Структура и свойства цементного камня.

Долговечность цементного камня - это способность цементного камня (т.е. застывшего цементного раствора) сохранять достаточный уровень строительно-технических и механических свойств при продолжительной эксплуатации.

Морозостойкость - способность цементного камня, находящегося в состоянии насыщенности водой, противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию.

Усадка - это естественное свойство цементного камня, выражающееся в уменьшении его объема и массы.

Модель структуры цементного камня можно упрощённо представить как состоящую из трёх составляющих: непрореагировавших с водой полиминеральных частиц клинкера, продуктов гидратации цементных минералов - цементного геля (CSH-геля) и пор разного размера: пор геля и капиллярных пор, а также контракционных пор, образовавшихся из-за уменьшения суммарного объёма твердеющей системы: цемент-вода. Структура цементного камня включает также воздушные поры (пустоты), образовавшиеся при перемешивании цементного теста.

 

Характеристика состава и свойства портландцемента.

К основным минералам клинкера относятся алит и белит (силикаты кальция), а также трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция (алюминаты кальция). Каждый из них можно синтезировать отдельно, что дает возможность сопоставлять свойства минералов.

Алит — основной минерал клинкера. Его химическая формула ЗСаО • Si02, сокращенно C3S* Алита в клинкере содержится 45...60%, т.е. больше, чем любого другого минерала. Алит отличается быстротой твердения и большой прочностью.

Белит — второй по значению клинкерный минерал. Состав белита выражается формулой 2СаО • Si02, сокращенно C2S. Содержание его в клинкере 20...30%. Белит медленно твердеет, но при благоприятных условиях может в длительные сроки образовывать с водой весьма прочные соединения.

Трехкалъциевого алюмината ЗСаО • А1203 (С3А) содержится в клинкере 4..: 12%. Отличается чрезвычайно быстрым схватыванием и твердением, но дает небольшую прочность.

Четырехкальциевого алюмоферрита 4СаО-А1203 • Fe203 (C4AF) содержится в клинкере 10...20%. По скорости гидратации он уступает алиту, но превосходит белит, прочность же его незначительна.

•Принято сокращенное написание формул химических соединений: СаО-С SiOa-S, А12Оэ-А, Fe203-F.

 

Свойства портландцемента.

К свойствам портландцемента относят - плотность и объёмную насыпную массу, тонкость помола, сроки схватывания, равномерность изменения объёма цементного теста и прочность затвердевшего цементного раствора.

Тонкость помола характеризует степень измельчения цемента просеиванием через сита. Тонкость помола влияет на прочность цементного камня. Чем более тонко измельчён цемент, тем выше прочность цементного камня. В соответствии с требованиями тонкость помола должна быть такой, чтобы через сито №008 проходло не менее 85% от всей навески портландцемента. Удельная поверхность обычного портландцемента находится в пределах 2000-3000 см2/г и 3000-5000 см2/г - быстротвердеющих и высокопрочных цементов.

Сроки схватывания цементного теста (цемент + вода) зависят от тонкости помола, минерального состава и водопотребности цемента. При этом водопотребность характеризуется количеством воды в процентах от массы цемента, необходимой для получения теста нормальной густоты 24-28%. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 минут, а конец не позднее 12 часов. За начало схватывания принимают время, прошедшее от начала затворения цемента водой до начала загустевания цементного теста: а за конец - время от начала затворения теста до полной потери им пластичности. С повышением температуры схватывания цементного теста ускоряется, с понижением - замедляется. После схватывания, следует продолжительный процесс превращения цементного теста в цементный камень.

 

Специальные виды цемента.

- Белый цемент. Основное использование БЦ - изготовление строительных сухих смесей. По многим параметрам обгоняет обычный портландцемент: ускоренный набор прочности, повышенная стойкость к атмосферным воздействиям. ЖБИ из белого цемента - не темнеют, не выгорают, не желтеют от времени.

- Быстротвердеющий цемент. Включают в свой состав активные минеральные добавки, пользуются более низким спросом. Причина тому - более медленный темп схватывания добавочного цемента.

- Расширяющийся цемент РЦ получают из глиноземистого цемента и гипса. Отличается от остальных видов расширением при твердении. Почти все остальные виды дают усадку.

- Водонепроницаемый безусадочный цемент. Применяется при: гидроизоляции монолитных конструкций, заделке швов между железобетонными элементами, герметизации различных стыков, сооружении водонепроницаемых бетонных емкостей для хранения различных жидкостей.

- Гидрофобный цемент. Цемент с введеним специальных добавок, повышающих его стойкость к хранению и транспортировке во влажной среде.

- Глиноземистый цемент. Быстрее набирает прочность: до 50% за сутки. Процесс твердения сопровождается большим количеством тепла, что может быть актуально при зимнем бетонировании.

- Портландцемент. Самый распространённый и используемый вид. Наверно 99% цемента, используемого в строительствеэто - портландцемент ПЦ.

- Пуццолановый цемент. Потрландцемент с введением добавок, содержащих тонкоизмельчённый активный кремнезём. Отличается увеличенным временем схватывания и пониженным тепловыделением. Теплопроводность то у бетона маленькая.

- Цветной цемент. Получают введением в состав окрашивающих пигментов из белого цементного клинкера Основное предназначение ЦЦ - получение декоративных ЖБИ, не требующих дальнейшей обработки.

Виды коррозии портландцемента и меры защиты от неё.

Возможны следующие виды коррозии:

1. связанная с выщелачиванием растворимых частей цементного камня (агрессивность выщелачивания);

2. вызываемая обменными реакциями между цементным камнем й агрессивной жидкой средой, в результате образуются легко растворимые соединения не обладающие вяжущими свойствами (агрессивность углекислая, общекислотная и магнезиальная);

3. обусловливаемая развитием и накоплением в цементном камне малорастворимых кристаллизующихся солей (агрессивность сульфатная).

Выщелачивание при действии пресных вод, характеризующихся малой жесткостью, происходит из-за растворения гидроксида кальция. Вода насыщается известью, если содержание СаО будет ниже 1,08 г/л воды. Это вызывает разложение гидроалюмината кальция, что приводит к образованию гидроксида кальция и к его растворению под действием вод, омывающих бетонную конструкцию.

Общекислотная агрессия возникает обычно при действии на бетон речных вод, сильно загрязненных промышленными сточными водами. Скорость коррозии бетона зависит от кислотного аниона. Кислые воды растворяют и разрыхляют, в первую очередь, поверхностные карбонизированные слои цементного бетона.

Чтобы повысить стойкость цементов по отношению к действию мягких, кислых и минерализованных вод, подбирают соответствующеий минералогическому составу портландцемент, что выражается, например, в значительном снижении, в случае сульфатной агрессии, содержания трехкальциевого алюмината и в некотором снижении содержания трехкальциевого силиката.

Гипсовые вяжущие вещества.

Сырьем для гипсовых вяжущих веществ служат сульфатные горные породы, содержащие преимущественно минерал двуводный гипс. При тепловой обработке природный гипс постепенно теряет часть химически связанной воды, а при температуре от 110 до 180°С становится полуводным гипсом. После тонкого измельчения этого продукта обжига получают гипсовое вяжущее вещество.

Гипсовые вяжущие вещества условно разделяют на строительный, формовочный и высокопрочный гипсы. Гипс строительный является продуктом обжига тонкоизмельченного двуводного гипса. На отдельных заводах после обжига гипс подвергают вторичному помолу. Гипс формовочный состоит из полугидрата сульфата кальция, отличаясь от гипса строительного большей тонкостью помола.

Гипс высокопрочный является продуктом тонкого помола а-полугидрата, получаемого в результате тепловой обработки в условиях, в которых вода из гипса выделяется в капельно-жидком состоянии.

Отличительной особенностью гипсовых вяжущих веществ является низкий срок схватывания, что вызывает определенное неудобство при производстве строительных работ. По срокам схватывания они разделяются на быстро-, нормально- и медленнотвердеющие. Для продления сроков схватывания в гипсовое тесто нередко вводят добавки-замедлители, например кератиновый клей, сульфитно-дрожжевую бражку и др. Они адсорбируются частицами гипса, что затрудняет их растворение и начало схватывания.

 

Строительные растворы.

Строительным раствором называют материал, получаемый в результате затвердевания смеси вяжущего вещества (цемент), мелкого заполнителя (песок), затворителя (вода) и в необходимых случаях специальных добавок. Эту смесь до начала затвердевания называют растворной смесью. Сухая растворная смесь - это смесь сухих компонентов - вяжущего, заполнителя и добавок, дозированных и перемешанных на заводе, - затворяемая водой перед употреблением. Вяжущее в растворе обволакивает частички заполнителя, уменьшая трение между ними, в результате чего растворная смесь приобретает необходимую для работы подвижность. В процессе твердения вяжущий материал прочно связывает между собой отдельные частицы заполнителя. В качестве вяжущего используют цемент, глину, гипс, известь или их смеси, а в качестве заполнителя — песок.

По виду применяемого вяжущего вещества строительные растворы бывают простые с использованием одного вяжущего (цемент, известь, гипс и др.) и сложные с использованием смешанных вяжущих (цементно-известковые, известково-гипсовые, известково-зольные и др.). По плотности строительные растворы подразделяют на тяжелые - средней плотностью в сухом состоянии 1500 кг/м3 и более, приготовляемые на обычном песке, и легкие - средней плотностью до 1500 кг/м3, которые приготовляют на легком пористом песке из пемзы, туфа, керамзита и др. По назначению строительные растворы бывают кладочные (для каменной обычной и огнеупорной кладки, монтажа стен из крупноразмерных элементов), отделочные (для оштукатуривания помещений, нанесения декоративных слоев на стеновые блоки и панели), специальные, обладающие особыми свойствами (гидроизоляционные, акустические, рентгенозащитные).