Физико-механические свойства Цов.

1. Плотность ПЦ зависит от химического и фазового состава, а также от добавок истинной r_ПЦ=3,1-3,2 г/см³. Цы с пониженной r более экономичны (т.к. при одинаковом расходе по массе дают более пластичные Бные смеси с меньшей пористостью). r_ПЦ=3,15 г/см³ при расходе 300 кг/м³ Ба займёт в нём пустоты объёма 300/3,15 ~ 95 л, а ШПЦ с r=2,8 г/см³ 300/2,8 ~ 107 л, т.о. ШПЦ эффективнее по данному свойству, чем ПЦ на (107-95)*100/95= 12%. Ц с повышенной r используется для соор-ний от радиоактивного излучения, как тампонажные растворы на нефтяных скважинах, испол-ют при возведении защитных устройств от ядерных взрывов (за счет железистых фаз С₄АF,C₂F) с истиной связана насыпная плотность в рыхлом и уплотненном состоянии, r­ за счёт увеличения железистых фаз С₄AF, С₂F, а т. ВаО+SiO₂=2BaO*SiO₂ с r=5,4 г/см³ Цы с пониженной истиной полностью более экономичны, т.к при одинаковом расходе дают более пластичные Бы, смеси с меньшей пористостью, ШПЦ и пуццолановые Цы r_ист=2,7-2,9 г/см³. Насыпная r в рыхлом сост-ии 900-1100 кг/м³, в уплотнённом сост-ии 1400-1700 кг/м³. Чем ¯r_нас тем тоньше измельчён Ц. Для расчётов складских ёмкостей средняя r_{нас цем}= 1200 кг/м3. 2. Водопотребность вяжущих веществ – это такое количество воды, которое вводится в него для образования теста нормальной густоты НГЦТ – такая условная консистенция при которой по ГОСТ 310.3-85. Водопотребность ПЦ=24-28% (пестик не доходит до дна на 5-7 мм). Для химических реакций необходимо 22% воды Þ чем ¯НГЦТ, тем при равных условиях выше качество Цного камня Для гипса НГ – 50-70%, пуццолановый Ц – 35-40%. На водопотребность влияют: - минералогическое соот-ние (чем ­С₃А, тем ­В); - тонкость помола (чем ­ ТП, тем ­В); - добавки АМ – (трепел, диатомит) с ­АМД - ­В; - добавки ПАВ - ¯В. Водопотребность Цов м/регулировать с помощью добавок ПАВ. В качестве ПАВ-ССБ и СДБ. 3. Схватывание – это процесс при котором относительно подвижная смесь Ца с водой постепенно загустевает и приобретает начальную прочность, при которой затруднительна (начало схватывания) или невозможна (конец) её механическая переработка. Начало и конец схватывания – условно по игле Вика. Для ПЦ по ГОСТу начало – не ранее 45 мин, конец – не позднее 10 час с момента смешивания Ца с водой . Необходимо, чтобы процесс конца схватывания происходил в спокойном состоянии (для технических свойств – это важный момент – деструкция – снижение прочности). В промежутке между началом и концом схватывания можно механически воздействовать на смесь (вибрирование, уплотнение) и Þ уплотнение Ба. Сроки схватывания зависят от: 1) минерального состава – С₃А – сроки схватываня ускоряются, С₂S – cроки схватывания замедляются; 2)сод-ния СаSO4*2H₂O – 3-6% - без гипса у ПЦ короткие сроки схватывания (невозможно использовать) количество гипса зависит от сод-ния алюминатов и ТП (ТП­ - ­сроки схватывания). С гипсом связано явление «ложного» схватывания, вследствие наличия полуводного гипса, образующегося в мельницах и при хранении в горячих силосах (130-160 ⁰С). Устраняется дополнит перемешиванием. Схватывание идёт за счёт образования 3СаО*Al₂O₃*3CaSO₄*31H₂O – эттрингита отлагается в виде плёнок на алюминатах и замедляет сроки схватывания за счёт индукционного периода – эта теория существовала раньше. В настоящее время считают, что замедление схватывания связано с перекристаллизацией гипса и связыванием частицц Ца. 3) Добавки замедляют схватывание – сахар, Na₃PO₄, Na₂B₄O₇ (1-3%) отодвигают схватывание на неопределённое время. Ускоряют твердение и схватывание – СaCl₂ 0,5-1,5%, если ¯количество, то может быть и замедление схватывания СаCl₂+C₃A – образуется гидрохлоралюминат Са – малорастворимое соединение 3Са*Al₂O₃*CaCl₂*10H₂O

