Metnn.ru

Строй портал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Портландцементы с активными минеральными добавками

Портландцементы с активными минеральными добавками

К этой группе гидравлических вяжущих веществ относят цементы, получаемые совместным помолом портландцементного клинкера и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием указанных компонентов после раздельного измельчения каждого из них.

Активные минеральные добавки представляют собой вещества, содержащие в основном аморфный активный кремнезем, легко вступающий в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием труднорастворимых гидросиликатов кальция. Поскольку портландцемент в процессе твердения выделяет гидроксид кальция, который растворим в воде и поэтому может вымываться из цементного камня, то наличие в составе портландцемента минеральной добавки повышает его водостойкость.

Активные минеральные добавки известны с давних времен, Еще в древнем Риме для придания гидравлических свойств воздушной извести добавляли вулканический пепел — пуццолану (названный по месту залежей вблизи г. Поццуоли в Италии). Отсюда и назвали активные добавки вулканического происхождения «пуццоланическими», а цементы с этими добавками «пуццолановыми».

Активные минеральные добавки разделяют на природные (диатомит, трепел, опока, вулканический пепел, пемза, трассы, туф) и искусственные (доменные гранулированные шлаки, золы от сжигания бурых углей, торфа, горючих сланцев, слабообожженные глины, глиежи, отходы керамического производства и др.).

Среди цементов этой группы различают цемент с минеральными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Портландцемент с минеральными добавками получают путем совместного измельчения портландцементного клинкера, минеральных добавок и гипса. В качестве добавок вводят доменные гранулированные шлаки или активные минеральные добавки осадочного происхождения, но не более 20% массы цемента. Допускается введение в цемент при его помоле пластифицирующих или гидрофобизующих поверхностноактивных добавок не более 0,3% массы цемента. Схватывание цемента протекает несколько замедленно. В ранние сроки твердения немного замедляется набор прочности. Портландцемент с минеральными добавками выпускают марок 400, 500, 550 и 600.

Этот цемент успешно применяют при приготовлении бетонов вместо портландцемента за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость бетона.

Пуццолановым портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким помолом цементного клинкера, гипса и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием этих материалов, измельченных раздельно.

Содержание активных минеральных добавок в пуццолановом портландцементе должно составлять в % по массе цемента: добавок вулканического происхождения (пемза, пепел, туфы, трассы), обожженных глин, глиежа или топливной золы не менее 25 и не более 40, добавок осадочпого происхождения <диатомит, трепел, опока) - не менее 20 и не более 30.

Пуццолановый портландцемент выпускают марок З00 и 400. Цвет цемента светлый; плотность в рыхлом состоянии 800 — 1000, в уплотненном — 1200 — 1600 кг/м3, водопотребность 30 — 38%. Сроки схватывания, тонкость помола и равномерность изменения объема пуццоланового портландцемента такие же, как и у обыкновенного портландцемента.

Пуццолановый портландцемент характеризуется замедленным нарастанием прочности в начальный период твердения по сравнению с портландцементом, изготовленным из того же клинкера. Однако после 3 — 6 мес твердения во влажной среде бетоны на пуццолановом пор-ландцементе достигают той же прочности, что и бетоны на портландцементе.

Пуццолановый портландцемент при твердении выделяет меньше теплоты, чем портландцемент. Это обстоятельство позволяет широко использовать пуццолановый портландцемент при бетонировании больших массивов, например гидротехнических сооружений, где очень опасны температурные деформации конструкций. Однако при температуре ниже 10оC твердение его резко замедляется и даже совсем прекращается. Наоборот, при повышенных температурах пуццолановый портландцемент твердеет более интенсивно, чем портландцемент. Поэтому изделия из бетона на этом цементе целесообразно подвергать тепловлажностной обработке в пропарочных камерах и автоклавах.

Бетоны на пуццолановых портландцементах имеют более высокую водостойкость и водонепроницаемость, чем на портландцементах. Однако пуццолановый портландцемент не морозостоек, поэтому не рекомендуется его применять при возведении конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию.

Читайте так же:
Как сделать вазу с цемента

Пуццолановый портландцемент используют наряду с портландцементом для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций (как сборных, так и монолитных). Вследствие повышенной сульфатостойкости его употребляют для бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений, подвергающихся воздействию мягких и сульфатных вод. Следует учитывать, что в сухих условиях эксплуатации твердение бетона на этом цементе практически прекращается, поэтому в течение первых двух недель бетоны необходимо систематически увлажнять и предохранять от высыхания.

Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным измельчением портландцементного клинкера и доменного гранулированного шлака с добавлением небольшого количества гипса, вводимого для регулирования сроков схватывания и активизации твердения шлака. Шлакопортландцемент можно изготовлять и путем смешивания тех же исходных материалов, но измельченных раздельно. Содержание доменного гранулированного шлака в шлакопортландцементе должно составлять не менее 21 и не более 60% по массе цемента.

Шлакопортландцемент выпускают марок З00, 400 и 500. Он сероватого цвета с голубоватым оттенком, отличается от других видов цемента тем, что содержит большое количество металлических частиц, выявляемых магнитом. Плотность его в рыхлом состоянии 1000 — 1300, а в уплотненном — 1400 — 1800 кг/м3, нормальная густота цементного теста 26 — 30%; тонкость помола и равномерность изменения объема такие же, как и у портландцемента.

Тепловыделение шлакопортландцемента при твердении меньше, чем у портландцемента, но он обладает большей жаро-, водо- и сульфатостойкостью. Морозостойкость шлакопортландцемента несколько ниже.

У шлакопортландцемента по сравнению с портландцементом несколько замедлено нарастание прочности в начальные сроки твердения. В более отдаленные сроки твердения прочность возрастает и через 2 — 3 мес превосходит прочность портландцемента той же марки. Замедление твердения особенно ярко проявляется при пониженных температурах, однако это не является препятствием к широкому применению шлакопортландцемента, а повышение температуры при достаточной влажности окружающей среды резко ускоряет твердение. Бетоны на шлакопортландцементе, подвергаемые тепловлажностной обработке при 80 — 95 о С, набирают более высокую прочность, чем бетоны на портландцементе той же марки, твердеющие в тех же условиях.

Разновидность шлакопортландцемента — быстротвердеющий шлакопортландцемент, который отличается от обычного меньшим содержанием гранулированного доменного шлака (не более 50%) и более высокой тонкостью помола. Быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400 характеризуется интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения, которое особенно ускоряется в условиях тепловлажностной обработки.

Шлакопортландцемент с успехом можно применять для изготовления сборных железобетонных изделий и конструкций, твердеющих в пропарочных камерах. Целесообразно использовать шлакопортландцемент в конструкциях горячих цехов и в гидротехнических сооружениях, подвергающихся сульфатной агрессии. Из него, как и из пуццоланового портландцемента приготовляют строительные кладочные и штукатурные растворы. Не рекомендуется шлакопортландцемент для конструкций, которые находятся под систематическим воздействием попеременного замораживания и оттаивания или увлажнения и высушивания.

Массовый выпуск и широкое применение пуццолановых цементов и шлакопортландцементов можно объяснить не только наличием ряда положительных свойств по сравнению с портландцементом, но и меньшей стоимостью (примерно на 15 — 20%).

Среди сульфатостойких цементов кроме сульфатостойкого портландцемента по вещественному составу различают еще сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками получают измельчением портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, активных минеральных добавок и гипса. В цементе допускается содержание гранулированного доменного шлака не менее 10 — 20% массы цемента и активных минеральных добавок осадочного происхожения (кроме глиежа) не менее 5 — 10%.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент — продукт, получаемый тонким помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, шлака нормированного химического состава (не менее 21 — 60 % по массе цемента) и гипса.

Читайте так же:
Безусадочный цемент что это такое

Морозостойкость сульфатостойких цементов ниже, чем у сульфатостойкого портландцемента, но области применения те же.

Цементы с минеральными добавками и портландцемент, не содержащий минеральных добавок

