Цветные портландцементы (желтый, розовый, красный и др.) получают совместным помолом белого клинкера с соответствующими стойкими минеральными пигментами

Белые и цветные цементы применяются для индустриальной отделки стеновых панелей, при изготовлении лестничных ступеней, цементно-бетонных покрытий площадей и для архитектурно-художественного оформления зданий и сооружений.

Цементы для строительных растворов

(кладочные цементы)

Изготавливают совместным помолом клинкера и минеральных добавок, взятых примерно в равных количествах или в соотношении до 30% клинкера и 70% добавок. При помоле могут вводиться пластификаторы.

Получаются низкомарочные цементы (активность в 2-3 раза меньше портландцемента), прочность которых достаточна для кладочных и штукатурных работ. Основное достоинство – экономия дорогого клинкера и в результате низкая стоимость таких цементов.

16. Глиноземистый цемент – это быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция.

Для получения клинкера глинозёмистого цемента сырьевую смесь, составленную из известняка CaCO₃ и боксита Al₂O₃×nH₂O подвергают спеканию (температура около 1300^oC) или плавлению (1400^oC).

Трудность помола клинкера (требуются большие энергозатраты), а также ценность бокситов обуславливают высокую стоимость глинозёмистого цемента и ограничивают его выпуск.

Глинозёмистый цемент обладает высокой прочностью, если он твердеет при умеренной температуре (не более 25^oC), поэтому его нельзя применять для бетонирования массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке.

В процессе твердения глинозёмистого цемента образуется высокопрочное вещество – двухкальциевый гидроалюминат:

2(CaO×Al₂O₃) + 11H₂O = 2CaO×Al₂O₃×8H₂O + 2 Al(OH)₃.

Глинозёмистый цемент обладает очень быстрым твердением. Марки глинозёмистого цемента устанавливаются по результатам испытаний образцов трехсуточного возраста и имеют значения 400, 500 и 600. Уже через 1 сутки прочность на сжатие превышает половину марочного значения. При этом глинозёмистый цемент обладает нормальными сроками схватывания: начало – не ранее чем через 30 минут, а конец – не позднее чем через 12 часов после затворения. Тепловыделение глинозёмистого цемента при твердении в 1,5 больше, чем у портландцемента (250 – 370 кДж/кг).

В продуктах гидратации глинозёмистого цемента не содержится Ca(ОН)₂ и трехкальциевого шестиводного гидроалюмината (если температура твердения не превышает 25^oC), поэтому бетон на глинозёмистом цементе обладает высокой коррозионной стойкостью в сульфатной, морской и углекислой водах. Однако сильные кислоты и концентрированные растворы щелочей могут разрушить этот цемент.

Глинозёмистый цемент обычно применяют в специальных сооружениях, при быстрых ремонтных и монтажных работах, для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, он входит в состав многих разновидностей расширяющихся цементов.

17. В зависимости от исходных материалов можно выделить следующие группы вяжущих автоклавного твердения:

Силикатные, изготовляемые из сырьевой смеси, содержащей известь (гашеную или молотую негашеную) и кварцевый песок, образующие силикаты кальция в процессе автоклавной обработки;

Шлаковые, изготовляемые с использованием металлургических или топливных шлаков в качестве кремнеземистого компонента;

Зольные, приготовляемые с использованием золы от сжигания угля, сланцев, торфа;

Вяжущие, изготовляемые с использованием отходов химической и горнодобывающей промышленности.

Каждое из указанных вяжущих содержит две главные части: кремнеземистый компонент (SiO₂ в кристаллической или аморфной форме) и известь. Для регулирования процесса структурирования могут вводиться различные добавки.

Вяжущие автоклавного твердения применяют для изготовления разнообразных материалов: плотных (силикатный бетон, силикатный кирпич) – для конструкционных элементов, пористых (газосиликат, пеносиликат) – для теплоизоляционных элементов.

Использование промышленных отходов, не требующих обжига, для бесцементных вяжущих материалов дает возможность экономить топливо и энергию, снижает себестоимость и решает ряд экологических проблем.

18. Дегтебитумные материалы. Это смеси каменноугольных дегтепродуктов или сланцевых дегтей с нефтяными битумами.

Дегтебитумные рулонные материалы ДБ изготовляют про­питкой кровельного картона дегтепродуктами с последующим покрытием с обеих сторон нефтяным битумом.

Дегтебитумные материалы применяют для многослойных плоских, совмещенных и водоналивных кровельных покрытий, для оклеечной гидро- и пароизоляции.

19. Асфальтовый бетон (асфальтобетон) - искусственный строи­тельный материал, получаемый в результате отвердевания уплотненной асфальтобетонной массы, состоящей из рационально подобранных по качеству и тщательно перемешанных компо­нентов: щебня (гравия), песка, минерального порошка и битума

Асфальтобетон без крупного заполнителя (щебня) называют пес­чаным асфальтом, или асфальтовым раствором.

Асфальтобетоны и растворы являются разновидностями ис­кусственных строительных материалов и относятся к группе безобжиговых материалов, получаемых на основе органических вяжущих веществ. К основным классификационным признакам асфальтобето­нов относят разновидность крупного заполнителя, вязкость битумов, размеры зерен щебня или гравия, структурные пара­метры, производственное назначение и др.

С повышением температуры прочность уменьшается.

Асфальтобетон должен обладать определенной прочностью на сдвиг. Недостаточная сдвигоустойчивость приводит к образованию волн на покрытии в результате торможения автомобилей.

На долговечность асфальтобетона оказывает влияние его пористость. В зависимости от марки асфальтобетона она долж­на быть от 2,5 до 4,5%. При воздействии воды может происходить разрушение ас­фальтобетона. Водостойкость характеризуется водонасыщением, набуханием и коэффициентом водостойкости. Коэффициент водостойкости (коэффициент размягчения) дол­жен быть не менее 0,6-0,85.

Износостойкость характеризуется потерей массы при воздей­ствии истирающих усилий на образец. Горячий асфальтобетон при его эксплуатации в городских условиях изнашивается на 0,2-1,5 мм в год.

Асфаль­тобетонные смеси приготавливают на стационарных или вре­менных асфальтобетонных заводах. Технология приготовления асфальтобетонной смеси вклю­чает приемку материалов из транспортных средств, дозировку, сушку и нагрев щебня и песка, приготовление и выдачу асфаль­тобетонной смеси.

Транспортировка асфальтобетонной смеси к месту укладки производится автомобилями-самосвалами. Укладка дорожного покрытия выполняется на подготовленное основание тонкими слоями толщиной 30-60 мм с последующим уплотнением мотор­ными катками массой 5-14 т или вибромоторными катками мас­сой 0,5-4,5 т.

20. Бетоны – это искусственные каменные материалы, полученные в результате затвердевания смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителя, а также, при необходимости, специальных добавок. До затвердевания эта смесь называется бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей.

Заполнители (песок, гравий, щебень) являются инертными составляющими и в большинстве случаев не вступают в химическое соединение с цементом и водой. Эти материалы образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, вызываемую усадкой цементного камня при твердении. В легких бетонах пористые заполнители уменьшают плотность и теплопроводность бетона.

Для приготовления заполнителей используют преимущественно местные горные породы и отходы производств (шлаки и др.). Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, так как доля заполнителей составляет ~85% массы бетона.

21. Классификация бетонов

Бетоны классифицируют по следующим признакам: по плотности, основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей и структуре.

Основную классификацию производят по плотности:

особо тяжелый (ρ_m > 2600кг/м³), содержит такие тяжелые заполнители, как стальные опилки, железные руды или барит (баритовый бетон), обрезки проката и т. д.;

тяжелый (обычный) (ρ_m = 2100 – 2600 кг/м³), содержит плотные заполнители (кварцевый песок, щебень, гравий из плотных горных пород); это самый распространенный вид бетона;

облегченный (ρ_m = 1800 – 2100 кг/м³), содержащий пористые заполнители, например, кирпичный щебень;

легкий (ρ_m = 1200 – 1800 кг/м³), содержащий очень пористые заполнители (шлак, пемзу, туф и т.п.);

особо легкий (ρ_m < 1200 кг/м³), бетон очень пористый, ячеистый (пенобетон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполнителями.

По виду вяжущего бетоны подразделяются на цементный, цементно-полимерный, силикатный (на извести), шлакощелочной и др.

По виду заполнителей: бетон на плотных, пористых или специальных заполнителях.

По структуре: плотной, поризованной, ячеистой и крупнопористой структуры.

По основному назначению: обычный - для железобетонных конструкций типа фундаментов, колонн, балок, перекрытий, мостов и т. п.; гидротехнический - для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений и др.; бетон для стен зданий (главным образом, легкий бетон) и легких перекрытий; теплоизоляционный особо легкий (пено- и газобетон); бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий; специального назначения, например жароупорный, кислотоупорный, непроницаемый для гамма-лучей и др.

Основные требования к бетонам

В зависимости от назначения, бетон должен удовлетворять следующим требованиям:

бетон для обычных железобетонных конструкций должен иметь заданную прочность (главным образом, при сжатии), а для сооружений, эксплуатируемых при отрицательных температурах, важна морозостойкость;

бетон для гидротехнических сооружений должен обладать высокой плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, достаточной прочностью, малой усадкой, малым выделением теплоты при твердении, стойкостью против выщелачивания и действия минерализованных вод;

бетон для стен отапливаемых зданий и легких перекрытий должен иметь небольшую плотность и теплопроводность, прочность в соответствии с расчетом;

бетон для полов должен характеризоваться малой изнашиваемостью и достаточной прочностью на изгиб, а бетон для дорожных и аэродромных покрытий - также и морозостойкостью.

Кроме того, ко всем бетонам и бетонным смесям предъявляются следующие общие требования:

до затвердевания бетонная смесь должна легко перемешиваться, транспортироваться и укладываться (т.е. обладать подвижностью и удобоукладываемостью), смесь не должна расслаиваться;

бетон должен иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками;

расход цемента должен быть минимальным;

22. Выбор цемента для бетона

При выборе цемента для бетона учитывают требования, предъявляемые к бетону (прочность, морозостойкость, химическая стойкость и др.), а также технологию изготовления изделий.

Марку цемента рекомендуется выбирать в зависимости от проектной прочности бетона при сжатии

На практике наиболее широко применяется портландцемент марок 400 и 500. Приготовление бетона с использованием более высокой марки цемента дает его экономию в среднем на 10 – 15 % при повышении марки цемента на 100 кг/см².

Для изготовления морозостойких бетонов, а также бетонов, подвергающихся сульфатной коррозии, рекомендуется применять сульфатостойкий портландцемент.

Для сборных изделий и конструкций рекомендуется применять цемент с повышенным содержанием С₃S и С₃А, обеспечивающие быстрое твердение в условиях тепловлажностной обработки, применяемой на заводах сборного железобетона для ускорения твердения цемента.

Вода для приготовления бетонной смеси

Для приготовления бетонной смеси обычно используют водопроводную питьевую воду. Вода не должна быть кислой, не должна содержать сульфатов больше 2700 мг/л и всех солей более 5000 мг/л.

Сточные воды, содержащие жиры, растительные масла, сахар, кислоты и т. п., нельзя использовать для затворения бетона. Нельзя использовать болотную воду.

Морская и др. соленые воды, удовлетворяющие приведенным выше условиям, могут применяться для приготовления бетонной смеси, за исключением случаев бетонирования внутренних конструкций жилых и общественных зданий. В сомнительных случаях пригодность воды необходимо проверять сравнительными испытаниями бетонных образцов, изготовленных на данной воде и на обычной водопроводной.

23. Мелкие заполнители. В качестве мелких заполнителей для бетона применяются крупные, средние и мелкие пески, которые могут быть природными, дроблёнными и дроблёнными из отсевов, а также пески обогащенные и фракционированные. Размеры частиц песка составляют от 0,16 до 5 мм.

Природный песок представляет собой образовавшуюся в результате процессов выветривания горных пород рыхлую смесь зерен. Искусственный песок изготовляют путем дробления твердых горных пород, поэтому он гораздо дороже.

Чаще всего встречаются кварцевые пески, реже – полевошпатные, известняковые и др. Кварцевые пески пригодны для бетона любых марок. Другие виды песков должны быть проверены на прочность в растворе или бетоне, требуемой марки.

С точки зрения прочности бетона или раствора желательно применять чистый песок с остроугольными зернами, т.к. он лучше сцепляется с цементным камнем. Для очистки пески подвергаются промывке, но эта процедура сложна и дорога, поэтому обычно предпочитают использовать речной песок, который чище овражного и не содержит ракушек.

Для обычного бетона основные требования к природному песку следующие:

содержание глинистых, илистых и пылеватых частиц должно быть не более 3 % по массе (определяется методом отмучивания); глины в комках - не более 0,5 %; зерен размером 5 … 10 мм - не более 10 %, размером более 10 мм - не более 0,5 %;

содержание органических примесей допускается в очень не большом количестве (определяется колориметрическим методом);

зерновой состав, определяемый просеиванием пробы песка через стандартный набор сит, должен соответствовать рекомендациям ГОСТа. Кривая гранулометрического состава должна попадать в зону допускаемых для бетона песков (М_к от 1,5 до 3,25).

Для бетона высоких марок наиболее пригоден в основном крупный песок (М_к от 2,5 до 3,0), содержащий достаточное количество средних и мелких зерен, при этом достигается одновременно малый объем пустот и небольшая удельная поверхность песка, благодаря чему экономится цемент.

24. Крупные заполнители. В качестве крупного заполнителя для бетона применяют щебень, гравий и щебень из гравия. Размеры зерен крупного заполнителя составляют 5…120 мм (для гидротехнического строительства - до 150 мм).

Выбор крупного заполнителя производят по зерновому составу, плотности, прочности, содержанию зерен слабых пород, содержанию зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, водопоглощению, морозостойкости, содержанию пылеватых и глинистых частиц и петрографическому составу, в том числе содержанию вредных примесей, включая органические примеси и потенциально реакционноспособные породы и минералы.

Щебнем называется материал, полученный в результате дробления камней из различных горных пород (гранит, диабаз, известняк и др.). Зерна щебня имеют остроугольную форму. Щебень чище гравия и обычно не содержит органических примесей.

Гравием называется материал, образовавшийся в результате естественного разрушения (выветривания) горных пород. Гравий состоит из более или менее окатанных зерен и обычно содержит примеси пыли, глины, песка и органических веществ.

Гравий имеет перед щебнем то преимущество, что встречается в природе в уже раздробленном состоянии, т.е. добыча его более дешева. Кроме того, благодаря окатанности зерен, бетонные смеси с использованием гравия имеют несколько большую подвижность, чем при использовании щебеня, при этом межзерновая пустотность оказывается меньшей.

К недостаткам гравия относятся более слабое сцепление его с цементным раствором при затвердевании, снижающее прочность бетона на 10…15 %, а также загрязненность примесями, вследствие чего часто требуется промывка гравия.

Для высокопрочных бетонов лучше применять щебень. Для бетона невысоких марок (до М150 включительно) можно применять щебень из промышленных отходов: шлаков, кирпичного боя, дробленного бетона.