нитрит Na (NaNO₂) – ускоритель схватывания; 4) На сроки схватывания влияет В/Ц – чем ­ В/Ц – тем скорость их схватывания и твердения замедляются; 5) С ­ t^o-ры скорость схватывания и твердения возрастает, ускоряютсяся сроки схватывания; 6) ТП ­ - ­ скоростьсхватывания и твердения; 7) Длительность хранения (чем длительнее хранение, тем ¯ скорость схватывания, т.к. образуются оболочки на частицах Ца от взаимодействия с Н₂О и СО₂ воздуха – образуются гидраты). 4. Равномерность изменения объёма. Причины неравномерного изменения V Цов: - гидратация своб СаО, если её > 1,5-2 %; - МgО, если её> 5%; - образованиее эттрингита в большом количестве, при избытке гипса и увеличении С3А. Опр-ть равномерность изменения объёма Ца на лепёшках через 24 часа при их нагревании в кипящей воде в течение 3 часов; - большое сод-ние щелочей в Це Na2O+H2O > 0,5% при взаимодействии с активными зап-лями, содержащими опал, халцедон – образуют щелочные силикаты, вызывающие набухание и разрушение. 5. Активность и прочность (марка) Ца. Активность – способность твердеть при взаимодействии вяжущего вещества с водой и переходить в камневидное состояние. Прочность и скорость набора прочности – хар-ки активности. Чем выше прочность и чем быстрее она достигнута, тем выше качество Ца или вяжущего. Различают: 1) Конечную прочность, которая может быть достигнута Цом при твердении; 2) Скорость твердения, характерную интенсивности роста прочности твердеющего Ца во времени. Цы – быстротвердеющие и высокопрочные вяжущие вещества. Механическая прочность оценивается по пределу прочности: при сжатии, при изгибе, при растяжении, при раскалывании образцов той или иной формы. При этом необходимо строго соблюдать требования по составу, изготовлению, хранению и испытанию образцов. Возрастает значение неразрушающих способов определения прочности Цов и Бов с помощью ультразвука. Образцы – балочки 4х4х16 см – состав 1:3 по массе, расплыв 106-115 см (после 30 встряхиваний В/Ц=0,4) (вибрирования амплитуда = 0,35 мм n= 3000 кол/мин), в возрасте 28 суток, хранить в нормальных условиях – W=95% - 1 сутки, затем в воде 20±2 0С -27 суток, через 30 минут после извлечения из воды по ГОСТ 310-91 испытания. а) Активность Ца – предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток Цного камня (Цное тесто = Ц + вода). Марка Ца – R_сж в 28 сут Цного раствора 1:3 (Ц + песок) половина балочек 4х4х16 (рост R_сж быстрее R_изг) (Чем > R_сж, тем <R_изг 30/4,5=6,6 раз 50/6=8,3 раза. Ещё > уменьшается R_сж/R_раст) К_{размягчения}=R_{насыщ водой}/R_сух= 0,8-0,9 для Цных образцов, характеризует водостойкость, К_{разм гипса}= 0,3-0,45. Ускоренные методы определения механических хар-к с помощью пропаривания (ТВО, автоклав) – прочность при пропаривании имеет логарифмическую зависимость Rⁿ_сж/R²⁸_сж=lgn/lg28 n>3; б) Зависимость R Ца минерального состава, t твердения и дисперсности. Если за 100% принять прочность R²⁸сж Цного образца, то его основные минералы покажут прочность 70% от R²⁸сж: С₃S – 70% через 7 суток, C₂S – через 12 суток, С₄AF и C₃A – активные в первые сутки. Введение химических добавок влияет на R Ца. Воздухововлекающие добавки повышают прочность Ца. Тонкость помола и гранулометрический Ца влияют на прочность Ца (см помол Ца). Увеличении ТП увеличивает прочность и скорость твердения Ца при помоле от 3000 до 4500 см²/г – прочность увеличивается на 15- 20% при В/Ц= const. Остаток на сите 008 не более 15%. На прочность Ца оказывают влияние более тонкие фракции поэтому используют остаток на сите, а определяют Sуд по воздухопроницаемости порошка. Чем ниже В/Ц тем интенсивнее рост в начальные сроки и тем выше прочность в конечном итоге. Избыток воды увеличивает пористость системы и следовательно уменьшает прочность и плотность. В настоящее время возможно прогнозирование прочности Цного камня, используя В/Ц, активность и другие хар-ки. Наиболее рациональной является формула Р.Фере:

К- константа; с,е,а – абсолютные объёмы Ца, воды и воздуха (пор) в смеси. Таким образом прочность пропорциональна квадрату объёмной концентрации Ца в камне. Недостаток формулы в том, что в ней принят абсолютный объём исходного Ца, а не абсолютный объём (концентрация) новообразований, которая колеблется от минерального состава и условий твердения (приходится высчитывать непрореагировавший Ц). Наилучшие условия твердения Ца – в воде и в паровоздушной среде (нет испарения воды и следовательно образования пор нет). Влияние tы на скорость твердения портландЦа: 0 - +5 – 8⁰С – в 2 раза медленнее, чем при нормальных условиях. при 0⁰С – прекращается, +30 – 40⁰С – ускорение, +70 – 100⁰С – резкое ускорение, +175 – 200⁰С – мгновенно идёт реакция. Наиболее оптимальные условия твердения Бов: 1) Tа твердения = 70 – 95 ⁰С – ТВО при Р_атм t=8 – 10 час R_сут=60-75% от R²⁸; 2) Tа твердения = 174,5 – 200 ⁰С P_{нас пара}= 0,9 – 1,6 МПа ТВО под давлением в замкнутом пространстве – автоклав t =4-6 часов R_сут=R₂₈. Сложная зависимость поведения различных Цов при ТВО от многих факторов (минерального состава, микроструктуры клинкера, ТП, В/Ц и др). Целесообразно оптимальный режим тепловой обработки (t⁰ и t). 3) При пониженных tах вводят добавки – ускорители (СаСl₂ 1-1,5%) при отрицательных tах – СаСl₂ (3%)+ NaCl (7%) до – 10 ⁰С. NaNO₂ до -15 ⁰С, К₂СО₃+ поташ) до -25 ⁰С. 4) При нормальных условиях – ускорители твердения – СаСl₂ (1-1,5%), NaNO₂ – так как в первые 3-е суток они увеличивают прочность растворов и Бов. NaNO₂+NaNO₃ (ННХК) 1:1 – ускоряет твердение и предохраняет от коррозии металл в ЖБ. 6. Усадка и набухание Цного камня при изменении его влажности. 1. Если поместить образцы в воздушную среду, относительная влажность которой ниже равновесной влажности образца (влажность достигается при полном насыщении), то вода начнёт испаряться до момента равновесия между влажностью образца и влажностью окружающей среды. При этом развиваются большие силы давления (сжатия) обуславливающие уменьшения объёма и следовательно усадку. Эти объёмные и линейные деформации сопровождаются сильным напряжением в материале. Когда напряжения s_у>R_раст – образуются микро- и макротрещины. 2. Если поместить образец во влажную среду, где влажность среды больше влажности образца, то увеличивается водосод-ние образца – происходит интенсивное набухание, сопровождаемое также напряжениями, но меньшей интенсивности. 3. С увеличением tы – также может идти усадка, из-за удаления воды из образца. Деформации 0-100⁰С – обратимые, от 0⁰С до +60⁰С – обусловлены физическими факторами. Эти деформации не … с увеличением объёма, связанного с гидратацией СаО и МgО или образованием эттрингита.

Усадка Цного камня зависит от В/Ц и продолжительности твердения систем Усадочные деформации возникают под действием капиллярных сил, приводят к всестороннему обжатию структурных элементов Цного камня. Деформации тем меньше, чем меньше в структуре гелевидных составляющих и больше кристаллической фазы и непрореагировавших клинкерных зёрен.

Свободная вода удалена – но на этом деформации не заканчиваются, затем освобождаться может адсорбированная вода в гелевых порах, затем из кристаллической решётки (между слоями), и потом из гидросиликатов – развиваются микротрещины и разрыв кристаллической системы (разрушения).

На деформации влияют состав и свойства Ца, ТП, условия твердения, В/Ц и др. Усадка Цного камня 3-5 мм/м, тяжёлых Бов в 6-10 раз меньше, растворов в 2-4 раза меньше. 7. Стойкость Цного камня при переменном увлажнении и высушивании. Если циклы увлажнения и высушивания Цного камня или Ба многократно повторяются, сопровождаясь меняющимися по направлению процессами усадки и набухания, то постепенно накапливаются остаточные деформации, расшатывается структура, увеличивается объём и пористость системы, а механическая прочность и долговечность Ба снижаются. 1. Мера стойкости: максимальная величина усадки при полном высушивании водонасыщенных образцов, чем эта величина меньше – тем метериал более стоек. 2. Долговечность: многократная ПУВ. Определяют количество циклов до потери прочности на 20-25%. Эта хар-ка относительна, так как не соответствует натуре. 8. Трещиностойкость. Образование трещин в материале отрицательно отражается на их долговечности, несущей способности и внешнем виде. Трещины – результат напряжений (s) и (DС) деформаций возникающих при действии механических нагрузок на конструкции, большой разницы t⁰-р (Dt) внутренней и внешней зоны, создание значительных градиентов по влажности и т. п. (Rсж, модуля упругости, растяжения, усадки, ползучести и др.). Значение имеют размер и форма изделий и конструкций. Чем меньше скорость твердения – тем меньше склонность к трещинообр-нию. Для уменьшения трещинообразования вводят термореактивные смолы (С-89 с ССБ или М-70), латексы, Si- органические соединения (ПСЖ-10, 94 и др.) в количестве 0,1-2,0%. 9. Ползучесть Цного камня. - это свойство Цного камня или Ба необратимо деформироваться под влиянием длительнодействующих в них напряжений, возникающих при действии внешних нагрузок, а также усадки, tного и др. факторов. При напряжениях до 50-60% от R_сж Ба – ползучесть носит характер линейный и обуславливается вязким течением материала при малозаметном нарушении его труктуры. При P>0,6R_сж развиваются микротрещины и пластические деформации. При ещё больших Р – развиваются неупругие деформации, которые интенсивнее роста напряжений и ползучесть становится нелинейной. Поэтому Б называется упругопластичным материалом. При Р>0,9 R_сж Показатель ползучести e_пз=e_п-e₀-e_ус, e_п – полная деформация Ба за t при нагрузке, e₀ – мгновенная деформация (начальная) при нагрузке, e_ус – деформационная усадка ко времени t. Деформации определяются через различные хар-ки: 1. Хар-ка ползучести j=e_пз(t)/e₀, e_пз – относительная деформация линейной ползучести ко времени t, e₀ – упругая относительная деформация 2. Мера ползучести С(t)=j(t)/Е₀=e_пз(t)/s₀ т. к. Е₀=s₀/e₀, где Ео – модуль упругой деформации Ба в момент нагружения, s₀ – напряжение в Бе в момент нагружения. Ползучесть может играть положитльную и отрицательную роль. В массивном Бе – она уменьшает растягивающие напряжения, вследствие усадки и tных напряжений, но и увеличение прогиба ЖБК работающих на изгиб. Ползучесть зависит от многих факторов: 1. Она уменьшается при В/Ц=0,4…0,45 у Цных растворов и Бов, увеличивается при В/Ц=0,45…0,6, при В/Ц>0,6 влияет мало 2. Увеличивается в первые сроки после нагружения конструкции, уменьшается в более длительные сроки, и практически нет к 1-2 годам 3. Увеличивается с увеличением влажности и водонасыщения образцов 4. Уменьшается у алитовых и малоалюминатных Цов (минералогический состав). 5. Условий твердения: ТВО уменьшает ползучесть немного, автоклав уменьшает ползучесть значительно. Ползучесть связана преимущественно с перераспределением капиллярной и адсорбционно связанной воды в зависимости от напряжений, возникающих в теле под влиянием внешней нагрузки. (Усадки и набухания – выражаются в деформациях ползучести). Линейная ползучесть, полагают, следствие реологических свойств (вязкости) гелевой структуры и капиллярных явлений, Цного камня под действием возникающих напряжений, и зависит от степени дисперсности частичек новообразований в геле. Чем < их размеры и >S_уд новообразований, тем сильнее выражена ползучесть. Укрупнение частиц геля уменьшает деформации ползучести при одинаковых напряжениях.