Свойства портландцемента: Свойства портландцемента и способы их определения, область применения и маркировка, ГОСТ

Содержание

Свойства портландцемента и способы их определения, область применения и маркировка, ГОСТ

В строительстве активно применяются искусственные вяжущие материалы – цементы, которые при затворении водой образуют пластичные массы. Их можно наносить на любую горизонтальную и вертикальную поверхность, а через несколько часов смесь затвердевает и превращается в прочный камень. Наиболее активно используемый во всех строительных сферах вид – портландцемент. Столь широкую востребованность и популярность портландцемента обеспечили уникальные свойства, о которых пойдет речь ниже.

Отличительные черты портландцемента

Портландцемент – это неорганический вяжущий материал тонкого помола, в составе которого:

1. Цементный клинкер – комплекс искусственных минералов, который образуется при сжигании сырьевой смеси из высокоосновных кальциевых силикатов, высоко- или низкоосновных алюминатов и алюмоферритов кальция. Полученный продукт перемалывается, размер гранул не превышает 40 мкм. Это базовое составляющее – около 60-80 %.

2. Гипс – сульфатный минерал из осадочных пород. Относится к категории быстротвердеющей мелкопористой продукции с равномерной микрокристалической структурой. Массовая доля в смеси не превышает 3,5 %. Ускоряет процесс схватывания и отверждения.

3. Минеральные добавки и наполнители: доменные шлаки, глиежи, диатомиты и прочие аналогичные вещества, увеличивающие объем, изменяющие скорость отверждения, влагопоглощения и другие характеристики.

Название портландцемента произошло от наименования города Портланд (Великобритания) и было введено в 1824 году после оформления патента.

Чистая продукция, содержащая только клинкер и гипс, выделяется цифро-буквенной маркировкой Д0. Другое дело – присадки, благодаря современному разнообразию вводимых в состав минеральных и модифицирующих добавок получается портландцемент белый, высокопрочный, гидрофобный, безусадочный, тампонажный, дорожный, кислотоупорный, пуццолановый, композитный и многие другие. Каждый вид обладает особыми преимуществами и недостатками, применяется в разных случаях. Маркировка соответствующая: Д20, ПЦ, ВБЦ, ВРЦ и так далее.

Как и любой другой материал, портландцементу присваивается определенная марка по классу прочности на сжатие – М300, М400, М500, М550 и М600. Фасуется и реализуется в бумажных мешках по 25 и 50 кг.

Все, что касается его производства, проверки, определения параметров, хранения, фасовки и реализации, регламентируется действующими на выпускаемый портландцемент ГОСТ:

  • 30515-97 от 01.10.1998 г. «Цементы».
  • 310.4-81 от 01.07.1983 г. «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии».
  • 2226-88 от 01.01.1990 г. «Мешки бумажные. Технические условия».
  • 5382-91 от 01.07.1991 г. «Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа».
  • 10178-85 ль 01.01.1987 г. «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».
  • 14192-96 от 01.01.1998 г. «Маркировка грузов».

Основные свойства портландцемента

Параметры цементно вяжущей смеси определяют способность к схватыванию и образованию высокопрочного, твердого состава. Особая ценность цемента в том, что он позволяет связать воедино разнородные по качествам и габаритам материалы.

Важнейшие характеристики портландцемента:

1. Плотность.

Различают 2 типа коэффициентов плотности:

  • Истинный, 3050 – 3150 кг/м3.
  • Средний или насыпной. Зависит от степени фасовочного уплотнения: рыхлонасыпанному соответствует ρ = 1 100 кг/м3, а сильно уплотненному – 1 600 кг/м3.

2. Тонкость помола.

От этого свойства цемента зависит скорость отверждения состава и прочность. В среднем размер зерна не превышает 40 мкм, но есть специальные массы с более тонким помолом.

3. Водопотребность.

Характеризует способность частиц портландцемента адсорбировать определенное количество жидкости. То есть при недостаточном количестве раствор не наберет заданную прочность, а при излишнем наступит расслоение, часть воды выступит на поверхность, из-за чего конечный продукт получится рыхлым, пористым. Для бетона подобное состояние грозит быстрым разрушением и осыпанием.

Для замешивания цементного теста требуется не более 22-28 % воды от общей массы. Для пуццолановой смеси необходимо более 40 % влаги.

4. Сроки схватывания.

Период отверждения регламентируется ГОСТ 10178-85 и установлен в пределах 45 минут после затворения жидкостью. Окончательно затвердеть конструкция должна через 10 часов.

На скорость схватывания влияют погодные условия: чем выше текущая температура воздуха, тем быстрее происходит процесс. Зимой портландцемент редко набирает установленную крепость, так как часть воды даже при нагреве бетона превращается в лед. Это грозит преждевременным разрушением, появлением трещин, разрывов и других дефектов.

5.Прочность.

Характеризуется предельной нагрузкой на сжатие и отражается в маркировке. Например, портландцемент М400 выдерживает давление не менее 400 кг/см2. Чем выше данный показатель, тем дороже стоит продукция.

Перед покупкой нужно ознакомиться с составом, указанным на этикетке. Так, если в смеси присутствуют противоморозные пластификаторы, значит, с этим материалом можно работать в минусовые температуры; ускорители отверждения уменьшают подвижность бетона, соответственно жидкости потребуется меньше. Инструкция по разведению и пользованию подобным портландцементом всегда есть на упаковке.

Свойства портландцемента и способы их определения, область применения

Портландцемент представляет собой вяжущее, необходимое для приготовления ряда бетонов (ячеистых, легких, тяжелых), высококачественных строительных и теплоизоляционных смесей. Технические условия применения и маркировка разных видов цемента регулируются ГОСТ 10178-85 и 31108-2003, эти же стандарты определяют их основные свойства. К ним относят: тонкость помола, марку, водопотребность, время схватывания и окончательного затвердевания, величину объемных деформаций. Изменение свойств зависит от содержимого портландцемента (сырья для клинкера и добавок), обжига и измельчения, срока хранения. Эти же факторы напрямую контролируют сферу применения и определение пропорций вяжущего, при покупке важно выбрать состав с нужной маркировкой.

Основные свойства и ГОСТ

Портландцемент изготавливается путем тонкого помола силикатного клинкера и гипса, доля минеральных составляющих достигает 97 %. Внешне он напоминает серо-зеленый порошок, качества искусственного камня он приобретает после контакта с водой и затвердевания. В зависимости от наличия активных минеральных веществ, различают бездобавочные составы (маркировка такого цемента по ГОСТ 10178-85 включает расширение Д0) или с полезными примесями (до 20 %, Д20, соответственно). Буквенные обозначения используются для указания разновидности сухой смеси: быстро- или нормальнотвердеющей, пластифицированной, сульфато- или влагостойкой. Также от минерального состава зависят такие качества портландцемента, как морозостойкость и противодействие коррозии.

Несмотря на разные обозначения марок цемента, ГОСТ 10178-85 и 31108 не противоречат, а дополняют друг друга, более современный стандарт содержит разделение на классы, согласно срокам твердения. Оба норматива регулируют такие свойства портландцемента:

  • Плотность: средняя (1000–1300 кг/м3) и истинная (1400–1700).
  • Тонкость помола, зависит от способа обработки клинкера и размера ячеек просеивающего сита. Чем ниже этот показатель, тем более высококачественным считается цемент.
  • Тепловыделение — свойство, характерное для всех групп портландцементов.
  • Сроки схватывания (начальные от 45 мин до 10 часов, окончательные — до 28 суток).
  • Равномерность изменения объема, данное свойство определяет величину набухания при затвердевании в воде или усадки — при контакте с воздухом.
  • Прочность или активность — показатель, от которого зависит основная маркировка цемента и его сфера применения.
  • Водопотребность, характеризующая необходимый объем воды для затворения портландцемента. Минимальное значение — 24 %, чем больше этот показатель, тем ниже будет прочность застывшего цементного раствора.

1. Тонкость помола.

Измельчение клинкерного камня с гипсом проходит на последней стадии изготовления портландцемента. Размер частиц определяет скорость гидратации (а значит — и такие свойства цемента, как прочность и сроки затвердевания). Это связано с увеличением суммарной площади поглощающего воду материала. Поэтому портландцементы тонкого помола считаются самыми высококачественными. Но есть и отрицательная сторона: помимо увеличения затрат на измельчение, оно влияет на сроки хранения вяжущего и скорость вступления в химическую реакцию с минеральными компонентами и водой (что не всегда хорошо). По этой причине размер зерен цемента тщательно контролируется.

2. Водопотребность.

Под этим параметром понимается необходимое количество воды в процентах от содержания вяжущего, для получения раствора с нормальной консистенцией (последняя регулируется ГОСТ 310. 3-76). У портландцементов этот показатель самый низкий — 24–28 %, но на практике для затворения используется больше жидкости — от 40. От этого свойства зависит процесс гидратации: избыток приводит к излишней пористости искусственного камня и ухудшает его прочность, недостаток сказывается на удобоукладываемости и качестве замеса. Водопотребность напрямую связана с процентным содержанием алюминатов кальция (чем больше, тем лучше), косвенно — с тонкостью помола, и регулируется путем ввода активных пластифицирующих добавок.

3. Прочность.

Главный параметр цемента, определяющий его основную маркировку. Чем быстрее и тверже застынет цементный камень, тем качественнее считается вяжущее и универсальнее его сфера применения. Предел прочности на сжатие и изгиб у одной и той же марки изменяется, в зависимости от этапа гидратации. На 28 сутки портландцемент достигает указанного в марке значения (к примеру, для М400 — 40 МПа). Это свойство, как и предыдущие, зависит от состава и способа изготовления и является контролируемым. Прочность ухудшается по мере хранения даже в запакованном виде, указанная маркировка теряет силу уже через 2 месяца после выпуска.

4. Тепловыделение.

Гидратация цемента сопровождается процессом выделения теплоты. Чистые ПЦ являются самыми экзотермическими, составы с помолами доменных шлаков имеют пониженное тепловыделение. Чем массивнее заливаемая конструкция, тем больше тепла отдает цемент, возможно повышение температуры до 50 °C и возникновение перепадов. Это не самое полезное свойство, нередко оно служит причиной образования трещин в бетоне. Как следствие, применение составов с интенсивным тепловыделением ограничено для массивных конструкций и ответственных объектов. Но этот показатель положительно сказывается на гидратации при ведении строительных работ в зимнее время.

Технические характеристики

Определяются стандартами ГОСТ 10178-85

Свойства портландцемента: способы определения, маркировка

Портландцемент – это строительный материал в виде порошка, применяемый для бетонных и железобетонных конструкций и для возведения различных сооружений. Маркировка, область применения, свойства контролируются по ГОСТ, так как от всех технических характеристик зависит надежность постройки. Если во время производства была нарушена технология изготовления, то он может иметь слабую прочность или плохую устойчивость к агрессивным средам и низким температурам. Определение марки и других параметров проводится только в лабораториях.

Свойства и технические характеристики

Для производства используется клинкер и гипс. В результате получается однородный порошок с серым оттенком. При взаимодействии с водой он расширяется и затвердевает. По прочности готовая бетонная конструкция сравнима с камнем.

Свойства портландцементов, по которым их определяют и маркируют:

  • Размер фракций.
  • Марка (прочность).
  • Водопотребность.
  • Скорость схватывания и время затвердевания.
  • Тепловыделение.

Характеристики изменяются в зависимости от пропорций компонентов и состава, а также от тонкости помола частиц, условий и сроков хранения. От основных свойств вяжущего порошка полностью зависит его область применения.

Тонкость помола влияет на качество: чем меньше фракции, тем лучше материал, и тем выше его стоимость. Размер частиц зависит от метода производства. Измельчается цемент на последней стадии изготовления. От величины фракций зависит и область применения, так как это влияет на прочность и время затвердевания раствора. Для определения их размера порошок просеивается через сито. Если он качественный, то должно пройти не менее 85% цемента.

Водопотребность – это объем воды, который необходим для замешивания раствора нормальной консистенции, измеряется в процентах. Минимальным считается 24%. Чем больше вливается воды в портландцемент, тем ниже выйдет прочность бетонной конструкции. Из-за излишков жидкости появляется много пор. Если воды влить мало, то укладывать смесь будет неудобно, и промешивание получится некачественным.

Водопотребность зависит от количества алюмината кальция в вяжущем порошке: чем больше его, тем лучше. Регулировать эту характеристику портландцемента можно с помощью пластифицирующих добавок, также влияет размер фракций.

Прочность – это основной параметр, по которому различаются цементы. Максимальный процент этой характеристики достигается бетонной конструкцией на 28 сутки. Для определения марки вяжущего компонента изготавливаются пробные образцы в виде кубов или брусков. Их помещают под пресс и давят. Давление, под которым материал начал разрушаться, и считается маркой прочности.

Чем дольше хранится цемент, тем хуже становятся его прочностные характеристики. Уже через 2 месяца с момента производства это свойство значительно снижается. От марки прочности зависит область применения. Чем выше этот показатель, тем сложнее и тяжелее может быть построена из него конструкция.

Для обозначения прочности используется буква М и число после нее, например, М400. Означает, что материал выдерживает нагрузку 400 кг/см2. Выпускается портландцемент марок М400, М500, М550 и М600. Также может быть другая маркировка только числом – 22,5, 32,5 и так далее. В этом случае прочность измерена в МПа. 22,5 означает, что выдерживается давление равное 22,5 МПа.

Сроки схватывания вяжущего компонента зависят от наличия добавок, температуры раствора и воздуха, а также от влажности. Оптимальным временем начала этого процесса по ГОСТ считается 45 минут, максимальное – 10 ч. Окончательное затвердевание достигается на 28 день. Ускорить схватывание можно с помощью добавок или же приобретается быстро застывающий портландцемент. Сокращают время хлористый кальций и карбонат калия, а замедляет сульфат железа.

Когда раствор замешивают, начинается процесс г

по гост, марки, технические характеристики, отличие от цемента, применение, состав, как разводить

  • Редакция
  • Реклама на сайте
  • Новости
  • О проекте
  • Контакты
  • Главная
  • Каменные
    • Бутовый камень
    • Брусчатка
    • Глина
    • Гравий
      • Галька
      • Искусственный керамзитовый гравий
      • Природный гравий
    • Мрамор
      • Искусственный мрамор
      • Натуральный мрамор
    • Песок
      • Cтроительный песок
      • Кварцевый песок
      • Перлитовый песок
      • Карьерный песок
      • Речной песок
    • Стеновые блоки и камни
      • Шлакоблоки
      • Арболитовые блоки
      • Газобетонные блоки
      • Газосиликатные блоки
      • Керамзитоблоки
      • Керамические блоки
      • Полистиролбетонные блоки
      • Твинблоки
      • Бризолит
      • Пескобетонные блоки
      • Теплоэффективные блоки
      • Опилкобетонные блоки
    • Щебень
      • Гравийный щебень
      • Гранитный щебень
      • Щебень известняковый
      • Вторичный и мраморный
      • Декоративный цветной и черный
  • Вяжущие
    • Неорганические
      • Цементы
        • Строительный цемент
        • Портландцемент
        • Расширяющиеся цементы
        • Цемент глиноземистый
        • Цементы огнеупорные и кислотоупорные
        • Белый и цветной цемент
        • Водостойкие цементы
      • Известь
      • Гипс
      • Доломит
      • Магнезит
      • Жидкое стекло
      • Известняк
    • Органические
      • Рубероид
      • Пергамин
      • Изол
      • Бризол
      • Гидроизол
      • Толь
      • Битум
      • Битумные мастики
      • Асфальт
  • Лесные
    • Древесина
      • Общие сведения
      • Способы обработки
      • Породы
    • Древесные плиты
      • ДСП
      • ДВП
      • МДФ
      • ОСБ
    • Необработанные лесоматериалы
    • Пиломатериалы
    • Фанера
  • Керамические
    • Кирпич
      • Красный
      • Силикатный
      • Клинкерный
    • Керамогранит
    • Плитка
      • Кафель
      • Клинкерная
      • Метлахская
      • Майолика
      • Мозаика
      • Терракота
    • Трубы
    • Черепица
      • Битумная
      • Композитная
      • Керамическая
      • Цементно-песчаная
      • Металлочерепица
  • Металлические
    • Метизы
      • Анкеры
      • Гвозди
      • Саморезы
      • Шурупы
      • Дюбель
    • Виды металлов
      • Цветные
        • Латунь
        • Алюминий
        • Бронза
        • Медь
        • Олово
        • Цинк
        • Свинец
        • Никель
        • Титан
        • Хром
      • Чёрные
        • Железо
        • Чугун
      • Вспомогательные вещества
  • Бетон
    • Арболит
    • Асфальтобетон
    • Газобетон
    • Железобетон
    • Керамзитобетон
    • Полимербетон
    • Пенобетон
    • Цементобетон
    • Гидротехнический
    • C противоморозными добавками
    • Декоративный
    • Мелкозернистый
    • Тяжелый
    • Ячеистый
  • Строительные растворы
    • Для каменных кл

Свойства портландцемента — Вяжущие материалы








Свойства портландцемента


К важнейшим техническим характеристикам портландцемента относятся плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, прочность и стойкость к коррозии.

Истинная плотность р цемента колеблется в пределах 3,05…3,15 г/см3. В среднем принимают р=3,1 г/см3.

Насыпная плотность порошка рн зависит от степени уплотнения. Для рыхлонасыпанного цемента она составляет 1,1 г/см3, сильно уплотненного — 1,6 г/см3. В расчетах принимают значение рн = 1,3 г/см3.

Тонкость помола цемента оказывает большое влияние на скорость его твердения, прочность. Тонкость помола портландцемента характеризуют его зерновым составом и удельной поверхностью. Зерновой состав определяют путем просеивания пробы цемента через сито с очень тонкими ячейками — 0,008 мм (80 мкм). Основная часть пробы (не менее 85%) должна пройти сквозь такое сито. Это означает, что современный портландцемент отличается очень тонким помолом, т. е. размер его зерен в среднем составляет 20…40 мкм. Удельная поверхность такого цемента 2500…3000 см2/г. Промышленность выпускает специальные цементы и более тонкого помола.

Водопотребность цемента отражает способность его частиц адсорбировать, т. е. поглощать, на поверхности определенное количество воды. Плотность зерен портландцемента 3,1 г/см3, воды — 1 г/см3. Если затворить цемент излишним количеством воды, то лишь некоторая часть ее будет удерживаться адсорбционными и капиллярными силами. Под действием гравитации частицы цемента оседают, а вода вытесняется вверх. Наступает расслоение теста, которое приводит к выделению излишней воды на поверхности бетонной смеси или раствора. Явление водоотделения крайне нежелательно, поскольку вода, скапливаясь на верхней поверхности конструкции, делает бетон рыхлым и пористым. Впоследствии бетон наиболее интенсивно разрушается именно в этих местах.

Водопотребность цемента характеризуют относительным количеством воды (в%) для получения цементного теста нормальной густоты. Содержание воды в тесте нормальной густоты соответствует ее максимальному количеству, которое цемент может удерживать с помощью химических и физико-химических (адсорбционных и капиллярных) сил. Поскольку в таком тесте еще нет водоотделения, цементное тесто нормальной густоты, скатываемое в шарик, не прилипает к ладони. Водопотребность портландцемента 22…28%.

Свойство водопотребности цемента имеет важное практическое значение при изготовлении бетонной смеси и раствора. Применяя цементы с низкой водо-потребностью, можно изготовить бетонную смесь с относительно небольшим расходом воды. При отвердевании получают бетон с высокой прочностью и стойкостью, так как пористость его невелика. Напротив, цементы с высокой водопотребностью, в частности пуццолановый портландцемент, у которого она достигает 40%, отличаются высокой пористостью, и бетон на основе такого цемента оказывается неморозостойким.

Сроки схватывания цемента характеризуют промежуток времени, в течение которого интенсивно изменяются пластические свойства цементного теста. Различают начало и конец схватывания. В строительной лаборатории сроки схватывания цемента определяют на приборе Вика по глубине погружения в цементное тесто стандартной стальной иглы диаметром 1,13 мм. Началом схватывания считается промежуток времени от затворения цемента водой до того момента, когда игла под действием силы тяжести уже не может полностью погрузиться в цементное тесто нормальной густоты (не доходит до дна прибора на 1… 2 мм). Конец схватывания отсчитывают по времени, прошедшему от затворения до момента, когда игла Вика лишь слегка, на 1…2 мм, погружается в затвердевшее тесто или камень.

На стройке можно определить сроки схватывания цемента упрощенным способом. Для этого на цементном тесте делают каждые 5 мин легкие надрезы стальным ножом. Начало схватывания соответствует моменту, когда надрезы перестают заплывать. Продолжая делать легкие, без нажима, надрезы с интервалом 15 мин, замечают, когда нож перестает оставлять след на поверхности цементного камня. Это и будет конец схватывания.

В соответствии с требованиями ГОСТ 10178—85 начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин после затворения, конец схватывания — не позднее чем спустя 10 ч. Сроки схватывания портландцемента регулируют путем введения добавки гипса. На скорость схватывания цемента влияют температура и содержание воды в тесте. При повышении температуры сроки схватывания сокращаются. Поэтому для бетонных работ в сухую жаркую погоду применяют цемент, начало схватывания которого наступает не раньше чем через 1,5 ч после затворения. Если смесь укладывать после начала схватывания, то, утратив пластичность, она при укладке будет деформироваться с нарушением сплошности структуры. В результате в теле бетона образуются разрывы, трещины и другие дефекты механического происхождения, что отрицательно скажется на прочности и долговечности конструкции.

Также важно обеспечить заданные сроки схватывания при транспортировании бетонных смесей автобетоновозами, передвижными бетоносмесителями, перекачивании бетононасосами. Преждевременное схватывание может привести к выходу оборудования из строя, и будет непроизводительно потрачено время на приведение установок в работоспособное состояние.

Сроки схватывания увеличиваются, если для затворения цемента взято больше воды. При ее избытке возрастает объем пространства в тесте, которое должно быть заполнено новообразованиями. Прочность цементного камня формируется в момент, когда кристаллогидраты образуют пространственную непрерывную структуру. Для формирования такой структуры при большем объеме пространства требуется и большее время.

Увеличивать количество воды в тесте или бетонной смеси ради удлинения сроков схватывания нерационально, так как прочность затвердевшего камня (бетона) тем меньше, чем больше введено воды. Целесообразно применять для этого специальные добавки — замедлители схватывания.

В практике бетонных работ иногда наблюдается ложное схватывание цемента, т. е. загустевание цементного теста или бетонной смеси в сроки, гораздо более короткие, чем предусмотрено стандартом (раньше 45 мин). Это объясняется тем, что в состав такого цемента входит полуводный гипс, а не гипсовый камень. Полуводный гипс быстро взаимодействует с водой, образуя пространственную малопрочную структуру, что и приводит к потере пластичности цементного теста уже через 10…20 мин после затворения. При последующем перемешивании, особенно с небольшой добавкой воды, тесто восстанавливает пластичность и затвердевает, как обычно.

Чтобы не допустить ложного схватывания, помол и хранение цементов осуществляют при пониженной температуре. Во время бетонных работ в жаркое время года предельная температура цемента должна быть не более 50 °С.

Прочность—основная характеристика цемента как материала для изготовления бетонных и железобетонных конструкций. Для ее оценки используют стандартную характеристику цемента — марку. Чтобы определить марку цемента, изготовляют смесь из цемента и стандартного кварцевого песка в соотношении 1:3 по массе. Затворяют эту смесь водой, которую берут в количестве 40% от массы цемента. Из смеси изготовляют призматические образцы (балочки) размерами 40X40X160 мм. Первые сутки после изготовления балочки твердеют во влажном воздухе, а затем в течение 27 сут — в воде комнатной температуры. Через 28 сут балочки испытывают на изгиб, а образовавшиеся при этом половинки балочек — на сжатие. При испытании получают самые разнообразные показатели прочности. Например, предел прочности при сжатии образцов может оказаться равным 40; 41,2; 43; 46 МПа и т. д. Эти числа, характеризующие прочность, называют активностью цемента.

Бесконечное множество значений прочности, а значит, и активности затрудняет сравнение различных цементов. Поэтому оценивают прочность цемента с помощью марок. Марка цемента — это условная характеристика, численно равная минимальному пределу прочности при сжатии стандартных образцов. Например, марка цемента 400 означает, что предел прочности его при сжатии гарантируется не ниже 400 кгс/см2. Если при испытаниях получены значения прочности, большие 400 кгс/см2 (до 500), марка цемента все равно будет 400. Установлены стандартные марки портландцемента от 400 до 600 (табл. 10). Чем выше марка, тем более прочный камень образуется при твердении цемента.

Прочность цемента при соответствующих условиях внешней среды со временем возрастает (рис. 25). Нормальными условиями твердения цементных материалов (строительного раствора и бетона) считают

температуру около 20°С и относительную влажность воздуха 95—100%. При понижении температуры замедляются химические реакции взаимодействия цемента с водой. Это выражается в недоборе прочности (сравните кривые 1 и 2). Для ускорения твердения бетонные изделия обрабатывают насыщенным паром при температуре 60…90°С. Пропаривание позволяет за 10…12 ч получать распалубочную прочность бетона, составляющую 70% от проектной 28-суточной (кривая 3). Тепловую обработку изделий надо проводить в условиях, исключающих высушивание бетона, так как вода необходима для синтеза кристаллогидратов цементного камня. .

Возрастание прочности с течением времени — важное свойство цемента и материалов на его основе. Этим цементные материалы принципиально отличаются от других каменных материалов — природных (гранита, известняка) и искусственных (керамики, стекла), у которых однажды сформированная прочность может со временем под воздействием разрушительных факторов среды только уменьшаться.

Цемент же при благоприятных условиях твердения продолжает гидратироваться. В результате увеличивается объем кристаллического сростка гидратных новообразований, а объем промежутков между ними, наоборот, сокращается. Таким образом, физическая причина увеличения прочности связана с уменьшением пористости цементного камня. Снижая пористость, можно существенно повысить его прочность. Так, методом горячего прессования при температуре 250 °С и давлении 350 МПа в лабораториях получают цементный камень с небольшой пористостью (всего 2…4%) и очень высокой прочностью — через 1 сут Ясж — = 412 МПа, через 90 сут — 655 МПа. Это более чем в 10 раз превосходит самую высокую прочность цемента (60 МПа) и бетона (60.„80 МПа), получаемую при стандартных испытаниях. Следовательно, вяжущие свойства цемента используют далеко не.полностью.

Рис. 25. Кривые роста прочности цемента во времени:
1 — твердение при температуре 5 °С, 2 — нормальное твердение при 20 °С, 3 — пропаривание при 85 °С

Из-за развитой системы пор и капилляров цементный камень сравнительно легко проницаем для воды, агрессивных жидкостей и газов, которые могут вызвать его коррозию.

Стойкость к коррозии цементного камня характеризуется отношением его к химическим воздействиям, которые подразделяют на три основных вида.

Коррозия первого вида связана с разложением новообразований цементного камня, растворением и вымыванием (выщелачиванием) из него Са(ОН)2. Такая коррозия развивается наиболее интенсивно в мягких водах (дождевых, талых), содержащих небольшое количество солей. Под действием проникающих в бетон мягких вод растворяется наименее стойкое соединение Са(ОН)2. Вслед за этим разлагаются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Наиболее эффективное средство борьбы с выщелачиванием — введение в состав цемента добавок, связывающих Са(ОН)2 в более стойкие соединения. Такие добавки, называемые активными минеральными, будут рассмотрены в § 25.

Коррозия второго вида обусловлена взаимодействием Са(ОН)2 и других составных частей цементного камня с агрессивными веществами внешней среды. В результате этого образуются легкорастворимые соединения, которые вымываются из цементного камня, тем самым ослабляя его. К этому виду относится, например, кислотная и магнезиальная коррозия.

Свободные кислоты встречаются в сточных водах промышленных предприятий. Кислотная среда может также возникнуть при конденсации на поверхности конструкций влаги, если в атмосфере содержатся агрессивные вещества — хлор, хлорид водорода, сернистый газ. Такая атмосфера характерна для современных промышленных центров. Попадающая в бетон кислота взаимодействует с Са(ОН)2. Образующийся при этом хлорид кальция легко растворяется в воде и вымывается.

Коррозия третьего вида характеризуется тем, что в результате взаимодействия со средой в порах цементного камня возникают новые твердофазные соединения, объем которых намного больше объема исходных продуктов реакции. Кристаллы этих соединений, увеличиваясь в объеме, давят на стенки пор, вызывая большие внутренние напряжения и растрескивание батона.

Наиболее ярко коррозия этого вида проявляется при действии на цементный камень сульфатных вод (сульфатная коррозия). Вероятность сульфатной коррозии учитывают при строительстве морских гидротехнических сооружений, возведении фундаментов зданий в районах, где грунтовые воды содержат сульфаты натрия или кальция. В этих случаях применяют сульфатостойкий портландцемент.





Читать далее:
Глиноземистый и расширяющиеся цементы
Цементы с минеральными добавками
Специальные виды портландцемента
Схватывание и твердение портландцемента
Производство портландцемента
Неорганические вяжущие вещества
Разные материалы для штукатурных работ
Заполнители для штукатурных работ
Вяжущие материалы для штукатурных работ
Расширяющиеся цементы











Портландцемент

Портландцемент

Портландцемент и его разновидности являются
основным вяжущим материалом в современном строительстве.
Портландцемент представляет собой порошкообразное гидравлическое
вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, состоящее главным
образом из силикатов кальция. Получают портландцемент тонким
измельчением клинкера с гипсом (3 … 7 %), допускается введение в
смесь активных минеральных добавок (10 … 15 %). Клинкер — продукт
обжига (до полного спекания) искусственной сырьевой смеси, состоящей
приблизительно из 75 % карбоната кальция (обычно известняка) и 25 %
глины. Основные свойства портландцемента обусловливаются составом
клинкера.

Химический состав портландцемента. Портландцемент
характеризуется довольно постоянным химическим составом. Содержание
основных составляющих окислов в нем колеблется в сравнительно
небольших пределах, %: СаО (64 … 67), SiО2
(19 … 24), Аl2О3
(4 … 7), Fе2О3 (2 …
6), MgO (не более 5), SО3 (не менее 1,5 и не
более З,5).

Минералогический состав портландцемента. В процессе обжига
сырьевой смеси перечисленные окислы вступают в химическое
взаимодействие:


Минералогический состав портландцемента

Сырье для получения портландцемента. В
качестве сырья иногда используют природные горные породы — мергели.
В них содержатся необходимые для производства портландцементов
количества каронатных (75 … 78 %) и глинистых пород (25 … 22 %).
В большинстве случаев необходимое сочетание пород получается
искусственным путем. В этом случае в качестве карбонатных пород
используются известняки, мел, известковые ракушечники; в качестве
глинистых — глины, глинистые сланцы, лёссы, доменные шлаки; кроме
того, в состав сырьевой смеси вводятся различные корректирующие
добавки, например гипс.

Гипс необходим для регулирования сроков схватывания. С увеличением
количества гипса увеличиваются (замедляются) сроки схватывания.
Однако максимальное количество вводимого гипса регламентируется
химическим составом портландцемента.

Производство портландцемента. Производство портландцемента
состоит из следующих процессов: добычи сырья и доставки его на
завод; подготовки сырья и смеси; обжига смеси — получения клинкера;
измельчения клинкера с добавками — получения цемента.

По характеру подготовки сырья и приготовления смеси различают мокрый
и сухой способы изготовления цемента. При мокром способе сырье
дробят и размалывают без дополнительной подсушки. Весьма часто помол
осуществляют с добавлением воды, глину размешивают в специальных
емкостях — болтушках. Смесь готовят тщательным перемешиванием жидких
молотых смесей в шламбассейнах. В этом случае подготовленная смесь —
цементный шлам — содержит до 40 % и более воды.

При сухом способе тонкое измельчение исходного сырья — помол —
осуществляют в сухом состоянии. Тщательное смешивание производят в
специальных смесителях. В строительстве наиболее распространен
мокрый способ, при котором удается достичь хорошей гомогенности
сырьевой смеси, что в конечном итоге обусловливает получение цемента
с более высокими и стабильными качествами. В связи с созданием
оборудования, обеспечивающего хорошую гомогенизацию в смеси
тонкомолотых порошков, сухой способ как более экономичный (не
требующий теплоты на испарение воды) и, следовательно, перспективный
находит все большее применение. В РФ действует несколько крупных
цементных комбинатов, работающих по сухому способу.

Обжиг смеси производится во вращающихся печах, представляющих собой
металлические цилиндры, обложенные внутри огнеупорной футеровкой.
Печь укладывают на специальные катки с небольшим уклоном к
поверхности земли, за счет чего по мере вращения сырьевая смесь
продвигается по печи от приподнятого конца к опущенному. Длина печи
достигает 180 м, а иногда доходит до 250 м, диаметр — до 6 м. По
мере продвижения смесь подсушивается, скатывается в шарики и под
действием высокой температуры (1450 … 1500 °С)
спекается в гранулы размером 5 … 20 мм и более. Затем гранулы
охлаждаются сначала в печи, в зоне охлаждения, впоследствии — в
специальных устройствах — холодильниках.

Существует и достаточно прогрессивный способ обжига клинкера. В печи
силикатный расплав заменен расплавом на основе хлористого кальция.
Существенно снижается температура обжига (1100 … 1150
°С), в 3 .. .4 раза облегчается помол, но в
цементе появляется минерал — алинит, содержащий алюмохлоридсиликат
кальция. Этот цемент быстрее твердеет в начальные сроки.

Остывший клинкер подвергают размолу чаще всего в шаровых мельницах,
представляющих собой металлические цилиндры диаметром до 3,5 и
длиной до 15 … 20 м, которые выложены изнутри бронированными
плитами. Мельницы имеют 2 … 3 камеры, отделенные друг от друга
металлическими перегородками с отверстиями для прохождения
размалываемого материала.

Размол клинкера и постепенное продвижение размалываемого материала
обеспечиваются при вращении за счет наклона мельницы. По выходе из
шаровой мельницы портландцемент подают на склад в силосы, где он
остывает и выдерживается некоторое время, достаточное для
стабилизации. Необходимость выдержки обусловливается тем, что при
помоле, особенно если осуществляется помол еще не совсем остывшего
клинкера (максимальная температура клинкера, подаваемого в шаровую
мельницу, не должна превышать 50 °С),
происходит дегидратация вводимого гипса, получаемый при этом цемент
будет обладать нестандартными сроками схватывания (ложное
схватывание).

Свойства портландцемента. К основным техническим свойствам
портландцемента относятся: истинная плотность, средняя плотность,
тонкость помола, сроки схватывания, нормальная густота (водопотребность
цемента), равномерность изменения объема цементного теста, прочность
затвердевшего цементного раствора. Истинная плотность цемента
находится в пределах 3000 … 3200 кг/м3, плотность в рыхлом
состоянии — 900 … 1300 кг/м3, в уплотненном (слежавшемся) — 1200
… 1300 кг/м3.

Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 08 или удельной
поверхностью, проверяемой на специальном приборе ПСХ. Согласно ГОСТ
через сито № 08 должно проходить не менее 85 % массы пробы, удельная
поверхность при этом (поверхность зерен цемента общей массой 1 г)
должна быть 2500 … 3000 см2/г.

Нормальная густота цементного теста (количество воды в % от массы
цемента) определяется погружением пестика, укрепляемого на штанге
прибора Вика, и колеблется в пределах 21 … 28 %. Она зависит от
минералогического состава цемента и тонкости помола. Изучение
процесса твердения цемента показало, что в зависимости от вида
цемента, сроков и условий твердения он присоединяет воды 15 … 25 %
от своей массы. При использовании цемента в растворах и бетонах
расходуемое количество воды значительно больше (40 … 70 %), оно, в
частности, зависит и от нормальной густоты цементного теста. Излишки
воды со временем испаряются, оставляя поры, что ухудшает качество
цементного камня, а следовательно, раствора и бетона.

Сроки схватывания проверяют прибором Вика на цементном тесте
нормальной густоты. Согласно требованиям ГОСТ начало схватывания
должно быть не ранее 45 мин; конец — не позднее 10 ч (нормально — 2
… 3 ч), однако по согласованию с потребителями эти сроки могут
существенно отличаться. О равномерности изменения объема цементного
теста в процессе твердения судят по характеру трещин на
образцах-лепешках, изготовленных по методике, изложенной в ГОСТ.

Если в цементе в результате нарушений технологического процесса при
изготовлении окажется много свободных осадков кальция и магния, то
процесс их гашения при затворении цемента водой будет протекать
замедленно (температура обжига клинкера значительно выше температуры
обжига при получении извести-кипелки, процесс гашения которой
протекает довольно быстро). Это явление может привести к разрушению
уже затвердевшего цементного камня. Для предотвращения подобных
явлений при оценке качества цемента и проводят испытание на
равномерность изменения объема.

Одним из основных свойств цемента является прочность, которая
определяется в положенные сроки испытанием образцов (балочек)
размером 40 х 40 х 160 мм первоначально на изгиб, а затем половинок
— на сжатие. Балочки готовят из раствора состава 1:3 (1 ч. по массе
цемента, 3 ч.- нормального вольского песка) при водоцементном
отношении (отношении количества воды к количеству цемента), равном
0,4. Водоцементное отношение в свою очередь проверяется, а при
необходимости корректируется по расплаву конуса на встряхивающем
столике. Расплыв усеченного конуса из растворной смеси,
изготовленного в форме высотой 60 мм и основаниями верхним с
внутренним диаметром 70 мм и нижним — 100 мм, после 30 встряхиваний
должен быть в пределах 106 … 115 мм. При отсутствии встряхивающего
столика испытания проводят на стандартной лабораторной виброплощадке.
В этом случае после 20 секунд вибрирования расплыв должен быть (170
± 5) мм.

Твердение цемента. Твердение портландцемента — сложный
физико-химический процесс. При затворении цемента водой основные
минералы, растворяясь, гидратируются по уравнениям:

Образующиеся новообразования отличаются от первоначальных меньшей
растворимостью и, выпадая в осадок, выкристаллизовываются, что
приводит к потере пластичности (схватыванию) и последующему
твердению. Добавка гипса в самом начале процесса при растворении
взаимодействует с трехкальциевым алюминатом, образуя
гидросульфоалюминаты, которые, обволакивая цементные зерна,
замедляют процесс растворения и гидратации. Однако в последующем эти
оболочки разрушаются (чем меньше гипса, тем замедление короче по
времени) и процесс твердения ускоряется. Но сами
выкристаллизовывающиеся новообразования начинают препятствовать
гидратации, поэтому значительная часть зерен цемента может
гидратироваться при наличии водной среды весьма продолжительный
срок, измеряемый даже годами.

Цемент твердеет тем быстрее, чем больше в нем алита (алитовые
цементы) и трехкальциевого алюмината. С течением времени процесс
твердения резко замедляется. Цементы, содержащие много белита (белитовые
цементы), в раннем возрасте твердеют медленно; нарастание прочности
продолжается длительно и равномерно. Процессы твердения и особенно
схватывания сопровождаются выделением теплоты, которая тем
интенсивнее, чем быстрее протекает процесс схватывания. Поэтому в
массивных конструкциях, как правило, применяют белитовые цементы.
Использование в таких конструкциях алитовых цементов может привести
к интенсивности тепловыделению, разогреву до высокой температуры (70
… 80 °С), появлению трещин и даже потере
воды, что в итоге приведет к утрате цементным камнем своих качеств.
В то же время применение алитовых цементов позволяет быстрее
получить минимальную прочность, а интенсивное тепловыделение
обеспечивает в некоторых случаях необходимую для твердения
температуру в зимних условиях.

При твердении цемента на воздухе происходит небольшая усадка, а в
воде — набухание.

портландцемент

Портландцемент — наиболее распространенный тип цемента, широко используемый во многих частях мира, так как он является основным ингредиентом бетона, строительного раствора, штукатурки и большинства неспециализированных растворов. Это тонкий порошок, полученный путем измельчения портландцементного клинкера (более 90%), ограниченного количества сульфата кальция, который контролирует время схватывания, и до 5% второстепенных компонентов (в соответствии с различными стандартами). Согласно европейскому стандарту EN197.1, «портландцементный клинкер — это гидравлический материал, который должен состоять не менее чем на две трети по массе силикатов кальция (3CaO.SiO 2 и 2CaO.SiO 2 ), остальная часть состоит из алюминия и железа. фазы клинкера и другие соединения. Отношение CaO к SiO 2 должно быть не менее 2,0. Содержание магния (MgO) не должно превышать 5,0% по массе «. (Последние два требования уже были изложены в Немецком стандарте, выпущенном в 1909 году). Клинкер из портландцемента получают путем нагревания в печи однородной смеси сырья до температуры спекания, которая составляет около 1450 ° C для современных цементов.Оксид алюминия и оксид железа присутствуют в виде флюса и мало влияют на прочность. Для специальных цементов, таких как низкотемпературные (LH) и сульфатостойкие (SR) типы, необходимо ограничить количество образующегося трикальцийалюмината (3CaO.Al 2 O 3 ). Основным сырьем для производства клинкера обычно является известняк (CaCO 3 ). Обычно используется загрязненный известняк, содержащий SiO 2 . Содержание CaCO 3 в этих известняках может составлять всего 80%.Вторичное сырье (материалы в сырьевой смеси, кроме известняка) зависят от чистоты известняка. Некоторые из используемых вторичных сырьевых материалов: глина, сланец, песок, железная руда, бокситы, летучая зола и шлак. Когда цементная печь топится углем, зола угля выступает в качестве вторичного сырья.

Дополнительные рекомендуемые знания

История

Портленд был разработан из цемента (или, точнее, гидравлической извести), производимого в Великобритании в начале девятнадцатого века, и его название происходит от его сходства с портлендским камнем, типом строительного камня, который добывался на острове Портленд в Дорсет, Англия.Джозеф Аспдин, британский каменщик, в 1824 году получил патент на процесс изготовления цемента, который он назвал портландцементом. Его цемент представлял собой искусственную гидравлическую известь, аналогичную по свойствам материалу, известному как «римский цемент» (запатентованному в 1796 году Джеймсом Паркером), и его процесс был аналогичен тому, который был запатентован в 1822 году и использовался с 1811 года Джеймсом Фростом, который назвал свой цемент «британским». Цемент». Название «портландцемент» также записано в справочнике, опубликованном в 1823 году, и связано с Уильямом Локвудом и, возможно, другими.Сын Аспдина Уильям в 1843 году сделал улучшенную версию этого цемента, и первоначально он назвал его «Патентный портландцемент», хотя у него не было патента. В 1848 году Уильям Аспдин усовершенствовал свой цемент и в 1853 году переехал в Германию, где занялся производством цемента. [1]
Многие люди утверждали, что создали первый портландцемент в современном смысле этого слова, но общепризнано, что он был впервые произведен Уильямом Аспдином в Нортфлите, Англия, примерно в 1842– [2] .Правительство Германии выпустило стандарт на портландцемент в 1878 году.

Производство

В производстве портландцемента есть три основных этапа:

  1. Приготовление сырьевой смеси
  2. Производство клинкера
  3. Приготовление цемента

Химический состав цемента очень сложен, поэтому обозначение химика-цемента было изобретено для упрощения формулы общих оксидов, содержащихся в цементе. Это отражает тот факт, что большинство элементов присутствуют в своей наивысшей степени окисления, и химический анализ цемента выражается в массовых процентах этих условных оксидов.

Приготовление Rawmix

Сырье для производства портландцемента представляет собой смесь (в виде мелкодисперсного порошка в «сухом процессе» или в виде суспензии в «мокром процессе») минералов, содержащих оксид кальция, оксид кремния, оксид алюминия, оксид железа и оксид магния. Сырье обычно добывается из местных пород, которые в некоторых местах уже имеют практически желаемый состав, а в других требуется добавление глины и известняка, а также железной руды, бокситов или переработанных материалов.Сначала отдельные сырьевые материалы измельчаются, как правило, до менее 50 мм. На многих заводах некоторые или все сырые материалы затем грубо смешиваются в «груде предварительной гомогенизации». Затем сырье измельчается на сырьевой мельнице. Бункеры с индивидуальным сырьем расположены над ленточным конвейером. Точно контролируемые пропорции каждого материала доставляются на ленту весовыми дозаторами. Попадая в мельницу, смесь измельчается до rawmix. Тонкость сырой смеси указывается в терминах размера самых крупных частиц и обычно контролируется таким образом, чтобы содержание частиц диаметром более 90 мкм составляло менее 5-15% по массе.Важно, чтобы сырая смесь не содержала крупных частиц, чтобы завершить химические реакции в печи и обеспечить химическую однородность смеси. В случае сухого процесса сырьевая мельница также сушит сырье, обычно путем пропускания горячих выхлопных газов из печи через мельницу, так что сырьевая смесь выходит в виде мелкодисперсного порошка. Он подается в систему смешивания конвейерной лентой или порошковым насосом. В случае мокрого процесса к сырью для сырьевой мельницы добавляют воду, и измельченный продукт представляет собой суспензию с содержанием влаги обычно в диапазоне 25-45% по массе.Эта суспензия подается в систему смешивания обычными жидкостными насосами.

Смешивание Rawmix

Rawmix разработан в соответствии с очень строгими химическими требованиями. Как правило, содержание отдельных компонентов в сыромиксе должно контролироваться в пределах 0,1% или лучше. Кальций и кремний присутствуют для образования силикатов кальция, придающих прочность. Алюминий и железо используются для производства жидкости («флюса») в зоне обжига печи. Жидкость действует как растворитель для силикатообразующих реакций и позволяет им протекать при экономически низкой температуре.Недостаток алюминия и железа приводит к затруднению горения клинкера, в то время как чрезмерные количества приводят к низкой прочности из-за разбавления силикатов алюминатами и ферритами. Очень небольшие изменения содержания кальция приводят к большим изменениям в соотношении алита и белита в клинкере и к соответствующим изменениям характеристик роста прочности цемента. Поэтому относительные количества каждого оксида поддерживаются постоянными, чтобы поддерживать постоянные условия в печи и поддерживать постоянные свойства продукта.На практике rawmix контролируется частым химическим анализом (ежечасно с помощью рентгенофлуоресцентного анализа или каждые 3 минуты с помощью мгновенного гамма-нейтронного активационного анализа). Данные анализа используются для автоматической корректировки скорости подачи сырья. Оставшиеся химические вариации сводятся к минимуму путем пропускания сырьевой смеси через систему смешивания, которая гомогенизирует дневную поставку сырой смеси (15 000 тонн в случае большой печи).

Образование клинкера

Основная статья: Цементная печь

Сырьевая смесь нагревается в цементной печи, медленно вращающемся наклонном цилиндре, при этом температура увеличивается по длине цилиндра до максимальной температуры 1400-1450 ° C.С повышением температуры происходит сложная последовательность химических реакций (см. Цементную печь). Пиковая температура регулируется таким образом, чтобы продукт содержал спеченные, но не расплавленные комки. Спекание заключается в плавлении 25-30% массы материала. Образовавшаяся жидкость притягивает оставшиеся твердые частицы вместе за счет поверхностного натяжения и действует как растворитель для окончательной химической реакции, в которой образуется алит. Слишком низкая температура вызывает недостаточное спекание и неполную реакцию, но слишком высокая температура приводит к расплавленной массе или стеклу, разрушению футеровки печи и потере топлива.Когда все идет по плану, получается клинкер. После охлаждения отправляется на хранение. Обычно прилагаются некоторые усилия для смешивания клинкера, потому что, хотя химический состав сырой смеси, возможно, строго контролировался, процесс печи потенциально вводит новые источники химической изменчивости. Перед использованием клинкер можно хранить несколько лет. Продолжительное воздействие воды снижает реакционную способность цемента, полученного из выветрившегося клинкера.

Энтальпия образования клинкера из карбоната кальция и глинистых минералов составляет ~ 1700 кДж / кг.Однако из-за потерь тепла во время производства фактические значения могут быть намного выше. Высокие потребности в энергии и выброс значительного количества двуокиси углерода делают производство цемента проблемой глобального потепления. См. «Воздействие на окружающую среду» ниже.

Помол цемента

Основная статья: Цементная мельница

Для достижения желаемых качеств схватывания готового продукта в клинкер добавляют некоторое количество (2-8%, но обычно 5%) сульфата кальция (обычно гипса или ангидрита) и смесь тонко измельчают, чтобы получить готовый продукт. цементный порошок.Это достигается в цементной мельнице. Процесс измельчения контролируется для получения порошка с широким диапазоном размеров частиц, в котором обычно 15% по массе составляют частицы диаметром менее 5 мкм, а 5% — частицы диаметром более 45 мкм. Обычно используемой мерой тонкости является «удельная поверхность», которая представляет собой общую площадь поверхности частиц единицы массы цемента. Скорость начальной реакции (до 24 часов) цемента при добавлении воды прямо пропорциональна удельной поверхности. Типичные значения составляют 320–380 м².кг -1 для цементов общего назначения и 450-650 м².кг -1 для «быстротвердеющих» цементов. Цемент транспортируется ленточным или порошковым насосом в бункер для хранения. Цементные заводы обычно имеют достаточно места в силосах для производства от 1 до 20 недель, в зависимости от местных циклов спроса. Цемент доставляется конечным потребителям в мешках или в виде порошка, выдуваемого из машины под давлением в бункер заказчика. В развитые страны 80% и более цемента поставляется наливом, и многие цементные заводы не имеют оборудования для упаковки в мешки.В развивающихся странах обычным способом доставки являются сумки.

Типичные составляющие портландского клинкера и портландцемента. Обозначение стиля цементной промышленности курсивом:
Клинкер Массовая% Цемент Массовая%
Силикат трикальция (CaO) 3 .SiO 2 , C 3 S 45-75% Оксид кальция, CaO, C 61-67%
Силикат дикальция (CaO) 2 .SiO 2 , C 2 S 7-32% Оксид кремния, SiO 2 , S 19-23%
Алюминат трикальция (CaO) 3 .Al 2 O 3 , C 3 A 0-13% Оксид алюминия, Al 2 O 3 , А 2,5-6%
Тетракальций алюмоферрит (CaO) 4 .Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 , C 4 AF 0-18% Оксид железа, Fe 2 O 3 , F 0-6%
Гипс CaSO 4 2-10% Сульфат

Использовать

Чаще всего портландцемент используется в производстве бетона. Бетон — это композитный материал, состоящий из заполнителя (гравия и песка), цемента и воды.В качестве строительного материала бетон можно заливать практически любой желаемой формы, а после затвердевания он может стать конструктивным (несущим) элементом. Пользователи могут участвовать в заводском производстве сборных элементов, таких как панели, балки, дорожная мебель, или могут производить монолитный бетон , такой как строительные надстройки, дороги, плотины. Они могут поставляться с бетоном, смешанным на месте, или могут поставляться с «товарным» бетоном, изготовленным на постоянных участках смешивания. Портландцемент также используется в растворах (только с песком и водой) для штукатурок и стяжек, а также в растворах (цементно-водные смеси, выдавливаемые в зазоры для укрепления фундаментов, дорожных покрытий и т.д.).

Отверждение и закалка

Когда вода смешивается с портландцементом, продукт схватывается за несколько часов и затвердевает в течение нескольких недель. Эти процессы могут широко варьироваться в зависимости от используемой смеси и условий отверждения продукта, но типичный бетон схватывается (т.е. становится твердым) примерно за 6 часов и развивает прочность на сжатие 8 ~ МПа за 24 часа. Прочность повышается до 15 МПа через 3 дня, 23 МПа через одну неделю, 35 МПа через 4 недели и 41 МПа через три месяца.В принципе, прочность продолжает медленно расти до тех пор, пока есть вода для продолжения гидратации, но обычно бетон высыхает через несколько недель, и это останавливает рост прочности.

Застывание и затвердевание портландцемента вызывается образованием водосодержащих соединений, образующихся в результате реакций между компонентами цемента и водой. Обычно цемент вступает в реакцию с пластичной смесью только при соотношении вода / цемент от 0,25 до 0,75. Реакция и продукты реакции называются гидратной и гидратной или гидратной фазами соответственно.В результате реакций (которые начинаются немедленно) можно наблюдать жесткость, которая вначале очень небольшая, но со временем увеличивается. Момент времени, когда он достигает определенного уровня, называется началом настройки. Последующее последующее уплотнение называется схватыванием, после чего наступает фаза твердения.

Жесткость, схватывание и твердение вызываются образованием микроструктуры продуктов гидратации различной жесткости, которые заполняют заполненные водой промежутки между твердыми частицами цементного теста, раствора или бетона.Поведение во времени затвердевания, схватывания и затвердевания, следовательно, в очень большой степени зависит от размера промежуточных пространств, т.е. е. по соотношению вода / цемент. Продукты гидратации, в первую очередь влияющие на прочность, представляют собой гидраты силиката кальция («фазы C-S-H»). Другими продуктами гидратации являются гидроксид кальция, сульфатные гидраты (фазы AFm и AFt) и родственные соединения, гидрогранат и гидрат геленита. Силикаты или силикаты кальция составляют более 70% по массе цементов на силикатной основе.Поэтому гидратация этих соединений и свойства получаемых гидратов силиката кальция особенно важны. Гидраты силиката кальция содержат меньше CaO, чем силикаты кальция в цементном клинкере, поэтому гидроксид кальция образуется во время гидратации портландцемента. Он доступен для реакции с дополнительными вяжущими материалами, такими как измельченный гранулированный доменный шлак и пуццоланы. Упрощенная реакция алита с водой может быть выражена как:

2Ca 3 OSiO 4 + 6H 2 O → 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O + 3Ca (OH) 2

Это относительно быстрая реакция, вызывающая схватывание и увеличение прочности в первые несколько недель. Реакция белита:

2Ca 2 SiO 4 + 4H 2 O → 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O + Ca (OH) 2

Эта реакция является относительно медленной и в основном отвечает за рост силы через неделю. Гидратация алюмината трикальция контролируется добавлением сульфата кальция, который сразу же переходит в раствор при добавлении воды.Во-первых, быстро образуется эттрингит, вызывая замедление гидратации (см. Трехкальциевый алюминат):

Ca 3 (AlO 3 ) 2 + 3CaSO 4 + 32H 2 O → Ca 6 (AlO 3 ) 2 (SO 4 ) 3 3 32H 2 O

Эттрингит впоследствии медленно реагирует с дополнительным трикальциевым алюминатом с образованием «моносульфата» — «фазы AFm»:

Ca 6 (AlO 3 ) 2 (SO 4 ) 3 .32H 2 O + Ca 3 (AlO 3 ) 2 + 4H 2 O → 3Ca 4 (AlO 3 ) 2 (SO 4 ) .12H 2 О

Реакция проходит через 1-2 дня. Алюмоферрит кальция медленно реагирует из-за осаждения гидратированного оксида железа:

2Ca 2 AlFeO 5 + CaSO 4 + 16H 2 O → Ca 4 (AlO 3 ) 2 (SO 4 ).12H 2 O + Ca (OH) 2 + 2Fe (OH) 3

Значение pH порового раствора достигает сравнительно высоких значений и имеет значение для большинства реакций гидратации.

Вскоре после того, как портландцемент смешан с водой, начинается кратковременная и интенсивная гидратация (прединдукционный период). Сульфаты кальция полностью растворяются, а сульфаты щелочных металлов — почти полностью. Короткие гексагональные игольчатые кристаллы эттрингита образуются на поверхности частиц клинкера в результате реакции между ионами кальция и сульфата с трехкальциевым алюминатом.Кроме того, происходящие из трехкальциевого силиката, можно наблюдать первые гидраты силиката кальция (C-S-H) в коллоидной форме. Вызванный образованием тонкого слоя продуктов гидратации на поверхности клинкера, этот первый период гидратации прекращается и начинается период индукции, в течение которого почти не происходит реакции. Первые продукты гидратации слишком малы, чтобы перекрыть зазор между частицами клинкера, и не образуют консолидированной микроструктуры. Следовательно, подвижность частиц цемента по отношению друг к другу изменяется незначительно, т.е.е. консистенция цементного теста становится лишь немного гуще. Отверждение начинается примерно через один-три часа, когда первые гидраты силиката кальция образуются на поверхности клинкерных частиц, которые вначале очень мелкозернистые. По окончании индукционного периода происходит дальнейшая интенсивная гидратация клинкерных фаз. Этот третий период (ускоренный период) начинается примерно через четыре часа и заканчивается через 12–24 часа. В этот период формируется основная микроструктура, состоящая из игл C-S-H и листов C-S-H, пластинчатого гидроксида кальция и кристаллов эттрингита, растущих в продольной форме.Из-за роста кристаллов промежуток между частицами цемента все больше перекрывается. При дальнейшей гидратации твердение постепенно увеличивается, но с уменьшающейся скоростью. Увеличивается плотность микроструктуры и поры заполняются: заполнение пор вызывает увеличение прочности.

Виды портландцемента

Общие

Существуют разные стандарты классификации портландцемента. Двумя основными стандартами являются ASTM C150, используемый в основном в США, и европейский EN-197.Типы цемента EN 197 CEM I, II, III, IV и V не соответствуют одноименным типам цемента в ASTM C 150.

ASTM C150

Существует пять типов портландцементов с вариациями первых трех согласно ASTM C150.

Тип I Портландцемент известен как цемент общего или общего назначения. Обычно предполагается, если не указан другой тип. Он обычно используется для общего строительства, особенно при изготовлении сборного железобетона и предварительно напряженного железобетона, который не должен контактировать с почвой или грунтовыми водами.Типичными составными композициями этого типа являются:

55% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 2,8% MgO, 2,9% (SO 3 ), 1,0% потерь при прокаливании и 1,0% свободного CaO.

Ограничение по составу состоит в том, что (C 3 A) не должно превышать пятнадцати процентов.

Тип II должен обладать умеренной сульфатостойкостью с умеренной теплотой гидратации или без нее. Этот тип цемента стоит примерно столько же, как и тип I.Его типичный составной состав:

51% (C 3 S), 24% (C 2 S), 6% (C 3 A), 11% (C 4 AF), 2,9% MgO, 2,5% (SO 3 ), 0,8% потерь при прокаливании и 1,0% свободного CaO.

Ограничение по составу состоит в том, что (C 3 A) не должно превышать восьми процентов, что снижает его уязвимость для сульфатов. Этот тип предназначен для общего строительства, которое подвержено умеренному воздействию сульфатов, и предназначен для использования, когда бетон находится в контакте с почвой и грунтовыми водами, особенно в западных Соединенных Штатах из-за высокого содержания серы в почве.Из-за схожей цены с типом I, тип II широко используется в качестве цемента общего назначения, и большая часть портландцемента, продаваемого в Северной Америке, соответствует этой спецификации.

Примечание: Цемент, отвечающий (среди прочего) спецификациям для типов I и II, стал широко доступен на мировом рынке.

Тип III имеет относительно высокую раннюю прочность. Его типичный составной состав:

57% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 3.0% MgO, 3,1% (SO 3 ), 0,9% потери при прокаливании и 1,3% свободного CaO.

Этот цемент аналогичен типу I, но имеет более мелкий помол. Некоторые производители делают отдельный клинкер с более высоким содержанием C 3 S и / или C 3 A, но это встречается все реже, и обычно используется клинкер общего назначения, измельченный до удельной поверхности, как правило, на 50-80% выше. Уровень гипса также может быть немного увеличен. Это дает бетону с использованием этого типа цемента трехдневную прочность на сжатие, равную семидневной прочности на сжатие типов I и II.Его семидневная прочность на сжатие почти равна 28-дневной прочности на сжатие типов I и II. Единственным недостатком является то, что шестимесячная сила у типа III такая же или немного меньше, чем у типов I и II. Поэтому немного приносится в жертву долговременная сила. Обычно он используется для производства сборного железобетона, где высокая суточная прочность позволяет быстро менять формы. Также может использоваться при аварийном строительстве и ремонте, а также при строительстве машинных баз и воротных сооружений.

Портландцемент типа IV обычно известен своей низкой теплотой гидратации. Его типичный составной состав:

28% (C 3 S), 49% (C 2 S), 4% (C 3 A), 12% (C 4 AF), 1,8% MgO, 1,9% (SO 3 ), 0,9% потерь при прокаливании и 0,8% свободного CaO.

Процентные доли (C 2 S) и (C 4 AF) относительно высоки, а (C 3 S) и (C 3 A) относительно низки. Ограничением для этого типа является то, что максимальный процент (C 3 A) равен семи, а максимальный процент (C 3 S) — тридцать пять.Это приводит к более медленному развитию тепла, выделяемого реакцией гидратации. Однако, как следствие, прочность бетона растет медленно. Через год-два прочность выше, чем у других типов после полного отверждения. Этот цемент используется для очень больших бетонных конструкций, таких как плотины, которые имеют низкое соотношение поверхности к объему. Этот тип цемента, как правило, не хранится производителями, но некоторые могут рассмотреть возможность крупного специального заказа. Этот тип цемента не производился в течение многих лет, потому что портланд-пуццолановые цементы и добавка измельченного гранулированного доменного шлака являются более дешевой и надежной альтернативой.

Тип V используется там, где важна сульфатостойкость. Его типичный составной состав:

38% (C 3 S), 43% (C 2 S), 4% (C 3 A), 9% (C 4 AF), 1,9% MgO, 1,8% (SO 3 ), 0,9% потерь при прокаливании и 0,8% свободного CaO.

Этот цемент имеет очень низкий (C 3 A) состав, что объясняет его высокую сульфатостойкость. Максимально допустимое содержание (C 3 A) составляет пять процентов для портландцемента типа V.Другое ограничение состоит в том, что состав (C 4 AF) + 2 (C 3 A) не может превышать двадцати процентов. Этот тип используется в бетоне, который должен подвергаться воздействию щелочной почвы и сульфатов грунтовых вод, которые реагируют с (C 3 A), вызывая разрушительное расширение. Он недоступен во многих местах, хотя широко используется на западе США и в Канаде. Как и в случае с типом IV, портландцемент типа V в основном был вытеснен использованием обычного цемента с добавлением измельченного гранулированного доменного шлака или третичных цементов с добавками, содержащих шлак и летучую золу.

Типы Ia, IIa и IIIa имеют тот же состав, что и типы I, II и III. Единственное отличие состоит в том, что в смеси Ia, IIa и IIIa воздухововлекающий агент измельчается. Воздухововлечение должно соответствовать минимальным и максимальным дополнительным характеристикам, указанным в руководстве ASTM. Эти типы доступны только в восточной части США и Канаде, но их можно найти лишь в ограниченном количестве. Они плохо справляются с воздухововлечением, что повышает устойчивость к замерзанию при низких температурах.

EN 197

EN 197-1 определяет 5 классов обычного цемента, которые включают портландцемент в качестве основного компонента. Эти классы отличаются от классов ASTM.

I Портландцемент Состоит из портландцемента и до 5% второстепенных дополнительных компонентов
II Портланд-композитный цемент Портландцемент и до 35% других отдельных компонентов
III Цемент доменный Портландцемент и выше процентное содержание доменного шлака
IV Пуццолановый цемент Портландцемент и до 55% пуццолановых компонентов
V Цемент композитный Портландцемент, доменный шлак и пуццолан или летучая зола

Допустимые компоненты портланд-композитных цементов: доменный шлак, микрокремнезем, природные и промышленные пуццоланы, кремнистая и известковая летучая зола, обожженный сланец и известняк.

Белый портландцемент

Основная статья: Белый портландцемент

Белый портландцемент физически отличается от серой формы только своим цветом и, как таковой, может попадать во многие из вышеперечисленных категорий (например, ASTM типа I, II и / или III). Однако его производство значительно отличается от производства серого продукта и рассматривается отдельно.

Безопасность и воздействие на окружающую среду

Безопасность

Когда цемент смешивается с водой, образуется сильно щелочной раствор (pH ~ 13) за счет растворения гидроксидов кальция, натрия и калия.Для защиты следует использовать перчатки, защитные очки и фильтрующую маску. После контакта следует вымыть руки. Цемент может вызвать серьезные ожоги при продолжительном контакте или при несвоевременной промывке кожи. Как только цемент гидратируется, к затвердевшей массе можно безопасно прикасаться без перчаток.

В Скандинавии, Франции и Великобритании уровень хрома (VI), который считается токсичным и главным раздражителем кожи, не может превышать 2 ppm (частей на миллион).

Воздействие на окружающую среду

Производство портландцемента может оказывать воздействие на окружающую среду на всех этапах производственного процесса.К ним относятся выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в виде пыли, газов, шума и вибрации при работе оборудования и во время взрывных работ в карьерах, потребление большого количества топлива во время производства, выброс CO 2 из сырья во время производства и повреждение в сельскую местность из карьеров. Широко используется оборудование для снижения выбросов пыли при разработке карьеров и производстве цемента, а оборудование для улавливания и отделения выхлопных газов находит все более широкое применение. Охрана окружающей среды также включает повторную интеграцию карьеров в сельскую местность после того, как они были закрыты, путем их возвращения в природу или рекультивации.

Эпидемиологические примечания и отчеты Воздействие диоксида серы на заводах портландцемента , из Центров по контролю за заболеваниями заявляет: «Рабочие на предприятиях портландцемента, особенно тех, которые сжигают топливо, содержащее серу, должны знать об острых и хронических последствиях воздействия SO . 2 [диоксид серы], а также следует периодически измерять пиковые и полносменные концентрации SO 2 ». [4]

«Департамент качества окружающей среды Аризоны был проинформирован на этой неделе, что Arizona Portland Cement Co.провалил второй раунд испытаний на выбросы опасных загрязнителей воздуха на заводе компании в Риллито около Тусона. Последний раунд испытаний, проведенный компанией в январе 2003 г., призван гарантировать, что предприятие соответствует федеральным стандартам, регулирующим выбросы диоксинов и фуранов, которые являются побочными продуктами производственного процесса ». [5] Cement Reviews ‘ На веб-странице «Новости окружающей среды» подробно описываются дела об экологических проблемах с производством цемента. [6]

Независимые исследовательские усилия AEA Technology по выявлению критических проблем для цементной промышленности на сегодняшний день пришли к выводу, что наиболее важными проблемами окружающей среды, здоровья и безопасности, с которыми сталкивается цементная промышленность, являются выбросы в атмосферу (включая выбросы парниковых газов, диоксин, NO x , SO 2 и твердых частиц), несчастные случаи и воздействие пыли на рабочих. [7]

CO 2 , связанный с производством портландцемента, подразделяется на 3 категории:

(1) CO 2 , полученный в результате декарбонизации известняка,

(2) CO 2 от сжигания топлива в печи,

(3) CO 2 произведено автомобилями на цементных заводах и в распределительных сетях.

Источник 1 довольно постоянен: минимум около 0,47 кг CO 2 на кг цемента, максимум 0,54, типичное значение около 0,50 во всем мире. Источник 2 зависит от эффективности установки: эффективная установка прекальцинации 0,24 кг CO 2 на кг цемента, низкоэффективный мокрый процесс до 0,65, типичная современная практика (например, Великобритания) в среднем составляет около 0,30. Источник 3 практически не имеет значения 0,002-0,005. Таким образом, типичное общее количество CO 2 составляет около 0,80 кг CO 2 на кг готового цемента.При этом не учитывается CO 2 , связанный с потреблением электроэнергии, поскольку он варьируется в зависимости от типа и эффективности местной генерации. Типичное потребление электроэнергии составляет порядка 90-150 кВтч на тонну цемента, что эквивалентно 0,09-0,15 кг CO 2 на кг готового цемента, если электричество производится из угля.

В целом, с ядерной или гидроэнергетикой и эффективным производством, выработка CO 2 может составлять всего 0,7 кг на кг цемента, но может быть в два раза больше.Направление инноваций на будущее заключается в сокращении источников 1 и 2 за счет изменения химического состава цемента, использования отходов и внедрения более эффективных процессов. Хотя производство цемента явно является очень большим источником выбросов CO 2 , бетон (из которых цемент составляет около 15%) в этом отношении весьма выгодно отличается от других строительных систем. См. Также выбросы цементной печи .

Цементные заводы как альтернатива традиционному удалению или переработке отходов

Из-за высоких температур внутри цементных обжиговых печей в сочетании с окислительной (богатой кислородом) атмосферой и длительным временем пребывания цементные печи используются в качестве варианта обработки различных типов потоков отходов.Потоки отходов часто содержат горючие материалы, которые позволяют заменить часть ископаемого топлива, обычно используемого в процессе.

Отходы, используемые в цементных печах в качестве добавки к топливу: [1]

  1. Шины легковые и грузовые; стальные ленты легко переносятся в печах
  2. Отработанные растворители и смазочные материалы.
  3. Опасные отходы; цементные печи полностью уничтожают опасные органические соединения
  4. Костная мука; отходы бойни из-за опасений по поводу заражения губчатой ​​энцефалопатией крупного рогатого скота
  5. Отходы пластмасс
  6. Осадок сточных вод
  7. Рисовая скорлупа
  8. Отходы сахарного тростника

Производство портландцемента также может удалять промышленные побочные продукты из потока отходов, эффективно улавливая некоторые экологически вредные отходы. «В целом, возможно, 50% всех промышленных побочных продуктов имеют потенциал в качестве сырья для производства портландцемента». Косматка, С.Х .; Панарезе, W.C. (1988). Проектирование и контроль бетонных смесей . Скоки, Иллинойс, США: Портлендская цементная ассоциация, стр. 15. ISBN 0-89312-087-1 .

Свойства обычного портландцемента —

(i) Химические свойства: портландцемент состоит из следующих химических соединений:
(a) Силикат трикальция 3 CaO.SiO2 (C3S) 40%
(б) Силикат дикальция 2CaO.SiO2 (C2S) 30%
(в) Алюминат трикальция 3CaO.Al2O3 (C3A) 11%
(г) Тетракальций алюминат 4CaO.Al2O3.FeAFe2O 11%
Могут присутствовать небольшие количества примесей, таких как оксид кальция (CaO) и оксид магния (MgO). Когда вода добавляется в цемент, C3A первым реагирует и вызывает начальное схватывание. Он выделяет большое количество тепла.C3S рано увлажняет и набирает силу в первые 28 дней. Он также выделяет тепло. C2S является следующим по гидрату. Он медленно увлажняет и отвечает за увеличение предельной прочности. C4AF — сравнительно неактивное соединение.
(ii) Физические свойства: Перед выбором портландцемента для строительных работ необходимо проверить следующие физические свойства. В стандарте IS 269–1967 указывается метод испытаний и устанавливаются пределы:
(a) Тонкость помола
(b) Время схватывания
(c) Прочность
(d) Прочность на раздавливание.
(a) Тонкость помола: измеряется в процентах от массы, оставшейся после просеивания цемента
через сито 90 микрон, или в виде площади поверхности цемента в квадратных сантиметрах на грамм цемента.
В соответствии со спецификацией IS кода вес, остающийся на сите, не должен превышать 10 процентов. В условиях
удельная поверхность должна быть не менее 2250 см2 / г.
(b) Время схватывания: период 30 минут как минимальное время схватывания для начальной установки и максимальный период 600 минут как максимальное время схватывания указано в коде IS, при условии, что испытания проводятся в соответствии с процедурой, предписанной IS 269- 1967 г.(c) Прочность: после затвердевания бетона необходимо убедиться, что не происходит объемных изменений. Цемент считается несостоятельным, если после затвердевания он демонстрирует нестабильность объема. Код IS рекомендует испытание с использованием пресс-формы Le Chatelier для проверки этого свойства. По окончании теста индикатор плесени Ле Шателье не должен расширяться более чем на 10 мм.
(d) Прочность на раздавливание: кубики раствора изготавливаются из стандартного песка и испытываются на машине для испытаний на сжатие в соответствии со спецификацией кода IS.Минимальная указанная прочность составляет 16 Н / мм2 через 3 дня и 22 Н / мм2 через 7 дней отверждения.

Обычный портландцемент — испытания, свойства, производство и применение

Перейти к основному содержанию

Дополнительное меню

  • Насчет нас
  • Контактная информация
  • Дом

О гражданском строительстве

  • Дом

  • Гражданские ноты

    • Банкноты

      • Строительные материалы
      • Строительство зданий
      • Механика грунта
      • Геодезия и выравнивание
      • Ирригационная техника
      • Инженерия окружающей среды
      • Дорожное строительство
      • Инфраструктура
      • Строительная инженерия
    • Лабораторные заметки

      • Инженерная механика
      • Механика жидкости
      • Почвенные лабораторные эксперименты
      • Экологические эксперименты
      • Материалы Испытания
      • Гидравлические эксперименты
      • Дорожные / шоссе тесты
      • Стальные испытания
      • Практика геодезии
  • Загрузки

  • Исследование

  • Учебники

    • Учебные пособия

      • Primavera P3
      • Primavera P6
      • SAP2000
      • AutoCAD
      • VICO Constructor
      • MS Project
  • Разное

  • Q / Ответы

  • Дом
  • Гражданские ноты

    • Строительство зданий
    • Строительные материалы
    • Механика грунта
    • Геодезия и выравнивание
    • Ирригационная техника
  • Учебники

Исследование бетонных покрытий из портландцемента, —

Тепловой коэффициент портландцементного бетона

Что это?

Все материалы в некоторой степени расширяются и сжимаются при повышении или понижении их температуры.Коэффициент теплового расширения (КТР) — это мера расширения или сжатия материала в зависимости от температуры. Поскольку изменения длины, связанные с тепловым расширением, очень малы, КТР обычно выражается в микродеформациях на единицу изменения температуры.

КТР портландцементного бетона (PCC) колеблется от 8 до 12 микродеформаций / ° C. Диапазон значений КТР для различных бетонов отражает изменение КТР материалов, составляющих бетон. Например, бетон, содержащий известняковый заполнитель, имеет более низкий КТР, чем бетон, содержащий кремнистый заполнитель.Поскольку заполнитель составляет около 70% бетона, тип заполнителя имеет наибольшее влияние на КТР бетона. КТР затвердевшего цементного теста, который является функцией таких факторов, как соотношение воды и цемента, тонкость цемента, состав цемента и возраст, также влияет на КТР бетона.

Почему это важно?

CTE — один из факторов, который необходимо учитывать при проектировании дорожных покрытий PCC. При проектировании дорожного покрытия эта переменная обычно представляется как среднее значение, а не как специфическое для смеси значение, хотя она может значительно варьироваться в зависимости от таких факторов, как тип заполнителя, используемого в смеси.Следовательно, использование среднего значения может привести к ошибочным предположениям о тепловом отклике покрытия и возможном повреждении. Например, одним из ключей к характеристике воздействия тепловых свойств на структуру бетонного покрытия является учет тепловых движений. Точные значения CTE необходимы для прогнозирования возможных термически вызванных движений в бетонном покрытии.

Какова роль группы PCCP?

Команда PCCP разработала оборудование и стандартный метод испытаний (принятый AASHTO как TP60-00) для определения CTE PCC.Метод испытания определяет КТР цилиндрического образца бетона, находящегося в состоянии насыщения, путем измерения изменения длины образца в заданном диапазоне температур (от 10 ° C до 50 ° C). Изображение тестовой установки показано ниже. Изменения длины измеряются с помощью LVDT. Внесены поправки на расширение или сжатие испытательной рамы.

CTE рассчитывается по следующей формуле:

CTE = (ΔL / L 0 ) / ΔT

, где ΔL = изменение длины образца, L 0 = начальная измеренная длина образца, а ΔT = изменение температуры.

Команда PCCP использовала этот метод тестирования для измерения CTE для более чем 2000 кернов по всей стране, собранных в рамках программы Long Term Pavement Performance (LTPP). Эти данные станут частью базы данных LTPP и будут использоваться для исследования влияния CTE на отклик и характеристики дорожных покрытий.

Почему это важно?

CTE является важным фактором при оптимизации конструкции бетонных швов, расчета напряжений, конструкции герметика и выбора герметизирующих материалов.Результаты анализа помогут инженерам изменить процедуры проектирования покрытия PCC для более точного прогнозирования воздействия CTE, специфичного для смеси, на поведение покрытия. Измененные процедуры проектирования приведут к созданию конструкции дорожного покрытия, более совместимой с условиями окружающей среды на конкретном участке дорожного покрытия. В конечном итоге использование модифицированных процедур проектирования приведет к улучшению характеристик покрытия.

