Расширяющиеся цементы: описание,фото

 

Портландцемент и материалы на его основе при твердении на воздухе обнаруживают усадку. Так, тесто на портландцементе при В/Ц = 0,45 имеет усадку на воздухе около 2,5 мм/м, а раствор на том же цементе «1 мм/м. Из-за этого при бетонировании протяженных конструкций, например, покрытий полов, на них появляются трещины. В то же время растрескивание бетона абсолютно недопустимо, напри­мер, для конструкций, работающих под давлением воды, таких, как трубы, резервуары и т. п. Для этих целей применяют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы (рис, 8.5).

Расширяющиеся цементы даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме при твердении. Безусадочные цементы — это расширяющиеся цементы, у которых расширение только ком­пенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым. А в случае, если расширяющиеся • Цементы используются в железобетонных конструкциях, эффект рас-

ширения вяжущего может вы­зывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что до­полнительно защитит бетон от образования трещин (подроб­нее см. § 13.1). Такие цементы называют напрягающими.

Эффект расширения вяжу­щего может быть достигнут раз­личными методами. Например, путем образования газовых пу­зырьков в твердеющем тесте вя­жущего или с помощью реак­ции гашения добавляемого в цемент СаО при переходе в Са(ОН)2 (см. § 8.6). Эти методы применяют при решении раз­личных задач. Например, метод гашения СаО используют при

добыче крупных каменных блоков с помощью так называемого «тихого взрыва».

Для строительных целей в основном используют цементы, в которых расширение достигается с помощью образования эттрингита — гидросульфоалюмината кальция ЗСаО А12О3 • 3CaSO4 (31 — 32) Н2О. Образование эттрингита возможно при взаимодействии алюми­натов и сульфатов кальция в водной среде; оно было рассмотрено при описании сульфатной коррозии портландцементного камня (см. § 8.8).

Как видно из формулы, в состав эттрингита входит большое количество воды. Именно это обстоятельство обеспечивает эффект расширения: исходные твердые продукты, взаимодействуя друг с дру­гом и гидратируясь (т. е присоединяя воду), увеличиваются в объеме в 2…2,5 раза.

Загрузка...
Загрузка...

В твердеющем материале на расширяющемся цементе протекают два процесса — расширение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита с увеличением объема новообразований и ростом внутрен­них растягивающих напряжений, и препятствующий расширению процесс — рост прочности самого цементного камня.

Если образование эттрингита будет протекать раньше, чем у це­ментного камня появится хотя бы небольшая прочность, то эттрингит будет сжимать податливую гелеобразную массу и заметного расшире­ния не произойдет.

Если эттрингит будет образовываться в то время, когда цементный камень набрал достаточно высокую прочность, то напряжения, обус-

иювленные ростом кристаллов эттрингита в ограниченном объеме, шогут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного ‘камня, как это имеет место при сульфатной коррозии (см. § 8.8).

Таким образом, главная задача при разработке составов расширя­ющихся и безусадочных вяжущих — правильный выбор не только количества образующегося эттрингита, но и момента его образования относительно процесса формирования структуры цементного камня. Дчя различных видов расширяющихся цементов период наиболее интенсивного и безопасного расширения цементного камня составляет от 12 ч до 3…7 сут в зависимости от свойств основного структурооб­разующего вяжущего.

Основными вяжущими в расширяющихся цементах могут быть:

• алюминатные цементы (глиноземистый и др.);

• силикатные цементы (портландцемент и др.);

• сама расширяющаяся система (эттрингит).

Ниже приведены главнейшие виды расширяющихся и безусадоч­ных цементов.

I На основе портландцемента получают: 1 расширяющийся портландцемент (РПЦ), получаемый совместным ромолом клинкера портландцемента (60…65 %), высокоглиноземистьгх ■доменных шлаков (5..7 %), двуводного гипса (7…10 %) и активных (минеральных добавок. Сроки схватывания и прочностные характери­стики соответствуют портландцементу (марки 400,500 и 600). Линейное расширение на воздухе через 28 сут — не менее 0,1 %;

напрягающий цемент (НЦ), разработанный В.В. Михайловым, по­лучают совместным помолом клинкера портландцемента (65…75 %), двуводного гипса (6… 10%) и высокоглиноземистого компонента (13…20 %). Сроки схватывания: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 4 ч. Прочность через 1 сут — не менее 15 МПа; через 28 сут — не менее 50 МПа.