К характерным особенностям современной цементной промышленности можно отнести все большее развитие производства цементов с минеральными добавками. В России и других европейских странах стандартизированы портландцементы, содержащие до 35% активных минеральных добавок, 20% известняка, 80% композиции добавок, включающих доменный шлак, каменноугольную золу-унос и др. Увеличились допустимые предельные значения содержания шлака и пуццолан в шлако- и пуццолановых портландцементах, достигнув соответственно 80 и 55%.
Увеличение в цементах доли минеральных добавок обусловлено прежде всего необходимостью энергосбережения при их производстве. Известно, что на обжиг клинкера в среднем расходуется 223 кг/т условного топлива, в то время как на сушку добавок лишь около 20 кг/т. Оно продиктовано также целесообразностью полнее использовать гидравлическую активность минеральных добавок, их положительное влияние на структурообразование цементного камня и бетонов, формирование их строительно-технических свойств.
Целесообразность увеличения доли минеральных добавок в цементах не вызывает сомнений для цементных заводов, в то же время для потребителей цементов она неоднозначна. В разное время этот вопрос вызывал споры между производителями и потребителями цементов. С развитием рыночных отношений он приобретает еще большую остроту. Введение минеральных добавок в цементы позволяет экономить наиболее энергоемкий компонент цемента — клинкер и таким образом с макроэкономических позиций уменьшает расход топливных ресурсов на производство самого бетона, изделий и конструкций.
Непосредственно для предприятий потребителей цемента основным условием предпочтительности применения того или иного вида цемента является достигаемый экономический эффект Эц на данном предприятии.
Такими параметрами могут служить, например, проектная 28 сут. прочность или ранняя прочность, достигаемая бетоном при заданных температурно-влажностных условиях, а также водонепроницаемость, морозостойкость и др.; при равной величине Эц большее значение Кэ.ц свидетельствует о большей предпочтительности цемента с позиции обеспечения улучшенных качественных показателей изготавливаемой продукции.
При проектировании составов бетона особенности цементов с минеральными добавками можно учесть тремя основными коэффициентами:
k1=Rц/Rц0; k2=Rб/Rб0; k3=В/В0,
где Rб, Rц и В – соответственно прочность бетона, активность цемента в 28 сут и водопотребность бетонной смеси на цементе с добавкой, R0б, R0ц и В0 – без добавки. При применении цементов с повышенным содержанием минеральных добавок, как правило, наблюдается некоторое замедление роста прочности в первые 7 дней при сохранении марочной прочности. Если для цемента, не содержащего минеральных добавок, 7-суточная прочность составляет 0,65-0,75 прочности в 28 сут, для портландцемента с 20% доменного шлака она снижается до 0,55-0,65, с 35% шлака до 0,5-0,6, при замене 10% шлака опокой до 0,4-0,5.
Известно, что имеется некоторое критическое содержание минеральной добавки, выше которого активность цемента начинает снижаться, хотя марка цемента и цена на него остаются неизменными. Это критическое содержание для каждой добавки с учетом ее особенностей зависит от химико-минералогического состава клинкера, тонкости помола и температурно-влажностных условий твердения цемента.
Потребителям цемента приходится считаться с тем, что нередко при одинаковых марках цемента, не содержащего минеральных добавок, и цемента с минеральными добавками активность последнего может быть существенно ниже. Можно ориентировочно считать, что каждые 2 МПа активности в среднем эквивалентны расходу 10 кг цемента на 1 м3 бетона.
Практически одинаковая активность цементов без минеральных добавок и содержащих их еще не дает основания считать, что изготовленные на их основе бетоны будут иметь равную прочность при равных цементно-водных отношениях (Ц/В) и обеспечивать при этом равные показатели удобоукладываемости бетонной смеси. Это обусловлено неодинаковыми условиями структурообразования различных цементов в стандартных растворах определенной консистенции и бетонах различной подвижности, с высокой насыщенностью последних полидисперсными заполнителями и др. Коэффициент k2 отражает влияние на прочность особенностей структурообразования бетона при использовании различных цементов и постоянных заполнителях. Существенным является учет изменения водопотребности бетонной смеси при изменении вида цемента, что прямо учитывается коэффициентом k3.
Как известно, параметром характеризующим водопотребность цемента является его нормальная густота, определяемая при стандартном испытании.
Нормальная густота, однако, не всегда и не полностью характеризует особенности влияния минеральных добавок на необходимые значения Ц/В и расхода цемента. Повышению нормальной густоты, как известно, способствует введение добавок с высокой молекулярной влагоемкостью особенно осадочного происхождения.
Определение эмпирических значений k1, k2 и k3 и параметра К в целом желательно выполнять в результате обобщения опытных данных предприятий-поставщиков и потребителей цемента и учитывать их при проектировании составов бетона.
Формирование цены на цемент с минеральными добавками цементный завод должен выполнять не только с учетом конъюнктурных соображений и затрат на изготовление, но и основываясь на реальной эффективности этих цементов в бетонах. С другой стороны, потребитель цемента при решении вопроса о предпочтительности применения цементов с минеральными добавками должен учитывать наряду с их стоимостью и результаты экспериментальных подборов или расчетного проектирования составов соответствующих бетонных смесей.

Читайте так же:
Клумбы их цемента своими руками

13. Активные минеральные добавки к цементам (природные и искусственные). Особенности твердения и свойств портландцементов с минеральными добавками.

Активными минеральными добавками (АМД) называют природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой. В качестве активных природных добавок используют горные породы (диатомит, трепел, опока), а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемза). Искусственные представляют собой побочные продукты и отходы промышленности.

АМД химически связывает растворимый в воде Са(OH)2, выделяющийся при твердении П, повышая плотность цементного камня, и, повышая его сопротивление коррозии. Поэтому их применяют для повышения плотности, водостойкости и солестойкости бетонов и растворов. Некоторые из них используются для приготовления жароупорных бетонов и растворов на П.

14. Пуццолановый портландцемент. Состав, свойства, области применения.

Пуццолановый портландцемент получают совместным измельчением П-ого клинкера, кислой активной минеральной добавки и двуводного гипса. Активные минеральные добавки вводят в следующих количествах: добавки осадочного происхождения (диатомит, трепел, опока) 21-30%; добавки вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемза), а также топливные золы 25-40%. Активная минеральная добавка содержит (активный кремнезем) SiO2 в аморфном состоянии. Она способна взаимодействовать с Са(OH)2 с образованием гидросиликатов кальция:

Пуццолановый П обладает повышенной сульфатостойкостью, т.к. образование эттрингита ограничивается при пониженных содержаниях Са(OH)2. Бетоны на пуццолановом П обладают пониженной воздухостойкостью и МРЗ, т.к. водопотребность вяжущего повышена. На воздухе такой бетон дает большую усадку и в сухости частично теряет прочность. Кроме того, бетон на этом цементе имеет низкую МРЗ и не годится для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. Пуццолановый П твердеет медленнее, чем П, в особенности при низких t, поэтому его не стоит применять при зимних бетонных работах. Он обладает сравнительно небольшим тепловыделением, поэтому его часто используют для бетонирования массивных сооружений, плотин, шлюзов.

15. Шлакопортландцемент. Состав, свойства и области применения.

Шлако-П – ГВВ, твердеющее в воде и на воздухе, является сульфатостойким П. Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака с небольшим количеством гипса. Допускается раздельный помол компонентов и их послед смешивание. Количество доменного шлака 21-80% от массы цемента. Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной минеральной добавкой. Процесс твердения ШП значит, ускоряется при тепло-влажностной обработке, поэтому его эффективно применять в сборных изделиях, изготовленных с пропариванием.

Читайте так же:
Как расшифровать марки цемента

ШП обладает умеренной водопотребностью, высокой воздухостойкостью и МРЗ, ШП медленно набирает прочность в первое время твердения.

Применение: его используют в массивных конструкциях, применяется для надземных, подземных и подводных частей сооружениях.

Применение цемента с минеральными добавками

В связи с ростом дефицита цемента, уменьшением ресурсов высококачественного сырья, увеличивающимся объемом производственных отходов и обострением экологической проблемы повышается актуальность применения различных дисперсных минеральных добавок (МД) при изготовлении цементов и бетонов.

Цель исследования. Для рационального использования минеральных добавок большое значение имеет достоверная оценка их эффективности.

Материалы и методы исследования

Среди действующих методов физико-механических испытаний метод, отвечающий ГОСТ 310.1-76 [1], не учитывает специфику поведения МД в сочетании с портландцементом. Предусматривает способы определения некоторых характеристик (например, водостойкости), неприемлемые для отдельных видов добавок, не позволяет оценить добавки-наполнители, хотя они также могут быть эффективны [2]. В подходе к испытаниям по методу Л.Я. Гольдштейна и др. [3] значительно завышено отношение минеральные добавки: портландцемент, искусственно затрудлена дисперсность МД. Стандартные методы [1 и 4] не учитывают особенностей бетонов.

Предварительно проведенные опыты показали, что оценка эффективности использования МД на экономии цемента, достигаемой для получения бетонной смеси и бетона с заданными характеристиками, не является однозначной, в том числе зависит от вида и химико-минералогического состава и других характеристик используемого цемента. Иллюстрацией могут служить данные, полученные при испытаниях бетонов на различных цементах с минеральными добавками вулканического происхождения. Влияние вида цемента на эффективность использования минеральных добавок в пропаренных бетонах показано в табл. 1.

Вид исходного цемента

Количество добавки в исходном цементе, %

Удельная экономия портландцемента Эц при введении минеральных добавок

Примечание. ПЦ – портландцемент, ПЦД – портландцемент с минеральной добавкой, отделенной при помоле цемента.

Так при использовании портландцементов с добавками (ПДЦ), введенными при помоле цемента (ангарский ПЦД, с 16–20 % золы – уноса, и брянский ПЦД с 8–10 % трепела), отмечена меньшая эффективность минеральных добавок, дополнительно вводимых в бетонную смесь, важно при применении бездобавочных портландцементов. В свою очередь, среди последних преимущества имеет Воскресенский [1], что, вероятно, связано с повышенным содержанием в нем щелочей (около 1,5 %), в том числе более 40 % быстрорастворимых (в виде сульфатов), активизирующих частицы вулканического стекла. Плохая же совместимость МД с белгородским ПЦ связана, очевидно, с пониженным содержанием R2O в клинкере (менее 0,45 %).

Эффективность минеральных добавок, вводимых в бетонные смеси, в значительной степени зависит также от отношения Ц/В, расхода цементного теста, зернового состава песка. Поэтому даже при использовании конкретных сырьевых материалов эффективность МД в бетоне необходимо оценивать по результатам подбора не одного состава бетона, а с варьированием как минимум на трех уровнях значений Ц/В к расходу добавки. Не исключает этой необходимости и оперирование с часто используемым показателем цементирующей эффективности МД [5].

Вместе с тем для предварительной оценки и сопоставления различных МД, а также для выбора наиболее эффективных из них является выработанная нами упрощенная оценка, которая базируется на испытаниях эталонного состава бетона при фиксированном содержании МД в цементе. Основные положения такой оценки заключаются в следующем.

Читайте так же:
Конвейерная лента для цемента

1. Исходным материалом служат портландцемент М400 или М500 второй группы с активностью при пропаривании по ГОСТ 22236-85, речной кварцевый песок и гранитный щебень фракций 5–10 и 10–20 мм в соотношении 2:3 по массе. Так как с изменением крупности песка и содержания в нем тонкодисперсных фракций изменяется эффективность МД, эти показатели следует сохранять постоянными: Мц = 1,8 ± 0,1; содержание фракции менее 0,14 мм – 8 ± 2 %.

2. Содержание МД в смешанном цементе – максимальное по ГОСТ 22266-76, т.е. 30 % по массе для добавок осадочного происхождения и близкой к ним по свойствам добавки силикатной пыли (отхода производства ферросилиция) и 40 % по массе для всех остальных добавок. При этом достаточно ярко проявляется эффект МД и в большинстве случаев обеспечивается минимально допускаемый расход портландцемента в бетоне исходя из условий сохранности арматуры.

3. В качестве эталонного выбран состав с соотношением цемент (ПЦ + МД):песок: щебень, равным 1:2:3,5 по массе, из которого приготовляют смеси умеренной подвижности (ОК = 4 ± 1 см). При переходе к более жирным составам (например, 1:1,5:3) эффективность МД проявляется в меньшей степени. Это соответствует общей закономерности, по которой в первую очередь по мере возрастания Ц/В, увеличения расхода цементного теста в бетоне, повышения содержания тонкодисперсных фракций в заполнителях (менее 0,14 мм), снижения пустотности песка наблюдается уменьшение эффективности действия МД.

4. Заданную удобоукладываемость обеспечивают регулированием расхода воды, причем этот способ позволяет лучше различать добавки по качеству (в частности, по различной водопотребности).

5. Из бетонных смесей на основе портландцемента, а также на основе портландцемента и исследуемой добавки изготовляют по 9 кубов с ребром 10 см. Из них 6 кубов пропаривают по режиму 2 + 3 + 6 + 2 ч при 80 °С, причем 3 куба испытывают на сжатие через 1 сутки после изготовления, а еще 3 – в возрасте 28 суток последующего нормального твердения. Три куба постоянно хранят в нормальных условиях и испытывают через 28 суток.

Следует отметить, что испытания кубов после пропаривания позволяют в наибольшей степени выявить различия между добавками по эффективности и в определенной степени могут служить в качестве ускоренного метода для сравнительной оценки МД. 28-суточные испытания после пропаривания дают возможность получить более достоверное представление об эффективности МД в сравнении с портландцементом, поскольку последующее после тепловлажностной обработки твердение бетона только на портландцементе в ряде случаев протекает более интенсивно, нежели бетонов, содержащих МД.

6. В качестве показателей эффективности МД принимают удельную экономию портландцемента Эц на единицу прочности бетона эталонного состава, достигаемую при возведении единицы массы добавки:

где n – доли добавки в смешанном вяжущем (в долях единицы); Ц и Ц? – расходы портландцемента в бетонах соответственно без добавки и с минеральной добавкой; R и R? – значения прочности бетона при сжатом соответственно без добавки и с минеральной добавкой.

Результаты исследования и их обсуждение

На основе такого подхода сделана оценка ряда МД, различающихся по природе и по другим характеристикам, причем использованы добавки как естественной дисперсности золошлаковые отходы, силикатная пыль), так и специально размолотые до дисперсности: характерной для измельчения материалов для измельчения материалов в шаровых мельницах. На основе полученных данных предложена классификация минеральных добавок.

Использование показателя Эц позволяет разграничить минеральные добавки по свойствам и эффективности применения в бетоне стандартного состава (табл. 2).

Удельная экономия цемента в бетонах, твердевших в условиях

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector