Способностью, к гидравлическому (водному) твердению обладают тонкоизмельченные вещества, которые преимущественно состоят из соединений окиси кальция с кремнеземом и глиноземом. Такие соединения соответственно называются силикатами и алюминатами кальция.
Существует два способа получения этих гидравлических соединений:
а) обжиг природной или искусственной смеси известняка и глины В процессе обжига известняк разлагается, образуется окисел СаО, который затем реагирует с окислами глины;
б) смешивание извести с веществами, содержащими указанные окислы в активной форме (т. е. легко взаимодействующими с известью). Такие вещества называются гидравлическими добавками.
Затем производство распространилось на Бельгию, Швейцарию и другие страны. Развитие остального было быстрым почти во всех странах. Портландцемент, благодаря своим исключительным качествам прочности, стабильности и сцепления, сделал конструкторов, и они, используя свои особые требования, могли бы создать искусство железобетонной конструкции, что теперь позволяет больше концепций смелая. В настоящее время мировое производство портландцемента может оцениваться примерно в 70 миллионов тонн в год, около половины из которых производится из Северной Америки.
Первым способом получают гидравлическую известь, портландцементы; вторым - пуццолановые портландцементы и известково-пуццолановые цементы (гидравлические добавки раньше назывались пуццолановыми).
Гидравлическая известь
В природе широко распространены известняки с высоким содержанием глины (от 8 до 20%»). Если тйкой известняк обжечь, то получим гидравлическую известь, которая в отличие от воздушной твердеет не только на воздухе, но и в воде. При обжиге глинистые вещества взаимодействуют с окисью кальция и образуют соединения, которые в измельченном состоянии способны твердеть в воде. Чем больше будет образовано таких соединений, тем выше окажутся гидравлические свойства извести.
Портландцемент представляет собой продукт, полученный путем измельчения клинкера, который затем получают путем прокаливания до зарождающегося плавления близкой смеси известковых и глинистых материалов, правильно распределенных, с последующими специальными добавлениями для регулирования его свойств.
Химический состав. - Химический состав портландцемента, по сути, представляет собой кусок глины и две части оксида известняка. Однако, однако, глина Портленда более или менее богата известью, более или менее богатой кремнеземом, глиноземом, железом и т.д.; соотношение между отдельными элементами является переменным, и его трудно унифицировать, при отсутствии точной формулы, которая точно определяет химическое строение портландцемента.
Способ производства гидравлической извести не отличается от изготовления воздушной извести.
При обжиге известняка с повышенным содержанием глины часть окиси кальция химически взаимодействует с составляющими глины, образуя силикаты и алюминаты кальция, а другая часть окиси кальция остается в свободном состоянии. Поэтому при твердении гидравлической извести имеют место два процесса:
Основное различие между портландцементом и другими цементами, независимо от его химического состава, заключается в том, что портландцемент необходимо прокаливать до зарождающегося слияния, в то время как другие цементы и гидравлический кальций кальцинируются при гораздо более низкой температуре, не страдая принцип плавления. В результате клинкер Портленда очень тяжело измельчается и имеет очень специфический вес, в то время как куски других неметаллированных цементов остаются нежными, почти тернистыми и имеют гораздо более низкий удельный вес.
воздушное твердение свободной извести вследствие высыхания и карбонизации известкового теста (аналогично воздушной извести);
гидравлическое твердение силикатов и алюминатов кальция (рассмотрено далее в разделе «Портландцемент»).
В связи с медленным протеканием второго процесса растворы на гидравлической извести в начале твердения должны некоторое время выдерживаться на воздухе (от 1 до 21 дня) и только после этого их можно помещать во влажные условия.
В этом физическом различии характерен портландцемент, поскольку он обладает огромными сильными упрочнениями, которые он представляет по сравнению со всеми другими цементами, которые не достигли начала синтеза. Михаэлис, рассматривая выводы Ле Шателя, установил пределы извести, доказывая, что для Портленда цементирует соотношение.
Это условие, которое было необходимо, но недостаточно, затем было дополнено еще двумя важными отчетами. Указанный кремниевый модуль и должен быть между 2 и 3. Мы скажем далее о специальных свойствах цементов, отвержденных железом. Чтобы указать на влияние вторичных составляющих, можно сказать, что в портландцементе допускается не более 3% магния, поскольку этот компонент считается опасным для стабильности цемента и не более 1, 5% серного ангидрида из мел.
Прочность растворов на гидравлической извести весьма различна: предел прочности при сжатии образцов, приготовленных из гидравлической извести и песка, взятых в соотношении 1:3 (по весу), спустя 28 дней колеблется в пределах 20-60 кг/см2.
Гидравлическую известь обычно применяют наряду с воздушной, но получают при этом более прочные и водостойкие растворы и бетоны. Существенное отличие гидравлической извести от воздушной-способность затвердевать в воде - расширяет область ее применения. Гидравлическую известь используют для возведения конструкций, находящихся во влажных эксплуатационных условиях (фундаментов и цоколей, оросительных каналов и др.).
Эти, которые можно рассматривать как основные стандарты для подготовки портландцемента, однако, не являются ни жесткими, ни достаточными только для установления добротности природного известняка или искусственной смеси. Он отличился в различных составных клинкерах, назвав их так. Фелит: желтовато-аморфная масса стекла.
