Сульфатно-шлаковые цементы

Имеется несколько видов сульфатно-шлаковых цементов, но наиболее широкое распространение получили гипсо-шлаковый и шлаковый бесклинкерный цемент.

Гипсо-шлаковый цемент-—гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного помола гранулированного доменного шлака, гипса и портландцементного клинкера. Состав цемента следующий (в %): шлака 75—85, двуводного гипса или ангидрита 15—20 и до 5 портландцементного клинкера или до 2 извести. Для этого цемента используют шлаки с повышенным содержанием глинозема, т. е с высоким модулем активности. {

Сульфатно-шлаковый -цемент является медленнотвердеющим вяжущим веществом. Он выпускается двух марок — 300 до 400 при испытании образцов из раствора жесткой консистенции (1:3) через 28 сут. Начало схватывания его должно наступать не ранее 30 мин, а конец — не позднее 12 ч после затворения водой. При гидратации цемента выделяется мало тепла (40—45 ккал/кг в течение 7 сут.), поэтому его можно применять в массивных конструкциях. Подогрев до 40° С ускоряет твердение, но при более высоких температурах прочность падает вследствие дегидратации сульфата кальция. Изделия из гипсо-шлакозого цемента имеют невысокие морозостойкость и воздухостойкость, но повышенную стойкость в пресной и некоторых минерализованных водах.

Применяют гипсошлаковый цемент для бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкций и сооружений. Наиболее целесообразно его использовать в условиях выщелачивания и сульфатной агрессии. Не рекомендуется применять сульфатно-шлаковый цемент в конструкциях, подверженных попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию.

: Шлаковым бесклинкерным цементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным помолом гранулированного доменного шлака (85—90%), сульфата кальция (5—8%) и обожженного доломита (5—8%). Для основных шлаков доломит обжигают при 800—900° С, что сопровождается полным разложением MgCO3 и частичным СаСОз, а для кислых шлаков — при 1000—1100° С с полным разложением также и СаСОз. Свойства и условия применения, шлакового бесклинкерного цемента такие же, как и гипсо-шлакового.

7. ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ

Глиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до плавления (или спекания) сырьезой смеси, составленной из бокситов и извести (известняка) с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Глиноземистые цементы выпускаются без добавок или с добавками различных минеральных веществ (до 2%), улучшающими некоторые свойства цемента и снижающими его стоимость

[^Производство глиноземистого цемента. Этот цемент получают во многих странах разными методами из различного сырья, отчего химический состав его колеблется в широких пределах. Главнейшими окислами являются А12О3 (30—50%), СаО (35—45%), SiO2 (5—15%) и Fe2O3 (5—15%). Наиболее важными соединениями являются алюминаты кальция СаО-А12О3(СА), 5СаО-ЗА12Оз(С5Аз) и СаО • 2А12О3(СА2), причем главная составная часть — однокальциевый алюминат СаО • • А12О3.

Существуют два способа производства глиноземистого цемента: первый основан на спекании сырьевой смеси, а второй — на ее плавлении. По первому способу тонкоизмельченная и тщательно перемешанная смесь боксита и известняка обжигается до спекания при температуре 1150—1250° С во вращающихся, шахтных, кольцевых, камерных и туннельных печах или на спекательной решетке. При обжиге не во вращающихся печах сырьевую шихту необходимо брикетировать, во вращающихся печах обжиг можно вести по сухому и мокрому способам производства. Полученный продукт обжига размалывается в тонкий порошок.

Глиноземистый цемент можно получать плавлением сырьевой смеси при температуре 1500—1700° С в вагранках, электрических или доменных печах, а также в конвертерах. Расплавленная масса охлаждается и подвергается дроблению, а затем измельчению в тонкий порошок. При получении глиноземистого цемента спеканием требуются более чистые бокситы с небольшим содержанием кремнезема (до 8%) и окиси железа (до 10%). При получении его плавлением можно использовать сырье с большим количеством примесей, что препятствует распространению метода спекания, несмотря на меньший расход топлива.

/Твердение глиноземистого цемента. При затворении порошка глиноземистого цемента водой образование пластичного теста, последующее его уплотнение и твердение протекают так же, как и для обыкновенного портландцемента. Однокальциевый алюминат при взаимодействии с водой гидратируется, образуя, в конечном итоге, двухкальциевый восьми-водный гидроалюминат и гидрат окиси алюминия:

2(.СаО-А12Оз) + ПН2О = 2СаО • А12Оз • 8HSO + 2А1(ОН)з.

Восьмиводный гидроалюминат кальция выделяется в виде пластинчатых кристаллов гексагональной системы, а гидроокись алюминия — в виде гелевидной массы.

Другие алюминаты кальция — С2А, С5А3, а также алюмоферриты и ферриты кальция, входящие в состав цемента, взаимодействуя с водой, дают соответствующие гидраты. Происходит уплотнение геля двух-кальциевого гидроалюмината и кристаллизация продуктов гидратации, протекающие очень интенсивно, что обеспечивает быстрое нарастание прочности. Примерно через 5—6 ч прочность глиноземистого цемента может достичь 30% и более марочной, через 1 сут. твердения — свыше,90%, а в трехсуточном возрасте — марочную прочность. jtS~-i Свойства глиноземистого цемента. Глиноземистый цемент является (быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом: начало схватывания должно наступать не ранее 30 мин, а конец — не позднее 12 ч. По величине предела прочности при сжатии цемент делится на три марки — 400, 500 и 600. Марка цемента обозначается по пределу прочности при сжатии образцов, изготовленных в виде кубов размером 7,07X7,07X7,07 см из жесткого раствора состава 1: 3 (по весу) и испытанных в возрасте 3 сут. после твердения в нормальных условиях, j

Наиболее благоприятными для твердения глиноземистого цемента являются влажные условия и нормальная температура (20±5° С), нарастание прочности при более высокой температуре уменьшается. Возможно даже падение достигнутой прочности и разрушение бетона в результате перекристаллизации двухкальциевого гидроалюминат'а в трех-кальциевый гидроалюминат. Это называют болезнью глиноземистого цемента, и поэтому пропаривание изделий на глиноземистом цементе не допускается. При температуре ниже-нормальной и близкой нулю цемент твердеет удовлетворительно, что объясняется его высокой экзотермией. В течение 1—3 сут. глиноземистый цемент выделяет в 1,5—2 раза больше тепла, чем портландцемент. Это ограничивает применение глиноземистого цемента в массивных конструкциях, так как разогрев бетона внутри массива и охлаждение его снаружи вызывают растягивающие напряжения в наружных слоях и образование трещин.

Бетоны на глиноземистом цементе характеризуются высокой водостойкостью, воздухостойкостью, морозостойкостью и жаростойкостью; они стойки в условиях пресных и сульфатных вод, однако разрушаются щелочными водамид Высокая воздухостойкость глиноземистого цемента объясняется уплотнением и кристаллизацией продуктов гидратации цемента и их незначительной деформативной способностью при изменении влажности воздуха. Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плотностью, примерно в 1,5 раза меньшей пористостью, чем на портландцементе, что и определяет их высокую морозостойкость. Повышению плотности цементного камня способствует гель гидрата окиси алюминия, образующийся при гидратации однокальциевого алюмината, который имеет плотное строение.

Применение глиноземистого цемента существенно ограничивается его стоимостью (в 3—4 раза выше, чем портландцемента), хотя по своим физико-механическим свойствам (скорости твердения, стойкости в различных средах) он превосходит все другие вяжущие вещества, в том числе и портландцемент.-(Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда наиболее рационально используются его специфические свойства, например при срочных восстановительных работах (ремонт плотин, труб, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов). Химическая стойкость глиноземистого цемента делает целесообразным его использование для тампонирования нефтяных и газовых скважин, на предприятиях пищевой промышленности, на травильных и красильных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей.

Глиноземистый цемент обладает большей, чем другие вяжущие, стойкостью к действию высокой температуры—1200—1400° С и выше, что позволяет использовать его для изготовления жаростойких бетонов, применяемых в качестве футеровки тепловых аппаратов}) Нельзя использовать глиноземистый цемент в тех случаях, когда температура бетона во время его твердения может подняться выше 25—30° С, а также в бетонных конструкциях, подвергающихся действию вод, содержащих щелочи

8. РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ЦЕМЕНТ

Цементный камень, полученный на основе всех гидравлических вяжущих веществ, испытывает усадочные деформации. Это гложет привести к появлению трещин в местах соединения бетонных и железобетонных элементов сооружения, что нарушает монолитность конструкции. В ряде случаев, когда усадочные деформации недопустимы, например для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов туннелей, раструбных труб, заделки фундаментных болтов, получения плотных стыков бетонных и железобетонных конструкций, заделки трещин и др., необходимо применять безусадочный или расширяющийся цемент.

) К. этой группе вяжущих относятся цементы, несколько увеличивающиеся в объеме при твердении во влажностных условиях или не дающие усадки при твердении на воздухе. Все расширяющиеся цементы являются смешанными и состоят из основного вяжущего вещества и расширяющейся добавки, в которую, в свою очередь, может входить несколько компонентов.

Известно несколько видов расширяющихся цементов: на основе глиноземистого цемента — водонепроницаемый расширяющийся цемент и гипсо-глиноземистый; на основе портландцемента — расширяющийся портландцемент, напрягающий цемент, гипсо-цементно-пуццолановые вяжущие и т. д. „.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент представляет собой быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое помолом или смешением в шаровой мельнице тон-коизмельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного алюмината кальция 4СаО • АЬОз • 12Н2О. Последний получают гидротермальной обработкой в течение 5—6 ч при температуре 120—150° С смеси глиноземистого цемента с известью (1: 1), затворенной 30% воды. Полученный продукт высушивают и измельчают. Начало схватывания цемента не ранее 4, а конец не позднее 10 мин. Схватывание можно замедлить добавкой с.с.б., уксусной кислоты и буры. Предел прочности при сжатии образцов из цементного теста должен быть не ниже: через 6 ч — 75, 3 сут. — 300 и 28 сут. — 500 кГ/см2. Через 1 сут. твердения образцы должны быть полностью водонепроницаемы при давлении в 6 атм, а их линейное расширение— не менее 0,2 и не более 1%.

L-Применяют водонепроницаемый расширяющийся цемент при восстановлении разрушенных бетонных и железобетонных конструкций, для гидроизоляции туннелей, стволов шахт, в подземном и подводном строительстве, при создании водонепроницаемых швов. Нельзя применять водонепроницаемый цемент при работах, выполняемых при температуре ниже 0°С, а.также в конструкциях, эксплуатируемых при температурах выше 80° СЛ

Гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент является быстротвер-деющим гидравлическим вяжущим, получаемым путем совместного тонкого помола или смешения высокоглиноземистого шлака и природного двуводного гипса в соотношении 0,7: 0,3 по весу. Это вяжущее характеризуется интенсивным твердением в водной и воздушной среде.

Цемент бывает трех марок — 300, 400 и 500, устанавливаемых испытанием на сжатие образцов размером 7,07X7,07X7,07 см, изготовленных трамбованием из жестких растворов 1: 3 и испытанных через 3 сут. твердения. Начало схватывания цемента не ранее 20 мин, а конец не позднее 4 ч после затворения водой.

Образцы из теста гипсо-глиноземистого цемента через 1 сут, должны быть водонепроницаемы при гидростатическом давлении в 10 атм с линейным расширением не менее 0,15%; через 28 сут. линейное расширение имеет значение не менее 0,3 и не более 1%. При твердении образцов на воздухе (после трехсуточного твердения в воде) расширение должно быть не менее 0,1%. Образцы из теста через 1 сут., а из раствора состава 1: 3 через 3 сут. после изготовления должны пропускать воду под давлением 10 атм.

Для бетонов на гипсо-глияоземистом цементе характерна высокая прочность сцепления нового бетона со старым — в 20—25 раз выше, чем бетонов на портландцементе. Бетоны обладают высокой морозостойкостью и сульфатостойкостыо.

I Гипсо-глшюземистый расширяющийся цемент применяют для изготовления безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов, заделки стыков бетонных и железобетонных конструкций, зачеканки швов и раструбов и т. п. Нельзя использовать его в конструкциях, работающих при температуре выше 80° С. t

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера, высокоглиноземистого шлака, гипса и активной гидравлической добавки. Состав этого цемента следующий (в %): портландцемент 60—65, глиноземистый шлак 5—7, двуводный гипс 7—10, гидравлическая добавка 20—25. Портландцемент должен содержать более.45% C3S и не менее 7% СзА. В качестве добавки применяют трепел, бентонит, опоку и др.

Расширяющийся портландцемент выпускают марок 400, 500 и 600, устанавливаемых по показателям прочности при сжатии образцов размером 7,07X7,07X7,07 см, изготовленных из жестких растворов (1:3) и испытанных через 28 сут. твердения в воде.

Образцы из теста расширяющегося портландцемента при твердении. в воде в течение 1 сут. расширяются не менее чем на 0,15% и через 28 сут. на 0,3— 1%. Для этого цемента характерен интенсивный рост прочности в процессе пропаривания при температуре 70—80° С. Это позволяет при производстве бетонных и железобетонных изделий на этом цементе ограничиваться термообработкой в течение 4—6 ч. Для цемента характерна высокая водонепроницаемость — нет фильтрации воды при давлении 11 атм и выше.

Применяют расширяющийся портландцемент для тех же целей, что и другие расширяющиеся цементы, а также для производства бетонных и железобетонных изделий, если необходимо сократить время термообработки.?

Напрягаемый портландцемент (НЦ) представляет собой быстро-схватывающееся и быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера (65%), высокоглинозе-мнстого цемента или шлака (20%) и двуводного гипса (15%). Начало схватывания цемента через 2—5 и конец через 7 мин. Замедляют схватывание добавки сульфитно-спиртовой барды. Предел прочности при сжатии через 1 сут. составляет 200—300 кГ/см2. Фильтрации для образцов из затвердевшего цемента толщиной 20 мм при давлении до 20 атм не наблюдается. Для этого вяжущего наиболее характерна энергия расширения, достигающая 30—40 кГ/см9- при твердении образцов из раствора 1:1. Это свойство позволяет использовать напрягаемый цемент для изготовления железобетонных изделий, арматура которых должна быть напряжена в нескольких направлениях (двухосное и трехосное напряженное армирование). Такое напряжение арматуры механическим путем связано с большими затруднениями.

Напрягаемый цемент целесообразно применять для производства напорных железобетонных труб и некоторых тонкостенных железобетонных изделий