2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Структура цементного камня

Структура цементного камня

Новости

Структура цементного камня в значительной степени определяется механизмом его гидратации. В результате взаимодействия цемента с водой образуются «внутренние» продукты гидратации в пространстве, первоначально занятом цементными зернами, и «внешние» продукты гидратации, заполняющие пространство, первоначально занятое водой.

Количество внутреннего гидросиликата кальция намного больше, чем внешнего С—S—Н. Внутренний гидросиликат получается в результате топохимической гидратации алита и белита, т. е. путем непосредственного присоединения воды к твердой фазе. Внутренний гидросиликат имеет тонкую и плотную структуру; отношение CaO/SiO2 может быть от 0,5 до больших величин по Тейлору.

Внешние продукты гидратации образуются через растворение вне зерен цемента и состоят из небольшого количества внешнего гидросиликата, крупных кристаллов Са(ОН)2 и эттрингита. Частицы геля гидросиликата (сг аллиты) представляют собой субмикрокристаллические тонкие пластинки (фольгу) из двух-трех структурных слоев; толщина каждого слоя примерно 0,6 нм, диаметр частицы менее 10 нм. Следовательно, твердая фаза в гидратированном цементе находится в тонкодисперсном состоянии. Удельная поверхность портландцемента составляет 0,3—0,45 м2/г; в процессе гидратации удельная поверхность твердой фазы возрастает в 100—200 раз. Например, удельная поверхность цементного камня, изготовленного с водоцементным отношением 0,6, после 512 сут твердения при 100 %-ной влажности была равна 782 м2/г (при гидратации 91 % цемента).

В. Н. Юнг ввел представление о цементном камне как «микробетоне», состоящем из гелевых и кристаллических продуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Основная масса новообразований при взаимодействий цемента с водой получается в виде гелевидной массы, состоящей в основном из субмикрокристаллических частичек гидросиликата кальция. Гелеподобная масса пронизана относительно крупными кристаллами Са(ОН)2. Такое своеобразное «комбинированное» строение предопределяет специфические свойства цементного камня, резко отличающиеся от свойств других материалов: металлов, стекла, гранита и т. п. Например, с наличием гелевой составляющей связана усадка цементного камня при твердении на воздухе и набухание в воде, особенности работы под нагрузкой и другие свойства.

Цементный камень включает: 1) продукты, гидратации цемента: а) гель гидросиликата кальция и другие новообразования1, обладающие свойствами коллоидов; б) относительно крупные кристаллы Са(ОН)2 и эттрингита; 2) непрореагировазшие зерна клинкера, содержание которых уменьшается по мере гидратации цемента; 3) поры: а) поры геля (менее 0,1 мкм); б) капиллярные поры (от 0,1 до 10 мкм), расположенные между агрегатами частиц геля; в) воздушные поры (от 50 мкм до 2 мм), заполненные воздухом, засосанным вследствие вакуума, вызванного контракцией, либо вовлеченным при добавлении специальных воздухозовлекающих веществ, повышающих морозостойкость.

Классификация пор геля по размерам дана Р. Кондо и М. Даймоном (размер пор в данной классификации характеризуется половиной гидравлического радиуса): 1) очень мелкие поры, пронизывающие частицы геля: межкристаллитные размером менее 0,6 нм, а внутрикристаллитные до 16 нм; 2) более крупные поры между частицами геля — до 0,1 мкм. Все эти поры структурно присущи цементному гелю, т. е. в геле всегда есть поры, поскольку он является дисперсной системой, состоящей из частиц коллоидного уровня и их агрегатов, разделенных поровым пространством. В зависимости от состава цемента, начального количества воды и технологии пористость геля может составлять 28—40 % объема геля, причем около 1/4-1/3 пористости (т. е. 7—12 %) приходится на долю контракционного объема. Пористая структура геля как самого важного продукта гидратации цемента оказывает влияние на механические свойства, проницаемость и морозостойкость цементного камня; при этом следует учитывать особые физические свойства пор геля, обусловленные их малыми размерами.

Контракция (стяжение) — это явление уменьшения абсолютного объема системы .(цемент + вода) в процессе гидратации. Для примера рассмотрим систему:

ЗСаО- А12О3 + 6Н2О = ЗСаО-А12О3-6Н2О.

Абсолютный объем реагирующих веществ — СзА и воды — составит 196,97 см3, а объем гидроалюмината только 150,11 см3. Следовательно, контракция в данном примере составила 46,86 см3. Поскольку контракция почти не уменьшает внешний объем системы, ее следствием является образование в гидратированном цементе контракционного объема. В цементном камне и бетоне возникает вакуум, под влиянием которого эти поры заполняются водой или воздухом в зависимости от среды, в которой твердеет цементное тесто. Контракция для обычных портландцементов, затворенных водой после 28 сут твердения составляет 6—8 л на 100 кг цемента, т. е. в 1 м3 бетона с расходом вяжущего 300 кг/м3 контракционный объем занимает 18—24 л.

Каждому минералу цемента свойственна контракция; она начинается после его смешения с водой и достигает максимума при полной гидратации. Самая большая контракция происходит при гидратации трехкальциевого алюмината (более 15 %); она может быть причиной внутренних напряжений в цементном камне. Двуводный гипс, добавляемый при помоле клинкера, выравнивает контракцию, так как в химической реакции образования эттрингита из СзА, гипса и воды контракция составляет лишь 6,14 %.

Поры геля представляют собой микропоры менее 0,1 мкм. Вода, заполняющая поры геля (сокращенно «вода геля»), имеет с твердой фазой физико-химическую связь, так как адсорбционный полимолекулярный слой воды имеет толщину до 0,15 мкм. Вода геля замерзает при низкой температуре (по некоторым данным при —78 °С) и не переходит в лед даже при сильных морозах. Следовательно, поры геля не сказываются отрицательно на морозостойкости цементного камня и бетона. Вода, адсорбированная в порах, уменьшает живое сечение и без того малых гелевых пор, поэтому водопроницаемость цементного геля весьма мала. Часть воды затворения, не уместившейся в порах геля, располагается вне геля и образует капиллярные поры. Капиллярные поры имеют больший эффективный диаметр, чем поры геля, и доступны для воды при обычных условиях насыщения. При значительном объеме капиллярных пор, пронизывающих цементный камень, бетон имеет низкую морозостойкость и большую проницаемость, плохо сопротивляется химической коррозии и не защищает надежно стальную арматуру.

Вода является активным элементом структуры цементного камня, участвующим в образовании гидратных соединений и формировании пор. Пористость цементного камня зависит не только от начального водоцементного отношения, но и от форм связи воды с твердой фазой.

Согласно классификации П. А. Ребиндера, построенной по принципу интенсивности энергии связи, выделяют три формы связи воды в цементном камне: химическая связь является наиболее сильной. Химически связанная вода удаляется при прокаливании. Количество химически связанной воды обычно выражают в % или долях от массы цемента; физико-химическая связь характерна для адсорбционно связанной воды, находящейся в порах цементного геля; связь эта нарушается при высушивании; физико-механическая связь — в данном случае капиллярное давление — обусловливает удержание воды в капиллярных порах цементного камня. Адсорбционно связанная и капиллярная вода, удаляемая при высушивании, называется еще испаряемой. Потери при прокаливании высушенной пробы цементного камня определяют химически связанную (неиспаряемую) воду.

В порах цементного камня обычно присутствует жидкая фаза, которая представляет собой водные растворы щелочей, прежде всего Са(ОН)2. Это обусловливает отсутствие коррозии стальной арматуры в цементном бетоне при достаточной концентрации раствора Са(ОН)2 вследствие «пассивирующего» действия щелочи по отношению к стали.

Жароупорный бетон на портландцементе с добавками

В процессе твердения вяжущего вещества различает три периода:

1) период растворения, или подготовительный период, характеризующийся растворением весьма малой части вяжущего вещества, химически прореагировавшей с водой и растворившейся до образования насыщенного раствора;

2) период коллоидации, или схватывания, особенностью которого является высокая степень раздробления тонкомолотых частиц с превращением их в коллоидные частицы и образованием своеобpазного минерального клея;

Читать еще:  Цоколь тротуарная плитка

3) период кристаллизации, или твердения, характеризующийся переходом вяжущего вещества из менее устойчивого и более растворимого коллоидно-дисперсного состояния в более устойчивое и менее растворимое кристаллическое состояние.

В свете представлений о структурообразовании, общую схему твердения вяжущих веществ, (растворение — коллоидация — кристаллизация), между стадиями коллоидации и кристаллизации может быть введена промежуточная стадия — кристализации структурообразование. Причем коагуляционная прочность есть не что иное, как прочность схватывания. Иными словами, процесс схватывания представляет собой коагуляционное структурообразование, на основе которого развивается последующее твердение, вызываемое перекристаллизацией коллоидных (коагуляционно-структурировапных) систем.

У продуктов гидратации трехкальциевото силиката и у продуктов гидратации двухкальциевого силиката отчетливо видны одинаковые кристаллики пластинчатой формы, которые склонны к образованию устойчивых кристаллических агрегатов. После поглощения воды кристаллический сросток разрушается по плоскостям наименьшего сопротивления. Плоские обломки первоначального кристаллического сростка накапливаются в воде, сцепляются друг с другом, образуют цепочечные структуры и кладут начало твердению цемента. Со временем количество кристаллов гидрата двухкальциевого силиката увеличивается и благодаря удалению части воды связи между ними упрочняются. Увеличение сцепления между мельчайшими плоскими кристалликами гидрата двухкальциевого силиката приводит к росту -прочности затвердевшего цемента.

Структуре цементного камня рассматривается как кристаллический сросток, образуемый при гидролизе трехкальциевото силиката и четырехкальциевого алюмоферрита из отщепляемого гидрата окиси кальция, а также при гидратации трехкальциевого алюмината, кристаллизующегося изоморфно. Межкристаллическое пространство заполняется гелевой составляющей, получаемой при гидратации двухкальциевого силиката и частично однокальциевого феррита.

Со структурной точки зрения затвердевший цементный камень представляет собой микроскопически неоднородную систему, состоящую из кристаллических и коллоидных образований (переходящих затем в микрокристаллические агрегаты), не затронутых еще водой ядер цементных зерен, пленок воды и воздуха. Такая точка зрения на структуру цементного камня позволяет найти новые пути в изыскании специальных свойств ( жароупорных) затвердевшего цемента.

Помимо указанных процессов, на наружных поверхностях идет ещё процесс карбонизации гидрата окиси кальция под влиянием угликислоты воздуха с образованием при этом углекислого кальция

Рассматривая структуру цементного камня, необходимо обратить внимание на одно существенное обстоятельство, влияющее на формирование затвердевшего цемента — уменьшение абсолютного объема в системе цемент—вода при твердении. Уменьшение объема этой системы не сопровождается сокращением внешнего объема,следовательно, в результате контракции в цементном камне образуется система пор и каналов. Это понижает плотность бетона и степень его непроницаемости.

Большое влияние на структуру цементного камня оказывает также количество воды, взятой для затвердения. Известно, что в гидратированном портландцементе химически связана лишь часть воды, употребленной при затворении, значительная же часть воды находится в свободном или полусвободном состоянии.

Некоторые исследователи принимают за химически связанную ту воду, которая остается в цементном камне после сушки его до 110°. Часть воды адсорбируется на поверхностях гелей. Она не входит в химически соединения и не может быть удалена обычным высушиванием при 110°. Ее рассматривают как полусвободную в отличие от химически связанной и свободной, удаляемой нагреванием при 110°.

В действительности существующая терминология и классификация воды по степени связанности с цементом в научном отношении страдают серьезными недостатками. Границы между химическим и физическим состоянием связываемой воды условны.

а) в первый период твердения быстрогидратирующиеся клинкерные минералы интенсивнее связывают воду, чем медленногидратирующиеся;

б) скорость гидратации синтезированных цементов выше, чем отдельных клинкерных минералов, за исключением гидратации алюминатов в начальные сроки;

в) наблюдающаяся в начальные сроки большая разница в скорости гидратации синтезированных цементов разного минералогического состава со временем сглаживается.

Таким образам, можно считать установленным, что к 28-дневному возрасту твердения в нормальных условиях портландцемент среднего минералогического состава связывает примерно 15% воды, к 3 месяцам — 20% и при полной гидратации — около 25% по отношению к весу сухого цемента. Как правило, с повышением температуры присоединение воды цементом ускоряется, а с понижением, наоборот, замедляется.

Вводимое для затворения цемента избыточное количество воды, раздвигая частицы цемента с оболочками из продуктов гидратации, образует прослойки и скопления в толще цементного камня. На продолжающиеся процессы гидратации и высыхание постепенно расходуется вода и в цементном камне остаются пустоты, каналы и отдельные замкнутые поры. Такие пустоты образуются также за счет усыхания гелеобразных масс. При дальнейших развивающихся вглубь зерен цемента процессах гидратации накапливаются новые продукты гидратации, которые заполняют эти пустоты и уплотняют цементный камень.

Известно, что при твердении портландцемента часть извести не входит в состав новообразований, выделяясь в виде Са(ОН)2, что дает возможность судить о степени гидратации цемента.

В некоторых работах устанавливается возможность повышения жароупорных свойств портландцемента за счет применения тонкомолотых добавок (микронаполнителей), поэтому уместно кратко остановитъся на количественной характеристике выделяющегося гидрата окиси кальция при гидратации портландцемента.

К месячному сроку гидратации трехкальциевый силикат выделяет около 13% Са(ОН)2, а при полной гидратации — около 24% от общего веса навески. При полной гидратации двухкальциевый силикат выделяет сравнительно малое количество Са(ОН)2—1,18%. Остальные же клинкерные минералы в процессе гидратации совершенно не выделяют свободной Са(ОН)2. Больше того, ЗСаО∙Аl23 и 4СаО∙Аl23∙Fe23 при гидратации способны присоединять к себе известь.

Некоторые тонкомолотые добавки, как например обожженная глина, содержат большое количество активного глинозема, который, взаимодействуя с гидратом окиси кальция, образует при твердении значительное количество гидроалюмината кальция.

Особенностью структуры цементного камня пуццолановых портландцементов и шлако-портландцементов является наличие в них пуццоланических добавок или шлака и большая степень гидратации зерен портландцементного клинкера с соответственно большим количеством связанной воды. Так, количество связанной воды в затвердевших цементах с добавкой 25% трепелa, оказалось через 3 дня на 46%, а в цементах с добавкой 50% шлака на 36% больше, чем в том же цементе без добавки.

Второй особенностью цементного камня пуццолановых портландцементов является то, что при их твердении в первые сроки образуется, считая на клинкерную часть, большее количество свободной извести, чем при твердении портландцемента. В дальнейшем активная аморфная кремнекислота добавки вступает в реакцию с известью, образующейся при гидратации портландцемента, причем продуктом реакции является гидросиликат кальция. Так, например, через 6 месяцев твердения в цементе, содержащем 25% трепела, количество свободного Са(ОН)2 было в 2,1 раза меньше, а в шлако-портландцементе, содержащем 50% шлака, в 1,1 раза меньше, чем в том же портландцементе без добавок.

Практически введение в портландцемент тонкомолотых добавок широко применяется для улучшения свойств бетона и экономии портландцемента.

Особенно эффективным в отношении улучшения свойств цементов и бетонов является метод тепловлажностной обработки.

Наибольшая эффективность запарки достигается для цементов с более высоким содержанием двухкальциевого силиката и более низким содержанием трехкальциевого алюмината.

Пуццолановые портландцементы, содержащие добавки, богатые свободным глиноземом, при автоклавной обработке снижают прочность, которая прогрессирует с повышением содержания свободного глинозема в добавке.

Весьма существенное влияние на эффективность автоклавной обработки портландцемента с добавкой кварцевого песка и других кремнеземистых материалов оказывает природа этой добавки. Лучшие результаты получаются при введении добавки в виде кристаллической разновидности кремнезема (кварцевого песка). В меньшей степени прочность повышается при использовании кремнеземистых добавок, состоящих из аморфно-дисперсного кремнезема (опока).

При температуре 100—300° наибольшее увеличение прочности будут давать цементы с повышенным содержанием двухкальциевого силиката и четырехкальциевого алюмоферрита.

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.

Читать еще:  Ламинат на цементный пол

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.

Читать еще:  Сульфатостойкий цемент гост

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).

Структура цементного камня

Цементный камень представляет собой сложную систему, которая включает:

  • ? каркас кристаллических сростков новообразований;
  • ? цементный гель, находящийся в стадии продолжающейся кристаллизации;
  • ? непрореагировавшие частицы цементного клинкера;
  • ? частицы химических добавок;
  • ? избыточную воду;
  • ? воздух.

С течением времени в цементном камне увеличивается содержание кристаллической фазы, уменьшается гелевая часть, снижается объем непрореагировавших зерен цементного клинкера.

В связи с тем что для увеличения подвижности смеси при затворении цемента добавляют на 35. 60 % больше воды, чем это требуется для протекания процессов гидролиза и гидратации (химически связывается лишь 20. 22 %), значительная часть воды остается в цементном камне в свободном состоянии, что способствует увеличению его пористости.

Свойства портландцемента

Строительно-технические свойства портландцемента характеризуются оценочными показателями, относящимися к различным состояниям этого материала: порошку, тесту, цементному камню.

Свойства цементного порошка. К ним относятся плотность и тонкость помола портландцемента.

Плотность портландцемента колеблется в пределах

  • 3050. 3200 кг/м 3 . Насыпная плотность зависит от степени уплотнения. Для рыхлонасыпанного цемента она составляет
  • 900. 1100 кг/м 3 , а сильно уплотненного — 1700 кг/м 3 . Обычно в расчетах принимают значение плотности 1300 кг/м 3 .

Тонкость помола цемента существенно влияет на его свойства. Реакция между цементом и водой происходит на поверхности зерен. Поэтому чем более тонко измолот цемент (больше удельная поверхность зерен), тем быстрее идет гидратация, а следовательно, и нарастание прочности.

Тонкость помола определяют просевом высушенной навески цемента (50 г) через сито с сеткой № 008. Тонкость помола должна быть такой, чтобы при рассеве через это сито проходило не менее 85 % от массы навески.

Удельная поверхность портландцемента заводского помола находится в пределах 2500. 3500 см 2 /г, а для быстротвер- деющего доходит до 6000 см 2 /г.

Свойства цемента в тесте. Цементным тестом называют смесь цемента с водой. Такие свойства цемента, как сроки его схватывания, равномерность изменения объема цементного теста при твердении и другие, определяют на тесте унифицированной консистенции, т.е. на тесте нормальной густоты.

Нормальную густоту цементного теста определяют при помощи прибора Вика (рис. 4.16). Для этого приготавливают це-

Рис. 4.16. Прибор Вика:

  • 1 — цилиндрический стержень; 2 — указатель для отсчета перемещения стержня; 3 — шкала; 4 — зажимной винт;
  • 5 — обойма станины; 6 — пестик (измеритель густоты)

ментное тесто с некоторым количеством воды и закладывают в кольцо прибора. В конец подвижного стержня вставляют пестик и дают возможность стержню с пестиком свободно погружаться в тесто. Густота считается нормальной, если пестик не доходит до пластинки, на которой установлено кольцо, на

5. 7 мм. Для портландцемента нормальная густота находится в пределах 25. 30 % воды от массы цемента (так называемая водопотребностъ).

Начало и конец схватывания теста нормальной густоты также определяют на приборе Вика, но по глубине проникновения иглы. Начало схватывания должно наступать не ранее чем через 45 мин, конец — не позднее 10 ч от начала затво- рения. Эти показатели определяют при 20±2 °С. Обычно начало схватывания у портландцемента наступает через 1. 2 ч, а заканчивается через 4. 8 ч. Портландцемент, применяемый для бетонных покрытий автомобильных дорог, должен иметь начало схватывания не ранее 2 ч с момента его затво- рения.

Как быстрое, так и медленное схватывание затрудняют и усложняют организацию производства строительных работ. На сроки схватывания портландцемента влияют его минералогический состав, тонкость помола, температура теста, содержание воды и другие факторы.

Свойства цемента в камне. Тепловыделение в процессе схватывания и твердения цементного теста связано с тем, что все реакции гидратации клинкерных минералов экзотер- мичны. Количество выделяющегося тепла при этом определяется минералогическим составом клинкера. Тепловыделение основных минералов клинкера в условиях полной гидратации оценивается следующими примерными данными (кДж/кг):

Таким образом, чем выше содержание в цементе С3А и C3S, тем больше его тепловыделение.

Тепловыделение цемента существенно повышается и с увеличением тонкости его помола, а также при введении в его состав химических добавок, ускоряющих процесс гидратации.

Равномерность изменения объема при твердении — одно из главных свойств цемента. В основном все цементы при твердении незначительно изменяют свой объем. При значительном и неравномерном изменении объема затвердевшего камня цемент считают непригодным для строительных целей, особенно для изготовления бетонных и железобетонных изделий. Основной причиной изменения объема является содержание свободных оксидов кальция (СаО) и магния (MgO), гидратация которых после конца схватывания цементного теста сопровождается возникновением в затвердевшем цементном камне больших внутренних напряжений, что приводит к его короблению и растрескиванию.

Испытание на равномерность изменения объема при твердении производится на образцах-лепешках путем их кипячения в воде. Цементы, не выдержавшие испытание, признаются некачественными и не должны применяться в строительстве.

Прочность цементного камня условно определяют по пределам прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек размером 40x40x160 мм, приготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 (цемент : песок) стандартной консистенции при водоцементном отношении В/Ц = 0,4. Образцы вначале выдерживают на воздухе (1 сутки), а затем в воде — 27 суток. Через 28 суток бал очки испытывают на изгиб, а образовавшиеся при этом половинки балочек — на сжатие. Схема испытаний на изгиб показана на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Схема испытания образцов-балочек на изгиб

Предел прочности на изгиб RK3r при действии сосредоточенной силы в середине пролета вычисляют по формуле

где Р — разрушающая (максимальная) нагрузка, Н; I — расстояние между центрами опор, см; Ъ и h — ширина и высота сечения образца, см.

Предел прочности на осевое сжатие RcyK вычисляют по формуле

Предел прочности на изгиб и сжатие образцов в возрасте 28 сут. с момента изготовления называется активностью цемента.

Марку цемента устанавливают по значениям предела прочности на сжатие и изгиб в соответствии с табл. 4.3. Если одно из них (Ясж или НИЗГ) меньше указанного в табл. 4.3, то цемент относят к меньшей марке. Например, при испытании получили RcyK = 38 МПа и i?H3r =5,9 МПа. Следовательно, цемент относят к марке 400 (а не 500).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector