Свойства бетонной смеси Реологические свойства бетонной смеси

Гашение извести

Процесс гашения извести происходит по реакции:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + 65,1 кДж

Реакция гашения извести протекает бурно, с большим выделением тепла. Вода, проникая в глубину известковых зерен, вступает в химическое взаимодействие с СаО, и выделяющееся при этом тепло превращает воду в пар. Так как переход воды в пар сопровождается увеличением объема, создаются внутренние растягивающие напряжения в зернах извести, приводящие к их измельчению в тонкий порошок.

В зависимости от количества воды, взятой на гашение извести, получается известь-пушонка, или известковое тесто.

Известь гидратная (пушонка)

Известь гидратная (пушонка) представляет собой тонкодисперсный порошок белого цвета с плотностью 400…600 кг/м³. Для получения пушонки воды берут 70…100% от веса негашеной извести в зависимости от степени обжига, состава, качества извести и способа гашения. Оптимальное количество воды определяют опытным путем, так как недостаток или избыток ее отрицательно влияет на качество пушонки.

Готовят известь в пушонку главным образом на заводах в чашечных или барабанных гидраторах, внутри которых она перемешивается с водой лопастями (шнеком).

Известковое тесто

Известковое тесто получается в том случае, если воды берут в 3…4 раза больше, чем извести-кипелки. Объем известкового теста, так же как и объем пушонки, и 2…3,5 раза превышает объем исходной негашеной извести. Плотность известкового теста составляет 1300…1400 кг/м³.

Известковое тесто получают преимущественно на строительных площадках. Немеханизированным путем гасят известь в тесто в творильных ящиках с большим количеством воды. Затем известковое молоко выливают через сливное отверстие, закрытое сетками для задержания крупных непогасившихся частиц, в нижерасположенную яму. В яме тесто обезвоживается благодаря испарению и отсосу воды через деревянные стенки ямы в грунт.

В творильной яме известь выдерживают не менее 14 дней до полного гашения и получения пластичной тонкодисперсной массы. Известковое тесто обычно содержит около 50% воды. В последние годы почти на всех стройках известь гасят механизированным способом в известегасителях, где известь одновременно гасится, размалывается и перемешивается, причем значительно ускоряется гашение и не остается отходов.

На крупных известковых заводах имеются специальные установки, снабжающие стройки пушонкой, известковым тестом, молотой известью-кипелкой и готовыми известковыми растворами.

Твердение извести

Гашеная известь твердеет в результате испарения воды и кристаллизации гидроокиси кальция. Вследствие потери влаги мельчайшие частицы Са(ОН)₂, сближаясь между собой, образуют кристаллы, которые постепенно превращаются в прочный кристаллический сросток.

Упрочнению известкового теста способствует также карбонизация - процесс взаимодействия гидрата окиси кальция (в присутствии влаги) с углекислым газом, который всегда содержится в воздухе в небольших количествах (около 0,03 %):

Са(ОН)₂ + СО₂ + Н₂O = СаСО₃ + 2Н₂O

В результате этой химической реакции гидроокись кальция переходит в углекислый кальций, т. е. образуется снова то же вещество, которое было использовано для получения извести.

Твердеет гашеная известь очень медленно, и прочность известковых растворов невысокая.

Кристаллизация гидрата окиси кальция идет тем быстрее, чем интенсивнее испаряется влага; поэтому для твердения извести необходимо обеспечить благоприятные условия (положительная температура и низкая влажность окружающей среды).

Гидратационное твердение негашеной молотой извести приводит к быстрому обезвоживанию раствора и его более высокой прочности. В дальнейшем процесс твердения молотой негашеной извести развивается так же как и гашеной.

4. Основной вид химического анализа извести — определение содержания в ней суммы активных окиси кальция (CaO) и окиси магния (MgO). Это определение производят методом объемного химического анализа, так называемым титрованием.

Определение содержания в извести активных CaO и MgO. Если в извести содержится до 5% MgO, суммарное содержание активных CaO и MgO определяют следующим образом.

Растертую негашеную известь в количестве 0,8—1 г помещают в коническую колбу емкостью 250 мл, заливают 150 мл кипяченой дистиллированной воды и добавляют 15—20 стеклянных бус. Колбу закрывают стеклянной воронкой или часовым стеклом и нагревают в течение 5 мин, не доводя до кипения.

По остывании стенки колбы и часовое стекло смывают кипяченой дистиллированной водой, добавляют 2— 3 капли 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют при постоянном взбалтывании однонормальным раствором соляной кислоты до полного обесцвечивания содержимого колбы. Титрование считают оконченным, если по истечении 5 мин окрашивание не восстановится. Титрование следует производить медленно, добавляя кислоту по каплям.

5. Быстротвердеющим портландцементом называют цемент, который отличается от обычного портландцемента быстрым нарастанием прочности в начальные сроки твердения. В возрасте 1 суток предел прочности изделий на основе быстротвердеющего портландцемента в стандартных условиях на 17-23% выше прочности изделий из обычного портландцемента. Через 3 суток твердения достигается предел прочности при сжатии 250 кгс/см2 (25 МПа). Быстротвердеющий портландцемент имеет удельную поверхность 400-450 м2/кг.
Выпускают быстротвердеющий портландцемент марок M400 Д20Б и М500 Д20Б. Помимо высокопрочного портландцемента выпускают также быстротвердеющий шлакопортландцемент и особо быстротвердеющий портландцемент.
Увеличение тонкости помола высокопрочного портландцемента влечет за собой увеличение расходов на электроэнергию. Высокая прочность на ранних стадиях твердения высокопрочного портландцемента может быть достигнута увеличением содержания в клинкере силикатов и алюмосиликатов кальция, которые активно гидратируют в начальные сроки твердения, а также особой структурой клинкера. При помоле быстротвердеющего портландцемента добавляют больше гипса, чем в обычный цемент.

Быстротвердеющий портландцемент применятся в основном для конструкций из сборного железобетона, при изготовлении цементных и бетонных растворов. Применение быстротвердеющего портландцемента в кладочных работах позволяет избежать “сползания” уложенных рядов кирпича под собственным весом, в результате нет необходимости временно приостанавливать работу.

6. Пластифицированный портландцемент. При помоле обыкновенного портландцемента с введением пластифицирующих поверхностно-активных добавок получают п ластифицированный портландцемент. Чаще всего, в качестве поверхностно-активной добавки используют концентрат сульфитно-спиртовой бражки (СДБ), который соответствует требованиям МРТУ 13-04-35-66.

Добавки вводят в виде водного раствора в количестве 0,15-0,25% от массы цемента в пересчете на сухое вещество или в сухом виде.

Для п ластифицированного портландцемента о птимальное содержание добавки устанавливают опытным путем и зависит оно от тонкости помола цемента, содержания в нем гидравлических добавок и от минералогического состава клинкера.

Основные свойства пластифицированного портландцемента и требования, предъявляемые к ним стандартом, те же, что и у обыкновенного портландцемента, за исключением требования к его пластичности. Раствор из смеси пластифицированного портландцемента с нормальным песком состава 1: 3 при водоцементном отношении, равном 0,40, должен обладать такой пластичностью, при которой расплыв конуса из этого раствора после 30 встряхиваний составляет не менее 125 мм. Обыкновенный портландцемент при этих же условиях дает расплыв конуса 105-110 мм.

Пластифицированный портландцемент отличается от обыкновенного способностью придавать бетонным смесям повышенную подвижность (текучесть), что обеспечивает их более легкую укладку и уплотнение при формировании бетонных изделий. Так как подвижность бетонных смесей зависит в основном от содержания воды, то применение пластифицированного портландцемента позволяет уменьшить водосодержание смеси без изменения ее подвижности. Это в свою очередь позволяет сэкономить цемент, повысить прочность и морозостойкость бетона.

7. Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее, которое получаемое совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и высушенного доменного шлака. Шлакопортландцемент можно получать путем смешивания раздельно измельченного клинкера с гипсом и гранулированного доменного шлака. Помол шлакопортландцемента осуществляют до удельной поверхности 300-320 м2/кг. Разновидностями шлакопортландцемента являются: нормальный, сульфатостойкий и быстротвердеющий. Выпускают шлакопортландцемент марок 300, 400 и 500.
В соответствии со стандартом количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно составлять от 21 до 60%. Замена до 10% гранулированного шлака трепелом улучает технические свойства цемента. При использовании шлакопортландцемента в возведении массивных гидротехнических сооружений предельное содержание шлака в цементе не регламентируется. Количество вводимого гипса в состав шлакопортландцемента для регулирования сроков схватывания определяется экспериментально. По срокам схватывания, равномерности изменения объема при твердении предъявляются аналогичные требования, что и к обычному портландцементу.
Отличительной особенностью шлакопортланд цемента от обычного цемента является высокая прочность на изгиб и на растяжение. Шлакопортландцемент не используют для зимнего бетонирования, т.к. его твердение сопровождается более низкими значениями тепловыделения по сравнению с обычным цементом. Шлакопортландцемент используется для изготовления массивных конструкций из бетона. Изделия на основе шлакопортландцемента обладают высокой морозостойкостью, воздухостойкостью и коррозионной стойкостью.
Шлакопортландцемент широко используется для производства железобетонных изделий и конструкций, требующих пропаривания, производства конструкций, работающих во влажных условиях или в горячих цехах, возведения наземных и подземных сооружений. Шлакопортландцемент доказал свою эффективность при возведении гидроэлектростанций, цехов предприятий черной металлургии и тяжелой индустрии

 

8. Пуццолановый портландцемент представляет собой гидравлические вяжущее, которое получают путем совместного помола портландцементного клинкера с гидравлической добавкой и гипсом. Пуццолановый портландцемент также получают при смешивании тех же компонентов при их раздельном помоле.
В состав пуццоланового портландцемента вводят не менее 20% минеральных добавок. В качестве активных минеральных добавок используют вулканические породы: трасс, туф (25-40%), топливные золы, обожженную глину, глиеж (20-30%), а также породы осадочного происхождения, такие как трепел и диатомит (20-30%). Количество вводимой минеральной добавки зависит от ее активности. Чем активность выше, тем меньше ее требуется для связывания гидроксида кальция, который выделяется при гидратации цемента.
Выпускают пуццолановый портландцемент марок 200, 250, 300, 400, 450. Свойства пуццоланового портланд цемента зависят от свойств минеральной добавки, поэтому для маркировки пуццоланового цемента иногда применяют следующие маркировки: трепельный портландцемент, пемзовый портландцемент, глиеж-портландцемент и т.д.
Пуццолановый портландцемент отличается от обычного цемента высокой стойкостью к сульфатным водам, коррозионной стойкостью, при этом имеет сравнительно меньшую морозостойкость, скорость твердения и меньшее тепловыделение при твердении. Удельный вес пуццоланового цемента ниже обычного портландцемента благодаря содержанию в нем более легких минеральных добавок, что повышает выход цементного теста. Использование в качестве минеральных добавок трепела или диатомита уменьшает водоотделение цемента. Требования стандартов к срокам твердения и удельной поверхности вяжущего такие же, как для обычного портландцемента.
Пуццолановый портланд цемент находит применение при изготовлении различных бетонных и железобетонных конструкций, использующихся в подземных или подводных сооружениях. В наземных сооружениях, особенно в сухом климате, пуццолановый цемент работает хуже обычного портландцемента. При зимнем бетонировании применяют высокие марки пуццоланового портландцемента.

 

9. Сульфатостойкий портландцемент производят путем совместного тонкого помола портландцементного клинкера, гипса. Выпускают Сульфатостойкий портландцемент без добавок и с минеральными добавками – гранулированне доменные и электротермофосфорные шлаки (10 – 20 %), активные добавки из осадочных пород, кроме глиежей (5 – 10 %). Марка цемента без добавок – 400, с добавками – 400, 500. Применяют его для гидротехнических сооружений в условиях сульфатной агрессии.

Сульфатостойкий портландцемент является разновидностью обычного портландцемента и отличается от последнего в основном тем, что обнаруживает повышенную стойкость к сульфатной агрессии в условиях систематического попеременного замораживания и отта­ивания или увлажнения и высыхания. Получают этот цемент путем совместного помола клинкера нормированного состава и гипса.

Химический и минералогический состав клинкера, используемого в производстве сульфатостойкого портландцемента, должен удов­летворять следующим требованиям:
расчетное содержание трехкальциевого силиката — не более 50%;
расчетное содержание трехкальциевого алюмината — не более 5%;
величина глиноземного модуля — не менее 0,7.
Расчетное содержание в клинкере суммы C3A+C4AF, не должно превышать 22%. Необходимость получения клинкера нормированного химико-ми­нералогического состава предопределяет требования, предъявляемые к сырью.

Весьма целесообразно использовать трепел либо диатомит или опоку в составе глинистого компонента. В сульфатостойкий портландцемент не вводят активных минеральных дооавок, и лишь при благоприятных условиях его службы в отдельных случаях (по соглашению между поставщиком и потре­бителем) допускается введение при помоле небольшого количества таких добавок. Последние должны отвечать требованиям ГОСТ 6269—54 на активные минеральные добавки к вяжущим веществам' или в случае применения в качестве добавки гранулированных до­менных шлаков — требованиям ГОСТ 3476—60 на шлаки доменные гранулированные для производства цементов. Сопротивляемость сульфатостойкого портландцемента действию сульфатной агрессии повышается при введении в его состав поверхностно-активной до­бавки. Поэтому согласно ГОСТ 970—61 допускается введение в его состав и сульфитно-спиртовой барды либо мылонафта. В этих слу­чаях ему присваивают название пластифицированного либо гидро­фобного сульфатостойкого портландцемента.

Гидрофобный портландцемент – это цемент, получаемый совместным помолом портландцементного клинкера и гипса в присутствии 0,05-0,3% гидрофобизирующей добавки. В качестве гидрофобизирующих добавок используют такие поверхностно-активные вещества (ПАВ), как мылонафт, асидол, кубовые остатки жирных кислот, окисленный петролатум, олеиновая кислота и т.д. Гидрофобизирующие добавки вводят как в обычные виды портландцемента – марки 400, 500, 550, 600, так и в специальные виды цементов, например, шлаковые и глиноземистые цементы.

10. Гидрофобный портланд цемент отличается от обычного портландцемента тем, что на поверхности его частиц образуется мономолекулярный гидрофобный слой, который придает цементу гигроскопичные свойства, благодаря чему цемент может храниться долгое время во влажных условиях, при этом цемент не комкуется, не слипается и не теряет марку.

 

По физическим свойствам гидрофобный цемент обладает большей сыпучестью и имеет более высокую удельную поверхность. Образующаяся на поверхности цемента водоотталкивающей пленка ПАВ не является сплошной, позволяя цементу твердеть при затворении водой.

Гидрофобные добавки увеличивают подвижность и удобоукладываемость бетонным и цементным растворам, в результате уменьшается расход цемента, снижается пористость цементного камня и повышается его морозостойкость. Введение гидрофобизирующих добавок не ухудшает показатели исходного вида цемента по срокам схватывания и прочности получаемых изделий.
Изделия на основе гидрофобного портландцемента обладают меньшей воздухопроницаемостью и лучшей однородностью структуры. Гидрофобные добавки предотвращают расслаивание бетонных смесей при транспортировке, уменьшают капиллярное всасывание влаги, а также снижают скорость испарения воды из структуры бетона.

 

Гидрофобный портландцемент зарекомендовал себя в тех случаях, когда требуется длительная транспортировка цемента, особенно при высокой влажности атмосферы, а также при необходимости транспортировки растворных и бетонных смесей при помощи гидронасосов. Пластифицированный портландцемент применяется в аэродромном строительстве, для приготовления цементных и бетонных смесей, а также для облицовки зданий и приготовления гидроизоляционных штукатурок.

 

 

 

Бетоны

Понятие и классификация. Бетоны - искусственные каменные материалы, полу­чаемые в результате затвердевания тщательно переме­шанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, во­ды, мелкого и крупного заполнителей, взятых в опреде­ленных пропорциях. 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) 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. В бетон могут вводиться специальные добавки, улуч­шающие свойства бетонной смеси и бетона, повышающие подвижность бетонной смеси, регулирующие сроки схва­тывания, ускоряющие твердение бетона в раннем возрас­те, повышающие его морозостойкость. Основную классификацию бетонов производят по плотности, зависящей, главным образом, от плотности це­ментного камня, вида заполнителей и структуры бетона. Бетоны разделяются на пять видов: 1) особо тяжелый, содержащий такие тяжелые запол­нители, как стальные опилки или зерна (стальбетон), же­лезные руды или барит (баритовый бетон); плотность этих бетонов выше 2600 кг/м3; 2) тяжелый (обычный), содержащий плотные запол­нители (кварцевый песок, щебень или гравий из плотных каменных пород); плотность этого бетона 2100— 2600 кг/м3; 3) облегченный, например, с кирпичным щебнем или крупнопористый (беспесчаный); плотность 1800— 2000 кг/м3; 4) легкий, содержащий пористые заполнители (шлак, пемзу, туф и т. п.), обычной плотной структуры или круп­нопористый; его плотность 1200—1800 кг/м3 (чаще 1300—1500 кг/м3); 5) особо легкий, очень пористый, ячеистый (пенобе­тон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполни­телями; плотность меньше 1200 кг/м3 (чаще 500— 800 кг/м3).) В зависимости от вида вяжущих веществ бетоны под­разделяются на цементный, цементно-полимерный, сили­катный (на извести), шлакощелочной и другие виды бе­тона. Бетон - один из основных строительных материалов. Он ценен тем, что ему можно придавать самые разнооб­разные свойства, изменяя в широких пределах проч­ность, плотность, теплопроводность, и изготовлять из него сборные конструкции, изделия и монолитные сооруже­ния различной формы и назначения. Бетон широко ис­пользуют в гражданском, промышленном, гидротехниче­ском, теплоэнергетическом, дорожном и других видах строительства. В зависимости от применения различают бетоны: обычный - для железобетонных конструкций (фундамен­тов, колонн, балок, перекрытий, сводов, мостов и т. п.); специального назначения, например кислотоупорный, жароупорный… гидротехнический - для плотин, шлюзов, облицовки ка­налов, водопроводно-канализационных сооружений и т. п .; 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.

12. По виду вяжущего бетоны подразделяют на цементные, на известковых вяжущих, гипсовые, шлакощелочные, полимерные.

Цементные бетоны изготавливают на портландцементе и его разновидностях, на глиноземистом цементе. Они обладают универсальными свойствами. Их применяют для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Бетоны на известковых вяжущих изготавливают на извести, кварцевом песке, шлаке, золе, активных минеральных добав­ках. Бетоны на извести и кремнеземистом компоненте, твердеющих при автоклавной обработке, называют силикатными. Наибольшее распространение имеют силикатные бетоны на кварцевом песке. Применяют их в промышленности и гражданском: строительстве для изготовления стеновых блоков, панелей, облицовочных плит; ячеистые бетоны, кроме того, применяют для устройства теплоизоляции.

Гипсовые бетоны изготавливают на основе гипсовых вяжущих: строительного, высокопрочного (технического), высокообжигового. Эти бетоны имеют низкую водостойкость. Их применяют, в основном, для изготовления перегородочных плит и панелей, эксплуатируемых в сухой среде. Более водостойки бетоны на гипсоцементно-пуццолановом вяжущем, которые применяют для изготовления сантехкабин и даже для наружных стен.

Шлакощелочные бетоны изготавливают на шлакощелочных вяжущих — доменном гранулированном или электротермофосфорном основном шлаке и щелочном компоненте — соде, поташе, жидком стекле и др. Применяют их для изготовления любых конструкций.

Полимерные бетоны изготавливают на полимерных связующих — полиэфирных, эпоксидных и других смолах. Их применяют для эксплуатации в агрессивных средах. Бетоны на смешанном связующем называют полимерцементными; бетоны, пропитанные полимерами, — бетонополимерами.

Свойства бетонной смеси Реологические свойства бетонной смеси

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону. По своему строению бетонная смесь представляет единое физическое тело, в котором частицы вяжущего, вода и зерна заполнителя связаны внутренними силами взаимодействия. Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. По мере развития процесса гидратации цемента возрастает Дисперсность частиц твердой фазы и увеличивается клеящая и связующая способность цементного теста.

Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять Двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения, и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении.

При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости.

Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.