В случае изготовления железобетонной конструкции на напрягаю­щем цементе энергия расширения вяжущего частично идет на создание растягивающих напряжений в арматуре. Реакция арматуры вызывает в бетоне сжимающие напряжения. Таким образом, получаются само­напряженные железобетонные конструкции высокой плотности и тре-щиностойкости. Такой метод самонапряжения используется при бетонировании емкостей для хранения газов и жидкостей, устройстве гидроизоляционных слоев. Например, при бетонировании чаши ста­диона в Лужниках, которая одновременно является и крышей для помещений внизу, и полом, на котором находятся скамьи для зрителей, для обеспечения водонепроницаемости использовалась смесь на осно-1 ве напрягающего цемента. I На основе алюминатных вяжущих производят:

водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ), получаемый со-‘вместным помолом глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и высокоосновного гидроалюмината кальция (10 %). РЦ — быстросхва-тывающееся (минуты) и быстротвердеющее вяжущее (Д^ через 6ч-не менее 7,5 МПа; через 3 сут — не ниже 30 МПа). Расширение на воздухе через 1 сут — не менее 0,05 %, через 28 сут — не менее 0,02 %,

 

гипсоглиноземистый цемент (разработан И.В. Кравченко) получают совместным помолом высокоглиноземистых шлаков (70 %) и двувод-ного гипса (30 %). Этот цемент схватывается в течение 2…4 ч и быстро твердеет; Лсж через 3 сут — 40…50 МПа. Расширение через 28 сут при твердении на воздухе —- не менее 0,1 %.

В последнее время в роли безусадочных и расширяющихся вяжущих стали использовать гипсоалюминатные системы, основным и часто единственным продуктом твердения которых является эттрингит. Бе­тоны и растворы на таких вяжущих быстро твердеют, достигая проч­ности 30…50 МПа через 1…3 сут в воздушно-сухих условиях. Прототипом таких смесей является гипсоглиноземистый цемент И.В. Кравченко.

 

 

Для обеспечения образования эттрингита в смесях с безусадоч­ными и расширяющимися цементами должна присутствовать вода в продолжение всего времени твердения. Эттрингит при нагреве выше 80… 100° С начинает отдавать кристаллизационную воду, что сопровождается снижением прочности. Эти обстоятельства необ­ходимо учитывать при использовании расширяющихся цементов.

Перспективная область применения бетонов и растворов на рас­ширяющихся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовы­равнивания, а эффект безусадочное™ гарантирует трещиностойкость. Быстрое твердение и защитные полимерные добавки обеспечивают необходимое количество воды для протекания полной гидратации без какого-либо специального ухода.

Гипсоглиноземистый расширяющийсяцемент получают, измельчая совместно высокоглиноземистый клинкер (сплав) 70% и природный гипс (30%). Сроки схватывания цемента удобны для строительных работ: начало должно быть не ранее 20 мин., конец — не позднее 4 ч. Прочность стандартных растворных образцов после трех суток твердения составляет не менее 28 МПа. Расширение проявляется только при твердении в воде; набухание через трое суток твердения находится в пределах 0,1-0,7%.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают совместным помолом портландцементного клинкера (60-65%), высокоглиноземистого доменного шлака или глиноземистого клинкера (5-7%), двуводного гипса (7-10%) и активной минеральной добавки – диатомита или трепела (20-25%). Введение последних ускоряет образование гидросульфоалюмината кальция до схватывания цементного теста и обеспечивает расширение твердеющей системы в пластическом состоянии без возникновения опасных внутренних напряжений.

Отличительные особенности:

1. РПЦ отличается более быстрым нарастанием прочности, чем ПЦ, особенно при кратковременном пропаривании, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня — до 1,2 МПа и более;

2. РПЦ расширяется при твердении в воде и на воздухе при постоянном увлажнении в первые трое суток. Расширение в суточном возрасте составляет 0,2 … 1,0%.

