Гідравлічні в’яжучі речовини.

1. Гідравлічне вапно (сировина, виробництво, властивості).

2. Романцементи (сировина. Виробництво, властивості).

3. Портландцемент:

а) виробництво портландцементу;

б) твердіння портландцементу;

в) властивості;

г) спеціальні види цементу.

1. Сировиною для виробництва гідравлічного вапна є вапняки, що містять 6 -20% глинистих домішок. Вапняки вікалюють у шахтних печах t 900 – 1100 FС.

CaCO₃ - вапняк     2СаО ·SiO₂      

CaO - залишається CaO ·Al₂O₃                    утворюються

                                              2CaO · Fe₂O₃       

Властивості: ρ_{істинна} = 2.2 – 3 г/см³; ρ_{насипна} = 500 – 800 кг/м³; ρ_щільна = 900 – 1100 кг\м³; початок охвачування – 0.5 – 2 год, кінець – 8 – 16 год; R_виг = 0,5 – 1.7 МПа; R_ст = 1 – 5 МПа

   m - модуль

В залежності від модуля гідравлічне вапно буває слабо гідравлічне і сильногідравличне.

Гідравлічне вапно застосовують для приготування мурувальних та штукатурних розчинів, для отримання бетонів невисоких класів, які експлуатують в сухих умовах.

2. Сировиною для виробництва романцементу є вапняки та магнезіальні

породи, які містять 25% і більше глиняних домішок. Печі – такі як і для гідравлічного вапна, але t до 900 ºС.

Властивості:  ρ_іст = 2,6 – 3 г/см³; ρ_н = 600 – 1000 кг/м³, ρ_щ = 1000 – 1300

кг/м³ , СаО у вільному стані у романцементі дуже мало, в основному він зв’язується, починає схвачування – не раніше 15 хв., кінець схвачування – не пізніше 24 год. При помолі додають до 5% СаSО₄ ·2Н₂О, до 15% - активних мінеральних домішок.

      Випускають три марки романцементу: 2.5 МПа, 5МПа. 10 МПа.

      Застосовують: для приготування будівельних розчинів і бетонів, стінове каміння.

3. Сировиною для виробництва портландцементу є вапняки, крейда, мергелі, відходи виробництва (нефеліновий шланг).

Хімічний склад портландцементного клінкеру:

СаО – 62- 68%, SіО₂ – 20 – 24%, Al₂O₃ – 4 – 9%, Fe₂O₃ – 2 – 4% Na₂O MgO K₂O

Мінералогічний склад пористого клінкеру.

Назва мінералу	Формула	Скорочена запис	Відн.вміст, %
1. Трикальцієвий силікат (аліт) 2. Двокальцієвий силікат (біліт) 3. Трикальцієвий алюмінат 4. Чотирикальцієвий алюмоферит	3СаО · SіО2   2СаО ·SіО2   3СаО · Al2O3 4СаО · Al2O3 · Fe2O3	С3S   С2S   C3A C4 AF	40 – 63   15 – 40   5 – 15 10 - 20

        Розрізняють три способи виробництва портландцементу:

1) мокрий

2) сухий                 70 – 75 СаСО₃

3) комбінований   25 -30 глина

        Піч складається з шести зон:

         І Зона сушіння t = 70 – 200 ºС

         П Зона підігрівання t = 200 – 700 ºС

         Ш Зона кальціювання t = 700 – 1100 ºС

         ІV Зона екзотермії t = 1100 – 1300 ºС

                        

         V Зона спікання t = 1300 – 1450 ºС

                  (трикальцієвий силікат – 3СаО · SіО₂)

         VI Зона охолодження до t = 100 ºС.

        При отриманні цементу з цементного клінкеру додають 1.5 – 3,5 % гіпсу і отримують портландцемент.

        Згідно державному стандарту, який діє на Україні ДСТУ Б.Д. 2.7. 46 – 96, цементи поділяють на 5 типів.

1) портландцемент (з домішками мін. 0 – 5%)

марки: 300, 400, 500, 550, 600.