Исследования, проведенные почти одновременно во Франции Ле Шателье, дали очень хорошие результаты для морфологии составляющих, но интерпретация их конституции была совсем иной. С некоторыми алюминизированными кремнеземами было предложено несколько формул, ни одна из которых не может быть доказана. Тревожные равновесия представлены, как это известно графически с помощью равностороннего треугольника, в вершинах которого соответствуют три составляющие. Разделив каждую сторону на сто частей и потянув параллельно каждой стороне треугольника, процент каждой составляющей представлен расстоянием любой точки внутри треугольника с трех сторон.
Применяют ее и при изготовлении растворов для кладки и штукатурки в сухих и влажных эксплуатационных условия, а также для производства бетонов низких марок и ряда цементов - известково-шлаковых, известково-пуццолановых.
Портландцемент
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси глины и известняка (СаС03). Спекшуюся сырьевую смесь, представляющую собой камневидные зерна, называют клинкером.
Каждая точка треугольника, таким образом, однозначно представляет любую смесь из трех составляющих: бинарные соединения и бинарные смеси вместо этого представлены на сторонах треугольника, поднимая на каждую точку треугольника, таким образом, составляя перпендикуляр, где в данном масштабе температура плавления, соответствующая смеси или соединению, представленная точкой треугольника, имеется треугольная треугольная призма, верхняя поверхность которой изогнута и перемещена, как показано, для равновесного состояния, которое мы сейчас изучаем, из рис.
Тонкоизмельченный клинкер при затворении водой очень быстро схватывается, что затрудняет его практическое использование. Для замедления сроков схватывания портландцемента
К нему добавляют при помоле гипс в количестве 3-5% от веса цемента.
Для экономии клинкера и улучшения некоторых свойств портландцемента при помоле вводят до 15% гидравлических добавок.
Поэтому можно представить на плоскости равностороннего треугольника, который является основой представленной здесь призмы, высоты, соответствующей температуре плавления каждой смеси трех составляющих, точно так же, как можно представить на плоскости геогеографической карты с высотными кривыми высоту холмов или гор над представленной территорией.
Рис. 6 дает нам представление приведенного выше равновесия, к которому добавлены изотермические кривые, соответствующие высотным размерам обычных географических карт. Абсолютно отличаются глиноземистые или сплавленные цементы, полученные из бокситов и известняка, что мы скажем ниже. Портландцемент, однако, не производится таким образом, потому что температура приготовления намного ниже, чем при полном литье. Таким образом, составляющие клинкера устанавливаются в соответствии с диаграммой.
Производство. Основными операциями производства цемента являются получение из сырьевой смеси клинкера и последующее ‘его измельчение с гипсом и добавками. Наиболее ответственна первая операция, в процессе которой из глины и известняка должны быть получены следующие соединения (минералы), составляющие клинкер:
— трехкальциевый силикат;
— двухкальциевый силикат;
— трехкальциевый алюминат.
Образование этих двух веществ представляет собой процесс, который также медленно осуществляется в смесях, которые имеют точно его состав. Однако в тройных смесях реакция облегчается тем, что часть смеси при температуре, к которой она используется, уже расплавлена, а расплавленная часть облегчает реакцию, работая в качестве растворителя. Поэтому очевидно, что для нормальных клинкеров нет необходимости нагреваться до полного слияния; достаточно держать его при гораздо более низких температурах. Быстрота, с которой образуются соединения, зависит от температуры и количества присутствующей жидкости; это, в свою очередь, зависит от тонкости готовых материалов и их близкого смешивания.
Чтобы все окислы глины полностью прореагировали при обжиге с окисью кальция, образовавшейся в результате разложения СаСОз, необходимо тонко измельчить и тщательно перемешать известняк и глину. Сырьевую смесь можно приготовить сухим способом или более распространенным - мокрым.
На отечественных заводах чаще применяется мокрый способ производства портландцемента, хотя по расходу топлива он менее выгоден.
Для смесей вышеуказанной композиции требуется температура приготовления около 1650 °. При этой температуре клинкер составляет около 30%, и эта доля жидкости позволяет реакциям завершить свое действие в разумные сроки. Станьте на цементной ручке. - Явление сцепления и упрочнения допускают два типа наблюдений. Первые относятся к разложению порошка клинкера, как только он контактирует с водой, и второе наблюдение гидратных соединений, которые образуются из-за упомянутого разложения.
Были также важные уроки по этому вопросу. Ле Шательер изучал явления гидратации портландцементных ламинатов, погруженных в воду. Наблюдаемые реакции очень медленные: однако может быть обеспечено образование свободной извести и образование коллоидного вещества, состоящего из гидрата алюминия и студенистого кремнезема.
Этот способ заключается в следующем: глину предварительно размешивают в воде, известняк дробят, а затем их вместе измельчают в шаровой мельнице. Полученную сметанообразную массу, называемую шламом, содержащую примерно 25% глины и 75% - известняка (твердого вещества), направляют на обжиг во вращающуюся печь.
Современные вращающиеся печи имеют длину до 180 м и диаметр до 5 м; производительность таких печей достигает 2000 т клинкера в сутки.
Очевидно, что силикаты и алюминаты, стабильные при температурах печи для приготовления цемента, разлагаются, что приводит к более простым соединениям, полученным гидролизом при контакте с водой. Дайкерфа, то, что глинозем не будет найден среди кристаллических соединений, но среди аморфных масс клинкеров весьма вероятно, что образование студенистого оксида алюминия вместе с свободной известь, который анализ легко заметен. Следует предполагать, что феномен глинистости Портленда обусловлен главным образом образованием гидратированных алюминатов, о чем свидетельствуют следующие факты.
Барабан печи установлен с некоторым наклоном, что обеспечивает при его вращении медленное передвижение материала в сторону опущенного конца. Шлам подается со стороны поднятого конца печи специальным питателем, а топливо в виде пыли вдувается в печь с противоположной стороны посредством вентилятора.
