Вяжущие вещества

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА



Вяжущими веществами называются такие материалы, которые на определенной стадии переработки обладают вязкопластичными свойствами, при этом способны связывать рыхлые сыпучие массы (минеральные порошки, мелко- и крупно зернистые материалы - песок, щебень, гравий и др.) и постепенно переходить в твердое состояние.

В определении вяжущих веществ можно выделить три ключевых момента:

1) эти материалы какое-то время способны находиться в вязкопластическом состоянии. Благодаря этому свойству смеси вяжущих материалов с наполнителями и заполнителями могут формоваться, то есть принимать нужную форму (изделия, конструкции);

2) вяжущие должны обладать способностью хорошо «сцепляться» с поверхностью наполнителей, заполнителей на пластической стадии и после отвердевания. Это свойство называется «адгезией»;

3) вяжущие материалы должны из пластической стадии переходить в твердое состояние, образуя «искусственный камень», имеющий определенную прочность и другие характерные свойства.

Роль вяжущих веществ, главным образом, заключается в создании тонких прослоек между частицами, зернами сыпучих материалов, соединяющих их «воедино». Отвердевшее вяжущее образует непрерывную матрицу в объеме материала. Характерный пример - материалы конгломератной структуры: бетоны, кладочные и штукатурные растворы, асфальтобетон.

Одновременное наличие всех трех «ключевых особенностей» вяжущих веществ присуще достаточно большой группе материалов. В зависимости от химического состава они подразделяются на группы:

· Неорганические (минеральные) вяжущие вещества (гипс, строительная известь, портландцемент и др.).

· Органические вяжущие вещества:

- «черные вяжущие» (битум, деготь);

- полимерные связующие (поливинилхлорид, эпоксидные, полиэфирные и фенолоформальдегидные смолы и др.).

Для каждой группы вяжущих характерны специфические особенности состава и свойств, обусловливающие их связующую способность. Задача - выяснить эти специфические особенности, отличающие одни вяжущие от других и определяющие область их применения.

Неорганические вяжущие вещества. Это порошкообразные минеральные материалы, которые при смешивании с водой (или водными растворами солей и др. веществ) образуют пластичное тесто, способное со временем отвердевать, превращаясь в камневидное тело.

Характерные особенности неорганических вяжущих:

1) Неорганические вяжущие являются продуктом обжига соответствующего природного минерального сырья (то есть относятся к группе обжиговых строительных материалов) и последующего тонкого измельчения (помола).

Природное сырье представляет собой достаточно стабильный (химически неактивный, например, по отношению к воде) материал.

При обжиге изменяются химический и фазовый составы сырья. Образуются новые минералы, способные вступать в химическое взаимодействие с водой.

При обжиге известняка из СаСО₃ образуется СаО (воздушная известь), при обжиге природного гипса в зависимости от температуры из CaSO₄2H₂O образуется:

CaSO₄0,5H₂O (строительный гипс)

или CaSO₄ (ангидритовый цемент)

или CaSO₄ + CaO (эстрих-гипс)

Все эти минералы способны вступать в химические реакции с водой.

Помол обожженного сырья многократно увеличивает поверхность материала, способную контактировать (и взаимодействовать) с водой.

2) В вязко-пластическое состояние минеральные вяжущие вещества переходят при затворении водой (смешивании с водой). Именно количество воды в смеси (водо-вяжущее отношение) определяются реологические свойства теста, растворной или бетонной смеси. К ним относятся: подвижность (способность растекаться), жесткость, напряжение сдвига (характеризует структурную прочность), вязкость и т.д.

3) Схватывание (переход из пластического состояния в камнеподобное) и твердение (рост прочности) минеральных вяжущих веществ связаны с химическими и физико-химическими процессами взаимодействия минералов вяжущего вещества с водой.

Химические процессы взаимодействия минералов вяжущего и воды (или водными растворами активаторов твердения) приводят к образованию новых фаз, содержащих химически связанную воду. Поэтому процесс твердения минеральных вяжущих называется «гидратным твердением» или «гидратационным твердением», а образующиеся соединения называются «гидратными новообразованиями».

Обычно чем выше растворимость минералов вяжущего вещества в воде, тем выше скорость химической реакции.

