Способы регулирования основных показателей качества цементов.
Не смогла найти ничего нормального, поэтому посчитала что ГОСТ 30515-97 Цементы, будет весомым аргументом для ответа на данный вопрос.
1. Показатели качества, установленные в нормативных документах на цементы, подразделяют на обязательные и рекомендуемые.
5.1.2 Номенклатура обязательных показателей качества для цементов приведена в таблице 1.
Таблица 1
| Прочность на сжатие и (или) изгиб, МПа | Все цементы | |
| Вещественный состав, % | Все цементы | |
| Равномерность изменения объема | Все цементы на основе ПЦ клинкера, кроме тампонажных | |
| Время загустевания, мин | Цементы тампонажные | |
| Цементы тампонажные | |
| Самонапряжение, МПа | Цементы напрягающие | |
| Линейное расширение, % | Цементы расширяющиеся, напрягающие, безусадочные | |
| Тепловыделение, кал/г | Цементы для гидротехнических сооружений | |
| Водоотделение, % или мл | Цементы для строительных растворов, дорожные, тампонажные | |
| Содержание оксида магния МgО в клинкере, % | Все цементы на основе портландцементного клинкера | |
| Содержание оксида серы (VI) SO3, % | Все цементы на основе портландцементного клинкера | |
| Содержание хлор-иона Сl-,% | Все цементы на основе портландцементного клинкера | |
| Содержание шестивалентного хрома Сr+6,% | Портландцемент для производства асбестоцементных изделий | |
| Содержание оксида алюминия Аl2О3 | Все цементы на основе глиноземистого (высокоглиноземистого) клинкера | |
| Минералогический состав, % | Цементы на основе портландцементного клинкера - сульфатостойкие, тампонажные, цементы для труб, шпал, опор, мостовых конструкций | |
| Удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг | Все цементы |
5.1.3 Показатели качества: сроки схватывания, тонкость помола, подвижность цементно-песчаного раствора, растекаемость цементного теста, гидрофобность, водонепроницаемость, сульфатостойкость, морозостойкость, огнеупорность, коррозиестойкость, содержание в клинкере свободного оксида кальция, щелочных оксидов и нерастворимого остатка, потери массы при прокаливании являются рекомендуемыми.
При разработке нормативных документов на новые виды цементов отдельные рекомендуемые показатели качества могут быть установлены как обязательные.
5.1.4 Значение обязательных и рекомендуемых показателей качества устанавливают в нормативных документах на цемент конкретного вида или группу конкретной продукции в зависимости от их назначения и с учетом требований настоящего стандарта.
5.1.5 Цементы на основе портландцементного клинкера не должны содержать хлор-иона более 0,1 %, а содержание оксида серы (VI) должно быть не менее 1,0 и не более 4,0 % массы цемента.
5.2 Требования к материалам
Для производства цементов применяют:
- клинкер, изготовленный в соответствии с требованиями технологического регламента. Клинкер нормированного минералогического состава применяют в случаях, когда это предусмотрено нормативными документами на специальные цементы;
- гипсовый камень по ГОСТ 4013. Допускается применять другие материалы, содержащие сульфат кальция, по соответствующим нормативным документам;
- добавки минеральные, добавки технологические и регулирующие основные свойства цемента по соответствующим нормативным документам.
Важным фактором, позволяющим регулировать свойства ПЦ является его дисперсность – тонкость помол, зерновой состав.
РАЗМЕР ЧАСТИЦ ОПРЕДЕЛЯЕТ ХИМИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ВЯЖУЩЕГО, ЧЕМ МЕНЬШЕ ЧАСТИЦА, ТЕМ БОЛЬШЕ ЗАПАС ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ.
Тонкость помола характеризуется размером зерен или величиной удельной поверхности. Действующий ГОСТ ограничивает допустимую тонкость помола остатком в 15%. Для цемента марок 300-400 остаток фактически составляет 10-12%, для марки 500 - 8-10%, для М550-М600 остаток 7-9%.
Оптимальный зерновой состав цемента
Размер зерна, мкм Содержание, % Влияние на прочность
Менее 5 Не более 20 При содержании 2% R1= 15 МПа
7 -------- R1= 21 МПа
19%------ R1= 38 МПа
5-20 40-45 Оказывают влияние на прочность в возрасте 3-7 сут
20-40 20-25
Более 40 15-20
Более 80 Не более 15 При содержании 7% ----R28= 64.5 МПа
1. -----R28= 73 МПа
1. -----R28= 80.2 МПа
Если клинкер измельчать до размера зерен 1-2 мкм, прочность цементного камня приобретается в начальные сроки твердения от 3 до 24 часов, но при длительном хранении такого цемента произойдет гидратация минералов за счет адсорбции паров воды из воздуха, а затем карбонизация. Сверхтонкое измельчение приводит к резкому увеличению энергозатрат при помоле. Зерна размером 5-10 мкм являются основной фракцией быстротвердеющих цементов.
Для исследования влияния дисперсности на активность цемента приведем результаты, при проведении которых использовался цемент одного минерального состава, но различной удельной поверхностью – 3000, 4000, 5000 см2/г. Как следует из данных, повышение дисперсности с 3000 до 5000 см2/г позволяет повысить активность цемента в возрасте 3 суток на 63%, в возрасте 28 сут – на 23%, за процесс тепловой обработки на 31%. Для ШПЦ повышение дисперсности более эффективно: активность в возрасте 3 сут увеличивается в 2.2 раза, в возрасте 28 сут. -на 74%, после ТВО на 56%, представляется возможность получить ШПЦ марки 500.
Указанные данные свидетельствуют о том, что необходимо повышать дисперсность цементов в максимально технически возможной степени. Наиболее реальный путь решения этой задачи- расширение использования сепаратного помола и предварительных измельчителей, применение раздельного помола и внедрение современных мельниц.
Свойствами цементов управляют:
Минеральным составом портландцемента
Вещественным составом - введением специальных добавок
Тонкостью помола цемента
Кроме активных минеральных добавок в состав цемента могут входить:
Наполнители. Улучшающие зерновой состав и структуру затвердевшего цементного камня, не обладающие гидравлическими свойствами
Технологические- инициаторы помола и обжига
Воздухововлекающие- повышающие пористость цементного камня
Водоудерживающие- регулируют водоотделение
Пластифицирующие- снижают расход воды при сохранении реологических свойств
Ускоряющие- повышают скорость набора прочности в ранние сроки твердения
Гидрофобизирующие- обеспечивают уменьшение смачиваемости порошкового цемента и гидрофобизирующие камень
Полифункциональные добавки- влияют на два и более свойств цемента
Добавки повышающие прочность Добавки на основе каолина и серного железа, повышающие прочность цементного камня до 20% при незначительных дозировках – до 0.06% от массы цемента. Получение таких добавок можно осуществить на заводах по производству серной кислоты или путем перевода небольших печей на действующих цементных заводах на производство добавки
Общие сведения о ПАВ в цементных системах
Размер зерен цемента составляет 1-100 мкм, величина удельной поверхности в среднем составляет 3000-3500 (в определяемый параметр не входит поверхность микротрещин, микрорельеф и поры). В 1 м3 бетона, при расходе цемента ≈ 400 кг, суммарная площадь частиц составляет 800000 м2, если добавить площадь заполнителей, то площадь суммарной поверхности составит ≈ 1 км2. Вода, вводимая в цементные композиции должна смочить и равномерно распределиться по поверхности цементных частиц и заполнителей. Этому препятствует один из показателей - поверхностное натяжение, т.е. между молекулами воды действуют значительные силы, препятствующие ее растеканию. Действие сил проявляется в том, что из-за поверхностного натяжения в свободном состоянии вода находится не в виде пленки, а в шарообразно-капельной форме. При введении поверхностно-активных веществ ПАВ изменяется поверхностное натяжение воды, и тем самым обеспечивается растекание воды по поверхности цементных частиц.
Кроме этого на поверхности частиц, в микротрещинах и порах адсорбирован воздух, ухудшающий смачивание и негативно влияющий на прочность. Поэтому одной из задач ПАВ является: эмульгировать воздух в воде, что приведет к росту смачиваемости цемента.
Следует учитывать, что при взаимодействии цемента с водой происходит агрегатирование частиц - образование флокул. Флоккулы «захватывают» воду, поэтому чтобы обеспечить удобоукладываемость расход воды приходится увеличивать. Значит, еще одной задачей ПАВ будет снижение флокуляции цемента.
При изготовлении бетонов и растворов для повышения удобоукладываемости решается противоречивая проблема: с одной стороны можно увеличить расход воды и тем самым повысить качество перемешивания, транспортировки, укладки; с другой стороны для повышения прочности количество воды необходимо снизить до значений близких к теоретическому количеству воды, необходимому для протекания реакций гидратации (приблизительно 2—23% от массы цемента). Потому, что вода не связанная в гидратные новообразования испаряясь образует поры, что обуславливает: усадку; снижение прочности, особенно на растяжение при изгибе; способность цементного камня поглощать агрессивные среды и т.д. Чем больше капиллярная пористость, тем больше диффузия агрессивной среды в цементный камень, тем более вероятно протекание коррозионных процессов.
Для снижения величины В/Ц применяют вибрационные режимы уплотнения, т.е. за счет вибрации цементные композиции приобретают жидкотекучие свойства, однако вибрационные методы не решают проблему полностью. В современном строительстве используют технологию монолитного бетонирования, когда смесь подают к месту укладки. Для обеспечения транспортабельности назначают для удобоукладываемость бетонной смеси - 15-20 см. При бетонировании конструкций сложной формы, с высокой степенью армирования в современную строительную практику внедряют «самоуплотняющиеся» бетоны. Поэтому вопрос о использовании ПАВ пластифицирующего действия является одним из актуальных направлений совершенствования качества цементных конгломератов.
Технология производства ЖБИ имеет такие регламентируемые показатели, как остаточная влажность бетона. Так для стеновых конструкций допускаемая отпускная влажность 12%, монтаж изделий с более высокой влажностью вызовет промерзание стен. Кроме этого, повышаются затраты на создание микроклимата в помещениях, тепло расходуется на сушку стен. За счет применения ПАВ снижается расход воды для приготовления бетонной смеси, снижается влажность бетонных конструкций.
Гидрофобизирующие добавки разработаны Скрамтаевым и Хигеровичем (патент 1949).
Цель добавок – управлять поведением цемента во всех его агрегатных состояниях. В порошкообразом – исключить при помоле налипание частиц на шары и повысить эффективность помола (интенсификаторы помола), предотвратить от влаги воздуха при транспортировке и отгрузке, исключить комкование и преждевременную гидратацию при хранении, в технологии бетонов- улучшить пластичность и обеспечить гидрофобные свойства бетона. Гидрофобизирующие добавки хорошо пластифицируют тощие бетоны с низким расходом цемента.
Однако, применение некоторых гидрофобизирующих добавок, типа технических мыл, сопровождается воздухововлечением и практически не поддается контролю. На каждый процент воздухововлечения, снижение прочности камня может достигать 3-5%.
Добавки. Обеспечивающие гидрофобность могут иметь различную природу: гидрофильные, гидрофобные.
Гидрофобные: Парафины, стеариновая кислота, кальциевые соли нафтеновых кислот, олеиновая кислота, мылонафт
Прим. Натриевые и калиевые мыла жирных, нефтяных и смоляных кислот являются гидрофильными, но взаимодействуют с Са(ОН)2 и в результате обменных реакций превращаются в кальциевые мыла, которые являются водонерастворимыми и гидрофобными
Эффект добавок проявляется в том, что капиллярные поры покрываются гидрофобным веществом. Возникает противокапиллярное давление. Материал остается пористым, воздухопроницаемым, но не смачивается водой.
Гидрофобные добавки могут изменить некоторые показатели: увеличить сроки схватывания, в начальные сроки твердения снизить скорость набора прочности твердеющей системы. Применение ряда добавок может осложнить технологию производства, а именно, необходимо предварительно получить раствор добавки, т.к. добавки в основном нерастворимы в воде применяют специальные растворители, на пример парафин растворим в дихлорэтане или четыреххлористом углероде.