В новых процедурах проектирования покрытия (Руководство 2002 г.), разрабатываемых в рамках NCHRP 1-37A, учитываются эффекты теплового расширения и сжатия.Исследование CTE, проведенное командой PCCP, сделало это возможным, предоставив стандартный метод испытаний, который агентства могут использовать для определения CTE для своих бетонных смесей и данные CTE для участков испытаний LTPP. Данные LTPP CTE используются при разработке Руководства 2002 г., а также могут быть использованы будущими пользователями Руководства для оценки соответствующих входных значений CTE, когда данные по конкретным материалам недоступны. На основе проекта предварительной информации о входных данных PCC CTE в Руководстве 2002 года определение CTE для различных уровней, как определено в Руководстве, выглядит следующим образом:

Уровень 1 определения КТР включает прямое измерение изменения длины лабораторных образцов, подверженных изменениям температуры, с использованием AASHTO TP60, «Стандартный метод испытаний КТР гидравлического цементного бетона».«

Уровень 2 определения CTE использует средневзвешенное значение составляющих, основанное на относительных объемах составляющих. В таблице ниже представлены типичные диапазоны a для различных распространенных компонентов смеси PCC.

Типичные диапазоны α для общих компонентов PCC.

Коэффициент теплового расширения
10 -6 / ° С 10 -6 / ° F
Агрегат
Гранит 7-9 4-5
Базальт 6-8 3.3-4,4
Известняк 6 3,3
Доломит 7-10 4-5,5
Песчаник 11-12 6,1-6,7
Кварцит 11-13 6,1-7,2
Мрамор 4-7 2,2-4
Цементная паста (насыщенная)
в / ц = 0.4 18-20 10-11
ш / ц = 0,5 18-20 10-11
ш / ц = 0,6 18-20 10-11
Бетон 7,4-13 4,1-7,3
Сталь 11-12 6,1-6,7

Уровень 3 оценки CTE основан на исторических данных.С этим вариантом связана наибольшая вероятность ошибки, поскольку материалы PCC значительно различаются. Реалистичные данные о типах материалов, используемых в бетонных смесях, редко доступны, и, если они доступны, они, вероятно, будут основаны на конкретной конструкции смеси PCC или типе заполнителя. Однако агентство может протестировать типичные смеси, содержащие ряд типов заполнителей, чтобы получить типичные значения для их материалов.

Ранняя и поздняя оценка прочности портландцемента, содержащего кальцинированную низкосортную каолиновую глину

Термически обработанные низкосортные каолиновые глины теперь считаются подходящим пуццолановым материалом для метакаолинов.Однако их пригодность в качестве хорошего пуццоланового материала зависит от геохимии и структуры глины, на которую обычно влияют географические условия. В этом исследовании изучалась низкосортная каолиновая глина из Ньямбекьера в регионе Ашанти в Гане. Проанализировано влияние кальцинированного материала на раннее и позднее развитие прочности портландцемента. Первоначальная 3- и 7-дневная прочность, а также поздняя 28-дневная прочность портландцемента, замененного на 20% по массе кальцинированного материала, дали оптимальные значения прочности.Дальнейший анализ с использованием твердотельного ядерного магнитного резонанса с вращением под магическим углом (Ss MAS-ЯМР) с зондированием в среде алюминия (Al) для обнаружения присутствия и природы гидратов Al с использованием оптимальной пропорции смеси. Результаты Ss MAS ЯМР показали, что увеличение прочности оптимальной смеси было связано с ростом стабильных моносульфатных соединений в октаэдрическом окружении, возникающих из метастабильных алюминатных фаз в тетраэдрическом окружении. Для большей надежности прочностных характеристик бетона в исследовании рекомендуется использовать 20% обожженную глину из глины Ньямбекьер в качестве замены портландцемента.

1. Введение

Портландцемент — важный строительный материал, поддерживающий бетонную промышленность для инфраструктуры и жилищного строительства. Бетон — второй по потреблению материал после воды. Исследования показали, что не только портландцемент используется для приготовления прочного бетона, но также возможна смесь портландцемента и дополнительных вяжущих материалов (SCM). SCM, которые использовались в бетоне, включают пуццолановые материалы, такие как летучая зола, шлак, микрокремнезем и метакаолин [1–3].Обычно SCM используются для замены от 20% до 40% портландцемента по весу. Известно, что использование SCM в качестве частичной замены цемента повышает прочность бетонов, а также увеличивает долговечность бетона при минимизации стоимости цемента.

Метакаолины — это СКМ, получаемые при прокаливании высококачественных каолиновых глин [4, 5]. Каолиновые глины высокого качества присутствуют в земной коре в ограниченном количестве. Следовательно, это делает метакаолин дорогим строительным материалом. Howeve

Исследование гидратации и механических свойств переработанных гипсовых материалов с добавлением портландцемента

В данной работе были подготовлены переработанные гипсовые материалы с добавлением портландцемента (OPC-) (R-CP) для определения их гидратации и механических свойств.Было обнаружено, что гидратация R-CP ускоряется за счет быстрой регидратации эттрингита (AFt), а прочность R-CP снижается за счет пониженного содержания полугидрата и низкой прочности регидратированного AFt и CaCO 3 . Напротив, в соответствии с предыдущими исследованиями, прочность гипса из парижских материалов с добавлением OPC (POCP) была улучшена за счет образования AFt, Ca (OH) 2 и CaCO 3 , которые заполняли поры в пастах. . Таким образом, в POCP и R-CP можно увидеть разное развитие прочности.В принципе, эти открытия заложат прочную основу для использования переработанной штукатурки.

1. Введение

Штукатурка Парижская широко используется в производстве строительных изделий [1–3] и керамических гипсовых моделей [4, 5], поэтому после их изготовления образуется большое количество гипсовых отходов (ВГ). утилизация. Объем производства гипсокартонных плит в год составляет 80 миллионов тонн, а количество гипса, вывозимого на свалки, составляет 15 миллионов тонн в год [6]. Когда WG смешивается с органическими отходами, он может не только производить газообразный сероводород, но также, когда WG вывозится на инертный полигон, сульфат выщелачивается в грунтовые воды.Короче говоря, производство WG не только усугубляет проблемы утилизации, но и наносит вред здоровью человека [7, 8]. Следовательно, переработка WG и переработанная штукатурка необходимы для снижения потребления штукатурки в Париже, снижения затрат, экономии энергии и защиты окружающей среды. Однако переработка WG недостаточна, и большие потери ресурсов, учитывая гипс, ограничиваются только как вспомогательный материал для производства цемента [6], армирующего мягкого грунта [9–12] и керамических изделий [13].

Кроме того, гипс для больших листов получают из WG мокрым способом [14], который слишком сложен для использования в больших масштабах. Полугидрат β кальцинированного гипса (рециклированного гипса) в качестве низкоэнергетического материала может быть получен путем обратимой реакции между дигидратом гипса и полугидратом гипса в электрической печи при 180 ° C [14]. Например, Рен [15] исследовал макроскопические свойства чистой переработанной штукатурки, такие как потребность в воде для нормальной консистенции, время схватывания и механическая прочность.Барделла и Камарини [16] сообщили о физических свойствах чистого переработанного гипса, таких как гранулометрический состав, модуль тонкости, удельный вес и насыпной вес. Camarini et al. [17] изучали термические свойства аккуратно переработанной штукатурки. Пинейро и Камарини [18] описали характеристики (модуль тонкости, насыпной вес, удельный вес и удельную поверхность) чистой переработанной штукатурки при различных циклах регенерации. Гладис Камарини изучал влияние лимонной кислоты на время схватывания и механические свойства переработанного гипсового гипса для строительных компонентов [19].Действительно, OPC всегда добавляют в штукатурку Paris для повышения ее прочности, стойкости к истиранию, коррозионной стойкости и долговечности [20–22]. Кроме того, продукты гидратации чистой штукатурки Paris сильно отличаются от штукатурки с добавлением OPC из материалов Paris (POCP), которые получают гидратацией трикальцийсиликата (C 3 S), дикальция силиката (C 2 S). ), алюминат трикальция (C 3 A), алюмоферрит тетракальция (C 4 AF) и полугидрат (HH).Однако роль OPC всегда игнорируется после повторного использования вторичных гипсовых материалов, смешанных с OPC. Остаточный цемент или продукты его гидратации могут повлиять на характеристики переработанных гипсовых материалов с добавлением OPC (R-CP), которые могут отличаться от эффекта прямого добавления OPC для улучшения свойств штукатурки. Несмотря на то, что было проведено несколько исследований применения WG, гидратации и механических свойств чистой переработанной штукатурки, мало исследований проводится относительно гидратации и механических свойств переработанных штукатурных материалов с добавлением портландцемента (R-CP).Что касается гипсовых материалов с добавлением OPC, то исследования R-CP значительно отстают. Кроме того, в общих источниках учеными не было опубликовано ни одного исследования, описывающего гидратацию и механические свойства переработанных гипсовых материалов на основе портландцемента, что серьезно препятствует использованию WG.

В этой работе гидратация и механические свойства вторичных гипсовых материалов, смешанных с портландцементом, были систематически изучены путем внутреннего добавления, а также обсужден их рабочий механизм.Это исследование, несомненно, заложит прочную основу для использования переработанной штукатурки.

2. Детали эксперимента
2.1. Материалы и подготовка R-CP

Необработанный гипс (VG) был приобретен в Yingcheng в Китае. В качестве цемента OPC использовался цемент Fuhuang Cement, OPC. 42.5R. Их химический состав представлен в таблицах 1 и 2 соответственно. Их гранулометрический состав показан на рисунке 1. Блок-схема получения R-CP и его отвержденного R-CP показана на рисунке 2.В деталях, процедуры были следующими: VG измельчали ​​в лабораторной стальной шаровой мельнице в течение 2 минут, затем прокаливали в электрической печи при 180 ° C в течение 3 часов и выдерживали на воздухе в течение 2 дней для получения POP. POP был добавлен в различные дозировки OPC для получения гипса из парижских материалов с добавлением OPC (POCP). В соответствии со стандартной консистенцией, POCP смешивали с водой, чтобы превратить ее в дигидрат гипса, который получил название отвержденного POCP. Затем затвердевший POCP сушили при 45 ± 2 ° C до стабилизации массы и делали так, как описано выше.В итоге были произведены R-CP и закаленный R-CP. Соотношение вода-гипс (W / P), время схватывания и прочность определялись в соответствии с GB 9776-2008 [23]. Детали эксперимента были введены в нашем предыдущем исследовании [24].


Гипс первичного происхождения SO 3 CaO SiO 2 Al 2 O 3 9000 9000

K 2 O SrO

Химический состав (%) 47.57 38,73 1,15 0,42 0,13 0,07 0,04


Ca


0 Ca

0 Si 2

08

08

CuO

Al 2 O 3 MgO SO 3 Fe 2 O 3 K 2 O TiO

9000 9000 9000 P O 5 N 2 O SrO MnO ZrO 2 Cl ZnO Cr 2 O 3 Химический состав (%) 58.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

*

*