Физико-химические процессы образования и уплотнения структуры искусственного камня связаны с различной растворимостью исходных и новых фаз. вяжущий органический цемент клинкерный

Минералы вяжущего вещества обладают некоторой растворимостью в воде. Поэтому при затворении вяжущего водой начинается процесс растворения минералов вяжущего с поверхности частиц. В растворе и на поверхности частиц протекают химические реакции.

Новые соединения, образующиеся при взаимодействии минералов вяжущего с водой, обычно имеют значительно меньшую растворимость в воде, чем исходные фазы минералов. Поэтому они выделяются из жидкой фазы в виде частиц коллоидных размеров (10^-7-10^-8 м). По мере увеличения количества образовавшихся частиц новообразований, их «слипания» друг с другом, тесто вяжущего постепенно загустевает, а затем схватывается (переходит в камневидное состояние).

За счет увеличивающегося количества новообразований ранее выделившиеся частицы укрупняются, постепенно кристаллизуются. Кристаллы способны расти, срастаться между собой, образуя «кристаллические сростки». Пространство между кристаллами и сростками заполняется вновь выделяющимися коллоидными частицами. Так постепенно уплотняется структура, что приводит к росту прочности искусственного камня.

Водостойкость искусственного камня, образовавшегося при твердении минерального вяжущего (способность сохранять прочность при насыщении водой), зависит от растворимости продуктов взаимодействия вяжущего и воды.

4) Способность минеральных вяжущих «склеивать» зерна наполнителей и заполнителей.

На стадии вязкопластичного состояния «склеивание» связано, главным образом, с присутствием воды в смеси, то есть с действием сил поверхностного натяжения на границе раздела фаз «твердое тело - жидкость - газ». На стадии твердения вяжущего - со способностью гидратных новообразований «сцепляться» друг с другом и с поверхностью зерен.

Именно новообразования обеспечивают адгезию затвердевшего вяжущего к поверхности заполнителей. Чем выше «химическое сродство» новообразований и поверхности заполнителей, тем выше прочность сцепления между ними.

Прочность сцепления минеральных вяжущих с минеральными наполнителями и заполнителями обычно выше, чем с органическими заполнителями (древесными опилками, щепой).

Итак, особенности минеральных вяжущих веществ зависят от их состава (от состава сырья и способа получения - обжига), а вяжущие свойства связаны с химическими и физико-химическими процессами взаимодействия с водой.

Классификация минеральных вяжущих веществ прежде всего связана с условиями, при которых происходит их схватывание и твердение, а затем - с составом вяжущих, зависящим от вида сырья и технологии получения (табл. 1.1).

Воздушные вяжущие по химическому составу подразделяются на гипсовые вяжущие, основой которых является сернокислый кальций (CaSO₄); известковые вяжущие составы, включающие оксид кальция (CaO); магнезиальные вяжущие, содержащие каустический магнезит (MgO); жидкое стекло - силикат натрия или калия в виде водного раствора Na₂SiO₃ или K₂SiO₃.

Гидравлические вяжущие вещества по химическому составу представляют систему, состоящую из соединений четырех видов: CaO -- SiO₂ -- Al₂O₃ -- Fe₂O₃.

Эти соединения образуют:

- силикатные цементы, состоящие из силикатов кальция (до 75 %), портландцемент и его разновидности;

- алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты, глиноземистый цемент и его разновидности.

При автоклавном твердении, происходящем в среде насыщенного водяного пара, вяжущие затвердевают с образованием плотного прочного камня, известково-кремнеземистые, известково-шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент и др.

Среди вяжущих воздушного твердения находится самое быстротвердеющее вяжущее - строительный гипс (испытания на прочность проводятся через 2 часа после затворения вяжущего водой) и самое медленно твердеющее - воздушная известь (из-за медленного твердения показатели прочности не нормируются, качество воздушной извести определяется сортом - содержанием активных (способных гаситься) оксидов кальция и магния).

Как интересную особенность можно отметить, что практически все вяжущие воздушного твердения образуют искусственный камень белого цвета, поэтому они часто используются для изготовления отделочных материалов (легко окрашиваются в светлые тона пигментами). Водостойкость изделий на основе воздушных вяжущих повышается специальными приемами.

Клинкерные цементы - портландцемент и глиноземистый цемент - сравнительно «молодые» вяжущие вещества.

