Загрузка...Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся для чего
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент — быстротвер-деющее гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким измельчением высокоглиноземистых клинкера или шлака и природного двуводного гипса или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Гипсоглиноземистый цемент обладает свойством расширения при твердении в воде; при твердении на воздухе он проявляет безусадочные свойства. [1]
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент имеет начало схватывания не ранее 20 мин и конец схватывания не позднее 4 ч от начала затворения, что выгодно отличает его от водонепроницаемого расширяющегося цемента. При необходимости могут использоваться замедлители сроков схватывания — ССБ, бура, уксусная кислота и другие добавки. Линейное расширение твердеющего цемента в состоянии теста нормальной густоты составляет при водно-воздушном твердении не менее 0 1 %, а при водном твердении — не менее 0 15 % через одни сутки. Указанные марки соответствуют трехдневному возрасту этого цемента. [2]
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент должен удовлетворять следующим основным требованиям: начало схватывания — не ранее 20 мин, конец схватывания — не позднее 4 ч после затво-рения. При просеивании через сито № 008 должно проходить не менее 90 % от массы пробы. [3]
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент медленнее схватывается, чем ВРЦ. В составе глиноземистой части вяжущего вещества должен преобладать моноалюминат кальция, а содержание высокоосновных алюминатов кальция должно быть минимальным. [4]
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент ( ГГРЦ) ( ГОСТ 11052 — 74) получают путем смешивания тонко-измельченных высокоглиноземистых доменных шлаков и природного гипса. [5]
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент [ 14] получают совместным помолом глиноземистого цемента и двуводного гипса при соотношении 0 7: 0 3 по массе. Марки цемента М400 и М500 определяются по ГОСТ 310.4 — 76 в возрасте трех суток. [7]
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент характеризуется высокой прочностью сцепления: прочность сцепления нового бетона на этом цементе со старым R 20 — 25 раз выше, чем у бетонов на портландцементе. [8]
НИИЦементом предложен гипсоглиноземистый расширяющийся цемент , приготовляемый из глиноземистого цемента путем смешения или совместного помола с природным двуводным гипсом. Этот цемент по прочности соответствует глиноземистому цементу и характеризуется хорошей водонепроницаемостью. [9]
Караев ( 58 ] установил, что в отличие от портландцемента гипсоглиноземистый расширяющийся цемент недостаточно защищает сталь от коррозии в зоне периодического смачивания морской водой и даже в воздушно-сухих условиях. [10]
Заимствованная из его работы [38] табл. И, показывает, что в отличие от портландцемента гипсоглиноземистый расширяющийся цемент недостаточно защищает сталь от коррозии в зоне периодического смачивания морской водой. Более того, коррозия стали под этим покрытием происходит даже в воздушно-сухих условиях. [12]
Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся для чего
Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, в составе которого преобладают алюминаты кальция.
Сырьем для производства глиноземистого цемента служат известняки и породы с высоким содержанием глинозема — бокситы. Иногда вместо известняка используют известь. Сырьевую смесь расплавляют при температуре 1500 °С в вагранках, конвертерах, электрических печах. Реже применяют обжиг до частичного плавления (спекания) сырьевой смеси при температуре около 1300 °С. Полученный клинкер охлаждают и размалывают в порошок, как и при производстве портландцемента. Глиноземистый клинкер гораздо тверже клинкера портландцемента и поэтому труднее размалывается, требует большого расхода электроэнергии. Это является одной из основных причин более высокой стоимости глиноземистого цемента (он в несколько раз дороже портландцемента).
Минеральный состав глиноземистого цемента представлен алюминатами кальция, главным образом однокальциевым алюминатом Са0-А1203 (сокращенно СА), который оказывает решающее влияние на свойства цемента. Алюминаты кальция придают цементу способность быстро — за 12…24 ч приобретать высокую прочность.
