Вспомогательные компоненты

Вспомогательные компоненты — специально выбранные неорганические природные минеральные вещества, неорганические минеральные вещества, являющиеся отходами производства клинкера или других материалов, или компоненты, которые используются как основные компоненты цемента.

Вспомогательные компоненты после соответствующей подготовки благодаря своему зерновому составу улучшают физические свойства цемента и (или) бетонных смесей (например, удобоукладываемость бетонной смеси или водоудерживающую способность цемента). Они могут быть инертными или проявлять слабо выраженные гидравлические, скрыто гидравлические либо пуццоланические свойства. Однако в этом отношении никакие требования к ним не предъявляют.

Вспомогательные компоненты используют в исходном или переработанном виде, т.е. их гомогенизируют, высушивают и измельчают. Они не должны существенно повышать водопотребность цемента, а также не должны снижать долговечность бетонов или растворов или защиту арматуры от коррозии.

Сульфат кальция

Сульфат кальция добавляют к другим компонентам при изготовлении цемента для регулирования процесса схватывания.

В качестве сульфата кальция может применяться двуводный гипс CaSO₄ × 2Н₂О, полуводный гипс CaSO₄ × 0,5Н₂О или ангидрит (сульфат кальция без кристаллизационной воды — CaSO₄), или их смесь. Гипс и ангидрит являются природными веществами. Могут использоваться также материалы, содержащие сульфат кальция, являющиеся отходами промышленных производств.

Портландцемент

Портландцемент– это гидравлическое вяжущее вещество, полученное при обжиге до спекания и помоле сырьевой смеси из известняка, глины, добавок, преимущественно состоящее из силикатов и кальция.

Минералогический состав портландцемента характеризуется наличием в нем следующих соединений, %:

· трехкальциевый силикат – алит 3СаО·SiO₂(C₃S)… 40-65;

· двухкальциевый силикат – белит 2СаО·SiO₂(C₂S)…15-40;

· трехкальциевый алюминат 3CaO·Al₂O₃(C₃A)…3-15;

· трехкальциевый аллюмоферрит 3СаO·Al₂O₃·Fe₂O₃(C₄AF), 10-20.

В процессе твердения портландцемент выделяет тепло, количество и интенсивность которого зависит от минералогического состава, тонкости помола, температуры окружающей среды.

При повышении содержания того или иного клинкерного минерала цемент получает особое название:

· высокоалитовый цемент (C3S³60%) характеризуется повышенной скоростью твердения, высоким тепловыделением, большой прочностью;

· для белитовых цементов (C2S≈35-40%) характерно замедленное твердение, малое тепловыделение, более низкая прочность;

· высококалюминатные цементы (C₃A>10%) характеризуются высоким тепловыделением и быстрым набором прочности, возможен сброс прочности; кроме того, они понижают морозостойкость бетона.

Портландцемент по внешнему виду представляет собой порошок серо-зеленого цвета. Плотность его 3,1 г/см³, насыпная плотность 1100-1300 кг/м³, угол естественного откоса 41-42^о,водопотребность 22-28%.

Тонкость помола характеризуется остатком на сите №008 или удельной поверхностью порошка, которая обычно составляет 2200-3500 см²/г. Определение физико-механических свойств производят методами, предусмотренными соответствующими стандартами.

Портландцементы применяют для изготовления бетонов и растворов в промышленном и гражданском строительстве, если среда не агрессивна.

Цель работы:Определить физико-механические свойства портландцемента и их соответствия государственным стандартам, установить марку цемента.

Задание №1. Определение тонкости помола.

Приборы и материалы:

1. Сито №008.

2. Цемент.

Ход работы:

Тонкость помола можно охарактеризовать двумя методами:

— ситовым анализом;

— по величине удельной поверхности;

Ситовой анализ проводят при помощи прибора для механического просеивания цемента или через сито вручную.

Отвешивают 50г цемента, предварительно высушенного в сушильном шкафу в течение двух часов при температуре 105-110⁰С. Высыпанный на сито цемент устанавливают в прибор и включают электродвигатель на 5-7 минут. Извлекают сито из прибора и проводят контрольное просеивание вручную на лист глянцевой бумаги.

Просеивание считают законченным, если в течение 1 минуты через сито проходит не более 0,05г цемента. По окончании просеивания остаток на сите взвешивают с точностью до 0,01г. Тонкость помола определяют как остаток на сите с сеткой №008, в процентах от первоначальной массы просеиваемой пробы.

Согласно ГОСТ 10178, через сито №008 (5476 отверстий/см²) должно проходить не менее 85% массы, а остаток на сите должен составлять не более 15%.

Задание №2

Определение водопотребности цемента (нормальной густоты цементного теста)

Приборы и материалы:

1. Цемент;

2. Прибор Вика;

3. Вода.

Ход работы:

Нормальная густота цементного теста – водоцементное отношение в процентах, при котором достигается нормированная консистенция цементного теста.

Нормальную густоту цементного теста определяют на приборе Вика, заменяя иглу пестиком d=10мм, l=50мм. Масса стержня прибора с пестиком должна быть 300±2г. Перед началом испытания проверяют подвижность стержня прибора, чистоту пестика, положение стрелки, которая должна стоять на 0 при соприкосновении пестика со стеклянной пластинкой; смазывают кольцо и пластинку машинным маслом.

Отвешивают 400г цемента. Количество воды для первого пробного замеса принимают 88-112 см³, т.е. 22-28% от массы цемента. Цемент горкой всыпают в металлическую чашу, протертую влажной тканью, и делают углубление, в которое в один прием вливают отмеренное количество воды. Углубление, в которое налита вода, при помощи стальной лопатки заполняют цементом и через 30с после этого осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой во взаимно перпендикулярных направлениях, периодически поворачивая чашу на 90^о. Продолжительность перемешивания с момента затворения водой 5 минут. После окончания перемешивания цементное тесто укладывают в кольцо, которое 5-6 раз встряхивают, постукивая пластинкой с кольцом о поверхность стола. Избыток теста срезают ножом, протертым влажной тканью. Кольцо ставят под стержень прибора, пестик приводят в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют зажимным винтом. Через 30с с момента освобождения стержня фиксируют глубину погружения пестика по шкале прибора.

Густота цементного теста считается нормальной, если пестик не доходит до стеклянной пластинки на 5-7 мм (глубина погружения 33-35 мм). Если пестик, погружаясь в цементное тесто, остановится выше, то опыт повторяют с большим количеством воды, а если ниже – с меньшим, добиваясь погружения пестика на глубину, соответствующую нормальной густоте теста.

Нормальная густота портландцементного теста находится в пределах 22…28%. Результаты опыта оформить в виде таблицы №13.

Таблица № 13. Результаты эксперимента

Показатели	Опыт
Масса цемента, г
Количество воды в % от массы цемента
Масса воды, г
Время наливания воды в цемент
Продолжительность перемешивания цемента с водой, мин
Продолжительность погружения пестика в цементное тесто, сек
Пестик не доходит до дна, мм

Задание №3

Определение равномерности изменения объема

Приборы и материалы:

1. Образцы-лепешки

Ход работы:

Процесс твердения цемента сопровождается изменением объема цементного камня. Наличие в цементе свободных CaO и MgO, которые гасятся с увеличением объема, может привести к неравномерным деформациям, образованию трещин в твердеющих бетонах и растворах. Равномерность изменения объема цемента устанавливают кипячением в воде образцов-лепешек.

Отвешивают 400г цемента и из него приготовляют тесто нормальной густоты. Из полученного теста берут четыре навески по 75г и помещают каждую в виде шарика на отдельную стеклянную пластинку, предварительно протертую машинным маслом. Осторожно постукивая пластинкой о край стола, получают из шарика лепешку диаметром 7-8см и толщиной в средней ее части около 1см. Поверхность полученных лепешек заглаживают от наружных краев к центру смоченным в воде ножом.

Приготовленные таким образом лепешки выдерживают на стеклянных пластинках 24 часа в ванне с гидравлическим затвором при температуре 20±5^оС. Затем лепешки снимают со стеклянных пластинок и кладут на решетчатую полку пропарочного бачка. Для поддержания постоянного уровня воды бачок резиновым шлангом соединен с регулятором уровня воды. При помощи подвижной трубки уровень воды в бачке устанавливают на 4-6 см выше поверхности лепешек. Бачок закрывают крышкой и ставят на нагревательный прибор. Воду в бачке за 30-45 минут доводят до кипения, которое поддерживают 4 часа. После кипячения лепешки охлаждают в бачке до температуры 20±5^оС, вынимают из бачка и тщательно осматривают. Цемент признают доброкачественным, если на лицевой стороне лепешек, подвергнутых кипячению, нет радиальных доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, видимых невооруженным глазом, а также каких либо искривлений (рис. 9). Наличие искривлений устанавливается с помощью прикладываемой к плоской поверхности лепешек линейки.

Рис. 9. Вид лепешек после испытания на равномерность изменения объема:

а) —лепешки, выдержавшие испытание; б) —лепешки, не выдержавшие испытание;

1—без повреждений; 2—небольшое шелушение на поверхности;

3 и 4—трещины усыхания; 5—разрушение; 6—радиальные трещины; 7—искривление

Если образцы-лепешки не выдержали испытания на равномерность изменения объема, цемент признается недоброкачественным. В нем имеется наличие свободных СаО и MgO, которые будут гаситься с увеличением объема в уже затвердевшем цементном камне, а это приведет к неравномерным деформациям и образованию трещин в твердеющих бетонах и растворах.

Задание №4

Определение марки цемента

Приборы и материалы:

1. Навеска цемента.

2. Навеска песка.

3. Вода.

4. Встряхивающий столик.

5. Металлическая форма-конус.

6. Образцы-балочки.

Рис. 10. Встряхивающий столик

Ход работы:

Марку цемента устанавливают по показателям предела прочности при изгибе и сжатии образцов балочек размером 40х40х160мм, изготовленных из пластичного цементного раствора состава 1:3 по массе (цемент: нормальный вольский песок) через 28 суток твердения.

Методика определения марки цемента состоит в следующем.