1) портландцементи з домішками від 6 до 35%

марки: 300, 400, 500, 550, 600.

2) шлакопортландцементи (36 – 85% шлаків) – дешевий.

марки: 300, 400, 500

    4) пуцолановий цемент (21 – 55% мін. домішок)

         марки: 300, 400, 500

     5) композиційний цемент (36 – 80% акт.мін. домішок)

          марки: 300, 400, 500. 

Твердіння портландцементу.

Згідно теорії Байкова розрізняють три основні періоди твердіння

портландцементу.

       І. Розчинення.

       П. Колоїдація (перехід новоутворень у колоїдну систему гель)

Ш. Кристалізація.

Властивості портландцементу.

ρ_іст = 3,1 – 3,15 г/см³, водопотреба 24 – 28%, шлакопортландцемент до 34%

ρ_нас = 1100 – 1300 кг/м³

- строки тужавіння

- рівномірність – середнє значення границі міцності при стиску

      R_ц  =  

- марка цементу (по табл. R_ст., R_виг.) питома поверхня S_уд = 2500 – 3000 см²/г

Спеціальні види цементу.

- швидкотвердіючий портландцемент (ШТЦ) S_уд = 3500 – 4000 см²/г

С₃ + С₃А = 65% СаSО₄ ·2Н₂О до 5% можливо додавати до 10% акт. мінеральних домішок.

- класифікований цемент

до 0,25% пластифіковані добавки (ЛСТ)

НЛК – нейтралізована лігносульфонова кислота до 0,25%

С – 3 до 0,5%

Можливо економити цемент 10 – 25%, на гідратації до 10 – 20%

В/Ц – 0,7 – 0,8

- гідрофобний цемент

(до 0,25%) гідрофобних добавок

від 0,1 – 0,3% - олеїнова кислота ацедол,

 милонафти, ГКЖ – 10, ГКЖ -11, ГКЖ – 94

морозостійкість збільш. до 2 раз.

- пуцолановий цемент

одержують подрібненням цементу клінкера + до 5% гіпсу + 20 -30% акт.мініральних домішок

вулканіч. попіл, пуф, глієжів, опоки та ін. (зола).

- шлакопортландцемент

шлака 21 – 85%

СаSО₄ · 2Н₂О до 5%

Цементний клінкер 10 – 15%

Дешевший в 1,5 рази

- сульфатостійкий портландцемент

С₃S < 50%; С₃А < 5%; С₃А + С₄АF < 22%.

- білий портландцемент

       одержують з чистих вапняків, з чистого кварцового піску, каолінових

глин і чистих різновидів, гіпсу.

       місткість мін. оксидів металів Fe, Мn, Cr

       Мінеральний склад

       С₃S – 35 – 50%

       С₂S – 35 – 50%

       С₃А – 14 – 18%

       С₄АF – 0,9 – 1,4%

- кольорові портландцементи

білий цемент + пігменти Fe₂О₃

- глиноземистий

отримують із бокситів.

СаО · Аl₂О₃

2СаО · Аl₂О₃ · 2SiО₂

швидкотвердіючий, дорогий (2 -2,5 р)

тепловиділення в 1,5 р. більше ніж у портландцементу

марки: 400, 500, 600.

строки тужавіння: початок не раніше 30 хв. кінець – не пізніше 12 год.

 

Бетони.

1. Загальні відомості та класифікація бетонів.

2. Важкі бетони та матеріали для нього.

3. Бетонна суміш і добавки до неї.

4. Проектування складу бетонів.

5. Властивості важкого бетону.

6. Бетони спеціального призначення.

1.

Бетон – це штучний каменоподібний матеріал, результат твердіння

раціонально одібраної суміші в’яжучого заповнювачів, води і у разі потреби спеціальних добавок.

      До затвердіння цю суміш називають бетонка.

      За основним призначенням бетони поділяють на спеціальні.

