Бетонные вяжущие вещества

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Бетон - это искусственный каменный материал, полученный в результате твердения рационально подобранной смеси вяжущего, заполнителя и воды. Наиболее распространены в строительной практике цементные бетоны, обладающие комплексом ценных технических свойств - способностью твердеть и наращивать прочность как на воздухе, так и в воде, стойкостью ко многим агрессивным воздействиям, пригодностью к изготовлению разнообразных по форме и назначению конструкций и сооружений. Достоинством бетонов является возможность применения в них до 85-90% от массы дешевых местных заполнителей.

Напрягающие бетоны - на основе напрягающего цемента, для создания предварительного напряжения (самонапряжения бетона) в конструкции в процессе расширения бетона при его твердении, что обеспечивает высокую газо-, водо-, нефтенепроницаемость.

В качестве вяжущего в железобетоне часто применяют напрягающий цемент, который обладает свойством увеличиваться в объеме в процессе твердения. В результате арматура получает напряжение растяжения, бетон - сжатия, а бетонная конструкция становится самонапряженной. Соединенный с металлическим каркасом бетон дает неограниченные возможности для использования в, так называемых, большепролетных конструкциях, например, помещениях до 100 кв. м, при «перетекании» одного функционального пространство в другое, большие крытые бассейны и т.д. без дополнительных промежуточных опор, сохраняя при этом небольшую толщину стен и высокие теплоизоляционные свойства ограждающей конструкции. Трехслойные конструкции наружных стен из двух слоев монолитного железобетона толщиной 5 см с эффективным утеплителем (пенополистиролом) посередине. Такая конструкция получается легкой, с высокой степенью теплоизолирующих свойств и обходится значительно дешевле, чем любая с применением кирпича.

Разработка расширяющихся вяжущих, увеличивающихся в объеме в процессе твердения, а особенно напрягающего цемента (НЦ), позволяет не только решать задачу компенсации усадки, но и обеспечивать при расширении бетона на основе НЦ одновременное натяжение расположенной в нем и сохраняющей с ним сцепление арматуры. При этом в бетоне возникают уравновешивающие напряжения сжатия - самонапряжение. Важно отметить, что арматура растягивается независимо от направления своего расположения, вследствие чего можно создавать двухосное и объемное самонапряжение конструкций.

Важнейший показатель качества любой железобетонной конструкции - прочность бетона в процессе эксплуатации. У бетонов на напрягающем цементе (НЦ) она обычно составляет 40-70 МПа, при этом рост прочности весьма интенсивно продолжается и после 28 сут. твердения. У этих бетонов прочность на растяжение повышена на 20-30% по сравнению с бетонами на портладцементе равной прочности на сжатие, что в сочетании с самонапряжением придает конструкциям повышенную трещиностойкость.

1. Компоненты бетона и требования к ним (вяжущие вещества, заполнители, добавки и пр.)

1.1 Основные понятия бетона

Бетонами называют искусственные камневидные материалы, представляющие собой затвердевшую смесь вяжущих, заполнителей, затворителей и необходимых добавок. Смесь этих материалов до затвердевания называется бетонной смесью.

Бетоны классифицируются по следующим признакам: основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре, средней плотности.

В зависимости от основного назначения бетоны подразделяются на конструкционные и специальные (гидротехнические, жаростойкие, радиационно-защитные, химически стойкие, теплоизоляционные и др.).

К конструкционным относятся бетоны для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений. К ним предъявляются требования, характеризующие их механические, а в некоторых случаях и другие свойства. К специальным относятся бетоны, к которым предъявляются специальные требования в соответствии с условиями эксплуатации конструкций и изделий.

Бетоны изготавливают на основе цементных, известковых, гипсовых и специальных вяжущих. В группу бетонов на специальных вяжущих входят бетоны на полимерных, магнезиальных, фосфатных вяжущих, жидком стекле.

Для получения бетонов применяют плотные, пористые и специальные заполнители. Последние (рудосодержащие горные породы, чугунный скрап, шамот и др.) придают бетонам специальные свойства.

Структура бетона может быть плотной, поризованной, ячеистой и крупнопористой. В бетонах плотной структуры (плотных) все пространство между зернами заполнителей заполнено затвердевшим вяжущим, включая поры вовлеченного воздуха. Особенность бетоновпоризованной и крупнопористой структур заключаются в том, что в первом случае затвердевшее вяжущее поризовано пено- или газообразующими добавками, а во втором оно в совокупности с мелким заполнителем не полностью заполняет пространство между зернами крупного заполнителя. Бетоны ячеистой структуры (ячеистые) состоят из затвердевшей смеси вяжущего, кремнеземистого компонента и равномерно распределенных пор в виде ячеек, образованных газо- или пенообразователями.

Бетоны с плотностью 1800-2500 кг/м3 называют тяжелыми, 500-1800 кг/м3 - легкими, более 2500 кг/м3 - особо тяжелыми и менее 500 кг/м3 - особо легкими.

Повышение эффективности применения бетона в строительстве идет по пути снижения материалоемкости конструкций и трудоемкости их изготовления. Особенно актуальное значение имеет задача расширения использования легких бетонов. Легкие бетоны обеспечивают наряду с сохранением необходимой капитальности, огнестойкости и долговечности сооружений значительное уменьшение их массы.

1.2 Вяжущие вещества и требования к ним

В составе бетонных смесей используют минеральные вяжущие вещества - неорганические порошкообразные материалы, получаемые из природного сырья и образующие при перемешивании с водой подвижную массу, затвердевающую в прочное камневидное тело.

