Свойства портландцемента

Истинная плотность портландцемента – 3,1-3,15г/см³, насыпная плотность 900-1100кг/м³.

Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путем просеивания предварительно высушенной пробы цемента через сито с сеткой № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы.

Водопотребность цемента определяется количеством воды (% массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты.

Нормальной густотой цементного теста считают такую его подвижность, при которой цилиндр — пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5—7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют в тесте нормальной густоты.

Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы этого прибора в тесто нормальной густоты. Началом схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1—2 мм. Конец схватывания — время от начала затворения до того момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1—2 мм. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 10 ч от начала затворения.

Равномерность изменения объема. Причиной нерав­номерного изменения объема цементного камня являют­ся местные деформации, вызываемые расширением сво­бодного СаО и периклаза МgО вследствие их гидрата­ции. По стандарту изготовленные из теста нормальной густоты образцы-лепешки через 24 ч предварительного твердения выдерживают в течение 3 ч в кипящей воде. Лепешки не должны деформироваться; на них не допус­каются радиальные трещины.

Активность и марку портландцемента определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 40х40х160 мм, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1 : 3 (по массе) и В/Ц = 0,4, при консистенции раствора по расплыву конуса 106—115 мм на встряхивающем столике. Через 28 сут твердения (первые сутки — в формах во влажном воздухе, затем после расформовки в течение 27 сут в ванне с питьевой водой, имеющей температуру 20±2°С) образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие.

Активностью портландцемента называют его предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности портландцементов с учетом их предела прочности при изгибе они подразделяются на марки: 400, 500, 550, 600.

Рекомендуемая литература

1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М.: Стройиздат. 1986.- 686с.

2. Домокеев А.Г. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1989.-496 с.

3. Горчаков Г.И., Домокеев А.Г., Ерофеев Е.А. и др. Под ред. Горчакова Г.И. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1982. – 352 с.

4. Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих веществ. М.: Высшая школа 1980.

5. преп. Рахимова Г.М. Изучение свойств гипсовых вяжущих веществ. Методические указания к лабораторной работе. 2005.

7. доц. к.т.н. Шайкежанов А.Ш. Испытание строительной извести. Методические указания к лабораторной работе. 2000.

Контрольные задания для СРС (тема 1,2) [1-16,20,38,44]

1. Понятие об особенностях твердения различных видов гипсовых вяжущих и извести.

2. Основные приемы получения, особенности свойств и применения известково-шлаковых, известково-пуццолановых, магнезиальных вяжущих веществ.

3. Понятие об особенностях состава, свойств и применения разновидностей портландцемента: пуццоланового, шлакопортландцемента, гипсоцементо-пуццоланового вяжущего, белых и цветных, особобыстротвердеющего, сверхбыстротвердеющего, пластифицированного цементов.

4. Состав и назначение расширяющихся, безусадочных и глинозёмистых цементов.

Раздел 5 Строительные материалы на основе неорганических вяжущих веществ.

Темы 1-2 Бетоны. Тяжелые бетоны. (2 часа).

План лекции

1. Классификация бетонов по виду вяжущего, по виду заполнителя, в зависимости от плотности. Материалы для изготовления бетона. Классификация бетонов. Основные требования к бетонам. Мелкий и крупный заполнители, в том числе из вторичных ресурсов: их прочность,зерновой состав, пустотность. Требования к воде затворения с учётом экономического использования питьевой воды и охраны окружающей среды.

2. Бетонная смесь. Понятие о реологических и технических свойствах бетонной смеси. Количество воды затворения.

3. Физический смысл закона прочности бетона и формулы прочности бетона. Свойства бетона. Классы (марки) бетона по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и зависимость их от марки цемента, водоцементного (цементно-водного) отношения и качества заполнителей.

4. Изготовление бетонных изделий: дозирование и перемешивание материалов, укладка и уплотнение бетонной смеси, твердение бетонов в различных условиях. Химические добавки и ускорители твердения.

5. Понятие о железобетоне. Основные приемы технологических процессов изготовления сборных, сборно-монолитных и монолитных железобетонных конструкций.

Бетоны. Общие сведения

Бетон на неорганических вяжущих веществах представляет собой композиционныйматериал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок.

По виду вяжущеговыделяют:

цементные (наиболее распространенные), силикатные (известково-кремнеземистые), гипсовые, смешанные (цементно-известковые, известково-шлаковые и т.п.), специальные - применяемые при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости и др.).

По виду заполнителяразличают бетоны на: плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.).

Плотность бетона зависит от плотности цемента и вида заполнителей. С изменением плотности бетона изменяются его показатели - прочность, морозостойкость, теплопроводность и др.

По плотности бетоны разделяются на особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие.

Тяжелые бетоны

Сырьевые материалы. Все сырьевые материалы, необходимые для приготовления бетона, должны быть испытаны согласно требова­ниям стандартов.

Выбор цемента для бетона зависит от назначения и вида конст­рукций.

Свойства бетонной смеси.Бетонной смесью называют рационально подобранную и тщательно перемешанную смесь на основе вяжущих веществ, воды, крупного и мелкого заполнителей до ее формования и начала схватывания.

Каждый из компонентов бетонной смеси влияет на реологические (реология – это наука о деформациях и текучести веществ) свойства смеси. Так, если увеличить содержание заполни­телей, смесь становится более жесткой; если цементного теста — более пластичной и текучей. Существенно влияет на свойства бетонной смеси и вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте во­ды, тем пластичнее получается тесто и соответственно пластичнее бе­тонная смесь.

После перемешивания бетонную смесь часто приходится транспорти­ровать от бетономешалки к месту укладки; при этом очень важно, чтобы смесь сохранила свою однородность, так как при перевозке смеси угрожает расслаивание. Одно из основных свойств бетонной смеси — тиксотропия — способность разжижаться (т. е. приобретать свойства жидкого тела) при периодически повторяющихся механических воздействиях (например, вибрации) и вновь загустевать при прекращении этого воздействия.

Расход воды с учетом подвижности или жесткости бетонной смеси можно определять по графику проф. С.А. Миронова, в котором отра­жается зависимость водопотребности бетонной смеси от подвижности или жесткости.

Марки и классы бетонов.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости.

За проектную марку бетона по прочности на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см²) эталонных образцов-кубов.

Проектная марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, подвергающегося многократному воздействию отрицательных температур.

Проектная марка бетона по водонепроницаемости характеризуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см²), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, к которому предъявляются требования по плотности и водонепроницаемости.

Проектную марку бетона по прочности на сжатие контролируют путем испытания стандартных бетонных образцов: для монолитных конструкций - в возрасте 28 сут, для сборных конструкций - в сроки, установленные для данного вида изделий стандартом или техническими условиями.

В зависимости от крупности зерен заполнителя образцы могут иметь различные размеры. Обычно применяют образцы 10x10x10 см.

Тяжелые бетоны по прочности на сжатие имеют марки от М50 до М 1000. В строительстве наиболее широко применяются бетоны марок М250- М450.

Класс бетона - понятие, характеризующее свойства бетона с гарантированной обеспеченностью. Марка бетона не учитывает возможную вариацию прочности. По ГОСТ 26633-91 нормативный коэффициент вариации прочности бетона на растяжение и сжатие - 13,5 %, а для массивных гидротехнических конструкций - 17,0 %.

Согласно ГОСТ 26633-91 бетон по прочности на сжатие делится на следующие классы: В3,5; В5; В7,5; В10; В 12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55, В60; В70; В75; В 80.

Железобетонные конструкции по способу изготовления разделяют намонолитные и сборные.

Монолитные железобетонные конструкции возводят непосредственно на строительных площадках. Обычно их применяют в зданиях и сооружениях, трудно поддающихся членению, при нестандартности и малой повторяемости элементов и при особенно больших нагрузках (фундаменты, каркасы и перекрытия многоэтажных промышленных зданий, гидротехнические, транспортные и другие сооружения).

Сборные железобетонные конструкции выполняют на спе­циализированных заводах и полигонах с рационально ор­ганизованным высокомеханизированным технологичес­ким процессом производства. Сборные железобетонные конструкции и изделия соз­дают широкие возможности для индустриализации стро­ительства, они особенно выгодны при минимальном ко­личестве типоразмеров элементов, повторяющихся много раз (унифицированных). Железобетонные изделия и конструкции изготовляют как с обычной, так и с предварительно напряженной арматурой. Способы производства железобетонных изделий. На современных предприятиях сборного железобетона применяют следующие способы производства: стендовый, поточно-агрегатный, конвейерный, кассетный.

Рекомендуемая литература

1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М., ИАСВ, 2002.

2. Шубенкин П.Ф., Кухаренко Л.В. Строительные материалы и изделия, бетон на основе минеральных вяжущих. Примеры задач с решениями: Учебное пособие.- М.: Изд-во аСВ, 1998.

3. Юхневский П.И. Строительные материалы и изделия, Мн., 2004.

4. Наназашвили, И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции. Справочник. - М.: Высш.шк., 2004

Контрольные задания для СРС (тема 1,2) , [33-36,38,41,42]

1. Разновидности бетонов и их свойства.

2. Требования к сырьевым материалам для бетонов. Факторы, влияющие на свойства бетонной смеси и бетонов.

3. Способы уплотнения бетонной смеси. Способы по ускорению твердения бетона. Деформативные свойства бетонов.

4. Сущность железобетона. Требования, предъявляемые к ж/б изделиям.

5. Пластичность бетонной смеси.

6. Деформативные, гидро- и теплофизические свойства тяжелого бетона.

7. Состав, приемы получения, основные свойства гипсобетонов, газо- и пеносиликата.

8. Понятие о проектных марках бетонов на осевое растяжение, по морозостойкости и водонепроницаемости.

Темы 3-5 Легкие бетоны. Силикатные материалы и изделия. Асбестоцементные изделия.(1 час)

План лекции

1. Виды легких бетонов: особенности составов, приемов получения, свойства и области применения. Виды пористых заполнителей (в том числе, из вторичного сырья) и основные требования к ним. Классификация и маркировка легкого бетона в зависимости от плотности.

2. Ячеистые бетоны: газобетон и газосиликат, пенобетон и пеносиликат, материалы для их изготовления, принципы их изготовления (литьевая, вибрационная и резательная технологии) и свойства.

3. Изделия на основе извести и кремнеземистого компонента. Понятие о физико-механических процессах взаимодействия диоксида кремния с гидроксидом кальция при автоклавной обработке и о влиянии степени дисперсности кремнеземистого компонента на эти процессы.

4. Силикатный кирпич: сырье, принципы изготовления, марки, особенности их применения. Силикатные бетоны (тяжелые, на пористых заполнителях, ячеистые). Изделия из пеносиликата и других ячеистых материалов. Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи.

5. Сырьевые материалы для изготовления асбестоцементных изделий, понятие о процессах изготовления. Физико-механические свойства асбестоцемента как цементного композиционного материала, упрочненного волокнами асбеста.

6. Основные виды и способы производства асбестоцементных изделий.

Легкие бетоны

Бетоны, получаемые с использованием легких заполнителей, на­зываются легкими бетонами. Плотность (объемная масса) легких бетонов по ГОСТ 25820-83 не превышает 2000 кг/м³, коэффициент теп­лопроводности - 0,35-0,6 Вт/(м·К).

Снижая плотность бетона, строители достигают как минимум двух положительных результатов:

- уменьшается масса строительных конструкций;

- повышаются их теплоизоляционные свойства.

По назначению легкие бетоны подразделяют на:

- конструктивные (класс прочности — В7,5...В35; плотность — 1400... 1800 кг/м³);

- конструктивно-теплоизоляционные (класс прочности не менее В3,5, плотность-600...1400 кг/м³);

- теплоизоляционные — особо легкие (плотность < 600 кг/м³). По строению и способу получения пористой структуры легкие бето­ны подразделяют на следующие виды:

- бетоны слитного строения на пористых заполнителях;

- ячеистые бетоны, в составе которых нет ни крупного, ни мелко­го заполнителя, а их роль выполняют мелкие сферические поры (ячейки);

- крупнопористые, в которых отсутствует мелкий заполнитель, в результате чего между частицами крупного заполнителя образуются пустоты.

Кремнеземистый компонент — молотый кварцевый песок, гранули­рованные доменные шлаки, зола ТЭС и др. Кремнеземистый компо­нент снижает расход вяжущего и уменьшает усадку бетона. Примене­ние побочных продуктов промышленности (шлаков и зол) для этих, целей экономически выгодно и экологически целесообразно.

Для получения ячеистых бетонов используют как естественное твердение вяжущего, так и активизацию твердения с помощью про-паривания (Т= 85...90 °С) и автоклавной обработки (Т = 175 °С). Луч­шее качество имеют бетоны, прошедшие автоклавную обработку. В случае применения извести в составе вяжущего автоклавная обработ­ка обязательна.

По способу образования пористой структуры (методу вспучивания вяжущего) различают газобетоны и газосиликаты; пенобетоны и пеносиликаты.

Газобетон и газосиликат получают, вспучивая тесто вяжущего га­зом, выделяющимся при химической реакции между веществом-га-зообразователем и вяжущим.

Свойства ячеистых бетонов определяются их пористостью, видом вяжущего и условиями твердения.

Силикатные материалы и изделия - это искусственные строительные конгломераты на основе известково-кремнеземистого вяжущего вещества. После формования таких изделий необходима их тепловлажностная обработка в автоклавах по специальному режиму водяным паром под повышенным дав­лением (0,8—1,3 МПа) и максимальной температурой 175 — 200 °С. Именно при таких условиях известь вступает в химическую реакцию с кремнеземистым компонентом: кварцевым песком, шлаками, золами ТЭЦ и другими, содержащими в своем составе SiO₂:

Са(ОН)₂ + SiO₂ + m·Н₂О = СаО·SiO₂·nН₂О.

В условиях автоклавной обработки можно получить различные гидросиликаты кальция в зависимости от состава исходной смеси: тоберморит 5СаО·6 SiO₂·5Н₂О, слабо закристаллизованные гидросиликаты: (0,8…1,5) СаО·SiO ₂·Н₂О - и (1,5…2) СаО·SiO₂·Н₂О. В высокоизвестковых смесях синтезируется гиллебрандит 2СаО·SiO₂·Н₂О.

Главнейшими силикатными и силикатобетонными изделиями являются: силикатный кирпич, крупные силикатные блоки, панели перекрытий, стеновые панели, колонны, балки, блоки и панели для наружных стен и покрытий из газосиликата, газозоло-, пеносиликата и др.

Силикатные изделия могут быть сквозными или с полузамкнутыми пустотами для снижения их массы и улучшения теплозащитных свойств в конструкциях. Большое значение имеет режим авто­клавной обработки.

Силикатные бетоны в зависимости от их средней плотности подразделяют на три группы: тяжелые, имеющие среднюю плот­ность более 1800 кг/м³, изготовленные на плотных заполнителях (песке, щебне или гравии); легкие со средней плотностью 500 — 1800 ч кг/м³, изготовленные на пористых заполнителях (керамзи­те, аглопорите, вспученном перлите); ячеистые со средней плот­ностью менее 500 кг/м³ (газосиликат, пеносиликат и др.). В зави­симости от крупности заполнителя их подразделяют на мелкозернистые с максимальные размером зерен до 5 мм и крупнозернис­тые — с размером зерен более 5 мм.

Вяжущим веществом в силикатных бетонах служит известково-кремнеземистое вещество, получаемое обычно совместным помо­лом воздушной извести и песка. Вместо песка применяют золу, мо­лотый доменный шлак и другие отходы промышленности, содержа­щие кальциевые соединения кремнезема и глинозема.

Силикатный (известково-песчаный) кирпич изготовляют прессованием жесткой смеси, состоящей из 92 —94 % кварцевого пес­ка, 6 — 8% извести (считая на активную СаО). Влажность такой формовочной смеси составляет 7 —9 % по массе. Отформованный кирпич на специальных тележках загружают в автоклав для твер­дения.

Кварцевые пески для производства силикатного кирпича дол­жны иметь определенный зерновой состав. Наилучшей гранулометрией песка является та, при которой средние зерна размеща­ются между крупными, а мелкие — между средними и крупными. Диаметры зерен песка обычно составляют 0,05 — 2,00 мм. В песке ограничивается содержание примесей слюды (не более 0,5 %), не должно быть включений глины, так как они снижают качество изделий.

Известь может быть гашеной или негашеной, с содержанием активных СаО + MgO не менее 85 %, причем содержание MgO не должно превышать 5 %, так как магнезиальная известь (с повы­шенным содержанием MgO) гасится медленно.

Вода при производстве сили­катного кирпича применяется при гашении извести, приготов­лении формовочной смеси, за­паривании кирпича-сырца в ав­токлавах, получении техноло­гического пара. Желательно при­менять мягкую воду, а жесткую воду — после умягчения ее тер­мическим или химическим спо­собами.

Силикатный кирпич имеет ту же форму и те же размеры, как и обыкновенный глиняный: 250x120x65 мм. Утолщенный кирпич имеет размеры 250х 120x88 мм. Эти виды кирпича могут быть пол­нотелыми и пустотелыми. Выпускаются также пустотелые сили­катные камни размерами 250x120x138 мм. Установлены марки кирпича (камня): по пределу прочности при сжатии — М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М3001; по морозостойкости — F15; F25; F35; F50. Для лицевых кирпичей и камней марка по морозостойкости должна быть не менее F25. Плотные изделия имеют среднюю плотность не менее 1500 кг/м³, а пористые — менее 1500 кг/м³.

Водопоглощение по массе силикатного кирпича и силикатных камней должно быть не менее 6 %.

Известково-шлаковый кирпичизготовляют из смеси извести и гранулированного доменного шлака. Извести берут 3-12% по объему, шлака - 88-97%.

При замене шлака золой получается известково-зольный кир­пич.Состав смеси: 20-25% извести и 80-75% золы. Так же как и шлак, зола является дешевым сырьем, образующимся в больших количествах после сжигания топлива (каменного угля, бурого угля и др.) в котельных ТЭЦ, ГРЭС и др.

Асбоцемент- искусственный композиционный каменный строительный материал, получаемый в результате затвердевания смеси, состоящей из цемента, асбеста (10-20% от массы це­мента) и воды.

Такой материал обладает высокой прочностью, огнестойкостью, долговечностью, малыми водонепроницаемостью, теплопродностью и электропроводностью.