Свойства портландцемента. Основные свойства строительных материалов (144608)

Посмотреть архив целиком

Содержание


  1. Свойства портландцемента

  2. Физико-технические свойства строительных материалов

  3. Основные направления решения экологических проблем в стройиндустрии

  4. Задача № 3

  5. Литература

  1. Свойства портландцемента


Портландцементом называют порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера, продукта спекания смеси известняка и глины при температуре 1400–1500°С, гипса и минеральных добавок.

В качестве сырья при производстве портландцемента используют чистые известняки и глину в соотношении 3:1, а также мергели с корректировкой состава до заданного.

Производство портландцемента состоит из следующих основных технологических процессов: добычи известняка, глины или мергеля; измельчения сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава; обжига подготовленной массы до спекания с получением клинкера; охлаждения и помола клинкера с гипсом (3 – 5 %) и минеральными добавками.

Обжиг до спекания подготовленного сырья сопровождается сложными физическими (испарение свободной и кристаллизационной воды) и химическими процессами (разложение минералов на оксиды, образование новых соединений), в результате которых из исходных компонентов получается спекшийся материал – клинкер, состоящий в основном из следующих четырех минералов: 3СаОSiО2 3S) – трехкальциевого силиката – алит (45 – 60%); 2СаОSiО2 2S) – двухкальциевого силиката – белит(10 – 30 %); 3СаОAl2О3 3А) – трехкальциевого алюмината – целит(5 – 12 %); 4СаОAl2О3Fe2О3 4АF) – четырехкальциевого алюмоферрита –(10 – 20 %) и стекловидной застывшей массы.

После обжига полученный клинкер направляют в специальные холодильники для быстрого охлаждения материала.

С увеличением степени размола клинкера повышается активность получаемого цемента. Обязательными определяемыми значениями для общестроительных цементов являются также активность цемента, сроки схватывания цементного теста нормальной густоты (начало – не ранее 45 мин, конец – не позднее 10 час). На основании полученных результатов цементу присваивают марку (300, 400, 500, 550, 600), численно равную активности – среднеарифметическому значению предела прочности на сжатие в кгс/см2 с учетом прочности на изгиб образцов-балочек размером 40х40х160 мм, состава по массе Ц : П = 1 : 3 с подобранным количеством воды, твердевших 28 суток во влажных естественных условиях. Классы цемента по гарантированной прочности на сжатие 22,5; 32,5; 42,5 и 52,5 МПа. Насыпная плотность цемента составляет 1300 кг/м³, истинная 3100 – 3200 кг/м³.

Качество цементов оценивают по основным и рекомендуемым показателям.

К основным относятся следующие:

химический вещественный и минералогический состав;

предел прочности на сжатие и изгиб;

равномерность изменения объема в процессе гидратации;

удельная эффективная активность естественных радионуклидов;

активность цемента при пропаривании для портландцементов с добавками;

нормальная густота цементного теста (НГ), представляющая водоцементное отношение, выраженное в процентах, при котором достигается заданная (нормируемая) пластичность цементного теста.

К рекомендуемым относятся как показатели общего характера: сроки схватывания, тонкость помола, так и специального назначения: коррозионная стойкость, содержание свободной СаО, огнеупорность, гидрофобность и т.д.

Для рационального использования цемента при производстве сборного железобетона введено определение прочности (активности) после термовлажностной обработки в специальных пропарочных камерах по заданному режиму. На основании полученных данных делают вывод о степени эффективности использования цемента на предприятиях стройиндустрии при получении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций или в монолитном строительстве на строительной площадке.

При смешивании портландцемента с водой составляющие его минералы гидратируют с образованием новых кристаллических соединений, обусловливающих твердение цементного теста и прочность искусственного камня. Состав новообразований зависит от минералогического состава цемента, влажности и температуры окружающей среды. Так, алит гидратирует с образованием кристаллических гидросиликатов кальция – ГСК и гидроксида кальция, придающих начальную прочность и стойкость цементному камню. Определенная концентрация гидроксида в растворе не только обеспечивает стабильность образованным в результате гидратации соединениям, но и коррозионную стойкость стальной арматуры, применяемой при получении железобетона. Гидратация белита протекает постепенно на протяжении всех 28 суток с образованием ГСК. Наиболее активен по отношению к воде трехкальциевый алюминат. Именно этот минерал влияет на сроки схватывания цемента. Продукты его гидратации представляют собой крупнокристаллические нестабильные соединения, повышающие начальную прочность, но снижающие морозостойкость и коррозионную стойкость цементного камня. Гидратация четырехкальциевого алюмоферрита протекает аналогично двухкальциевому силикату.

Все реакции гидратации сопровождаются выделением тепла. По экзотермическому эффекту минералы клинкера располагаются в следующей последовательности: С3А – С3S – С4АF – С2S. Зная минералогический состав цемента, можно сделать предварительные, ориентировочные выводы по его применению. Так, цементы с повышенным содержанием С3S и С3А будут обладать высоким тепловыделением и скоростью набора прочности. Следовательно, их рационально использовать при низких температурах бетонирования или при производстве сборного железобетона, уменьшив температуру и продолжительность термообработки. Однако эти цементы из-за высокого тепловыделения нельзя использовать при бетонировании массивных фундаментов и гидротехнических сооружений, так как резкий перепад температуры внутри твердеющего бетона и на поверхности конструкции вызовет деформации, приводящие к появлению трещин. Нельзя эти цементы применять и при наличии сульфатосодержащих агрессивных сред. Так называемые белитовые цементы с повышенным содержанием С2S медленно твердеют, более коррозионностойки. Следовательно, их эффективно использовать при летнем монолитном строительстве, при опасности коррозионного воздействия.

Структура цементного камня оказывает определяющее влияние на такие свойства, как водонепроницаемость, воздухостойкость, морозостойкость. Если циклы высыхания и увлажнения, сопровождающиеся усадкой и набуханием цементного камня, повторяются, то это приводит к накоплению остаточных деформаций, появлению трещин и, как следствие, снижению прочности. К недостаткам цементного камня относится также ползучесть, которая проявляется в увеличении деформаций под влиянием длительно действующих постоянных по величине нагрузок. Одним из важнейших эксплуатационных свойств цементного камня является его морозостойкость. Разрушающее действие воды, переходящей в лед с увеличением в объеме до 9 %, зависит в первую очередь от ее количества, следовательно за счет снижения В/Ц и повышения содержания резервных замкнутых воздухонаполненных пор, недоступных проникновению воды, возможно регулирование этого свойства в широких пределах.

В бетоне цементный камень не только должен обеспечить монолитность, прочность этого композиционного искусственного каменного материала, но и долговечность его службы в конструкциях при разных условиях эксплуатации.

К понятию долговечности можно отнести также такие свойства цементного камня, как огнестойкость и огнеупорность. Цементный камень относится к несгораемым материалам, он не плавится при температуре до 1100°С. Однако заметное температурное воздействие, проявляющееся в разложении образовавшихся в процессе гидратации кристаллогидратов, сопровождаемое снижением прочности, начинает проявляться уже при 150 – 200°С и резко возрастает при 500 – 700°С. В связи с этим обычный портландцемент не рекомендуется применять при температурах выше 250 – 300°С, т.к. при длительном нахождении в условиях этих температур падение прочности составляет более 10 %. Повысить огнеупорность можно или путем изменения состава цемента, или введением термостойких минеральных добавок.

Действие агрессивных сред усиливается, если конструкции находятся под нагрузкой. Отсюда вытекает сложность и актуальность рассматриваемого свойства. По механизму действия и характеру разрушения определены три вида коррозии цементного камня.

Первый вид выщелачивание. В данном случае разрушение происходит в результате растворения и вымывания гидроксида кальция из цементного камня при фильтрации воды под давлением. Так как все образованные в результате реакции гидратации портландцемента кристаллогидраты химически устойчивы только при определенной концентрации гидроксида кальция, то ее снижение вызывает их частичное разрушение и, как следствие, падение прочности. Степень разрушения зависит в первую очередь от объема открытых капиллярных пор и количественного содержания в них раствора свободного гидроксида кальция определенной концентрации. Следовательно, повысив плотность цементного камня, можно значительно увеличить стойкость изделий на основе портландцемента к этому виду разрушения.

Второй вид – кислотная коррозия, которую можно наблюдать при действии на цементный камень кислот и солей с кислой реакцией, образованных сильной кислотой и слабым основанием, например, хлорид или нитрат аммония. Кислоты вступают в реакцию с кристаллическими продуктами гидратации цемента, образуя или легко растворимые соединения, или гелеобразные, не обладающие прочностью. Эти агрессивные среды вызывают самые сильные разрушения, интенсивность которых зависит от концентрации агрессивного раствора, его температуры и скорости движения потока по отношению к разрушаемой поверхности. Так как действие растворов связано с химической реакцией между цементным камнем и агрессивной средой, то наиболее надежный способ защиты – изменение состава самого вяжущего, т.е. применение специального цементокислото-стойкого.


Случайные файлы

Файл
125355.rtf
50109.rtf
97055.rtf
131413.rtf
42326.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.