Изобретение портландцемента связывают с именами английского каменщика Джозефа Аспдина (патент 1824 г. на вяжущее под названием «портландцемент») и российского военного инженера-строителя Егора Челиева (книга 1825 г. по технологии «мертеля» - цемента). Но фактически наиболее близкое по составу и технологии получения к современному портландцементу вяжущее изобрел английский химик Чарльз Джонсон (1830 г.), которое долго было известно под названием «цемент Уайта» (по имени владельца завода).

Таблица 1. Классификация клинкерных цементов (ГОСТ 30515)

Признак классификации	Виды цементов
По назначению	- общестроительные - специальные
По виду клинкера	На основе клинкера: -портландцементного; - глиноземистого; - высокоглиноземистого; - сульфоалюминатного; - сульфоферритного
По вещественному составу	- чистоклинкерные (бездобавочные); - с минеральными добавками
По прочности на сжатие	Цементы классов 22,5; 32,5; 42,5; 52,5. Класс прочности цемента - условное обозначение одного из значений прочности в максимальные сроки, установленные нормативными документами. Цементы марок М200, М300, М400, М500, М550, М600. Цементы без нормирования прочности на сжатие.
По скорости твердения (только общестроительные)	- нормально твердеющие - с нормированием прочности в возрасте 7 и 28 сут. - быстротвердеющие - с нормированием прочности в 2 и 28 сут.
По срокам схватывания	- медленносхватывающиеся - с нормируемым сроком начала схватывания более 2 ч - нормально схватывающиеся - с нормируемым сроком начала схватывания от 45 мин до 2 ч - быстросхватывающиеся - с нормируемым сроком начала схватывания менее 45 мин

Вяжущие воздушного твердения главным образом получают при обжиге одного вида сырья (достаточно простого по составу) и в процессе обжига происходит термическое разложение исходных минералов с образованием простых по составу вяжущих. Отличительные особенности клинкерных цементов:

· клинкер получается обжигом искусственной смеси, составленной из нескольких компонентов;

· в процессе обжига происходит не просто термическое разложение исходных минералов сырья, но и химическое взаимодействие между продуктами разложения (оксидами) с образованием нескольких новых минералов (сложного и переменного состава), поэтому для получения клинкера требуются более высокие температуры, чем для обжига сырья при получении воздушных вяжущих;

· в процессе обжига смесь частично расплавляется, поэтому продукт обжига образует спекшиеся (плотные по структуре) гранулы, которые и называются «клинкером» (clink - по англ. - звон (стекла, металла).

Состав смеси и режим обжига подбираются таким образом, чтобы после обжига получились заданные количества определенных минералов.

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Портландцемент - продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3-5 %). Клинкер представляет собой зернистый материал «горошек», полученный обжигом до спекания при температуре 1450 єС сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глина, мергель, доменный шлак и др.). Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания портландцемента.

Портландцементный клинкер состоит из следующих основных минералов:

Трехкальциевый силикат (алит) 3СаО·SiO₂ (С₃S) - 40-65 %

Двухкальциевый силикат (белит) 2СаО·SiO₂ (С₂S) - 15-40 %

Трехкальциевый алюминат 3СаО·Al₂O₃ (С₃А) - 3-15 %

Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Al₂O₃·Fe₂O₃ (С₄АF) - 10-20 %

Таким образом, главные минералы ПЦ клинкера - силикаты кальция, в сумме содержание алита и белита достигает 75-80 %.

Чтобы из ПЦ клинкера получить портландцемент необходимо тонко помолоть его вместе с добавкой природного гипса и другими добавками.

ПЦ клинкер + гипс + добавки помол портландцементы.

Таким образом, клинкер - это продукт обжига, а цемент - продукт помола.

Гипс (двуводный сульфат кальция СаSО₄·2Н₂О) вводится в цемент для регулирования сроков схватывания (без гипса молотый клинкер схватывается очень быстро). Содержание SO₃ в портландцементе должно быть не менее 1,0 % и не более 4 % от массы цемента, в расчете на гипс это 5-7 %.

Другие добавки вводятся в цемент для изменения его свойств и экономии клинкера. В зависимости от вида и количества добавок изменяется название цемента на основе портландцементного клинкера.

Свойства цементов на основе ПЦ клинкера, прежде всего, зависят от минералогического состава клинкера. От вида и количества минералов зависит и состав продуктов твердения цемента.