      За видом в’яжучого бетони бувають: на основі цементних

          вапняних     шлакових       спеціальних

          гіпсових      змішаних        в’яжучих

      За структурою: щільні         

                                    поризовані     крупно пористі

 

      За сер.густиною: особо важкі

                                     важкі

                                     легкі

                                     особо легкі

      За розмірами заповнювача:

- крупнозернисті фр. 10 – 70 до 150 мм (фракції)

- дрібнозернисті фр. До 10 мм.

2.

В’яжучі:

- портландцемент і його різновидності

- шлакопортландцемент

- пуцолановий цемент

- глиноземистий цемент

S_уд = 3000 – 3500 см³/г (питома пловерхня)

Дрібний заповнювач: в якості дрібного заповнювача використовують

піски. Піски бувають природні і штучні.

  Піски бувають: - ярові (гірські)

- річкові

- морські

М_к – модуль крупності.

Фракції піску: М_к = 3 – 3,5 мм

                    М_к = 2,5 – 3 мм (крупний)

                    М_к = 2 – 2,5 мм (середній)

                    М_к = 1,5 – 2 (дрібні)

                    М_к = 1 – 1,5 (дуже дрібні).

Крупний заповнювач: в якості крупного заповнювача використовують

щебінь або гравій.

 

 Гравій: - гірський

         - річний                                

         - морський

 фракції: 5 – 10 мм

           10 -20 мм      

            20 – 40 мм

            40 – 70 мм

              70 - 150 мм

 Вода: питна водопровідна вода може використовуватись для

виготовлення бетонів і розчинів без випробувань.

      рН = 4 – 12

      рН = 7 (нейтр)

3. Проектування складу бетону включає кілька послідовних етапів:

 1. Визначення проектних даних (марка, осадка конуса – рухливість)

Марка R, осадка – Ок (см)

 Ці дані беруть з проектної документації.

        2. Характеристики компонентів.

     1) в’яжучі – різновидність

     2) дрібний заповнювач – різн. піску (річний або ін.)

     3) крупний заповнювач – щебінь або гравій, або ін.

     4) вода – морська або річна або ін.

3. Попередні розрахунок бетону.

      а) визначення цементно-водного відношення В/Ц

           R_b = A R_c  (ц/в ±0,5)    , де А – коеф. якості заповнювача

           Для високоякісних заповнювачів А = 0,65

           для рядових                                А = 0,6

           для зап.зниженої якості            А = 0,55

      б) визначення витрат води.

           Воду визначають з таблиць або графіків.

      в) визначення витрат цементу

                   Ц =       

      г) визначення витрат щебеню і піску

            1) сума абс. об’ємів усіх компонентів 1 м³ бетону - 1000л

            2) пустоти крупн. заповнювача з урахуванням деякого розсунення зерен заповнених цементно- піщаним розчином.

4. Властивості бетонних сумішей:

      - жорсткість (секунди)

     - шарування

        - ущільнення

        1) вібрування

        2) трамбування

        3) пресування

        4) вакуумування

         5) центр обіжний

       Добавки до бетонної суміші:

1. Пластифікуючи (ЛСТ – лігносульфанат технічний)

0,2 – 0,3%

НЛК – нейтралізована лігносульфонова кислота

Суперпластифікатори

 С – 3                 0,5

 дофен               0,2 – 0,25%

       Прискорювачі твердіння

       CaCl₂, NaCl, Al₂(SO₄)₃, NaNO₃, NaNO₂

       противоморозні: вище перечисленні домішки.

       5.

           1) Міцність      Марки бетону (М): 50,75, 100…600

                                      Клас бетону (В): 3,5,5, 7,5 ….50

                 R_ст =

            2) морозостійкість

цикл (F): 30, 50, 75,…,300

  3) усадка

           - вологова (0,3 – 0,7 мм/м)

           - контракційна (0,03 – 0,07 мм/м)

  4) набухання (0,05 – 0,06 мм/м)

  5) водопроникність

       W₂: 2, 4, 6….14

  6) пористість (3 – 5%) П = (1 -  )·100%

          у плотних бетонів (10 -12%)

6. Бетон для дорожніх покриттів

Вимоги до бетону: міцні, міцні при вигині, морозостійкі, нести раючи.

Матеріали: портландцемент і його різновиди. Вимоги до кр. Заповнювача: чистий, максимальна фракція 40 мм, противоморозні добавки до 2%.

    Гідротехнічний бетон

    Морозостійкий, сульфатостійкий, водонепроникний, міцний. Цемент: сульфатостійкий, пуцолановий

    Декоративний бетон (застосування пігментів)

    Цемент: білий портландський. Заповнювачі: кольорові.

    Жаростійкий бетон

     Цемент: портландський, глиноземистий, шлакопортландцемент. Заповнювачі: хроміт, базальт, шамот, андезит, діабаз.

      Радіаційно захисний бетон

     ρ_о = 2600 – 6000 кг/м³ Заповнювачі: барит, залізна руда, лит.стружка, свинцева дріб. Або заповнювачі, які містять велику кількість зв’язної води (виев. Н_г, який поглинає випромінювання гамма проміні).

 

     Легкі бетони та будівельні розчини

1. Класифікація легких бетонів.

2. Бетон на пористих заповнювачах:

   а) матеріали

   б) властивості

3. Крупно пористий бетон:

   а) матеріали

   б) властивості

4. Ніздрюватий бетон

      а) матеріали

      б) властивості

5. Класифікація будівельних розчинів.

6. Властивості будівельних розчинів.

7. Види розчинів.

 

1. Бетони з середньою густиною в сухому стані ρ_о < 1800 кг/м³  

називають легкими.

      За призначенням легкі бетони поділяють на:

- конструкційні (ρ_о = 1400 – 1800 кг/м³)

- конструкційно теплоізоляційні (ρ_о = 500 – 1400 кг/м³)

- теплоізоляційні (ρ_о= до 500 кг/м³)

 За видом в’яжучого легкі бетони поділяють на: на основі цементних,

вапняних, гіпсових, шлакових, полімерних та ін.

      За структурою легкі бетони поділяють на:

- бетони на пористих заповнювачах

- крупно пористий

- ніздрюватий.

2. Матеріали: в’яжучі: портландцемент і його різновид,

шлакопортландцемент, швидкотвердіючий цемент

гіпсові: вапнякові та ін.

заповнювачі: штучні та природні.

- природні – вулканічний туф, пемза, вапняковий туф, вапняк – черепашник, опока та ін.

- штучні – керамзит (здобувають випалюванням попередньо сформованих гранул із спучених глин з добавками чи без; фракція 5- 40 мм; ρ_о = 300 – 800 кг/м³, (ρ_о  = 700 – 900 кг/м³); зольний гравій (зола + палива; властивості аналогічні керамзиту); шутгізит (здобувають випалюванням після подрібнення та поділу за фракціями гірських порід, які містять шунгіт (власно керамзит)); аглопорит (одержують випалюванням на агломераційних установках глинистої сировини з добавкою кам’яного вугілля (8 – 10%)); спучений перліт (здобувають короткочасним випалюванням гірських порід – перетну або обсідиану при t 1000 – 1100 ºС); спучений вермикуліт (збільш в об’ємі в 20 – 25 раз).

Властивості: ρ_о = 300 – 1800, R_ст = В 2,; 5; 7,5; ….30

водонепроникність: W 0,2, 0,4…4, коефіцієнт теплопровідності λ = 0.08 – 0,6 Вт/м

морозостійкість: F 25….> 2000; усадка вологова 1.5 – 2 мм

      3. Крупно пористий бетон утворюється після затвердіння суміші цементу, крупного зап. та води.

      Матеріали: - в’яжучі такі, які використовують для бетонів на пористих заповнювачах.

- заповнювачі: щебінь, гравій і легкі заповнювачі. Нема крупного заповнювача (продуває мий бетон).

Властивості.

