На сроки схватывания цементного камня влияет
Обновлено: 16.05.2024
Как ускорить застывание бетона
Основной вопрос при изготовлении бетона: как достичь расчетной прочности в оптимальные сроки.
Представим в общих чертах, как протекают процессы затвердевания и набора прочности, и какие факторы могут привести к изменениям в них.
Химия процесса
В составе бетонной смеси цементный камень – продукт реакций гидратации, происходящих при смешивании цемента с водой.
Цемент – основной компонент смеси; от его марки и соотношения с водой зависит прочность готового бетона и скорость его отвердевания.
Важно!
Водоцементное отношение (В/Ц) – это отношение количества воды затворения к количеству цемента. Оно обычно составляет 0,3-05 и выше.
В состав цемента входят такие соединения, как кальциевые силикаты, алюминаты и алюмоферриты. При смешивании этих соединений с водой начинаются химические реакции, сопровождающиеся выделением тепла (благодаря чему увеличивается скорость протекания реакций гидратации).
Важно!
Чем быстрее водный раствор насыщается, тем лучше и быстрее происходит кристаллизация, то есть схватывание цемента. Вот почему бетоны с пониженным содержанием воды схватываются быстрее.
Процесс твердения бетона состоит из двух фаз:
Схватывание бетона в условиях оптимальной температуры и влажности окружающей среды начинается через 2 часа и протекает довольно быстро, в течение часа. В этой фазе на бетон можно воздействовать, он остается подвижным.
После окончания первой фазы начинается отвердевание. В оптимальных условиях распалубочная прочность достигается на 7-10-е сутки, расчетная – по истечении 28 дней, затем набор прочности продолжается еще несколько месяцев, но с очень низкой скоростью.
От чего зависит скорость твердения
Факторы, влияющие на скорость застывания:
температура, при которой происходит застывание;
наличие тепловлажностной обработки;
Когда нужно ускорить затвердевание
Процессы схватывания и набора прочности требуют ускорения:
При необходимости производить строительные работы зимой, чтобы уменьшить затраты на прогрев бетона.
Когда нужна ранняя распалубка.
В случае необходимости продолжить строительство раньше, чем через 28 суток.
Для изготовления большого количества мелких бетонных изделий (производство брусчатки, тротуарной плитки).
Для оптимизации прочности.
Как ускорить твердение бетонной смеси
Есть разные способы увеличить скорость твердения.
Снижение водоцементного соотношения
Уменьшение воды затворения способствует быстрому образованию концентрированного раствора, в котором кристаллизация происходит лучше, что сокращает время схватывания.
снижение подвижности раствора, из-за чего он тяжелее поддается обработке, хуже заполняет подготовленный объем, а готовый бетон может иметь полости, что значительно снизит его качество;
слишком сильное снижение В/Ц приводит к изменению характеристик готового изделия (хрупкости, снижению прочности);
удорожание работ из-за повышенного расхода цемента.
Снижение водоцементного соотношения с одновременным добавлением пластификатора
Для предотвращения негативных характеристик раствора с низким В/Ц, в него добавляют пластификатор. Он позволяет снизить В/Ц и одновременно увеличить подвижность смеси, повысить скорость отвердевания и прочность готового изделия.
Тепловлажностная обработка заливки
Согласно формуле Ван Гоффа, повышение температуры на каждые 10°С (в диапазоне от 0° С до 100°С) влечет увеличение скорости процессов в 2-4 раза.
Бетон, который набирает расчетную прочность при 20°С за 28 суток, теоретически при температуре 60°С и влажности 90% должен набрать таковую за 8 часов. На практике этот процесс при указанной температуре занимает 12 часов.
Напротив, при снижении температуры бетон отвердевает более медленно вплоть до полного торможения процессов.
Недостатки метода: обработка удорожает стоимость производства бетон а .
Добавление присадок и принцип их действия
Для увеличения скорости набора прочности в раствор добавляют химические вещества:
хлористые соли (хлористый кальций, натрий);
Ускорители твердения бетона повышают растворимость компонентов цемента; вода в растворе быстрее насыщается, и кристаллизация идет активнее.
Согласно требованию ГОСТ, ускорители должны увеличивать скорость отвердевания в первые сутки не менее, чем на 30%.