Рассмотрим основные реакции взаимодействия клинкерных минералов с водой.

1) При взаимодействии трехкальциевого силиката (алита) с водой образуются гидросиликаты кальция (ГСК) и гидроксид кальция:

3CaO·SiO₂ + H₂O nCaO·SiO₂mH₂O + Ca(OH)₂,

где n 2 (0,8-2)

Чем ниже значение n, тем больше количество образующегося Ca(OH)₂.

Гидроксид кальция кристаллизуется из раствора в виде пластинчатых кристаллов (минерал портландит), гидросиликаты выделяются в виде частиц коллоидных размеров.

2) Двухкальциевый силикат (белит) образует с водой гидросиликаты кальция, nCaO·SiO₂mH₂O (также как и алит), но так как разница в количестве СаО в составе исходного минерала и новообразования меньше, чем у алита, при гидратации белита выделяется меньшее количество Ca(OH)₂.

3) Трехкальциевый алюминат в присутствии гипса в первые сутки твердения образует трехсульфатную форму гидросульфоалюмината кальция (ГСАК-3) - минерал эттрингит:

3CaO·Al₂O₃ + 3CaSO₄·2H₂O + (25-26)H₂O

3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·(31-32)H₂O

Это первая реакция, которая протекает при затворении цемента водой (так как трехкальциевый алюминат - самый активный по отношению к воде минерал клинкера).

Эттрингит кристаллизуется в виде крупных призматических или игольчатых кристаллов на поверхности С₃А цементных зерен, образуя экранирующие оболочки, которые затрудняют дальнейшее взаимодействие С₃А с водой, что предотвращает быстрое схватывание цементного теста. Именно этим объясняется регулирование сроков схватывания добавкой гипса.

Затем эттрингит переходит в моносульфатную форму гидросульфоалюмината кальция (ГСАК-1), кристаллизующуюся в виде пластинчатых кристаллов:

3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·(31-32)H₂O

3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·12H₂O +2CaSO₄ 2H₂O + Н₂О

После связывания в гидросульфоалюминаты всего количества гипса трехкальциевый алюминат взаимодействует с водой с образованием гидроалюминатов кальция (ГАК) разного состава

3CaO·Al₂O₃ + H₂O nCaO·Al₂O₃·mH₂O

Гидроалюминаты кристаллизуются в виде сравнительно крупных кристаллов.

4) Четырехкальциевый алюмоферрит взаимодействует с водой с образованием гидроалюминатов кальция (ГАК) и гидроферритов кальция (ГФК):

4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃ + H₂O

3CaO·Al₂O₃·6H₂O +CaO·Fe₂O₃·nH₂O

Продукты гидратации клинкерных минералов достаточно разнообразны, они могут разлагаться, вступать в химические реакции друг с другом и исходными клинкерными минералами и агентами окружающей среды. В целом фазовый состав цементного камня весьма сложный.

Количество химически связываемой воды при полной гидратации всех клинкерных минералов составляет примерно 25 % от массы цемента; еще приблизительно 25 % воды удерживается в адсорбированном состоянии в цементном геле и участия в химических реакциях не принимает.

После 6 месяцев гидратации количество химически связанной воды составляет около 10 %, а к году - 12-14 %. Это свидетельствует о неполноте гидратации клинкерных минералов при твердении цемента.

Новообразования цементного камня различаются по составу, строению (аморфные и кристаллические) и крупности (от частиц коллоидных размеров, их в цементном камне 70-75 % объема камня, до крупных кристаллов).

Кроме этого в цементном камне остаются в виде крупных зерен остатки клинкерных частиц.

Еще одним элементом структуры являются поры:

поры между коллоидными частицами гидросиликатов кальция - диаметр (15-30) 10^-10 м - самые мелкие поры, не исчезающие при дальнейшей гидратации;

усадочные поры - (1-10)·10^-8 м - образуются при образовании продуктов с меньшим объемом, чем исходные вещества;

капиллярные поры - (0,1-50) 10^-6 м - самые крупные, образующиеся при испарении свободной воды (для затворения цемента используется больше воды, чем связывается химически - чтобы обеспечить нужную пластичность теста).

Микроструктура цементного камня является микроскопически неоднородной, и в отношении цементного камня употребляется термин Юнга - «микробетон».

Гидратные новообразования обладают очень низкой растворимостью в воде, кроме Са(ОН)₂. А этого соединения в цементном камне достаточно много (к шести месяцам твердения до 15-20 % от массы цемента), так как в клинкере много алита, при гидратации которого образуется Са(ОН)₂.

Именно Са(ОН)₂ в большей степени, чем другие новообразования цементного камня, подвержен процессу коррозии под действием различных факторов окружающей среды.

Под действием пресных вод, проникающих в глубь цементного камня, происходит растворение Са(ОН)₂ и вымывание. В результате вместо крупных кристаллов в структуре камня образуются пустоты. Такая коррозия называется выщелачивающей. Чем мягче вода, тем она агрессивней. С увеличением жесткости воды (увеличением концентрации в воде бикарбонатов кальция и магния) уменьшает агрессивность воды.

Коррозия выщелачивания уменьшается при карбонизации Са(ОН)₂ в поверхностном слое цементного камня.

При повышенных концентрациях СО₂ в воде сначала происходит карбонизация гидроксида кальция:

Са(ОН)₂ + СО₂ СаСО₃ + Н₂О

А затем карбонат кальция превращается в бикарбонат (легко растворимое соединение):

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О Са(НСО₃)₂

При содержании в воде сульфатов (морская вода, вода соленых озер) развиваются

гипсовая коррозия - образование в порах цементного камня кристаллов гипса, вызывающих внутренние напряжения, и легко раствримых соединений:

Са(ОН)₂ + Na₂SO₄ СаSО₄ 2Н₂О + NaOH

или сульфоалюминатная коррозия - образование в порах цементного камня призматических или игольчатых кристаллов эттрингита с увеличением объема более чем в 2 раза по сравнению с исходными фазами:



Са(ОН)₂ + SO₄²⁺ + 3CaO·Al₂O₃·6Н₂О + Н₂О

3CaO·Al₂O₃·3СаSО₄·(31-32)Н₂О

^{гидроалюминат кальция}

Образовавшийся в сформировавшейся структуре цементного камня эттрингит в ходе реакции с «внешними» сульфатными ионами называют «цементной бациллой» за форму кристаллов, белый цвет поверхности камня и разрушительный эффект - растрескивание вплоть до полного разрушения цементного камня.

Особой агрессивностью отличаются растворы MgSO₄.

Под действием растворов кислот (общекислотная коррозия) протекает химическая реакция между Са(ОН)₂ и кислотами с образованием хорошо растворимых солей кальция, например:

Са(ОН)₂ + 2 НС1 = СаС1₂ + 2Н₂О.

При взаимодействии гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция с кислотами образуются растворимые соли кальция и рыхлые осадки Si(OH)₄, Al(OH)₃, Fe(OH)₃.

Все виды портландцемента некислотостойки.

Наиболее быстрое разрушение цементного камня происходит под действием 1%-ного раствора соляной, серной и азотной кислоты; 5%-ного раствора фосфорной кислоты. Из органических кислот наиболее агрессивны молочная и уксусная кислоты.

Меры борьбы с общекислотной коррозией: защитные полимерные покрытия; замена цементного бетона пластмассами; использование кислотоупорных и глиноземистых цементов.

Опасность остальных видов коррозии цементного камня можно уменьшить:

используя цементы с нормированным минералогическим составом - сульфатостойкие портландцемент и шлакопортландцемент;

используя цементы с введенными при помоле активными минеральными добавками - портландцемент с активными минеральными добавками, шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент;

используя цементы с поверхностно-активными добавками - пластифицированный и гидрофобный портландцемент.

Для изменения свойств цементов на основе портландцементного клинкера в технологии можно:

изменять минералогический состав клинкера (путем изменения химического состава сырьевой смеси);

вводить при помоле клинкера различные добавки;

увеличивать тонкость помола.

В связи с этим получают широкую номенклатуру цементов.

1 группа. Цементы с активными минеральными добавками

Активными минеральными добавками (АМД) называются природные или искусственные вещества, которые в тонкомолотом виде: самостоятельно не твердеют; при смешивании с воздушной известью придают ей способность к гидравлическому твердению (на этом было основано в прошлом получение водостойких бетонов); при смешивании с портландцементом повышают стойкость цементного камня в пресных и минерализованных водах.

К АМД относятся природные и искусственные материалы:

Природные: горные породы вулканического происхождения (пеплы, трассы, туфы); горные породы осадочного происхождения (диатомиты, трепелы, опоки).

Искусственные: глиниты, цемянки (обожженные глины), кремнеземистые отходы (белая сажа), кислые золы, гранулированные доменные шлаки, белитовый шлам (отход от производства алюминия, соды).

АМД содержат в своем составе активные (то есть способные к химическим реакциям) компоненты, чаще всего SiO₂ и Al₂O₃, которые взаимодействуют с Ca(OH)₂:

Ca(OH)₂ + SiO₂ + nH₂O CaO SiO₂ (n+1) H₂O

^{низкоосновные гидросиликаты кальция}

Ca(OH)₂ + Al₂O₃ + nH₂O CaO Al₂O₃ (n+1) H₂O

^{низкоосновные гидроалюминаты кальция}

При твердении портландцемента АМД в его составе взаимодействуют с Са(ОН)₂, выделяющемся при гидролизе алита, в результате вместо минерала портландита (достаточно хорошо растворимого и нестойкого к коррозии) образуются устойчивые гидросиликаты и гидроалюминаты кальция - малорастворимые соединения, возрастает водостойкость цементного камня и стойкость к коррозии.

Виды цементов с АМД:

- портландцемент с активными минеральными добавками (ПЦ Д5, ПЦ Д20) - добавок соответственно не более 5% и не более 20%.

- шлакопортландцемент (ШПЦ) - добавка шлаков свыше 20 и до 80%.

- пуццолановый портландцемент (ППЦ) - добавки свыше 20 и до 40%.

Кроме активных минеральных добавок при помоле могут вводиться:

инертные минеральные добавки (микронаполнители) - песчанистый портландцемент, карбонатный портландцемент. Добавки экономят клинкер, уменьшают усадку цемента при твердении, повышают плотность структуры;

специальные добавки - полученные синтезом искусственные минералы (сульфоалюминаты, сульфоферриты, фторалюминаты кальция - кренты) - вводят до 5 % от массы цемента. Эти добавки ускоряют нарастание прочности в начальные сроки твердения.

2 группа. Цементы с введением при помоле добавок поверхностно-активных веществ

Эти добавки не считаются компонентами вещественного состава цементов, так как вводятся в количестве не более 0,3 % от массы цемента.

ПАВ - органические вещества с поверхностно-активными свойствами, при помоле адсорбируются на поверхности зерен цемента, а при затворении цемента водой изменяют поверхностное натяжение на границе «твердое - жидкость».

По механизму действия делятся на две группы: гидрофилизирующего и гидрофобизирующего типа.

ПАВ гидрофилизирующего типа: улучшают смачиваемость поверхности зерен цемента водой; снижают водопотребность цемента - увеличивают подвижность теста при В/Ц = В/Ц теста цемента без добавок или снижают В/Ц при нормальной густоте теста.

По основному эффекту действия добавки носят название пластифицирующих - ЛСТ (лигносульфонат технический), ЛСТМ (лигносульфонат технический модифицированный).

Пластифицированный портландцемент (ПЦ ПЛ) представляет собой вяжущее низкой водопотребности (ВНВ): нормальная густота теста - 16 % (у обычного ПЦ - 24-30 %); в качестве добавки ПАВ используется суперпластификатор С-3; не содержит добавки гипса. В зависимости от содержания АМД (от 0 до 70 %) маркируется: ВНВ-100, ВНВ-50, ВНВ-30.

Гидрофобный портландцемент (ПЦ ГФ) содержит гидрофобизирующие ПАВ.

ПАВ гидрофобизирующего типа уменьшают смачиваемость поверхности водой (цемент не должен впитывать воду в течение 5 минут), в результате:

- снижается гигроскопичность цемента (увеличивается срок хранения без потери активности);

- снижается водопотребность цемента, но в меньшей степени, чем у ПАВ гидрофилизирующего типа;

- увеличивает морозостойкость цементного камня.

Виды добавок - асидол, мылонафт, олеиновая кислота, синтетические жирные кислоты, кремнийорганические соединения.

3 группа. Цементы на основе портландцементного клинкера нормированного минералогического состава (алит и трехкальциевый алюминат)

Быстротвердеющие портландцементы (нормируется содержание алита и С₃А): быстротвердеющий ПЦ (ПЦ Б) - алита > 50 %, С₃А = 8-10 %; особобыстротвердеющий (ПЦ ОБ) - алита > 55 % (до 65,5), С₃А >10 %; тонкость помола выше, чем у обычных цементов (3500-4000 см²/г вместо 2800-3500 см²/г).

Для ПЦ Б нормируется прочность в возрасте 3 сут. и 28 сут.

Для ПЦ ОБ нормируется прочность в возрасте 1 сут. и 28 сут.

Высокопрочные портландцементы ПЦ ВП - содержание алита > 60 %; С₃А = 8-10 %. АМД 5 %, тонкость помола выше, спец. добавки.

Сульфатостойкие портландцементы (ПЦ СС) и шлакопортландцемент (ШПЦ СС) - нормируется содержание С₃А и алита. Например, у ПЦ СС М400 алита 50 %, С₃А 5 %, (С₃А + С₄АF) 22 %.

Портландцементы (ПЦ для дорог, для производства труб, шпал, опор мостовых конструкций, ПЦ для асбестоцементных изделий, тампонажные ПЦ, ПЦ с умеренной экзотермией).

Особый вид портландцементов - белый и цветные портландцементы.

Модифицированные портландцементные клинкеры получают введением в сырьевую смесь добавок.

Алинитовый цемент (на основе алинитового клинкера) - в сырьевую смесь вводятся добавки хлорида кальция или магния снижение температуры обжига до 1050-1150 єС образование 60-80 % хлорсиликата кальция - алинита, а также хлоралюмината.

Цемент с регулируемыми сроками схватывания - сырьевая смесь + добавки фторидов образование 5-30% фторалюминатов кальция, при помоле повышенное количество ангидрита для образования эттрингита интенсивный рост прочности в первые часы гидратации.

4 группа. Цементы на основе глиноземистого клинкера

Глиноземистый клинкер отличается от портландцементного тем, что в нем преобладают низкоосновные алюминаты кальция, главным образом, одноосновный алюминат кальция - CaO Al₂O₃. Для получения глиноземистого клинкера используется другая по составу сырьевая смесь: смесь бокситов (источник Al₂O₃) и известняков.

Обжиг ведется или до спекания (t = 1300 ^оС - клинкер) или до плавления смеси (t = 1400-1600 ^оС - глиноземистый шлак). Помол клинкера - без гипса и АМД.

Виды цементов на основе глиноземистого клинкера:

глиноземистый цемент (на основе глиноземистого клинкера);

высокоглиноземистый цемент (на основе шлака).

Твердение глиноземистого цемента - очень интенсивное (быстрый набор прочности в ранние сроки) - марка определяется в возрасте 3 сут. Он очень чувствителен к условиям твердения. Наиболее благоприятные условия твердения - t = (20-25) ^оС и высокая влажность.

При повышении температуры выше 25^о прочность падает (нельзя применять тепловлажностную обработку).

Очень высокое тепловыделение при твердении (в 1,5 раза больше чем у ПЦ). Сульфато-, водо-, воздухо-, морозостоек. Не кислотостоек, не щелочестоек.

5 группа. Новые виды цементов: на основе сульфоалюминатного и сульфоферритного клинкера

Группа смешанных (многокомпонентных цементов). На основе ПЦ клинкера - гипсоцементно-пуццолановое вяжущее.

На основе глиноземистого клинкера в смеси с портландцементом, двуводным и полуводным гипсом, активными минеральными и специальными добавками - безусадочные, расширяющиеся и напрягающие цементы.

Основные свойства клинкерных цементов

Для сближения европейских и российских стандартов введен ГОСТ 30515 «Цементы. Общие технические условия», который установил основные показатели качества общестроительных и специальных цементов (в нем же приведена классификация клинкерных цементов).

Главным обязательным показательным показателем качества всех цементов являются прочность на сжатие и (или) изгиб (МПа). По прочности на сжатие цементы подразделяются на классы: 22,5;32,5;42,5;52,5 (МПа).

Для цементов, выпускаемых по ранее утвержденным нормативным документам до их пересмотра или отмены, сохраняется деление прочности на сжатие по маркам. Продолжает действовать, например, ГОСТ 10178 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».

Марка - это округленный в нижнюю сторону показатель предела прочности при сжатии (с учетом предела прочности при изгибе) стандартных образцов-призм из цементного песчаного раствора состава 1:3 стандартной консистенции, твердевших в нормальных условиях 28 суток.

Так, портландцементы имеют марки 400, 500, 550 и 600.

Шлакопортландцементы 300, 400 и 500.

Глиноземистый цемент400, 500 и 600 (прочность определяется в возрасте 3 суток).

Активность цемента - фактическая прочность на сжатие образцов из стандартного цементного раствора, изготовленных и испытанных в стандартных условиях (активность может быть как выше, так и ниже марки).

Условное обозначение цемента должно состоять из:

- наименования вида цемента - портландцемент, шлакопортландцемент. Допускается применять сокращенное обозначение наименования - соответственно, ПЦ и ШПЦ;

- обозначения максимального содержания добавок в портландцементе ДО, Д5, Д20;

- обозначения быстротвердеющего цемента - Б;

- обозначения пластификации и гидрофобизации цемента - ПЛ, ГФ;

- обозначения цемента, полученного на основе клинкера нормированного состава - Н.

Пример условного обозначения портландцемента марки 400, с добавками до 20 %, быстротвердеющего, пластифицированного: портландцемент 400 - Д20 - Б ГОСТ 10178.

Введение активных минеральных добавок способствует повышению стойкости цементного камня к коррозии.

Тонкость помола - показатель дисперсности цемента - рекомендательный показатель по ГОСТ 30515 и обязательный по ГОСТ 10178 и др.

Для ПЦ и ЩПЦчерез сито № 008 должно проходить не менее 85 % пробы (остаток на сите не должен превышать 15 %).

Для глиноземистого цемента - остаток на сите № 008 не должен превышать 10 %.

Равномерность изменения объема - свойства цемента в процессе твердения образовывать цементный камень, деформация которого не превышает установленных значений -обязательный показатель для всех цементов на основе ПЦ клинкера, кроме тампонажных.

Новый обязательный показатель качества всех цементов - удельная эффективная активность естественных радионуклидов (А_эфф) - требование безопасности цементов.

Для цементов А_эфф должна быть не более 370 БК/кг (Беккерель).

Для специальных цементов, не предназначенных для использования в строительстве жилых, общественных и производственных зданий (например, тампонажных, дорожных) - А_эфф должна быть не более 740 БК/кг.

Твердение автоклавных вяжущих - взаимодействие извести и кристаллического кремнезема происходит в условиях повышенных давлений и температур в среде водяного пара.



Литература

1. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов, обуч. по направлению подгот. бакалавров «Технология, оборуд. и автомат. машиностр. пр-в» и спец. «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» и др. / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - М.: Машиностроение, 2003. - 255с.: ил.

2. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для студентов немашиностроительных спец. ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1990. - 446с., ил.

3. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов электротехнических и электромеханических спец. ВУЗов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. - М. Высшая школа, 2004. - 518с.: ил.

4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.Н. Материаловедение. Учебник для ВУЗов технич. спец. - 3-е изд. - М. Машиностроение, 1990. - 528с.

5. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник для ВУЗов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Демьянцевич, А.В. Кузин, Д.И. Чашников. - 2-е изд., перер., доп. - М. МИСИС, 1996. - 576с.

6. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. - М.: Высшая школа, 2000. - 637с.

7. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗов, обуч. по напр. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / А.В. Шишкин и др.; под ред. В.С. Чередниченко. - 3-е изд., стер. - М.: ОМЕГА-Л, 2007. - 751с.

8. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. - 5-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 646с.: ил.

9. Тарасов В.Л. Технология конструкционных материалов: Учеб. для ВУЗов по спец. «Технология деревообработки» / Моск. гос. ун-т леса. - М.: Изд-во Моск. гос. ун-т леса, 1996. - 326с.: ил.

10. Технология конструкционных материалов. Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов в 4 ч. Под ред. Д.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г Дубенского. - Тула. Изд-во ТулГУ. - 2007.

11. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных ВУЗов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 5-е изд., испр. - М. Машиностроение, 2003. - 511с.

Размещено на Allbest.ru

...