твердеют. Активные минеральные добавки подразделяют на природные и искусственные. Они содержат в значительном количестве вещество, способное при обычных условиях вступать в химическое взаимодействие с гидратом окиси кальция и давать труднорастворимые продукты реакции. В диатомитах, трепелах и других добавках осадочного происхождения этим веществом служит активный водный кремнезем, в вулканических и искусственных – преимущественно алюмосиликаты.
Для получения пуццолановых портландцементов нужно вводить добавки вулканического происхождения, обожженной глины или топливной золы не менее 25 и не более 40 % от массы цемента, а добавок осадочного происхождения – диатомитов, трепелов - 20–30 %. Чем активнее добавка, тем больше она способна связать гидрата окиси кальция и тем меньшее ее количество необходимо.
Сроки схватывания и твердения, тонкость помола пуццоланового цемента такие же, что и у обычного портландцемента, однако у бетонов на пуццолановых портландцементах замедленно нарастает прочность в начальный период твердения по сравнению с бетоном на портландцементе без добавок, изготовленным из этого же клинкера. Бетон на пуццолановых портландцементах более стоек в сульфатных водах.
Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным помолом клинкера, гранулированных доменных шлаков (30–60 %) и небольшого количества гипса (до 3,5 %). Наряду со шлакопортландцементом вырабатывают также быстротвердеющий шлакопортландцемент, отличающийся более интенсивным нарастанием прочности в начальный период. Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента применяют клинкер быстротвердеющего цемента, доменные шлаки высокой активности, уменьшая их предельное содержание до 50 % от массы цемента.
По пределу прочности при сжатии шлакопортландцемент разделяют на марки 300, 400 (22,5), 500 (32,5), 550 (42,5) и 600 (52,5). Водостойкость бетонов на этого вида цементах выше, чем на портландцементе, и поэтому его целесообразно применять в гидротехнических сооружениях. Не следует применять его в кон-
111
струкциях, подвергающихся частому замораживанию – оттаиванию, увлажнению – высыханию.
Известково-шлаковый цемент получают совместным по-
молом сухого гранулированного доменного шлака (до 70 %) и извести (до 30 %) с добавкой небольшого количества гипса. Это вяжущее медленно схватывается и медленно твердеет. Благоприятно влияет на нарастание прочности изделий из таких вяжущих тепловлажностная обработка (пропарка), тогда как при понижении температуры ниже + 10 °С твердение практически прекращается. Известково-шлаковый цемент по пределу прочности при сжатии образцов разделяют на марки 25, 50, 100, 150. Образцы изготовляют трамбованием из жесткого раствора состава 1: 3 и испытывают в возрасте 28 суток после изготовления.
Сульфатно-шлаковый цемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением доменного гранулированного шлака (80–85 %) совместно с ангидритом или гипсом (20–15 %) и портландцементным клинкером (до 5 %). Сульфатношлаковые цементы по пределу прочности при сжатии в возрасте 28 суток делят на марки 150, 200, 250 и 300. Этот цемент имеет высокую стойкость против действия сульфатных вод, его применяют в морских гидротехнических сооружениях и для подземных конструкций, подвергающихся действию агрессивных вод. Суль- фатно-шлаковый цемент является самым дешевым из всех видов гидравлических вяжущих веществ.
Глиноземистым и высокоглиноземистым цементом назы-
вают быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси извести и бокситов. Глиноземистый цемент – наиболее дорогой вид вяжущего вещества, так как для его изготовления требуется ценное сырье металлургической промышленности – бокситы. Последние служат исходным материалом для получения металлического алюминия и состоят в основном из водной окиси Аl2О3 × пН2О.
В процессе обжига сырьевой смеси при температуре около 1500°С известь реагирует с окисью алюминия. При этом образуется однокальциевый алюминат СаО× Аl2О3 , который при затворении водой реагирует по реакции:
112
2(СаО × Аl2О3) + 11Н2О = 2СаО × Аl2О3 × 8Н2О + Аl2О3 × 3Н2О .
Образуемый двухкальциевый гидроалюминат отличается быстрым уплотнением и кристаллизацией. В результате этого прочность такого цемента нарастает в короткие сроки. Уже за сутки глиноземистый цемент набирает 80–90 % марочной прочности.
По содержанию Al 2 O3 цементы подразделяют на виды:
–глиноземистый цемент (ГЦ) - Al 2 O3 более 35%;
–высокоглиноземистый цемент I (ВГЦ I) – более 60%;
–высокоглиноземистый цемент II (ВГЦ II) – более 70%;
–высокоглиноземистый цемент III (ВГЦ III) – более 80%. По прочности при сжатии в возрасте 3 сут. цементы под-
разделяют на марки: ГЦ – 40, 50, 60; ВГЦ I – 35; ВГЦ II - 25 и 35;
ВГЦ III – 25.
Начало схватывания у глиноземистого цемента – не ранее чем через 30 мин, а конец - не позднее чем через 12 ч с момента затворения водой.
Глиноземистый цемент обладает высокой коррозионной стойкостью против действия пресных и сульфатных вод. Его используют для бетонных и железобетонных конструкций с высокой маркой бетона в особых случаях, когда необходимы короткие сроки твердения, а также для конструкций, подвергающихся попеременному воздействию воды и мороза.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) явля-
ется быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. Он получается путем тщательного смешивания глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и молотого, специально изготовленного гидроалюмината кальция (10%).
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент - быстрот-
вердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким помолом высокоглиноземистых клинкера или шлака и природного двуводного гипса или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Этот цемент обладает свойством расширения при твердении только в воде и предназначен для изготовления расширяющихся, безусадочных, водонепроницаемых бетонов и растворов, применяемых при замоноли-
113
чивании стыков конструкций и заделке раковин в бетоне, для гидроизоляции стыков сборной обделки тоннелей и т.д.
Расширяющийся портландцемент (РПЦ) является гидрав-
лическим вяжущим веществом, получаемым совместным тонким измельчением следующих компонентов (в % по массе): портландцементного клинкера – 58-63, глиноземистого шлака или клинкера – 5-7, гипса – 7-10, доменного гранулированного шлака или другой активной минеральной добавки – 23-28. Цемент обладает быстрым твердением в условиях кратковременного пропаривания, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня и способностью расширяться в водных условиях при постоянном увлажнении в течение первых 3 суток.
Напрягающий цемент (НЦ) состоит из 65-75% портланд-
цемента. 13-20% глиноземистого цемента и 6-10% гипса. Затворенный водой он сначала твердеет и набирает прочность, затем расширяется как твердое тело и напрягает железобетон. Используют его для изготовления напорных труб, резервуаров для воды, подземных сооружений.
5.БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ (МИНЕРАЛЬНЫХ) ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
5.1. Бетоны и их классификация. Свойства бетонной смеси и бетона
Бетон в современном строительстве служит основным строительным материалом. Из него изготовляют конструкции для промышленных, гражданских и жилых зданий, сельскохозяйственных построек. Бетон является основным материалом для строительства плотин, шлюзов, каналов, набережных, путепроводов, дорожных покрытий. Специальные виды бетонов применяют для футеровки и облицовки аппаратов химической технологии и т.д.
Широкое применение бетона в строительстве объясняется в первую очередь его относительно низкой стоимостью и возможностью путем несложных технологических приемов получать прочные, долговечные бетонные изделия и конструкции самых разнообразных форм и размеров.
Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобран-
114
ной смеси крупного и мелкого заполнителей, добавок, вяжущего вещества и воды.
Каждая из составляющих бетонной смеси выполняет определенную роль в бетоне. Так, цемент, затворенный водой, обладает клеящими свойствами. Образующееся при этом цементное тесто обволакивает тонким слоем зерна песка и щебня, а после затвердевания связывает сыпучие материалы в прочный монолитный камень. Кроме связующей роли, цементное тесто выполняет роль смазки между зернами заполнителей, обеспечивая бетонной смеси подвижность, что необходимо для хорошей, плотной укладки ее в форму при изготовлении бетонных конструкций.
Заполнители в бетоне одновременно выполняют три функ-
ции:
1)образуют жесткий скелет, препятствуя усадке бетона, которая происходит вследствие склонности к усадке цементного теста;
2)удешевляют стоимость бетона;
3)позволяют получать бетоны заданных физико-механи- ческих показателей (жароупорных, теплоизоляционных, легких и
т.д.).
Для улучшения свойств бетонных смесей и бетонов применяют различные добавки, которые по виду и назначению делят на следующие группы:
а) пено- и газообразователи; б) поверхностно-активные; в) ускорители твердения; г) специальные; д) совместные.
По виду вяжущего вещества бетоны подразделяют на:
–цементные (наиболее широко распространенные);
–силикатные (на известково-кремнеземистом вяжущем);
–гипсовом вяжущем;
–смешанных вяжущих (цементно-известковых, известко- во-шлаковых и т.д.);
–специальных вяжущих, применяемых при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости).
По виду заполнителя различают бетоны:
–на плотных заполнителях;
–на пористых заполнителях;
115