Заповнювач	Склад за об’ємом	Витрата цементу кг	ρо кг/м^3	Rст кгс/см^2 МПа	λ Вт/ м ºС
гранітний щебінь котельний шлак керамзитовий гравій	1: 10 1: 20 1: 10 1: 20 1: 10	130 75 130 75 160	1900 1800 1200 1100 750	3 – 5,5 1,5 – 2,0 3,5 – 5,0 1,5 – 3,5 1,0 – 1,5	0,98 0,87 0,4 0,34 0,29

 

Морозостійкість 25 - > 200 циклів для фундаменту;

4. Ніздрюватий бетон.

За способом поризації ніздрюватий бетон поділяють на пінобетон та

газобетон.

      За видом в’яжучого:

 на портландцементі

 на вапняно-кремнеземистому в’яжучому

на гіпсовому в’яжучому

на вапняно - золовому в’яжучому

шлакові

За сер. густиною:

- теплоізоляційні (ρ_о = до 500 кг/м³)

- конструкційно – теплоізоляційні (ρ_о = 500 – 900 кг/м³)

- конструкційні (ρ_о = 900 – 1200 кг/м³)

Заповнювачі: пісок кварцовий

                   пісок шлаковий

                   зола

Піноутворювачі:  СДО (смола деревинна омилена) 0.1 – 0.2% от маси цементу; клеєканіфольне мило, милонафт, морпен, піностром, ОП -6, ГК.

Газо утворювачі: алюмінієва пудра ПАК -3, ПАК – 4; 300 – 5000 т на 1 м³ бетону перекису водороду, залізні опилки + соляна кислота, карбід кальцію.

Характеристики автоклаву:

                                          d =5 м

                                          l – 25 – 50 м

                                          Р = 08 МПа

                                          T – 170 - 200ºС

Властивості газосилікату:

- R_ст = В 0,35 В – 20;

- морозостійкість від 35 до > 100 циклів F 35 …F 100 >

- λ = 0,08 – 0,5 Вт/м ºС

- усадка 0,5 – 0,6 мм/м (автоклавні)

             3 – 5 мм/м (безавтоклавні)

      5. Будівельним розчином називають затверділу суміш в’яжучої речовини

дрібного заповнювача на воді. Суміш вище вказаних компонентів до затвердіння називають розчинною сумішшю.

Класифікація будівельних розчинів:

- за густиною – важкі ρ_о> 1600 кг/м³

                     - легкі ρ_о < 1600 кг/м³

- за видом в’яжучої речовини:

- цементні (портландцемент і його різновиди)

- вапнякові (повітряне та гідравлічне вапно)

- гіпсові (гіпс)

- змішані (цементно-вапняні, вапняно-гіпсові)

- за призначенням:

- мурувальні (кам’яна кладка)

- опоряджувальні

- монтажні

- спеціальні (рентгенозахісні, кислототривкі і т.п.)

- густина

6. Важкі розчини мають Р> 1600 кг/м³, а легкі < 1600 кг/м³

- міцність

R_ст = 0,25 · R_ц (Ц/В – 0,4)

R_ст = К · R_ц (Ц – 0,05) + 4

К – коеф. якості піску

К = 0,6 – 0,7 (дрібнозернистий)

К = 0,8     (середній)

К = 1        (крупний)

R_ц – активність цементу

Ц – витрата цементу на 1 м³

- марки розчинів: М4; М10; М25; М50; М75… М300

- рухливість

Визначають за допомогою конуса строй ЦНИЛа

- морозостійкість

М25 ….М300 >циклів

7. кладочці (мурувальні) розчини бувають:

- цементні

- вапняні

- глинисті

- змішані

Цементні розчини використовують там, де вологість > 60%, а вапняні і

глинисті - < 60%.

      Рухливість

      цегляна кладка з рухливістю 6 – 8 см.

      бутова кладка – 5 – 6 см.

      Опоряджувальні розчини

- цементні

- вапняні

- змішані

- гіпсові

Рухливість: механічний спосіб 5 – 6 см, ручним – 9 – 12 см з добавкою гіпсу > 12 см.