Неорганические вяжущие вещества

     Сроки схватывания белого и цветных  портланддементов практически такие  же, как и обычного: начало — не ранее 45 мин, конец - не позднее 12 ч. По сравнению  с портландцементом белый и цветные цементы обладают пониженной морозостойкостью, хуже сопротивляются коррозии, в большей степени подвержены усадке.

     Портландцементы с органическими добавками изготовляют  путем введения при помоле клинкера небольших количеств (0,05.„0,3 % от массы цемента) поверхностно-активных веществ. Эти вещества пластифицируют бетонные и растворные смеси, улучшают их удобоуклады-ваемость. Кроме того, бетоны и строительные растворы, изготовляемые на цементах с органическими поверхностно-активными добавками, отличаются повышенной морозостойкостью и сопротивляемостью коррозии.

     Чаще  используют поверхностно-активные добавки  двух типов: гидрофилизующие и гидрофобизуюшие. Цементные зерна, покрытые пленкой  поверхностно-активных веществ, приобретают  особые свойства по отношению к действию воды: они становятся либо более гидрофильными, либо более гидрофобными. Названия этих терминов происходят от греческих слов гидро — вода, филео — люблю, фобос — боязнь, страх. Таким образом, слово гирофильный означает буквально любящий воду, т.е. смачиваемый, а гидрофобный — боящийся воды, т.е. несма-чиваемый.

     В качестве гидрофилизующей добавки  при изготовлении цемента используют лигносульфонаты технические (ЛСТ), ранее называвшиеся СДБ — сульфитно-дрожжевой  бражкой. ЛСТ — побочный продукт при варке целлюлозы, представляет собой густую темно-коричневую жидкость. ЛСТ улучшает смачиваемость частиц цемента водой и одновременно ослабляет силы взаимного. сцепления между ними. В результате увеличивается пластичность цементного теста.

     При помоле клинкера портландцемента вводят 0,25 % добавки ЛСТ. Полученный цемент называют пластифицированным. Марки  пластифицированного портландцемента  обычные, т.е. от 400 до 600. Лучше всего  применять его для конструкций  речных гидротехнических сооружений, подвергающихся попеременному воздействию замораживания — оттаивания или увлажнения — высыхания. Бетон на пластифицированном портландцементе отличается меньшей пористостью и проницаемостью для воды, поэтому и долговечность его выше.

     Гидрофобный портландцемент содержит 0,1...0,3% гидрофобизую-щей поверхностно-активной добавки.

     К гидрофобизующим добавкам относят  мылонафт, асидол, асидол-мылонафт, синтетические  жирные кислоты, кремнийорганические  жидкости. Молекулы этих веществ адсорбируются  на поверхности цементных частиц особым образом: их углеводородные радикалы всегда ориентированы наружу. Благодаря этому цемент приобретает водоотталкивающие свойства.

     Гидрофобный портландцемент легко отличить от обычного, проделав пробу на гидрофобность. Для  этого на поверхность цементного порошка наносят каплю воды ( 10). Обычный портландцемент смачивается водой, угол смачивания 0 меньше 90°. Через несколько секунд капля впитывается. Гидрофобный портландцемент удерживает каплю воды по меньшей мере 5 мин, 0 больше 90°.

     В процессе приготовления бетонных смесей и раствора тонкие гидрофобные пленки на поверхности цементных частиц снимаются и не препятствует нормальному  процессу твердения цемента.

     Гидрофобный портландцемент выпускают тех же марок, что и обычный, но чаще марки 400. Поскольку он обладает пластифицирующим действием, бетон на таком цементе получается более плотным и долговечным. Кроме того, со временем гидрофобный цемент практически не теряет активности, поэтому особенно удобен при длительном хранении и транспортировании. Его используют для изготовления конструкций повышенной стойкости. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5. ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ 

     Глиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до плавления (или спекания) сырьезой смеси, составленной из бокситов и извести (известняка) с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Глиноземистые цементы выпускаются без добавок или с добавками различных минеральных веществ (до 2%), улучшающими некоторые свойства цемента и снижающими его стоимость

     Производство  глиноземистого цемента. Этот цемент получают во многих странах разными методами из различного сырья, отчего химический состав его колеблется в широких  пределах. Главнейшими окислами являются А12О3 (30—50%), СаО (35—45%), SiO2 (5—15%) и Fe2O3 (5—15%). Наиболее важными соединениями являются алюминаты кальция СаО-А12О3(СА), 5СаО-ЗА12Оз(С5Аз) и СаО • 2А12О3(СА2), причем главная составная часть — однокальциевый алюминат СаО • • А12О3.

     Существуют  два способа производства глиноземистого цемента: первый основан на спекании сырьевой смеси, а второй — на ее плавлении. По первому способу тонкоизмельченная  и тщательно перемешанная смесь  боксита и известняка обжигается до спекания при температуре 1150—1250° С во вращающихся, шахтных, кольцевых, камерных и туннельных печах или на спекательной решетке. При обжиге не во вращающихся печах сырьевую шихту необходимо брикетировать, во вращающихся печах обжиг можно вести по сухому и мокрому способам производства. Полученный продукт обжига размалывается в тонкий порошок.

     Глиноземистый цемент можно получать плавлением сырьевой смеси при температуре 1500—1700°  С в вагранках, электрических  или доменных печах, а также в  конвертерах. Расплавленная масса  охлаждается и подвергается дроблению, а затем измельчению в тонкий порошок. При получении глиноземистого цемента спеканием требуются более чистые бокситы с небольшим содержанием кремнезема (до 8%) и окиси железа (до 10%). При получении его плавлением можно использовать сырье с большим количеством примесей, что препятствует распространению метода спекания, несмотря на меньший расход топлива.

     Твердение глиноземистого цемента. При затворении порошка глиноземистого цемента  водой образование пластичного  теста, последующее его уплотнение и твердение протекают так же, как и для обыкновенного портландцемента. Однокальциевый алюминат при взаимодействии с водой гидратируется, образуя, в конечном итоге, двухкальциевый восьми-водный гидроалюминат и гидрат окиси алюминия: 

2(.СаО-А12Оз) + ПН2О = 2СаО • А12Оз • 8HSO + 2А1(ОН)з. 

     Восьмиводный  гидроалюминат кальция выделяется в виде пластинчатых кристаллов гексагональной системы, а гидроокись алюминия —  в виде гелевидной массы.

     Другие  алюминаты кальция — С2А, С5А3, а также алюмоферриты и ферриты кальция, входящие в состав цемента, взаимодействуя с водой, дают соответствующие гидраты. Происходит уплотнение геля двух-кальциевого гидроалюмината и кристаллизация продуктов гидратации, протекающие очень интенсивно, что обеспечивает быстрое нарастание прочности. Примерно через 5—6 ч   прочность  глиноземистого   цемента может достичь 30% и более марочной, через 1 сут. твердения — свыше ,90%, а в трехсуточном возрасте — марочную прочность. jtS~-i Свойства глиноземистого цемента. Глиноземистый цемент является (быстротвердеющим, но не   быстросхватывающимся   вяжущим   веществом: начало схватывания должно наступать не ранее 30 мин, а конец — не позднее 12 ч. По величине предела прочности при сжатии цемент делится на три марки — 400, 500 и 600. Марка цемента обозначается по пределу прочности при сжатии образцов, изготовленных в виде кубов размером 7,07X7,07X7,07 см из жесткого раствора состава 1 : 3 (по весу) и испытанных в возрасте 3 сут. после твердения в нормальных условиях, j.

     Наиболее  благоприятными для твердения глиноземистого цемента являются влажные условия и нормальная температура (20±5° С), нарастание прочности при более высокой температуре уменьшается. Возможно даже падение достигнутой прочности и разрушение бетона в результате перекристаллизации двухкальциевого гидроалюмината в трех-кальциевый гидроалюминат. Это называют болезнью глиноземистого цемента, и поэтому пропаривание изделий на глиноземистом цементе не допускается. При температуре ниже-нормальной и близкой нулю цемент твердеет удовлетворительно, что объясняется его высокой экзотермией. В течение 1—3 сут. глиноземистый цемент выделяет в 1,5—2 раза больше тепла, чем портландцемент. Это ограничивает применение глиноземистого цемента в массивных конструкциях, так как разогрев бетона внутри массива и охлаждение его снаружи вызывают растягивающие напряжения в наружных слоях и образование трещин.

     Бетоны  на глиноземистом цементе характеризуются  высокой водостойкостью, воздухостойкостью, морозостойкостью и жаростойкостью; они стойки в условиях пресных и сульфатных вод, однако разрушаются щелочными водамид Высокая воздухостойкость глиноземистого цемента объясняется уплотнением и кристаллизацией продуктов гидратации цемента и их незначительной деформативной способностью при изменении влажности воздуха. Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плотностью, примерно в 1,5 раза меньшей пористостью, чем на портландцементе, что и определяет их высокую морозостойкость. Повышению плотности цементного камня способствует гель гидрата окиси алюминия, образующийся при гидратации однокальциевого алюмината, который  имеет  плотное строение.

     Применение  глиноземистого цемента существенно  ограничивается его стоимостью (в 3—4 раза выше, чем портландцемента), хотя по своим физико-механическим свойствам (скорости твердения, стойкости в различных средах) он превосходит все другие вяжущие вещества, в том числе и портландцемент.-(Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда наиболее рационально используются его специфические свойства, например при срочных восстановительных работах (ремонт плотин, труб, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов). Химическая стойкость глиноземистого цемента делает целесообразным его использование для тампонирования нефтяных и газовых скважин, на предприятиях пищевой промышленности, на травильных и красильных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей.

     Глиноземистый цемент обладает большей, чем другие вяжущие, стойкостью к действию высокой  температуры—1200—1400° С и выше, что позволяет использовать его для изготовления жаростойких бетонов, применяемых в качестве футеровки тепловых аппаратов}) Нельзя использовать глиноземистый цемент в тех случаях, когда температура бетона во время его твердения может подняться выше 25—30° С, а также в бетонных конструкциях, подвергающихся действию вод, содержащих щелочи 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     6. РАСШИРЯЮЩИЕСЯ И БЕЗУСАДОЧНЫЕ ЦЕМЕНТЫ 

     Цементный камень, полученный на основе всех гидравлических вяжущих веществ, испытывает усадочные  деформации. Это гложет привести к  появлению трещин в местах соединения бетонных и железобетонных элементов сооружения, что нарушает монолитность конструкции. В ряде случаев, когда усадочные деформации недопустимы, например для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов туннелей, раструбных труб, заделки фундаментных болтов, получения плотных стыков бетонных и железобетонных конструкций, заделки трещин и др., необходимо применять безусадочный или расширяющийся цемент.

     К. этой группе вяжущих относятся цементы, несколько увеличивающиеся в  объеме при твердении во влажностных условиях или не дающие усадки при твердении на воздухе. Все расширяющиеся цементы являются смешанными и состоят из основного вяжущего вещества и расширяющейся добавки, в которую, в свою очередь, может входить несколько компонентов.

     Известно несколько видов расширяющихся цементов: на основе глиноземистого цемента — водонепроницаемый расширяющийся цемент и гипсо-глиноземистый; на основе портландцемента — расширяющийся портландцемент, напрягающий цемент, гипсо-цементно-пуццолановые вяжущие и т. д..

     Водонепроницаемый расширяющийся цемент представляет собой быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое помолом или смешением в шаровой  мельнице тон-коизмельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного алюмината кальция 4СаО • АЬОз • 12Н2О. Последний получают гидротермальной обработкой в течение 5—6 ч при температуре 120—150° С смеси глиноземистого цемента с известью (1 : 1), затворенной 30% воды. Полученный продукт высушивают и измельчают. Начало схватывания цемента не ранее 4, а конец не позднее 10 мин. Схватывание можно замедлить добавкой с.с.б., уксусной кислоты и буры. Предел прочности при сжатии образцов из цементного теста должен быть не ниже: через 6 ч — 75, 3 сут. — 300 и 28 сут. — 500 кГ/см2. Через 1 сут. твердения образцы должны быть полностью водонепроницаемы при давлении в 6 атм, а их линейное расширение— не менее 0,2 и не более 1%.

     Применяют водонепроницаемый расширяющийся  цемент при восстановлении разрушенных  бетонных и железобетонных конструкций, для гидроизоляции туннелей, стволов шахт, в подземном и подводном строительстве, при создании водонепроницаемых швов. Нельзя применять водонепроницаемый цемент при работах, выполняемых при температуре ниже 0°С, а .также в конструкциях, эксплуатируемых при температурах выше 80° СЛ

     Гипсо-глиноземистый  расширяющийся цемент является быстротвер-деющим гидравлическим вяжущим, получаемым путем  совместного тонкого помола или  смешения высокоглиноземистого шлака  и природного двуводного гипса в  соотношении 0,7 : 0,3 по весу. Это вяжущее характеризуется интенсивным твердением в водной и воздушной среде.

     Цемент  бывает трех марок — 300, 400 и 500, устанавливаемых  испытанием на сжатие образцов размером 7,07X7,07X7,07 см, изготовленных трамбованием из жестких растворов 1 : 3 и испытанных через 3 сут. твердения. Начало схватывания цемента не ранее 20 мин, а конец не позднее 4 ч после затворения водой.