Omskvorota.ru

Строим дом
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

График твердения цементного клинкера

Характеристики составных частей цементного клинкера

Подобно тому, как, например, гранит состоит из определенных природных минералов, так и цементный клинкер представляет собой систему из нескольких искусственных минералов, образовавшихся при обжиге сырьевой смеси. Но в отличие от гранита отдельные составные части клинкера нельзя различить невооруженным глазом, так как клинкер состоит из тонкозернистых кристаллических, а также аморфных фаз.

Примерный минералогический состав портландцементного клинкера:

1. Трехкальциевый силикат (алит)- 3 СаО х SiO2- 40-65%;
2. Двухкальциевый силикат (белит)- 2 СаО х SiO2- 15-45%;
3. Трехкальциевый алюминат- 3 СаО х Al2O3- 4-12%;
4. Четырехкальциевый алюмоферрит- 4 СаО х Al2O3 х Fe2O3- 12-25%.

Суммарное содержание алита и белита обычно находится в пределах 70-80%. Следовательно, в портландцементном клинкере количественно преобладают силикаты кальция. Поэтому данный цемент одно время называли силикатным.

Кроме указанных важнейших минералов в клинкере содержатся в небольших количествах и другие алюминаты и алюмоферриты кальция, а также феррит кальция. Наряду с кристаллическими фазами в клинкере имеется аморфное вещество в виде незакристаллизованного стекла (6-10%). В небольших количествах (не более 5%) в клинкере содержится окись магния, так как карбонат магния- это почти неизбежная природная примесь в известняках. В клинкере иногда встречается свободная окись кальция (до 1%) как результат неполного обжига клинкера, т.е. погрешностей в технологии обжига. Наконец, в клинкере могут быть соединения (до 1-2%), образованные щелочными окислами- окисями натрия и калия. Эти окислы переходят в клинкер из сырьевых материалов и золы твердого топлива.

Зная свойства клинкерных минералов, в частности величину тепловыделения при взаимодействии с водой, и минералогический состав данного клинкера, можно в первом приближении выявить основные особенности цемента, получаемого из этого клинкера.

Трехкальциевый силикат (алит) химически очень активен в реакции с водой. Об этом свидетельствует величина его тепловыделения при гидратации, особенно за первые трое суток. Он обладает способностью быстро твердеть и при твердении развивает большую прочность. Поэтому высокое содержание трехкальциевого силиката имеет важное значение для качества цемента. Высокомарочные и быстротвердеющие цементы должны содержать большое количество алита.

Двухкальциевый силикат (белит) значительно менее активен, на что указывает не только тепловой эффект гидратации, но и медленный ход тепловыделения: за трое суток выделяется только 10% от всего тепла гидратации. Твердеет он очень медленно. Но на протяжении нескольких лет прочность при благоприятных для твердения условиях неуклонно возрастает.

Трехкальциевый алюминат является наиболее активным клинкерным минералом; у него наибольшее тепловыделение, причем за трое суток выделяется не менее 80% от тепла гидратации. Трехкальциевый алюминат очень быстро твердеет. Однако продукт твердения имеет низкую прочность.

Четырехкальциевый алюмоферрит по величине тепловыделения при реакции с водой занимает промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатом. Четырехкальциевый алюмоферрит твердеет значительно медленнее, чем трехкальциевый силикат, но быстрее, чем двухкальциевый. Прочность тоже выше, чем у продукта гидратации двухкальциевого силиката.

Приведенные краткие характеристики клинкерных минералов дают некоторое представление о влиянии их количественного содержания в клинкере на свойства данного цемента. Так, если требуется получить быстротвердеющий цемент, нужный, например, в производстве сборных железобетонных изделий и конструкций для сокращения сроков их изготовления, то применяют клинкер с повышенным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината. Эти минералы в сумме должны составлять не менее 65-70% от веса клинкера. Для бетонных работ в зимнее время тоже удобен цемент с относительно большим количеством трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината. Такой цемент отличается высокой экзотермией. Поэтому бетон в какой-либо конструкции, защищенной от потери тепла, может успешно твердеть и при отрицательной температуре воздуха.

В строительстве часто требуется цемент с умеренной экзотермией преимущественно для массивных бетонных гидротехнических сооружений. Известно, что при большом тепловыделении твердеющего цемента бетон сильно расширяется во внутренних частях массива и меньше в наружных, которые естественно охлаждаются воздухом или водой. Объемные деформации, возникающие при неравномерном расширении и сжатии бетона, вызывают образование трещин и часто приводят к аварийному разрушению сооружений. Поэтому в массивных бетонных конструкциях (например, гидротехнических сооружений) не применяют цементы, отличающиеся большим тепловыделением.
Для получения цемента с умеренной экзотермией клинкер должен содержать относительно небольшое количество трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината.

На свойства цемента помимо указанных важнейших клинкерных минералов влияют также содержащиеся в нем окиси магния, кальция, калия и натрия.

В правильно изготовленном и охлажденном клинкере значительная часть свободной кристаллической окиси магния (периклаза) растворена в стекловидной фазе в виде очень мелких кристаллов; мелкие же кристаллы, притом находящиеся в тонкомолотом цементе, успевают гидратироваться в той стадии, когда цемент еще не затвердел. В этот период увеличение объема отдельных составляющих цемента не вызывает разрушения массы, сохранившей некоторую пластичность. Поэтому современная технология почти полностью исключает вредное влияние окиси магния на цемент при ее содержании в клинкере до 5%.

Свободная окись кальция присутствует в нормальных клинкерах, как указывалось, в незначительных количествах и притом в виде очень мелких частиц. Чем мельче частицы, тем они быстрее гидратируются. При таких условиях процесс гидратации свободной извести в бетоне обычно не представляет опасности.

Щелочные окислы присутствуют в клинкере в разных химических соединениях, например в виде алюмината калия К2О х Аl2О3.

Если в каменных заполнителях бетонов имеется опаловидный кремнезем, т.е. водная двуокись кремния (SiO2 х nH2O) в аморфном виде, то присутствие щелочных окислов в цементе может вызвать разрушение бетона. Содержание этих окислов в клинкере составляет в среднем около 0,5%.

Причины такого разрушения заключаются в следующем. Щелочные окислы реагируют с двуокисью кремния, находящейся в каменных заполнителях в деятельном, активном реакционноспособном виде, образуя водорастворимые силикаты калия или натрия. Они в свою очередь взаимодействуют с гидроокисью кальция цементного камня с образованием кальциевых солей и тем самым нарушают прочность и стойкость слоя цементного камня, находящегося на границе с зернами заполнителя. В связи с этим в методы испытания заполнителей для бетона введено определение содержания опаловидного кремнезема.

Читайте так же:
Как правильно уложить цемент

Таким образом, выбор цементов для различных областей применения следует сообразовывать с минералогическим и элементарным химическим составом клинкера.

Необходимо более подробно рассмотреть вопросы, касающиеся взаимодействия минералов цементного клинкера с водой. Тогда станет еще более ясно, как именно надо учитывать минералогический состав клинкера при выборе цементов для изготовления бетонов различного назначения.

График твердения цементного клинкера

Качество клинкера зависит от его химического и минералогического составов.

Химический состав характеризуется содержанием в клинкере различных окислов. Минералогический состав — теми веществами (минералами), которые образуются из этих окислов в процессе обжига.

B практике цементного производства пользуются также третьим показателем оценки качества клинкера: соотношением между основными окислами, ‘позволяющим регулировать и заранее рассчитывать минералогический состав клинкера, зная химический состав исходных сырьевых материалов.

Химический состав клинкера

Сырьевыми материалами для производства портландцемент- ного клинкера чаще всего служат горные породы — глина и известняк, содержащие углекислый кальций.

Глина состоит из различных веществ, образовавшихся в основном из трех окислов: БЮг— двуокиси кремния (кремнезема), АЬОз — окиси алюминия ((глинозема) и РегОз — окиси железа.

Углекислый кальций СаС03 может быть .представлен двумя окислами СаО и С02.

При обжиге клинкера глинистые вещества и углекислыи кальций разлагаются. Газообразные продукты, в частности С02 и вода, удаляются, а оставшиеся четыре твердых окисла: СаО, Si02, AI2O3 и ИегОз образуют при спекании основные минералы цементного клинкера.

Наряду с основными окислами в клинкере могут присутствовать и другие, например окись магния MgO, окислы щелочных металлов ЫагО, К2О, ангидрид серной кислоты S03 я другие, как-то: двуокись титана ТЮ2, фосфорный ангидрид Р2О5, окись марганца МП2О3. Эти окислы в той или ‘иной степени влиякгГна качество цемента.

Минералогический состав клинкера

Четыре основных окисла СаО, Si02, А1203 и Fe203 в’клинке- ре не находятся в свободном состоянии. При обжиге они взаимодействуют между собой, Образуя различные минералы, которые в основном определяют важнейшие строительные свойства портландцемента.

Их суммарное количество составляет 95—98%- Оставшаяся часть приходится на свободные окислы или другие малозначимые для портландцемента минералы. Алита и белита в клинкере содержится 70—80%.

Минералогический состав клинкера положен в основу разделения портландцементов на следующие .виды:

высокоалитовый портландцемент, содержание в котором трехкальциевого силиката превышает 60%;

а л и т о в ы й портландцемент, содержащий трехкальциевого сил и к ата SO—©О %;

бел и то вый портландцемент, содержащий двухкальцнево- го силиката более 36%.

В зависимости от содержания алюминатов цементы разделяют на низкоалюминатные (1С3А до 5 %), среди е- алюминатные

0§зА 5—9%) и высокоалюминатные (С3А более 9%).

Смотрите также:

Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главные оксиды цементного клинкера — оксид кальция СаО, двуоксид кремния Si02, оксиды алюминия А1203, железа Fe203, суммарное содержание которых 95—97%.

Качество цементного клинкера может быть охарактеризовано: содержанием отдельных оксидов (химическим составом); численными значениями модулей, выражающих соотношения между количествами главнейших оксидов в процентах; микроструктурой клинкера.

Фактический состав клинкера в дополнение к методам химического анализа может быть исследован с помощью микроскопа путем измерения коэффициента преломления соединений в виде порошка.

Для получения доброкачественного портландцемента химический состав клинкера, а следовательно, и состав сырьевой смеси должны быть устойчивы. Многочисленные исследования и практический опыт показывают.

Клинкер . Качество клинкера зависит от его химического и минералогических составов.
Морозостойкость цементного камня зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента и водоцемент-ного отношения.

Вяжущие свойства портландцемента обусловлены особенностями химических соединений, входящих в состав клинкера. По химическому составу клинкер представлен следующими соединениями.

Многие свойства портландцемента, в том числе активность, скорость твердения, определяются не только химическим и минеральным составом клинкера, формой и размерами кристаллов алита, белита и др., наличием тех или иных добавок.

Модульные характеристики цементного клинкера

Качество цементного клинкера может быть охарактеризовано чис­ленными значениями модулей, выражающих соотношения между ко­личествами главных оксидов, взятыми в процентах по массе.

Первоначально для характеристики состава клинкера пользова­лись гидравлическим модулем (иначе называемым основным). Он вы­ражает отношение количества связанного оксида кальция к количеству кислотных оксидов:

Значение основного модуля ОМ, обозначаемого также буквой т, у современных цементных клинкеров колеблется в пределах 1,7-2,4. В настоящее время качество клинкеров принято характеризовать ко­эффициентом насыщения КН, силикатным модулем СМ (или п) и гли­ноземным модулем ГМ (или р).

Коэффициент насыщения показывает отношение количества ок­сида кальция, фактически связанного с кремнеземом, к количеству его, теоретически необходимому для полного связывания оксида крем­ния в C3S:

Коэффициент насыщения равен 1, если в клинкере образуется только С38 и совсем не образуется С28; в обратном случае, когда весь оксид кальция связывается в С28, КН = 0,64.

При расчете сырьевых смесей пользуются упрощенной форму­лой коэффициента насыщения:

Силикатный или кремнеземный модуль СМ (или п) показывает отношение между количеством кремнезема, вступившего в реакцию с другими оксидами, и суммарным содержанием в клинкере глинозема и оксида железа:

Силикатный модуль характеризует соотношение минералов- силикатов и минералов-плавней, показывает количество расплава при обжиге. Его численное значение для обычного портландцемента ко­леблется от 1,7 до 3,5, а для сульфатостойкого — повышается до 4 и более.

Читайте так же:
Преимущества производства цемента сухим способом

Елиноземный или алюминатный модуль ЕМ (или р) представляет собой отношение содержания глинозема к содержанию оксида железа:

Елиноземный модуль отражает соотношение минералов-плавней в клинкере, т. е. соотношение между трехкальциевым алюминатом и железосодержащими соединениями. ЕМ характеризует свойства рас­плава, образующегося при спекании, и прежде всего вязкость расплава (чем больше ГМ, тем больше вязкость). Значение этого модуля для обыч­ных портландцементов находится в пределах от 1 до 2,5.

Установить содержание в клинкере основных минералов можно экспериментальными методами (прежде всего, петрографическим ана­лизом). Приближенно оценить минеральный состав клинкера можно на основании данных химического анализа по формулам, предложен­ным В. А. Киндом,

Вид формул для расчета содержания минералов-плавней зависит от глиноземного модуля: при ГМ > 0,64

Физико-химические процессы твердения портландцемента.

Одним из основных свойств цемента является прочность, которая определяется в положенные сроки испытанием образцовбалочек размером 40x40x160 мм первоначально на изгиб, а затем половинок — на сжатие. Балочки готовят из раствора состава 1:3 (1 ч. по массе цемента, 3 ч.— нормального Вольского песка) при водоцементном отношении (отношении количества воды к количеству цемента), равном 0,4. Водоцементное отношение в свою очередь проверяется, а при необходимости корректируется по расплаву конуса на встряхивающем столике. Расплыв усеченного конуса из растворной смеси, изготовленного в форме высотой 60 мм и основаниями верхним с внутренним диаметром 70 мм и нижним —100 мм, после 30 встряхиваний должен быть в пределах 106. 115 мм. При отсутствии встряхивающего столика испытанна проводят на стандартной лабораторной виброплощадке. В этом случае после 20 с вибрирования расплыв должен быть (170 ± 5) км.

Твердение цемента. Твердение портландцемента — сложный физикохимический процесс При затворении цемента водой основные минералы, растворяясь, гидратируются по уравнениям:

ЗСаО • S1O2 + 5Н2О = 2СаО • SiO2 • 4Н2О + Са(ОН)2;

2СаО • SiO2 + 4Н2О 2СаО • SiO2 • 4Н2О;

ЗСаО • А12Оз + 6ЩО = ЗСаО • AI2O3 • 6Н2О;

4СаО • А12Оз • Fe2O3 + Н2О = 4СаО • А12О3 • Fe2O3 • Н2О

Образующиеся новообразования отличаются от первоначальных меньшей растворимостью и, выпадая в осадок, выкристаллизовываются, что приводит к потере пластичности (схватыванию) и последующему твердению. Добавка гипса в самом начале процесса при растворении взаимодействует с трехкальциевым алюминатом, образуя гидросульфоалюминаты, которые, обволакивая цементные зерна, замедляют процесс растворения и гидратации. Однако в последующем эти оболочки разрушаются (чем меньше гипса, тем замедление короче по времени) и процесс твердения ускоряется. Но сами выкристаллизовывающиеся новообразования начинают препятствовать гидратации, поэтому значительная часть зерен цемента может гидратироваться при наличии водной среды весьма продолжительный срок, измеряемый даже годами.

Цемент твердеет тем быстрее, чем больше в нем алита (алитовые цементы) и трехкальциевого алюмината. С течением времени процесс твердения резко замедляется. Цементы, содержащие много белита (белитовые цементы), в раннем возрасте твердеют медленно; нарастание прочности продолжается длительно и равномерно. Процессы твердения и особенно схватывания сопровождаются выделением теплоты, которая тем интенсивнее, чем быстрее протекает процесс схватывания. Поэтому в массивных конструкциях, как правило, применяют белитовые цементы. Использование в таких конструкциях алитовых цементов может привести к интенсивности тепловыделению, разогреву до высокой температуры (70. 80 °С), появлению трещин и даже потере воды, что в итоге приведет к утрате цементным камнем своих качеств. В то же время применение алитовых цементов позволяет быстрее получить минимальную прочность, а интенсивное тепловыделение обеспечивает в некоторых случаях необходимую для твердения температуру в зимних условиях.

При твердении цемента на воздухе происходит небольшая усадка, а в воде — набухание.

При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное, легко формуемое клейкое тесто, постепенно густеющее и переходяти камневидное состояние.

Твердение цемента—сложный процесс, включающий ряд химических и физических явлений. При затворении минералы цемента реагируют и дают различные новообразования.

В присутствии гипса и воды трехкальциевый алюминат образует эттрингит — гидросульфоалюминат кальция, замедляющий схватывание и твердение цемента.

Механизм твердения цемента очень сложен. Химические реакции начинают протекать сразу после смешивания цемента с водой. Частицы портландцемента начинают растворяться, одновременно с этим совершаются гидратация и гидролиз продуктов растворения.

Первыми гидратными новообразованиями являются эттрингит и гидроксид кальция.

Компоненты цемента растворяются слабо, медленно, образуется насыщенный раствор, заполняющий пространства между зернами. Затем образуются очень мелкие гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, практически нерастворимые в воде. Раствор становится перенасыщенным, быстро переходящий в коллоидное состояние. В виде мельчайших частиц из него выпадают гидратные соединения, образуется гель, обладающий клеящими свойствами.

В процессе дальнейшей гидратации в цементном тесте уменьшается количество свободной воды, клейкость геля увеличивается. Тесто густеет, происходит его схватывание. Затем новообразования начинают кристаллизоваться.

Образующиеся кристаллы сращиваются между собой, обрастают длинными игольчатыми кристаллами, в результате чего создается кристаллический сросток, т. е. наступает конец схватывания цемента. В дальнейшем цементный камень уплотняется за счет продолжающихся реакций взаимодействия между цементом и водой, частичного обезвоживания и дальнейшей кристаллизации.

При твердении цемента на воздухе цементный камень дополнительно упрочняется в результате карбонизации гидроксида кальция.

Затвердевший цементный камень представляет собой весьма прочный кристаллический каркас, заполненный гелем, внутри которого находятся не затронутые реакцией внутренние слои цементных зерен. Поры в цементном камне заполнены воздухом и капиллярной водой.

Из-за малой растворимости компонентов процесс твердения портландцемента протекает длительное время — годами. Однако нарастание прочности цемента с течением времени замедляется. Поэтому качество цемента принято оценивать по его прочности, набираемой через 28 сут твердения.

Схватывание и твердение портландцемента зависят от ряда факторов: химического и минерального состава клинкера, содержания добавок, тонкости помола, температуры и влажности окружающей среды и пр. Понижение температуры от 20° до 5 °С замедляет твердение цемента почти в три раза; повышение температуры до 80 °С ускоряет гидратацию в шесть раз.

Читайте так же:
Коррозия цементного камня москвин

Цемент нормально твердеет лишь при достаточной влажности среды; повышение температуры не должно сопровождаться высушиванием. Ускорение процессов твердения портландцемента при тсплопой обработке — запаривании, пропаривании, электропрогреве — позволяет получать в короткий срок бетонные и железобетонные изделия требуемой отпускной прочности.

№ 35 (Анастасия Заболотская)

Химическая коррозия цементного камня.(Тема вашего вопроса)

Бетонные и железобетонные конструкции должны характеризоваться не только механической прочностью и устойчивостью под действием рабочих нагрузок, но и надлежащей долговечностью (стойкостью) под разрушающим (агрессивным) влиянием разнообразных внешних химических и физических факторов.

В зданиях и сооружениях бетоны могут подвергаться отрицательному воздействию, в первую очередь, воды и водных растворов различных веществ, в том числе и газов, вызывающих химическую коррозию; различных неорганических и органических веществ в жидком и газообразном состоянии (химическая коррозия); многократно повторяющихся процессов увлажнения и высыхания, а также замерзания и оттаивания, часто в водонасыщенном состоянии (физическая коррозия); различных веществ, отлагающихся в порах и капиллярах цементного камня и бетона в результате капиллярного подсоса минерализованных вод и их испарения; кристаллизуясь, они могут вызывать вредные напряжения (физическая коррозия).

Следует подчеркнуть, что разрушающее влияние на бетон различных агрессивных факторов часто усиливается его напряженным состоянием, возникающим под действием механических нагрузок.

Портландцемент и различные его производные, а следовательно, и бетоны на их основе характеризуются относительно высокой стойкостью против действия многих агрессивных факторов, наиболее часто встречающихся при эксплуатации зданий и сооружений. Тем не менее при неблагоприятных условиях они могут быстро разрушаться, и необходимы мероприятия, защищающие бетонные и железобетонные конструкции от преждевременного износа.

Различные виды цементов характеризуются различной стойкостью против действия тех или иных агрессивных факторов. Например, цементы с низким содержанием алюминатов кальция характеризуются повышенной стойкостью против действия гипса и других сульфатов и называются поэтому сульфатостойкими. Пуццолановые портландцементы отличаются повышенной водостойкостью и т.д. Поэтому выбирать цементы для бетонов различного назначения следует с учетом не только их прочностных показателей, но и стойкости против действия тех агрессивных сред, в которых должны работать бетонные конструкции.

В этой главе рассматриваются вопросы, связанные преимущественно с воздействием на цементы и бетоны мягких и минерализованных вод.

Проблема долговечности цементов и бетонов еще с конца XIX в. изучалась отечественными учеными, установившими причины и факторы коррозии и предложившими эффективные меры по увеличению стойкости (А. Р. Шуляченко, В. И. Чарномским, А. А. Байковым, В. А. Киндом, В. Н. Юигом и др.).

В. М. Москвин разделяет коррозионные процессы, возникающие в цементных бетонах при действии водной среды, по основным признакам на три группы. К первой группе (коррозия I вида) он относит процессы, протекающие в бетоне под действием вод с малой временной жесткостью. При этом некоторые составляющие цементного камня растворяются в воде и уносятся при ее фильтрации сквозь толщу бетона.

Ко второй группе (коррозия II вида) относятся процессы, развивающиеся в бетоне под действием вод, содержащих вещества, вступающие в химические реакции с цементным камнем. Образующиеся при этом продукты реакций либо легкорастворимы и уносятся водой, либо выделяются на месте реакции в виде аморфных масс, не обладающих вяжущими свойствами. К этой группе могут быть отнесены, например, процессы коррозии, связанные с воздействием на бетон различных кислот, магнезиальных и других солей.

В третьей группе (коррозия III вида) объединены процессы коррозии, вызванные обменными реакциями с составляющими цементного камня, дающими продукты, которые, кристаллизуясь в порах и капиллярах, разрушают его. К этому же виду относятся процессы коррозии, обусловленные отложением в порах камня солей, выделяющихся из испаряющихся растворов, насыщающих бетой.

Обычно на бетонные конструкции одновременно воздействуют многие агрессивные факторы, но один из них обычно является основным. Чаще всего это процессы, вызывающие коррозию II вида.

В. В. Кинд дает более подробную классификацию основных видов коррозии бетона под действием природных вод:

1) коррозия выщелачивания, вызываемая растворением гидроксида кальция, содержащегося в цементном камне, и выносом его из бетона;

2) кислотная коррозия — результат действия кислот при значениях показателя рН менее 7;

3) углекислотная коррозия, обусловленная действием на цементный камень углекислоты и являющаяся частным случаем кислотной коррозии;

4) сульфатная коррозия, подразделяемая на суль-фоалюмииатиую, вызываемую действием на цемент ионов SCXf при их концентрации от 250—300 до 1000 мг/л; сульфоалюминатно-пшсовую, также возникающую главным образом под действием сульфатных ионов SO-f» но. при концентрации их в растворе более 1000 мг/л, и гипсовую, которая происходит под действием воды, содержащей большое количество Na2S04 или KaSO4;

5) магнезиальная коррозия, подразделяемая на собственно магнезиальную, вызываемую действием катионов магния при отсутствии в воде ионов S04 и сульфатно-магнезиальную, происходящую в цементном камне при совместном действии на него ионов Mg2+ и SO4.

Все эти виды коррозии возможны в результате действия не только природных, но и промышленных и бытовых сточных вод. Кроме приведенных видов коррозии может иметь значение и кислотно-гипсовая коррозия под действием серной кислоты, а также сероводородная коррозия, имеющая свои особенности.

В условиях службы в промышленных, сельскохозяйственных и других зданиях и сооружениях бетоны могут подвергаться и другим разнообразным видам коррозии (действию щелочей и других веществ, животных жиров, растительных масел, углеводов, спиртов, фенолов и т.п.), что надо учитывать при использовании бетонов в конструкциях и защите их от повреждений.

Читайте так же:
Цемент отличие от портландцемента

В СНиП П-28-73 «Защита строительных конструкций от коррозии» установлены показатели степени агрессивности воды-среды с учетом содержания в ней бикарбонатов, а также плотности бетона и условий эксплуатации сооружений (фильтруемость грунтов, напор воды). Так, для бетонов «нормальной» плотности, изготовленных при В/Ц==0,6 и характеризующихся маркой по водонепроницаемости В-4, в условиях сильиофильтрующих грунтов вода-среда становится слабоагрессивной при би-карбонатной щелочности в пределах 1,4—0,7 мг«экв/л (или 4—2°). Увеличение ее содержания или плотности бетона уменьшает опасность коррозии 1-го вида.

Присутствие в водном растворе NaCl и Na2S04 повышает растворимость Са(ОН)2 в воде, который следовательно, быстрее вымывается из бетона.

Кислотная коррозия возникает под действием различных неорганических и органических кислот, вступающих в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, а также с другими соединениями цементного камня. Этот вид коррозии в зависимости от силы той или иной кислоты, определяемой показателями концентрации ионов водорода рН, может протекать очень интенсивно. Следует помнить, что цемент характеризуется высокой химической основностью составляющих и, следовательно, способен энергично взаимодействовать не только с кислотами, но и с такими солями, как А12(804), (NH4)2S04, FeCl3 и др., гидролизующимися с образованием сильных кислот.

Под действием той или иной кислоты на цементный камень образуются кальциевая соль и аморфные бессвязные массы §i02-aq, А1(ОН)з, Fe(OH)3. Для примера можно привести схему действия соляной кислоты на C3S2H3—основной гидросиликат цементного камня: 3CaO-2Si02-3H20 + mHCl-^3CaCl2 + 2Si02-a

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 16 ; Нарушение авторских прав

Библиотека: книги по архитектуре и строительству | Totalarch

Вы здесь

Химия цементов. Торопов Н.А. 1956

Химия цементов
Торопов Н.А.
Государственное издательство литературы по строительным материалам. Москва. 1956
271 страница

Необходимость дальнейшего развития технологии цементов, усовершенствование существующих и создание новых способов производства эффективных видов цементов, расширение сырьевой базы цементной промышленности — все это требует интенсивной творческой работы специалистов различных отраслей знания.

Большое значение в успешном разрешении этих вопросов должно иметь развитие и углубление существующих знаний в области химии цементов.

Заметный прогресс цементной технологии, достигнутый за последние два-три десятилетия, в значительной мере был обусловлен развитием учения о фазовом, минералогическом составе цементного клинкера, выявлением основных характеристик механизма процессов клинкерообразования и гидратации цементов.

Новые, более совершенные методы позволяют исследователю глубже проникнуть в тонкие детали строения вещества, выявить сущность химических процессов, протекающих при обычных и повышенных температурах, установить причины, обусловливающие изменения реакционной способности веществ в зависимости от внешних условий и внутреннего их строения.

Автор настоящей книги попытался дать сводку главнейших результатов, достигнутых трудами русских и иностранных химиков в развитии химии цементов, и содействовать, таким образом, выполнению грандиозных задач, поставленных перед отечественной цементной промышленностью директивами партии и правительства.

Глава I. Химический состав портландцемента
Глава II. Методы исследования
Глава III. Фазовый состав портландцементного клинкера
Глава IV. Кристаллохимия цементов
Глава V. Физико-химические системы, образуемые компонентами цементного клинкера
Глава VI. Процессы, протекающие при обжиге цементного клинкера
Глава VII. О действии цементного клинкера на огнеупорную футеровку
Глава VIII. Гидратация и твердение цементов
Глава IX. Пластификация и гидрофобизация цементов
Глава Х. О воздействии агрессивных кислых и сульфатных вод на портландцемент
Глава XI. Шлаковые цементы
Глава XII. Глиноземистый цемент

Введение

Высокий технический уровень современной цементной промышленности, производящей разнообразную и высококачественную продукцию, используемую в различных отраслях народного хозяйства в количествах многих миллионов тонн, был достигнут в результате накопления опыта поколениями ученых, техников и практиков, работавших в области производства и применения различных строительных материалов.

Весьма значительный вклад был сделан в этом отношении нашими соотечественниками, начиная от неизвестных нам строителей великолепных архитектурных сооружений древней Руси, стран Средней Азии и Кавказа и кончая нашими современниками — советскими учеными, инженерами и передовиками производства.

Древние строители в качестве цементирующих вяжущих веществ при возведении крупных сооружений применяли преимущественно строительные растворы, полученные на основе гипса, обожженного при сравнительно низкой температуре, порядка 120—200° или воздушной извести, изготовляемой обжигом чистых или доломитизированных известняков при 1000—1200°С.

Эти вещества относятся к категории воздушных вяжущих. Такие известково-гипсовые вяжущие, в частности, использовались при строительстве пирамид в Египте. Применение измельченной вулканической породы — пуццолан — для получений водоустойчивого известково-пуццоланового цемента было известно еще древним римлянам, создавшим ряд выдающихся гидротехнических сооружений. Исследование древних сооружений Грузии и Армении также показало наличие в составе строительных растворов вулканических пеплов и пемзы. Древнерусские строители из-за отсутствия на территории древней Руси вулканических горных пород, обладающих пуццоланическими свойствами, практиковали добавление к известковым растворам тонкоизмельченного боя недожженного строительного красного кирпича.

Первые руководства по технологии вяжущих веществ, в которых был систематизирован и обобщен весь опыт, накопленный к тому времени русскими учеными и техниками, появились во второй половине XVIII в. Развитие градостроительного и горнозаводского дела в России, вызванное реформами начала XVIII в., потребовало соответствующего развития производства строительных материалов.

Одной из первых книг такого рода, вышедшей в 1784 г., является «Зрелище природы и художеств», в которой описывается технология обжига строительного гипса. Более детальные сведения по этому же вопросу излагаются в сочинении И.А. Двигубского «Начальные основания технологии или краткое показание работы на заводах и фабриках производимых», опубликованном в Москве в 1807 г. В этой же книге приводится описание производства строительной извести.

В «Трудах Вольного экономического общества» и в «Технологическом журнале», начиная с 1784 г., известным русским ученым- химиком и минералогом В.М. Севергиным публикуется ряд научных работ, доказывающих целесообразность использования в производстве вяжущих веществ известняков с повышенным содержанием глинистых примесей. Продуктом обжига таких известняков является гидравлическая известь, отличающаяся повышенной водоустойчивостью.

Читайте так же:
Дозатор для расфасовки цемента

В первой четверти XIX в. рядом работников Петербургского института путей сообщения и московскими строителями был получен основной продукт современной цементной технологии — портландцемент. Результаты этих работ были опубликованы Шарлевилем в 1822 г. и Егором Челиевым в 1825 г. Расширение портландцементного производства в России в середине XIX в. оказало весьма активное воздействие на дальнейшее развитие научных и научно-технических изысканий в области цементов.

В 1863 г. был опубликован научный труд инженеров И. Езиоранского и Д. Заботкина, в котором авторы, изложив первую, по существу, научную теорию твердения и коррозии цемента, значительно раньше ученых других стран выявили следующие основные химические процессы, протекающие при твердении цемента: 1) гидратацию сложного известкового силиката, сопровождающуюся выделением гидрата окиси кальция, 2) переход в гидраты простых соединений окиси кальция с окисью алюминия, 3) переход гидрата окиси кальция в карбонат.

Позднейшими исследователями процессов гидратации цементов было подтверждено фундаментальное значение реакций, впервые открытых И. Езиоранским и Д. Заботкиным.

Д.И. Менделеев в «Основах химии», написанных в 1868—1870 гг., неоднократно обращался к вопросам, связанным с химией силикатов и, в частности, химией цементов. Его формулировка: «Гидравлические свойства цементов определяются тем, что в них находятся могущие соединяться с водой и образовывать гидратные водою неизменяющиеся соединения»,— и в настоящее время имеет первостепенное значение для понимания основ теории твердения цементов.

Весьма плодотворным для развития теоретических представлений 0 строении гидратированных силикатов кальция является также введенные Д.И. Менделеевым понятия о существовании среди силикатов многочисленных соединений переменного состава и о возможности замещения глинозема в алюмосиликатах кремнеземом. Дальнейшая разработка теории твердения цементов производилась A. Ле-Шателье (1887) и В. Михаэлисом (1892). По А. Ле-Шателье сущность этого процесса в основном определяется явлениями кристаллизации продуктов гидратации, а по Михаэлису основное значение в твердении цементов имеют коллоидно-химические процессы.

Позднее (1923—1931 гг.) крупнейшим русским ученым, академиком А.А. Байковым, в его знаменитой теории твердения цементов было доказано, что в действительности при гидратации цементов имеют основное значение и коллоидно-химические и кристаллизационные явления. А.А. Байковым, кроме того, выявлена роль защитных пленок, которые образуются вокруг зерен цемента, подвергающихся воздействию водных растворов. Особо следует отметить исследования А.А. Байкова в области коррозии цементов под воздействием агрессивных минерализованных вод.

К началу XX в. относится развитие научных основ защиты бетонных сооружений от коррозии и улучшение гидротехнических свойств цементов и бетонов введением пуццоланических добавок. Н.Н. Лямину принадлежит заслуга открытия месторождения пуццолан вулканического происхождения в Крыму и разработка методики термического анализа гидратированных цементов.

Большое значение для успешного разрешения проблемы создания устойчивых пуццолановых цементов имели работы Н.А. Белелюбского, В.Н. Чарномского, С.И. Дружинина, А.А. Байкова, B.А. Кинда, В.Н. Юнга и ряда других русских ученых.

Интенсивное развитие научно-исследовательской работы в области цементов в СССР совпадает с временем восстановления, реконструкции и невиданного по масштабам расширения объема производства цементов в годы довоенных пятилеток.

Именно к этому периоду относятся создание и развитие коллоидно-кристаллизационной теории твердения цементов А.А. Байковым, работы С.И. Дружинина и В.А. Кинда по пуццолановым цементам, фундаментальные исследования П.П. Будникова в области гипсовых и шлаковых цементов, заложившие основы теории твердения шлаковых вяжущих и приведшие к созданию ряда новых цементов типа ангидрито-глиноземистого, бесклинкерного и других.

В результате работ В.А. Кинда, Д.С. Белянкина, Н.И. Левина, Г.С. Вальберга, М.Ф. Чебукова и других были разрешены многие вопросы, связанные с теорией и практикой получения и применения глиноземистого цемента.

В.Н. Юнг создает свою теорию обжига портландцементного клинкера во вращающихся и шахтных печах и выдвигает идею об особом характере структуры цементного камня, представляющего по его теории особый микробетон, наполнителями в котором являются не полностью прореагировавшие зерна цементного порошка.

Эта идея В.Н. Юнга оказалась весьма плодотворной и привела к созданию новых цементов и бетонов с микронаполнителями.

Физико-химические и минералогические исследования академика Д.С. Белянкина и его учеников содействовали разработке новых типов цементов, установлению зависимости ряда свойств цементов от их фазового состава и микроструктуры.

Теория ионного строения силикатных расплавов, детально разработанная в СССР главным образом в работах О.А. Есина и К.С. Евстропьева, имеет большое значение для дальнейшего развития теории гидратации гранулированных доменных шлаков и выявления тонкого механизма формирования клинкерных минералов путем ионной диффузии в жидкой фазе цементного клинкера. Вопросы механизма и кинетики минерализующего действия различных, главным образом фтористых, добавок на процессы клинкерообразования разрабатывались в трудах Н.В. Белова, В.Ф. Журавлева, С.Д. Макашева и др.

Большое значение для дальнейшего развития теории гидратации цементов имеют коллоидно-химические исследования, проводимые в широком масштабе акад. П.А. Ребиндером.

Автором этой книги детально разрабатывается теория строения и условий формирования твердых растворов, образуемых фазами цементного клинкера, направленная к выявлению основных факторов, определяющих реакционную способность цементного порошка в зависимости от его фазового состава и внешних условий, в которых протекает твердение цементного камня.

Все эти вопросы автор попытался изложить на основе современных научных данных, желая по мере сил содействовать дальнейшему развитию работ советских специалистов в сложной сравнительно малоразработанной, но весьма интересной, увлекательной и очень нужной для промышленности области химической науки — химии цементов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector