Гидравлические вяжущие. Портландцемент

Гидравлические вяжущие – вещества, которые по своему химическому составу представляют сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех оксидов: СаО – SiO ₂ – Al ₂ O ₃ – F е₂ O ₃. Эти соединения образуют три основные группы гидравлических вяжущих:

1) силикатные цементы, состоящие преимущественно (на 75%) из силикатов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидности;

2) алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты кальция;

3) гидравлическая известь и романцемент.

Гидравлические вяжущие твердеют, и длительное время сохраняют прочность (или даже повышают ее) не только на воздухе, но и в воде. (Воздушные вяжущие, гипс и известь сохраняют прочность только на воздухе).

Портландцемент.

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением клинкера с природным гипсом, а иногда и с добавками. При производстве портландцемента разрешается вводить не более 5% добавок, ускоряющих твердение или повышающих прочность.

Клинкер - спек в виде гранул, получаемый обжигом при температуре до 1450°С сырьевой смеси, состоящей из известняка, глины и корректирующих добавок определенного состава, обеспечивающих преобладание высокоосновных силикатов кальция.

Природный гипс (CaSO₄*2H₂0) в портландцемент вводят для регулирования сроков схватывания и повышения прочности цемента.

Клинкер.

Химический состав клинкера выражают максимальным содержанием оксидов (макс. %). Основными и обязательными оксидами в составе цементного клинкера являются: СаО – SiO ₂ – Al ₂ O ₃ – F е₂ O ₃.

Их содержание в клинкере составляет 95 – 97%. Кроме них в небольших количествах присутствуют MgO и щелочные оксиды TiO₂, Cr_;2O₃, SO₃,. Р₂О₅.

Первым по содержанию и значению является СаО (известь). Чем больше в цементе извести, тем более высокопрочным и быстротвердеющим он будет, но в то же время снижается водостойкость. Однако обязательное условие получения вы­сококачественного клинкера - полное связывание СаО кислотными оксидами.

Кремнезем (SiO ₂) - одна из важнейших составных частей клинкера. Он связывает СаО в силикаты, способные к гидравлическому твердению. Увеличение содержания SiO₂  в клинкере ведет к замедлению схватывания и твердения. Однако цементы с повышенным содержанием SiO₂  обладают высокой прочностью в поздние сроки.

Глинозем (Al ₂ O ₃) - основной компонент алюминатов, повышение его содержания обусловливает быстрое схватывание и ускорение твердения. Гематит (F е₂ O ₃) - служит плавнем и улучшает спекание клинкера.

В портландцементном клинкере оксиды существуют не отдельно, а в виде химических соединений - минералов.

Основными минералами клинкера являются: алит, белит, трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция.

Алит 3 CaO * SiO ₂ ( или 3СS – обозначение в строительстве ) – самый важный минерал клинкера, его содержание 45…60%, является основным носителем прочности. Он схватывается в течение нескольких часов и относительно быстро наращивает прочность.

Белит 2 CaO * SiO ₂ ( или 2 CS) - второй по важности минерал, не характеризуется определенными сроками схватывания и, затворенный водой, твердеет  очень медленно, но способствует повышению прочности.

Трехкальциевый алюминаг ЗСаО* Al ₂ O ₃ ( или 3СА ) - при затворении водой схватывается почти мгновенно, выделяя большое количество тепла. В присутствии других клинкерных минералов 3СА делает цемент быстротвердеющим.

Четырехкальцииевый алюмоферрит (4 CAF) обладает сравнительно короткими сроками схватывания, но твердеет значительно медленнее, приобретая в течение длительного времени, также как белит, большую прочность.

По ГОСТ 10178-85 портландцемент делится на:

1. Портландцемент без добавок.

2. Портландцемент с минеральными добавками. В качестве добавок допускается вводить: доменные и электротермофосфорные шлаки до 20%; активные добавки осадочного происхождения до 10%; активные добавки вулканического происхождения до 15%.

3. Шлакопортландцемент, который должен содержать не менее 21% и не более 80% доменных гранулированных или термофосфорных шлаков.

Основными показателями качества портландцемента являются: тонкость помола цемента; сроки схватывания: (начало, интервал и конец схватывания в минутах); нормальная густота цементного теста в %; предел прочности цементного камня при сжатии и изгибе в МПа или в Н/см².

Применение цемента. Цемент применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных материалов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, для кладки кирпичей, заливки фундаментов.

Цемент, и получаемые на его основе прогрессивные материалы, успешно заменяют в строительстве кирпич, известь, дефицитную древесину и другие традиционные материалы.

 

Таблица 6.1 - Рациональные области применения портландцемента

Вид цемента	Основное назначение	Не применяется
Портландцемент, в т.ч. гидрофобный и пластифицированный	Для бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных конструкций	Для конструкций, подвергающих-ся воздействию агрессивных вод, без специальных мер защиты.
Быстротвердеющий портландцемент	Для бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных сооружений в случае получения повышенной прочности бетона в ранние сроки и при условии обеспечения укладки бетонной смеси спец. оборудованием, в опалубку в течение 15 мин после изготовления.	То же
Шлакопортланд-цемент	Для бетонных и ж/б, надземных, подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных вод в случае, если не предъявляются требования к нарастанию прочности бетона в ранние сроки.	Для конструкций, подвергюащих-ся систематическому многократному воздействию влаги и отрицательных температур.
Пуццолановый портландцемент	Для бетонных и ж/б подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных вод и при сульфатной коррозии.	Для конструкций, подвергающихся быстрому высыханию, увлажнению.
Сульфатостойкий портландцемент	Для бетонных и ж/б конструкций, подвергающихся воздействию сульфатных вод при систематическом воздействии влаги и переменных температур.	Для конструкций, не подвергающихся воздействию агрессивных вод.
Глиноземистые и гипсоглиноземистые цементы	Для бетонных и ж/б конструкций в случае необходимости получения бетона высоких марок в ранние сроки, а так же для конструкций, подвергающихся систематическому воздействию влаги, переменных температур, сернистых газов. Для получения жароупорных бетонов.	Для надземных и подземных конструкций, в которых температура бетонов может в процессе твердения подняться свыше 25 ^0С.
Расширяющиеся портландцементы	Для бетонных и железобетонных надземных и подземных конструкций, где необходимы специфические свойства цемента.	Для конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных вод.

 

Практическая часть