Строительные материалы

Романцемент. Романцемент, как и гидравлическую известь, получают тонким помолом обожженных в шахтной печи при 900 °С известняковых или магнезиальных мергелей, содержащих более 20 % глинистых минералов. Но в отличие от воздушной и гидравлической извести не гасится. В романцемент, для регулирования его свойств, можно вводить до 5 % гипса различных модификаций, а также до 15 % активных минеральных добавок.

Выпускают романцемент трех марок - 25, 50 и 100. Применяют его для приготовления растворов для каменной кладки и наружной штукатурки, а также в качестве вяжущего для получения бетонов. При производстве железобетонных изделий романцемент не применяется из-за низкой его прочности.

Портландцемент. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками. Природный добавляют при помоле клинкера в количестве 1,5...3,5 % (в пересчете на SO₃) для регулирования сроков схватывания портландцемента.

Портландцементный клинкер - продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка или мела и глины. Размер клинкера 10...20, иногда до 50...60 мм, в зависимости от вида печи обжига. Сырьем для производства клинкера может служить также мергель - природная смесь глинистых минералов и кальцита. Сырьевая смесь обычно состоит из 75...78 % известняка или мела и 22…25 % глины.

В зависимости  от свойств сырья и типа обжигательных печей сырье к производству готовят мокрым или сухим способом. При мокром способе компоненты измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде шлама влажностью 36...42 % обжигают. При сухом способе сырьевые компоненты измельчают, смешивают, гранулируют и обжигают в сухом виде. Существует и комбинированный способ, при котором подготовка сырья ведется по мокрому способу, а затем шлам обезвоживается и производится обжиг. Обжиг сырьевых материалов осуществляется в основном во вращающихся печах при температуре 1450 °С.

Свойства  портландцемента:

насыпная  плотность в рыхлом состоянии . .1000... 1100 кг/м³

насыпная  плотность в уплотненном состоянии  1400... 1700 кг/м³

истинная  плотность    3050...3150 кг/м³

тонкость  помола остаток на сите № 008 не более 15 %

удельная  поверхность 250 . 300 м ²/кг

нормальная  густота цементного теста  22...26%

начало срока  схватывания не ранее 45 мин

конец срока  схватывания не позднее 10 ч

Прочность портландцемента характеризуется  его маркой. Марки портландцемента - 400, 500, 550 и 600.

Разновидности портландцемента:

Быстротвердеющий  портландцемент (БТЦ) характеризуется быстрым нарастанием прочности в первые 3 сут твердения. Это достигается за счет повышенного содержания в его составе C₃S и С₃А (до 60...65 %), а также за счет повышения тонкости помола до 400...450 м²/кг и более. Допускается введение до 15...20 % минеральных добавок.

Пластифицированный  портландцемент (ППЦ) получают путем совместного помола клинкера, гипса и пластифицирующих добавок - ССБ, СДБ и других в количестве 0,15...0,25 % массы цемента. Марки этого цемента - 400 и 500. Пластифицированный портландцемент придает растворным и бетонным смесям повышенную пластичность, морозостойкость и вол о непроницаемость. Использование этого вида цемента позволяет сократить его расход в сравнении с обычным портландцементом на 5...8% ли счет снижения водопотребности. Используют пластифицированный цемент в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.

Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают введением при помоле клинкера гидрофобизирующей добавки в количестве 0,1...0,3 % массы цемента. В качестве добавки применяют мылонафт, асидол, представляющие собой нафтеновые кислоты, получаемые при щелочной очистке масляных и соляровых дистиллятов при переработке нефти, а также синтетические жирные кислоты (СЖК) или их кубовые остатки и др. Эти вещества образуют на зернах цемента тончайшие водоотталкивающие пленки, препятствуя проникновению к ним влаги. Во время перемешивания с водой, при изготовлении растворных и бетонных смесей, эти пленки легко разрушаются и обеспечивается нормальное схватывание и твердение цемента. Используется ГПЦ в дорожном, гидротехническом, аэродромном строительстве.

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) получают тонким помолом из клинкера следующего минерального состава: C₃S - не более 50 %, С₃А - не более 5 %, С₃А + C₄AF - не более 22 %, MgO - 5 %. Введение минеральных добавок не допускается. Сульфатостойкий портландцемент характеризуется повышенной сульфато-, морозо- и водостойкостью. Марка выпускаемого цемента - 400. Применяют этот вид цемента в гидротехническом строительстве и в условиях эксплуатации бетона в среде повышенного содержания сульфатов в водных растворах или газах.

Декоративный  портландцемент изготавливают из сырьевых материалов с малым содержанием окрашивающих оксидов (железа, марганца, хрома) из чистых известняков или мелов и каолинитовых глин. Для окрашивания при помоле добавляют сурик, охру, ультрамарин и другие красители. Марки декоративного портландцемента - 400 и 500. Белый и цветной цементы используют при архитектурно-отделочных работах для получения фактурного слоя стеновых панелей, а также для изготовления искусственного мрамора и облицовочных плиток.

Портландцементы с активными минеральными добавками получают совместным помолом портландцементного клинкера и активных минеральных добавок, состоящих в основном из опала (Si0₂-:nH₂0) - аморфной разновидности кремнезема. Опал вступает в реакцию с гидроксидом кальция с образованием труднорастворимых гидросиликатов кальция: mСа(ОН)₂ + Si0_2(акт) + nН₂0 -> (0,8...1,5)CaO^.SiO₂pH₂O (Коэффициент р находится в пределах 0,5...2,5).

Полученные  гидросиликаты имеют общую формулу: CSH(B) - по Боггу или C-S-H(I) - по Тейлору. Возможно также образование гидрогеленита - 2СаО^.Al₂0₃^.Si0₂^.8H₂0.

К активным минеральным добавкам относятся трепел, опока, вулканические туф и пепел, пемза, шлаки.

Пуццолановый  портландцемент содержит в своем составе от 20 до 40 % активных минеральных добавок. Выпускают пуццолановый портландцемент марки 400, водопотребность его 30...38 %, насыпная плотность в рыхлом состоянии - 800... 1000 кг/м.

Шлакопортландцемент содержит в своем составе от 20 до 60 % гранулированного доменного шлака, который измельчается совместно g портландцементным клинкером. Шлакопортландцемент выпускают марок 400 и 500, насыпная плотность его в рыхлом состоянии - 1000... 1300 кг/м³ нормальная густота - 26...30 %.

Портландцемент  с активными минеральными добавками применяют наряду с обычным портландцементом, при изготовлении строительных растворов, бетонных и железобетонных изделий.

Глиноземистый цемент изготавливают из бокситов. Марки цемента - 400, 500 и 600. Нормальная густота - 23...28 %, насыпная плотность в рыхлом состоянии - 1000... 1300 кг/м³. Глиноземистый цемент характеризуется интенсивным набором прочности: через 24 ч он набирает 80...90 % марочной прочности. Используется глиноземистый цемент при срочных ремонтных и аварийных работах. Стоимость этого цемента в 2...3 раза выше, чем портландцемента.

Смешанные вяжущие вещества со специальными свойствами. К смешанным вяжущим веществам относятся безусадочные, расширяющиеся, напрягающиеся цементы, а также гипсоцементно-пуццолановые и гипсоизвестково-шлаковые вяжущие вещества, расширяющиеся и безусадочные цементы отличаются способностью при твердении во влажных условиях несколько увеличиваться в объеме или не давать усадки.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) получают путем совместного помола портландцемента или глиноземистого цемента, гипсового вяжущего и высокоосновного гидроалюмината кальция. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало - ранее 4 мин, конец - не позднее 10 мин с момента затворения водой. Линейное расширение образцов, твердеющих в воде в течение суток, должно быть в пределах 0,3... 1 %. Расширение происходит за счет образования гидросульфоалюмината кальция в результате взаимодействия алюминатов кальция и гипса. Применяют ВРЦ для заделки швов, раструбных соединений, трещин и стыков в железобетонных конструкциях. Нельзя применять указанный цемент в конструкциях, эксплуатируемых при температуре выше 80 °С.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) получают путем тщательного смешивания глиноземистого цемента, гипсового вяжущего и гашеной извести. Начало схватывания цемента - не ранее 1 мин, а конец - не позднее 5 мин с момента затворения. Величина линейного расширения через 1 сут твердения в воде - 0,01...0,1 %.

Напрягающийся цемент (НЦ) получают путем совместного помола смеси природного гипса, высокоглиноземистого компонента (глиноземистый цемент, шлак) и портландцементного клинкера. В некоторых случаях для увеличения эффекта расширения в состав смеси вводят известь в количестве не более 2 %. Применяют НЦ в конструкциях подземных, подводных и различных напорных сооружений. 

3. Перечислите клинкерные  минералы и их  обозначения.

Портландцемент  — гидравлическое вяжущее, полученное совместным тонким помолом клинкера с добавкой природного гипса. Клинкер — продукт обжига до спекания сырьевой смеси такого состава, который обеспечивает преобладание в клинкере силикатов кальция.

Сырье. Сырьем для изготовления клинкера служит сырьевая смесь, содержащая заданное количество СаО, Si0₂, Аl₂0₃ и Fе₂0_з. В большинстве случаев сырьевую смесь составляют из известняка (75—78%) и глины (22—25%).

В сырьевой смеси ограничивают содержание окиси  магния, сернистых соединений и щелочей. Здесь и далее приняты сокращенные обозначения окислов: С — СаО; S — SiO₂; А — Аl₂0₃; F — Fe₂0₃.

Минеральный состав клинкера.

Минеральный состав образующегося в результате обжига клинкера, следующий:

трехкальциевый  силикат 3CaO^.Si0₂ (C₃S), называемый алитом, - 40...65%;

двухкальциевый  силикат 2CaO^.SiO₃ (C₂S), называемый белитом, -15...40%;

трехкальциевый  алюминат ЗСаО^.Аl₂Оз (СзА) - 2...15 %;

четырехкальциевый алюмоферрит ЗСаО^.Аl₂Оз^.Fe₂Оз (C₄AF), называемый целитом - 10...20 %.

При изучении аншлифов при помощи микроскопа установлено, что клинкер состоит из нераскристаллизованной массы СзА и C₄AF, на фоне которой выделяются кристаллы алита (C₃S) и белита (C₂S).

Общее содержание силикатов кальция в клинкере лежит в пределах 70—80% от веса клинкера. Если содержание C3S пре вышает 50%, цемент называют алитовым, если в нем болыц 35% C2S — белитовым, если больше 12% С3А  — алюминатным.

Клинкерные  минералы характеризуются следующими свойствами.

Трехкальциевый силикат ЗСаО^.SiO₂ (алит) отличается высокой химической активностью: придает цементу свойства быстрого твердения и ранней высокой прочности.

Двухкальциевый  силикат 2СаО^.SiO₂ (белит) менее активен, твердеет медленно, отличается незначительной экзотермией, придает цементу среднюю прочность, но повышенную стойкость в агрессивных водах.

Трехкальциевый  алюминат ЗСаО^.Аl₂0₃ быстро твердеет, много выделяет тепла в первые трое суток твердения, но прочность дает низкую.

Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО • Аl₂0₃ • Fe₂0₃ активнее, чем двухкальциевый силикат, так как твердеет быстрее и дает большую прочность.

Клинкерные  минералы (clinker minerals) - искусственные  образования, входящие в состав портландцементного клинкера; из них главнейшие: алит (3CaOSi0₂) и белит (2CaOSi0₂), которые составляют до 80 % массы клинкера. Трёхкальциевого алюмината содержится около 15 %, четырёхкальциевого алюмоферрита - 10-25 %.

   Задача  1

Определить  какое количество глины по массе и по объему необходимо для получения 1000 шт. керамического кирпича со средней плотностью 1750 кг/м³ . Влажность глины 14 %, ее средняя плотность 1600 кг/м^3, а потери при обжиге составляют 8 % от массы сухой глины.