Природные каменные материалы

АМД подразделяются на природные  и искусственные.

Природные АМД бывают:

Осадочного происхождения (органические спонгалиты, трепелы, опоки)

Вулканического происхождения (вулканические пеплы, пемзы, туфы)

Искусственные АМД: отходы промышленного производства (доменные гранулированные шлаки и золы)

 

 

 

 ВИДЫ  ЦЕМЕНТОВ С АМД.

 

1-ый вид по ГОСТу ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ С АКТИВНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКОЙ.

 

Он содержит в своём  составе 10-20% АМД и обладает  практически  теми же свойствами, что и обычный  портландцемент. Основная цель удешевить  цемент.

2-ой вид ПУЦЦОЛАНОВЫЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ.

Получают путём совместного  помола портландцементного клинкера (79..60%), с гипсом и активной минеральной  добавкой природного происхождения.

Добавок осадочного происхождения должно содержаться  от 20-30%.

Вулканического  происхождения – 25-40%.

Свойства  пуццоланового портландцемента.

Этот цемент обладает повышенной коррозионной стойкостью против коррозии первого и второго  видов, но к недостаткам его можно  отнести:

1. Большую усадку на воздухе.
2. Обладает низкой морозостойкостью.
3. Замедленным твердением.

Выпускается марок 300 и 400. Применяется для гидротехнического строительства, а также для подземных и подводных сооружений.

3-ий вид ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ получают совместным помолом портландцементного клинкера с гипсом и АМД искусственного происхождения доменным гранулированным шлаком количеством от 21-80%.

Доменный шлак – отход производства чугуна (на 1т чугуна приходится около 0,6т шлака), поэтому шлакопортландцемент экономически выгоднее, чем портландцемент. Кроме  того, шлаки представляют собой сложные  системы, состоящие из окислов CaO, SiO₂, Al₂O₃, но эти окислы находятся в кристаллической форме, поэтому обычные шлаки инертные, а чтобы сделать их химически активными их подвергают грануляции (быстрому охлаждению из расплавов). При этом они приобретают химически более активную аморфную структуру. Доменные гранулированные шлаки реагируют с Са(ОН)₂ цемента с образованием низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов Са.

 

Свойства  шлакопортландцемента.

 

Он обладает повышенной коррозионной стойкостью против коррозии первого и второго видов. Обладает пониженным тепловыделением, примерно в 2 раза меньше, чем у обычного портландцемента, поэтому его используют в основном для массивных гидротехнических конструкций. В отличие от пуццоланового портландцемента он имеет гораздо меньшую усадку на воздухе и более высокую морозостойкость.

Недостаток шлакопортландцемента – замедленное твердение и пониженная морозостойкость.

Выпускают шлакопортландцемент  трёх марок 300, 400 и 500.

 

 

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ТЕХНИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.

 

Истинная плотность r= 3-3,2 г/см³

Насыпная плотность r_н = 900-1100 кг/м³

Тонкость помола определяется при просеивании через сито №008 (размер отверстий 0,08мм) должно проходить не менее 85%. Тонкость помола характеризуется удельной поверхностью – суммарной поверхностью всех зерён цемента, содержащихся в 1 грамме. Обычные цементы имеют удельную поверхность 2800-3000 см²/г.

Водопотребность оценивает, то количество воды, которое необходимо для протекания реакции гидратации и для придания цементному тесту необходимой пластичности. Для протекания реакции гидратации нужно   примерно 15% воды, но её берут больше, для того чтобы цементное тесто было пластичным и однородным, обычно колеблется от 21-28%.

Определяется  водопотребность нормальной густотой – водоцементным отношением (в/ц) в %, при котором цементное тесто обладает стандартной пластичностью, определяемой прибором Вика.

Сроки схватывания портландцемента, рассчитываемые от момента за творения, должны быть: начало – не ранее 45 минут; конец – не позднее 10 ч.

Твердение можно  ускорить или замедлить. Ускорители: NaCL, CaCL_2, Ca(NO₃)₂, замедлители: гипс, сульфат железа и т.д.

Выделение тепла  при твердении.

Большое количество тепла при твердении выделяют алит С₃S и С₂А. Значительно меньшее тепловыделение у белита (С₂S)  и четырёхкальциевого алюмоферрита (С₄АF). Тепловыделение играет большую роль в массивных конструкциях, в которых желательно применять цементы, выделяющие небольшое количество тепла.

Влияние температуры  на твердение цемента.

При снижении температуры  скорость реакции твердения уменьшается, и твердение замедляется, а при  температуре ниже нуля прекращается, так как вода превращается в лёд. При последующем оттаивании твердение  возобновляется, но прочность такого цемента гораздо ниже. Повышение температуры ускоряет твердение цемента, но только в случае поддержания высокой влажности среды, чтобы избежать не  испарение воды.

Прочность.

Прочность цемента  оценивается маркой.

За марку  цемента принимают пределы прочности  при изгибе образцов- балочек 4х4х16 см и сжатии их половинок. Балочки изготавливают из цементно-песчаного раствора (состав 1:3)стандартной консистенции и испытывают через 28 суток нормального твердения (при комнатной температуре и влажности близкой к 100%).

Выпускают портландцемент четырёх марок 300,400, 500 и 600(цифра соответствует средней прочности образцов при сжатии выраженной в кгс/см²).

Марка цемента  определяется сразу после выпуска  цемента на цементном заводе, но цемент вследствие транспортировки  или длительном хранении может гидратироваться и прочность его падает. Проводя прочностные испытания аналогичные проведению марки, находят активность цемента.

Активность цемента – это то, что осталось то марочной прочности на данный момент времени.

Паспортизация цемента.

Паспорт цемента  должен содержать:

1. Название завода изготовителя.
2. Дату.
3. Массу партии цемента.
4. Его полное название.
5. Вид и количество добавки.
6. Нормальную густоту.
7. Марку.
8. Среднюю активность цемента при пропаривании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОРРОЗИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

 

Под влиянием различных  агрессивных веществ, конструкция, содержащая портландцемент может разрушаться. По классификации Москвина, все виды коррозионных разрушений цемента можно  разделить на три группы.

1. Вымывание Са(ОН)₂, разрушение гидросиликатов и как следствие разрушения цементного камня под действием воды (коррозия 1-ого вида)
2. Разрушение цементного камня из-за реакций обмена между Са(ОН)₂ цементного камня и агрессивными веществами с образованием лёгко растворимых солей.(коррозия 2-ого вида)
3. Разрушение цементного камня из-за  кристаллизации в его порах продуктов большого объёма, чем исходные вещества (коррозия 3-его вида)
1. Коррозия 1-ого вида.

Она связана  с вымыванием Са(ОН)₂-цементного камня, под действием мягких вод (дождевые, конденсат, воды оборотного теплоснабжения, болотные). Вымывание Са(ОН)₂ ведёт к резкому понижению прочности и послойному растворению цементного  камня. Внешне этот вид коррозии проявляется в виде белых потёков на поверхности конструкции.

Меры борьбы с  коррозией 1-ого вида.

1.Ограничение  содержания С₃S<50%

2.Введение в  цемент активных минеральных  добавок (АМД) связывающих Са(ОН)₂  в нерастворимые соединения.

3.Создание на  поверхности конструкций плёнок  из нерастворимых продуктов, например  при карбонизации.

Са(ОН)₂+СО₂=СаСО₃ + Н₂О

2. Коррозия 2-ого вида.

а) кислотная коррозия.

Кислоты попадают в конструкции  либо с грунтовыми водами насыщенными  стоками химических предприятий, либо с кислотными дождями из атмосферы  зачастую насыщенными такими газами, как SO₂-сернистый газ, НCl-хлористый водород, Сl₂-газообразный хлор.

Са(ОН)₂ + 2НСl = CaCl₂ + 2H₂O – образуется быстрорастворимое вещество.

Са(ОН)₂ + Н₂SO₄ = CaSO₄ × 2H₂O

Сложнее воздействует на цементный  камень угольная кислота.

Коррозионный процесс протекает  в два этапа:

Са(ОН)₂ + Н₂СО₃ = СаСО₃ + 2Н₂О

 На этом этапе образуется  нерастворимый СаСО₃,  который закупоривает поры и процесс коррозии замедляется, т.е. затухает. Но при больших концентрациях Н₂СО₃, процесс возобновляется с образованием лёгко растворимого бикорбаната кальция.

СаСО₃ + Н₂СО₃ = Са(НСО₃)₂

б) магнезиальная коррозия.

Она может наблюдаться при воздействии  грунтовых вод насыщенных магнезиальными солями и особенно в морской воде. Разрушение цементного камня вследствие реакции обмена протекает по следующим  формулам:

Са(ОН)₂ + МgCl₂ = CaCl₂ + Mg(OH)₂

Ca(OH)₂ + MgSO₄ + 2H₂O = CaSO₄ × 2H₂O + Mg(OH)₂¯

В результате этих химических реакций образуется растворимая  соль (хлористый кальций и двуводный  сульфат кальция), причём в первой реакции гидрат окиси кальция цементного камня вступает в химическую реакцию с хлористым магнием с образованием хлористого кальция и выпадением в осадок гидрата окиси магния - рыхлой смеси, которая легко смывается водой.

Меры борьбы с коррозией 2-ого  вида.

1.Ограничение содержания С₃S не более 50%

2.Введение активных минеральных  добавок, связывающих Са(ОН)₂ в нерастворимые соединения.

3.Устройство барьерной защиты, препятствующей прониканию агрессивных  веществ, например, из рулонных  материалов (полимерных, битумов). Для защиты от действия кислот устраивают футировки (толстые защитные слои из кислотостойкого кирпича или плиток на кислостойком растворе, либо пропитывают конструкции кислотостойкими материалами).

 

3.Коррозия 3-его вида.

Это сульфоалюминатная коррозия. Она имеет место при взаимодействии на конструкции грунтовых  или морских вод с содержанием сульфат ионов (SO₄^2-) более 250мг/л. С сульфатами в цементом камне реагирует 3-х кальциевый гидроалюминат

3CaO × Al₂O₃ × 6H₂O + 3CaSO₄ + 25H₂O =

             = 3CaO × Al₂O₃ × 3CaSO₄ × 31H₂O – это соединение называется гидросульфоалюминат кальция или эттрингит.

Кристаллизуясь в порах это  соединение имеет объём в 2 раза больше, чем исходные продукты и оказывая давление на стенки пор разрушает  цементный камень изнутри.

Меры борьбы с коррозией 3-его  вида.

1.Ограничение в составе цемента  содержание С₃А 8%

2.Применение специального сульфатостойкого  портландцемента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АЛЮМИНАТНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Глинозёмистый цемент – получают тонким измельчением клинкера, получаемого при спекании или плавлении сырьевой смеси из известняков и бокситов.

Получение.

Сырьё: известняки и бокситы.

Сырьевую смесь  размалывают и обжигают при температуре 1300 – 1400⁰С, получая клинкер, а затем размалывают в шаровых мельницах до тонкости цемента.

Стадия помола очень энергоёмкая, т.к. клинкер чрезвычайно твердый. Учитывая также высокую стоимость  бокситов, стоимость глинозёмистого цемента в 3-4 раза выше обычного цемента.

Твердение.

Глинозёмистый цемент в основном состоит из одного кальция алюминия

СаО × Аl₂O₃ и особенностью твердения глинозёмистого цемента является его твердение только при умеренных температурах не выше 25⁰С

При твердение глинозёмистого цемента протекают следующие  реакции:

2(СаО × Al₂O₃) + 11H₂O = 2CaO × Al₂O₃ × 8H₂O + 2Al(OH)₃

образующийся гидроалюминат  кальция и придаёт прочность  глинозёмистому цементу.

Свойства.

Марка глинозёмистого цемента  определяется так же как и обычного портландцемента, но не в 28-ми суточном , а в 3-х суточном возрасте, т.к. глинозёмистый цемент твердеет очень быстро. Марки М400, М500 и М600.

Сроки схватывания такие  же, как и у обычного портландцемента. Тепловыделение в 1,5 раза выше, чем у  обычного портландцемента.

Особенностью глинозёмистого цемента является его повышенная жаростойкость до 1500⁰С. Глинозёмистый цемент хорошо противостоит коррозийной стойкости 1-ого вида и магнезиальной коррозии, но плохо противостоит действию кислот и щёлочей.

Применение.

Глинозёмистый цемент применяется  для быстротвердеющих и жаростойких бетонов и растворов. На основе глинозёмистого цемента изготавливают расширяющие и безусадочные цементы, которые используют при ремонтных работах.