(ПГС02 2016) Строительные материалы. Нормативная база Материаловедение
 Скачать 1.71 Mb.
|
6.3.3. ПрименениеГипсовые вяжущие вещества применяются для производства сухих строительных смесей различного назначения (штукатурных, шпаклевочных, для наливных полов и др.); гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, звукопоглощающих перфорированных плит и панелей, плит для модульных потолков и др.; гипсобетонных изделий, гипсовых пазогребневых плит для перегородок, тонкостенных изделий (вентиляционные короба и др.); гипсовых архитектурных деталей; гипсоцементно-пуццолановых вяжущих 6.4. Жидкое стеклоЖидкое стекло – воздушное вяжущее вещество, представляющее собой коллоидный водный раствор силиката натрия или калия при содержании воды 50…70 %. Жидкое стекло представляет собой вязкую жидкость желтого или коричневого цвета с плотностью 1300…1500 кг/м3. Производство. Жидкое стекло получают путем растворения силикат-глыбы, применяя для этого обработку ее кусков паром под давлением 0,6…0,8 МПа в автоклаве. При нормальных условиях силикат-глыба в воде нерастворима. Силикат-глыба представляет собой твердые куски застывшего стеклянного расплава, который варят, как и обычное стекло, в стеклоплавильных печах при температуре 1300…1400 °С из кварцевого песка и соды. Твердение. Сущность процесса твердения жидкого стекла заключается в испарении жидкой фазы, повышении концентрации геля кремнекислоты, который и обладает вяжущими свойствами. Изделия на основе жидкого стекла характеризуются низкой водостойкостью. Существуют различные способы повышения водостойкости жидкого стекла, в том числе использование в качестве отвердителей портландцемента, гипса, каустического магнезита; введение химически активных добавок. Применение. Жидкое стекло применяют для изготовления кислотоупорного кварцевого цемента, кислотоупорных и жароупорных бетонов, легких бесцементных бетонов, гидроизоляционных и теплоизоляционных материалов, клеевых композиций, укрепления грунтов и т.д. Кислотоупорный кварцевый цемент применяют в конструкциях на химическом производстве, подвергающихся действию кислых сред. Представляет собой порошкообразный материал, получаемый путем совместного помола кварцевого песка и кремнефтористого натрия (либо смешением раздельно измельченных компонентов). Кислотоупорный цемент вяжущими свойствами не обладает, его затворяют водным раствором жидкого стекла (в количестве 25…30 % по массе песка), которое и является вяжущим. При оптимальном подборе состава кислотоупорного цемента и зернового состава заполнителей получают кислотоупорные бетоны с прочностью до 30…40 МПа. 6.5. Магнезиальные вяжущие веществаМагнезиальные вяжущие вещества (называемые также магнезиальным цементом) – воздушные вяжущие вещества, основной составляющей которых является оксид магния. К ним относят каустический магнезит и каустический доломит. Сырьем для производства магнезиальных вяжущих являются магнезит. Производствомагнезиальных вяжущих заключается в добыче сырья, его дроблении, умеренном обжиге (при температуре 700…800 °С) и последующем измельчении. Твердение. При затворении водой оксид магния гидратируется очень медленно. Поэтому магнезиальные вяжущие вещества чаще всего затворяют водным раствором хлорида магния (реже – сульфата магния). Показатели качества и свойства. По показателям химического состава каустический магнезит должен отвечать следующим требованиям: содержание MgO не менее 75 %, CaO – не более 4,5 %, SiO2 – не более 3,5 %. Степень дисперсности должна быть такой, чтобы проход пробы вяжущего через сетку с ячейками размером в свету 2 мм составлял 100 %. Истинная плотность 3100…3400 кг/м3. Сроки схватывания: начало – не ранее 20 мин, конец – не позднее 6 ч. Сроки схватывания определяются путем погружения иглы прибора Вика в тесто нормальной густоты. Начало схватывания – время, прошедшее от момента затворения вяжущего до того момента, когда игла впервые не будет доходить до пластинки на 1…2 мм. Конец схватывания – время от момента затворения вяжущего до момента, когда игла впервые опустится в тесто не более чем на 1 мм. Предел прочности при растяжении образцов-восьмерок длиной 78 мм, толщиной 22,5 мм, шириной шейки 22,5мм, изготовленных из теста нормальной густоты, и твердевших на воздухе (24±2) ч, должен составлять не менее 1,5 МПа. Каустический магнезит является быстротвердеющим вяжущим (прочность через сутки – 35...50 %, через 7 суток – 60…90 % наибольшего значения прочности), характеризуется высокой прочностью– 40…60 МПа. Образцы для определения предела прочности изготавливают из жесткого трамбованного раствора, состоящего из вяжущего (3 части), опилок (1 часть) и затворенного водным раствором хлористого магния. Каустический магнезит хорошо сцепляется с древесиной. Изделия, изготовленные на каустическом магнезите, характеризуются высокой гигроскопичностью, низкой водостойкостью, при повышенном содержании в них хлористого магния могут давать высолы. Применяются для устройства ксилолитовых полов (основной наполнитель – древесные опилки, такие полы малотеплопроводны, мало истираются, негорючи), производства стекломагниевых листов, элементов декора, фибролита, абразивных материалов (точильные камни, круги). 6.6. Портландцемент 6.6.1. Общие сведения Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, в составе которого преобладают силикаты кальция – 70…80%, с добавкой природного гипса (3…5%). По внешнему виду портландцемент представляет собой тонкодисперсный порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета. Портландцементный клинкер – это зернистый материал (размер гранул 10…40 мм), получаемый обжигом до спекания (при температуре до 1450°С) тщательно подобранной сырьевой смеси. Добавка гипса вводится для регулирования сроков схватывания портландцемента. Сырьем для производства портландцемента служат: - известняки (мел, плотный известняк и др.); - глинистые породы (глины, глинистые сланцы); - мергели – горные породы, представляющие собой природную смесь известняков и глин; - отходы промышленности, сходные по составу с природным сырьем (вскрышные породы, доменные шлаки, нефелиновый шлам, золы ТЭС и проч.); - корректирующие добавки, используемые для обеспечения требуемого химического состава сырьевой смеси (пиритные огарки, трепел, опока и др.). Соотношение между карбонатной и глинистой составляющими сырьевой смеси 3:1 (75% известняка и 25% глины). Производство портландцемента – технологически сложный и энергоемкий процесс, который можно разделить на две основные стадии: первая – производство клинкера, вторая – помол клинкера совместно с гипсом, а в ряде случаев и со специальными добавками. Производство клинкера может осуществляться сухим, мокрым и комбинированным способом. Сухой способ заключается в приготовлении сырьевой муки (в виде порошка) из сухих или предварительно высушенных компонентов с остаточной влажностью 1…2%. Сухой способ в 1,5…2 раза менее энергоемок, чем мокрый. При мокром способе сырьевые материалы измельчаются и смешиваются в присутствии воды, поэтому смесь получается в виде вязкотекучей массы – шлама (от нем. schlamm – грязь) с влажностью 35…45%. Это наиболее энергоемкий способ. Комбинированный способ заключается в том, что приготовленный шлам до поступления в печь обезвоживается на фильтрах до влажности 16…18%. Энергоемкость производства в целом остается высокой, однако, данный способ позволяет на 20…30% снизить расход топлива по сравнению с мокрым способом. Обжиг сырьевой смеси осуществляется во вращающихся печах, работающих по принципу противотока (сырье движется навстречу раскаленным продуктам сгорания топлива). Печь диаметром 5…7 м имеет небольшой наклон (3-5°) и вращается со скоростью 1–2 об/мин. При мокром способе производства длина печи достигает 185-230 м. Двигаясь от верхнего конца печи (холодного) к нижнему (горячему), сырье проходит различные температурные зоны, в каждой из которых происходят физико-химические превращения, в результате чего и получается цементный клинкер. При температуре 1100…1250°С происходят твердофазовые реакции образования минералов. Наивысшего значения (1300–1450°С) температура обжига достигает в зоне спекания, где происходит частичное плавление сырья и образуется главный минерал клинкера – алит. В последней зоне печи клинкер охлаждается до 1000°С путем вдувания холодного воздуха, а при выходе из печи поступает в холодильник, где интенсивно охлаждается холодным воздухом. Помол клинкера с добавкой гипса осуществляется в многокамерных шаровых мельницах при помощи загруженных в барабан мелющих тел – шаров (при грубом помоле) или цилиндров (при мелком помоле). Химический составклинкера выражают содержанием оксидов в % по массе (таблица 6.6). Таблица 6.6 Химический состав клинкера портландцемента
В небольших количествах в клинкере содержатся MgO, SO3, Na2O, K2O, TiO2, Cr2O3, P2O5 . Минеральный состав клинкера: - Трехкальциевый силикат (алит) – 3СаО·SiO2 (С3S) – 45…60% – основной минерал клинкера, определяет скорость твердения, прочность и другие свойства портландцемента; - Двухкальциевый силикат (белит) – 2СаО·SiO2 (С2S) – 20…30% – медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительных сроках твердения; - Трехкальциевый алюминат 3СаО·Al2O3 (С3А) – 4…12% – быстро гидратируется и твердеет, но конечная прочность его небольшая; является причиной сульфатной коррозии цементного камня; - Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Al2O3·Fe2O3 (С4АF) – 10…20% – по скорости твердения занимает промежуточное положение между С3S и С2S. Фазовый состав клинкера представлен кристаллической фазой в виде клинкерных минералов (85…95%) и аморфной фазой в виде клинкерного стекла (5…15%). Вещественный состав портландцемента характеризуется процентным содержанием клинкера, гипса, видом и количеством вводимых добавок. Введение в цемент при помоле минеральных и органических добавок позволяет направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер, уменьшать расход цемента в бетоне. Добавки обладают разным механизмом действия: при твердении цемента могут вступать в химическое взаимодействие с продуктами гидратации цемента (активные минеральные добавки), влиять на пластичность бетонных и растворных смесей (добавки поверхностно-активных веществ), выступать в роли наполнителей, снижающих активность цемента и т.п. Добавки–наполнители (тонкомолотые магматические горные породы, известняк, кварцевый песок, топливные шлаки и золы) вводятся для снижения активности вяжущего, способствуют снижению тепловыделения цемента при твердении. Активные минеральные добавки (АМД) – природные (осадочного происхождения – диатомиты, трепелы, опоки, глиежи; вулканического происхождения – вулканический пепел, вулканический туф, пемза, трасс, витрофир) или искусственные (зола-унос, микрокремнезем, топливные шлаки). Твердение портландцемента происходит благодаря сложным физико-химическим процессам взаимодействия клинкерных минералов и гипса с водой. Сразу после затворения начинаются химические реакции. В результате физико-химических процессов на поверхности твёрдых частиц и в жидкой фазе формируются продукты гидратации в виде новообразований различной закристаллизованности. На их смачивание затрачивается вода, поэтому система постепенно теряет подвижность, загустевает, переходит в твёрдое состояние, наступает начало схватывания и дальнейшее твердение. Для замедления схватывания портландцемента при помоле клинкера добавляют 3…5% двуводного гипса. Гипс реагирует с трехкальциевым алюминатом и связывает его в практически нерастворимый гидросульфоалюминат кальция (эттрингит) в начале гидратации портландцемента. Эттрингит выделяется в виде пленок на поверхности частиц С3А, затрудняет доступ к ним воды и, соответственно, замедляет их гидратацию и отодвигает начало схватывания цемента. Кроме того, роль добавки гипса состоит в улучшение свойств цементного камня (прочности, морозостойкости) за счет уплотнения структуры, связанного с увеличением объема эттрингита (в 2…2,5 раза больший объем по сравнению с объемом исходных реагирующих веществ) в еще не затвердевшей системе. Гидроалюминат связывается добавкой природного гипса, а гидроферрит входит в состав цементного геля. Реакции гидратации клинкерных минералов экзотермические. Интенсивность тепловыделения портландцемента зависит от минерального состава и тонкости помола. Тепловыделение играет положительную роль при бетонировании конструкций в зимних условиях, т.к. позволяет применять метод термоса (твердение бетона в утепленной опалубке), и отрицательную – при бетонировании в жаркую, сухую погоду, особенно при бетонировании массивных конструкций. Вследствие саморазогрева бетона возможно образование в конструкции усадочных трещин. При затворении портландцемента избыток воды нежелателен. Цемент в состоянии химически связать строго определенное количество воды – максимально 25…30% массы цемента, фактически к возрасту 28 суток это значение составляет 15%. Лишняя вода образует в цементном камне капиллярные поры, что ведет к снижению его прочности. Поэтому в современной технологии бетона практически всегда используют пластификаторы – поверхностно-активные вещества, позволяющие при сохранении заданной подвижности бетонной смеси снизить её водопотребность на 25…40%. 6.6.2 Показатели качества и свойства В настоящее время в Российской Федерации параллельно действуют две группы стандартов, в которых установлены технические условия на цементы и методы их испытания. Первая группа стандартов была разработана в СССР в 70–80-х гг. XXв, вторая сформировалась относительно недавно и практически полностью заимствована из европейских стандартов EN 196 и EN 197 (таблица 6.7). Таблица 6.7 Стандарты РФ, регламентирующие показатели качества и методы испытания портландцемента
Основу классификации портландцементов по видам и типам составляет их вещественный состав (таблица 6.8). Таблица 6.8 Классификация цементов на основе портландцементного клинкерапо вещественному составу
* – Наличие минеральных добавок обозначается буквой «Д»: Д0, Д5, Д20, цифра обозначает количество добавки (по массе); ** – АМД – активная минеральная добавка. Цементы типа II в зависимости от содержания минеральных добавок делятся на подтипы А с содержанием минеральных добавок 6…20% и В – 21…35% (см. таблицу 6.9). Таблица 6.9 Вещественный состав цементов по ГОСТ 31108–2003
ГОСТ 30515–2013 нормируемые показатели качестваобщестроительных цементов на основе портландцементного клинкера подразделяет на обязательные и рекомендуемые. К обязательным относят: прочность, вещественный состав, равномерность изменения объема, начало схватывания, содержание в клинкере оксида магния (MgO), оксида серы (VI) – SO3, хлор-иона (Cl–), удельную эффективную активность естественных радионуклидов. К рекомендуемым показателям относят: конец схватывания, тонкость помола, содержание в клинкере свободного оксида кальция. Основные показатели качества по «старым» и «новым» стандартам приведены в таблице 6.10. Таблица 6.10 Показатели качества портландцемента
Истинная плотность портландцемента 3100…3200 кг/м3. Насыпная плотность в рыхлом состоянии – 900…1100 кг/м3, в уплотненном состоянии – 1400…1700 кг/м3, в среднем для расчетов принимают насыпную плотность 1300 кг/м3. Тонкость помола цемента определяет скорость твердения и прочность цементного камня, а также влияет на интенсивность тепловыделения. Тонкость помола – важнейший рычаг регулирования активности цемента. По ГОСТ 10178–85она должна быть такой, чтобы через сито № 008 с размером ячеек 80 мкм проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы. Водопотребность портландцемента (нормальная густота) характеризуется количеством воды, % массы цемента, необходимым для получения цементного теста нормальной густоты. В среднем она составляет 24…28%. При введении активных минеральных добавок водопотребность цемента повышается и может достигать 32…37%. Сроки схватывания цементов (начало и конец схватывания) определяют с помощью прибора Вика на цементном тесте нормальной густоты. На сроки схватывания существенно влияет минеральный состав цемента, его водопотребность и тонкость помола. На производстве сроки схватывания регулируют использованием добавок – ускорителей и замедлителей схватывания. Равномерность изменения объема при твердении цемента в соответствии с ГОСТ 310.3–76 определяется путем визуальной оценки состояния образцов-лепешек, изготовленных из цементного теста нормальной густоты, после испытания кипячением в течение 3-х часов. ГОСТ 30744–2001 предполагает инструментальную оценку данного показателя при помощи колец Ле-Шателье. Марка (класс) по прочности – основной показатель качества портландцемента. Прочность контролируется испытанием на изгиб и сжатие стандартных образцов–балочек размером 4×4×16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора, через 28 суток твердения. В результате определяется активность цемента – фактическая прочность на сжатие образцов цементно-песчаного раствора. На основании активности цемента устанавливается его марка по ГОСТ 10178–85 (таблица 6.11) или класс по ГОСТ 31108–2003 (таблица 6.12). ГОСТ 10178–85 устанавливает пять марок портландцемента по прочности. Численно марка указывает на минимально допустимую активность цемента и выражается в кгс/см2. Для той или иной марки необходимо обеспечить минимальную прочность при изгибе и при сжатии (таблица 6.11). Таблица 6.11 Требования к прочности образцов по ГОСТ 10178–85
ГОСТ 31108–2003 предусматривает разделение цементов по классам прочности. Цементы всех классов, кроме 22,5Н, подразделяют по скорости твердения на подклассы: нормально твердеющие (индекс Н) и быстротвердеющие (индекс Б). Числовое значение класса выражено в МПа. Для цементов любого класса в обязательном порядке должна быть обеспечена прочность в промежуточном возрасте (2 или 7 суток). Таблица 6.12 Требования к свойствам цементов по ГОСТ 31108–2003
При назначении класса цемента по прочности учитывается только прочность цемента при сжатии, прочность при изгибе значения не имеет. На практике удобно пользоваться таблицей соответствия между классами и марками цемента (таблица 6.13). Таблица 6.13 Усредненное соотношение между марками цемента по ГОСТ 10178–85 и классами цемента по ГОСТ 31108–2003
Согласно ГОСТ 31108–2003, условное обозначение цементов должно включать: наименование цемента, сокращенное обозначение цемента, включающее обозначение типа и подтипа цемента и вида добавки, класс прочности, обозначение подкласса,номер стандарта. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||