Цементы общестроительные

Гидравлические вяжущие

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2007

УДК 666.94

ББК

Рецензент:

профессор кафедры «Строительные материалы и технологии»

СПб ГАСУ, доктор технических наук

Прокофьева В. В.

Петрова Т. М., Попова О. С., Джаши Н. А.

Гидравлические вяжущие: учебное пособие для cтудентов вузов / Т. М. Петрова, О. С. Попова, Н. А. Джаши. – Петербургский государственный университет путей сообщения, 2007. – 37 с.

Учебное пособие дополняет лекционный материал по разделу «Гидравлические вяжущие вещества», знакомит студентов с основными свойствами этих вяжущих, определяющими их качество, и современными методиками их ис­пытания.

Приводится перечень государственных стандартов на ме­тоды испытаний и технические условия на гидравлические вя­жущие вещества, даны вопросы для самостоятельной подго­товки студентов.

Учебное пособие предназначено для студентов строительных специальностей 1202, 1209, 1210, 1212, для ко­торых в рабочих программах предусмотрены практические и лабораторные работы по оценке качества и выбору вида гидравлических вяжущих веществ, используе­мых в растворах и бетонах, применяемых на железнодорожном транспорте при строительстве искусствен­ных сооружений, промышленных и гражданских зданий.

© Петрова Т. М., Попова О. С.,

Джаши Н. А., 2007

© Петербургский государственный

университет путей сообщения, 2007

Введение

Гидравлическими вяжущими веществами (цементами) называют по­рошкообразные материалы, способные при смешивании с во­дой образовывать пластичное тесто, способное твер­деть и длительное время сохранять прочность в воде и на воздухе.

По назначению цементы подразделяют на общестроительные и специальные.

Основной составляющей всех цементов является тонкоизмельченный клинкер, получаемый в результате обжига тщательно подобранной сырьевой смеси.

По виду клинкера цементы подразделяют на основе:

- портландцементного клинкера;

- глиноземистого (высокоглиноземистого) клинкера;

- сульфоалюминатного (сульфоферритного) клинкера.

По скорости твердения общестроительные цементы подразделяются на:

- нормальнотвердеющие с нормированием прочности в возрасте 2 (7 и 28 суток);

- быстротвердеющие с нормированием прочности в 2 суток, повышенной, по сравнению с нормальнотвердеющими, и 28 суток.

По срокам схватывания цементы подразделяются на:

медленносхватывающиеся, с нормируемым сроком начала схватывания более 2 часов;

- нормальносхватывающиеся, с нормируемым сроком схватывания от 45 минут до 2 часов;

- быстросхватывающиеся с нормируемым сроком начала схватывания менее 45 минут.

По химическому составу гидравлические вяжущие вещества представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех оксидов: CaO, SiO₂, A1₂O₃ и Fe₂O₃. Эти соединения образуют три основные группы гид­равлических вяжущих веществ:

- силикатные цементы, состоящие преимущественно из силикатов кальция, к ним относится портландцемент и его разновидности;

- алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты кальция; основными из них являются глиноземистый цемент и его разновидности;

- гидравлическая известь и романцемент.

Цементы общестроительные

Согласно классификации ГОСТ 30515 к цементам общестроительного назначения относятся портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент и быстротвердеющий шлакопортландцемент.

Основной составной частью цементов этой группы являет­ся тонкоизмельченный клинкер нормированного минералогического состава

Клинкер представляет собой зернистый материал, полу­чаемый обжигом до спекания (при 1450 °С) сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глина, мергель и др.).

Качество клинкера, определяющее основные свойства портландцемента и цементов на его основе, зависит от его минералогического состава. Для определения минералогического состава используют раз­личные экспериментальные методы: оптическую и электронную микроскопию, рентгенофазовый анализ и др.

Основными минералами клинкера являются: трех- и двухкальциевые силикаты, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит.

3CaO–SiO₂ (или C₃S*) – основной минерал клинкера, определяющий быстроту твердения и прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45–60%.

Твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2–4%) MgO, A1₂O₃, Р₂О₅, Сг₂О₃ и других примесей, которые могут существенно влиять на его структуру, называют алитом.

2СаО∙SiO₂ (или C₂S) – второй по важности и cодержанию (20–30%) силикатный минерал клинкера. Твердый раствор двухкальциевого силиката инебольшого количества (1–3%) А1₂О₃,Fe₂O₃, MgO, Сг₂О₃ и других примесей называют белитом.

Содержание минералов-силикатов в клинкере портланд­цемента составляет в сумме около 75%, поэтому гидратация алита и белита в основном определяет технические свойства портландцемента.

Трехкальциевый алюминатЗСаО–А1₂О₃ (или С₃А) в клин­кере содержится в количестве 4–12%.

Четырехкальциевый алюмоферрит4СаО∙А1₂О₃∙Fe₂O₃ (или C₄AF) в клинкере содержится в количестве 10–20%. Алюмоферритная фаза промежуточного вещества клинкера представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, в клинкерах обычных портландцементов ее состав близок к 4СаО∙А1₂О₃∙Fe₂O₃.

Клинкерное стеклоприсутствует в промежуточном веще­стве в количестве 5–15%; оно состоит в основном из СаО, А1₂Оз, Fe₂O₃, MgO, K₂O, Na₂O.

Оксид магниявходит в состав алюмоферритной фазы и клинкерного стекла, а также присутствует в свободном со­стоянии в виде кристаллов медленно гидратирующегося мине­рала периклаза; его гидратация происходит очень медленно, и переход в Mg(OH)₂ сопровождается увеличением объема твердой фазы в уже затвердевшем цементном камне. При содержании оксида магния более 5% это может явиться при­чиной неравномерного изменения объема портландцемента при твер­дении.

Свободный оксид кальция(СаО_своб) находится в свежеобожженном клинкере в виде зерен, его содержание не долж­но превышать 1%. При более высоком содержании СаО_своб снижается качество цемента и может проявиться неравно­мерное изменение его объема при твердении, связанное с пе­реходом СаО в Са(ОН)₂.

Щелочи(Na₂O, K₂O) входят в алюмоферритную фазу клинкера, а также присутствуют в цементе в виде сульфатов. Содержание щелочей в клинкере ограничивается (до 0,6%) в случае применения заполнителя (песка, гравия), содержа­щего реакционноспособные опаловидные модификации дву­окиси кремния, из-за опасности разрушения бетона в конст­рукциях.

Основные свойства отдельных клинкерных минералов, затворенных

водой, представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1