Сезонная специфика
Процесс набора прочности напрямую зависит от температуры.
Оптимальной является температура 20°С и влажность 90%.
В России такая температура бывает недолго. Летом воздух прогревается сильнее; начиная с середины осени температура уже может опускаться до 0°С и ниже.
Учитывая, что бетон набирает прочность в течение почти месяца, работы могут затрудняться.
Важно!
Некоторые соли-ускорители твердения бетона одновременно являются противоморозными добавками.
Добавки-ускорители для твердения бетона используются в соответствии с погодными условиями, чтобы обеспечить оптимальное ускорение твердения.
Например, поташ нельзя применять при положительных температурах, поскольку он резко ускоряет схватывание цемента, делая невозможной работу с ним. Применение поташа при плюсовых температурах допустимо совместно с лигносульфонатами, которые оказывают пластифицирующее действие. В этом случае получаются подвижные бетоны с выраженными антиморозными свойствами, без излишне быстрого схватывания.
Добавление поташа целесообразно при низких температурах: холод замедляет отвердевание, а поташ ускоряет его.
Углекислый натрий (сода) работает как ускоритель для бетона для быстрого схватывания. Его активное воздействие может приводить к хрупкости готовых изделий.
Недостатки распространенных ускорителей твердения бетона
Добавление ускорителей схватывания бетона и ускорителей твердения бетона зависит от температурных условий, используемых добавок, назначения бетона и имеет массу нюансов.
некоторые присадки способствуют коррозии бетона;
хлориды не рекомендуются в армированных бетонных конструкциях, так как способствуют коррозии арматуры;
могут появляться высолы на поверхности бетона;
поташ нельзя использовать в бетонах с электро проводкой;
некоторые соли увеличивают скорость схватывания, но в дальнейшем снижают прочность бетона по сравнению с бетоном без добавок.
В серьезном строительстве лучше использовать готовые комплексные добавки для ускорения схватывания и ускорения набора прочности. Они эффективные, экономичные (вносятся в количестве 0,5-1%, некоторые до 4,5% от массы цемента), а их действие предсказуемо и надежно.
Комплексные добавки выпускаются как в виде порошка, так и в жидкой форме.
Распространенные добавки для быстрого твердения:
линейка пластифицирующих добавок-ускорителей Реламикс,
По характеру воздействия на цементное тесто различают следующие виды добавок:
Добавки, не вступающие в реакцию с компонентами цемента, но повышающие их растворимость и снижающие температуру замерзания воды.
Активизирующие процессы гидратации цемента посредством смешивания добавки с частицами цемента, которые разрушают силикатные составляющие цемента и повышают их растворимость в воде и снижают температуру замерзания воды.
Ускоряющие процессы гидратации цемента, вызываемые реакциями обмена, которые приводят к образованию гелей гидроксидов кальция и снижают температуру замерзания воды.
Способствующие выделению тепла при гидратации цемента и понижающие температуру замерзания воды.
Эти добавки можно разделить на следующие основные группы:
Ускорители схватывания
Добавки, обеспечивающее очень быстрое первичное схватывание бетонной смеси. Например, при проведении срочных ремонтных работ, быстрой заделки течей в бетонных резервуарах и т.д.
К ним относят жидкое стекло, в ассортименте компании этот материал представлен средством CEMMIX Liqui.
Ускорители набора прочности
Это добавки для бетона и растворных смесей комплексного действия, позволяющие в два раза сократить набор начальной эксплуатационной прочности и конечной марочной прочности. Их использование ускоряет набор распалубочной прочности и оборот оснастки и опалубки, что дает дополнительную выгоду в виде сокращения времени строительства. Также большой плюс – это способность активации лежалого цемента, что позволяет использовать цемент, долго пролежавший на хранении и потерявший свою активность (способность адгезии с прочими компонентами раствора) без потерь итоговой прочности бетонной конструкции.
Среди наших добавок это комплексный ускоритель твердения CEMMIX CemFix.
Пено- и газообразователи
Обеспечивают вовлечение воздуха в бетон и создание его пористой структуры (газобетон). Приводят к снижению веса конструкции, но и значительному снижению её прочности.
Самый распространённый представитель – алюминиевая пудра.
Во время смешивания бетонной смеси с использованием алюминиевой пудры, сразу производят её виброобработку. Под воздействием вибрации алюминиевая пудра мгновенно вступает в реакцию с цементом и водой. Образующийся при этом алюминат кальция (очень мощный ускоритель схватывания цемента) связывает часть свободной воды из пенобетонной матрицы в кристаллогидрат, с выделением водорода и тепла. Схватывание и твердение такой бетонной смеси происходит за несколько минут.
Количество любых вводимых добавок устанавливают по имеющимся указаниям или на основании лабораторных испытаний. При работе с ними надо соблюдать точные рекомендованные дозировки, и тогда результат работы будет самым высоким!
Если Вам нужна помощь в вопросе использования ускорителей твердения для бетона, подбора оптимального варианта или другие консультации – обращайтесь на горячую линию CEMMIX по телефону на сайте!
На сроки схватывания цементного камня влияет
С целью определения влияния комплексной добавки полифункционального действия СС-3ТН на процессы структурообразования, изучено влияние дозировки на сроки схватывания. В табл. 1 приведены результаты испытаний цементного теста по определению нормальной густоты и сроков схватывания.
Анализ полученных результатов показывает, что добавка СС-3ТН снижает нормальную густоту с 27 % до 24,5 % в зависимости от дозировки и изменяет сроки начала схватывания с 3 часов до 1,6 часа, а конца с 5,5 до 3,1 часов. Можно предположить, что сочетание суперпластификатора С-3 и ускорителя твердения тиосульфата натрия подобрано в оптимальных соотношениях. Индивидуальное применение отдельных компонентов комплексной добавки полифункционального действия не позволяет комплексно влиять одновременно на нормальную густоту цементного теста и сроки схватывания [1, 2].
Исследования формирования структуры цементного камня в зависимости от различных факторов проводились рядом исследователей [3].
При проведении исследований ставилась задача по выяснению влияния комплексной добавки полифункционального действия СС-3ТН на свойства цементного камня в условиях естественного твердения, вида и строения продуктов гидратации, характера распределения и строения порового пространства цементного камня.
Структура цементного камня изучалась методами рентгеноструктурного, петрографического анализа и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) [1, 3].
Исследованию на СЭМ подвергался скол цементного камня после его наклейки на подложку и последующего напыления на его поверхность графита в вакуумной установке. Фотографирование поверхности скола СЭМ также проводилось при вакуумировании образцов, что было учтено при анализе фотоматериалов.
Дополнительно изучались шлифы срезов цементного камня, полученные путем их наклейки на стеклянную подложку и последующего шлифования до получения полупрозрачного шлифа. Шлифы в основном использовались для уточнения закристаллизованности вяжущего, определения размеров кристаллогидратов и анализа контактных швов при склейке поверхностей без применения клеев.
Количество пор и их размеры определялись методом их подсчета с использованием метрических приборов (сетка и линейка), учитывающих рабочее увеличение изображения исследуемой поверхности цементного камня. Известно, что дисперсность новообразований и их количество при гидратации вяжущего в присутствии ПАВ увеличивается в сравнении с гидратирующим вяжущим без добавки. При этом повышается плотность и упорядочивается структурная пористость цементного камня. Это объясняется тем, что адсорбировавшаяся молекула ПАВ замедляет рост новообразования, что в свою очередь порождает появление новых активных центров и повторение процесса [2].
Можно предположить, что добавка СС-3ТН также будет изменять структуру и пористость цементного камня. Различие микроструктуры цементного камня с добавкой и без добавки СС-3ТН показывает, что цементный камень без добавки (рис. 1, а) имеет более трещиноватую структуру и менее плотную упаковку гидратных новообразований. Кроме того, в его составе обнаружены в значительных количествах усадочные трещины, которые можно связывать с его высыханием при твердении в естественных условиях в ранние сроки – 1…3 суток. Цементный камень с добавкой СС-3ТН имеет более плотную упаковку кристаллогидратов, и в нем практически отсутствуют усадочные трещины, что можно связывать с нормальным твердением в естественных условиях.
Влияние комплексной добавки полифункционального действия СС-3ТН на нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста
Количество от массы цемента, %
Сроки схватывания, ч
Рис. 1. Микроструктура цементного камня после 28 суток естественного твердения: а) без добавки; б) с добавкой СС-3ТН
Заметно влияние СС-3ТН на шлаковые зерна, которые имеют разрушенную структуру [1, 2]. Раскалывание шлакового зерна можно связывать с воздействием на него тиосульфата натрия, который активирует растворение его остеклованной поверхности, повышая его гидравлическую активность, кристаллизуется в образующихся микротрещинах и в результате разрушает его. На рис. 1, б, видно образование продуктов взаимодействия тиосульфата натрия и осколков шлакового зерна в виде светлого налета на их поверхности.
Поровая структура цементного камня с СС-3ТН в значительной степени отличается от поровой структуры цементного камня без добавки (рис. 2, а, б). Распределение пор в цементном камне без добавки более хаотичное и неоднородное, как по плотности, так и по размерам. Внутри пор наблюдаются различные кристаллы, например, многоугольника Са(ОН)2, заполняющие пору. Структура рыхлая, трещиноватая, контакт со шлаковым зерном в верхней части поры неплотный [2].
Цементный камень с комплексной добавкой полифункционального действия СС-3ТН имеет равномерное распределение пор и более близкий их размер друг к другу. Дно поры имеет гладкую поверхность, переходящую через контактную золу в плотный камень (рис. 2, б).
Зерна шлака плотно впаяны в структуру вяжущего, усадочных трещин значительно меньше. Гладкую поверхность пор можно связывать с гидрофобными свойствами их поверхности, препятствующими кристаллизации извести и других соединений. Гидрофобизированные поры значительно сильнее, чем гидрофобные, препятствуют накоплению и миграции через них как воды, так и водных растворов различных соединений. Флегматизация массопереноса создает благоприятные условия для его работы в условиях агрессивной среды при твердении в естественных условиях.
Рис. 2. Строение пор цементного камня (28 суток естественного твердения): а) без добавки; б) с добавкой СС-3ТН
Рис. 3. Микроструктура цементного камня (28 суток естественного твердения): а) пора с продуктами совместной гидратации ТСН и цементного теста; б) зерно шлака, диспергированное воздействием ТСН
Рис. 4. Петрография цементного камня (28 суток неестественного твердения): а) без добавки; б) с добавкой СС-3ТН
Влияние добавки на размеры и количество пор цементного камня
Состав по пористости
диаметр х 10-2 см
Цементный камень без добавки
Цементный камень с добавкой СС-3ТН
С целью уточнения действия тиосульфата натрия на структуру цементного камня его добавляли в цементную пасту в количестве индивидуально от 2 % до 8 % массы вяжущего. Исследования показали, что присутствие ТСН влияет на плотность цементного камня, пористость, однородность и структуру новообразования. Большая дозировка ТСН от массы вяжущего произведена с целью установления новообразований в цементном камне на рентгеноустановке. Анализ результатов как СЭМ, так и рентгеноструктуры позволяет предположить, что в результате взаимодействия ТСН с вяжущим образуются кальциевые соли тиосульфата, которые более устойчивы, чем соли тиосульфата натрия. Подтверждается также диспергирующее действие его на зерна шлака (рис. 3, а, б), что способствует повышению прочности цементного камня [4].
Петрографический анализ цементного камня показывает, что закристаллизованность цементного камня с добавкой СС-3ТН выше (рис. 4, б), чем без добавки (рис. 4, а).
Кристаллы с добавкой более мелкие и лучше закристаллизованы, видны четкие очертания новообразований в массе цементного камня. Кроме того, исследование пористости цементного камня показывает, что поры состава с добавкой имеют правильную округлую форму и равномерно распределены в объеме.
Подсчет пористости (табл. 2) выполнен по методу окулярной сетки. Общая пористость с применением добавки снижена на 0,6 %, что свидетельствует об уплотнении цементного камня. Кроме того, изменился качественный состав пор: так, количество пор размером до 0,5•10-2 см увеличилось на 5 %, размером до 1,0•10-2 см тоже на 5 %. Результаты петрографических исследований подтверждаются прочностными данными цементного камня.
Поскольку технология монолитного бетонирования предусматривает послойное возведение сооружений с перерывами в бетонировании, представляет интерес исследование контактного шва старого и нового бетонов [4, 5].
Рис. 5. Петрография контактного шва цементного камня: а) верхняя граница контакта; б) нижняя граница контакта
В настоящее время работы по обеспечению контактного шва между слоями бетона при непрерывном бетонировании более 3 суток выполнялись в основном полимерными композициями или коллоидными цементными клеями.
Основными факторами, по мнению Н.В. Михайлова, влияющими на сцепление старого и нового бетонов, являются условия образования и свойства кристаллического вещества контактной зоны. Исследования свойств контактной зоны проводились в «чистом виде», абстрагируясь от других факторов, которые могут существенно влиять на прочность сцепления, но не определяют физико-химические процессы, протекающие при сращивании бетонов [1, 5].
Для сопоставимости результатов экспериментов все операции со всеми составами цементных паст повторялись в одинаковой последовательности.
В.И. Соловьевым был предложен способ бесшовного возведения монолитных сооружений, позволяющий обеспечивать монолитность контактного шва [2]. При проведении опытов было обнаружено, что обработка поверхности твердеющего бетона различными солями приводит к постепенному растворению соли на его поверхности. Опыты были повторены в условиях, исключающих увлажнение солей за счет влажности воздуха, но результат был тот же самый – соль увлажнилась. Далее был определен срок твердения бетона, который приводил к увлажнению солей на его поверхности. Оказалось, что увлажнение идет на цементном камне, твердевшем не более 3 суток. Миграция влаги из цементного камня к растворяющейся соли освобождает приграничный с контактом слой и создает небольшое осмотическое давление внутри него, которое позволяет проникать в камень образовавшемуся раствору. Это сшивает приграничный слой с отвердевшей массой. Поверхностный слой карбоната кальция в этом случае уже не оказывает значительного влияния на образование новых сростков в отвердевшем цементном камне. Исследование осмотических свойств цементного камня позволило использовать это явление для склеивания старого цементного камня с новым.
Кроме отмеченного, было обнаружено, что, если в момент растворения соли оказывать вибрационное воздействие на поверхность цементного камня, находящегося в контакте с растворяемой солью, она разжижается, превращаясь в цементный гель. После прекращения вибрационного воздействия разжиженный слой затвердевал, как и обычный цементный камень. Полученный цементный камень не обнаруживает следов повторного его разрушения и не снижает прочность, в сравнении с контрольными образцами. Подобные операции можно было осуществлять с цементным камнем, твердевшем в естественных условиях.
По результатам проведенных опытов был разработан способ бетонирования монолитных сооружений, положенный в основу концепции бесшовного бетонирования. Опыты по бесшовному бетонированию проводились следующим образом: готовили цементную пасту с В/Ц 0,35. Затем закладывали ее в форму размером 10х10х10 см до половины объема, выдерживали ее 3 суток, после чего готовили такую же цементную суспензию, затем наносили на поверхность твердевшего в форме образца порошкообразный тиосульфат натрия и вибрировали ее микробулавой до образования на поверхности гелеобразной массы. После чего производили закладку второго слоя и уплотняли его обычным способом на вибростоле. Количество тиосульфата натрия было принято из расчета 0,5 г на 1 см2.
Из затвердевших образцов изготавливали образцы-шлифы и производили их фотографирование [2, 3, 5]. На рис. 5, а, б, показан контактный шов старого и нового цементного камня, бетонированного разработанным способом. Причем отдельно отсняты верхняя и нижняя его части.
Было установлено, что гидрат окиси кальция распределен как в объеме старого, так и в объеме нового цементного камня. Хорошо видно, что контактный шов не имеет четкой границы, как в контактных участках, так и внутри себя. Цементный камень выглядит как монолит и содержит в контактном слое некоторый избыток тиосульфата натрия, который значительно диспергирует его кристаллогидраты, что в свою очередь уплотняет и упрочняет его.
Анализ полученных результатов показывает, что разрушение цементного камня идет по образцу, а не по шву контактного слоя, что можно объяснить высокой прочностью контактного слоя старого и нового бетонов. Повышение В/Ц ведет как к некоторому снижению прочности контакта, так и к снижению прочности образцов при сжатии.
Скорость схватывания цемента.
Большой избыток гипса может привести к появлению внутренних напряжений, иногда вплоть до образования трещин вследствие запоздалого появления гидросульфоалюмината кальция в уже затвердевшем цементном камне за счет твердых исходных компонентов. При недостаточном количестве гипса не удается использовать все заложенные в цементе возможности для быстрого твердения; такой цемент чересчур быстро схватывается. Следует отметить, что добавка гипса также благоприятно влияет на процесс твердения содержащихся в цементе силикатов кальция. Поэтому ограничено и минимальное содержание SО3 не менее 1,5%.
Серьезное значение имеет нагревание цемента при помоле, так как вследствие развивающейся при этом температуры гипс в той или иной степени переходит из двуводного в полуводный, т. е. в модификацию, значительно более растворимую в воде, что изменяет условия твердения цемента.
Дозировку добавляемого гипса целесообразно определять исходя из того его количества, которое связывается в первые сроки твердения, когда реакции происходят за счет растворенных в воде компонентов. За оптимальную дозировку гипса, в случае твердения при обычных температурах, можно принять то наибольшее его количество, которое практически может быть химически связано в твердеющем цементе в течение первых 24 ч после затворения цемента водой.
Добавками, ускоряющими сроки схватывания, являются: хлористый кальций, соляная кислота, глиноземистый цемент, растворимое стекло, углекислый натрий (сода) и ряд других. К замедлителям схватывания наряду с гипсом относятся слабый раствор серной кислоты, сернокислое окисное железо и ряд других.
Твердение глиноземистого цемента, его свойства и применение.
Возможно образование и трехкальциевого гидроалюмината (3СаО*Аl2О*6Н2О) В виде кубических кристаллов в случае твердения глиноземистого цемента при температуре выше 25-30 0 С.
Другие соединения, встречающиеся в глиноземистом цементе: 5СаО*3А l 2О3, СаО*2Аl2О3, ферриты кальция, а также двухкальциевый силикат, подвергаются гидратации с о6разованием гидроалюминатов, гидроферритов и гидросиликатов кальция.
Происходящие при твердении физико-химические процессы в основном аналогичны протекающим при твердении цемента.
Глиноземистый цемент быстротвердеющий, но не быстросхватывающийся. Начало его схватывания по стандарту (ГОСТ 969-41) должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч. Если глиноземистый цемент смешать в пропорции 1: 1 с цементом, то смесь очень быстро схватывается и дает низкопрочный продукт. Объясняется это тем, что выделяющийся при твердении цемента гидрат окиси кальция быстро соединяется с появляющимся при твердении глиноземистого цемента гидратом глинозема или гидроалюминатом кальция, образуя малопрочный 3СаО*Аl2О3*6Н2О. В результате Аl(ОН)3 и Са(ОН)2 из сферы действия реакции исчезают, что значительно ускоряет ход гидролиза СаО*Аl2О3 и 3СаО*Si O 2. Процесс схватывания при этом сильно ускоряется и делается почти мгновенным, а прочность получается низкой. Основываясь на описанном свойстве, можно в случае необходимости ускорить схватывание глиноземистого цемента или цемента, добавляя небольшие количества цемента в первом случае и глиноземистого цемента во втором.
Ускоряют схватывание глиноземистого цемента и добавки гидрата окиси кальция, гидрата окиси натрия, сульфатов кальция, натрия и железа, карбонатов натрия, серной кислоты. Замедляют схватывание глиноземистого цемента добавка хлористых натрия, калия и бария, азотнокислого и уксуснокислого натрия, соляной кислоты, буры.
Добавка 10-20% гранулированного шлака не снижает прочности глиноземистого цемента. При добавке большего количества шлака получается шлаковый глиноземистый цемент, также быстротвердеющий, но дающий меньшую прочность.
При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество тепла (за первые сутки 70-80% всего тепла, тогда как у цемента такое же количество тепла выделяется за 7 суток твердения), что приводит ,к значительному повышению температуры в первые сроки твердения и весьма полезно в случае использования этого цемента при низких температурах для зимних работ. Однако при сооружении бетонных массивов с относительно большим поперечным сечением выделяющееся тепло вызывает сильное повышение температуры. В результате образуются вредные напряжения и появляются трещины. Кроме того, возможное при температуре выше 25-30 0 С образование шестиводного трехкальциевого алюмината (соли Торвальдсена) весьма отрицательно влияет на прочность цемента. Для снижения температуры твердеющего глиноземистого цемента применяют различные способы его охлаждения, ведут укладку небольших объемов бетона, используют для укладки в первую очередь зимой. Чтобы устранить вредное влияние трехкальциевого гидроалюмината, П. П. Будников предложил вводить в глиноземистый цемент 25-30% ангидрита, полученного обжигом гипса при 600-700°С. Ангидрит связывает трехкальциевый гидроалюминат в гидросульфоалюминат кальция:
Это улучшает строительные свойства глиноземистого цемента и дает возможность использовать его для больших бетонных массивов. Глиноземистый цемент с добавкой ангидрита называют ангидритглиноземистым цементом (АГ-цемент). Этот цемент дает при повышенных температурах (45-65 0 С) значительно более высокую прочность, чем чистый глиноземистый цемент. Аналогично влияет на свойства глиноземистого цемента и добавка двуводного гипса. Глиноземистый цемент достаточно интенсивно твердеет при пониженных температурах из-за повышенной экзотермии в начальные сроки твердения, вызывающей подъем температуры до обычной. Однако, если при этом температура окажется слишком низкой, то твердение глиноземистого цемента замедляется или даже прекращается. Лучше всего глиноземистый цемент твердеет при температуре 15-18°C во влажной среде. Гидротермальная обработка, пропаривание и запаривание изделий на глиноземистом цементе не применяются, так как при этом снимается их прочность.
Удельный вес глиноземистого цемента 3,0-3,3; объемный вес в рыхлом состоянии 1000-1300 кг/м 3 , а в уплотненном 1600-1800 кг/м 3 . Следовательно, по удельному и объемному весу глиноземистый цемент мало отличается от цемента.
Количество воды, необходимое для получения из глиноземистого цемента теста нормальной густоты, составляет 23-28% . Этот цемент должен обладать равномерностью изменения объема при испытании кипячением и в парах воды.
Марки глиноземистого цемента: 400, 500 и 600 (предел прочности, при сжатии через 3 суток стандартных трамбованных образцов из раствора жесткой консистенции состава 1 : 3). Следует отметить высокую раннюю прочность глиноземистого цемента (350-500 кг/см 2 через одни сутки). Обычно через 15-18 ч прочность глиноземистого цемента уже достаточна для введения в эксплуатацию сооружения.
Прочность глиноземистого цемента характеризуется спадами и подъемами в различные периоды твердения. Чем быстрее идет процесс гидратации, тем чаще наблюдаются спады прочности. По данным И. В. Кравченко, спады прочности тем больше, чем больше в глиноземистом цементе СаО и Si O 2 . Однако допускается лишь 10%-ное снижение прочности при растяжении к 28 суткам по сравнению с прочностью через 3 суток.
Полученные при испытании глиноземистого цемента в трамбованных образцах из раствора жесткой консистенции марки 400; 500 и 600 соответствуют примерно маркам 250, 300 и 400
Бетон на глиноземистом цементе более плотный и водонепроницаемый, чем на цементе. Объясняется это уплотняющим действием геля гидрата окиси алюминия, а также тем, что при твердении глиноземистый цемент связывает сравнительно большое количество воды, а в затвердевшем цементном камне меньше несвязанной воды, чем в цементе, что обусловливает большую его плотность.
Глиноземистый цемент отличается также большей стойкостью против сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализованных вод по сравнению с цементом. Это объясняется повышенной плотностью и водонепроницаемостью бетона на глиноземистом цементе, отсутствием в затвердевшем цементе легко растворимых веществ (в цементе таким веществом, например, является гидрат окиси кальция) и защитным действием пленок гидрата окиси алюминия, обволакивающих гидратированные и негидратированные частицы цементного камня. Бетон на глиноземистом цементе морозостоек.
Жаростойкость глиноземистого цемента возрастает с увеличением содержания в нем АI2О3. Если изготовить высокоглиноземистый цемент, содержащий не менее 72% А l 2О3, в составе которого преобладает СА2, то в сочетании с боем высокоглиноземистого кирпича в качестве заполнителя можно получить бетон с температурой службы 1700°С.
Высокая жаростойкость глиноземистых цементов объясняется тем, что возникающие при их твердении гидроалюминаты имеют устойчивую слоистую структуру. Удаляется кристаллохимическая вода из таких слоистых гидроалюминатов медленно, без разрушения кристаллов и снижения прочности.
Несмотря на высокое качество, глиноземистый цемент не получил такого широкого распространения как цемент, так как сырья для его производства значительно меньше и стоимость намного выше. Глиноземистый цемент целесообразно применять в тех случаях, когда можно эффективно использовать его положительные свойства. Его используют при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании, при строительстве сооружений, подвергающихся действию минерализованных вод и сернистых газов, а также попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию, при тампонировании нефтяных и газовых скважин, для приготовления жаростойких бетонов и расширяющихся цементов различных видов.
Нельзя использовать глиноземистый цемент для конструкций, в которых температура бетона в результате внешнего воздействия или тепловыделения может подняться выше 25-30 0 С. Ангидритглиноземистый цемент можно применять и при повышенных температурах.
Водоотделение и водоудерживающая способность цементного теста.
При затворении цемента водой как при лабораторных испытаниях так и в процессе изготовления растворов и бетонов на стройках наблюдается водоотделение, величина которого различна. Одни цементы прочно удерживают во время схватывания взятую для затворения воду, другие же отделяют некоторое ее количество в виде слоя той или иной толщины. С уменьшением количества воды затворения уменьшается и водоотделение цементов. Однако даже при определении сроков схватывания цементного теста, когда водоцементное отношение составляет в среднем 0,25, можно заметить, что некоторые цементы дают в кольце прибора для определения сроков схватывания довольно заметный отстои воды. Это явление еще более заметно в бетоне.
Водоотделение препятствует получению однородного бетонного тела и полноценному сцеплению твердеющего в бетоне цемента с крупным заполнителем и стальной арматурой. Отделяющийся от бетона слой воды скапливается над последовательно укладываемыми слоями бетона. Это мешает сцеплению слоев и вызывает образование между соседними слоями более слабой по прочности прослойки с относительно большим содержанием воды. Такое расслаивание нарушает однородность бетонного монолита и в конечном счете ослабляет его прочность.
Расслаивание происходит не только по поверхности слоев уложенного бетона, но и внутри него, близ заполнителей. Отделяющаяся от цементного раствора вода обычно скапливается внутри бетонного тела под нижней поверхностью заполнителей и арматуры. Наличие же в этих местах даже очень тонкого слоя или пленки отделившейся воды ослабляет связь цементного камня с крупным заполнителем и арматурой. Кроме того, при испарении этой отделившейся воды образуются поры, которые облегчают проникновение агрессивных при родных вод внутрь бетона.
На крупных стройках с централизованными бетонными заводами бетон приходится транспортировать на относительно большие расстояния. В этом случае расслаивание бетонной смеси особенно недопустимо.
Таким образом, необходимо добиваться не только уменьшения водоцементного отношения, но и повышения водоудерживающей способности цемента, что обеспечивает равномерное распределение воды по всей массе бетона. Это дает возможность получать однородный бетон с повышенным сцеплением между цементным камнем, с одной стороны, и крупным заполнителем и арматурой, с другой.
Водоудерживающая способность имеет значение и при изготовлении из цементов растворов, причем при быстром водоотделении растворы теряют удобоукладываемость и перед укладкой их нужно дополнительно перемешивать.
В некоторых случаях большое водоотделение не оказывает вредного влияния и может быть даже полезным, например. При бетонировании конструкций небольшого поперечного сечения, опалубка для которых заполняется бетонной смесью в один прием, или при изготовлении центробежным способом бетонных труб. В этих случаях выделение воды вызывает некоторое уменьшение водоцементного отношения в твердеющей массе, что повышает ее механическую прочность. Чтобы уменьшить водоцементное отношение, в бетоне для таких сооружений устанавливают специальные водоотсасывающие опалубки.
Повышение тонкости помола, а следовательно, и удельной поверхности уменьшает водоотделение цементов. Влияет также увеличение содержания в цементе С3А, который, быстро гидратируясь и взаимодействуя с гипсом, ускоряет, структурообразование. Введение ряда добавок (трепел, глина, бентонит, известняк, доломит и ряд других) уменьшает водоотделение цементов, причем наиболее эффективно действуют трепел, глина, бентонит. Добавка доменного шлака, наоборот, несколько увеличивает водоотделение цементов.
Читайте также: