Вяжущие материалы

Гидрофобный портландцемент, предложенный М. И. Хигеровичем и Б. Г. Скрамтаевьш, получают, вводя при помоле клинкера 0,1,..0,3 % мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизирующих поверхностно-активных добавок.

Молекулы гидрофобизирующих  веществ имеют асимметрично-полярное строение и состоят из полярной группы (например, СООН или COONa) и неполярной (углеводородного радикала). Эти молекулы в процессе помола адсорбируются на поверхности цементных зерен, ориентируясь полярной группой к поверхности цементного зерна, а углеводородным радикалом наружу, придавая цементу гидрофобные (водоотталкивающие) свойства. Поэтому гидрофобный цемент в отличие от обычного портландцемента при длительном хранении даже в очень влажных условиях не комкуется и сохраняет активность. Адсорбированные на поверхности цементных зерен весьма тонкие (практически в одну молекулу) гидрофобные пленки в процессе перемешивания смесей легко снимаются и не препятствуют нормальному течению процессов твердения цемента. Оставаясь в смеси, гндрофобизиру-ющие вещества адсорбируются на поверхности новообразований, оказывая смазывающее действие и уменьшая трение между частицами смеси, вследствие чего повышаются ее пластичность и однородность. В затвердевшем цементном камне эти вещества располагаются на поверхности пор и капилляров камня и способствуют уменьшению водопоглощения и капиллярного подсоса. Благодаря указанным свойствам бетоны и растворы на гидрофобном цементе имеют более высокую водо- и морозостойкость и водонепроницаемость, чем бетоны на обычном цементе.

Гидрофобный цемент целесообразно использовать при изготовлении бетонов для гидротехнического, дорожного, аэродромного строительства, а также в случаях, когда цемент необходимо длительно хранить и перевозить на дальние расстояния.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ  ЦЕММЕНТЫ

 

3.1 Прочие портландцементы

Среди многих специальных  цементов представляет интерес цемент для защиты от бактериологических воздействий — противобактериальныи цемент, получаемый совместным тонким измельчением портландцементного клинкера с противобактериальной добавкой, которая препятствует микробиологической ферментации. Бактериологическому воздействию подвергаются бетонные полы фабрик пищевой промышленности, где выщелачивание цемента кислотами сопровождается ферментацией, вызываемой бактериями в присутствии влаги. Противобактериальныи цемент может быть также успешно использован в плавательных бассейнах, o6щественных банях и других местах, где возможно присутствие бактерий или плесени.

Еще одним типом специального цемента является так называемый гидрофобный цемент, который сохраняет  свои свойства при длительном хранении в неблагоприятных условиях. Гидрофобный цемент получают совместным тонким измельчением портландцементного клинкера и олеиновой кислоты в количестве 0,1—0,4*. В качестве гидрофобизующей добавки могут быть также использованы стеариновая кислота или пен-тахлорфенол. Эти добавки создают лучшие условия для помола клинкера, чему, возможно, способствуют электростатические силы, возникающие в результате полярной ориентации молекул кислоты на поверхности цементных частиц.

Олеиновая кислота взаимодействует  с щелочами цемента с образованием вспенивающих продуктов — олеатов кальция и натрия, что создает воздухововлечение. При помоле клинкера целесообразно добавлять трибутилфосфат, если воздухововлечение нежелательно.

Гидрофобные свойства цемента  объясняются образованием водоотталкивающих пленок на поверхности цементных зерен. При перемешивании бетонной смеси эти пленки снимаются и происходит нормальная гидратация цемента. Однако прочность этого цемента в раннем возрасте понижена.

Гидрофобный цемент аналогичен по внешнему виду обычному портландцементу, он имеет характерный запах плесени. При транспортировании этот цемент кажется более подвижным, чем портландцемент.

Гидрофобные цементы  не следует отождествлять с гидроизоляционными цементами, назначение которых —  придать бетону водонепроницаемость. Имеются различные мнения об эффективности применения водонепроницаемых цементов.

Кладочные цементы, применяемые  для приготовления строительных растворов для каменной кладки, получают совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, известняка и воздухововлекаю-щей добавки или портландцементного клинкера, гашеной извести, гранулированного доменного шлака или инертного заполнителя и воздухо-вовлекающей добавки. Строительные растворы на кладочных цементах характеризуются большей пластичностью, водоудерживающей способностью и меньшей усадкой, чем на портландцементе. Прочность кладочного цемента ниже, чем у обычного портландцемента, но это не является недостатком при применении цемента для каменной кладки.

