Активные минеральные добавки и цементы на их основе

АМД – называются природные или искусственные тонкоизмельченные порошки, способные в смеси с некоторыми вяжущими самостоятельно твердеть.

Применение АМД позволяет: снизить стоимость ПЦ, расширить номенклатуру вяжущих, улучшить некоторые свойства цемента.

Классификация АМД:

Природные: Искусственные:

Вулканические: Осадочные: обожженные глины,

Пепел, туф, пемза диатомит, трепел, опока граншлак, золы ТЭЦ.

Пуццолановый ПЦ получают тонким измельчением ПЦ клинкера и АМД или смешиванием. Содержание АМД в цементе в % по массе.

Вулканического происхождения, золы, обожженные глины – 25-40%, осадочного происхождения – 20-30%.

Твердение пуццоланового ПЦ условно можно разбить на 2 периода:

1) твердение клинкерной составляющей протекает по той же схеме, что и ПЦ;

2) твердение цемента, обусловленного взаимодействием продуктов гидратации с АМД.

Свойства пуццоланового ПЦ. По показателям R_СЖ и R_ИЗГ пуццолановый ПЦ выпускают марок 200, 300, 400, 500.

Водопотребность его до 40%, а у ПЦ – 26-28%.

Температура среды оказывает более сильное влияние на рост прочности. Особенно благоприятна пропарка, а еще лучше автоклавная обработка.

Долговечность бетонов на пуццолановом ПЦ характеризуется морозостойкостью, водостойкостью, воздухостойкостью.

Повышенная водонепроницаемость препятствует проникновению воды внутрь цементного камня, что препятствует коррозии.

Применение: для бетонов подземных, подводных сооружений, подверженных действию сульфатных вод.

Шлакопортландцемент получают путем совместного помола ПЦ клинкера и доменного гранулированного шлака (21-60%, а иногда и до 80%).

Твердение ШПЦ аналогично пуццолановому ПЦ.

ШПЦ в сравнении с ПЦ характеризуется замедленным нарастанием прочности в начальные сроки и ускорением в последующие.

Свойства ШПЦ. Выпускается марок 300, 400, 500.

Понижение температуры сильно снижает рост прочности. Повышение оказывает благоприятное воздействие.

Стойкость против углекислотной коррозии примерно такая же, как и у ПЦ.

Морозостойкость ниже, чем у ПЦ. Поэтому его не рекомендуют для дорожного строительства. ШПЦ более жаростоек, чем ПЦ из-за низкого содержания Са(ОН)₂.

Алюминатные цементы

Глиноземистым цементом – называется цемент, полученный тонким измельчением клинкера, изготовленного расплавлением или спеканием сырьевой смеси, состоящей из известняков и бокситов, которые обеспечивают преобладание в цементе низкоосновных алюминатов кальция.

Глиноземистый цемент – наиболее дорогой вид вяжущего, т.к. для его производства используют бокситы (алюминиевая пудра), хотя часто используют и шлаки, полученные при производстве алюминия.

Химический состав: СаО – 40%, SiO₂ – 10%, Al₂O₃ – 40%, Fe₂O₃ – 10%.

Минералогический состав: Алюминаты кальция различной основности.

Свойства ГЦ. ГЦ является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим. Начало схватывания не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч.

ГЦ выпускается марок 400, 500, 600. Примерно через 5-6 ч прочность может достигнуть 30% марочной, а через 24 ч после затворения до 90% и выше.

Марка ГЦ определяется по величине предела прочности при сжатии половинок балочек 4*4*16 см из раствора Ц:П 1:3 в возрасте 3 сут. Высокая экзотермия.

Тонкость помола: остаток на сите 008 не более 10%.

ГЦ и бетона на его основе нельзя подвергать тепловой обработке.

Бетоны на ГЦ устойчивы ко всем видам коррозии, морозостоек, воздухостоек, но разрушается в щелочных водах. ГЦ стоек при температуре 1200-1400⁰С и выше, что позволяет получить жаростойкий бетон.

Применение: срочные ремонтные работы, жаростойкий бетон.

Расширяющийся цемент – гидравлическое вяжущее специального состава, которое при твердении в воде увеличивается в объеме, а на воздухе остается безусадочным или расширяется.

Получают смешивая ГЦ, гипс и 4CaOAl2O36H2O в зависимости от соотношения получают безусадочные или расширяющиеся.

Применяют для заделки трещин, метро и т.д.

Бетоны и изделия из них

Бетон – это искусственный каменный материал, поучаемый в результате формирования и твердения правильно и рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего, воды, заполнителей и специальных добавок.

Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные эксплуатационные свойства (прочность, морозостойкость и т.д.)

Классификация бетонов:

По средней плотности бетоны подразделяются:

1) особо тяжелые > 2500 кг/м³, их изготавливают на особо тяжелых заполнителях (магнетит, барит, чугунный скрап и др.). Их применяют для специальных защитных сооружений;

2) тяжелые = 2200-2500 кг/м³ – на песке, гравии, щебне, из плотных горных пород. Применяют в несущих конструкциях;

3) облегченные = 1800-2200 кг/м³ – так же для несущих конструкций, но работающих при меньшей нагрузке;

4) легкие = 500-1800 кг/м³:

а) легкие бетоны на пористых заполнителях = 1000-1800 кг/м³;

б) ячеистые бетоны = 500-1000 кг/м³ – газо- и пенобетон, получаемые из смеси вяжущего и тонкомолотого кремнеземистого компонента;

в) крупнопористые (беспесчаные) на пористом крупном заполнителе;

5) особо легкие < 500 кг/м³. Применяют в самонесущих конструкциях и как ТИМ.

По виду вяжущего:

1) цементные;

2) силикатные (на известково-кремнеземистом вяжущем);

3) гипсовые;

4) на смешанных вяжущих (известково-цементные и т.д.);

5) на специальных вяжущих (органических, неорганических).

По виду заполнителя:

1) на плотных заполнителях;

2) на пористых;

3) на специальных, отвечающих специальным требованиям (защита от излучения, жаростойкие, химически стойкие).

Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Бетонная смесь при надлежаще обработке позволяет формовать изделия оптимальной формы. Бетон долговечен, огнестоек, его характеристики можно изменять в широких пределах и получать материал с заданными свойствами. Недостаток бетона, как и любого каменного материала, это низкая прочность на растяжение примерно а 10-15 раз ниже, чем при сжатии. Этот недостаток устраняют, используя железобетон.

Материалы для приготовления бетона

Любой вид вяжущего чаще всего цемент. Марку цемента назначают в зависимости от проектной марки бетона. Обычно марка цемента в 1-1,5 раза выше, чем марка бетона.

Мелкий заполнитель. В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона применяют песок, состоящий из зерен размером от 0,16 до 5 мм и средней плотностью 1800 кг/м³. Для приготовления тяжелых бетонов пригодны речные, овражные пески, а также пески, полученные дроблением твердых горных пород.

Качество песка определяется его минералогическим составов и содержанием вредных примесей.

Песок должен состоять из зерен различных размеров (фракций). Зерновой состав определяют рассевом высушенной до постоянной массы пробы 1 кг через набор стандартных сит с отверстиями 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм и вычисляют частные и полные остатки: и .

Зерновой состав можно представить графически и сравнить с областью допустимых пределов колебаний зернового состава, или используют показатель модуль крупности:

М_К = (А_2,5 + … + А_0,16)/100.

В зависимости от модуля крупности песок подразделяется: крупный М_К > 2,5; средний М_К = 2-2,5; мелкий М_К = 1,5-2 и очень мелкий М_К = 1-1,5.

Для бетонов рекомендуется применять крупный, средний и мелкий песок.

Содержание в песке зерен, проходящих через сито 0,16, не должно быть более 10% по массе, при этом количество пылевидных, илистых и глинистых частиц определяется отмучиванием, их не должно быть более 0,1-0,5%, т.к. глина набухает при увлажнении, тем более в песке не должно быть комков глины. Очистку песка осуществляют промывкой.

Крупный заполнитель. В его качестве применяют гравий и щебень, размеры зерна крупного заполнителя 5-70 мм. При бетонировании массивных конструкций можно применять щебень крупностью до 150 мм.

Зерна гравия имеют окатанную форму и гладкую поверхность. Обычно гравий содержит песок, глину, пыль и другие вредные примеси.

Щебень получают дроблением горных пород, и их зерна имеют угловатую форму (идеальная форма – куб). Более шероховатая поверхность способствует лучшему сцеплению с цементным камнем, поэтому для бетонов марок выше 300 обычно применяют щебень.

Качество крупного заполнителя определяется минералогическим составом исходной горной породы, зерновым составом, формой зерен и содержанием вредных примесей.

Прочность горной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии должна быть в 1,5-2 раза выше прочности бетона. Прочность крупного заполнителя определяется путем раздавливания в цилиндре.

По дробимости щебень имеет марки 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400.

Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать получение проектной марки бетона по морозостойкости.

Зерновой состав крупного заполнителя устанавливают с учетом Д_НАИБ и Д_НАИМ размеров щебня и гравия. За наибольший диаметр принимается диаметр верхнего сита, полный остаток на котором не превышает 5%.

Наименьшая крупность соответствует размеру отверстия сита, полный остаток на котором не менее 95%.

В зависимости от крупности зерен щебень и гравий подразделяют на 4 фракции: 5-10, 10-20, 20-40, 40-70 мм. Крупный заполнитель может поступать в смесь 2-х и более фракций.

Содержание пылевидных, глинистых и илистых примесей допускается: в щебне из изверженных и метаморфических пород для марок свыше 600 – 1%; щебень из осадочных пород марок 600-1200 – 2%; щебень из осадочных пород марок 200-400 – 3%.

Содержание глины в комках для щебня марок свыше 400 не более 0,25% и для марок 200-300 – 0,5%.

Водопотребность является важной технологической характеристикой заполнителя.

Вода, применяемая для затворения бетонной смеси и поливки бетона, не должна содержать вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению вяжущего. Для затворения пригодна питьевая вода, а также природная, имеющая рН не менее 4 и содержащая не более 5000мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более 2700 мг/л в пересчете на SO₃.

Свойства бетонной смеси

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения.

Независимо от бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям:

1) обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения;

2) сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении.

Технические свойства бетонной смеси

Удобоукладываемость – способность заполнять форму при данном способе укладки и уплотнения, сохраняя однородность. Для ее оценки используют:

1) подвижность, являющуюся структурной прочностью смеси и характеризующуюся осадкой конуса (в см), отформованного из бетонной смеси. По подвижности бетонную смесь делят: П1 = 1-4 см, П2 = 5-9 см, П3 = 10-15 см, П4 > 15 см. Если осадка конуса равна нулю – это жесткие смеси;

2) жесткость – динамическая вязкость бетонной смеси. Она характеризуется временем (с) от начала вибрирования предварительно отформованного конуса или цилиндра до появления цементного молока в 2-х их 6 отверстий диаметром 5 мм на специальном приборе.

3) Связность характеризуется водоотделением после ее отстаивания и обуславливает однородность. Очень важно сохранять связность (однородность) при перевозке, укладке в форму и уплотнении.. Для борьбы с расслаиваемостью используют: применение ПАВ, повышение водоудерживающей способности бетонной смеси при помощи правильного зернового состава.

Пластификация бетонной смеси осуществляется с помощью химических веществ: ПАВ и других. Разработаны суперпластификаторы С-3 и т.д., которые сильно повышают подвижность.

Основной закон прочности бетона

Закон прочности бетона устанавливает зависимость прочности от качества применяемых материалов и пористости бетона. Прочность вяжущего характеризуется его маркой, пористость косвенно определяется В/Ц. Прочность плотно уложенного бетона прямо пропорциональна прочности цемента и обратно пропорциональны В/Ц:

На основе этих исследований была выведена формула Баламея-Скрамтаева для предварительного расчета прочности бетона:

для обычных бетонов (с Ц/В < 2,5)

R_Б = АR_Ц(Ц/В – 0,5),

Для высокопрочных (Ц/В > 2,5)

R_Б = А₁R_Ц(Ц/В + 0,5).

При высококачественных материалах А = 0,65, А₁ = 0,43; рядовых – А = 0,6, А₁ = 0,4; пониженного – А = 0,55.

Факторы, влияющие на прочность бетона

1) плотность и строение бетона;

2) прочность крупного заполнителя;

3) форма зерен крупного заполнителя, наличие лещадных и игловидных зерен снижает прочность;

4) характер поверхности крупного заполнителя (гладкая имеет меньшую адгезию к цементному камню, чем шероховатая);

5) цементно-водное отношение (т.е. прочность цементного камня);

6) наличие пылевидных и глинистых частиц.

7) Активность вяжущего

Марка бетона – это предел прочности при сжатии образцов кубов с ребром 15 см возрасте 28 суток, твердевших в нормальных условиях при температуре 15-20 ± 2⁰С и влажности 90-100%. М = 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600. В связи с переходом на европейский стандарт в настоящее время пользуются понятием класс бетона.

Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие образцов кубов с ребром 15 см, твердевших 28 суток при t = 20 ± 2⁰С и влажности 90-100% с обеспеченностью 0,95.

Различают следующие классы В = 1, 1,5, 2, 2,5, 3,5, 5, 7,5, 10, 12,5 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60. Для перехода от класса бетона к средней прочности при нормативном коэффициенте вариации 13,5% следует применять формулу: R_Б = В/0,778.