Схватывание и твердение портландцемента

При смешивании портландцемента с водой образуется пла­стичное, легко формуемое тесто (гель), постепенно загустеваю­щее (схватывающееся) и переходящее в камневидное состояние.

Процесс твердения цемента в соответствии с теорией тверде­ния вяжущих, разработанной академиком А. А. Байковым, ус­ловно разделяется на три периода: подготовительный, коллоидации и кристаллизации.

В подготовительном периоде частицы цемента смачиваются водой и растворяются с поверхности; со временем образуется насыщенный раствор. В этот период, длившийся 1…3 ч, цемент­ное тесто пластично и легко поддается формованию. Основные минералы клинкера в растворе с водой гидратируются по следующим уравнениям:

ЗСаО • SiO2 + 5Н2О = 2СаО • SiO2 • 4Н2О + Са(ОН)2;

2СаО • SiO2 + 4Н2О = 2СаО • SiO2 • 4Н2О;

ЗСаО • Аl2О3 + 6Н2О= 3СаО • Аl2О3 • 6Н2О;

4СаО • Аl2О3 • Fе2О3 + nН2О = 4СаО • Аl2О3 • Fе2О3 • nН2О.

В период коллоидации концентрация гидратных новообразо­ваний в растворе возрастает. Образующиеся соединения (ново­образования) отличаются меньшей растворимостью, чем мине­ралы клинкера. Поэтому раствор, насыщенный по отношению к исходным соединениям, является пересыщенным по отношению к новообразованиям. Гидратные новообразования в виде мель­чайших коллоидных частичек — субмикрокристаллов — выделя­ются из раствора, образуя цементный гель.

Возникновение большого количества геля приводит к загустеванию цементного теста, которое утрачивает пластичность, Момент загустевания (схватывания) цементного теста наступа­ет через 3…5 ч после затворения цемента водой. Прочность за­густевшего теста в этот период еще невелика.

Период кристаллизации характеризуется дальнейшей гидра­тацией цемента. Гель постепенно преобразуется в кристалличе­ские сростки. Формируется конденсационно-кристаллизационная структура цементного камня с химическими связями между частицами. Цементный гель теряет значительное количество воды, и наступает конец схватывания. Число и площадь поверх­ности контактов в кристаллах новообразований увеличиваются, что приводит к заметному росту прочности цементного камня. Структура теряет способность тиксотропно разжижаться и вос­станавливаться после снятия механического воздействия.

 

Температура оказывает очень большое влияние на твердение портландцемента. При температурах от 0 до 8СС происходит значительное (в 2—3 раза) по сравнению с твердением при обычных температурах замедление этих процессов, а ниже 0°С они почти полностью прекращаются. Повышение же температуры твердеющих растворов и бетонов сопровождается большим ускорением роста прочности. Оно становится достаточно заметным уже при температуре бетонных смесей 30 — 40 °С при их твердении в теплые периоды года. В больших же массивах эти температуры могут держаться и в холодное время.

Сроки схватывания цементного теста нормальной густоты определяют на приборе Вика по глубине проникания иглы. Начало схватывания должно наступать не ранее чем через 45 мин, конец схватывания — не позднее 10 ч от начала затворения. Эти показатели определяют при температуре 20 ±2 °С. Схватывание портландцемента обычно наступает через 1…2 ч, а заканчивает­ся — через 4…6 ч. На сроки схватывания портландцемента влия­ют его минералогический состав, тонкость помола, температура теста, содержание воды и другие факторы.

36. Примеры других гидравлических вяжущих (цементов) и области их применения.

Глиноземистый цемент. Высокопрочное вяжущее вещество быстротвердеющее на воздухе и в воде, которое получают путем обжига, до состояния плавления или спекания смеси материалов, богатые окисью кальция и глиноземом. Клинкер в отличие от портландцемента содержит преимущественно низко-основные алюминаты кальция.

Свойства:

· высокая прочность;

· короткие сроки твердения;

· стойкость к агрессивным веществам;

· огнеупорность;

· отличное сцепление с арматурой;

Столь высокие показатели оправдывают применение глиноземистого цемента, даже, несмотря на то, что он в 3-4 раза по цене превосходит обычные цементы.

Применение:

· при возведении военно-транспортных и оборонительных сооружений;

· при восстановлении разрушенных военно-транспортных сооружений,

· автомагистралей, мостов, искусственных сооружений (когда времени в обрез);

· при возведении сооружений, которые периодически подвергаются действию приливов и отливов - это могут быть набережные, порты, плотины и т.д.;

· для зимних бетонных и железобетонных работ, а также для работ при низких температурах;

· для быстрого возведения фундамента под машину, для проведения срочных ремонтно-монтажных работ;

· при возведении бетонных и железобетонных сооружений, которые находятся в минерализованных водах;

· и в прочих срочных случаях в строительной практике (ликвидация аварии конструкций, ремонт после пожаров и т. д.).

 

Изменение свойств минеральных вяжущих с помощью различных добавок.

Коррозия металлических конструкций. Виды. Протекаемые процессы.

Коррозия – это разрушение металлических, керамических, деревянных и других материалов в результате химического или физико-химического взаимодействия.

Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.

основные виды коррозии. Условно их можно поделить на следующие группы:

· Химическая коррозия – процесс взаимодействия с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислителя проходят в одном акте. Металл и окислитель не разделены пространственно.

· Электрохимическая коррозия – процесс взаимодействия металла с раствором электролита. Ионизация атомов и восстановление окислителя проходят в разных актах, однако скорость во многом зависит от электродного потенциала.

· Газовая коррозия – химическое ржавление металла при минимальном содержании влаги (не более 0,1 процента) и/или высоких температурах в газовой среде. Чаще всего данный вид встречается в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

 

Методы защита металлических конструкций от коррозии.

Легирование

 

Этим способом является получение сплавов, которое называется легирование. В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др.

 

Защитные пленки

 

Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами, поэтому они препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов.

Опыт показывает, что срок службы лакокрасочных покрытий в этих условиях невелик. Намного практичнее оказалось применять толстослойные покрытия из каменноугольной смолы (битума).

В некоторых случаях пигменты красок выполняют также роль ингибиторов коррозии (об ингибиторах будет сказано далее). К числу таких пигментов относятся хроматы стронция, свинца и цинка (SrCrO4, PbCrO4, ZnCrO4).

 

Грунтовки и фосфатирование

 

Часто под лакокрасочный слой наносят грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионноактивной. Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, наиболее эффективным признан свинцовый сурик Pb3O4-.

 

Для фосфатирования поверхности стальных изделий разработано несколько различных препаратов. Большинство из них состоят из смеси фосфатов марганца и железа.. Процесс фосфатирования длится 40-60 минут. Для его ускорения в раствор вводят 50-70 г/л нитрата цинка. В этом случае время сокращается в 10-12 раз.

 

Электрохимическая защита

 

В производственных условиях используют также электрохимический способ — обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка при плотности тока 4 А/дм2 и напряжении 20 В и при температуре 60-700 С. Преимущественно их используют как основу под окраску, обеспечивающую хорошее сцепление краски с металлом. Кроме того, фосфатный слой уменьшает коррозионные разрушения при образовании царапин или других дефектов.

 

Силикатные покрытия

 

Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали, коэффициент теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Их компонентами являются SiO2 (основная масса), B2O3, Na2O, PbO. Кроме того, вводят вспомогательные материалы: окислители органических примесей, оксиды, способствующие сцеплению эмали с эмалируемой поверхностью, глушители, красители. Эмалирующий материал получают сплавлением исходных компонентов, измельчением в порошок и добавлением 6-10% глины. Эмалевые покрытия в основном наносят на сталь, а также на чугун, медь, латунь и алюминий.

 

Цементные покрытия

 

Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, — высокая чувствительность к механическим ударам.

 

Покрытие металлами

 

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами:

 

-горячее покрытие — кратковременное погружение в ванну с расплавленным металлом;

-гальваническое покрытие — электроосаждение из водных растворов электролитов;

-металлизация — напыление;

-диффузионное покрытие — обработка порошками при повышенной температуре в специальном барабане;

-с помощью газофазной реакции, например:

 

3CrCl2 + 2Fe 1000 ` C 2FeCl3 + 3Cr (в расплаве с железом).