Выпускают три вида расширяющихся цементов:

· водонепроницаемый расширяющийся цемент;

· гипсоглиноземистый расширяющийся цемент;

· безусадочный цемент.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — быстросхватывающий и быстротвердеющий цемент, изготовленный совместным помолом глиноземистого цемента 70-76%, гипса – 20-22% и высокоосновного гидроалюмината кальция. Является гидравлическим вяжущим; сроки схватывания: начало схватывания не ранее 4 мин., окончание — не позднее 12 мин. Приобретает марочную прочность 500 через 28 суток, 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 для зачеканки и гидроизоляции тюбингов, раструбных соединений, создания гидроизоляционных покрытий, заделки трещин и стыков в железобетонных конструкциях и т.д.

ПЦ и его разновидности имеют существенный недостаток – они медленно схватываются и медленно твердеют. Гипсовые вяжущие, наоборот, быстро схватываются и быстро твердеют, но обладают низкой водостойкостью. В 60-е годы профессором А.В. Волженским было предложено смешанное вяжущее, обладающее достоинствами гипса и цемента – быстрым ростом прочности, характерным для полуводного гипса, и способностью твердеть во влажных условиях подобно гидравлическим цементам – гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ).

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ) – продукт тщательного смешивания гипсового вяжущего – полуводного гипса (50-75%), портландцемента или шлакопортландцемента (15-25%) и активной минеральной добавки – трепел, диатомит, опоку (10-25%). Введение активной минеральной добавки обязательно. При твердении смеси гипса с цементом (без добавки) образуется камень, который может постепенно разрушиться вследствие образования гидросульфоалюмината кальция («цементной бациллы») со значительным увеличением объема. При введении добавки, вяжущее твердеет нормально, т.к. условий для образования «цементной бациллы» не создается.

ГЦПВ характеризуется повышенной водостойкостью, быстрым твердением (начало схватывания наступает не ранее 4 мин, конец — не позднее 20 мин). Марки вяжущего по пределу прочности при сжатии (кгс/см2): 100 и 150. За первые 2-3 ч твердения вяжущее набирает до 40% марочной прочности, что позволяет изготавливать изделия при укороченной тепловлажностной обработке или без нее. Для удлинения сроков схватывания применяются добавки-замедлители. По сульфатостойкости равноценно сульфатостойкому портландцементу. Растворы на ГЦПВ имеют прочность при сжатии 20 МПа, морозостойкость F25…F50, коэффициент водостойкости – 0,6-0,8. Для повышения морозо- и водостойкости в ГЦПВ вводят полимерные добавки (синтетические латексы), которые замедляют схватывание и улучшают условия твердения вяжущего, уменьшая испарение влаги.

Применение – для устройства оснований полов, санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков, стеновых панелей, получения растворов и бетонов с прочностью при сжатии 15-30 МПа в зависимости от марки гипсового вяжущего; в смеси с полимерными добавками – для отделки фасадов.

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 сутки не менее 15 МПа, через 28 суток твердения – 50 МПа.

Применени – для газонепроницаемых конструкций, хранилищ бензина, подводных и подземных напорных сооружений, спортивных объектов, так как конструкции на НЦ отличаются повышенной трещиностойкостью. Портландцементы с добавками поверхностно-активных веществ. К этой группе цементов относят портландцемент с минеральными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Активные минеральные добавки – вещества, которые в тонкоизмельченном состоянии при смешивании с воздушной известью придают ей гидравличность: известковое тесто после затвердевания на воздухе способно набирать прочность в воде. Эти добавки (гидравлические или пуццолановые) содержат кремнезем Si0 2 в аморфной (химически активной) форме, способного связывать гидроксид кальция в извести или при гидратации портландцементного клинкера в практически нерастворимые гидросиликаты кальция. В результате ПЦ приобретает специальные свойства, возрастает его сопротивление коррозии. Кроме того, введение минеральных добавок взамен части клинкера значительно (до 20%) снижает себестоимость цемента за счет сокращения расхода топлива и электроэнергии.

Загрузка...
2017. Все права защищены. Сайт создан - nevada232@mail.ru