Расширяющиеся и безусадочные цементы

 

Бетоны на основе всех ранее рассмотренных гидравлических вяжущих при твердении на воздухе уменьшаются в объеме, т.е. их твердение вызывает усадку – крайне негативное явление, сказывающееся на качестве готовых конструкций.

Объемные усадочные деформации – одна из главных причин появления в бетоне трещин, что снижает долговечность инженерных сооружений. В связи с этим стали применять новые виды цементов, процесс твердения которых в начальный период сопровождается либо увеличением объема цементного камня (это так называемые «расширяющиеся» цементы), либо в процессе твердения увеличивающийся объем лишь компенсирует усадку цемента (тогда такие цементы относятся к «безусадочным»).

Суть этих явлений заключается в следующем. При гидратации всех минеральных вяжущих их абсолютный объем вследствие химической контракции уменьшается. В случае же применения расширяющегося цемента его объем при затворении водой увеличивается. Такое «неожиданное» увеличение объема может происходить только при условии соблюдения следующего неравенства:

(4.10)

где Ц – масса цемента, г;

В – масса воды, г;

Ц₁ – масса цемента, не вступившего в реакцию с водой, г;

В₁ – масса воды, не вступившей в реакцию с цементом, г;

r_ц – плотность цемента, г/см³;

r_г – средняя плотность продуктов гидратации цемента, г/см³;

a – объем пор цементного камня, см³.

Из приведенного неравенства следует, что расширение цементного камня должно сопровождаться увеличением объема пор вследствие «раздвижки» гидратирующих цементных зерен, что и учитывается увеличивающимся объемом пор цементного камня (a). По мнению П.П.Будникова и И.В.Кравченко, такая раздвижка вызывается значительным кристаллизационным давлением растущих кристаллов «цементной бациллы» – гидросульфоаллюминатом кальция (3СаОАℓ₂О₃×3СаSO×31H₂O).

Известно, что необходимый компонент «бациллы» – гидроалюминаты кальция (3СаОАℓ₂О₃×6H₂O) – образуются при твердении глиноземистого цемента. Поэтому расширяющиеся и безусадочные цементы в своем составе обязательно содержат глиноземистый цемент. Другим «стандартным» компонентом является двуводный гипс. Остальные компоненты состава расширяющегося цемента могут быть представлены портландцементным клинкером или другими активными минеральными добавками. Название расширяющегося цемента зависит от его состава (табл. 4.5):

- гисоглиноземистый цемент;

- быстросхватывающийся расширяющийся портландцемент;

- водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ);

- напрягающий цемент.

 

Таблица 4.5 – Виды расширяющегося цемента и их параметры

 

Цемент	Состав	Линейное расширение	Прочность, МПа
основные компоненты	специальные компоненты
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент	Глиноземистый цемент 70 %, двуводный гипс 30 %	-	1 сут – 0,15 %; 28 сут – 0,3…1 %	R3 сут
Быстросхватывающийся расширяющийся портландцемент	Портландцементный клинкер 69…75 %, полуводный гипс 9…11 %	Сульфоалю-минатный продукт (С4АН12) 16…20 %
Водонепроницаемый расширяющийся цемент	Цементный клинкер 60…65 %, двуводный гипс 7…10 %, активная минеральная добавка 20…25 %	Высокоглино-земистые доменные шлаки 5…7 %	1 сут – 0,15 %; 28 сут – 0,3…1 %	R28 сут 40, 50,
Нпрягающий цемент	Портландцемент 65…75 %, двуводный гипс 10…16 %	Глиноземистый цемент 13…20 %	До 4 %	R28 сут 40,

 

Наибольшее применение нашли: гипсоглиноземистый расширяющийся цемент, расширяющийся портландцемент и напрягающий цемент.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент – быстродействующее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким помолом высокоглиноземистых доменных шлаков (70 %) и природного двуводного гипса (30 %) или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно.

Начало схватывания должно наступать не ранее 20 мин, а конец – не позднее 4 ч от начала затворения.

Гипсоглиноземистый цемент расширяется только при твердении в воде; при твердении на воздухе он является безусадочным.

Предел прочности при сжатии через 1 сут твердения должен быть 35 МПа (марка 400) и 50 МПа (для марки 500). Марки цемента соответствуют трехдневному возрасту. Применяют для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, для гидроизоляционных штукатурных работ, для укрепления скважин и др.

Расширяющийся портландцемент – быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким помолом портландцементного клинкера, высокоглиноземистого шлака, двуводного гипса и доменного гранулированного шлака.

Цементный камень на расширяющемся портландцементе в начальный период твердения увеличивается в объеме на 0,3…1,2 %, в связи с чем бетоны и растворы на этом вяжущем обладают большей водопроницаемостью по сравнению с бетонами на обычном цементе.

Бетоны на таком цементе позволяют сокращать сроки их пропаривании для получения проектной отпускной прочности.

Расширяющийся портландцемент применяют для изготовления бетонов и растворов при заделке стыков и омоноличивания железобетонных конструкций.

Напрягающий цемент (НЦ) – быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера (65…70 %), двуводного гипса (8…15 %) и высокоглиноземистого компонента (10…20 %). Тонкость помола не менее 4000 см²/г. Срок схватывания не ранее 30 мин, конец – не позднее 4ч. Характеризуется повышенными показателями водо- и газонепроницаемости, морозостойкости, прочности при растяжении и изгибе. Обладает способностью к значительному расширению (до 3,5…4 %) при твердении.

В железобетоне НЦ создает после отвердевания в арматуре предварительное напряжение, что используется при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций. Этот вид цемента используют также для гидроизоляции шахт, подвалов, зачеканки швов, для строительства дорожных и аэродромных цементобетонных покрытий. Марки цемента 400 и 500.