После затворения водой тесто глиноземистого цемента довольно продолжительное время остается пластичным. Начал‘о схватывания цемента должно наступать не ранее чем через 30 мин, а конец — не позднее 12 ч от момента затворения.
Одна из отличительных особенностей глиноземистого цемента — очень быстрое твердение, которое практически завершается через трое суток. К этому сроку и определяют его марку. Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600. Через одни сутки твердения прочность образцов глиноземистого цемента достигает 55…60% марочной. Следовательно, глиноземистый цемент является быстротвердеющим.
В процессе твердения глиноземистый цемент выделяет за короткий период большое количество теплоты. Это явление полезно при зимних бетонных работах, но нежелательно при бетонировании массивных конструкций.
При более высокой температуре он перекристаллизуется в трехкальцие-вый гидроалюминат, выделяющийся в виде кристаллов кубической формы. Переход гидроалюмината из одной формы в другую сопровождается изменением объема и поэтому вызывает в цементном камне большие внутренние напряжения, приводящие к образованию микротрещин. В результате повышение температуры окружающей среды, особенно в первые часы твердения, не увеличивает, а уменьшает (почти в 2 раза) прочность бетона на глиноземистом цементе. Вот почему такой бетон нельзя подвергать пропариванию.
В процессе твердения глиноземистый цемент связывает 30… 45% воды (считая от массы цемента), т. е. примерно в 2 раза больше, чем пЬртландцемент. Поэтому и плотность цементного камня глиноземистого цемента выше. В продуктах гидратации глиноземистого цемента нет гидроксида кальция Са(ОН)2. Благодаря этому бетон на глиноземистом цементе лучше противостоит коррозии в пресных и сульфатных водах, а также в слабых растворах многих минеральных и органических кислот.
Однако глиноземистый цемент разрушается даже слабыми растворами щелочей, поэтому его не рекомендуется смешивать с известью или портландцементом.
Способность глиноземистого цемента к быстрому твердению используют при аварийно-восстановительных работах. Глиноземистый цемент применяют для бетонных и железобетонных конструкций, работающих в агрессивной среде, иногда при зимнем бетонировании. В смеси с шамотом (обожженной огнеупорной глиной), хромовой рудой, магнезитом его используют для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, глиноземистый цемент входит в состав расширяющихся и безусадочных цементов.
Новые научные исследования показывают, что прочность бетона на глиноземистом цементе по прошествии нескольких десятилетий может резко снижаться, что приводит к разрушению конструкции. Это заставляет применять глиноземистый цемент с большой осторожностью.
Расширяющиеся цементы при твердении на воздухе обнаруживают не усадку, а набухание. Увеличение объема может достигать 0,5… 1%.
Обычные цементы в процессе твердения претерпевают усадку. Это вызывает образование усадочных трещин, особенно недопустимых в стыках сборных железобетонных элементов. Поэтому в конструкциях, работающих под давлением, например в резервуарах для хранения воды и других жидкостей, тюбингах для обделки тоннелей, заделывают швы расширяющимися или безусадочными цементами. Эффект расширения этих цементов обусловлен образованием гидросульфоалюмината кальция (эттрингита), который кристаллизуется и увеличивается в объеме. Известно несколько разновидностей расширяющихся цементов. В их состав всегда входят алюминаты и сульфаты кальция в различной форме.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент состоит из высокоглиноземистого клинкера или шлака и природного гипса. Это быстротвердеющее гидравлическое вяжущее. Начало схватывания цемента должно быть не ранее 10 мин, а конец — не позднее 4 ч от момента затворения. При твердении в воде гипсоглиноземистый цемент расширяется до 0,7% через трое суток. На воздухе он не дает усадки. Предел прочности при сжатии раствора на гипсоглиноземистом цементе не менее 28 МПа, марка по водонепроницаемости — не ниже W1. Его применяют при омоноличивании стыков сборных конструкций, сооружении вместилищ для хранения нефтепродуктов, устройстве гидроизоляционных штукатурок.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой композицию из глиноземистого цемента, гипса и четырехкальциевого гидроалюмината кальция. ВРЦ быстро схватывается — в течение 4… 10 мин. Его применяют для за-чеканки швов в тюбингах, гидроизоляции раструбов в трубах, заделки анкерных болтов, подливки под основания машин.
Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) состоит из тех же компонентов, что и ВРЦ, но гипса в нем меньше, а гидроалюмината кальция больше. ВБЦ быстро схватывается и твердеет, достигая к трем суткам 60…80% марочной прочности. Цементный камень обладает высокой водонепроницаемостью, выдерживая давление воды 0,7 МПа.
Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают при совместном измельчении клинкера портландцемента, глиноземистого шлака, гипса и гранулированного доменного шлака. Сроки схватывания РПЦ такие же, как у портландцемента, но твердеет он гораздо быстрее, особенно при пропаривании. Марки РПЦ по прочности 400, 500 и 600, водонепроницаемость — до 1,2 МПа. Применяют РПЦ в тех же случаях, что и другие расширяющиеся цементы. Использование его при изготовлении сборных железобетонных изделий особенно выгодно, так как сокращает время тепловой обработки до 4…6 ч и, следовательно, уменьшает расход электроэнергии, топлива и технологического пара.
Напрягающий цемент (НЦ) включает в себя портландцемент (65…75%), глиноземистый цемент (13…20%) и гипс (6…10%). Напрягающий цемент быстро твердеет, набирая через 1 сут примерно 30% марочной прочности. Предел прочности НЦ при сжатии через 28 сут нормального твердения должен быть не ниже 50 МПа.
Отличительная особенность этого цемента — большая энергия расширения, создающая самонапряжение в цементном камне до 3…4 МПа. Благодаря этому в процессе расширения НЦ возникает предварительное напряжение в арматуре, которое не зависит от ее расположения в железобетонной конструкции.
Напрягающий цемент подразделяют по развиваемой энергии самонапряжения на марки НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6. Энергию самонапряжения условно выражают в МПа.
Железобетонные конструкции, изготовленные с применением НЦ, отличаются повышенной трещиностойкостью. Поэтому НЦ часто используют при возведении подводных и подземных напорных сооружений, в конструкциях резервуаров для хранения жидкостей и газов.
От гипсоглиноземистого расширяющегося цемента к напрягающему цементу. Изменение кинетики расширения
Приведен состав, основные свойства и сферы применения двух основных типов расширяющихся вяжущих, исторически получивших наибольшее распространение в России: гипсоглиноземистого расширяющегося цемента и напрягающего цемента В.В. Михайлова. Рассмотрена кинетика расширения вяжущих в диапазоне от гипсоглиноземистого расширяющегося цемента к напрягающему цементу. Показана роль извести как добавки и как продукта гидратации портландцемента в процессе расширения. Рассмотрены негативные последствия избытка извести. Предложены критерии оптимизации кинетики расширения, направленные на получение проектного расширения в возрасте до 10 дней без внесения дополнительных химических добавок.
Ключевые слова: гипсоглиноземистый расширяющийся цемент, напрягающий цемент, кинетика расширения, известь
05.23.05 — Строительные материалы и изделия
В ХХ веке в нашей стране получили распространение два основных типа расширяющихся вяжущих: гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ) и напрягающий цемент В.В. Михайлова (НЦ).
Как известно, ГГРЦ [1, 2] состоит из глиноземистого клинкера (ГЦ) и гипсового камня, молотых совместно в пропорции 70:30, что обеспечивает компенсацию усадки или даже незначительное расширение. Кроме того ГГРЦ обладает такими положительными свойствами как высокая водонепроницаемость и скорость твердения. Однако, для получения самонапряжения в железобетонных конструкциях ГГРЦ, как правило, не применяется. Сферой его применения ограничивается в основном устройством водонепроницаемых конструкций и заделкой всевозможных щелей и трещин, что вызвано кроме всего прочего высокой стоимостью основного компонента — глиноземистого клинкера.
Основным материалом для получения самонапряженных железобетонных конструкций исторически служит НЦ В.В. Михайлова [3 — 8], состоящий из портландцементного клинкера (ПЦ) и расширяющей добавки (РД) в пропорции примерно 75:25. РД аналогична по составу ГГРЦ при несколько меньшем содержании глиноземистого клинкера и возможном содержании извести до 2%. В отличие от ГГРЦ, расширение которого происходит в основном в пределах первых трех суток, длительность процесса расширения НЦ может очень сильно варьироваться в зависимости от состава. При сохранении пропорции компонентов РД, аналогичной пропорции компонентов ГГРЦ, расширение НЦ может происходить достаточно быстро, но оставаться в пределах 0,1-0,2%. В тоже время попытки увеличить итоговое значение относительного расширения, заключающиеся в некотором смещении массового отношения компонентов РД в сторону увеличения доли гипса или внесения до 2 % извести приводят к затягиванию процессов расширения и достижения проектных величин за пределами возраста 28 суток при отсутствии возможности ТВО.
В тоже время за рубежом уже очень давно применяются расширяющиеся и напрягающие сульфоалюминатные вяжущие [9, 10], состав которых по существу отличается от состава ГГРЦ лишь наличием извести. Это еще раз подтверждает, что именно известь, образующаяся как продукт гидратации ПЦ или вносимая в чистом виде, отвечает за активизацию процесса расширения РД. К сожалению, избыток извести, способный при характерном для НЦ содержании РД оказывать некоторый положительный эффект в виде увеличения итоговой величины расширения приводит не только к затягиванию этих процессов[5], но и к снижению итоговой прочности цементного камня.
Соответственно на ряду с поисками механизма нейтрализации избыточной извести в НЦ [4,5,6], позволяющего с одной стороны затормозить процессы расширения до формирования минимально прочности цементного камня для восприятия внутреннего распора, а с другой ограничить их развитие марочным возрастом, возникает проблема поиска диапазона оптимального массового отношения ПЦ и РД с точки зрения получения проектного расширения в первые дни твердения. Так изменение пропорции между глиноземистым клинкером и гипсовым камнем до верхней границы диапазона, характерного для РД НЦ (путем уменьшения содержания ГЦ при сохранении его избытка) без добавки ПЦ приводит к замедлению набора прочности и избыточному расширению вплоть до саморазрушения.
В тоже время из рис. 1 очевидно, что действуя как ускоритель твердения, небольшое количество извести 2-4% стабилизирует систему «ГЦ + гипсовый камень», обеспечивая набор некоторого минимума прочности для восприятия внутреннего распора от образования эттрингита. Дальнейшее увеличение доли извести в системе приводило к активизации процессов расширения после погружения образцов в воду, что при отсутствии сдерживающей матрицы в виде продуктов гидратации ПЦ являлось причиной разрушения. До погружения образцов в воду четко прослеживался эффект ускорения схватывания и твердения с увеличением дозировки извести.
Рис.1. Влияние массовой доли извести на кинетику расширения гипсоглиноземистого вяжущего начиная с момента распалубки и погружения образцов в воду при соотношении масс ГЦ и гипсового камня 65:35.
Соответственно представляется логичным ввести нижний порог диапазона отношения масс ПЦ:РД из условия выделения в процессе гидратации ПЦ количества извести необходимого для стабилизации набора прочности РД, чтобы РД не являлась лишь источником исходных продуктов для образования эттрингита, но и вносила соответствующий вклад в набор прочности системы. Исходя из аналогичных побуждений, следует определять и верхний порог рассматриваемого диапазона, чтобы образование извести при гидратации минералов ПЦ не было избыточным и образование эттрингита не носило выраженный деструктивный характер для всей системы.
При подобном подходе следует учитывать, что количество и интенсивность выделения извести при гидратации ПЦ зависят от содержания основных минералов, таких как алит и белит, и будут индивидуальны для ПЦ различных заводов. Соответственно при стремлении к удешевлению продукта, т.е. минимизации массовой доли ГЦ как компонента РД в его составе следует предпочесть ПЦ с пониженным содержанием алита.
Достижение верхнего порога диапазона отношения масс ПЦ:РД при очень четко прослеживается по изменению характера кинетики расширения композиции (рис.2).
Рис.2. Влияние массовой доли ПЦ (завод «Пролетарий» в НЦ и пропорции компонентов РД (глиноземистого цемента Isidac-40 (ГЦ) и двуводного гипса (Г) ГЦ:Г 65:35 до 46:54): а) НЦ-1-1 – НЦ1-4: при доле ПЦ от 15% до 40% составы обладали минимальным сроком расширения с четкой последующей стабилизацией, б) НЦ2-1, НЦ-2-2: при доле ПЦ от 40% до 67% большая часть составов имела значительно более длительный срок расширения, в) НЦ3-1: при доле ПЦ 67% и более многие составы показали обратную кривизну графика расширения при длительном деформировании.
Для приведенного примера, очевидно, что доведение уровня содержания ПЦ до 67% и более может представлять определенную опасность при неконтролируемом увлажнении системы за пределами марочного возраста. Соответственно при проектировании составов, способных достигать проектную величину расширения в возрасте до 10 суток с последующей стабилизацией собственных деформаций наиболее простым способом является ограничение уровня содержания ПЦ завода «Пролетарий» на уровне 15-40% с поправкой на конкретную пропорцию масс компонентов РД. Очевидно, что использование данного цемента не позволяет минимизировать расход ГЦ для поставленных целей без дополнительных усилий по физико-химическому регулированию процессов расширения.
Тем не менее, составы, описанные выше обладают большей экономической эффективностью, чем гипсоглиноземистое вяжущее с добавкой извести, а их собственные деформации носят более предсказуемый характер вследствие меньшего влияния погрешности дозировки компонентов.
Литература:
- Виноградова Е.В. Высокопрочный быстротвердеющий бетон с компенсированной усадкой: Дисс. . канд. техн. наук: 05.23.05. – Ростов-на-Дону, 2006. — 216 с.
- ГОСТ 11052-74. Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся [Электронный ресурс] //http://www.gosthelp.ru/gost/gost17086.html (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.
- Моргун. В.Н. Роль расширяющих добавок в управлении свойствами пенобетонов [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2009, №3. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n3y2008/90 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.
- Резван И.В. Самоуплотняющийся высокопрочный напрягающий бетон для трубо-бетонных колонн // Строительные материалы. – 2012. – № 6. – С. 60 — 62.
- Резван И.В., Резван А.В. О возможности физико-химического регулирования кинетики самонапряжения НЦ [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4, часть 1. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1128 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.
- Резван И.В. Трубобетонные колонны из высокопрочного самоуплотняющегося напрягающего бетона: Дисс. . канд. техн. наук: 05.23.05, 05.23.01. – Ростов-на-Дону, 2012. — 203 с.
- ТУ 5734-072-46854090-98. Цемент напрягающий[Электронный ресурс] //http://www.gosthelp.ru/gost/gost17086.html (доступ платный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.
- Чмель Г.В. Модифицирование расширяющихся вяжущих веществ с целью управления собственными деформациями и прочностью бетонов: Дисс. . канд. техн. наук: 05.23.05. – Ростов-на-Дону, 2004. — 179 с.
- Matusumoto S. Expansive Additive for Cement. CEER (May 1970) P. 220
- Yan Fu, Jian Ding, J.J. Beaudoin. Expansion characteristics of a compounded-expansive additive and pre-hydrated high alumina cement based expansive additive // Cement and Concrete Research, Volume 25, Issue 6, August 1995.- P. 1295-1304
