Гипсо-известково-пуццолановое и другие смешанные вяжущие на основе сульфатов кальция. Особенности их получения и свойства.

Гипсоизвестковое вяжущее представляет собой сухую смесь, получаемую дегидратацией двуводного гипса за счет тепла гашения извести. При этом известь гасится, поглощая воду, выделяющуюся из двуводного гипса:

2(CaS04-2H20) +ЗСаО = 2(CaSO40,5H2O) + ЗСа(ОН)2 + Q

Теоретически при этой реакции материалы могут нагреваться до 300 °С. Практически же дегидратацию следует проводить при 140...160 °С, что достигается выбором соотношения между исходными материалами (50...70 % гипсового камня и 50...30 % негашеной извести).

При производстве гипсоизвестковых сухих смесей измельчение исходных компонентов производят в щековых или молотковых дробилках до кусков размером 5... 10 мм, а затем осуществляют их совместный или раздельный помол в шаровой мельнице до остатка на сите с размерами ячеек 0,2 мм не более 5... 10 %. Приготовленную смесь направляют в термоизолированный реактор, где происходит реакция между известью и гипсом.

Гипсоизвестковое вяжущее при затворении водой схватывается через 10...20 мин. Оно применяется для изготовления низкомарочных строительных растворов и бетонов.

Для производства гипсоизвесткового вяжущего целесообразно использовать сульфатные отходы промышленности, в частности фосфогипс. В этом случае исключаются затраты топлива не только на дегидратацию двуводного сульфата кальция, но и на удаление из отходов механически примешанной воды, которое происходит за счет тепла гашения извести.

С целью повышения прочности и водостойкости гипсоизвестковых смесей рекомендуется применять различные пуццолановые добавки.

К смешанным вяжущим на основе извести относят известково-пуццолановые и известково-кремнеземистые вяжущие, известково-шлаковый и известково-зольный цементы.

Известково-пуццолановым вяжущим называется гидравлическое вещество, получаемое путем совместного помола, высушенных активных минеральных добавок с известью (негашеной или гашеной - пушенкой) или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов. Наряду с воздушной можно использовать и гидравлическую известь. Обычно содержание извести в известково-пуццолановом вяжущем (по массе) колеблется от 15 до 30%. Наилучшую (оптимальную) дозировку извести и добавки устанавливают опытным путем в зависимости от прочности полученных растворов. При изготовлении известково-пуццолановых вяжущих для регулирования их свойств добавляют гипс (не более 5% от массы всей смеси).

К известково-пуццолановым вяжущим обычно относят вяжущие, изготовленные из смеси извести с активными минеральными добавками вулканического происхождения (трасс, пепел, пемза и др.) или гидравлическими добавками осадочного происхождения (трепел, опока, диатомит).

При твердении в водной среде прочность известково-пуццолановых вяжущих увеличивается в течение длительного времени. В воздушно-сухой среде повышение прочности известково-пуццолановых вяжущих через определенный период прекращается, а достигнутые значения придела прочности при сжатии и растяжении даже снижаются.

Для нормального хода процесса твердения известково-пуццолановых вяжущих в наземных сооружениях необходимо, чтобы твердеющий цемент длительное время находится во влажной среде, для чего их периодически поливают водой.

Известково-пуццолановые вяжущие в обычных условиях твердеют весьма медленно. Прочность их нарастает в течении длительного времени. Процесс твердения изделий из известково-пуццолановых вяжущих можно ускорить с помощью автоклавной обработки. Образующиеся при запаривании под давлением в автоклавах кристаллические гидросиликаты значительно более стойки в воздушной среде. Таким образом, запаривание под давлением наряду с повышением механической прочности увеличивает также воздухостойкость.

Известково-пуццолановые вяжущие представляют собой рыхлый очень подвижный порошок, поэтому в него легко проникает влага или углекислота воздуха, превращающие известь в углекислый кальций, что понижает прочность вяжущего.

Известково-пуццолановое вяжущее медленно схватывается: начало схватывания наступает не ранее 5-8 часов, а конец схватывания - через 20-30 часов. При использовании негашеной извести схватывание наступает быстрее.

Эти вяжущие должны равномерно изменяться в объеме. Если они изготовлены на кипелке, то нужно особенно тщательно наблюдать за изменением объема. При твердении известково-пуццолановых вяжущих на основе пушонки на воздухе, наблюдаются значительные усадочные деформации, применение негашеной извести уменьшает величину усадки.

В зависимости от механической прочности известково-пуццолановые вяжущие делятся на 4 марки: 25, 50, 100, 150. Обозначение марок соответствует пределу прочности при сжатии образцов из раствора жесткой консистенции состава 1:3 по массе через 28 суток, причем образцы хранятся 7 суток во влажной среде и 21 сутки в воде. Предел прочности при сжатии через 7 суток после изготовления и хранения их при влажной среде должен быть не ниже 1, 2, 4,7 МПа соответственно для марок 25, 50, 100, 150. Особенностью известково-пуццолановых вяжущих является их высокая водопотребность. Наибольшая водопотребность характерна для вяжущих осадочного происхождения. Водовяжущее отношение в тесте нормальной густоты, для известково-пуццолановых вяжущих с диатомитом и трепелом колеблется в пределах 0,50-0,70, а для вяжущих с добавками вулканического

Остаток на сите с сеткой №008 должен быть не более 25%, а на сите №02 не более 5% просеиваемой пробы.

Средняя плотность известково-пуццолановых веществ невелика: она колеблется в пределах б00-800кг/м3 - в рыхлом состоянии, 900-1200 кг/м3 - в уплотненном состоянии. Истинная плотность также мала: в зависимости от используемой добавки она оставляет 2200-2800кг/м3

Известково-кремнеземистое вяжущее - вяжущее вещество, применяемое для изготовления строительных изделий и сборных конструкций, подвергаемых автоклавной обработке.

В случае централизованного выпуска известково-шлакового вяжущего (ИШВ) марки М200 на основе гранулированного доменного шлака или известково-шлакового вяжущего (ИШВ) марки М150 на основе золошлаковой смеси электростанций возможно изготовление стеновых камней из шлакобетонных смесей.

Известково-шлаковый цемент. В известково-шлаковом цементе добавкой является тонкоизмельченные доменные гранулированные шлаки. Известково-шлаковые цементы по пределу прочности при сжатии образцов, изготовленных трамбованием из жесткого раствора состава 1:3 и испытаниях в возрасте 28 дней характеризуются марками 25, 50, 100 и 150.

Схватывание и твердение достигается за счет взаимодействия извести и активного кремнезема добавки с образованием гидросиликата кальция.

Эта реакция протекает крайне медленно и также медленно нарастает прочность при твердении таких цементов. Взаимодействие извести с кремнеземом происходит только во влажных условиях, поэтому особенно в первое время твердения известково-пуццолановых или известково-шлаковых цементов нельзя допускать их высыхания.

Особенно благоприятное влияние на нарастание прочности оказывает тепловлажностная обработка (пропарка, особенно автоклавная обработка) изделий на таких цементах, но отрицательно на их твердение влияет понижение температуры; ниже -10° твердение практически прекращается.

Воздухостойкость.Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы имеют склонность разрушаться под влиянием воздуха; они не воздухостойки. Происходит это вследствие высыхания коллоидного гидросиликата кальция, который при этом дает усадку, нарушая сцепление внутри цементного камня и вызывая образование трещин. Отрицательно действует и углекислота воздуха, разрушая гидросиликат.

Для повышения воздухостойкости цемента к нему добавляют до 10-15% портландцемента или увеличивают содержание извести до 40-60%.

Морозостойкость известково-пуццолановых и известково-шлаковых цементов низкая. Поэтому их не следует применять в тех частях сооружений, которые в эксплуатационных условиях могут подвергаться периодическому замораживанию и оттаиванию в насыщенном водой состоянии.

Применение.Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы применяют для кладки стен и фундаментов, находящихся во влажных условиях, а также для приготовления малопрочных бетонов и искусственных каменных материалов.

Эти цементы являются местными дешевыми видами гидравлических вяжущих. Они позволяют использовать в строительстве местные горные породы (активные добавки) и отходы производства (шлаки, бой кирпича, золы) и, кроме того, их получают путем несложной технологии.

Известково-зольный цемент-вяжущее, получаемое измельчением извести совместно с золой от сжигания топлива.

Известково-кремнеземистые и известково-нефелиновые вяжущие вещества, применяемые для изготовления строительных изделий и сборных конструкций, подвергаемых автоклавной обработке. Марки вяжущих устанавливают техническими условиями.

23.Гипсо-цементно-пуццолановые вяжущие ,состав, свойства.

ГЦПВ получают, смешивая полуводный гипс (строительный или высокопрочный), портландцемент и ту или иную кислую активную минеральную (пуццолановую) добавку.

Как известно, смеси гипсовых вяжущих веществ с портландцементом при твердении характеризуются неустойчивостью. При затворении водой они вначале интенсивно твердеют, но через 1—3 мес, а иногда и позднее возникают деформации, обусловливающие обычно не только падение прочности, но даже разрушение системы. Такое поведение смесей гипсовых вяжущих с портландцементом при твердении — следствие образования трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция из высокооснбвных алюминатов кальция, содержащихся в портландцементе, и сульфата кальция.

Представлялась заманчивой возможность сочетания гипсовых материалов с портландцементом в любых соотношениях и получения вяжущих, твердеющих без разрушительных деформаций и характеризующихся водостойкостью, высокой сульфатостойкостью и быстротой роста прочности, т. е. положительными свойствами, присущими отдельным компонентам.

Эти системы под руководством А. В. Волжемского исследовали Р. В. Иванникова, В. И. Стамбулко, Г. С. Коган, А. В. Ферронская, 3. С. Краснослободская и др. Было установлено, что если в смеси гипсовых вяжущих веществ с портландцементом вводить надлежащее количество пуццолановых (гидравлических) добавок, содержащих кремнезем в активной форме, то достигаются полная их стабильность и рост прочности при длительном твердении в воздушной или водной среде без разрушительных деформаций.

При твердении вяжущих из смеси гипса, портландцемента и пуццолановой добавки роль последней сводится вначале к снижению концентрации гидроксида кальция в водной среде до такого уровня, при котором нарушаются условия стабильного существования высоко-основных гидроалюминатов кальция (-^СаО-АЦОг 13Н20 и ЗСаО-А1203-6Н20) и создаются предпосылки к переходу их в более устойчивые низкоосновные. При этом Са'(ОН)2 и Si02 дают гидросиликаты типа CSH(B), по Р. Боггу, или С—S—Н(1), по X. Тейлору.

Такой ход реакции предопределяет неустойчивость трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция, который образуется в начальной стадии твердения, прекращение его дальнейшего образования, а возможно, и разложение. В последнем случае образуется, по-видимому, односульфатная форма ЗСаО-А1203-Са504- 12H20, гидрогранаты ЗСаО-Al203-nSi02(6—2/г)Н20, гидросиликоалюминат 3CaO-Al203-CaSi03- 12H20, гипс CaSCr •2Н20 и их твердые растворы.

Переход эттрингита в односульфатную форму по схеме. ЗСаО • А1203 • 3CaS04 • 31 Н20->ЗСаО • А1203' CaS04-•12H20+2CaS04'2H204-15H20 сопровождается уменьшением абсолютного объема твердой фазы исходного вещества в 1,55 раза и образованием воды в жидком виде. Это способствует значительному снижению опасных напряжений, которые могли вначале возникнуть в твердеющей системе вследствие образования эттрингита. Таким образом, активный кремнезем пуццолановых добавок может входить в состав гидроалюмосиликатов указанного состава, не опасных для устойчивости системы. Силикаты кальция портландцемента (C3S и C2S) при взаимодействии с водой в этих условиях дают гидросиликаты типа CSH(B) с пониженной основностью.

Отсутствие условий для стабильного существования «цементной бациллы» в смеси гипса, портландцемента и пуццолановой добавки обеспечивает полную устойчивость данной системы при длительном твердении. Водостойкость же и способность к гидравлическому твердению обусловлены образованием рассмотренных выше малорастворимых соединений и в первую очередь гидросиликатов кальция, защищающих двуводный гипс от растворяющего действия воды. В большой мере проявляется это защитное влияние на гипс, начиная с 15—20 °/о содержания портландцемента в трехкомпонентной смеси.

В качестве пуццолановых добавок используют обычно такие материалы, как трепел, опоки, диатомит, активные вулканические породы, глины, обожженные при 600—700 °С, некоторые активные золы и т. п. Желательно применять высокоактивные кислые минеральные добавки по ОСТ 21-9-74.

В настоящее время используются гипсоцементно-пуццоллановые вяжущие примерно следующего состава (% по массе):

Полуводиый гипс 75—50

Портландцемент 15—25

Пуццолаиовая добавка (трепел, опока, диатомит)

активностью не менее 200 мг/г 10—25

Вместо портландцемента целесообразно применять пуццолановый портландцемент с надлежащим количеством активной гидравлической добавки и, наконец, шлакопортландцемент. Если имеются гранулированные доменные шлаки, то целесообразно изготовлять гипсошла-коцемеитные вяжущие (ГШЦВ), содержащие 65—40%' полуводного гипса или ангидрита, 30—50 % кислого доменного шлака и 5—8 % портландцемента. Основная роль портландцемента сводится в данном случае к щелочной активизации вяжущих свойств шлаков. При повышенной основности доменных шлаков возникает необходимость ввода в ГШЦВ также пуццолаиовых добавок (10—15%) для снижения концентрации гидроксида кальция до безопасных пределов.

Г. И. Книгина предложила готовить подобные вяжущие совместным помолом или тщательным смешением измельченного двуводного гипса, доменного шлака и горелых пород, содержащих в активной форме кремнезем и глинозем.

В связи с тем, что на устойчивость этих систем при твердении решающее влияние оказывают активность и содержание пуццолановой добавки, очень важно строго ее дозировать. Для этого по методике МИСИ им. Куйбышева титрованием определяют концентрацию СаО в водной суспензии гипса, портландцемента и пуццолановой добавки. Концентрация СаО должна быть не выше 1,1 г/л через 5 сут и ниже 0,85 г/л через 7 сут. Если концентрация при титровании окажется более высокой, то количество добавки по отношению к цементу увеличивают. Свойства этих вяжущих должны соответствовать требованиям ОСТ 21-9-81.

Гипсоцементно-пуццолановые и гипсошлакоцементные вяжущие получают тщательным смешением всех составляющих. При этом пуццолановая добавка или доменный шлак должны быть предварительно высушены и измельчены до остатка не более 10 % на сите № 008.

Из ГЦПВ, изготовленных на основе строительного гипса, и портландцемента марки 400 (по ОСТ 10178—76) и выше можно получать обычные бетоны марок до 15— 20 МПа в зависимости от расхода вяжущего (300— 450 кг/м3) и подвижности бетонных смесей. Коэффициент их размягчения 0,6—0,8. Прочность этих бетонов через 2—3 ч после изготовления достигает 30—40 % марочной.

Бетоны из ГЦПВ с использованием высокопрочного а-гипса имеют через 2—3 ч прочность на сжатие 10— 12 МПа, а через 7—15 сут нормального твердения — 30—40 МПа. Эти бетоны характеризуются примерно теми же упругопластическими свойствами, что и бетоны на портландцементе равных по прочности марок. Весьма интенсивно твердеют ГЦПВ на высокопрочном гипсе и особобыстротвердеющем цементе марок 500 и 600.

Важно отметить, что если гипсовые бетоны, особенно во влажном состоянии, отличаются высокими показателями ползучести, то ползучесть бетонов на ГЦПВ, содержащих 20—25 % цемента и более, характеризуется примерно такой же, как и бетонов на портландцементе. Для ускорения твердения изделий из ГЦПВ их можно пропаривать при 70—80 °С в течение 4—6 ч, причем достигаемая прочность составляет 70—90 % конечной. Стальную арматуру в изделиях на ГЦПВ нужно защищать соответствующими покрытиями или добавками NaNO*.

Бетоны и изделия на ГЦПВ характеризуются морозостойкостью 20—50 циклов в зависимости от состава вяжущих, их удельного расхода, вида, состава и плотности бетонов и других факторов. По сульфатостойкости эти вяжущие равноценны сульфатостойким портландцемента м.

С 1956 г. гипсоцементно-пуццолановые вяжущие успешно применяют в строительстве. На их основе методом проката на стане И. Я- Козлова или в кассетах готовят панели для устройства стен ванных и душевых комнат, а также санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков и т.п. Широко применяют в строительстве панели для верхних покрытий полов жилых зданий.

Изделия из ГЦПВ используют также при возведении малоэтажных жилых домов и зданий сельскохозяйственного назначения в суровых условиях эксплуатации. ГЦПВ в смеси с водной эмульсией поливинилацетатного полимера или дивинилстирольного латекеа применяют для отделки наружных и внутренних поверхностей зданий, для крепления керамических плит и других видов отделочных работ. Содержание полимера в отдельных составах колеблется в пределах 5—10 % массы ГЦПВ. Эти композиции характеризуются высокими адгезионными свойствами и долговечностью. Технология производства воздушной извести.