Дымовые газы из печи удаляет с противоположного конца барабана вентилятор.
Кристаллические образования, которые появляются в присутствии воздуха после первых алюминированных кристаллов, представляют собой преимущественно гидрат кальция и карбонаты. Гидрат кальция присутствует в продуктах гидратации цемента как в гексагональных пластинах, так и в игольчатых призмах, оба из которых не поляризованы. Карбонат кальция находится в очень маленьких кристаллах с сильной двулучепреломляющей способностью, которые покрывают все гранулы и разбросаны среди свободных благ.
Образование тройных гидратов вообще не исключается; однако до сих пор никакая характеристическая форма любого из них не могла быть идентифицирована. В исследовании, представленном Байкоффом в Академии наук, он выделяет в цементном упрочнении три последовательных периода.
По мере продвижения сырьевых материалов в сторону высоких температур вначале происходит испарение воды из шлама, затем выгорают органические примеси, содержащиеся в сырье, а в зоне температур 1000-1500° происходит разложение известняка и образование указанных выше трех минералов: вначале двухкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината, затем трехкальцие-вого силиката.
Период раствора, в течение которого жидкость постепенно насыщает различные растворимые элементы. Что образование коллоидов, в течение которых все химические продукты реакции образуются в коллоидном состоянии; соответствует принципу захвата. Кристаллизации, в ходе которой гели становятся кристаллическими агрегатами; это подтвержденный период упрочнения.
Следуя методу, отличному от его предшественников, Биль изучал разложение гранул разных размеров и различных качеств цемента при контакте с водой. Из микроскопического наблюдения таких образцов, обработанных водой или разбавленными растворами другим, автору удалось определить время разложения зерен цемента и после преобразования явлений захвата и затвердевания, так что в общем случае растворы цементных гранул на водной основе или разбавленные представляли следующие процессы в порядке в хронологическом порядке.
Полученный клинкер охлаждается в специальном холодильнике и поступает на склад, откуда его направляют в шаровые мельницы, где он измельчается в смеси с гипсом и добавками.
Свойства портландцемента. Твердение портландцемента. При затво-рении портландцемента водой образуется пластичное тесто, которое через некоторое время начинает уплотняться и загустевать (начало схватывания), а затем превращается в твердое тело (конец схватывания), прочность которого быстро нарастает.
Периферийное образование игольчатых кристаллов; с водой образование происходит через 3 дня. Внешний вид гелей; для препаратов с водой через 20 дней. Трансформация геля у микрокристаллических особей, для приготовления водой после полутора лет. Чувствительным является действие различных солевых растворов на появление различных состояний, провозглашенных: с учетом наблюдений, сделанных на препаратах с водой в качестве контрольной точки, для каждого из этих растворов и для их различных концентраций можно было точно наблюдать влияние они были применены к процессу.
Из трех рассмотренных реакций только трехкальциевый силикат под действием воды разлагается (подвергается гидролизу), образуя при этом свободную известь Са (ОН)2; процесс взаимодействия двух других минералов заканчивается гидратацией (присоединением нескольких молекул воды). Выделение свободной извести при твердении трехкальциевого силиката строителям необходимо учитывать, так как из-за сравнительно высокой растворимости извести снижается стойкость портландцемента в воде (см. коррозию портландцемента).
Таким образом, наблюдалось ускоряющее действие некоторых растворов, замедление других, практикуемых при кристаллизации и гелеобразовании. Не останавливаясь на многочисленных опытах автора, мы сделаем лишь выводы, которые дадут читателю четкое представление о важности этого метода исследования в еще темном поле цементной химии.
Действие раствора сводится к ускоренному или отсроченному образованию кристаллов и гелей. Это зависит от концентрации растворов. Некоторые из этих решений могут действовать как замедлители, так и ускорители в зависимости от концентрации. Растворы могут реагировать с известью, высвобождаемой в процессе гидратации, и, таким образом, получать кристаллы видов, отличных от тех, которые обычно образуются.
Процесс твердения портландцемента сопровождается изменением объема: на воздухе возможна усадка, а при твердении в воде имеет место некоторое разбухание. Особенно опасна усадка, вызывающая трещины в отвердевшем бетоне или растворе. Для предупреждения усадки твердение, особенно вначале, должно проходить во влажной среде. Влажные условия необходимы также для нормального твердения цемента; в противном случае вода испарится и твердение замедлится.
Реакция взаимодействия портландцемента с водой сопровождается выделением тепла. Это явление необходимо учитывать при возведении массивных сооружений (бетонных фундаментов, плотин и др.). Внутри таких сооружений могут развиваться высокие температуры (до 70-80°), что повлечет образование трещин в бетоне. Поэтому в массивных конструкциях цементы с большим тепловыделением (высокоэкзотермичные) применять нельзя…
В зимних условиях повышенное тепловыделение цемента положительно сказывается на производстве строительных работ, так как препятствует преждевременному замораживанию бетона.
Схватывание портландцемента. Различают начало и конец схватывания цемента. Началом схватывания считают потерю подвижности (пластичности) цементного теста, а конец схватывания характеризуется некоторым его затвердением.
Начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин., а конец - не позднее чем через 12 час. Для строителей необходимо знать сроки схватывания цемента, так как применять свежеприготовленные бетоны и растворы можно только до начала схватывания, в противном случае цементное тесто утратит клеящую способность, и прочность растворов и бетонов будет низкой.
С повышением температуры окружающей среды сроки схватывания ускоряются, а с понижением замедляются.
Прочность портландцемента характеризуется пределом прочности при сжатии. По пределу прочности при сжатии образцов в виде кубов с ребрами 7,07 см, изготовлении из жесткого трамбованного цементного раствора составом 1:3 (по весу) и испытанных в возрасте 28 дней, обозначается марка портландцемента.
Показатель предела прочности в 28-дневном возрасте называют активностью цемента, которая, как правило, всегда выше марки. Например, если активность цемента 546 кг/см2, то марка- 500. Это следует учитывать в целях более полного использования прочности цемента.
Для портландцемента установлены марки: - 300, 400, 500, 600 и 700.
На прочность портландцемента влияют количество воды при затворении и тонкость помола. Чем больше введено воды в цементный раствор, из которого готовят образцы для испытания, тем ниже будет его прочность, но выше пластичность (текучесть). В ряде стран активность портландцемента определяют на образцах из пластичного раствора. В этом случае для перехода к показателю прочности в жестких образцах, принятом в СССР, следует показатель прочности пластичных образцов умножить на 1,5-1,6.
Скорость нарастания прочности портландцемента неодинакова во времени. За первые три дня твердения портландцемент набирает половину своей 28-дневной прочности, а за оставшиеся 25 дней - еще половину. Однако марочная прочность портландцемента, как и всех других гидравлических вяжущих- веществ, не окончательна. В благоприятных условиях твердение продолжается несколько лет, и конечная прочность может превысить марочную в несколько раз.
Тонкость помола портландцемента - остаток на сите № 008, должен составлять не более 15%. С увеличением тонкости помола прочность и скорость твердения цемента возрастают. Этим пользуются на практике для получения быстротвердеющих цементов.
Стойкость портландцемента в водных условиях.
Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, но в зависимости от качества воды, воздействующей на бетонную конструкцию, он может разрушиться.
Присоединяя значительное количество молекул воды, гидросульфоалюминат кальция увеличивается в объеме до 2,5 раза. Образование гидросульфоалюмината кальция очень опасно для бетона.
Длинные тонкие кристаллы гидросульфоалюмината кальция напоминают бациллы, поэтому его часто называют «цементной бациллой».
Действие кислых и щелочных вод на цементный камень различно. Кислые воды даже при низкой концентрации кислот действуют разрушающе, так как кислота растворяет Са (ОН)2. Слабые щелочи не оказывают вредного влияния на цементный камень, однако сильные щелочи тоже разрушают его. Нефтепродукты (бензин, керосин) не опасны для бетона на портландцементе.
Так появился новый вид вяжущего - сульфатостойкий портландцемент, применяемый в гидротехническом строительстве и для конструкций, подверженных действию сульфатных вод.
Применение портландцемента. Области применения портландцемента обширны и разнообразны:
— портландцемент используют при изготовлении бетонов и растворов для наземных, подземных и подводных конструкций, к которым предъявляются высокие требования прочности и долговечности;
— портландцемент является основным видом вяжущего, применяемого для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей.
Следует помнить, что портландцемент является цементом высокого качества. Поэтому строители должны бережливо относиться к расходованию портландцемента, заменяя, где это технически возможно, его другими менее эффективными вяжущими (известью, смешанным цементом).
Специальные портландцементы
Специальные портландцементы отличаются от обыкновенного особыми или более ярко выраженными отдельными свойствами.
Следует иметь в виду, что специальные цементы применяют только в тех случаях, когда их особые свойства могут быть эффективно использованы.
Гидрофобный портландцемент. При длительном хранении или при перевозках водным транспортом прочность портландцемента значительно понижается за счет преждевременной реакции его с влагой, содержащейся в воздухе. Чтобы предохранить портландцемент, советские ученые предложили вводить в него специальные добавки органических веществ (мы-лонафата, асидола, олеиновой кислоты и др.), которые образуют на зернах цемента гидрофобные (не омачивающиеся водой) пленки, препятствующие проникновению влаги к зернам цемента. Гидрофобные пленки предохраняют цемент от реакции с влагой воздуха и сохраняют его прочность. Во время приготовления бетонной смеси зерна заполнителя разрушают пленку и цемент реагирует с водой, поэтому она не оказывает влияния на процесс твердения.
Пластифицированный портландцемент позволяет получить более подвижные и удобообрабатываемые бетоны, что дает до 8-10% экономии цемента. Пластифицированный портландцемент получают, вводя при помоле портландцемента пластифицирующие органические вещества (сульфитно-спиртовую барду и др.).
Бетоны на гидрофобном и пластифицированном цементах более морозостойки и менее водопроницаемы, чем на портландцементе. Поэтому особенно ценны они для конструкций, к которым предъявляются особые требования морозостойкости или водонепроницаемости.
Гидрофобные и пластифицирующие вещества добавляют не только в портландцемента, но и в другие виды вяжущих для улучшения их свойств и снижения расхода цемента в бетонах и растворах.
Белые и цветные портландцементы - это материалы, предназначаемые для архитектурно-отделочных, штукатурных, скульптурных и покрасочных работ. Белый цемент производят из чистого известняка и белых глин, свободных от окиси железа и марганца. Цветные цементы получают, измельчая клинкер белого цемента с минеральными щелочестойкими пигментами: охрой, суриком, мумией и др.
Быстротвердеющие портландцемент ы. Обычный портландцемент все же медленно твердеющее вяжущее вещество: только через 28 дней он достигает марочной прочности. Это тормозит строительные работы и производство сборных железобетонных изделий.
Быстротвердеющий цемент отличается от обычного значительной скоростью нарастания прочности в начальные сроки твердения.
Получают быстротвердеющий цемент, увеличивая тонкость помола или специально подбирая состав клинкера.
Минералы цементного клинкера не обладают равной скоростью твердения. Быстрее всех твердеет трехкальциевый алюминат, затем трехкальциевый силикат и медленнее всех - двух-кальциевый силикат. Поэтому, повышая содержание в цементе первых двух минералов трехкальциевого алюмината и силиката (до 50-60%), получают быстротвердеющий цемент, который через 1-2 дня твердения имеет свыше 50% марочной прочности.
Пуццолановые цементы
Цементы с активными минеральными (гидравлическими) добавками называются пуццолановыми.
Эти добавки (ранее называвшиеся пуццолановыми) не обладают способностью к самостоятельному твердению; будучи затворены водой, они не схватываются и не переходят в камне-видное состояние.
Известь в свободном виде содержится в таких вяжущих веществах, как воздушная и гидравлическая известь, а портландцемент выделяет ее при твердении. На этой основе получают две группы пуццолановых цементов: пуццолановые портландцемента и известково-пуццолановые цементы.
Активными минеральными добавками называются измельченные горные породы или отходы промышленности, которые при смешивании с воздушной известью придают ей способность твердеть в воде.
Эти добавки содержат в активной форме кремнезем SiC>2 и часто одновременно - глинозем А1203, образующие с известью соответственно гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.
К природным гидравлическим добавкам следует отнести: вулканические пеплы, туфы, трассы, пемзу, диатомиты, трепелы и опоки, а к искусственным - топливные золы и шлаки, доменные гранулированные шлаки, обожженные глины и др.
Доменные гранулированные шлаки и золы горючих сланцев обладают некоторой способностью к самостоятельному гидравлическому твердению в тонкоизмельченном состоянии.
Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент
Пуццолановым портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с активной минеральной добавкой. Добавка должна составлять не менее 20 и не более 45% веса цемента, для регулирования сроков схватывания вводят при помоле до 3% гипса.
Количество применяемой добавки обусловлено ее активностью (способностью связывать известь) и составом клинкера. С повышением активности добавки уменьшают содержание ее в цементе. Например, трепела берут от 20 до 30%, трасса от 30 до 45%. Это объясняется тем, что при твердении портландцемента выделяется строго определенное количество свободной извести, которую активная добавка должна связать в нерастворимые соединения.
Шлакопортландцемент отличается от пуццоланового портландцемента тем, что в качестве добавки используется доменный гранулированный шлак, количество которого в цементе может составлять до 70% (обычно 40-70%).
Пуццолановый и шлаковый портландцемента получают как в заводских, так и в построечных условиях. При заводском способе производства смесь клинкера портландцемента и добавки измельчают в мельнице, а при изготовлении на постройке добавку в виде порошка вводят при приготовлении бетонной смеси.
Первый способ дает цементы более высокого качества, так к при совместном помоле клинкер и добавка тщательно смешиваются. Это необходимо для полного взаимодействия кремнезема добавки с известью, выделяющейся при гидратации портландцемента.
При сухом смешивании цемента и добавки необходимо тщательно следить за однородностью смеси, что достигается продолжительным перемешиванием сухих материалов.
Свойства. Прочность и сроки схватывания этих цементов не отличаются от показателей обычного портландцемента. Однако другие свойства смешанных портландцементов имеют принципиальные отличия.
При затвердении смешанного портландцемента происходят два процесса: твердение портландцементного клинкера и взаимодействие активной добавки (Si02) с известью.
Первый процесс не отличается от твердения «чистого» портландцемента. В результате второго процесса образуется гидросиликат кальция:
Са (ОН)2 + Si02 + {п - 1) Н20 = Ca0-Si02 - «H20.
Нарастание прочности смешанных цементов происходит медленнее, чем у портландцемента. Особенно замедленно протекает твердение смешанных цементов в первые дни, хотя через 28 дней прочность их достигает прочности портландцемента, а позднее даже превышает ее. Это объясняется продолжающимся взаимодействием кремнезема, добавки и извести с образованием прочных веществ, тогда как в портландцементе выделившая* ся известь остается в несвязанном малопрочном состоянии.
По пределу прочности при сжатии образцов, изготовленных из жесткого раствора (состава 1:3) и испытанных в возрасте 28 дней, пуццолановые и шлакопортландцементы разделяются на марки (от 300 до 600). Повышение температуры очень ускоряет твердение этих цементов, а понижение - сильно замедляет.
Тепловыделение у этих видов портландцемента меньше, чем у обычного, так как в их составе мало клинкера, при гидратации которого выделяется тепло. Низкая экзотермичность таких портландцементов позволяет широко применять их в массивных конструкциях.
Коррозийная стойкость. Отсутствие в пуццолановых и шлаковых портландцементах свободной извести повышает их коррозийную стойкость в пресных водах.
Морозостойкость этих цементов иногда ниже, чем у портландцемента, поэтому применение их в конструкциях, к которым при эксплуатации могут быть предъявлены жесткие требования в отношении морозостойкости, не допускается.
Применение. Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент применяются для бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных вод, а также для конструкций, находящихся в условиях повышенной влажности.
Нельзя использовать эти цементы в конструкциях, быстро высыхающих или систематически подвергающихся замораживанию и оттаиванию.
Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы
Известково-пуццолановым цементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при сухом помоле или тщательном смешивании предварительно измельченных в тонкий порошок извести и гидравлической добавки. Состав цемента: 10-30% извести и 70-90% добавки. Известь может применяться гидрагная (пушонка) и негашеная (кипелка). Для регулирования сроков схватывания известково-пуццоланового цемента добавляют до 5% гипса.
В известково-шлаковом цементе добавкой является тонко-измельченный доменный гранулированный шлак.
Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы подразделяются на марки: 25, 50, 100 и 150.
Свойства. Схватывание и твердение этих цементов происходит за счет взаимодействия извести с активным кремнеземом добавки, в результате чего образуется гидросиликат кальция.
Эта реакция протекает крайне медленно и также медленно нарастает прочность таких цементов при твердении. Взаимодействие извести с кремнеземом происходит только во влажных условиях, поэтому особенно в начале твердения известково-пуц-цолановых или известково-шлаковых цементов нельзя допускать их высыхания.
Благоприятно влияет на прочность изделий из таких цементов тепловлажностная обработка (пропарка), но понижение температуры отрицательно сказывается на твердении, а при температуре ниже + 10° оно практически прекращается.
Воздух о стойкость. Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы под действием воздуха разрушаются. Происходит это из-за значительной усадки цементного камня, вследствие чего нарушается сцепление его с заполнителями в бетоне и образуются трещины. Для повышения воздухостойко-сти таких цементов к ним добавляют до 10-15% портландцемента дли увеличивают содержание извести до 60%.
Водостойкость известково-пуццолановых и известково-шлаковых цементов бывает высокой при правильно выбранной дозировке извести и добавки, т.е. в том случае, когда кремнезем добавки связывает всю известь в нерастворимое соединение - гидросиликаты. Если же в затвердевшем цементе будет много свободной извести, которая легко вымывается, то в воде отвердевший цемент разрушится.
Применение. Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы применяют для кладки стен и фундаментов, находящихся во влажных условиях, а также для изготовления искусственных каменных материалов и бетонов низких’ и средних марок.
Эти цементы позволяют использовать в строительстве местные горные породы (активные минеральные добавки) и отходы производства (шлаки, бой кирпича, золу). Благодаря этому известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы имеют невысокую стоимость.
Глиноземистый цемент
Глиноземистым цементом называется быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, которое получают при тонком измельчении обожженной до плавления сырьевой смеси бокситов и извести.
Свойства. Глиноземистый цемент является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом. Начало схватывания глиноземистого цемента должно наступать не ранее чем через 30 мин. после затворения его водой, а заканчиваться-не позднее чем через 12 час.
За показатель прочности глиноземистого цемента принимается его марка - предел прочности при сжатии образцов из цементного раствора (состав 1:3), испытанных в возрасте трех дней. Глиноземистый цемент выпускается четырех марок: 300, 400, 500, 600.
Твердение глиноземистого цемента сопровождается выделением значительно большего количества тепла, чем при твердении портландцемента. Это ограничивает применение глиноземистого цемента в массивных бетонных конструкциях, так как высокая температура, развивающаяся внутри конструкции, может вызвать появление трещин. Однако в зимних условиях большое выделение тепла благоприятно сказывается на производстве работ.
Положительным свойством глиноземистого цемента является высокая коррозийная стойкость. Это объясняется тем, что при твердении глиноземистого цемента не выделяется известь и не образуется трехкальциевый гидроалюминат, как в портландцементе.
Применение. Глиноземистый цемент является наиболее дорогим видом вяжущего вещества, так как для его производства необходимо ценное сырье алюминиевой промышленности - бокситы. Высокая стоимость ограничивает использование глиноземистого цемента. Его применяют в особых случаях, когда необходимо быстро ввести в эксплуатацию бетонные или железобетонные конструкции, а также при авариях, ремонте гидротехнических сооружений и срочных монтажных работах.
Следует помнить, что повышение температуры отрицательно сказывается на прочности твердеющего глиноземистого цемента. В противоположность портландцементу с повышением температуры выше 25° его прочность может снизиться. Поэтому бетонные изделия и конструкции на глиноземистом цементе нельзя применять в таких условиях, когда температура при твердении бетона выше 25°.
Расширяющиеся цементы
Расширяющимся цементом называется гидравлическое вяжущее вещество, которое при твердении в воде увеличивается в объеме, а при твердении на воздухе не дает усадки или также расширяется, но меньше, чем в воде. Изобретение такого цемента явилось крупным достижением советской науки.
Как уже отмечалось, существенным недостатком всех гидравлических вяжущих веществ является их усадка, обусловленная физико-химическими процессами, протекающими при схватывании и твердении. Этот недостаток не позволяет добиться абсолютной водонепроницаемости стыков конструкции при заполнении их обычными гидравлическими вяжущими. Расширяющийся же цемент не только не имеет усадки при твердении, но даже несколько увеличивается в объеме (до 1-1,5%) без образования трещин и этим еще более усиливает плотность и монолитность бетона в стыках.
Расширяющиеся цементы производят на основе глиноземистого цемента, или портландцемента (применяется в основном глиноземистый, из которого получают цемент более устойчивого качества). В состав расширяющегося цемента входит: глиноземистый цемент (82—85%), известь и гипс.
Расширяющиеся цементы характеризуются короткими сроками схватывания, в зависимости от которых подразделяются:
— на быстросхватывающиеся-с началом схватывания через 5 мин. и окончанием - спустя 10 мин.;
— с замедленными сроками схватывания - начало не ранее чем через 20 мин. и конец - через 4 часа после затворения цемента водой.
Марки быстросхватывающихся цементов: 300, 400, 500, 600, а с замедленным схватыванием - 300, 400, 500.
Марка быстросхватывающегося цемента обозначается по пределу прочности при сжатии образцов в форме кубиков с гранью 2 см, изготовленных из цементного теста, а с замедленным схватыванием - по пределу прочности при сжатии образцов из жесткого раствора состава 1:3.
Расширяющийся цемент - новый вид вяжущего вещества. Он находит пока небольшое применение, заменяя в основном свинец, который использовали для зачеканки и гидроизоляции швов водоканализационных труб, стыков тюбингов в туннелях метрополитенов, шахтах и др. Расширяющимся цементом заделывают также монтажные болты механизмов в фундаментах, стыки и трещины в бетонных конструкциях, применяют его при ремонте гидротехнических сооружений, при аварийных работах и изготовлении гидроизоляционных штукатурок.
Гидравлические вяжущие вещества являются более сложными по составу, чем воздушные. Гидравлические вяжущие вещества в отличие от воздушных затвердевают и сохраняют свою прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжущим веществам относятся: известь гидравлическая и различные цементы (роман-цемент, портландцемент, шлакопортлащщемент и др.). Гидравлические вяжущие вещества применяются как в сухих, так и во влажных условиях: там, где требуется высокая прочность, и там, где нельзя применять воздушные вяжущие вещества. Их используют в кладочных и штукатурных растворах для наружных стен, фундаментов, а также для получения бетона, железобетона, асбестоцементных и других изделий.
Гидравлическая известь - продукт обжига кальциево-магни-евых карбонатных пород при температуре 1000 °С, содержащих 8-20% глинистых примесей. Выпускается в виде кусков или порошка. Основным показателем качества является гидравлический модуль. Гидравлический модуль есть отношение количества оксидов кальция (СаО) к общей сумме других оксидов:
где т - гидравлический модуль.
Если гидравлический модуль находится в пределах 1,7-4,5. материал обладает высокими гидравлическими свойствами и ближе к цементам; если он колеблется в пределах 4,5-9 единиц, он обладает низкими гидравлическими свойствами и по свойствам ближе к воздушной извести.
Роман-цемент - порошок от светло-желтого до бурого цвета, получаемый в результате тонкого помола обожженных не до спекания (при температуре 1000-1100 °С) известняков, содержащих свыше 20% глинистых примесей. По прочности делится на марки: 2, 5, 50 и 100. Начало схватывания - не ранее 15 мин, конец - не позднее 24 ч, остаток на сите № 008 не более 25%. Применяется для растворов при кладке и оштукатуривании стен и фундаментов, изготовления бетонов невысоких марок.
Портландцемент - основной вид гидравлических вяжущих веществ. Представляет собой тонкий порошок серого цвета с зеленоватым оттенком. Получается помолом обожженной до спекания при температуре 1450 °С смеси известняка (углекислый кальций) - 75% и глины - 25%. Портландцемент с необходимыми свойствами можно получить в том случае, когда содержание основных оксидов будет в следующих количествах: СаО - 60-67%, 8Ю 2 -12-24%, А1 2 О 3 -4-7% и Ре 2 О 3 - 2-6%. Вредными примесями являются М§О и 8О 3 , содержание которых соответственно допускается не более 5 и 3,5%. Увеличение их содержания вызывает неравномерное изменение объема при затвердевании и повышает сульфатную коррозию.
Производство портландцемента является сложным процессом. После подготовки сырьевых материалов они подвергаются обжигу. При обжиге под влиянием высокой температуры происходят сложные физико-химические процессы взаимодействия оксида кальция с другими оксидами, с образованием следующих минералов: трехкальциевого силиката (ЗСаО8Ю 2) - 37-60%; двукаль-циевого силиката (2СаО8Ю 2) - 15-37%; трехкальциевого алюмината (ЗСаОА1 2 О 3) - 7-15% и четырехкальциевого алюмоферрита (4СаОА1 2 О 3 Ре 2 О 3) - 10-18%, которые обусловливают гидравлические свойства портландцемента.
По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемент подразделяется на марки: 400,500,550 и 600. Начало схватывания цемента должно наступить не ранее 45 мин, а конец - не позднее 10 ч от начала затворения. Остаток на сите № 008 не должен быть более 15%.
Шлакопортландцемент представляет собой портландцемент (20-85%) с добавками шлаков (15-80%). По свойствам похож на портландцемент, но является более дешевым. Выпускается трех марок: 300, 400 и 500.
ЛИСТОВЫЕ СТЕКЛОМАТЕРИАЛЫ
Сырьем для производства оконного стекла являются: кварцевый песок, известняк, сода, сульфат натрия, доломит, полевой шпат и др. Примерная рецептура его может быть представлена
Глава 10
Строительные товары
следующим образом, в %: 8Ю 2 - 71,8; А1 2 О 3 - 1,97;№ 2 О- 14,85; Ре 2 О 3 - 0,08; ЗО 3 - 0,05; СаО - 6,65; М^О -4,10. Оконное стекло изготавливают на машинах вертикального и горизонтального вытягивания по лодочному и безлодочному способу. Выпускается это стекло в виде листов размером 250 * 250 до 1620 х 2200 мм при толщине 2, 3, 4, 5 и 6 мм. Применяется для остекления окон. дверей.
Полированное стекло вырабатывается способом горизонтального проката с последующей шлифовкой и полировкой поверхностей. Максимальные размеры полированного стекла -4450 х 2950 мм при толщине 7,5 мм и 2950 * 2950 мм при толщине 6,5 мм. При получении стекла методом плавающей ленты отпадает необходимость в его механической обработке (шлифовке и полировке). Полированное стекло применяется для устройства витрин, изготовления зеркал, автомобильных стекол и т. д. Полированное стекло выпускается трех сортов в зависимости от того, для каких целей оно предназначено:
УА - для производства зеркал;
УУА - для остекления средств транспорта;
УУУ - для остекления оконных проемов жилых и обществен
ных зданий и витрин магазинов.
Узорчатое стекло - листовое стекло, на поверхности которого нанесен узор для-полного или частичного рассеивания света и создания декоративного эффекта.
Узорчатое стекло производят методом непрерывного проката ленты между двумя валками, на одном из которых гравировкой нанесен рисунок. В зависимости от рельефа рисунка видимость через стекло может быть частично или полностью исключена и сохранена светопропускаемость. Эти свойства узорчатого стекла позволяют широко использовать его для остекления оконных блоков и дверных полотен в производственных и жилых помещениях, для отделки вестибюлей, лестничных клеток общественных и административных зданий, магазинов, крытых веранд и др. Узорчатое стекло выпускается в листах толщиной 4-6 мм, размеры листов оговариваются заказчиком, но максимальные размеры - 1600 х 3600 мм.
Армированное стекло - листовое стекло, имеющее внутри стекла металлическую сетку. Армированное стекло производится методом непрерывного горизонтального проката ленты стекла, в процессе которого в него запрессовывается металлическая сетка, не позволяющая стеклу рассыпаться при ударах и при воздействии высоких температур. При пожарах стекло способно препятствовать распространению огня и дыма в помещениях. Армированное стекло может иметь гладкую, кованую или узорчатую поверхность. Размеры армированного стекла по длине - от 1200 до 2000 мм, по ширине - от 400 до 1500 мм при толщине - 6,5 мм. Оно применяется для остекления фонарей верхнего света, оконных переплетов, дверных филенок, устройства перегородок, светопрозрачных плафонов, ограждения лестничных маршей, балконов, лоджий и др.
Теплопоглощающее стекло используется для остекления оконных переплетов и фонарей верхнего света с целью уменьшения проникновения солнечной радиации в помещения. Стекло имеет легкую голубую и голубовато-зеленоватую окраску, почти не искажающую цвет просматриваемого через него предмета. Размеры идентичны размерам оконного стекла.
Теплозащитное стекло предназначено для защиты от тепловой радиации солнечного спектра. В отличие от тепло поглощающего стекла, окрашенного в массе, теплозащитное представляет собой обычное оконное стекло, на поверхность которого нанесена прозрачная пленка. Пленка имеет цвет от серо-дымчатого до сине-фиолетового. Интенсивность окраски можно регулировать также толщиной слоя, который изменяется в пределах 0,3-1,0 мк. Свето-пропускание светозащитного стекла задается в широких пределах (от 30 до 70%) независимо от толщины стекла.
Теплоотражателъпое стекло снимает теплопотери через оконные проемы и другие виды светопрозрачных ограждений в промышленных, общественных и жилых зданиях, теплицах, оранжереях, а также защищает от тепловой радиации, получаемой техническими источниками света.
Нанесение на стекло светоотражательной пленки практически не изменяет прозрачности стекла по отношению к солнечной радиации, но значительно снижает его способность поглощать
Глава 10
Строительные товары
длинноволновую радиацию и соответственно его излучательную способность благодаря повышению отражения. Последнее может достигать 60-80% для инфракрасного излучения. Степень черноты такого стекла снижается более чем в два раза. Такое стекло является теплоизоляционным.
Цветное стекло может вырабатываться различными способами и иметь разное назначение. Цветное накладное стекло, вырабатываемое методом вертикального вытягивания, может быть прозрачным и непрозрачным. Кроме этого, для получения цветного и тонированного строительного стекла используют пленки различного химического состава.
В нашей стране создана целая гамма цветных декоративных стекол, окрашенных от золотистого до красно-оранжевого цветов. Имеющие высокие декоративные свойства стекла оранжевого цвета задерживают ультрафиолетовую радиацию и могут быть использованы для остекления архивов, библиотек, других помещений, которые необходимо защитить от разрушающего воздействия ультрафиолетовых лучей. Прозрачное (зеленое, желтое, красное, синее) стекло применяется в качестве сигнального стекла.
Безосколочное трехслойное стекло "Триплекс" представляет собой трехслойное стекло, состоящее из двух листов, прочно соединенных находящейся между ними прозрачной эластичной полимерной прокладкой - поливинилбутиральной или бутафоль-ной (сополимеры поливинилбутираля) пленкой. Благодаря сочетанию хрупкого стекла с эластичной прокладкой, "Триплекс" при разрушении от ударов не дает отлетающих осколков. Все осколки растрескавшегося стекла прочно удерживаются на внутренней эластичной прокладке, поэтому применение стекла "Триплекс" исключает возможность получения травм от осколков. Максимальные размеры листов безосколочного трехслойного стекла составляют по длине 1200 мм, по ширине 600 мм при толщине от 4,5 до 6,5 мм. Стекло "Триплекс" применяется для остекления автомобилей.
Закаленное листовое стекло подвергается специальной термической обработке - закалке путем нагревания в электрических печах (при температуре 650-670 °С) с последующим быстрым охлаждением холодным воздухом в обдувной решетке. 526
В результате закалки наружные слои стекла сильно сжимаются, а внутренние - растягиваются, благодаря чему в стекле создается равномерное распределение напряжения, которое обеспечивает стеклу высокую механическую прочность и термическую устойчивость. Закаленное листовое стекло распадается на мелкие осколки округлой формы, без острых режущих граней; осколки могут удерживаться вместе. Закаленное стекло долговечно и практически не изменяет своих свойств в условиях эксплуатации.