Новости, обновления на сайте
26 июня 2019
07 декабря 2018
06 апреля 2018
Известесодержащие вяжущие. В группу гидравлических известесодержащих вяжущих входят материалы, получаемые путем измельчения или смешивания воздушной или гидравлической извести с активными минеральными добавками - природными и искусственными веществами, способными при смешивании в тонкоизмельченном виде с известью-пушонкой и затворении водой давать тесто, которое после твердения на воздухе может продолжать твердеть и в воде. Примерами природных активных минеральных добавок являются пеплы, туфы, пемза, трассы, диатомиты, трепелы, опоки, глиежи. К искусственным добавкам можно отнести доменные и топливные шлаки, золы и др.
Способность связывать Са (ОН)2 при нормальной температуре (активность минеральных добавок) характеризуется количеством поглощенной СаО из известковых растворов в течение 30 сут. В известесодержащих вяжущих содержание извести в пересчете на активные оксиды кальция и магния составляет 10-40% по массе.
Твердение этих вяжущих при обычных условиях идет медленно, оно обусловлено взаимодействием гидроксида кальция с активным кремнеземом и образованием гидросиликатов кальция. По прочности их делят на марки М50, М100, М150 и М200. Интенсивность твердения существенно ускоряется при температуре 80-100 °С и повышенной влажности.
Существенным недостатком известесодержащих вяжущих является низкая атмосферостойкость, повышаемая добавками гипса, хлоридов кальция или натрия, а также при замене воздушной извести гидравлической. Они характериризуются также низкой морозостойкостью.
Применять их целесообразно для растворов и бетонов низких марок в подземных или подводных сооружениях и для изготовления изделий с применением тепловлажностной, и в особенности автоклавной обработки.
Характерными представителями гидравлических известесодержащих вяжущих являются известково-зольные цементы. Зола представляет собой пылевидные остатки, образующиеся при сжигании твердого топлива. Размер частиц золы колеблется от 5 до 100 мкм. Различают угольные, сланцевые и торфяные золы. Основная масса золы при сжигании топлива уносится с дымовыми газами, улавливается и скапливается в бункерах, откуда удаляется потоком воды или пневмотранспортом. Для получения вяжущих и бетонов предпочтительна зола, поставляемая в сухом виде (зола-унос). Химико-минералогический состав золы соответствует составу пустой породы сжигаемого топлива. Удельная поверхность ее колеблется от 1000 до 4000 см2/г. Основным компонентом золы-уноса является стекловидная алюмосиликатная фаза. В тех случаях, когда минеральная часть топлива содержит значительное количество карбонатов, в золе образуются низкоосновные силикаты, алюминаты и ферриты кальция, способные взаимодействовать с водой. В небольшом количестве в золы входят примеси: свободные оксиды кальция и магния, сульфаты, сульфиды и др.
В зависимости от вида и условий сжигания топлива в золе может содержаться 1-20% углерода, как правило, в виде коксовых остатков. Для изготовления вяжущих содержание несгоревшего топлива в золе должно быть минимальным (в каменноугольных золах - не более 10%, в торфяных - 5%), содержание SО3 не должно превышать 3%, пережженных СаО - 5%.
Шлаковые вяжущие. Шлаки - побочные продукты высокотемпературных процессов выплавки металлов сжигания твердого топлива, а также некоторых химических производств.
Металлургические шлаки образуются при взаимодействии топлива, пустой породы, содержащейся в руде и плавней. И) подразделяют на шлаки черной и цветной металлургии. При оценке шлаков как сырья для строительных материалов важной характеристикой их химического состава является процентное соотношение основных и кислотных оксидов - модуль основности (Мо). При Мо > 1 шлаки относят к основным, при Мо < 1 - к кислым,
Анализом диаграмм состояния соответвующих систем оксидов установлена возможность существования в шлаках до 40 двойных и тройных соединений, ведущее положение среди которых занимают силикаты, алюмосиликаты, алюминаты и ферриты.
Практически во всех металлургических шлаках в том или ином количестве наряду с продуктами кристаллизации содержится стекловидная фаза. В отвальных медленно охлажденных основных шлаках количество стекла незначительно, а в гранулированных доменных шлаках оно достигает 98%. Стекло, являясь термодинамически неустойчивой фазой, в значительной мере определяет химическую активность шлаков. Установлено, что шлаковые стекла взаимодействуют с водой значительно интенсивнее, чем кристаллы минералов.
С увеличением содержания в шлаках стекловидной фазы их гидравлическая активность и, соответственно, прочность растворов и бетонов повышается. Из всех видов металлургических шлаков наиболее широко применяются в производстве строительных материалов доменные шлаки, что обусловлено их ведущим положением в общем балансе металлургических шлаков, а также близостью их состава к составу цемента, способностью при быстром охлаждении приобретать гидравлические свойства и др.
Основную массу доменных шлаков получают при выплавке передельных и литейных чугунов.
Способность шлаков при затворении водой схватываться и двердеть при определенных температурно-влажностных условиях зависит от их химического и фазового состава. При обычной температуре и без активизирующих добавок измельченные шлаки практически не обладают способностью твердеть, что объясняется отсутствием или низким содержанием в них в данных условиях достаточно активных фаз. Практически единственным кристаллическим компонентом шлаков, способным хотя и медленно, но твердеть при нормальной температуре, является р - двухкальцевый силикат. Ряд других минералов приобретает гидравлические свойства лишь в условиях повышенной температуры и давления, водяного пара и присутствии активизаторов. Значительно интенсивнее, чем кристаллы минералов, взаимодействуют с водой шлаковые стекла. Высокая внутренняя химическая энергия стекла обеспечивает его повышенную растворимость, результатом чего является образование пересыщенных растворов, их кристаллизация и, как следствие последней, затвердевание и образование искусственного камня.
Механизм гидратации шлаковых стекло заключается в проникновении в стекло отрицательно заряженных гидрофильных ионов, нарушающих электростатическое равновесие системы и приводящих к разрушению шлака.
При обычных условиях без активизирующих добавок гидратации препятствует образование на поверхности частичек стекла пленок гидратированного кремнезема. Разрушению этих пленок и обнажению новых поверхностей шлаковых зерен способствует введение в водный раствор щелочных соединений и сульфатов, содержащих ионы Са2+, (ОН)- и (SО4)2. При щелочной активизации гидратированный кремнезем связывается в гидросиликаты и гидроалюмосиликаты кальция, при сульфатной -сульфат кальция непосредственно взаимодействует с глиноземом, гидроксидом кальция и водой с образованием гидросуль-фоалюминатов. В шлакосодержащих портландцементах и шлакопортландцементах реализуется комбинированная сульфатно-щелочная активизация шлаков. При этом на активность цементов наряду с содержанием шлака существенно влияет их состав и тонкость измельчения.
Эффект щелочной и сульфатной активизации увеличивается с повышением основности шлаков. При сульфатном возбуждении активность шлаков растет также по мере увеличения их алюминатности. Роль щелочных активизаторов могут выполнять известь, щелочи, сода и другие соли щелочных металлов и слабых кислот, портландцемент, а сульфатных-двуводный или полуводный гипс, ангидрит, сульфат натрия.
Повышение гидравлической активности шлаков вызывает тонкое измельчение шлаков, и в связи с этим, повышение реагирующей поверхности их зерен. Но особенно сильно действуют на проявление вяжущих свойств, шлаков химическая активизация и водотепловая обработка в автоклавах.
Бесклинкерные шлаковые вяжущие - это продукты тонкого измельчения шлаков, содержащих добавки активизаторов их твердения. Активи-заторы тщательно смешивают со шлаком или их совместным измельчением (сульфатно-шлаковые, известково-шлако-вые вяжущие), или затворением водными растворами (шлако-щелочные вяжущие).
Сульфатношлаковые цементы - это гидравлические вяжущие вещества, получаемые совместным тонким измельчением доменных гранулированных шлаков и сульфатного возбудителя твердения - гипса или ангидрита с небольшой добавкой щелочного активизатора - извести, портландцемента или обожженного доломита. Состав и технология сульфатно-шлаковых цементов разработаны П.П. Будниковым.
Наиболее известен гипсошлаковый цемент, содержащий 75-85% шлака, 10-5 двуводного гипса или ангидрита, до 2% окиси кальция или 5% портландцементного клинкера. Высокая активизация обеспечивается при использовании ангидрита, обожженного при температуре около 700°С, и высокоглиноземистых основных шлаков. По мере уменьшения основности шлаков, целесообразно увеличение концентрации извести (от 0,2 г/л СаО для основных шлаков до 0,4-0,5 г/л для кислых).
Другой разновидностью сульфатно-шлаковых цементов является шлаковый бесклинкерный цемент, состоящий из 85-90% шлака, 5-8% ангидрита и 5-8% обожженного доломита. Степень обжига доломита зависит от основности шлаков. Для основных шлаков обжиг ведут при температуре 800-900°С до частичного разложения СаСО3, а для кислых - при 1000-1100'С до полной диссоциации СаСО3.
При достаточно высокой тонкости измельчения и рациональном составе прочность сульфатно-шлаковых вяжущих не уступает прочности портландцемента. Однако недостатком их является быстрое снижение активности при хранении, характерным для этого вяжущего является связывание повышенного количества воды при гидратации. Последнее вызывает в бетонах значительный сдвиг оптимальных В/Ц в сторону больших значений (до 0,5-0,65), Пониженная пластичность сульфатно-шлаковых вяжущих обусловливает существенное снижение прочности бетонов на их основе по мере «отощения», т.е. увеличения содержания заполнителей. Оптимальная температура твердения этих цементов 20-40°С - при более низких и более высоких температурах прочность существенно снижается.
Известково-шлаковыевяжущие получают совместным помолом доменного гранулированного шлака и извести. Они были первыми шлаковыми вяжущими, использованными в строительстве. Их применяют для приготовления строительных растворов и низкомарочных бетонов. Для регулирования сроков схватывания и улучшения других свойств этих вяжущих при изготовлении их вводится до 5% гипсового камня. Известково-шлаковые вяжущие более высокого качества можно получить, применяя основные шлаки с повышенным содержанием глинозема и негашеную известь. Содержание извести составляет 10-30%.
Известково-шлаковые вяжущие по прочности уступают сульфатно-шлаковым. Их марки: М50, М100, М150и М200. Начало схватывания должно наступать не ранее чем через 25 мин, а конец -не позднее чем через 24 ч после начала затворения. При снижении температуры, особенно после 10°С, нарастание прочности резко замедляется и, наоборот, повышение температуры при достаточной влажности среды способствует интенсивному твердению. Твердение на воздухе возможно лишь после достаточно продолжительного твердения (15-30 сут) во влажных условиях. Для вяжущих этого типа характерны низкая морозостойкость, высокая стойкость в агрессивных водах и малая экзотермия.
Установлено, что доменный гранулированный шлак в шлаковых бесклинкерных вяжущих может быть заменен шлаками сталеплавильного производства и цветной металлургии. Активность вяжущих материалов на основе металлургических шлаков при нормальных условиях низкая, однако, она резко возрастает при автоклавной обработке и достигает активности портландцемента средних и высоких марок. Это является следствием высокой реакционной способности шлаковых минералов в условиях паровой среды, высокого давления и температуры 170-200°С.
Шлакощелочные вяжущие-этогидравлические вяжущие вещества, получаемые измельчением гранулированных шлаков совместно со щелочными компонентами или затворением молотых шлаков растворами соединений щелочных металлов (натрия или калия), дающих щелочную реакцию.
Шлакощелочные вяжущие предложены и впервые исследованы под руководством В.Д. Глуховского в Киевском национальном университете строительства и архитектуры.
Для получения шлакощелочных вяжущих применяют гранулированные шлаки - доменные, электротермофосфорные, цветной металлургии. Необходимое условие активности шлаков - наличие стекловидной фазы, способной взаимодействовать со щелочами. Тонкость помола должна соответствовать удельной поверхности не менее 3000 см2/г.
В качестве щелочного компонента применяют каустическую и кальцинированную соду, поташ, растворимое стекло и др. Используют также попутные продукты промышленности: плав - щелочей (содовое производство); содощелочной плав (производство капролактама); содопоташную смесь (производство глинозема); цементную пыль и т.п. Оптимальное содержание щелочных соединений в вяжущем в пересчете на №2О составляет 2-5 % массы шлака.
Для шлаков с модулем основности (Мо) больше единицы могут применяться все щелочные соединения или их смеси, дающие в воде щелочную реакцию, для шлаков с Мо < 1 только едкие щелочи и щелочные силикаты с модулем 0,5-2, несиликатные соли слабых кислот и их смеси могут быть использованы только в условиях тепловлажностной обработки. Наличие щелочей интенсифицирует разрушение и гидролитическое растворение шлакового стекла, образование щелочных гидроалюмосиликатов и создание среды, способствующей образованию и высокой устойчивости низкоосновных кальциевых гидросиликатов. Малая растворимость новообразований, стабильность структуры во времени являются решающими условиями долговечности шлакощелочного камня.
П.В. Кривенко показал, что процессы структурообразования шлакощелечных вяжущих можно представить как комплекс деструкционно-конденсационных превращений, которые можно разделить на три этапа:
1) деструкция исходного твердого вещества;
2) контактное взаимодействие с образованием коагуляционно-тиксотропных структур;
3) развитие на их основе конденсационно-кристаллизационной структуры.
Начало схватывания этих вяжущих не ранее 30 мин, а конец - не позже 12 ч от начала затворения.
По пределу прочности при сжатии через 28 сут шлакощелочные вяжущие подразделяют на марки от М300 до М1200. Для ускорения набора прочности и уменьшения деформативности в вяжущее вводят добавку цементного клинкера (2-6%). Предел прочности при сжатии быстротвердеющего шлакощелочного вяжущего в возрасте 3 сут для марок М400 и М500 составляет не менее 50% марочной прочности, а для марок М600 - М1200 - не менее 30 МПа.
Шлакощелочные вяжущие восприимчивы к дейстнию тепловлажностной обработки. При температуре пропаривания 90°С цикл обработки может быть сокращен до 6-7 ч, актиин.ш ч,к:м. режима составляетЗ-4ч. Можно значительно снизить и макоимаш л |ун> температуру пропаривания, а также использовать ступончшыо и пиковые режимы обработки.
Контракция шлакощелочных вяжущих в 4-5 раз меньше, чем у портландцемента, вследствие чего они имеют более низкую пористость, что обеспечивает их высокую водонепроницаемость, морозостойкость, относительно низкие показатели усадки и ползучести. Несмотря на интенсивный рост прочности в ранние сроки твердения, тепловыделение у них невысоко (в 1,5-2,5 раза меньше, чем у портландцемента).
Шлакощелочные вяжущие обладают высокой коррозионной стойкостью и биостойкостью. Щелочные компоненты выполняют роль противоморозных добавок, поэтому вяжущие интенсивно твердеют при отрицательных температурах.
Исследованиями В.Д. Глуховского, П.В. Кривенко, Е.К. Пушкаре-вой, РФ. Руновой и др. разработан ряд специальных шлакощелочных вяжущих: высокопрочных, быстротвердеющих, безусадочных, коррозионностойких, жаростойких, тампонажных.
Удельные капиталовложения на производство этих вяжущих в 2-3 раза меньше, чем производстве портландцемента.
При производстве 1 т шлакощелочного вяжущего расход условного топлива сокращается на 110-160 кг, расход электроэнергии примерно на 80 кВт. ч.
Глиноземистый цемент и вяжущие на его основе. Глиноземистый цемент- быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением клинкера, в котором преобладают низкоосновные алюминаты кальция.
Основу глиноземистого цемента, также как и портландцемента, составляют четыре оксида. Однако количественные соотношения этих оксидов принципиально иные. В наибольшем количестве в глиноземистый цемент входят А12О3 (30-50%) и СаО (30-45%). Эти оксиды обеспечиваются соответствующими сырьевыми материалами - бокситом и известняком.
Клинкер глиноземистого цемента получают двумя способами: либо плавлением сырьевой смеси, либо обжигом ее до спекания. Тонкость помола цементадолжна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито № 008 проходило не менее 90% массы пробы. Качество глиноземистого цемента определяется главным образом, количеством однокальциевого алюмината.
Водопотребность глиноземистого цемента такая же, как и портландцемента (23-28%), однако он более чувствителен к недостатку воды затворения, который ведет к преждевременному схватыванию. Начало схватывания должно наступать не ранее З0 мин, конец - не позднее 12 ч. Через 5-6 ч твердения прочность глиноземистого цемента достигает 30% марочной прочности (определяемой на 3-й сутки), а к суточному возрасту - до 50% и более.
Для глиноземистого цемента установлены три марки: М400, М500 и М600. Глиноземистый цемент значительно дороже портландцемента в связи с дефицитом бокситового сырья. Это вяжущее целесообразно применять в тех случаях, когда рационально используются его преимущества: при аварийных работах, при скоростном возведении железобетонных конструкций, особенно при пониженной температуре, для жаростойких бетонов.
На основе глиноземистого цемента выпускают гипсоглино-земистый и водонепроницаемый расширяющиеся цементы. Гипсоглиноземистый цемент получают совместным измельчением клинкера глиноземистого цемента и гипса в соотношении 70:30 (по массе), а водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) -совместным помолом или смешиванием 73-76% глиноземистого цемента, 20-22% строительного гипса и 10-11% высокоосновных гидроалюминатов кальция. Гидроалюминаты получают обработкой смеси глиноземистого цемента с гашеной известью. Гипсоглиноземистый цемент расширяется при твердении во влажной среде, ВРЦ и на воздухе.
Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин
- Как происходит схватывание бетона и уход за ним в этот период.
- Вся информация о бетоне в20 (марка, цена, популярность, область применения и расположение отгружающих РБУ).
- По ссылке в разделе приведены все сведения о бетоне М-400 (цена, характеристики, область употребления и карта заводов-изготовителей)
