Портландцемент пуццолановый: Пуццолановый портландцемент: характеристики и применение

Содержание

Пуццолановый портландцемент: характеристики и применение

Необходимость строительства прочных зданий в самых сложных условиях эксплуатации побуждает изобретать стройматериалы с особенными свойствами. Пуццолановый портландцемент — материал, который при высокой влажности не только не подвергается коррозии, но и наоборот — улучшает свои параметры.

Что такое пуццолановый портландцемент

Основные компоненты материала: прошедшая предварительную обработку смесь глины и известняка — цементный клинкер; рыхлые вулканические породы и мелко перемолотый гипс. Для создания однородного состава все компоненты предварительно должны быть тщательно измельчены.

Пуццолановый портландцемент совмещает ряд уникальных качеств. Важная особенность — высокие эксплуатационные свойства во влажной среде. При заливке этого цемента в конструкциях, предполагающих присутствие воды, прочность материала возрастает. Такие качества делают материал незаменимым в строительной отрасли.

Технические характеристики по ГОСТ

Государственные стандарты устанавливают требования к составу, прочности, скорости отвердевания пуццоланового портландцемента. Соответствие всех характеристик, указанным в ГОСТе параметрам, обязательно соблюдать при производстве и дальнейшей реализации готовой продукции.

Технические характеристики пуццоланового портландцемента

Наименование параметра

Значение параметра

Плотность (усредненная)

2800 кг/м3

Объемный вес, уплотненный материал

от 1200 до 1600 кг/м3

Объемный вес, рыхлый материал

от 800 до 1000 кг/м3

Изгибная прочность

6,8Мпа

Прочность сжатия (в зависимости от марки)

от 42,5 до 62,5МПа

Тонкость помола (сито №008)

10%

Начало отверждения

45 минут

Окончание отверждения

12 часов

Достижение максимальной прочности

28 суток

Срок хранения на сухом складе

6 месяцев

Необходимо, чтобы цемент сохранял эксплуатационные характеристики в течение всего срока хранения. Для этого в местах хранения материала следует принимать соответствующие защитные меры. Основные требования: обезопасить цемент от загрязнений и влаги, а также от смешивания с другими марками.

Состав пуццоланового цемента

Согласно технологии производства, закрепленной в ГОСТ, состав цемента должен быть следующим:

  • портландцементный клинкер — до 80%;
  • добавки — в зависимости от степени активности, — от 20 до 35%;
  • дополнительные присадки — до 5%.

Одним из важных элементов является гипс. Он регулирует скорость схватывания конечного состава. Его доля должна быть не более, чем 3,5% от общей массы.

В качестве активных добавок применяются вещества вулканического происхождения, обожженный сланец, кремнезем, топливная зола, глина, доменный шлак, известь, пемза. Процентное содержание добавки зависит от степени активности конкретного вещества. Составляющие естественного происхождения влияют на технические свойства конечной смеси. Они повышают такие характеристики, как теплостойкость и сопротивление влаге. Их применение оправдано невысокой стоимостью. При добавлении таких компонентов происходит уменьшение цены конечного продукта на 10-15%.

Оксид кальция обеспечивает повышение скорости отверждения портландцемента, но снижает водостойкость.

Процесс производства цемента

При промышленном производстве применяются два способа: сухой и мокрый. Методы определяются технологией получения портландцементного клинкера. Сырьем для его изготовления служат глина и известь в соотношении 1:3.

При мокром способе производства измельченную смесь извести с глиной заливают водой и отстаивают. Получившийся состав перемешивают до достижения наибольшей возможной однородности. Следующая стадия — определение и корректировка содержания компонентов. Затем состав поступает в печь. После обжига портландцементный клинкер получают в виде крупных гранул от 5 до 20 мм в диаметре. На следующем этапе гранулы измельчают и перемешивают с другими составляющими.

При сухом способе изготовления все компоненты в первую очередь направляют в сушильный барабан. Далее следует технологическая операция — дробление в мельнице. Здесь помол можно производить как до смешения — каждый компонент отдельно; так и после — вместе.

Допустимо применять сушильно-помольные агрегаты. В них процессы сушки и измельчения происходят одновременно. Подобное оборудование часто используют на крупных стройках для совместного измельчения клинкера и добавок. Это позволяет менять характеристики цемента непосредственно рядом с местом использования, а значит создавать материалы со свойствами подобранными под конкретные строительные задачи.

Достоинства и недостатки

Бетоны на основе пуццоланового портландцемента обладают увеличенной водонепроницаемостью. Это обусловлено особенностями структуры и состава материала: набуханием гелеобразных компонентов, гидратацией минералов, связыванием гидравлической составляющей в водном растворе Ca(OH)2.

Готовые конструкции из данного вида цемента отличаются высокой пластичностью. В результате повышается устойчивость к образованию трещин и проявляется высокая степень обрабатываемости.

За счет пуццолановых добавок материал обладает большей рыхлостью, по сравнению с другими видами цемента. Его плотность составляет около 2,8 г/см3, поэтому при одинаковой массе в сухом состоянии, пуццолановый портландцемент отличается повышенным выходом готового бетона или раствора.

Недостатки пуццоланового портландцемента:

  • пониженная морозостойкость;
  • невысокая воздухостойкость;
  • большая усадка;
  • замедленное отвердевание и упрочнение;
  • увеличенная потребность в воде.

Многочисленные плюсы материала компенсируют его негативные качества. Он незаменим при высоких требованиях к прочности строительных сооружений.

Вы использовали в строительстве пуццолановый портландцемент?

Где применяется

Свойства материала определяют сферу его применения — строительство зданий и сооружений, работающих в воде или условиях высокой влажности. Гидростойкий цемент требуется при возведении следующих объектов:

  • плотин;
  • подземных емкостей, бункеров, тоннелей;
  • канализационных систем;
  • доков;
  • опор мостов;
  • причалов и иных сооружений речных портов.

Пуццолановый портландцемент также рекомендован к применению при возведении объектов, подверженных воздействию минерализованных грунтовых вод. Это могут быть как жилые, так и промышленные здания, непрерывно находящиеся под воздействием агрессивной среды. Материал используют для возведения водопроводных коммуникаций и комплексов водоотведения: шлюзов, оросительных каналов, систем осушения.

Пуццолановый цемент подходит для создания бетонов с помощью технологии пропаривания. Таким образом создаются прочные, коррозионностойкие конструкции.

Производители пуццоланового портландцемента

Один из заводов, который производит гидростойкие цементы находится в городе Новороссийске. Именно это предприятие снабжает строительными материалами торговый порт города, которому регулярно требуется водостойкий цемент для обновления и ремонта сооружений.

Новороссийский цементный завод успешно функционирует уже около ста лет. В России он входит в десятку крупнейших производителей сыпучих смесей. Другие крупные предприятия, производящие пуццолановый портландцемент:

  • «Красноярский цемент», Россия;
  • «Цесла» (Сланцевский цементный завод), Россия;
  • «Кавказцемент», Россия;
  • «Себряковцемент», Казахстан;
  • «Белорусский цементный завод», Белоруссия.

Данный материал используется для оснащения строек крупных объектов. Но транспортировка его на большие расстояния затруднена. Некоторые компоненты со временем теряют свои свойства и характеристики и перестают соответствовать предъявляемым требованиям. Поэтому используется практика завоза сырья и изготовления материала рядом с местом применения. Всего в России более 40 заводов, которые производят пуццолановый портландцемент.

Популярное

Пуццолановый цемент: состав, применение, производители

Пуццолановый цемент – это одна из самых древних разновидностей строительного материала. История возникновения цемента этого типа уходит во времена Древнего Рима и Древней Греции. Именно тогда древние строители, добавляя в известь, измельченную вулканическую породу «пуццолану», научились изготавливать вяжущее отличающееся высокой прочностью и влагостойкостью.

СодержаниеСвернуть

Пуццолановый цемент

Технология получения

Современный пуццолановый цемент объединяет в себе группу цементов специального назначения, в составе которых содержится не менее 35% активных присадок. В частности, в состав единицы массы цемента пуццоланового (ГОСТ 31108-2003), входят следующие компоненты:

  • Портландцементный клинкер: 65-80%.
  • Активные добавки (пуццолана, зола уноса, обожженный сланец, микрокремнезем): 20-35%.
  • Вспомогательные присадки: 0-5%.

Самый востребованный и распространенный вид пуццоланового цемента – это пуццолановый портландцемент, который изготавливают на цементных заводах полного цикла. Основные «потребительские» свойства пуццоланового цемента:

  • Пуццолановый цемент светлее, чем обычный портландцемент общего применения.
  • Бетон на основе связующего этого вида выделяет меньше тепла при схватывании и твердении. Актуально при возведении массивных сооружений в теплое время года.
  • Повышенная сульфатостойкость и повышенная водонепроницаемость.
  • Низкая себестоимость производства относительно портландцемента общего применения.
  • Высокая стойкость к образованию трещин.

Физико-механические свойства бетона на основе самого востребованного пуццоланового цемента ЦЕМ II / А-П 42,5Н, регламентированные требованиями ГОСТ 31108-2003:

  • Прочность на сжатие в «возрасте» 28 суток: 42,5-62,0 МПа (425-620 кгс/см2).
  • Прочность на изгиб: 6,8 МПа (68 кгс/см2).
  • Схватывание: начало не ранее 1 часа после затворения, окончание через 4,5 часа после затворения.

Пуццолановый цемент и его особености

Технологическая схема производства пуццоланового цемента стандартная. Суть процесса заключается в отдельном изготовлении клинкера портландцемента и отдельном производстве (сушке) комплекса минеральных присадок.

Далее клинкер и присадки подвергаются совместному помолу в многокамерных шаровых грохотах. Раздельный помол клинкера и добавок с последующим смешиванием, используются редко, когда требуется большой расход цемента. В основном непосредственно на строительных площадках при возведении масштабных объектов – крупных гидротехнических сооружений.

Где применяют пуццолановый цемент

Высокая сульфатостойкость и высокая водостойкость являются определяющими факторами области применения цемента этого вида:

  • Строительство подводных и подземных элементов гидротехнических сооружений работающих в условиях отмывания морской и пресной воды: судоремонтные доки, защитные молы, плотины, шлюзы и набережные.
  • Инженерные сети: канализационные и водопроводные сооружения.
  • Строительство тоннелей, стволов шахт, подземных емкостей.
  • Возведение оросительных и осушительных конструкций на солончаковых и заболоченных грунтах.
  • Строительство монолитных или сборных фундаментов жилых и промышленных зданий в условиях воздействия грунтовых вод содержащих высокий уровень вредных примесей.
  • Производство ЖБИ использующее технологию пропаривания.

Производители пуццоланового цемента

На производстве пуццоланового портландцемента вследствие ограниченности и «специальности» его применения специализируется ограниченный круг отечественных и зарубежных цементных заводов в числе которых:

  • Компания ОАО «Новоросцемент».
  • Завод ЗАО “КАВКАЗЦЕМЕНТ”
  • ОАО «ВЕРХНЕБАКАНСКИЙ ЦЕМЕНТНЫЙ ЗАВОД».
  • ОАО «КРАСНОСЕЛЬСКСТРОЙМАТЕРИАЛЫ» (Республика Беларусь).
  • ОАО «БЕЛОРУССКИЙ ЦЕМЕНТНЫЙ ЗАВОД» (Республика Беларусь).

В завышении повествования следует отметить, что пуццолановый цемент следует использовать в усилиях повышенной влажности среды. Имеется ввиду обеспечение повышенной влажности, в которой раствор цемента набирает свою марочную прочность. В противном случае технические характеристики конструкций изготовленных на основе связующего этого вида не будут отвечать требованиям ГОСТа и прочим основном потребительским качествам.

Пуццолановый портландцемент: экологически чистый строительный раствор

Главная страница » Пуццолановый портландцемент: экологически чистый строительный раствор

Рассматривая пуццолановый портландцемент, проще упомянуть технологию обычного цементного раствора на основе пуццолана. Речь идёт о строительной композиции, которая использовалась ещё во времена существования Древнего Рима. Строители римляне получали цементный раствор смешиванием 1/3 извести с 2/3 измельчённого вулканического пепла. К составу добавляли лёгкие камни лавы и воду. Таким способом римляне получали цементный раствор, успешно применяемый в строительстве зданий, мостов и прочих сооружений, часть которых уцелела до сего момента.

СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :

Что представляет собой компонент пуццолан?

Компонент пуццолан (Pozzolana), используемый в качестве добавки портландцемента, — это вулканический пепел, запасов которого достаточно много в Италии в районе расположения вулкана Везувий. Пуццолановый компонент содержит кремнезём и глинозём в реактивной форме.

МОЛОТОК ШМИДТ

Пуццолановый портландцемент и вулканический пепел ВезувияДействующий вулкан «Везувий» — место существенных запасов вулканического пепла – главного компонента под производство пуццоланового строительного раствора

Сам по себе материал не обладает какими-либо цементирующими свойствами. Однако если смешать пуццолан с водой или известью, получается реакция с гидроксидом кальция, сопровождаемая образованием соединений, наделённых свойствами связывающего материала.

Состав римской цементной смеси более 2000 лет не был доступен широким слоям строительного сообщества. Лишь в конце прошлого столетия в США впервые произвели пуццолановый цемент, который появился на рынке в качестве экологически чистой связывающей структуры.

Теперь существуют два типа упомянутого компонента пуццолан:

  1. Искусственный.
  2. Натуральный.

Состав первого типа включает летучую золу, кремнезём, рисовую шелуху, доменный шлак. Состав второго типа включает обожжённую глину, пумицит, диатомовую землю.

Как производят пуццолановый портландцемент?

Основными сырьевыми материалами производства пуццоланового портландцемента являются известняк (CaCO2) и глина (SiO2, AI2, O3, Fe2O3). Оба вида горных пород добывают, транспортируют к месту обработки, где измельчают специальными дробилками.

Измельчённую массу частиц глины с известняком загружают на воздушные шаровые мельницы, в желаемых пропорциях и в соответствии с требованиями. Загруженный состав тщательно перемешивают перед отправкой в накопительные бункеры.

ЛОКАТОР

Пуццолановый портландцемент - экологически чистый стройматериалПриготовленный промышленным способом пуццолановый портландцемент – пример конкретного использования в строительной деятельности при заливке бетонного основания

На следующем этапе производства смесь в требуемом количестве извлекается из бункеров, предварительно нагревается до 800-1000°C. В результате прогрева получают из смеси CaCO3 химический элемент CaO (негашёная известь).

Предварительно нагретую смесь затем направляют в технологическую вращающуюся печь, где прогревают до 1450°C. Получаемый в процессе такого обжига клинкерный порошок охлаждают роторным охладителем. Охлаждённый клинкер смешивают с гипсом и пуццоланом в требуемой пропорции. Как результат — получается пуццолановый портландцемент.

Какими свойствами обладает пуццолановый портландцемент?

Свойства описываемого строительного продукта можно отметить следующими деталями:

  • время (минимум) начального схватывания — 30 минут,
  • время (максимум) окончательного схватывания — 600 минут,
  • упрочнение за 3 суток — 13МПа,
  • упрочнение за 7 дней — 22 МПа,
  • упрочнение за 28 дней — 33 МПа,
  • усадка при высыхании не превышает 0,15%,
  • крупность (тонкость) структуры не менее 300 м2/кг,

Начальная сила пуццоланового портландцемента меньше, чем для обычного портландцемента, но окончательная сила упрочнения равна 28-дневной силе упрочнения обычного портландцемента. Соответственно, пуццолановый портландцемент имеет несколько меньшую скорость наращивания силы упрочнения.

Где предпочтительно использовать пуццолановый портландцемент?

Предпочтительное использование стройматериала видится при строительстве гидротехнических сооружений, морских объектов, сооружаемых в зоне береговой линии моря, при строительстве плотин и т. п.

ВИБРАТОР

Гидротехническое сооружение на основе пуццоланового портландцементаПортландцемент на основе пуццолана – это не просто экологически чистая конструкция, но также высоконадёжная для эксплуатации в «мокрых» условиях

Также очевидным является применение пуццоланового портландцемента при монтаже предварительно напряженных и постнапряженных бетонных элементов. Удачным применение видится в составе кладочных и штукатурных растворов, поскольку такой подход даёт лучшую отделку поверхности.

Явный пример — использование пуццоланового портландцемента в декоративных и художественных структурах. Также широкое использование раствора отмечается в производстве сборных канализационных труб в жёстких условиях бетонирования.

Преимущественные стороны экологически чистого раствора

Налицо экологически чистый цемент, учитывая, что компоненты, используемые в производстве, изготовлены на основе натуральных переработанных отходов. Стройматериал — очень «тонкий» цемент, следовательно, оптимально подходящий под исполнение штукатурных работ.

Пуццолан как материал относительно дешёвый по цене, следовательно, снижается общая стоимость цемента, что делает экономичным строительство в целом. Пуццолановый цемент отличается высокой степенью стойкости против сульфатного воздействия, поэтому подходит для гидротехнических сооружений широкого назначения.

Использование в предварительно напряженных и постнапряженных бетонных элементах снижает выбросы окиси углерода из бетона, что делает строительный объект экологически чистым. Поскольку пуццолан имеет тонкую структуру, качественно заполняются промежутки армирования. Таким образом, уменьшается усадка, образование ячеистых структур, трещин, что, в свою очередь, увеличивает прочность и долговечность бетона.

Недостатки строительного пуццоланового цемента

Уменьшенное значение начального упрочнения оказывает влияние на раннее снятие опалубки. Поскольку содержимое представляет более тонкий материал, подача бетона несколько затруднена.

По сравнению с обычным портландцементом время установки получается меньшим. Снижение уровня щёлочности снижает устойчивость по отношению к коррозии стальной арматуры.

Поскольку прочность этого вида бетона увеличивается медленно, процесс отверждения очень важен. Любая непреднамеренная ошибка в этом может вызвать проблемы долговечности конструкции.

Заключение

Бетон является одним из наиболее важных и основных компонентов зданий современной цивилизации. Этот стройматериал будет продолжать пользоваться спросом в ближайшие годы. По сути, невозможно сегодня представить мир без бетона. Согласно прогнозам, производство цемента к 2030 году достигнет 5 млрд. метрических тонн, что на 43% больше по сравнению с текущим потреблением. Однако каждые восемь минут цементные заводы сбрасывают в атмосферу 30 000 тонн углерода. Очевидной видится реальная проблема разрушения Вселенной. Вся надежда на экологически чистое производство стройматериалов.


При помощи информации: Saudieng

Пуццолана в цементе: что это?

Для строительства объектов жилищного, промышленного, сельскохозяйственного назначения, работающих в условиях повышенной влажности, применяются различные виды пуццолановых цементов, состоящих из искусственного вяжущего вещества — клинкера с присоединением природных добавок. Рассмотрим основные преимущества, недостатки и способы использования этой смеси.

Состав, виды и сферы применения

Что такое цемент с пуццоланой? Ответ прост – это гидравлическое вяжущее вещество, вырабатываемое путём перемалывания клинкера (до 80%) с добавками высокой активности (до 40%), плюс незначительное количество алебастра (не более 3,5%).

Общий ежегодный выпуск такого цемента в России достиг 5 млн т. Природные добавки вулканического (пепел, пемза) и осадочного начала (трепел, опока), а также известь, обожжённая глина, доменный шлак в составе цемента разъясняют, что такое пуццолана. Количество этих веществ в данном соединении пропорционально их свойствам и составу. Чем выше активность добавки, тем ниже процент содержания её в изделии.

В зависимости от содержания ингредиентов производят следующие виды изделия:

  • пуццолановый;
  • известково-глинитный;
  • известково-зольный.

Пуццолановый цемент — это самый массовый из всех перечисленных материалов, применяемых в строительстве гидротехнических сооружений (шлюзы, каналы, порты), подземных коммуникаций (метро, туннели), устройстве подвалов, фундаментов и в других аналогичных местах, где есть взаимодействие с пресными и сульфатными водами.

Не следует использовать этот строительный материал из-за низкой воздухостойкости при монтаже надземных конструкций из бетона, находящихся в естественных условиях, которые могут привести к прекращению его твердения и породить оседание части сооружения.

Пуццолановый цемент имеет слабую устойчивость к попеременному воздействию оттаивания и замораживания, высыхания и увлажнения, что ограничивает сферу его применения.

Не рекомендуется готовить бетонную смесь из этого цемента при температуре от 0° C и ниже вследствие низкой морозостойкости.

Технические показатели

По ГОСТ 31108–2003 пуццолановый портландцемент имеет следующие характеристики, приведённые в таблице:

Наименование свойств Количество Примечание
1 Активных добавок (%) 20–40
2 Плотность (г/см³) 2,7–2,9
3 Срок хранения (месяц) 6 В сухом помещении
4 Прочность на сжатие (МПа) 42,5–62,5 По истечении 28 суток
5 Время схватывания начало /конец (час:мин) 0:45/12:00
6 Прочность на изгиб (МПа) 6,8 После 28 суток
7 Густота цементного теста (%) 28–35
8 Объёмный вес (кг/м³) 800–1000 В рыхлом состоянии
9 Удельный вес (кгс/м³) 2,7–2,9
10 Объёмный вес (кг/м³) 1200–1600 В уплотнённом виде
11 Тонкость помола на сите №008 (%) До 10

Достоинства и недостатки

Пуццолановые цементы отличаются рядом преимуществ перед обычными строительными смесями:

  1. высоким уровнем соединения с металлической арматурой в железобетонных конструкциях;
  2. отсутствием большого количества трещин в готовых изделиях;
  3. долговечностью сооружений, построенных с их применением;
  4. выходом большего количества раствора, бетона;
  5. лёгкостью обработки и получением более гладкой поверхности изделий;
  6. устойчивостью к пресным и минерализованным водам при уплотнении;
  7. быстрым схватыванием;
  8. превышает прочность обычного бетона при автоклавном изготовлении конструкций;
  9. себестоимость массового производства значительно ниже.

Недостатками такого цемента являются:

  • низкая воздухостойкость;
  • большие потребности в воде во время приготовления растворов;
  • меньшие сроки хранения, а как следствие – понижение прочностных характеристик;
  • слабая устойчивость к воздействию низких температур и перепадам влажности.

Подведём итоги. Пуццолановые цементы, несмотря на мелкие недостатки, имеют значительные преимущества, которые делают их незаменимыми при строительстве гидротехнических, подземных, иных конструкций, требующих высокой прочности и противодействия повышенной влажности.

Пуццолановый портландцемент, ГОСТ, свойства и применение

Данный вид цемента производится из портландцементного клинкера, гипса и добавок с пуццоланическими свойствами. Эти добавки при реакции с известью проявляют гидравлические свойства и образуют низкоосновные гидросиликаты кальция. В результате, структура затвердевшего материала значительно отличается от раствора на обычном портландцементе. Более подробно о свойствах пуццолан можно найти в ГОСТ 31108-2016.

Отличие структуры пуццоланового цемента (ПЦЦ) заключается в повышенной плотности раствора в затвердевшем виде. Это приводит к увеличению водостойкости и водонепроницаемости бетонов из такого цемента. Химический состав ПЦЦ требует обязательного твердения в условиях повышенной влажности или в воде. На сухом воздухе процесс образования кристаллов может очень замедлиться или вовсе прекратиться. В результате сухого твердения возникают сильные усадочные деформации.

Добавлением специальных активных гидравлических компонентов можно добиться повышения усадки и набухания материала в 1,5 раза, в сравнении с портландцементом. Пуццолановый портландцемент обладает активной реакцией на температуру, в которой протекает схватывание раствора. При низких температурах ему требуется значительно больше времени на твердение, чем обычному цементу. В то же время, ПЦЦ выделят меньшее количество тепла и лучше подходит для заливки крупногабаритных сооружений.

Повышенная водостойкость пуццоланового цемента делает его отличным материалом для изготовления бетонных конструкций, которые постоянно находятся в контакте с водой. Его применяю при возведении плотин, портов, каналов и других гидротехнических сооружений. Однако, материал не предназначен для эксплуатации в морской воде. Применение ПЦЦ возможно только для бетонирования изделий и конструкций, которые будут функционировать в пресных водах.

Пуццолановый цемент целесообразно использовать для всех видов конструкций и сооружений, которые требуют максимально защиты от разрушающего действия пресной воды. Сюда входят подземные тоннели, подвальные помещения в зданиях с высоким уровнем грунтовых вод, фундаменты во влажном грунте, а также шахты.

Несмотря на отличные показатели водостойкости, ПЦЦ нельзя использовать в условиях постоянных перепадов влажности и температуры. Бетоны на таком цементе имеют сниженные показатели морозостойкости и воздухостойкости. В конструкциях, которые твердеют на воздухе, использование ПЦЦ нецелесообразно. Пуццолановый цемент плохо сопротивляется воздействию раствор кислот, щелочей и обладает низкой скоростью твердения.

Пуццолановый цемент

Для строительства объектов жилищного, промышленного, сельскохозяйственного назначения, работающих в условиях повышенной влажности, применяются различные виды пуццолановых цементов, состоящих из искусственного вяжущего вещества — клинкера с присоединением природных добавок. Рассмотрим основные преимущества, недостатки и способы использования этой смеси.

Состав, виды и сферы применения

Что такое цемент с пуццоланой? Ответ прост – это гидравлическое вяжущее вещество, вырабатываемое путём перемалывания клинкера (до 80%) с добавками высокой активности (до 40%), плюс незначительное количество алебастра (не более 3,5%).

Общий ежегодный выпуск такого цемента в России достиг 5 млн т. Природные добавки вулканического (пепел, пемза) и осадочного начала (трепел, опока), а также известь, обожжённая глина, доменный шлак в составе цемента разъясняют, что такое пуццолана. Количество этих веществ в данном соединении пропорционально их свойствам и составу. Чем выше активность добавки, тем ниже процент содержания её в изделии.

В зависимости от содержания ингредиентов производят следующие виды изделия:

  • пуццолановый;
  • известково-глинитный;
  • известково-зольный.

Пуццолановый цемент — это самый массовый из всех перечисленных материалов, применяемых в строительстве гидротехнических сооружений (шлюзы, каналы, порты), подземных коммуникаций (метро, туннели), устройстве подвалов, фундаментов и в других аналогичных местах, где есть взаимодействие с пресными и сульфатными водами.

Не следует использовать этот строительный материал из-за низкой воздухостойкости при монтаже надземных конструкций из бетона, находящихся в естественных условиях, которые могут привести к прекращению его твердения и породить оседание части сооружения.

Пуццолановый цемент имеет слабую устойчивость к попеременному воздействию оттаивания и замораживания, высыхания и увлажнения, что ограничивает сферу его применения.

Не рекомендуется готовить бетонную смесь из этого цемента при температуре от 0° C и ниже вследствие низкой морозостойкости.

Технические показатели

По ГОСТ 31108–2003 пуццолановый портландцемент имеет следующие характеристики, приведённые в таблице:












Наименование свойств

Количество

Примечание

1

Активных добавок (%)

20–40

 

2

Плотность (г/см³)

2,7–2,9

 

3

Срок хранения (месяц)

6

В сухом помещении

4

Прочность на сжатие (МПа)

42,5–62,5

По истечении 28 суток

5

Время схватывания начало /конец (час:мин)

0:45/12:00

 

6

Прочность на изгиб (МПа)

6,8

После 28 суток

7

Густота цементного теста (%)

28–35

 

8

Объёмный вес (кг/м³)

800–1000

В рыхлом состоянии

9

Удельный вес (кгс/м³)

2,7–2,9

 

10

Объёмный вес (кг/м³)

1200–1600

В уплотнённом виде

11

Тонкость помола на сите №008 (%)

До 10

 

Достоинства и недостатки

Пуццолановые цементы отличаются рядом преимуществ перед обычными строительными смесями:

  1. высоким уровнем соединения с металлической арматурой в железобетонных конструкциях;
  2. отсутствием большого количества трещин в готовых изделиях;
  3. долговечностью сооружений, построенных с их применением;
  4. выходом большего количества раствора, бетона;
  5. лёгкостью обработки и получением более гладкой поверхности изделий;
  6. устойчивостью к пресным и минерализованным водам при уплотнении;
  7. быстрым схватыванием;
  8. превышает прочность обычного бетона при автоклавном изготовлении конструкций;
  9. себестоимость массового производства значительно ниже.

Недостатками такого цемента являются:

  • низкая воздухостойкость;
  • большие потребности в воде во время приготовления растворов;
  • меньшие сроки хранения, а как следствие – понижение прочностных характеристик;
  • слабая устойчивость к воздействию низких температур и перепадам влажности.

Подведём итоги. Пуццолановые цементы, несмотря на мелкие недостатки, имеют значительные преимущества, которые делают их незаменимыми при строительстве гидротехнических, подземных, иных конструкций, требующих высокой прочности и противодействия повышенной влажности.

Пуццолановые портландцементы | Справочник

Пуццолановыми портландцементами называют тонкоизмельченные и тщательно перемещанные смеси портландцемента и активной минеральной добавки. Активные минеральные добавки — это искусственные или природные вещества, содержащие в своем составе активный кремнезем. Активная минеральная добавка должна быть в тонкоизмельчен-ном состоянии, так как только в этом виде активный кремнезем может вступать в водной среде в химическое взаимодействие с гидратом окиси кальция — продуктом гидратации портландцемента, образуя устойчивые, обладающие гидравлическими свойствами, силикаты кальция. К числу наиболее широко применяемых активных минеральных добавок относятся вулканический пепел, пемза, опаловые сланцы и кремнистые сланцы, диатомит, обожженные глины, зола и т. д.

Интенсивность нарастания прочности пуццолановых портландцементов зависит от активности минеральных добавок и количества портландцемента в смеси. Как правило, пуццолановые портландцемента характеризуются замедленным нарастанием прочности во времени и требуют влажных условий твердения в течение сравнительно длительного периода, однако конечная прочность пуццоланового и обычного портландцемента примерно одинакова.

По Временным техническим условиям ASTM С 340—58Т на цемент типа IP (так обозначают в США пуццолановый портландцемент) содержание активных минеральных добавок в этом цементе должно составлять от 15 до 50% веса цемента. В этих Технических условиях описан также метод определения химической активности минеральных добавок. Многие активные минеральные добавки дешевле, чем портландцемент, но главное преимущество пуццолановых портландцементов заключается в их замедленной гидратации и, следовательно, пониженном тепловыделении. Пуццолановые портландцементы наиболее часто применяют при бетонировании массивных конструкций, для которых указанное свойство цемента является весьма важным достоинством.

Пуццолановые портландцементы характеризуются также повышенной стойкостью к отдельным видам коррозии и, в частности, к сульфатной коррозии. Желательно, чтобы минеральные добавки были предварительно испытаны с теми цементами и заполнителями, которые предполагается использовать в конкретных конструкциях. Активные минеральные добавки также используют для частичной замены цемента, в этом случае цемент и активные минеральные добавки дозируют отдельно и затем перемешивают с другими компонентами в бетоносмесителе.

Портланд-пуццолановый цемент — Большая химическая энциклопедия

В пуццолановых системах S / S используются портландцемент и пуццолановые материалы (например, летучая зола) для получения структурно более прочного композита отходы / бетон. Отходы содержатся в бетонной матрице за счет микрокапсулирования (физического улавливания). Это химическая обработка, в которой используются коммерчески доступные растворимые силикатные растворы и различные цементные материалы, такие как цемент, известь, поззоланы и летучая зола.Путем добавления этих реагентов и тщательного перемешивания отходы фиксируются или стабилизируются. Подвижность загрязняющих веществ снижается за счет связывания загрязняющих веществ в твердой матрице, что снижает проницаемость и площадь поверхности, доступную для высвобождения токсичных компонентов. [Pg.880]

Портланд-пуццолановый цемент содержит материал (в нашем случае летучую золу), который вступает в реакцию с гидроксидом кальция, производимым портландцементом, с образованием алюмосиликатов кальция с образованием цемента с улучшенными свойствами.[Стр.19]

В цементах, содержащих пуццолановые добавки, умэ, необходимый для реакции с пуццоланом, обеспечивается гидратацией портландцемента. Затвердевший цементный тест (по сравнению с обычным портландцементом) имеет более низкое содержание извести и более высокое содержание C-S-H. Количество пуццолановой добавки к портландцементу обычно составляет от 20 до 40% от общего содержания цемента, и его следует скорректировать с учетом количества извести, полученной при гидратации портландцемента. Любой избыток пуццолановой добавки не вступит в реакцию и, следовательно, будет вести себя как инертная добавка.[Стр.12]

Gutierrez et al. [50] исследовали влияние замены части портландцемента пуццоланами в виде микрокремнезема, летучей золы и метакаолина на механические свойства цементного раствора, армированного синтетическими и натуральными волокнами. Механические свойства и долговечность композиционных материалов были улучшены за счет замены 15 мас.% Цемента метакаолином или микрокремнеземом, однако из-за своей низкой пуццолановой способности летучая зола не влияла на долговечность этих материалов. Khorami и Ganjian [62] увеличили прочность на изгиб в 20% цементных материалов, армированных соломенными волокнами и эвкалиптом, путем замены 5% портландцемента дымом кремнезема.[Pg.442]

Портлендский пуццолановый цемент Он включает цемент летучей золы, поскольку летучая зола представляет собой пуццолан, но также включает цементы, изготовленные из других природных или искусственных пуццоланов. В странах, где имеется вулканический пепел (например, Италия, Чили, Мексика и Филиппины), эти цементы часто являются наиболее распространенной формой. [Pg.202]

При замене портландцемента на стекло с рифлением типа II скорость расширения образцов снижается примерно на 15%. Согласно последним исследованиям, материалы с пуццолановыми характеристиками могут подавлять щелочно-кремнеземную реакцию (ASR) и уменьшать расширение… [Стр.14]

Хлорид кальция увеличивает прочность цементных паст на сжатие, особенно в прежние времена. Наиболее значительное влияние на прочность на сжатие оказывает портландцемент для доменных печей и незначительно — портланд-пуццолановый цемент. Прочность на сжатие цементных паст в присутствии 2% CaCl2 улучшается примерно на 50, 41, 11, 9 и 8% по сравнению с контрольной через 6 часов, 1, 3, 7 и 28 дней соответственно. . [Pg.150]

Файлы Excel для построения внутренних диаграмм гидратированных портланд-пуццолановых известняковых цементов… [Pg.485]

ФАЙЛЫ EXCEL ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ВНЕШНИХ ДИАГРАММ ГИДРАТИРОВАННЫХ ПОРТЛАНД-ПОЦЦОЛАН-ИЗВЕСТНИКОВЫХ ЦЕМЕНТОВ … [Pg.498]

Отверждение верхних слоев может быть достигнуто путем смешивания пуццолановых добавок, модифицированной глины или стабилизирующие реагенты во влажную почву и уплотняющие массу. Пуццолановые добавки включают такие фиксаторы, как портландцемент, негашеная известь, … [Pg.292]

Процесс отверждения HAZCON — это технология ex situ для иммобилизации металлов и неорганических опасных отходов во влажной или сухой почве и шламах.Эта технология представляет собой процесс на основе цемента, при котором загрязненный материал смешивается с пуццолановыми материалами, такими как портландцемент, запатентованная добавка под названием хлоранан, и вода. Этот процесс позволяет обрабатывать твердые вещества, шлам, полутвердые вещества или жидкости. Смесь затвердевает в связную массу, которая иммобилизует тяжелые металлы. [Pg.602]

ASTM 1994. Стандартные спецификации ASTM C618 для золы-уноса и сырого или кальцинированного природного пуццолана для использования в качестве минеральной добавки в портландцементном бетоне.ASTM International. Адрес в Интернете http // www.astm.org. [Pg.243]

Зола от сжигания пылевидного угля является стратегическим материалом, который имеет множество критических применений от источника заполнителя до самого важного источника пуццолана для добавления в портландцементный бетон. Меры экологического контроля выбросов при сжигании угля привели к снижению качества этих материалов. В ответ мы стали свидетелями появления процессов обогащения, в которых используются как проверенные, так и новые технологии для производства высококачественных продуктов из этих материалов.В настоящее время, по нашим оценкам, около одной пятой всей продаваемой золы перерабатывается с помощью тех или иных методов обогащения. Мы ожидаем, что спрос на качество и стабильность сохранится, а относительное количество продуктов переработки золы в будущем увеличится. [Pg.260]

Мы продемонстрировали, что сверхкритический CO 2 может использоваться для ускорения естественных реакций карбонизации в немодифицированных портландцементах и ​​что такая обработка улучшает физические свойства цемента.Кроме того, было доказано, что использование сверхкритического CO 2 позволяет заменять порошок портландцемента на недорогие низкосортные пуццоланы, такие как летучая зола. [Pg.254]

Минеральные добавки можно в широком смысле отнести к пуццолановым материалам или латентным гидравлическим цементам. Ни один из типов не вступает в значительную реакцию с водой при обычных температурах в отсутствие других веществ. Пуццолановые материалы с высоким содержанием SiO2 и часто также с AI2O3, и низким содержанием CaO, они достаточно реакционноспособны, чтобы их смеси с водой и CaO производили C-S-H при обычных температурах и тем самым действовали как гидравлические цементы.Если они содержат AI2O3, образуются также гидраты алюмината кальция или алюмината силиката. Поскольку в них мало CaO, этот компонент должен поставляться в стехиометрическом количестве. В композитном цементе он обеспечивается портландцементом за счет уменьшения образования CH и снижения Ca / Si … [Pg.276]

Химические испытания пуццолановости доказали ограниченное использование для оценки, поскольку 28-дневная прочность зависит в гораздо большей степени от соотношения вес / с, чем от этого свойства, и, похоже, нет эффективной замены прямым испытаниям соответствующих свойств на строительных растворах или, предпочтительно, на бетонах.Однако степень пуццолановой активности важна для развития силы и снижения проницаемости в более позднем возрасте. При равной 28-дневной прочности прочность на 91 день или более обычно превышает прочность аналогичных бетонов, изготовленных из чистых портландцементов. [Pg.293]

Uchikawa (UI7) рассмотрел химический состав гидратации pfa и других композитных цементов. Цементы PFA отличаются от чистых портландцементов, в частности (i) скоростью гидратации клинкерных фаз, (ii) содержанием CH, которое снижается как за счет разбавления клинкера с помощью pfa, так и за счет пуццолановой реакции, (iii) составом продукты гидратации клинкера и (iv) образование продуктов гидратации из ПЖК.Два последних аспекта нельзя разделить полностью. [Стр.293]

Из характеристик ПФА, влияющих на реакционную способность, содержание стекла, по-видимому, является наиболее важным, но также могут иметь значение удельная площадь поверхности, состав стекла и влияние напряжения в стекле, вызванного кристаллическими включениями. (U17). Из внешних факторов, вероятно, наиболее важными являются относительная влажность, температура (C43) и содержание щелочи в цементе. Сульфат-ион может также повысить реакционную способность, способствуя удалению AF из стекла (U17).Скорость пуццолановой реакции и развития прочности более чувствительны к температуре, чем скорости гидратации и развития прочности для чистых портландцементов (например, Ref. H52). [Pg.295]

Traetieberg (T47) показал, что микрокремнезем, используемый в качестве добавки к цементу, обладает значительной пуццолановой активностью, в основном в период 7-14 дней после смешивания, и что продукт реакции, образованный с CH, вероятно, имел Ca / Si соотношение около 1,1. Несколько последующих исследований показали, что пуццолановая реакция обнаруживается в течение нескольких часов, а также что ранняя реакция алита ускоряется (h47, H54, H55).Хуанг и Фельдман (H54, H55) довольно подробно изучили реакции гидратации. В пастах с замещением 10% или 30% и соотношением масс / с 0,25 или 0,45 содержание CH проходило через максимумы, как правило, в течение первого дня, прежде чем начало снижаться, в пастах с замещением 30% оно достигло нуля к 14 дням. В Таблице 9.9 приведены некоторые результаты, полученные для содержания CH и неиспариваемой воды в этих пастах. Как и в случае с цементами pfa, по той же причине, содержание неиспариваемой воды в зрелых пастах значительно ниже, чем в сопоставимых пастах чистых портландцементов.[Стр.306]


.

Portland Pozzolana Cement — оптовый поставщик KCP Portland Pozzolana Cement из Шиллонга

Brand Ambuja, Ultratech, ACC, Bangur, JK Lakshmi
Type OPC Cement (Set QSC Cement Ordinary) ), RHC (быстротвердеющий цемент)
Размер упаковки 25 кг, 50 кг, 100 кг
Цемент сорт 53, сорт 43, сорт 33

Portland Po На основе кальцинированной глины) — IS 1489

PPC или Portland Pozzolana Cement — это разновидность смешанного цемента, который производится путем измельчения портландского клинкера с гипсом и пуццолановыми материалами в отмеренных пропорциях или путем смешивания обычного портландцемента (OPC) с пуццолановыми материалами. в определенных пропорциях.

Пуццолана — это любой натуральный или искусственный материал, содержащий кремнезем в реакционной форме. Пуццолана находится в тонко измельченном состоянии, что позволяет кремнезему соединяться с гидроксидом кальция (высвобожденным гидратирующим портландцементом) в присутствии воды, образуя стабильный гидрат силикатов кальция, обладающий вяжущими свойствами. Обычно используются следующие пуццолановые материалы:

· Кальцинированная глина

· Летучая зола

· Пары кремнезема

Индийские стандарты для портландского пуццоланового цемента были выпущены в двух частях в зависимости от типа пуццолановых материалов, которые будут использоваться при производстве Портленд Пуццолана.

Цемент, как указано ниже:

· IS 1489 (Часть 1) 1991, Portland Pozzolana Cement — спецификация (на основе летучей золы)

· IS 1489 (Part 2) 1991, Portland Pozzolana Cement — спецификация (на основе кальцинированной глины ) качество золы-уноса или кальцинированной глины, которая будет использоваться при производстве ППК, также указано BIS в следующих стандартах:

· IS 3812 1981 — спецификация для золы-уноса в виде пуццолана и примеси IS 1344 1981 — спецификация для пуццолана кальцинированной глины.

Ввиду наличия в большом количестве летучей золы хорошего качества, использование пуццоланового цемента на основе кальцинированной глины постепенно сокращается.

.

Портланд-пуццолановый цемент — Большая химическая энциклопедия

Портланд-пуццолановый цемент содержит материал (в нашем случае летучую золу), который вступает в реакцию с гидроксидом кальция, производимым портландцементом, с образованием алюмосиликатов кальция с образованием цемента с улучшенными свойствами. [Стр.19]

Портлендский пуццолановый цемент Он включает цемент из летучей золы, поскольку летучая зола является пуццоланом, но также включает цементы, изготовленные из других природных или искусственных пуццоланов. В странах, где есть вулканический пепел (например,Италия, Чили, Мексика и Филиппины), эти цементы часто являются наиболее распространенной формой использования. [Pg.202]

Хлорид кальция увеличивает прочность цементных паст на сжатие, особенно в прежние времена. Наиболее значительное влияние на прочность на сжатие оказывает портландцемент для доменных печей и незначительно — портланд-пуццолановый цемент. Прочность на сжатие цементных паст в присутствии 2% CaCl2 улучшается примерно на 50, 41, 11, 9 и 8% по сравнению с контрольной через 6 часов, 1, 3, 7 и 28 дней соответственно.P «] … [Pg.150]

Цеолитный туф также используется в цементной промышленности в качестве пуццолановой добавки (см. Подраздел 5.2.2.) К портландцементу. Это приложение напоминает об использовании пуццолана, поскольку начала 1900-х годов для получения смешанных цементов, способных закрепить известь, образовавшуюся в результате гидратации компонентов силиката кальция портландского клинкера. Использование цеолитового туфа в качестве заменителя пуццолана для получения пуццолановых цементов основано как на экономических, так и на технические соображения.С одной стороны, производство смешанных цементов позволяет сэкономить 40% топлива без снижения качества производимого вяжущего (следует иметь в виду, что смесь извести и пуццолана сама по себе является цементом), с другой стороны, это дает некоторые преимущества, например, … [Pg.32]

Когда требуется герметизировать стальные обсадные трубы газовых и нефтяных скважин к стенкам ствола скважины и заделать пористые образования, используется цементная смесь. В качестве закрепляющих веществ используются портландцемент и пуццолановый цемент. Последний состоит из гашеной извести и пуццолана.Время схватывания пуццоланового цемента сокращается за счет добавления ускорителя (например, кальцинированной соды, которая сразу же каустизируется известью) и относительно высоких температур на глубине [32,27]. [Pg.374]

Реакции схватывания портландцемента аналогичны реакциям схватывания древнего пуццоланового цемента. Первая реакция — это гидратация C3A. Эта реакция является быстрой, происходит в течение первых 4 часов и вызывает затвердевание цемента … [Стр.22]

Файлы Excel для построения внутренних диаграмм гидратированных портланд-пуццолановых известняковых цементов… [Pg.485]

ФАЙЛЫ EXCEL ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ВНЕШНИХ ДИАГРАММ ГИДРАТИРОВАННЫХ ПОРТЛАНД-ПОЦЦОЛАН-ИЗВЕСТНИКОВЫХ ЦЕМЕНТОВ … [Pg.498]

Отверждение верхних слоев может быть достигнуто путем смешивания пуццолановых добавок, модифицированной глины или стабилизирующие реагенты во влажную почву и уплотняющие массу. Пуццолановые добавки включают такие фиксаторы, как портландцемент, негашеная известь, … [Pg.292]

Процесс отверждения HAZCON — это технология ex situ для иммобилизации металлов и неорганических опасных отходов во влажной или сухой почве и шламах.Эта технология представляет собой процесс на основе цемента, при котором загрязненный материал смешивается с пуццолановыми материалами, такими как портландцемент, запатентованная добавка под названием хлоранан, и вода. Этот процесс позволяет обрабатывать твердые вещества, шлам, полутвердые вещества или жидкости. Смесь затвердевает в связную массу, которая иммобилизует тяжелые металлы. [Pg.602]

Пуццолановые системы S / S используют портландцемент и пуццолановые материалы (например, летучую золу) для получения структурно более прочного композита отходы / бетон. Отходы содержатся в бетонной матрице за счет микрокапсулирования (физического улавливания).Это химическая обработка, в которой используются коммерчески доступные растворимые силикатные растворы и различные цементные материалы, такие как цемент, известь, поззоланы и летучая зола. Путем добавления этих реагентов и тщательного перемешивания отходы фиксируются или стабилизируются. Подвижность загрязняющих веществ снижается за счет связывания загрязняющих веществ в твердой матрице, что снижает проницаемость и площадь поверхности, доступную для высвобождения токсичных компонентов. [Pg.880]

ASTM 1994. Стандартные технические условия ASTM C618 для золы-уноса и сырого или кальцинированного природного пуццолана для использования в качестве минеральной добавки в портландцементном бетоне.ASTM International. Адрес в Интернете http // www.astm.org. [Pg.243]

Зола от сжигания пылевидного угля является стратегическим материалом, который имеет множество критических применений от источника заполнителя до самого важного источника пуццолана для добавления в портландцементный бетон. Меры экологического контроля выбросов при сжигании угля привели к снижению качества этих материалов. В ответ мы стали свидетелями появления процессов обогащения, в которых используются как проверенные, так и новые технологии для производства высококачественных продуктов из этих материалов.В настоящее время, по нашим оценкам, около одной пятой всей продаваемой золы перерабатывается с помощью тех или иных методов обогащения. Мы ожидаем, что спрос на качество и стабильность сохранится, а относительное количество продуктов переработки золы в будущем увеличится. [Pg.260]

Мы продемонстрировали, что сверхкритический CO 2 может использоваться для ускорения естественных реакций карбонизации в немодифицированных портландцементах и ​​что такая обработка улучшает физические свойства цемента.Кроме того, было доказано, что использование сверхкритического CO 2 позволяет заменять порошок портландцемента на недорогие низкосортные пуццоланы, такие как летучая зола. [Pg.254]

Минеральные добавки можно в широком смысле отнести к пуццолановым материалам или латентным гидравлическим цементам. Ни один из типов не вступает в значительную реакцию с водой при обычных температурах в отсутствие других веществ. Пуццолановые материалы с высоким содержанием SiO2 и часто также с AI2O3, и низким содержанием CaO, они достаточно реакционноспособны, чтобы их смеси с водой и CaO производили C-S-H при обычных температурах и тем самым действовали как гидравлические цементы.Если они содержат AI2O3, образуются также гидраты алюмината кальция или алюмината силиката. Поскольку в них мало CaO, этот компонент должен поставляться в стехиометрическом количестве. В композитном цементе он обеспечивается портландцементом за счет уменьшения образования CH и снижения содержания Ca / Si … [Pg.276]


.

границ | Гидратация смесей бинарных портландцементов, содержащих пары кремнезема: метод разделения для оценки степени гидратации и пуццолановой реакции

Введение

Дополнительные вяжущие материалы (SCM), такие как микрокремнезем (SF), летучая зола (FA), измельченный гранулированный доменный шлак (GGBFS) и порошок известняка (LS), широко используются в бетоне из-за их экологических характеристик и характеристик. достоинства (Juenger, Siddique, 2015). С одной стороны, SCM могут минимизировать потребление энергии и выбросы CO 2 , связанные с производством портландцемента (Damtoft et al., 2008; Schneider et al., 2011; Gruyaert et al., 2012; Wang et al., 2017). С другой стороны, после короткого или длительного времени гидратации бетон с добавлением SCM может достигать аналогичных или лучших механических свойств, а также улучшенной долговечности в отношении различных механизмов разрушения, таких как сульфатное воздействие и проникновение хлоридов, по сравнению с обычным портландцементным бетоном ( Ли и др., 2016; Ю и Квон, 2016). Независимо от типа используемых вяжущих материалов, временные изменения степени гидратации и сборки продуктов гидратации оказывают прямое и значительное влияние на механические и транспортные свойства бетона.Следовательно, кинетика гидратации вяжущих материалов и развитие микроструктуры пасты имеют решающее значение для оценки и / или прогнозирования пригодности к эксплуатации и долговечности бетона.