Воздушные вяжущие твердеют только на воздухе. К ним относятся: гипсовые вяжущие - на основе полуводного или безводного сульфата кальция CaSO₄*(0,5Н₂О) или CaSO₄, получаемые термической обработкой природного гипсового камня, содержащего более 70% двуводного гипса CaSO₄ * 2Н₂О с предварительным или последующим помолом. Строительный гипс обжигается при температуре 800-1000°С. Гипсовые вяжущие применяются для штукатурных слоев, лепных украшений, плит для подоконников и лестниц, в качестве компонентов для кладочных растворов, основой для гипсоизвесткового воздушного вяжущего, для гипсоцементнопуццоланового водостойкого вяжущего. Гипсовые вяжущие твердеют в результате реакции с водой с образованием двуводного гипса. Насыщение гипсоводного раствора наступает в течение 48 мин., поэтому гипсовые вяжущие характеризуются короткими сроками затвердевания при водовяжущих отношениях 1 и более.

Известковое вяжущее - на основе оксида или гидроксида кальция, СаО или Са(ОН)₂, получаемых обжигом известняка или мела - СаСО₃.

Строительная известь выпускается в комовом и молотом виде (негашеная) или в форме гашеной (пушонки), используется для штукатурных и кладочных растворов, а также в строительных смесях с другими вяжущими и минеральными добавками.

Магнезиальные вяжущие - получаются обжигом доломита СаСО₃ * MgCO₃ в виде смеси оксидов кальция и магния или на основе обожженного магнезита MgCO₃ в виде оксида магния MgO. Затворяются водными растворами хлоридов и сульфатов и используются в строительстве для легких штукатурных растворов, включающих в себя древесную арматуру в виде опилок, стружки, так как древесина не выделяет органических кислот в среде магнезиальных ВВ, а также с порошкообразными наполнителями: тальком, диатомитом, имитирующими мрамор, опал, оникс и т.п.

Бетоны и изделия на основе воздушных вяжущих: гипсобетон (в виде сухих штукатурных панелей и др. штучных плотных или легких изделий), силикатный бетон (на базе известково-кремнеземистого вяжущего продукта совместного помола извести с кварцевым или другим силикатным песком и т.п., в виде штучных плотных или легких, в том числе ячеистых изделий) используются в промышленном масштабе (в частности, силикатный кирпич).

Гидравлические вяжущие вещества.

Цемент - порошкообразное минеральное вяжущее, обладающее гидравлическими свойствами, способностью после затворения водой твердеть в водной и воздушной средах. При затворении водой цемент образует подвижное тесто, которое на воздухе и в воде постепенно теряет подвижность. Начальную потерю подвижности теста называют схватыванием.

К гидравлическим вяжущим относятся: гидравлическая известь, роман-цемент, сульфоалюминатный цемент (САЦ), портландцемент.

Портландцемент производится из цементной сырьевой смеси, включающей в себя известняк, глину (примерно в соотношении 3:1) и корректирующие состав смеси, преимущественно железистые добавки. Смесь содержит более 50% частиц размером менее 0,01 мм (или 10 мкм). Обжиг ведется во вращающихся печах при температуре до 1 450-1 550°С до спекания смеси с образованием гранул (1-20 мм) портландцементного клинкера. Последний после охлаждения тонко измельчается совместно с гипсовым камнем (около 5% массы клинкера), вводимым для регулирования сроков схватывания полученного портландцемента.

Твердение полученного цемента происходит вследствие гидратации (взаимодействия с водой) составляющих его минералов и появления гидратных новообразований. Затвердевшее цементное тесто называется цементным камнем. Его прочность зависит от физических свойств: структуры, пористости (плотности) и химического состава гидратных новообразований. Прочностью цемента обычно называют прочность образцов из стандартного строительного раствора состава цемент + вода + просеянный через барабанные сита с ячейками 0,9 и 0,5 мм с отбрасыванием крайних фракций речной, с округлыми зернами песок Вольского месторождения (Саратовская обл.) с пустотностью (40 ± 2)%.

Водопотребность цемента - содержание воды в цементе в тесте должно соответствовать ГОСТ Р «Цементы». Общие технические условия», - в цементом растворе, не склонном к расслаиванию и водоотделению. Гидравлической активностью принято называть прочность образцов из стандартных цементно-песчаных растворов, твердеющих в стандартных условиях в течение 28 суток. Марочной прочностью называют нормативы гидравлической активности, содержащиеся в стандартах, и характеризующие марки или классы цемента по прочности. Этот показатель также относится к 28-суточному возрасту. Чем прочнее цемент, тем, как правило, выше и прочность бетона, который целесообразно из него изготавливать.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается повышенной тонкостью помола и нормируемыми значениями прочности в ранние сроки твердения (13 сут.). При создании промышленности сборного железобетона наша страна стала мировым лидером в производстве БТЦ. В ВПЦ (высокопрочном портландцементе) повышено, по сравнению с БТЦ, расчетное содержания C₃S (до 62-65%). Это сделано, чтобы не снизить морозостойкость и не повысить усадку ВПЦ, поскольку в нем содержится С₃А 6-8%. В нашей стране впервые в мире был стандартизирован также особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ) с повышенной против БТЦ и ВПЦ ранней прочностью.

Портландцемент и шлакопортландцемент (ГОСТ 10178)

По составу цемент подразделяют на следующие виды: портландцемент (без минеральных добавок); портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20%); шлакопортландцемент (с добавками гранулированного шлака более 20%).

По прочности на сжатие в 28-суточном возрасте цемент подразделяют на марки: портландцемент - 400, 500, 550 и 600; шлакопортландцемент - 300, 400 и 500; портландцемент быстротвердеющий - 400 и 500; шлакопортландцемент быстротвердеющий - 400. Допускается выпуск портландцемента с минеральными добавками марки 300.

Допускается замена части минеральных добавок во всех типах цемента ускоряющими твердение или повышающими прочность и не ухудшающими его строительно-технические свойства (кренты, сульфоалюминатные и сульфоферритные продукты, обожженные алуниты и каолины). Суммарная массовая доля этих добавок не должна превышать 5% массы цемента.

Прочность цемента на изгиб и сжатие должна быть не ниже значений, указанных в табл. 1. 22.

Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде, а при содержании MgО в клинкере более 5% - в автоклаве. Начало схватывания раствора должно наступать не ранее 45 мин., а конец - не позднее 10 ч. от начала затворения. Тонкость помола должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой №008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы. Массовая доля ангидрида серной кислоты (SO₃) в цементе не должна превышать 3-4%.

Быстротвердеющий портландцемент

Применяется для изготовления конструкций из бетона и железобетона (в т. ч. преднапряженного) без тепловой обработки, возведения конструкций и сооружений из монолитного бетона с применением скользящей или переставной опалубки.

Повышение прочности бетона на быстротвердеющем цементе на начальном этапе твердения в значительной мере обусловлено не только минеральным составом, но и тонкостью измельчения цемента. Быстротвердеющий цемент размалывается до удельной поверхности 3 500-4 000 г. против 2 800-3 000 г. для обычного портландцемента.

От обычного он отличается более интенсивным твердением в первые трое суток (его прочность достигает 60-70% марочной). В последующие сроки твердения интенсивность нарастания прочности замедляется и через 28 сут. и более прочностные показатели быстротвердеющего цемента становятся такими же, как у обычных высококачественных портландцементов. Интенсивность набора прочности в первые сутки возрастает в условиях тепловлажностной обработки.

При хранении на складе быстротвердеющий портландцемент сравнительно быстро теряет активность, поэтому использовать его следует по мере поступления.

Сверхбыстротвердеющие цементы (СБТЦ) изготавливаются из клинкеров, включающих в себя минералы, схватывающиеся не мгновенно, а через 15 - 45 мин. после затвердения, и в течение нескольких часов позволяющие достигнуть эксплуатационную прочность бетона.

Высокопрочный бездобавочный портландцемент

Применяется при производстве бетонов и растворов повышенной прочности для особых строительных конструкций, специальных архитектурных деталей, способствует сокращению сроков распалубочной и транспортировочной прочности бетонных и железобетонных изделий, повышению оборачиваемости форм.

Вяжущие низкой водопотребности (ВНВ)

Применяются при изготовлении бетона и железобетона повышенной прочности, при получении арболита с повышенными физико-техническими свойствами, в составе полимерцементных покрытий полов промышленных зданий, при зимнем беспрогревном бетонировании.

ВНВ получается путем интенсивной механохимической обработки портландцемента с минеральной добавкой в присутствии порошкообразного суперпластификатора (С-3). Характеризуется, по сравнению с обычным портландцементом, высокой дисперсностью (4000-5000 см²/г), низкой водопотребностью (нормальная густота цементного теста в среднем 18%), активностью по показателю прочности - до 100 МПа.

По вещественному составу ВНВ подразделяются на чисто клинкерные (ВНВ-100) и многокомпонентные с различными минеральными добавками: оптимизированной комбинацией активных и инертных добавок. В качестве активных минеральных добавок используются доменные шлаки, зола-унос; инертные добавки: строительный песок, хвосты горно-обогатительных комбинатов. Для получения ВНВ заданного качества влажность исходных компонентов не должна превышать 3% по массе.

Характерной особенностью цементных систем на основе ВНВ является существенное замедление процессов структурообразования в первые 4-8 ч. после затворения с последующей интенсивной кристаллизацией и твердением. Длительность индукционного периода сокращается с увеличением содержания клинкерного компонента в его составе. ВНВ характеризуется длительным сохранением активности и интенсивным набором прочности цементного камня и бетона на его основе в различные, в том числе и ранние сроки твердения.

ГИДРО-S1

Это безусадочный цемент для изготовления водонепроницаемых штукатурных растворов; конструкционной гидроизоляции. Применяется без какой-либо дополнительной гидроизоляции, выдерживает давление воды до 12 атм. Обладает высокой прочностью, повышенной водостойкостью, безусадочностью. Бетоны и растворы с данной маркой цемента приобретают свойства самозалечивания трещин размером до 0,8 мм.

Приготовление раствора. Цемент смешивают с промытым песком крупностью 0,63-1,5 мм в соотношении 1:2 или 1:3 и затворяют водой до получения консистенции густой сметаны. Расход на 1 мІ поверхности при толщине штукатурного слоя 3 см составляет 13,5-18,0 кг.

Приготовление бетона. Цемент смешивают с вымытым песком (без глинистых и органических включений) крупностью 0,63-1,5 мм, с щебнем или гравием (твердых пород фракции 10-30 мм) и затворяют необходимым количеством воды.

Расширяющиеся цементы (РЦ)

Из известных примерно 60-ти составов РЦ, нашедших практическое применение, являются модификациями портландцемента, и у большинства расширение основано на образовании при гидратации повышенных по сравнению с ПЦ количеств трисульфата (эттрингита) - С₄АS₃H₃₁.

РЦ - это цементы, расширение которых на начальном этапе становления структуры цементного камня превышает последующую усадку сложившейся структуры. Технология строительного дела в настоящее время приспособлена к усадочным цементам. В РЦ имеется особая нужда только в областях, где портландцемент имеет ограниченную ценность - безрулонные кровли, гидроизоляция подземных сооружений, строительство резервуаров, бассейнов и др. емкостей под жидкости и газы, то есть для водонепроницаемых бетонов и покрытий, заделки стыков, омоноличивания и усиления сборных железобетонных конструкций, подливки фундаментов, зачеканки швов и раструбов водопроводных линий и т.п.

Напрягающийся цемент

Подземные емкостные сооружения и гаражи, бассейны, подвалы; безрулонные эксплуатируемые кровли, транспортные коммуникационные тоннели; полы общественных и производственных зданий; трещиностойкие водонепроницаемые швы всех видов; ремонт и усиление конструкций; восстановление водонепроницаемости - вот области применения этого цемента.

Бетоны, растворы на основе НЦ и изделия из них являются быстротвердеющими и высокопрочными, обладают полной водонепроницаемостью, повышенной морозо- и коррозионной стойкостью, не требуют дополнительной гидроизоляции. Начало схватывания - не ранее 30 мин., конец - не позднее 8 ч. Прочность на сжатие - 40 МПа, линейное расширение через 28 сут. - не более 1%, самонапряжение через 28 сут. - не менее 0,7 МПа.

Напрягающийся цемент НЦ-Люкс

Бетоны, растворы, сухие смеси на основе НЦ-Люкс являются быстротвердеющими, высокопрочными, обладают полной водонепроницаемостью, повышенной морозо- и коррозионной стойкостью, не требуют дополнительной гидроизоляции.

Прочность бетона в процессе эксплуатации составляет 40-70 МПа, прочность на растяжение - на 20-30% выше, чем у традиционных бетонов. Являясь расширяющимся вяжущим, НЦ увеличивается в объеме после приобретения прочности (8-15 МПа), обеспечивая сцепление с арматурой, бетонная конструкция становится самонапряженной. Класс по водонепроницаемости W12-20, морозостойкость F 500 и более.

Для получения водонепроницаемого раствора НЦ смешивают с песком (без глинистых и органических включений) в соотношении 1:2 и водой при В/Ц 0,4-0,45. Для получения бетона соотношение НЦ, песок, щебень составляет 1: (1,2-1,4): (2-2,3) при В/Ц 0,4-0,5. При смешении НЦ с другими видами цемента он теряет свои свойства.

Раствор наносят на поверхность пневмонабрызгом или торкретированием за 2-3 прохода при толщине 30 мм. Допускается ручное нанесение при обеспечении хорошего уплотнения смеси. Расход сухой смеси на 1 м² поверхности при толщине слоя 30 мм составляет 60 кг. После выполнения работ на поверхности конструкции необходимо поддержвать условия влажного твердения в течение 14 дней.

Портландцемент с пластифицирующими и гидрофобизирующими добавками

Применяется при изготовлении бетонов для высокоармированных и монолитных конструкций; дорожного, аэродромного и гидротехнического строительства; штукатурных или облицовочных смесей.

Добавки вводят в портландцемент при помоле клинкера, и по своей природе эти добавки аналогичны вводимым в бетонные смеси. В основном применяют пластификаторы (ПАВ), ускорители твердения (в комбинированных с пластификаторами), гидрофобизирующие.

При введении ПАВ достигается уменьшение потери активности цемента при длительном хранении; снижение водопотребности, увеличение пластичности бетонных смесей, уменьшение их расслаиваемости и водоотделения; увеличение морозостойкости (за счет воздухововлечения) растворов, их коррозионной стойкости (повышение плотности камня) и др.

ПАВ могут снижать скорость гидратации и твердения цемента, особенно в начальные сроки, при целесообразности вместе с ними вводятся добавки-ускорители твердения, которые также являются антифризами - снижают температуру замерзания воды.

Добавки-гидрофобизаторы образуют на поверхностях зерен цемента водоотталкивающие пленки. Цементы, модифицированные гидрофобизаторами, характеризуются пониженной гигроскопичностью и капиллярным подсосом, способны длительное время сохранять активность при хранении даже в условиях повышенной влажности воздуха и не превращаться в комки при кратковременном воздействии воды. Гидрофобно-пластифицирующие добавки влияют и на процессы твердения, способствуют образованию цементного камня с более однородной и мелкозернистой структурой.

Тонкомолотый многокомпонентный цемент (ТМЦ)

Применяется при изготовлении бетона и железобетона, в том числе монолитного, в целях экономии портландцемента или получения материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, а также для получения неавтоклавного ячеистого бетона.

ЭМАКО МАКФЛОУ

Быстротвердеющий пластифицированный расширяющийся цемент на основе портландцементного клинкера и комплекса добавок с содержанием микрокремнезема не более 9% и пригодный для получения высокопрочного безусадочного бетона.

Материал имеет значительное объемное расширение при свободном твердении в условиях пароизоляции.

Глиноземистые и высокоглиноземистые цементы (ГОСТ 969)

Глиноземистые и высокоглиноземистые цементы предназначены для изготовления быстротвердеющих строительных и жаростойких растворов и бетонов.

Белые портландцементы (ГОСТ 965)

По вещественному составу белые портландцементы подразделяют на портландцемент белый (без минеральных добавок и добавок-наполнителей) и портландцемент белый с добавками (с активными минеральными добавками и добавками-наполнителями не более 20%). По белизне белые портландцементы подразделяют на три сорта: 1, 2 и 3. По прочности на сжатие в 28-суточном возрасте белые портландцементы подразделяют на марки 400 и 500.

При производстве белых портландцементов применяют: белый портландцементный клинкер, по химическому составу соответствующий технологическому регламенту; гипсовый камень по ГОСТ 4013. Допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса и добавок.

В белом портландцементе не допускается содержание активных минеральных добавок и добавок-наполнителей, а в белом портландцементе с добавками допускается их суммарное содержание до 20% массы цемента, в том числе активных минеральных добавок осадочного происхождения не более 10% и добавок-наполнителей не более 10%. Допускается: введение в белые портландцементы специальных добавок не более 2% массы цемента; введение в белые портландцементы технологических добавок, не ухудшающих их строительно-технические свойства, не более 1%, в том числе органических не более 0,15% массы цемента; введение в белые портландцементы пластифицирующих или гидрофобизующих добавок не более 0,5% массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки.

Прочность белых портландцементов на сжатие в возрасте 28 сут. должна быть не менее: 39,2 МПа - для гарантированной марки 400; 49,0 МПа - 500. Коэффициент вариации прочности белых портландцементов каждого вида и марки на сжатие в возрасте 28 сут., рассчитанный по результатам испытаний за квартал, не должен быть более 7%.

Коэффициент отражения света в процентах абсолютной шкалы должен быть не менее: для белых портландцементов сортов 1-го - 80, 2-го - 75, 3-го - 70; минеральных добавок: наполнителей - 80, активных - 75; для гипса - 70.

Содержание ангидрида серной кислоты (SO₃) в белых портландцементах должно быть не более 3,5% по массе. Содержание в белом портландцементном клинкере оксида магния (MgO) не должно превышать 4%, закиси железа (FeO) - 0,5%, нерастворимого остатка - 1,5% по массе. Начало схватывания белых портландцементов должно наступать не ранее 45 мин., а конец - не позднее 10 ч. от начала затворения.

Белые портландцементы должны показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде. Тонкость помола белых портландцементов должна быть такой, чтобы остаток на сите с размером ячейки 0,08 мм по ГОСТ 6613 был не более 12% массы просеиваемой пробы или чтобы удельная поверхность была не менее 250 м²/кг. Белые портландцементы не должны обладать признаками ложного схватывания.

Супербелый датский портландцемент

Это вещество белого цвета, предназначен для фасадной отделки зданий (декоративность и светоотражение), ступеней лестниц, уличных и тротуарных блоков; применяется при изготовление покрытий «террацо»; в известковых растворах, в красках на цементной основе, штукатурках; при производстве сухих смесей.

Цемент быстротвердеющий: прочность на сжатие марочная - до 71 МПа, прочность в возрасте 1 сут. - 19 МПа. Степень белизны 87%. Высокая сульфатостойкость.

Цветной портландцемент (ГОСТ 15825)

Цветной портландцемент изготовляется совместным тонким измельчением белого и цветного портландцементного клинкера, минеральных и органических красителей, гипса и активной минеральной добавки. Применяется для изготовления цветных бетонов, растворов, отделочных смесей и цементных красок.

По цвету портландцемент подразделяют на: красный, желтый, зеленый, голубой, розовый, коричневый и черный. По механической прочности подразделяется на марки 300, 400 и 500.

Портландцемент должен содержать не менее 80% клинкера, не более 6% активной минеральной добавки, не более 15% минерального, искусственного или природного пигмента или не более 0,5% органического пигмента от массы цемента. Белый клинкер должен быть белизной не менее 68% абсолютной шкалы по ГОСТ 965. Для портландцемента желто-красной гаммы и коричневого цвета допускается применять отбеленный клинкер белизной не менее 40% абсолютной шкалы, а для черного - обыкновенный.

Сульфатостойкие цементы (ГОСТ 22266)

Сульфатостойкие цементы предназначены для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, обладающих коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию в них сульфатов.

По вещественному составу сульфатостойкие цементы подразделяют на виды: сульфатостойкий портландцемент; сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками; сульфатостойкий шлакопортландцемент; пуццолановый портландцемент. По прочности на сжатие в возрасте 28 сут. цементы подразделяют на марки: 300, 400, 500.

Суперсульфатостойкие цементы

Это - гидравлические вяжущие, стойкие в минерализованных водах, где для сульфатостойких цементов требуются дополнительные кислотоустойчивые покрытия. Барийсодержащий портландцемент выпускается в виде опытно-промышленных партий двух типов (ТУ 21-20/35-04): высокосульфатостойкий и особо сульфатостойкий марок 400-500 и 300-400 для применения в условиях сульфатной и сульфатномагнезиальной агрессии при содержании в среде соответственно от 5 000 до 12 000 мг/л и от 12 000 до 25 000 мг/л SO₃, a также 2 000-5 000 мг/л Mg₂+. Для выпуска барийсодержащего портландцемента в состав сырья вводят баритовую руду или бариевые отходы до содержания ВаО в клинкере 4-6 и более 9%; C₃S менее 45 и 10% и С₃А менее 6%. Рост стойкости обеспечен образованием под воздействием среды нерастворимого сульфата бария и кольматацией этим осадком пор в бетоне.

2. Добавки в бетонные смеси

2.1 Общая характеристика бетонных вяжущих

Бетоны на цементных вяжущих (цементные бетоны) - Бетоны на основе клинкерных цементов.

Бетоны на известковых вяжущих - Бетоны на основе извести в сочетании с гидравлическими активными и (или) кремнеземистыми компонентами (цемент, шлаки, золы, кварцевый песок и активные минеральные добавки).

Бетоны на гипсовых вяжущих - Бетоны на основе полуводного гипса или ангидрита (включая гипсоцементно-пуццолановые и т.п. вяжущие).

Бетоны на шлаковых вяжущих - Бетоны на основе молотых шлаков и зол с активизаторами твердения (щелочными растворами, известью, цементом или гипсом).

Бетонополимеры - Специальные бетоны на минеральном вяжущем, пропитанные монополимерами с их последующим отверждением.

Полимербетоны - Специальные бетоны на основе полимерного вяжущего, химически стойких минеральных заполнителей, наполнителей и добавок.

Бетоны цементно-полимерные - Специальные бетоны на цементном вяжущем, заполнители которого перед изготовлением бетонной смеси обработаны полимерным составом.

Бетоны на плотных заполнителях - Бетоны на заполнителях из плотных горных пород или шлаков.

Бетоны на пористых заполнителях - Бетоны на искусственных и естественных минеральных пористых заполнителях, а также на пористых крупных и плотных мелких заполнителях.

Бетоны на органических заполнителях (арболит) - Бетоны на цементном вяжущем и растительного происхождения органических заполнителей (измельченные древесина из отходов производства, стебли хлопчатника или рисовой соломы, костра конопли и льна.

Бетоны мелкозернистые (пескобетон) - Бетоны плотной структуры на цементном вяжущем и плотных мелких заполнителях.

Бетоны плотные - Бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого или только мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного газа или воздуха, в том числе образующихся за счет применения добавок, регулирующих пористость в объеме не более 7%.

Бетоны крупнопористые - Бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого заполнителя не полностью заполнено или совсем не заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими, поризованными добавками, регулирующих пористость в объеме не более 7%.

Бетоны ячеистые - Бетоны, у которых основную часть объема составляют равномерно распределенные поры в виде ячеек, полученных с помощью газо- или пенообразователей.

Бетоны тяжелые - Бетоны плотные на цементном вяжущем и плотных крупных и мелких заполнителях.

Бетоны легкие - Бетоны на цементном вяжущем, пористом крупном и пористом или плотном мелком заполнителе.

Бетоны силикатные - Бетоны на известковых вяжущих автоклавного и неавтоклавного твердения.

Цемент - Порошкообразный строительный вяжущий материал, который обладает гидравлическими свойствами, состоит из клинкера и, при необходимости, гипса или его производных и добавок.

Получение бетонов нового поколения, а также обладающих специальными свойствами, невозможно: без применения качественного, высокопрочного и однородного по свойствам вяжущего; без внедрения эффективных технологических решений; без использования специальных добавок для модификации портландцемента и бетонных смесей. Добавки (модификаторы химические, минеральные, искусственные и натруальные) вводят в исходный шлам при обжиге клинкера, добавляют при помоле обожженного клинкера, вводят в бетонные и растворные смеси. Добавки классифицируются по качеству, по назначению, по величинам технологических эффектов.

Добавки для бетонов представляют органические и неорганические вещества или их смеси (комплексы), за счет введения которых в состав бетонов и бетонных смесей регулируются направленно и контролируемо свойства этих бетонов и смесей. Применяются для снижения затрат на строительство (в том числе экономии цемента), модификации качественных и функциональных характеристик бетонов, сохранения его свойств при подготовке бетонной смеси, ее укладке, вибрировании, твердении.

Помимо основного эффекта воздействия (по которому добавку относят к той или иной группе) для большинства групп добавок вообще и конкретных типов в частности характерны дополнительные эффекты, которые могут быть не менее сильны и не менее значимы, чем основной эффект. Побочные эффекты могут быть как положительными, так и отрицательными. При расходах добавки в рамках установленных интервалов побочные эффекты не привносят, как правило, резко выраженных отрицательных свойств.

2.2 Минеральные порошки-заменители цемента

Минеральные порошки-заменители цемента (активные минеральные добавки и наполнители) составляют отдельную и достаточно автономную группу. Эти порошки вводят либо при помоле клинкера, либо непосредственно в бетонную смесь. Минеральные добавки снижают затраты на строительство, повышают прочность, морозостойкость, водонепроницаемость бетона, а также оказывают влияние на конечные свойства бетона за счет гидравлического или пуццоланового воздействия. Добавки, проявляющие пуццолановую активность, могут быть как естественного происхождения (вулканический пепел), так и побочными продуктами, образующимися при сгорании топлива (зола-унос) или металлургической промышленности (кремнеземная пыль, микросилика).

Среди техногенных добавок, проявляющих пуццолановую активность и вяжущие свойства, особое внимание уделяется аморфному кремнезему, названному первооткрывателями «Microsilica». «Microsilica» является высокоактивным пуццоланом и стала известной в результате научно-практической активности скандинавских ученых. Сегодня ее используют при любом ответственном строительстве, а мировым монополистом в производстве микросилики и владельцем патентов на технологию ее изготовления является норвежский концерн ELKEM ASA.

При затворении бетонной смеси водой и гидратации клинкерных минералов образуется ряд химически активных веществ, к которым, в первую очередь, следует отнести гидрат окиси кальция и гидрат силиката кальция, во многом определяющий прочность цементного камня и бетона. Добавление в бетонную смесь микрокремнезема создает условия для превращения нестабильной и растворимой гидроокиси кальция в кристаллический гидрат силиката кальция. В результате возрастают прочность и химическая стойкость бетона, а микросферы плотно заполняют пространство, освобождаемое химически связанной водой. Значительно растущая плотность структуры бетона повышает как его прочность, так и водонепроницаемость, а следовательно, и долговечность бетонного камня, его стойкость к факторам коррозии.

Разновидностью минеральных добавок являются расширяющиеся добавки, вводимые в портландцементный клинкер при его помоле. В качестве расширяющихся добавок используют алюминаты и сульфаты кальция, оксиды кальция и магния, специально приготовленные из глиноземистого цемента высококальциевые алюминаты, глиноземистый цемент, сталерафинировочные шлаки, обожженные алунитовые породы.
В качестве добавок могут рассматриваться следующие материалы для механического укрепления бетона: полипропиленовые волокна, металлическая фибра и стружки, которые не образуют единого арматурного каркаса, но способствуют повышению прочности бетона на изгиб и при срезывающих нагрузках. Вводят волокна или фибру на стадии приготовления бетонных смесей.

2.3 Искусственные химические добавки-модификаторы

Представляют собой вязкие растворы или порошкообразные материалы, растворимые в воде с образованием слабощелочных или нейтральных растворов. Это могут быть чистые неорганические вещества, их смеси, органические соединения, органоминеральные комплексы. Модификаторы могут быть синтезированы специально (но не обязательно для нужд строительства) или быть побочными продуктами (отходами) других производств.

2.4 Химические органические добавки

Они являются продуктами органического синтеза целлюлозных соединений или переработки отходов лесохимии, целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической промышленности, агрохимии и др. Наиболее распространенные представители органических химических добавок (модификаторов) - это поверхностно-активные вещества (ПАВ), на их основе могут быть получены практически любые функциональные типы добавок. ПАВ по-разному проявляют активность и направление действия. Вид и положение функциональных групп в молекуле обусловливает взаимодействие ПАВ с гидрооксидом кальция на поверхности твердой фазы. Природа радикала и его строение, конформное состояние макромолекулы цепи характеризует сплошность пленки продуктов взаимодействия в поверхностном слое гидратирующего цемента. Степень растворимости продуктов взаимодействия олигомеров с жидкой фазой цементного камня определяет эффективность модификатора.

2.5 Химические неорганические добавки

Они являются в своем большинстве электролитами. По механизму действия их подразделяют на добавки, изменяющие растворимость минеральных вяжущих материалов, вступающие с этими минералами в химические реакции, являющиеся центрами кристаллизации. Подобное деление достаточно условно: одно и то же вещество для алюминатных фаз вяжущего может изменять их растворимость, а для силикатных - вступать в реакции присоединения, ионообменные или с созданием комплексов, и наоборот. К этим группам относятся многие ускорители схватывания и твердения, противоморозные добавки, антифризы и пр.

Наиболее яркий представитель этой группы - хлорид кальция, являющийся в первую очередь добавкой - ускорителем твердения. Скорость гидратации трехкальциевого силиката в его присутствии возрастает в 1,5-2 раза. При дозировках хлорида кальция, не превышающих 2%, в процессе гидратации кристаллизуется гидрохлоралюминат кальция, что не сопровождается деструктивными процессами. При больших концентрациях образуется гидроксихлоридкальция, разложение которого в цементном камне при положительных температурах является причиной нарушения структуры и снижения прочности цементного камня. В бетоне сохраняются свободные хлориды, именно они интенсифицируют коррозию стали в железобетоне. Хлорид натрия, являясь эффективным ускорителем твердения бетона, обусловливает снижение прочности камня при его увлажнении. Все это является серьезными аргументами разумного ограничения применения хлоридов в бетонных смесях.

Методы выдерживания бетона на морозе подразделяются на три основные группы: беспрогревные (термосное выдерживание и использование противоморозных добавок); прогревные (использование либо топлива, либо электрической энергии) и комбинированные. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область его применения как с экономической, так и с технической точек зрения.

Условно все комплексные добавки можно разделить на три группы: смеси электролитов, поверхностно-активных веществ, электролитов и поверхностно-активных веществ. При выборе добавки и определении дозировки необходимо четко представлять роль каждого компонента в полифункциональном модификаторе. Основное значение добавок первой группы - устранение коррозионного воздействия отдельных компонентов на арматуру и бетон, регулирование сроков схватывания и твердения в широких интервалах изменения вещественного и минерального состава цемента на свойства бетонных смесей и бетонов. Добавки второй группы в основном применяют для повышения морозостойкости бетона, приготовленного из пластичных и высокоподвижных бетонных смесей; удлинения срока схватывания бетонных смесей, особенно при транспортировании их на большие расстояния и при бетонировании в условиях сухого и жаркого климата.

Более эффективными модификаторами являются комплексные добавки третьей группы. Введением электролитов улучшаются структурно-механические характеристики бетонов и регулируется темп их твердения. Поверхностно-активные вещества позволяют регулировать подвижность бетонных смесей, ее воздухосодержание, придают бетонам бактерицидность, гидрофобность и пр.

При использовании комплексных добавок периодически возникает проблема совместимости их компонентов. В этом случае отдельные компоненты вводят раздельно с перемешиванием бетонной смеси в несколько стадий. Комплексные добавки в виде готового товарного продукта, не изменяющего своих свойств при транспортировании и хранении, позволяют разрешить эту проблему.

Выбор добавок должен производиться в зависимости от технологии приготовления бетонной смеси и изготовления конструкций и изделий с учетом влияния добавок на свойства бетонной смеси и бетона. Выбор добавок для бетонов, к которым предъявляются специальные требования по долговечности (морозостойкости, коррозионной стойкости, водонепроницаемости и пр.), следует производить по ведущему агрессивному воздействию.

Добавки-модификаторы вводятся в бетонную смесь по усмотрению, если не рекомендуется обязательное их введение. Суперпластификаторы вводятся для приготовления литых и высокоподвижных смесей, для получения высокопрочных бетонов класса В40 и более, бетонов высокой плотности. Введение сильнопластифицирующих добавок - для приготовления высокоподвижных смесей, получения бетонов классов В30-В40. Введение воздухововлекающих, пластифицирующе-воздухововлекающих и газообразующих добавок - для приготовления бетонов повышенной и высокой морозостойкости и водонепроницаемости. Воздухововлекающих добавок - при изготовлении изделий из конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов.

При подборе состава бетона оптимальная дозировка добавок устанавливается экспериментально. Рекомендуемые интервалы ее указаны при характеристике отдельных добавок, представленных в обзоре. Количество уплотняющих добавок, ускорителей твердения и ингибиторов коррозии стали, в том числе и в составе комплексных добавок, не должно превышать 1,5-3,0% массы цемента. В ряде случаев, обусловленных видом конструкций или условиями их эксплуатации, применение добавок подобного действия не допускается.

За партию принимают объем или массу одновременно поставляемого однородного по качеству продукта, сопровождаемого одним документом о качестве. Этот документ должен содержать следующие данные: наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак; наименование продукта; дату изготовления; номер партии; массу нетто и брутто (объем); результаты испытаний по соответствующему государственному стандарту или ТУ; вид тары и число упаковочных единиц в партии; знак опасности по ГОСТ 19433 (в случае необходимости); правила загрузки и разгрузки добавок, в том числе их оттаивание при поставке в зимнее время (в случае необходимости).

Добавки следует хранить в условиях, исключающих попадание в них посторонних веществ и атмосферных осадков. Водные растворы и пасты должны храниться в закрытой таре, порошкообразные и кристаллические продукты - в условиях, исключающих увлажнение. Емкости для жидких продуктов, при хранении которых может происходить их замораживание, расслоение или выпадение осадка, должны быть оборудованы системами обогрева и перемешивания. Для уменьшения пенообразования, особенно при барботировании сжатым воздухом, врезку трубопроводов подачи добавок в емкости лучше производить в нижней их части.

Работу с добавками следует проводить в соответствии с требованиями СНиП III-4-80, ГОСТ 24211 и нормативно-технической документации на добавки кон-кретного вида. Применение каждой из добавок должно быть согласовано с санитарными службами.

Заключение

бетон цемент вяжущий минеральный

Получение бетонов нового поколения, а также обладающих специальными свойствами, невозможно: без применения качественного, высокопрочного и однородного по свойствам вяжущего; без внедрения эффективных технологических решений; без использования специальных добавок для модификации портландцемента и бетонных смесей. Добавки (модификаторы химические, минеральные, искусственные и натруальные) вводят в исходный шлам при обжиге клинкера, добавляют при помоле обожженного клинкера, вводят в бетонные и растворные смеси. Добавки классифицируются по качеству, по назначению, по величинам технологических эффектов.

Добавки для бетонов представляют органические и неорганические вещества или их смеси (комплексы), за счет введения которых в состав бетонов и бетонных смесей регулируются направленно и контролируемо свойства этих бетонов и смесей. Применяются для снижения затрат на строительство (в том числе экономии цемента), модификации качественных и функциональных характеристик бетонов, сохранения его свойств при подготовке бетонной смеси, ее укладке, вибрировании, твердении.

Помимо основного эффекта воздействия (по которому добавку относят к той или иной группе) для большинства групп добавок вообще и конкретных типов в частности характерны дополнительные эффекты, которые могут быть не менее сильны и не менее значимы, чем основной эффект. Побочные эффекты могут быть как положительными, так и отрицательными. При расходах добавки в рамках установленных интервалов побочные эффекты не привносят, как правило, резко выраженных отрицательных свойств.

По типу вяжущего вещества бетоны бывают: цементные, гипсовые, силикатные, полимербетоны и проч.

Наибольшее распространение получили бетоны на цементной основе, в которых в качестве заполнителя используется гранитный щебень и песок.

Все выпускаемые в России бетонные смеси (БСГ - бетонная смесь готовая) имеют стандартную маркировку согласно ГОСТ 7473-94. Цифры, следующие за литерой М, в марке бетона указывают на количественное соотношение вяжущего вещества - цемента в бетонной смеси. Так, например, бетонные смеси, имеющие маркировку М100 - М200, относятся к сортам бетона с низким содержанием цемента, а сорта с маркировкой М550 - М600 и т.п. - с высоким содержанием цемента. Большинство марок бетона, имеющих наибольшее распространение, например, в капитальном строительстве, имеют промежуточные значения содержания цементного вяжущего вещества

Список использованной литературы

1. Баженов Ю.М. Технология бетона: Учебное пособие для вузов.-М.: Высш.школа, 1978.-455 с., ил.

2. Шестоперов С.В. Технология бетона: Учебное пособие для вузов.-М.: Высш.школа, 1977.-431 с., ил.

3. Бурлаков Г.С. Технология изделий из легкого бетона: Учебное пособие для вузов.-М.: Высш.школа, 1986.-296 с., ил.

4. Шихненко И.В. Краткий справочник инженера технолога по производству железобетона. - 2-е изд., перераб. И доп.-К.:Будівельник, 1989. - 296 с.:ил.

Размещено на Allbest.ru