Гидравлические вяжущие

1.

Гидравлические вяжущие

2.

• Цемент – это обобщенное название
группы гидравлических вяжущих веществ,
основной составляющей частью которых
являются силикаты и алюминаты
кальция, образующиеся при обжиге до
частичного плавления сырья.

3.

• Гидравлическая известь (известь с примесью глины)
• В 1796 г. английский инженер Д. Паркер
запатентовал гидравлическое вяжущее –
романцемент. Романцемент получают при
измельчении в тонкий порошок продукта обжига
мергелей при температуре 1000…1100 ºС.
• Мергели представляют собой природные смеси
известняков и глин с содержанием глин около 20 %.
Прочностные характеристики цементного камня из
романцемента невелики: прочность при сжатии
составляет около 10 МПа.

4.

Портландцемент
• В качестве основного сырья в производстве
цемента используют карбонатные породы
(известняк, мел) и глину. Состав сырьевой
смеси рекомендуется поддерживать в
соотношении:
- известняк – СаСО3 75…78 %;
- глина – 25…22 %.

5.

Технология производства
• Различают сухой, мокрый и
комбинированный способы производства
портландцемента.
• В России портландцемент производят
преимущественно мокрым способом.

6.

Мокрый способ производства
1. вводят 32…45 % воды до получения жидкой
текучей массы – шлама.
2. Вращающаяся печь имеет цилиндрическую форму
длиной, например, 185 м, диаметром 5 м, она
расположена под углом 3° к горизонту и медленно
вращается вокруг своей оси. При температуре 200
°С из шлама удаляется физически связанная вода.
3. В интервале температур 500…600 °С удаляется
химически связанная вода.
4. При температуре 900 °С происходит диссоциация
известняка.

7.

5. В интервале температур 1000…1200 °С начинается
образование силикатов и алюминатов кальция.
6. Диапазон температур 1400…1500 °С соответствует
температуре спекания и частичного плавления
сырьевой смеси. При этом образуется
высокоосновный силикат кальция,
способствующий формированию высокой
активности цемента. Завершаются реакции
образования силикатов и алюминатов кальция.
7. Помол клинкера осуществляют в шаровых
мельницах совместно с 5 % природного гипсового
камня.

8.

9.

Сухой способ производства
• Сырьевые материалы подсушиваются и размалываются в
шаровых мельницах, после чего выдерживаются в силосах, где
происходит интенсивное перемешивание сжатым воздухом.
• Готовая сырьевая мука в подогретом состоянии поступает
во вращающуюся печь. Дальнейший процесс не отличается
от производства мокрым способом.
• Основное преимущество сухого способа – снижение расхода
теплоты на обжиг, что обеспечивает снижение
себестоимости продукции на 10 %.
• При наличии сырья влажностью 20…25 % целесообразно
осуществлять производство комбинированным способом:
сырьевая смесь приготавливается по технологии мокрого
способа, затем шлам обезвоживается на пресс-фильтрах и
на обжиг подается сухая гранулированная смесь.

10.

Состав клинкера
• СаО – 60…67 %,
• SiO2 – 19…24 %,
• Аl2O3 – 4…8 %,
• Fe2O3 – 2…6 %.
• Содержание MgO не должно превышать 5
%,
• R2O (оксиды калия, натрия) – до 0,5 %.
• Содержание SO3 – 1,5…3,5 %.

11.

Твердение портландцемента (ПЦ)
• 2(3СаО*SiO2)+6H2O=3СаО*2SiO2*3H2O+3Ca(OH)2;
• 2(2CaO*SiO2)+ 4H2O=3СаО2*SiO2*3Н2О+ Са(ОH)2;
• 3CaO*Al2O3+ 6Н2О=3CaO*Al2O3*6Н2О;
• 4СаО*Al2O3*Fe2O3
+(n+6)Н2О=3CaO*Al2O3*6Н2О+CaO*Fe2O3*nН2О.
3СаО*SiO2 – трехкальциевый силикат (алит);
2CaO*SiO2 – двухкальциевый силикат (белит);
3CaO*Al2O3 – трехкальциевый алюминат;
4CаО*Al2O3*Fe2O3 – четырехкальциевый алюмоферрит;

12.

• Для замедления схватывания при помоле
клинкера добавляют 3…5 % природного
гипсового камня, который способствует
образованию гидросульфоалюмината кальция
(минерала эттрингита):
• 3CaO*Al2O3 + 3(СаSO4*2Н2О) + 26Н2О=
3CaO*Al2O3*3СаSO4*32Н2О.
• Заполняя поры цементного камня, эттрингит
повышает его механическую прочность.

13.

Этапы твердения цемента (ПЦ)
1.
2.
3.
Растворение. На границе цемент – вода происходят реакции гидратации
и образуются растворимые продукты, которые переходят в раствор,
обнажая следующие слои цементных зерен. Образующиеся гидраты,
обладая низкой растворимостью, быстро насыщают раствор.
Коллоидация. В насыщенном растворе твердые продукты реакции без
промежуточного растворения начинают выделяются в твердом виде в
тонкодисперсном состоянии, образуя коллоидную систему.
Одновременно цементное тесто теряет пластичность, что внешне
проявляется в схватывании массы.
Кристаллизация. Неустойчивое коллоидное состояние постепенно
начинает переходить в более устойчивое кристаллическое состояние. В
первую очередь появляются кристаллы гидроалюмината кальция и
гидроксида кальция. Кристаллы растут, пронизывая коллоидные массы и
постепенно образуют прочный кристаллический каркас. Цементный камень
состоит из гелевых и кристаллических продуктов гидратации цемента, а
также включений негидратированных зерен клинкера.

14.

• Скорость твердения цемента зависит от
размеров частиц цемента (тонкости помола),
минералогического состава цемента,
температуры твердения, наличия химических
добавок.
• Процесс твердения ускоряется при тепловой
обработке. Тонкость помола до определенных
пределов ускоряет нарастание прочности и
конечную прочность. При понижении
температуры и влажности окружающей среды
твердение замедляется.

15.

Свойства минералов цемента
• алит (С3S или 3СаО*SiO2 ): рекомендуется
использовать при пониженных температурах,
при необходимости быстрого нарастания
прочности, рекомендуется избегать
применения в массивных конструкциях,
использовать в воде
• белит (С2S или 2CaO*SiO2 ): более стоек к
коррозии, положительно относится к
пропариванию и автоклавной обработке.
Твердение замедляется при понижении
температуры.

16.

Свойства минералов цемента
• Алюминат (С3А или 3CaO*Al2O3 ): продукт его
гидратации низкопрочен и не морозостоек. В
присутствии гипса дает прочные соединения
(эттрингит). Опасны сульфатные воды в период
эксплуатации из-за образования избыточного
количества эттрингита.
• Алюмоферрит, феррит (С4АF и С2F или
4CаО*Al2O3*Fe2O3):придают цементному камню
пластичность, повышают стойкость к коррозии,
положительно относятся к пропариванию.
Медленнее набирают прочность, выделяют меньше
тепла

17.

Свойства цемента
• Плотность истинная 3000-3200 кг/м3,
• Насыпная плотность 900…1100 кг/м3, а в
уплотненном состоянии 1400…1700 кг/м3.
• Рядовая удельная поверхность цемента –
300…350 м2/кг, нормальная густота 26…28 %.
• Прочность на сжатие испытывают на образцах
40*40*160мм из цементно-песчаного раствора
нормальной густоты состава Ц:П=1:3.

18.

Пуццолановый портландцемент
• получают совместным помолом
портландцементного клинкера, гипса и активных
минеральных добавок.
• Добавки делят на естественные: вулканические (2540%) (вулканические пеплы, туфы, витофиры),
состоящие в основном из вулканического стекла, и
осадочные (20-30%) (диатомиты, трепелы, опоки,
глиежи), а также искусственные (25-40%)
(доменные гранулированные шлаки, топливные
шлаки, нефелиновый шлам – отход глиноземистого
производства, зола-унос, обожженные глинистые
материалы).

19.

Твердение пуццоланового цемента
• Са(ОН)2 + SiО2+ (n – 1)Н2О = СаОSiO2*nН2 О.
• Связывание гидроксида кальция в гидросиликат
кальция повышает стойкость к коррозии первого и
второго вида, и его применяют для подводного и
подземного бетонирования. В сравнении с обычным
портландцементом он имеет более низкую
воздухостойкость и медленнее твердеет. Его не
рекомендуют применять для надземных конструкций, в
зоне переменного уровня воды и для зимнего
бетонирования.
• Средняя плотность пуццоланового портландцемента
2,7…2,9 г/см3, нормальная густота 30…35%.

20.

Шлакопортландцемент
• гидравлическое вяжущее вещество,
получаемое совместным помолом
портландцементного клинкера, добавки
гипсового камня и доменного (или
электротермофосфорного)
гранулированного шлака. Содержание
шлака должно быть в пределах 21…80 %.

21.

Шлакопортландцемент
• Медленно твердеет, обладает повышенной
стойкостью к коррозии, эффективно твердеет
при пропаривании.
• Истинная плотность составляет 2,8…3,0 г/см3,
насыпная плотность 1100…1300 кг/м3,
нормальная густота 26…30 %.
• Рекомендуется применять для подводного и
подземного бетонирования, в условиях
действия пресных и минерализованных вод,
для производства сборного железобетона с
применением пропаривания.

22.

Специальные виды портландцемента :
1. Быстротвердеющий портландцемент
(БТЦ)
• отличается интенсивным нарастанием прочности в начальный период
твердения: прочность при сжатии через 3 суток составляет 25,0 МПа, а
через 28 суток – 40,0 МПа.
• Это достигается более тонким помолом клинкера и регулированием
его минералогического состава: С3S ≥ 50 %, С3А ≥ 8 %. Удельная
поверхность частиц 400…450 м2/кг. (у обычного ПЦ 300…350 м2/кг).
• В процессе помола в БТЦ вводят повышенное содержание
природного гипса. Содержание активных минеральных добавок
должно составлять не более 10 %.
• Обжиг клинкера ведут при повышенной температуре, а в сырьевую
смесь вводят плавни, обеспечивающие лучшее спекание.
• Стоимость БТЦ выше, чем обычного портландцемента
• Применяют для зимнего бетонирования, для аварийновосстановительных работ и т.п.

23.

2. Пластифицированный портландцемент
• отличается пониженной водопотребностью в условиях
равноподвижности.
• Бетон из него вследствие повышения плотности
отличаются высокой морозостойкостью.
• Получают путем введения в обычный портландцемент
при помоле клинкера поверхностно-активной
пластифицирующей добавки, например 0,15…0,25 % от
массы цемента пластифицирующей добавки.
• Применяют наряду с обычным портландцементом для
получения морозостойких бетонов, повышения
прочности, экономии цемента, получения
удобоукладываемых бетонных смесей.

24.

3. Гидрофобный портландцемент
• отличается пониженной гигроскопичностью при хранении и
перевозках,
• повышенная подвижность и удобоукладываемость, а затвердевшим
изделиям – повышенную морозостойкость.
• Гидрофобный портландцемент получают введением при помоле
клинкера гидрофобной добавки (асидола, мылонафта, олеиновой
кислоты, окисленного петролатума). Гидрофобный портландцемент в
течение 5 мин. не должен впитывать воду.
• Гидрофобные добавки придают бетонным смесям
воздухововлекающий эффект, что повышает их удобоукладываемость.
В затвердевшем цементном камне формируется особая категория
воздушных пор размером 20…50 мкм, не впитывающих воду и
придающих изделиям высокую морозостойкость. Г
• Гидрофобный и пластифицированный портландцементы применяют в
дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.

25.

4. Сульфатостойкий портландцемент
• обладает повышенной сульфатостойкостью,
пониженной экзотермией, замедленным
твердением в начальные сроки.
• Получают нормированием минералогического
состава портландцементного клинкера: C3S <
50 %, С3А < 5 %, С3А + С4АF < 22 %. Это
белитовый цемент.
• Активных и инертных добавок в состав такого
цемента не вводят.
• Предназначен для подводных и подземных
сооружений в условиях сульфатной агрессии.

26.

5. Портландцемент с умеренной
экзотермией
• нормирование минералогического состава
портландцементного клинкера: C3S < 50 %,
С3А < 8 %.
• Применяется для возведения бетонных
массивных сооружений, хорошо
противостоит коррозии в пресных,
слабоминерализованных водах, морозо- и
воздухостоек, медленно твердеет в ранние
сроки.

27.

6. Белый и цветной портландцементы
• Белый и цветной портландцементы применяются в
декоративных целях.
• В качестве сырья используются чистые известняки и белые
каолиновые глины с минимальным содержанием
окрашивающих оксидов: Fe, Cr, Mn. Топливо не должно
загрязнять клинкер. В качестве топлива применяют газ или
мазут.
• Белый цемент делят на 3 сорта по степени белизны: БЦ1, БЦ-2,
БЦ-3. По прочности белый цемент выпускается марок 250, 300,
400.
• Цветные цементы получают совместным помолом белого
портландцемента со свето-, щелочестойкими пигментами.
Возможно использование оксидов некоторых металлов при
обжиге сырья.

28.

Коррозия цементного камня
• это процесс его разрушения под влиянием
агрессивных факторов окружающей среды.
• Коррозия первого вида – разрушение
вследствие растворения и вымывания
Са(ОН)2 в мягких проточных водах.

29.

Коррозия второго вида
• разрушение водой, содержащей соединения, способные
вступать в обменные реакции с Са(ОН)2. При этом образуются
продукты реакции взаимодействия, либо растворимые в воде,
либо выделяющиеся в виде непрочных аморфных масс.
• Например, магнезиальная коррозия:
Са(ОН)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH) 2 .
• Углекислотная коррозия происходит при воздействии воды,
содержащей свободный диоксид углерода на карбонатную
пленку на поверхности бетона, в результате чего образуется
хорошо растворимый бикарбонат кальция:
СаСО3 + 2 (СО 2)своб + Н2О = Са(НСО3) 2.
• Общекислотная коррозия развивается при действии растворов
кислот с образованием растворимых солей.
Са(ОН) 2 + 2 НCl = CaCl 2 + 2 H 2 O.

30.

Коррозия третьего вида.
• Сульфоалюминатная коррозия состоит в
накоплении в порах цементного камня отложений,
объем которых может превысить объем пор
цементного камня. Продуктом коррозии является
эттрингит (гидросульфоалюминат кальция).
• Щелочная коррозия проявляется при
взаимодействии щелочей цемента и
реакционоспособных модификаций кремнезема
заполнителей с образованием набухающих
студенистых отложений белого цвета – силикатов
калия и натрия, что также сопровождается
увеличением объема. Поверхность бетона
вспучивается и шелушится. Появляется сеть трещин.

31.

Защита от коррозии
• гидроизоляцию конструкций из бетона,
• водоотвод,
• интенсивно уплотняют бетонную смесь,
• используют смеси с низким
водоцементным отношением,
• подбор вида цемента.

32.

Требования к цементу ГОСТ 10178 и
ГОСТ 31108-2003
Цемент типа ЦЕМ I не содержит минеральных добавок или содержит их не более 5 %. По содержанию портландцементного
клинкера и минеральных добавок цементы типов ЦЕМ II… ЦЕМ V
подразделяют на подтипы А и В.
Вещественный состав цемента отражается в маркировке буквенными символами:
• содержание клинкера (Кл),
• доменного гранулированного шлака (Ш),
• пуццолановой добавки (П),
• золы-уноса тепловых электростанций (З),
• микрокремнезема (МК),
• известняка (И).
Пример марки: ЦЕМ IV/А (П-З-МК) 32,5Н