Было разработано несколько хорошо зарекомендовавших себя методов изучения кинетики гидратации и эволюции микроструктуры простого портландцемента. Степень гидратации можно регулярно контролировать / определять с использованием одного или комбинации нескольких экспериментальных подходов, таких как измерение теплоты гидратации (Wadsö, 2015; Lapeyre and Kumar, 2018), количественное определение не испаряющейся воды и гидроксида кальция. (CH) по данным термогравиметрического анализа (TGA) (Powers and Brownyard, 1946; Fagerlund, 2009; Ma and Li, 2013; Lothenbach et al., 2015), количественный фазовый анализ с помощью порошковой дифракции рентгеновских лучей (XRD) (Snellings, 2015) и анализ изображений в отраженных электронах (BSE) (Scrivener et al., 2016). Микроструктуру и фазовый ансамбль затвердевших паст можно охарактеризовать с помощью ртутной порометрии (MIP) (Ma, 2014), адсорбции азота (Escalante-Garcia, 2003), анализа изображений BSE (Scrivener et al., 2016) и т. Д. экспериментальные результаты и / или теоретическая кинетика гидратации, компьютерные модели, такие как HYMOSTRUC (van Breugel, 1995a, b), многокомпонентная модель (Kishi and Maekawa, 1996), CEMHYD3D (Bentz et al., 1998) и μic (Bishnoi and Scrivener, 2009; Kumar et al., 2012) были разработаны для описания процесса гидратации цемента и / или развития микроструктуры цементного теста. Однако, когда эти методы используются в SCM, содержащих вяжущие материалы, можно столкнуться с проблемами из-за сложности SCM и многокомпонентных паст (Fanghui et al., 2015). Хотя термодинамические модели, например, GEMS (программа минимизации свободной энергии Гиббса), использовались для решения таких сложностей, они требуют конкретных вводных данных о степени гидратации каждого реагента в целевой точке (De Weerdt et al., 2011; Schöler et al., 2015; Fernández et al., 2018). Компьютерные модели микроструктуры также нуждаются в явной информации, касающейся степени реакции каждого компонента и / или кинетических (например, зарождения и роста C-S-H) параметров для моделирования развития микроструктуры в многофазном цементном тесте (Ma, 2013). Таким образом, определение степени гидратации / реакции различных компонентов смешанного цементного материала является важной темой исследования.

Поскольку гидратация цемента и пуццолановые реакции SCM являются экзотермическими процессами, было разработано несколько моделей, основанных на прямых калориметрических измерениях, для описания гидратации смешанных цементных материалов (De Schutter and Taerwe, 1995; Swaddiwudhipong et al., 2003; Riding et al., 2013). Они полезны для прогнозирования теплоты гидратации и полуадиабатического повышения температуры в массивном бетоне и могут использоваться для общей оценки общей степени гидратации смешанных цементных материалов (Fanghui et al., 2016; Qiang et al., 2016; Zhang et al., 2016). Однако взаимодействия между гидратацией цемента и пуццолановой реакцией SCM (с портландитом) в этих моделях явно не рассматриваются. Чтобы лучше описать гидратационное поведение многокомпонентных вяжущих материалов, необходимы количественные методы, которые могут одновременно определять степень гидратации цемента и степени пуццолановой реакции SCM.

Принято считать, что реакции SCM (аморфный диоксид кремния и оксид алюминия) потребляют CH из гидратации цемента, что приводит к образованию вторичных (т.е. пуццолановых) C-S-H и других фаз (например, гидратов алюмината кальция). Предполагая, что на степень гидратации цемента не влияют SCM, можно определить степень пуццолановой реакции SCM, включенных в ту же пасту, на основе экспериментально определенного снижения содержания CH и разумно сформулированной стехиометрии пуццолановых реакций (Shi and Day, 2000). ; Pane, Hansen, 2005; Neithalath et al., 2009; Родригес и др., 2012). Однако это предположение, хотя и является основным, неверно из-за эффекта наполнителя, эффекта разбавления, а также пуццоланового эффекта SCM. Точно так же расчет степени гидратации смешанных вяжущих материалов непосредственно по содержанию неиспариваемой воды также может быть проблематичным, поскольку влияние SCM на содержание неиспариваемой воды в пасте точно не известно (Weng et al., 1997; Escalante -Гарсия, 2003). Некоторые исследователи предлагали сначала определить степень реакции СКМ, а затем рассчитать степень гидратации цемента математически.Лам и др. (2000) предложили метод, который использует степень реакции FA как «коэффициент эффективности цементирования» для расчета эффективного водоцементного отношения, на основании которого оценивается степень гидратации цемента. Ли и др. (Xiang et al., 2009) экспериментально определили степень реакции FA и общее содержание CH, на основании чего была получена степень гидратации цемента в смешанном цементном тесте на основе стехиометрических соотношений, предложенных Papadakis (1999). Точность этого типа метода зависит от стехиометрических соотношений, используемых для описания пуццолановых реакций, и экспериментальных методов, используемых для характеристики степени пуццолановой реакции.Степень реакции SCM часто определяется путем измерения количества непрореагировавших SCM с использованием методов селективного растворения (Li et al., 1985; Ohsawa et al., 1985; Lam et al., 2000; Poon et al., 2001; Haha et al., 2010; Narmluk, Nawa, 2011). Однако в некоторых случаях метод избирательного растворения может быть ненадежным. Например, Haha et al. (2010) продемонстрировали, что методы селективного растворения на основе ЭДТА недооценивают степень реакции ЖК из-за наличия аморфных фаз.Точно так же другие методы селективного растворения на основе растворителей не могут полностью растворить гидраты и непрореагировавшие фазы OPC и, таким образом, приводят к непредсказуемым ошибкам. Для таких оценок также были предложены методы анализа изображений (Haha et al., 2010; Deschner et al., 2013). Эти методы, основанные на анализе изображений BSE, несовершенны, но считаются более надежными, чем методы избирательного растворения (Scrivener et al., 2015). Kocaba et al. (2012) показали, что методы избирательного растворения также ненадежны при использовании для определения степени реакции GGBFS, и предложили метод анализа изображений для получения относительно более точных оценок.Анализ изображений BSE был также рекомендован как лучший метод для характеристики степени реакции GGBFS в смешанной пасте, потому что непрореагировавшие частицы GGBFS имеют уникальный диапазон уровней серого на изображениях BSE, что упрощает их различение от негидратированного цемента и гидратов ( Скривенер и др., 2015). Несмотря на эти достоинства, анализ изображений BSE не может охарактеризовать степень реакции SF, поскольку частицы SF могут быть меньше, чем размер пикселя изображения BSE. В таких случаях исследователи рекомендовали использовать ядерный магнитный резонанс (ЯМР) (Scrivener et al., 2015). Однако ЯМР не является широко доступным инструментом для определения характеристик в большинстве исследовательских институтов. Анализ изображений BSE имеет еще один недостаток, а именно, он требует утомительной и трудоемкой процедуры подготовки образцов и большого количества изображений для выполнения статистического анализа. Следовательно, этот метод больше подходит для проверки других методов, а не в качестве основного метода для характеристики степени реакции SCM (Scrivener et al., 2016).

Другой класс методов, используемых для характеристики гидратации бинарных смесевых вяжущих материалов, может быть назван методами разделения.Для этих методов требуется только базовое оборудование для определения характеристик материала (например, ТГА и калориметрия), которое является рентабельным и широко доступным. Им не требуется ни трудоемкая подготовка образцов, ни сложная интерпретация данных. Полученные экспериментальные результаты могут быть проанализированы математически, на основе теоретически выведенных стехиометрических соотношений, для оценки степени гидратации цемента и степени реакции SCM за один этап. Wang et al. (2004) предположили, что коэффициенты объемного расширения пуццолановых продуктов реакции равны таковым для продуктов гидратации, и установили набор функций для описания уменьшения пористости.Пористость и содержание CH в затвердевшем цементном тесте были экспериментально определены количественно, и уравнения были решены для оценки как степени гидратации цемента, так и степени пуццолановой реакции FA. Аналогичный метод был использован для исследования системы SF-цемент (Atlassi, 1995). Эти методы просты и удобны в использовании, поэтому заслуживают дальнейшего тестирования и усовершенствования.

Основанное на предшествующих методах разделения, это исследование предлагает новый метод разделения для одновременной оценки степени гидратации цемента и степени реакции SCM в бинарных пастах.SF, который представляет собой относительно чистое и гомогенное соединение (содержание аморфного кремнезема> 90%), выбран в качестве репрезентативного примера SCM для демонстрации фундаментальных аспектов этого метода разделения. Предлагаемый метод не требует определения степени реакции SF посредством селективного растворения или ЯМР. Вместо этого содержание гидратной (химически связанной) воды и CH в цементных пастах SF выражается как функции степени гидратации цемента (α) и степени реакции SF (α SF ), используя хорошо- установлены и подтверждены стехиометрические отношения.Поскольку вышеупомянутая пара содержимого может быть определена с использованием TGA, α и α SF можно оценить путем решения набора уравнений (два уравнения двух неизвестных). Валидация метода осуществляется с использованием отдельного метода, основанного на косвенной пористости.

Эксперименты

Материалы

В данном исследовании использовался цемент

, который удовлетворяет требованиям ASTM C150 для портландцемента типа I. Его технические свойства могут быть выражены начальным временем схватывания 150 мин, временем окончательного схватывания 180 мин, прочностью на сжатие в течение 7 дней 41 МПа и прочностью на сжатие в течение 28 дней 57 МПа.Химический состав цемента, выраженный в процентах оксидов, приведен в таблице 1. Минеральный состав в процентах от четырех основных минеральных фаз и гипса, рассчитанный на основе модифицированных расчетов Bogue (Standard US., 2018), указан в Таблица 2. Кроме того, плоская поверхность частиц цемента неправильной формы составляет 360 м 2 / кг, а его плотность составляет 3,15 г / см 3 . В данном исследовании использовался конденсированный SF, 93% которого составляет аморфный кремнезем. Его химический состав представлен в таблице 1.Средний диаметр отдельных частиц SF составляет 0,1 мкм, а средняя плотность составляет 2,2 г / см 3 .

www.frontiersin.org

Таблица 1 . Химический состав обычного портландцемента (%).

www.frontiersin.org

Таблица 2 . Минеральный состав обыкновенного портландцемента (%).

Подготовка образца

Обычные цементные пасты были приготовлены с соотношением вода / цемент ( w / c ) 0,3, 0,4 и 0,5. В бинарных вяжущих материалах уровни замещения цемента на SF составляли 5 и 10% соответственно.В смешанных пастах отношение воды к связующему ( w / b ) поддерживалось постоянным на уровне 0,4. Шесть паст были названы PC03, PC04, PC05, SF00 (идентично PC04), SF05 и SF10 соответственно. Для приготовления паст сырье смешивали с помощью смесителя с вертикальной осью. В горшок наливали воду, затем медленно добавляли цементирующие материалы при вращении лопастей. В случае смешанных паст сначала добавляли SF, а затем цемент. Последующий процесс перемешивания состоял из 3-минутного перемешивания на низкой скорости, полуминутной паузы и 2-минутного высокоскоростного перемешивания.После смешивания свежие смеси разливали в пластиковые пробирки ϕ15 мм, и два конца пробирок закрывали для предотвращения влагообмена и карбонизации. Запечатанные образцы хранили при 23 ± 2 ° C до определенного возраста для характеристики. Соответствующие возрастные категории включали 1, 3, 7, 28, 60 и 120 дней.

Термогравиметрический анализ

Термогравиметрический анализ (ТГА) был использован для определения содержания гидратной воды и CH в простых и смешанных цементных пастах. В определенном возрасте от образцов пасты сначала отпиливали небольшие кусочки, а затем измельчали ​​до мелких частиц (<63 мкм) в камере без CO 2 .Гидратацию останавливали с помощью изопропанола [замена растворителя (Winnefeld et al., 2016)] в течение 15 минут с последующей промывкой эфиром. После сушки около 40 мг полученного порошкового образца анализировали путем регистрации веса при нагревании образца от комнатной температуры до 1000 ° C со скоростью 10 ° C / мин в TGA 5500 (TA Instruments). Газообразный азот был выбран для поддержания инертной атмосферы, а корунд был выбран в качестве материала сравнения. Содержание гидратной воды и CH рассчитывали по потере массы в диапазонах <550 ° C и 450–550 ° C, соответственно (De Weerdt et al., 2011; Schöler et al., 2015; Adu-Amankwah et al., 2017). Содержание гидратной воды нормализовано по массе дегидратированного образца при 550 ° C, чтобы получить количество гидратной воды на грамм связующего ( w H ). В обычном цементном тесте w H используется для расчета степени гидратации цемента (α), то есть α = w H / 0,23. Содержание CH нормализовано по массе высушенного образца перед ТГА для расчета m CH , то есть массового процента CH в образце сухой пасты (безводное связующее и продукты гидратации).Обратите внимание, что указанные выше температурные диапазоны являются приблизительными, а точные температурные границы для температурных интервалов были определены методом касательной из соответствующей производной термогравиметрической кривой (DTG). Стандартные отклонения пяти независимых анализов TGA для всех протестированных возрастов не превышали 0,15% для м H и 0,2% для м CH . Также стоит отметить, что принятый метод сушки может привести к завышению содержания гидратной воды и, соответственно, степени гидратации.Однако этот метод согласуется с текущей практикой определения характеристик (Scrivener et al., 2016) и имеет достаточно высокую надежность для оценки, а не точного определения степени гидратации цемента и степени реакции микрокремнезема. в смешанном цементном тесте.

Порозиметрия для проникновения ртути

Порозиметрия проникновения ртути (MIP) использовалась для определения капиллярной пористости (ϕ), кривых распределения пор по размерам (PSD) и плотности скелета (ρ pskeletal, г / см). 3 ) гидратированных паст, для получения параметров и проверки метод развязки.Во всех исследуемых возрастах от образца отпиливали кубовидные образцы с наименьшим размером менее 5 мм. Гидратационную суспензию и сушку выполняли в соответствии с процедурой сушки с заменой растворителя, предложенной Алигизаки (2005). Для расчета размера пор на основе уравнения Уошберна (Washburn, 1921) угол смачивания ртутью и затвердевшим цементным тестом был выбран равным 130 °, а поверхностное натяжение ртути — 480 мН / м . Вышеупомянутый критический размер образца, метод сушки и теоретические параметры, а также другие рабочие параметры были выбраны на основе общего обсуждения использования МИП в технологии бетона (Ma, 2014).Для измерений MIP использовали Micromeritics AutoPore IV 9500. Прибор имеет максимальное применимое давление 210 МПа, что соответствует минимальному определяемому диаметру пор примерно 6 нм, когда выбранный угол смачивания и поверхностное натяжение используются для расчета размера пор. Стоит отметить, что, хотя MIP является неподходящим методом для определения распределения пор по размерам в материалах на основе цемента из-за хорошо известного эффекта бутылки с чернилами (Moro and Böhni, 2002), полезно указать пороговые диаметры, которые могут проникнуть внутрь. измерения объема пор, а также общие сравнения структур пор (более мелкие или более крупные) (Diamond, 2000).Только физически значимые параметры из MIP были использованы для вывода и проверки в этом исследовании.

Результаты и анализ

Параметры, относящиеся к гидратации цемента

Поскольку пуццолановая реакция SF расходует CH из гидратации цемента с образованием вторичного продукта реакции, важно знать, как CH образуется и расходуется. Гидратация цемента настолько сложна, что до сих пор не было достигнуто соглашения о том, как это происходит. Таким образом, в данном исследовании образование CH во время гидратации цемента оценивается на основании экспериментальных результатов.Другой ключевой параметр, объем гидратов, образующихся при полной гидратации одной единицы объема цемента (κ h ), также выводится из экспериментальных результатов. Вывод этих двух параметров из результатов TGA и MIP представлен в этом разделе. Результаты ТГА (т.е. α и м CH ) и результаты MIP (т.е. ϕ и ρpskeletal) трех простых цементных паст в разном возрасте, которые использовались для определения производных, показаны в таблице 3. На рисунке 1 показано сравнение α, охарактеризованного в этом исследовании, и прогнозируемого (при 23 ° C, что соответствует температуре отверждения в этом исследовании) с помощью модели, разработанной Riding et al.(2013). Модель Райдинга была разработана путем регрессии по степени гидратации 7 типов портландцементов в различных пастах (различные соотношения w / c в 18 различных возрастах), и, таким образом, отражает влияние состава цемента, крупности и w / c. c по кинетике гидратации. Это сравнение в значительной степени показывает надежность метода ТГА, использованного в данном исследовании для оценки степени гидратации цемента.

www.frontiersin.org

Таблица 3 . Экспериментальные результаты простых цементных паст.

www.frontiersin.org

Рисунок 1 . Сравнение данных о степени гидратации и модели Райдинга.

m CH и ρpskeletal учитывают только твердые фазы (безводный цемент и продукты гидратации), а доли безводного цемента и продуктов гидратации в твердых фазах определяются α (независимо от w / c ). Следовательно, и m CH , и ρpskeletal должны быть функциями α.На рисунках 2, 3, м CH и ρpskeletal показаны в зависимости от α. Две кривые / линии добавлены, чтобы отметить глобальные тенденции диапазона высокой степени гидратации. На рисунке 2 можно увидеть, что м CH немного увеличивается в диапазоне низких значений α, постепенно сливаясь с линией тренда диапазона высоких значений α, что показывает прямо пропорциональную зависимость между м CH и α. Как видно на рисунке 3, эволюция ρpskeletal имеет аналогичную тенденцию: она немного уменьшается по отношению к α в диапазоне низких α, а затем сливается в линию, где существует отрицательное постоянное соотношение между этими двумя параметрами.Авторы признают, что на данные раннего возраста (или диапазон низкого α) влияет быстрая гидратация C 3 A, поэтому для дальнейшего анализа выбираются только данные возраста> 3 дней (или α> 0,5). Это также означает, что метод, разработанный в этом исследовании, применим для цементных материалов в более позднем возрасте, а не в раннем.

www.frontiersin.org

Рисунок 2 . Изменение массовой доли CH после степени гидратации.

www.frontiersin.org

Рисунок 3 .Эволюция плотности скелета пасты после степени гидратации.

При условии 1 см 3 (единица объема) цемента, без учета усадки, объем цементного теста, приготовленного с использованием специального материала w / c , составляет

Vp = 1 + ρcem · w / c (1)

где ρ cem — плотность цемента. При определенной степени гидратации α объем безводного цемента составляет

Безводный = 1 -α (2)

Общий объем твердых фаз, включая безводный цемент и гидраты, можно рассчитать как

.
Vs = Vp · (1 — ϕ) (3)

, в котором объем гидратов

Vh = Vs — Безводный (4)

Из м CH объемная доля CH в твердых фазах может быть рассчитана как

vCH s = mCH · ρ pskeletalρCH (5)

, где плотность CH, ρ CH = 2.24 г / см 3 . Таким образом, объем CH может быть получен как

VCH = vCH s · Vs (6)

На основе V CH объемная доля CH в гидратах рассчитывается как

vCH h = VCHVh (7)

, а объем CH, образующийся, когда эта единица объема цемента полностью гидратирован, может быть определен как

.

Подводя итог, два вышеуказанных параметра можно выразить как

vCHh = mCH · ρpskeletalρCH · (1-ϕ) (1 + ρcem · w / c) (1-ϕ) (1 + ρcem · w / c) — (1-α) (9)
κCH = mCH · ρpskeletal · (1-ϕ) (1 + ρcem · w / c) ρCH · α (10)

С использованием результатов TGA и MIP, включенных в таблицу 3, вычисляются vCH h и κ CH , которые отображаются в зависимости от α на рисунках 4, 5, соответственно.Видно, что в диапазоне высоких α как vCH h, так и κ CH являются константами. После усреднения эти два параметра получаются как vCH h = 0,272 и κ CH = 0,583 соответственно.

www.frontiersin.org

Рисунок 4 . Развитие vCH h после степени гидратации.

www.frontiersin.org

Рисунок 5 . Эволюция κ CH после степени гидратации.

Учитывая эти две константы, объем гидратов, когда одна единица объема цемента полностью гидратирована, κ h , может быть получен как κh = κCH / vCH h = 0.583 / 0,272 = 2,14. Это выведенное значение κ h согласуется со значением, используемым для разработки известной модели Пауэрса, то есть 2,13 (Sanahuja et al., 2007).

Реакция SF в бинарной пасте

В данном исследовании предполагается, что пуццолановая реакция SF протекает в соответствии с уравнением (11). Это предположение было успешно применено во многих моделированиях и расчетах с участием SF (Bentz, 2000; Bentz et al., 2000; Swaddiwudhipong et al., 2003; Yajun and Cahyadi, 2004).

С + 1.1Ч + 2.8Н → С1.1Ш4.9 (11)

Согласно уравнению (11), когда 1 г аморфного диоксида кремния реагирует, масса полученного пуццоланового C-S-H составляет

.
κr, S m = MPC-S-H / MS (12)

, где M i представляет собой молекулярную массу i в г / моль. Учитывая, что молекулярная масса пуццоланового CSH M PC S H = 191,8 г / моль (на основе стехиометрии CSH, показанной в уравнении 11) и диоксида кремния M S = 60 г / моль, κr, S m = 191.8/60 = 3,20 г / г прореагировавшего диоксида кремния. Массы потребленных CH и воды составляют 1,1 M CH / M S = 1,36 г / г прореагировавшего кремнезема и 2,8 M H / M S = 0,84 г / г прореагировавшего диоксида кремния соответственно. В системе, содержащей SF, увеличение количества гидратной воды равно количеству потребленной воды, то есть 0,84 г / г прореагировавшего диоксида кремния. Если в качестве реагента используется SF, а не диоксид кремния, количество потребляемого CH и H следует умножить на содержание стекловой фазы, GC SF , в то время как общее количество твердых продуктов, образующихся при полной реакции 1 г SF. читает

κr, SF m = κr, S m · GCSF + (1 — GCSF) (13)

Для SF, используемого в этом исследовании, GC SF = 93%, таким образом, κr, SF m = 3.20 × 0,93 + (1–0,93) = 3,04 г / г прореагировавшего SF. Один из реагентов в уравнении (11), CH, образуется при гидратации цемента. Следовательно, чистое увеличение массы продуктов реакции, когда полностью прореагировало 1 г SF, может быть рассчитано путем вычитания массы израсходованного CH, то есть 1,36 г / г прореагировавшего диоксида кремния, из κr, SF m, то есть

κr, SF m ′ = κr, SF m — 1,36 GCSF (14)

Подставляя GC SF в уравнение (14), вычисления приводят к kr, SF m ‘= 1,78 г / г прореагировавшего SF, в котором увеличение химически связанной гидратной воды и гелеобразной воды составляет 0.78 г / г прореагировала SF. Следует отметить, что это описывает «недонасыщенное» состояние. Если продукты реакции сушить при относительной влажности 11%, вода в геле испарится, и C 1,1 SH 3,9 превратится в C 1,1 SH 2,0 (Bentz, 2000). В таких сухих условиях κr, S m = 2,63 г / г прореагировавшего диоксида кремния, а потребляемая вода составляет 0,9 M H / M S = 0,27 г / г прореагировавшего диоксида кремния. В соответствии с уравнениями (13, 14) значение kr, SF m ′ = 1.25 г / г прореагировавшего SF, в котором химически связанная вода составляет 0,25 г / г прореагировавшего SF. Подводя итог, для полной реакции 1 г SF (используемого в этом исследовании) в условиях насыщения требуется 0,78 г воды, в которой 0,25 г превращается в химически связанную воду, а 0,53 г — в гель воды или физически связанную воду.

Когда 1 см 3 (единица объема) диоксида кремния полностью прореагирует, объем пуццоланового C-S-H составляет

κr, S v = VPC-S-HVS (15)

, где V i представляет молярный объем i в см 3 / моль.Учитывая, что V PC S H = 101,81 см 3 / моль, V S = 27,27 см 3 / моль, V CH = 33,1 см 3 / моль и V H = 33,1 см 3 / моль, можно рассчитать, что κr, S v = 101,81 / 27,27 = 3,73 см 3 / см 3 прореагировал диоксид кремния. Объем потребляемого ЦО и воды равен 1.1 V CH / V S = 1,34 см 3 / см 3 прореагировавший кремнезем и 2,8 V H / V S = 1,85 см 3 / см 3 прореагировавшего кремнезема соответственно. Если в качестве реагента используется SF, а не кремнезем, расчеты могут быть выполнены аналогично расчетам массы выше. Таким образом, когда 1 см 3 (единица объема) SF полностью прореагирует, общий объем продуктов реакции (включая инертный остаток и при условии, что остаток имеет ту же плотность, что и у аморфного диоксида кремния) составляет

κr, SF v = κr, S v · GCSF + (1 — GCSF) (16)

Чистое увеличение объема продуктов реакции по отношению к объему гидратов цемента составляет

κr, SF v ′ = κr, SF v — 1.34 GCSF (17)

Подставляя GC SF = 93% в уравнения (16, 17), можно вывести, что κr, SF v = 3,54 см 3 / см 3 SF и kr, SF v ′ = 2,29 см 3 / см 3 прореагировал SF. Параметр kr, SF v ‘превышает κ h (2,14 см 3 / см 3 гидратированный цемент), что означает, что SF более эффективен при заполнении капиллярных пор, чем цемент, при той же степени гидратации. / реакция.

Разделение гидратации цемента и реакции SF

В разделе «Параметры, относящиеся к гидратации цемента», κ CH было выведено как 0,583 см 3 / см 3 гидратированного цемента. Когда 1 г цемента полностью гидратирован, массу образовавшегося CH можно рассчитать как κCH m = κCH · ρCH / ρcem = 0,415 г. Учитывая, что 1 г смешанного вяжущего состоит из м cem г цемента и м SF г SF, и он гидратирован до определенной степени, в которой степень гидратации цемента равно α и степень реакции SF равна α SF , массовая доля CH в высушенной твердой фазе (высушенной в соответствии с разделом Термогравиметрический анализ) может быть рассчитана как

mCH = κCHmmcemα-1.36GCSFmSFαSFmcem (1 + 0,23α) + mSF (1 + 0,27GCSFαSF) (18)

при количестве гидратной воды

wH = 0,23αmcem + 0,27GCSFαSFmSF (19)

Два параметра смешанных паст разного возраста, m CH и w H , были определены с помощью ТГА. Результаты показаны в Таблице 4. Обратите внимание, что SF00 здесь и PC04 в разделе «Параметры, относящиеся к гидратации цемента» — это одни и те же пасты (тот же цемент и тот же w / c ). Однако они были приготовлены в двух разных партиях: первая партия (PC04) для определения параметров, а вторая партия (SF00) для сравнения с пастами со смесями SF. m CH и w H (или α) SF00 в таблице 4 более или менее отклоняются от такового для PC04 в таблице 3 в том же возрасте. Эти ограниченные отклонения объясняются изменениями фактических условий отверждения (то есть температуры и влажности в помещении для отверждения). Эволюция м CH показана на рисунке 6. Можно видеть, что чем выше замещение SF, тем ниже м CH в том же возрасте.Даже с учетом эффекта разбавления, вызванного введением SF, содержание цементного теста m CH в смешанном цементном тесте все еще ниже, чем у эталонного обычного цементного теста. Это, безусловно, следует отнести к расходу CH в пуццолановой реакции SF.

www.frontiersin.org

Таблица 4 . Результаты ТГА паст из смесей SF ( w / b = 0,4).

www.frontiersin.org

Рисунок 6 . Эволюция и сравнение м CH в пастах с добавлением SF.

Замена м CH , w H (Таблица 4), м cem (0,95 дюйма SF05 и 0,90 дюйма SF10) и м SF (0,05 в SF05 и 0,10 в SF10) в уравнения (18, 19), в этих двух уравнениях осталось только два неизвестных, то есть степень гидратации цемента, α, и степень реакции SF, α SF . Решая этот набор уравнений, α и α SF могут быть определены одновременно.Результаты представлены на рисунке 7. Из рисунка 7 видно, что включение SF ускоряет гидратацию цемента в раннем возрасте, но немного подавляет гидратацию цемента в более позднем возрасте. Чем выше коэффициент замещения, тем значительнее будет эффект. Ускорение раннего возраста можно объяснить эффектом разбавления (постоянная w / b увеличивает эффективную w / c ) и эффектом наполнителя (мелкие частицы SF увеличивают центры зародышеобразования для осаждения продуктов гидратации), и последний эффект должен быть доминирующий.SF полезен для раннего развития гидратации и прочности и приводит к образованию более плотной микроструктуры по сравнению с обычным цементным тестом. Однако плотная микроструктура может затруднить проникновение воды к негидратированным остаткам цемента, что подавляет гидратацию цемента в позднем возрасте (Neville, 1995). Эта плотная микроструктура, сформированная в раннем возрасте, также может препятствовать реакции агломерированных частиц SF в более позднем возрасте. Это объясняет, почему α SF почти перестает расти через 28 дней, как показано на рисунке 7.

www.frontiersin.org

Рисунок 7 . Эволюция α и α SF в пастах с цементной смесью.

Кинетика гидратации бинарных паст Cement-SF

В данном исследовании модель, разработанная Riding et al. (2013) принят для описания кинетики гидратации цемента в обычном цементном тесте. Эта модель выражается уравнением (20)

α (t) = αu · e- (τ24 · t) β (20)

, в котором α и является физически значимым параметром — предельная степень гидратации, τ — параметр времени гидратации в часах, связанный с периодом индукции, β — параметр наклона гидратации в период ускорения, а t представляет возраст пасты в днях.В смешанных пастах общая степень гидратации вяжущего состоит из двух компонентов: степени гидратации цемента α и степени реакции SF α SF . Предполагается, что степень гидратации цемента в смешанном вяжущем также может быть описана моделью Райдинга. Уравнение (20) было использовано для соответствия точкам данных на рисунке 7, как показано на рисунке 8, а полученные кинетические параметры перечислены в таблице 5. Видно, что включение SF имеет тенденцию сокращать стадию покоя (меньшее τ) и дальнейшее ускорение стадии ускорения (большее β), оба из которых подразумевают ускоренную гидратацию цемента в раннем возрасте.Однако долговременная / предельная степень гидратации цемента подавляется (несколько меньше α и ).

www.frontiersin.org

Рисунок 8 . Нелинейная подгонка степени гидратации цемента (α) в смесевых пастах.

www.frontiersin.org

Таблица 5 . Кинетические параметры в уравнении (20), полученные в результате нелинейной аппроксимации.

Чтобы выразить кинетику гидратации смешанных связующих, необходимо также знать кинетику реакции SF. В отличие от отдельных фитингов, степень реакции SF (α SF ) связана со степенью гидратации цемента (α) в той же смешанной пасте через разумно установленное соотношение, показанное в уравнении (21), который модифицирован из Swaddiwudhipong et al.(Swaddiwudhipong et al., 2003). Предполагается, что в конкретной бинарной пасте цемент-SF с определенным статусом (или возрастом) количество SF, которое может вступить в реакцию, зависит от содержания CH, доступного для пуццолановой реакции. Параметр μ CH предлагается для обозначения отношения прореагировавшего в пуццолановой реакции CH к общему количеству формы CH из-за гидратации цемента. Соотношение между α SF и α можно, таким образом, выразить как

αSF = 0,74 μCHκCHmmcemαGCSFmSF (21)

, где постоянная 0.74 — масса (г) аморфного диоксида кремния, прореагировавшего с 1 г CH в ходе пуццолановой реакции, описанной уравнением (11). Теоретически параметр μ CH не должен быть константой, а должен быть функцией общего количества CH, образующегося при гидратации цемента (т. Е. ΚCH

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

*

*