Романцемент

Так называют природные цементы, получаемые тонким измельчением обожженных известняковых мергелей, содержащих около 25% глинистых примесей. Этот цемент занимает промежуточное положение между портландцементом и гидравлической известью.

Так как температура  обжига значительно ниже температуры спекания, романцемент не содержит практически C3S и, следовательно, характеризуется замедленным твердением. Различные романцементы в значительной мере отличаются друг от друга по своим свойствам, так как корректировка их состава путем добавки тех или иных недостающих компонентов не производится. По этой причине, а также по ряду экономических причин романцементы в настоящее время производятся в незначительных количествах. В США производство романцемента составляет не более 1% общего производства портландцементов.

Расширяющиеся цементы

Во многих случаях  является желательным применение цемента, который не уменьшал бы свой объем  в результате усадочных деформаций или даже в особых случаях расширялся при твердении.

Во Франции цементы  этого типа разработаны Лосье, который использовал смесь портландцемента, расширяющегося компонента и стабилизатора 1.

Расширяющийся компонент  получают обжигом смеси гипса, бокситов и мела, в результате образуются сульфат кальция и алюминат кальция (в основном С5А3). В присутствии воды эти компоненты взаимодействуют друг с другом с образованием гидросульфоалюмината кальция, что сопровождается расширением цементного камня. Стабилизатор, в качестве которого применяют доменный гранулированный шлак, медленно нейтрализует избыток сульфата кальция и способствует постепенному прекращению расширения. Для получения требуемой величины расширения необходимо очень тщательно выдерживать соотношение между отдельными составляющими цемента. Обычно примерно 8—20% весовых частей сульфоалюминатного клинкера перемешивают со 100 весовыми частями портландцемента и 15 частями стабилизатора.

Так как расширение цемента  происходит только во влажных условиях, уход за бетоном в период твердения  должен тщательно контролироваться, а использование расширяющегося цемента требует мастерства и опыта.

Строго говоря, использование  расширяющегося цемента в бетоне не делает бетон безусадочным, так  как усадка имеет место после  того, как влажностное твердение  уже прекратилось, но величина расширения может быть установлена такой, чтобы расширение и последующая усадка были одинаковыми.

Другой тип расширяющегося цемента, так называемый высокоактивный расширяющийся цемент, получают совместным помолом порт-ландцементного клинкера, клинкера глиноземистого цемента и гипса в соотношении 65:20: 15. Расширение происходит благодаря образованию гидросульфоалюмината кальция, как в цементе Лосье, и развивается в течение 2—3 суток после затворения цемента водой.

Высокоактивный расширяющийся  цемент является быстросхватыва-ющимся и быстротвердеющим вяжущим, достигающим прочности свыше 70 кгс/см2 через бчи 490 кгс/см2 через 28 суток. Цемент характеризуется высокой стойкостью к сульфатной коррозии.

Расширяющиеся цементы  применяют в довольно ограниченном масштабе, и прежде, чем они найдут более широкое распространение, необходимо дальнейшее усовершенствование этих цементов.

Глиноземистый цемент

В начале этого столетия исследование способов защиты бетонных конструкций на портландцементах от действия вод, содержащих гипс, привело Жюля Бида во Франции к открытию глиноземистого цемента. По своему составу и некоторым свойствам этот цемент значительно отличается от портландцемента, но техника бетонирования такая же.

В состав цемента входит примерно 40% окиси алюминия (глинозема), 40% окиси кальция, до 5% двуокиси кремния (кремнезема), а также некоторое количество окислов железа.

Следует отметить, что  производство глиноземистого цемента  отличается от получения портландцемента  тем, что сырьевая шихта в первом случае полностью расплавляется в печи. Поэтому во Франции один из видов глиноземистого цемента получил название «плавленый цемент». Это же торговое название цемента распространено теперь и в Англии. Глиноземистый цемент выпускается также под другими фирменными' названиями, например, «Лайтнинг-цемент» (Англия) и «люмнит» (США).

Химико-минералогический состав

Химический состав глиноземистого цемента, выпускаемого в Англии, характеризуется  содержанием следующих окислов (в %): SiO2— 3,5—5,5; А12О3—37—41; СаО—35—39; Fe2O3—9—10; FeO—5—6; ТЮ2— 1,5—2; MgO — 1; нерастворимый остаток—1. В соответствии с BS 915: 1947 минимальное содержание глинозема должно составлять 32%, а отношение глинозем : известь—0,85—1,3. Минералогический состав глиноземистого цемента изучен значительно меньше, чем состав портландцемента. Основными минералами глиноземистого цемента являются низкоосновные алюминаты кальция: СА и С5А3. В настоящее время считают, что состав последнего точнее характеризуется формулой С12А7. В цементе также содержатся следующие соединения: C6A4-FeO-S и изоморфический C6-A4-Mg0-S. Количество C2S или C2AS в глиноземистом цементе составляет несколько процентов. В небольшом количестве присутствуют и некоторые другие компоненты. В глиноземистом цементе свободная известь отсутствует, поэтому определение равномерности изменения объема цемента при твердении не является важным, для глиноземистых цементов, хотя BS 915: 1947 предусмотрено проведение стандартных испытаний по методу Ле Шателье.

Гидратация

Однокальциевый алюминат характеризуется повышенной интенсивностью роста прочности. Его гидратация происходит с образованием САН10, небольшого количества С2АН8 и глиноземистого геля (А12О3 aq).

Со временем эти гексагональные гидраты, неустойчивые как при нормальных, так и при повышенных температурах, переходят в кубические кристаллы С3АН6 и гель гидрата окиси алюминия. Процесс перекристаллизации ускоряется при повышении температуры и концентрации извести или возрастании щелочности в растворе.

Полагают, что продуктом  гидратации С5А3 является С2АН8, а продуктом  гидратации C2S будет CSH. Известь, образованная при гидролизе, взаимодействует с избытком глинозема, поэтому Са(ОН)2 отсутствует среди продуктов гидратации. Реакции гидратации прочих составляющих, в частности железосодержащих соединений, пока еще недостаточно изучены, однако известно, что железо в составе стекла является инертным компонентом.

Для полной гидратации глиноземистого цемента необходимо 50% воды от веса сухого цемента, что примерно в два  раза превышает количество воды, требуемой  для гидратации портландцемента. Поэтому смеси с водоцементным отношением менее 0,5 еще в недавнем прошлом не рекомендовались для применения. Однако в последнее время применение высоких водоцементных отношений признано нецелесообразным и наиболее предпочтительными считают смеси состава 1 : 7 или даже 1: 9 с водоцементным отношением 0,35. Уплотнение бетонной смеси путем вибрации является необходимым. Поскольку глиноземистый цемент при гидратации химически связывает большее количество воды, чем портландцемент, то при одинаковых составах бетон на глиноземистом цементе характеризуется более низкой пористостью и, следовательно, более высокой непроницаемостью.

Химическая стойкость

Как отмечалось ранее, глиноземистый  цемент был впервые разработан как  сульфатостойкий цемент, и он действительно является таковым. Повышенная стойкость к сульфатной агрессии объясняется отсутствием Са(ОН)2 в гидратированном глиноземистом цементе, а также защитным влиянием сравнительно инертного геля и гидрата окиси алюминия, образованного в процессе гидратации. Следует отметить, что смеси более тощего состава, чем 1 : 8, характеризуются значительно меньшей сульфатостойкостью.

Глиноземистый цемент не подвергается воздействию растворенного  в воде углекислого газа, и, следовательно, его применение целесообразно в производстве труб. Этот цемент не является кислостойким, однако он может довольно хорошо противостоять действию слабых растворов ряда кислот (рН более 3,5—4), содержащихся в промышленных сточных водах, за исключением хлорноватой, фтористой и азотной кислот. С другой стороны, едкие щелочи, даже в слабых растворах, оказывают сильное агрессивное действие на глиноземистый цемент, растворяя гелеобразный глинозем. Химическая стойкость этого цемента к воздействию различных химических соединений изучена Хасси и Робсоном. Следует отметить, что, хотя глиноземистый цемент очень хорошо противостоит действию морской воды, ее не следует применять в качестве воды затворения. Морская вода отрицательно влияет на схватывание и твердение цемента, по-видимому, вследствие образования хлоралюминатов. По этой же причине хлористый кальций ни при каких условиях не следует добавлять к глиноземистому цементу.

Еще одним важным достоинством глиноземистого цемента является высокая  скорость нарастания его прочности. Около 80% конечной прочности цемента достигается в возрасте 24 ч. Уже в возрасте 6—8 ч бетон на глиноземистом цементе достаточно прочен для того, чтобы произвести распалубку и проводить подготовку к следующему этапу бетонирования. На рис. 2.6 приведены кривые роста прочности во времени опытных образцов-цилиндров, изготовленных из бетона с различными водоцементными отношениями и твердевших при комнатной температуре.