Свойства портландцемента

Объемный вес цемента в рыхлом состоянии равен 900-1100 кг/м3, а в уплотненном 1450-1700 кг/м3.

Тонкость помола цемента устанавливают ситовым анализом. Согласно техническим условиям, через сито № 0085 (4900 отв/см2) должно проходить не менее 85% веса просеивае­мой пробы.

Начало схватывания цементного теста нормальной густоты должно наступать не ранее 45 мин, а конец - не позд­нее 12 час от начала затворения.

Прочность портландцемента характеризуется маркой, ко­торая устанавливается по пределу прочности при изгибе образ­цов-балочек размером 40x40x160 мм и при сжатии их поло­винок. Образцы изготовляют из цементного раствора состава 1:3 (по весу) с нормальным кварцевым песком и испытывают через 28 суток.

В течение первых 24 ч образцы должны находиться во влаж­ной воздушной среде, а затем - до момента испытания - в воде при температуре 20+5°. Наша цементная промышленность выпу­скает портландцемент марок 300, 400, 500 и 600.

Твердение портландцемента - это сложный физико-хи­мический процесс, который, согласно теории ученых А. А. Байкова, В. Н. Юнга, Ю. М. Бутта и др., можно разде­лить на три периода.

Первый период - взаимодействие клинкерных минера­лов с водой. Трехкальциевый силикат подвергается гидратации (присоединяет несколько молекул воды) и гидролизу (разла­гается), в результате чего выделяются новые соединения - гидросиликат кальция и гидроокись кальция (свободная из­весть):

3СаО∙SiO2 + (п + 1)Н2О = 2СаО∙ SiO2пН20 + Са(ОН)2

Двухкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат только гидратируются, образуя соответственно гидросиликат кальция и гидроалюминат кальция:

2СаО∙SiO2 + пН2О = 2СаО∙SiO2пН2О
3СаО∙Аl2О3 + 6Н2О = 3СаО∙Аl2О3∙6Н2О

Второй период - коллоидация. Гидратные соединения в силу своей плохой растворимости быстро насыщают раствор, поэтому новые порции продуктов взаимодействия клинкерных минералов с водой начинают выделяться в коллоидном состоя­нии, образуя клейкую коллоидную массу - гель (студень). Гель склеивает частицы цемента; при этом цементное тесто те­ряет пластичность, т. е. начинает схватываться.

Третий период - кристаллизация. Наименее устойчи­вые в коллоидном состоянии гидроокись кальция и трехкаль­циевый гидроалюминат постепенно переходят в более устойчи­вое состояние - кристаллическое. Одновременно с этим мед­ленно кристаллизирующийся гель гидросиликата кальция уплотняется. Образующиеся кристаллы гидроокиси кальция и трехкальциевого алюмината срастаются и, пронизывая кол­лоидные массы, состоящие главным образом из гидросиликата кальция, создают прочный кристаллический сросток.

При благоприятных условиях твердение цемента продол­жается несколько лет, и его конечная прочность может превы­сить марочную в несколько раз. Твердение цемента ускоряется с увеличением тонкости помола, при повышении температуры окружающей влажной среды и при введении некоторых ве­ществ - ускорителей твердения (хлористого кальция, гипса и др.).

Реакция взаимодействия портландцемента с водой сопрово­ждается выделением тепла (экзотермией), которое у цементов высоких марок всегда больше, чем у низкомарочных. Это свой­ство цемента необходимо учитывать при возведении бетонных фундаментов, плотин и других массивных конструкций. Внутри таких сооружений могут развиваться высокие температуры (до 70-80°), что создает опасность появления трещин и разрушения бетона.

В зимних условиях повышенное тепловыделение при тверде­нии цемента положительно сказывается на производстве строи­тельных работ, так как препятствует замораживанию бетона в массивных конструкциях.

Твердение цемента сопровождается изменением объема: на воздухе происходит усадка, а в воде - набухание. Особенно опасна усадка. Для ее предупреждения необходимо, чтобы в первый период твердения бетон находился во влажных усло­виях.

Коррозия портландцемента, т. е. разрушение це­ментного камня в растворах и бетонах, происходит под дей­ствием различных агрессивных сред. По сумме важнейших признаков различают три основных вида коррозии.

Первый вид коррозии связан с растворением в воде и вымыванием гидроокиси кальция Са(ОН)2, которая выделяется при твердении портландцемента. Этот процесс вызывает разложение других гидратных соединений, при этом пористость бе­тона увеличивается, и он постепенно разрушается. Особенно быстро эти процессы протекают при фильтрации воды сквозь, толщу бетона.

Одно из средств борьбы с коррозией данного вида - введе­ние в портландцемент активных минеральных добавок, которые связывают известь в малорастворимые соединения - гидроси­ликаты кальция.

Второй вид коррозии возникает при взаимодействии Са(ОН)2 с различными солями, растворенными в воде. Обра­зующиеся при этом продукты реакции либо легко растворяются в воде, либо выделяются в аморфном виде, не обладая связую­щими свойствами, что приводит к снижению прочности раство­ров и бетонов. Вредное влияние на цементный камень оказывает, например, соляная кислота, которая часто содержится в сточных водах промышленных предприятий и, просачиваясь в грунт, разрушает подземные бетонные конструкции (фунда­менты и пр.). Эта кислота вступает в реакцию с известью и об­разует легкорастворимый продукт в виде хлористого кальция:

2НСl + Са(ОН)2 = СаСl2 + 2Н2О

В грунтовой и морской воде, часто растворена соль магния МgСl2. Взаимодействие между ней и известью протекает после­дующей реакции:

МgСl2 + Са(ОН)2 = СаСl2 + Мg (ОН)2

Образующийся в результате реакции хлористый кальций легко растворяется и уносится водой, а гидрат окиси магния - белая жидкая масса - быстро вымывается из бетона.

Третий вид коррозии происходит в результате накопле­ния малорастворимых веществ, которые при кристаллизации увеличиваются в объеме и разрушают стенки пор бетона. В во­допроницаемых бетонах такие явления обнаруживаются уже в первые месяцы, а в плотных и агрессивно устойчивых - иногда лишь по истечении нескольких лет.

Примером такого вида является «сульфатная коррозия», т. е. разрушение цементного камня под влиянием вод, в которых растворены соли сульфатов. За счет обменных реакций между сульфатами и известью, выделяющейся при твердении порт­ландцемента, в порах цементного камня откладывается гипс. Он вступает в реакцию с гидроалюминатом кальция, в резуль­тате чего образуется труднорастворимое соединение - гидросульфоалюминат кальция, который при кристаллизации увели­чивается в объеме до 2,5 раза и разрушает цементный камень:

3СаО∙Аl2O3∙6Н2O + 3(СаSO4 ∙2Н2O)+ 19Н2O = 3СаО∙Аl2O3∙3СаSO4∙31H2O

Гидросульфоалюминат кальция получил название «цемент­ной бациллы» вследствие своего разрушающего действия и сход­ства его кристаллов с некоторыми бациллами.

В том случае, когда в воде содержится растворенный гипс, сульфатная коррозия может проходить без обменных реакций. Если одна поверхность цементного камня не соприкасается с раствором, то с нее происходит испарение воды, и (вследствие капиллярного подсоса) раствор движется по порам цементного камня в сторону этой поверхности. Такое явление называется миграцией. У испаряющей поверхности раствор становится пересыщенным, и выделяющиеся кристаллы гипса заполняют пустоты. По мере дальнейшего образования кристаллов в стен­ках пор возникают значительные растягивающие усилия, и це­ментный камень начинает разрушаться.

Последнее обновление 01.11.13 21:31