения цемента водой до того момента, когда игла под действием силы тяжести уже не может полностью погрузиться в цементное тесто нормальной густоты (не доходит до дна прибора на 1...2 мм). Конец схватывания отсчитывают по времени, прошедшему от затворения до момента, когда игла Вика лишь слегка, на 1...2 мм, погружается в затвердевшее тесто или камень.

На стройке можно определить сроки схватывания цемента упрощенным способом. Для этого на цементном тесте делают каждые 5 мин легкие надрезы стальным ножом. Начало схватывания соответствует моменту, когда надрезы перестанут заплывать. Продолжая далее делать легкие, без нажима, надрезы с интервалом 15 мин, замечают, когда нож перестает оставлять след на поверхности цементного камня. Это и будет конец схватывания.

В соответствии с требованиями ГОСТ 10178--85 начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин после затворения, конец схватывания -- не позднее, чем спустя 10 ч. Сроки схватывания портландцемента регулируют путем введения добавки гипса. На скорость схватывания цемента влияют температура и содержание воды в тесте. При повышении температуры сроки схватывания сокращаются. Поэтому при бетонных работах в сухую жаркую погоду употребляют цемент, начало схватывания которого наступает не раньше чем через 1,5 ч после затворения. Это позволяет в установленные проектом сроки укладывать бетонную смесь в пластичном состоянии и качественно проводить бетонные работы. Если смесь укладывать после начала схватывания, то, утратив пластичность, она при укладке будет деформироваться с нарушением сплошности структуры. В результате в теле бетона образуются разрывы, трещины и другие дефекты механического происхождения, что отрицательно скажется на прочности и долговечности конструкции.

Также важно обеспечить заданные сроки схватывания при транспортировании бетонных смесей автобетоновозами, передвижными бетоносмесителями, перекачивании бетононасосами. Преждевременное схватывание может привести к выходу оборудования из строя, и будет непроизводительно потрачено время на приведение установок в работоспособное состояние.

Сроки схватывания увеличиваются, если для затворения цемента взято больше воды. Объясняется это тем, что при избытке воды возрастает объем пространства в тесте, которое должно быть заполнено новообразованиями. Прочность цементного камня формируется в момент, когда кристаллогидраты образуют пространственную непрерывную структуру. Ясно, что для формирования такой структуры при большем объеме пространства требуется и большее время.

Однако при избытке воды в цементном тесте (или бетонной смеси) прочность затвердевшего камня (бетона) тем меньше, чем больше введено воды. Поэтому увеличивать количество воды в тесте или бетонной смеси ради удлинения сроков схватывания нерационально. Целесообразно применять для этого специальные добавки -- замедлители схватывания.

В практике бетонных работ иногда наблюдается ложное схватывание цемента, т.е. загустевание цементного теста или бетонной смеси в сроки, гораздо более короткие, чем предусмотрено стандартом (раньше 45 мин). Это объясняется тем, что в состав такого цемента входит полуводный гипс, а не гипсовый камень. Полуводный гипс быстро взаимодействует с водой, образуя пространственную малопрочную структуру, что и приводит к потере пластичности цементного теста уже через 10...20 мин после затворения. При последующем перемешивании, особенно с небольшой добавкой воды, тесто восстанавливает пластичность и затвердевает, как обычно.

Чтобы не допустить ложного схватывания, помол и хранение цементов осуществляют при пониженной температуре. Во время бетонных работ в жаркое время года ограничивают предельную температуру цемента (не более 50 °С).

Прочность цемента при соответствующих условиях внешней среды со временем возрастает (8). Нормальными условиями твердения цементных материалов (строительного раствора и бетона) считают температуру около 20°С и относительную влажность воздуха 95... 100%. При понижении температуры замедляются химические реакции взаимодействия цемента с водой. Это выражается в недоборе прочности (сравните кривые 1 к 2). Для ускорения твердения бетонные изделия обрабатывают насыщенным паром при температуре 60...90 °С. Пропаривание позволяет за 10...12 ч получать распалубочную прочность бетона, составляющую 70 % от проектной 28-суточной (кривая 5). Тепловую обработку изделий надо проводить в условиях, исключающих высушивание бетона, так как вода необходима для синтеза кристаллогидратов цементного камня.

Возрастание прочности с течением времени -- важное свойство цемента и материалов на его основе. Этим цементные материалы принципиально отличаются от других каменных материалов -- природных (гранита, известняка и др.) и искусственных (керамики, стекла), у которых однажды сформированная прочность может со временем под воздействием разрушительных факторов среды только уменьшаться.

Цемент же при благоприятных условиях твердения продолжает гидра-ироваться. В результате увеличивается объем кристаллического сростка гидратных новообразований, а объем промежутков между ними, наоборот, сокращается. Таким образом, физическая причина увеличения прочности связана с уменьшением пористости цементного камня. Снижая пористость, можно существенно повысить его прочность. Так, методом горячего прессования при температуре 250°С и давлении 350 МПа в лабораториях получают цементный камень с очень низким водоцементным отношением -- менее 0,1. Пористость такого камня всего 2...4 %, а прочность очень высокая: через 1 сут Ясж = 412 МПа, через 90 сут -- 655 МПа. Это более чем в 10 раз превосходит самую высокую прочность цемента (60 МПа) и бетона (60...80 МПа), получаемую при стандартных испытаниях. Следовательно, вяжущие свойства цемента используют далеко не полностью. Из-за развитой системы пор и капилляров цементный камень сравнительно легко проницаем для воды, агрессивных жидкостей и газов, которые могут вызвать его коррозию.

Химическая стойкость цементного камня характеризуется отношением его к коррозионным воздействиям, которые подразделяются на три основных вида.

Коррозия первого вида связана с разложением новообразований цементного камня, растворением и вымыванием (выщелачиванием) из него Са(ОН)2. Такая коррозия развивается наиболее интенсивно в мягких водах (дождевых, талых), содержащих небольшое количество солей. Под действием проникающих в бетон мягких вод растворяется наименее стойкое соединение Са(ОН)2. Вслед за этим разлагаются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Наиболее эффективное средство борьбы с выщелачиванием -- введение в состав Цемента добавок, связывающих Са(ОН)2 в более стойкие соединения.

Коррозия второго вида обусловлена взаимодействием Са (ОН) 2 и других составных частей цементного камня с агрессивными веществами внешней среды. В результате этого образуются легкорастворимые соединения, которые вымываются из цементного камня, тем самым ослабляя его. К этому виду относится, например, кислотная и магнезиальная коррозия.

Свободные кислоты встречаются в сточных водах промышленных предприятий. Кислотная среда может также возникнуть при конденсации на поверхности конструкций влаги, если в атмосфере содержатся агрессивные вещества -- хлор, хлорид водорода, сернистый газ S02 - Такая атмосфера характерна для современных промышленных центров. Попадающая в бетон кислота взаимодействует с Са(ОН)2. Образующийся при этом хлорид кальция легко растворяется в воде и вымывается.

Коррозия третьего вида характеризуется тем, что в результате взаимодействия со средой в порах цементного камня возникают новые твердофазные соединения, объем которых намного больше объема исходных продуктов реакции. Кристаллы этих соединений, увеличиваясь в объеме, давят на стенки пор, вызывая большие внутренние напряжения и растрескивание бетона.

Наиболее ярко коррозия третьего вида проявляется при действии на цементный камень сульфатных вод (сульфатная коррозия). Вероятность сульфатной коррозии учитывают при строительстве морских гидротехнических сооружений, возведении фундаментов в районах, где грунтовые воды содержат сульфаты натрия или кальция. В этих случаях применяют сульфатостойкий портландцемент.

2. Основы технологии бетона

Изготовление бетонных и железобетонных конструкций включает в себя следующие технологические операции: подбор состава бетона, приготовление и транспортирование бетонной смеси, ее укладку и уплотнение, и обеспечение требуемого режима твердения бетона.

Подбор состава бетона. Состав бетона должен быть таким, чтобы бетонная смесь и затвердевший бетон имели заданные значения свойств (удобоукладываемости, прочности, морозостойкости и т. п.), а стоимость бетона при этом была, возможно более низкой.

Рассчитывают состав бетона для данных сырьевых материалов, используя зависимости, связывающие свойства бетона с его составом, в виде формул, таблиц и номограмм. Общая схема расчета следующая.

Требуемая подвижность бетонной смеси обеспечивается выбором (по таблицам и графикам) необходимого количества воды.

Требуемая прочность бетона достигается: 1) выбором марки цемента (она, как правило, принимается в 1,5,..2,5 раза выше марки бетона); 2) расчетом требуемого соотношения цемента и воды (Ц/В) по формуле основного закона прочности бетона.

Количество цемента определяется по известным значениям В и В/Ц:

Ц = В: (В/Ц).

Количество крупного и мелкого заполнителей рассчитывают так, чтобы расход цемента был минимальным. Это достигается в том случае, если количество крупного заполнителя будет максимально возможным (обычно оно составляет 0,75...0,85 от объема бетона), а мелкий заполнитель (песок) заполнит пустоты между зернами крупного заполнителя.

В этом случае цементное тесто должно будет заполнить пустоты в песке и покрыть поверхность заполнителей для обеспечения связи всех частиц друг с другом.

Увеличивая или уменьшая содержание цементного теста (но не изменяя при этом рассчитанного Ц/В), т. е. увеличивая и уменьшая долю воды в бетонной смеси, можно соответственно повысить или снизить подвижность бетонной смеси, сохраняя заданную прочность бетона.

Полученный состав бетона может быть выражен двумя способами:
* количеством составляющих (кг) для получения 1 м3 бетона (например, цемент -- 300, вода -- 200, песок -- 650 и щебень -- 1250);
* соотношением компонентов в частях по массе или по объему; при этом количество цемента принимают за 1 (например, запись 1:2:4 при В/Ц = 0,7 означает, что на 1 ч. цемента берется 0,7 ч. воды, 2 ч. песка и 4 ч. крупного заполнителя).

При использовании влажных заполнителей необходимо учитывать содержащуюся в них воду и соответственно уменьшать количество воды затворения, чтобы суммарное количество воды было равно расчетному.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в специальных агрегатах -- бетоносмесителях разных конструкций и различной вместимости (от 75 до 4500 дм3).

Вместимость смесителя указывается по суммарному объему сухих компонентов бетонной смеси, который может быть загружен.

При перемешивании мелкие компоненты смеси входят в межзерновые пустоты более крупных (песок в пустоты между зерен крупного заполнителя, цемент -- в пустоты песка). Этому способствует введение в смеситель воды затворения. В результате объем готовой бетонной смеси составляет не более 0,6...0,7 от объема исходных сухих компонентов. Этот показатель, называемый коэффициент выхода бетонной смеси р, рассчитывают по формуле:

Р=V6с/(Vц+ Vп+ Vк),

где V -- объем бетонной смеси; Vц, Vп и VK -- объемы цемента, песка и крупного заполнителя соответственно.

Так, для бетона с коэффициентом выхода 0,65 за один замес в бетоносмесителе вместимостью 500 дм3 получится 500 * 0,65 = 325дм3 = 0,325 м3 бетонной смеси.

По принципу действия различают бетоносмесители свободного падения и принудительного перемешивания.

В бетоносмесителях свободного падения (гравитационных) материал перемешивается в медленно вращающихся вокруг горизонтальной или наклонной оси смесительных барабанах, оборудованных внутри корот-кими корытообразными лопастями (рис. 12.8). Лопасти захватывают материал, поднимают его и при переходе в верхнее положение сбрасывают. В результате многократного подъема и падения смеси обеспечивается ее перемешивание. В таких смесителях приготовляют пластичные бетонные смеси с заполнителями из плотных горных пород, т. е. смеси обычного тяжелого бетона.

Время перемешивания зависит от подвижности бетонной смеси и вместимости бетоносмесителя. Чем меньше подвижность бетонной смеси и больше вместимость бетоносмесителя, тем больше время, необходимое для перемешивания. Например, для бетоносмесителя 500 дм3 оно составляет 1,5...2 мин, а для бетоносмесителя 2400 дм3 -- 3 мин и более.

Бетоносмесители принудительного перемешивания представляют собой стальные чаши, в которых смешивание производится вращающимися лопатками, насаженными на вертикальные валы, которые также вращаются в этой чаше. Такие смесители целесообразны для приготовления смесей повышенной жесткости и смесей из легких бетонов на пористых заполнителях (пористые заполнители не могут эффективно участвовать в перемешивании смеси в гравитационных смесителях).

Бетоносмесительные установки могут быть передвижные и стационарные. Чаще бетонные смеси приготовляют на специализированных бетонных заводах, имеющих высокую степень механизации и автоматизации. В этом случае будет выше стабильность свойств бетонной смеси и бетона. Такие готовые смеси называют товарным бетоном.

Транспортирование бетонной смеси. Обязательное требование ко всем видам транспортирования бетонной смеси -- сохранение ее однородности и подвижности. На большие расстояния транспортирование осуществляется в специальных машинах -- бетоновозах, имеющих грушевидную емкость. При движении емкость бетоновоза медленно вращается, постоянно подмешивая бетонную смесь. Это необходимо для того, чтобы смесь не расслаивалась от вибрации во время перевозки, что часто происходит, когда смесь транспортируют в кузовах самосвалов. В зимнее время должен быть предусмотрен подогрев перевозимой бетонной смеси.

На строительных объектах и заводах сборного железобетона смесь транспортируют в вагонетках, перекачивают бетононасосами и подают транспортерами.

Укладка бетонной смеси. Качество и долговечность бетона во многом зависят от правильности укладки, а методы укладки и уплотнения определяются видом бетонной смеси (пластичная или жесткая, тяжелый или легкий бетон) и типом конструкции. Укладка должна обеспечивать максимальную плотность бетона (отсутствие пустот) и неоднородность состава по сечению конструкции.

Пластичные текучие смеси уплотняются под действием собственного веса или путем штыкования, более жесткие смеси -- вибрированием.

Вибрирование -- наиболее эффективный метод укладки, основанный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси. При вибрировании частицам бетонной смеси передаются быстрые колебательные движения от источника колебаний -- вибратора. Применяют главным образом электромеханические вибраторы, основная часть которых -- электродвигатель. На валу электродвигателя эксцентрично установлен груз -- дебаланс, при вращении которого возникают колебательные импульсы.

При вибрировании жесткая бетонная смесь как бы превращается в тяжелую жидкость, которая плотно заполняет все части формы, а воздух, содержащийся в бетонной смеси, при этом поднимается вверх и выходит из смеси. Бетонная смесь приобретает плотную структуру.

При недостаточном времени вибрирования бетонная смесь уплотняется не полностью, при слишком долгом -- она может расслоиться: тяжелые компоненты -- щебень, песок концентрируются внизу, а вода выступает сверху.

В зависимости от вида и формы бетонируемой конструкции применяют различные типы вибраторов. При бетонировании конструкций большой площади и небольшой толщины (до 200...300 мм), например бетонных покрытий дорог, полов промышленных зданий и т. п., используют поверхностные вибраторы, массивных элементов значительной толщины -- глубинные вибраторы с наконечниками различной формы и размеров. Часто применяют одновременно несколько вибраторов, которые собирают в пакеты.

Тонкостенные бетонные конструкции, насыщенные арматурой (колонны, несущие стены), уплотняют наружными вибраторами, прикрепляемыми к поверхности опалубки. В заводских условиях при изготовлении бетонных камней, крупных блоков, панелей и других изделий пользуются виброплощадками, на которые устанавливают формы с бетонной смесью.

Твердение бетона. Нормальный рост прочности бетона происходит при положительной температуре (15...25° С) и постоянной влажности. Соблюдение этих условий особенно важно впервые 10...15 сут твердения, когда бетон интенсивно набирает прочность.

Чтобы поверхность бетона предохранить от высыхания, ее покрывают песком, опилками, периодически увлажняя их. Эффективна защита поверхности бетона от испарения влаги полимерными пленками, битумными и полимерными эмульсиями.

В зимнее время твердеющий бетон предохраняют от замерзания различными методами: методом термоса, когда подогретую бетонную смесь защищают теплоизоляционными материалами, и подогревом бетона во время твердения (в том числе и электропрогрев).

На заводах сборного железобетона для ускорения твердения бетона применяют тепловлажностную обработку -- прогрев при постоянном поддерживании атажности бетона насыщенным паром при температуре 85...90° С. При этом время твердения железобетонных изделий до набора ими отпускной прочности (70...80 % марочной) сокращается до 10...16 ч (при твердении в естественных условиях для этого требуется 10...15 дн). Для силикатных бетонов используют автоклавную обработку в среде насыщенного пара высокой температуры 175...200° С и при давлении 0,8...1,3 МПа. В этом случае процесс твердения длится 8...10 ч (рис. 12.12).

Для ускорения набора прочности бетоном применяют быстротвер-деющие (БТЦ) и особо быстротвердеющие (ОБТЦ) цементы. Быстрее других достигает марочной прочности (за три дня) бетон на глиноземистом цементе, однако последний нельзя использовать при температуре окружающей среды во/время твердения выше 30...35° С.

Список литературы

1. А.Г. Домокеев «Строительные материалы» Издательство «Высшая школа» 1988 год

2. Сулименко Л.М., Савельев В.Г., Тихомирова И.Н. Основы технологии вяжущих материалов Учебное пособие. - Москва, РХТУ, 2001. - 167 с.

3. Э. Г. Мурадов «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ И СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА»

4. Комар А.Г., Баженов Ю.М., Сулименко Л.М. Технология производства строительных материалов 1990г.

5. Чаус К.В. Чистов Ю.Д., Лабузина Ю.В. Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций 1988г.

Размещено на Allbest.ru