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∙ SiO2∙пН20 + Са(ОН)2 Двухкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат только гидратируются, образуя соответственно гидросиликат кальция и гидроалюминат кальция: 2СаО∙SiO2 + пН2О = 2СаО∙SiO2∙пН2О 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 |