Omskvorota.ru

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

Цемент влияние тонкости помола

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Увеличение — тонкость — помол

Увеличение тонкости помола сопровождается ускорением гидратации и быстрым ростом прочности цемента, при этом возрастает также количество экзотермического тепла, выделяемого цементом в течение первых 7 сут твердения. [1]

Увеличение тонкости помола до некоторой величины ускоряет распускаемость глинопорошка в воде. Однако это ведет к увеличению удельного объема, а также создает трудности при транспортировании и дозировании. Дальнейшее избыточное измельчение ухудшает распускаемость глинопорошка и качество приготовленной суспензии вследствие гидрофобизации частиц при сухом помоле и адсорбции на их поверхности воздуха. Вопросы тонины помола и распускаемости могут быть в принципе решены применением более совершенной технологии при производстве глинопорошков, а также путем использования дис-пергаторов, которыми предполагается оснастить отечественные буровые с целью завершения процесса диспергирования глин на поверхности, а не в скважине, что позволит не только экономить глиноматериалы и реагенты, но и предупреждать различные осложнения, связанные с неконтролируемым загустева-нием раствора. [2]

Увеличение тонкости помола и, следовательно, уменьшение размеров пылинок также способствует быстрейшему их воспламенению и сгоранию. Как указывалось ранее, это объясняется тем, что при выделении летучих и их воспламенении коксовый остаток пылинок обволакивается оболочкой инертных газов, препятствующей диффузии кислорода. [3]

Увеличение тонкости помола способствует снижению давления распирания. Это приобретает особый интерес при влажной шихте, загружаемой насыпным методом. Можно, например, значительно снизить начальное давление распирания шихты 200 — 300 гс / см2, увеличив тонкость помола с 70 до 85 — 90 % класса 2 мм. Это благоприятно влияет на качество кокса. [4]

Увеличение тонкости помола шлака ускоряет растворение его составляющих, что при постоянной скорости роста кристаллов новообразований повышает пересыщение. Из табл. 21 видно, что с увеличением температуры максимальную прочность шлакового камня можно получить с уменьшением удельной поверхности шлака. Повышение температуры, как и дисперсности, содействует растворению активных составляющих шлака, а значит, и пересыщению раствора. Так, при температуре 160 С и давлении 500 кгс / см2 значение оптимальной поверхности шлака снижается до 2000 см2 / г, при которой шлаковый камень имеет максимальную прочность. [5]

Увеличение тонкости помола портландцемента заметно повышает его тепловыделение, особенно в первые сроки твердения. [6]

Увеличение тонкости помола цемента приводит к уменьшению проницаемости образцов двухсуточного возраста, твердевших при температуре 22 С. [7]

С увеличением тонкости помола прочность цемента возрастает. Средний размер зерен портландцемента, выпускаемого отечественными заводами, составляет примерно 40 мкм. Толщина гидратации зерен через 6 — 12 месяцев твердения обычно не превышает 10 — 15 мкм. Таким образом, при обычном помоле портландцемента 30 — 40 % клинкерной части его не участвует в твердении и формировании структуры камня. С увеличением тонкости помола цемента увеличивается степень гидратации цемента, возрастает содержание клеящих веществ — гидратов минералов, и повышается прочность цементного камня. [8]

С увеличением тонкости помола руды прямо пропорционально возрастает водосмесевое отношение и уменьшается плотность раствора. Приведенный график может служить для подбора рецептуры смеси при заданной плотности раствора. [10]

С увеличением тонкости помола руды прямо пропорционально увеличивается водосмесевое отношение и уменьшается плотность раствора. Приведен шя номограмма может служить для подбора рецептуры смеси при заданной плотности раствора. [11]

С увеличением тонкости помола песка для получения камня равной прочности потребность в песке уменьшается, а с увеличением времени автоклавной обработки увеличивается, но не существенно. В глубоких скважинах цементный камень пребывает много лет. Поэтому в тампонажные цементы целесообразно введение повышенного количества кварцевого песка оптимальной дисперсности. [12]

При увеличении тонкости помола шлака возрастает прочность образцов затвердевшего шлако-силикатного раствора, но в меньшей степени, чем уменьшаются сроки схватывания раствора. [13]

В производстве увеличение тонкости помола связано с экономическими показателями, так как при увеличении тонкости помола и удельной поверхности его расход электроэнергии быстро возрастает, а производительность цементной мельницы снижается. Поэтому необходимо выбирать такую тонкость помола, при которой себестоимость его не очень высока, а производительность мельниц удовлетворительна. [14]

Свойства цемента

  • в рыхлом состоянии 900 – 1100;
  • в уплотненном 1400 – 1700.

Истинная плотность 3 — 3,1 г/см 3 .

Тонкость помола влияет на сроки схватывания и твердения, а также на прочность затвердевшего цементного камня: чем тоньше измельчен цементный клинкер, тем быстрее протекают реакции взаимодействия цемента с водой и тем выше его прочность. Однако, слишком тонкий помол может привести к отрицательным результатам: увеличивается водопотребность и возрастают осадочные деформации, понижается прочность цементных растворов и бетонов.При применении цемента сверхтонкого помола происходит быстрее нарастание прочности, наступают первые сроки твердения. Рекомендуемый полидисперсный состав должен включать мелкие частицы размером 40 мкм и крупные 80 мкм. Экономичный способ получения быстротвердеющего цемента состоит в добавлении к обычному цементу 15 -25% сверхтонкого цемента.

Сроки схватывания характеризуются началом и концом. На сроки схватывания большое влияние, кроме помола, оказывает минералогический состав и водопотребность цемента.

Водопотребностью цемента называют количество воды, необходимое не только для гидратации цемента, но и для придания цементному тесту определенной пластичности. В процессе гидратации цементу требуется 15-17% воды от массы цемента. Однако для обеспечения подвижности цементного теста воды берется больше. При испарении лишней воды в цементном камне, растворе или бетоне образуются поры, возникают осадочные деформации, появляются мелкие трещины, прочность снижается, поэтому, чем ниже водопотребность цемента, тем выше его качество. Сроки схватывания цементного теста нормальной густоты составляют от 45 минут до 10 часов. Нормальная густота цементного теста выражается количеством воды (процент от массы цемента), необходимой для придания цементному тесту определенной степени пластичности. Для того, чтобы получить цемент со стандартными сроками схватывания, при помоле клинкера добавляется определенное количество гипса. С повышением температуры сроки схватывания ускоряются, с понижением – уменьшаются.

Прочность цементного камня характеризуется его маркой, которая устанавливается по пределу прочности на сжатие образцов, испытанных в возрасте 28 дней. Цементная промышленность выпускает цемент 300, 400, 500, 550, 600 и по особому заказу 700-800.

Равномерность изменения объема. Цемент, имеющий большое количество свободного CaO или MgO, склонен к изменению объема. Основы теории твердения портландцемента были разработаны Байковым, и согласно этой теории твердение протекает в три периода:

  • растворение и гидратация;
  • коллоидация;
  • кристаллизация.

При смешивании цемента с водой происходит сложное физико-химическое взаимодействие.

Коррозия цемента. Разрушение цементного камня происходит за счет того, что его составляющие растворяются или вступают в химическое взаимодействие с солями и кислотами, содержащимися в воде. Образующиеся новые химические соединения легко растворяются в воде или кристаллизуются в цементном камне со значительным увеличением объема, приводящим к возникновению внутренних напряжений и разрушению. На цементный камень агрессивно действуют воды, содержащие углекислоту, сульфаты, повышенное количество солей магния и свободную кислоту.

Пути защиты от коррозии:

  • правильный выбор цемента;
  • снижение пористости цемента;
  • гидроизоляция;
  • введение в цемент пуццолановых добавок.

Какое свойство цемента оказывает влияние на сроки схватывания

Цемент – вяжущее вещество, в состав которого входят неорганические соединения. При взаимодействии с водой порошок вступает в химические реакции, в результате которых образуется твердый элемент, имеющий заранее заданную форму. После набора прочности элемент, изготовленный из цемента, заполнителей, воды и дополнительных добавок, служит длительный период с сохранением первоначальных характеристик. Плотность цемента в рыхлонасыпанном состоянии составляет 900-1300 кг/м3, в уплотненном – 1400-2000 кг/м3. При объемной дозировке вяжущего при приготовлении строительных смесей и растворов его плотность принимают равной 1300 кг/м3.

Классификация цементов по вещественному составу

Важный компонент цемента – клинкер, получаемый обжигом сырьевой смеси. В его состав, в зависимости от требуемых свойств конечного продукта, могут входить: известняк, глина, доменный шлак, нефелиновый шлам и другие. После обжига в клинкер вводят при необходимости дополнительные компоненты. Полученную смесь измельчают с получением тонкодисперсного порошка.

В соответствии с ГОСТом 31108-2016 цементы по составу разделяют на 5 типов:

  • ЦЕМ I – портландцемент, наиболее популярный вид этого стройматериала, количество вспомогательных компонентов не превышает 5 %;
  • ЦЕМ II – портландцемент, содержащий минеральные добавки, в качестве которых используются шлак, микрокремнезем, пуццоланы, обожженный сланец;
  • ЦЕМ III – шлакопортландцемент;
  • ЦЕМ IV – пуццолановый;
  • ЦЕМ V – композиционный.

Введение минеральных добавок в количестве до 15 % незначительно изменяет свойства конечного продукта. Добавки в количестве более 20 % оказывают значительное влияние на физико-химические и механические свойства цемента и получаемых из него строительных смесей и растворов.

Гидратация бетона или цемента

Ингредиенты цементного порошка вступают в химическое взаимодействие с водой и начинается кристаллизация в получаемом монолите. Для полноценного прохождения гидратации бетона соотношение объема цемента и жидкости составляет 3:2 и должно быть точно соблюдено. Тщательный замес раствора позволяет создавать однородную структуру камня и управлять временем схватывания монолита.

Время от начала замеса до начала схватывания – это тот период, в течение которого раствор должен попасть в форму или опалубку. Согласно строительных регламентов он равен 45 минутам, однако модифицирующими присадками и постоянным перемешиванием в миксере может быть растянут.

Обратите внимание! После заполнения раствором форм или опалубки процесс связывания компонентов (схватывание) происходит в течении 3-х часов и тоже может быть изменено добавками, технологией и внешней средой. Процесс набора заявленной прочности бетона достигает 28 дней, но твердение цемента не прекращается и длится годами.

Прочность цемента

Одно из основных свойств вяжущего – прочность, характеризуемая классом по новому ГОСТу 31108-2016, и маркой – по старому нормативу. Этот показатель определяется пределом прочности при сжатии стандартных образцов. Класс показывает давление, выраженное в МПа, марка – в кгс/см3.

В соответствии с новым стандартом выпускаются цементы следующих классов (марок):

  • В22,5 (М300);
  • В32,5 (М400);
  • В42,5 (М500);
  • В52,5 (М600).

Для цементов разных классов испытания проводят через 2, 7, 28 суток после изготовления образца. На этот показатель влияют: минералогический состав, наличие активных добавок, их свойства и процентное содержание.

Производители в паспорте обязаны указывать максимальную прочность вяжущего, определяемую в возрасте 28 дней.

Сроки схватывания цемента

Сроки схватывания определяются испытанием цементного теста нормальной густоты. Стандартные значения: начало процесса схватывания не раньше, чем через 45 минут, и его окончание не позже, чем через 12 часов после заливки строительной смеси или раствора. Слишком быстрое и слишком медленное схватывание является недостатком этого стройматериала. В первом случае требуется очень быстрая укладка приготовленного раствора. Во втором – сильно замедляются сроки строительства.

На сроки схватывания теста влияют:

  • Тонкость помола. Чем тоньше помол, тем выше прочность цемента, скорость его схватывания и твердения.
  • Минералогический состав. Чем выше процентное содержание трехкальциевого алюмината, тем быстрее схватывается вяжущее, затворенное водой.
  • Степень обжига. Чем выше температура термической обработки, тем медленнее схватывание.
  • Водоцементное соотношение. Чем оно выше, тем медленнее протекает процесс схватывания.
  • Температура окружающей среды. Чем она выше, тем быстрее схватывается цемент.

Основные стадии затвердевания

Используя специальные добавки, можно замедлить или ускорить процесс затвердевания раствора, а также придать ему дополнительные технические характеристики.

Итак, многие знают, что процесс затвердевания цементного раствора условно подразделяется на два основных момента. Это схватывание и твердение.

Что касается стадии схватывания, то длится она недолго, примерно 24 часа после того, как смесь приготовлена. Самым важным фактором, влияющим на время схватывания, является температура воздуха:

  • если температура воздуха соответствует значению в 20 градусов, это означает, что цементный раствор будет схватываться где-то через два часа после того, как произведено замешивание. А окончательное схватывание произойдет спустя три часа. Это говорит о том, что весь рассматриваемый процесс займет всего один час;
  • в случае, когда температура является близкой к 0 градусов, этот же самый процесс может затянуться и по продолжительности составить около 20 часов. Обусловлено это тем, что схватывание, точнее его начало, будет происходить только по прошествии времени от 6 до 10 часов.

Еще одним важным фактором, влияющим на скорость процесса схватывания, являются специализированные добавки, которые либо ускоряют реакцию, либо замедляют ее.

Застывание цемента: рис. а) – повышение прочности цемента в зависимости от времени; рис. б) – взаимодействие цемента с водой: 1 – зерна цемента; 2 – вода; 3 – гидратные новообразования; 4 – воздушные поры.

Не забудьте, что все время схватывания раствор цемента сохраняет подвижность. Иначе говоря, он все еще поддается различным воздействиям. А осуществление каких-либо действий с еще не схватившимся цементом увеличивает период первоначального процесса (схватывания).

Следующая стадия, характерная для бетонных растворов – твердение. Она наступает сразу же после окончания первой стадии (схватывания). Можно считать, что этот процесс может тянуться в течение нескольких лет.

Срок, например, 28 суток, указанный в инструкции, говорит лишь о том, что на этот период времени гарантируется достижение определенной марки бетона. Первые несколько дней твердения бетона отличаются динамичностью и нелинейностью. Чтобы понять причину этой особенности, необходимо изучить данные, описывающие процесс гидратации.

Изменение объема цемента при твердении

Процесс твердения затворенных водой цементов сопровождается изменением объема получаемого продукта. В соответствии с нормативом лепешки, изготовленные из цемента после его затворения водой, при испытании кипячением должны изменять объем равномерно. Если вяжущее не соответствует требованиям ГОСТа, то использовать его опасно, поскольку в конструкции возникнут напряжения, которые могут привести к ее разрушению.

Портландцемент при твердении на воздухе отличается небольшими усадочными процессами. Если же клинкер содержит большое количество свободных оксида кальция и оксида магния, то в процессе их гашения водой происходят локальные изменения объема цементного продукта, что приводит к образованию в нем трещин.

Особенности реакции, как влияют компоненты

Основой цемента любой марки составляют 4 минеральных соединения в разных пропорциях входящие в строительную смесь:

  • C3S трёхкальциевый силикат;
  • C3A трёхкальциевый алюминат;
  • C2S двухкальциевый силикат;
  • C4AF четырёхкальциевый алюмоферрит.

Любой из них вступая в контакт с водой по-своему влияет на химический процесс в отдельных временных отрезках нелинейного графика превращения раствора в каменный монолит.

Трехкальциевый силикат C3S активно участвует в процессе кристаллизации раствора в монолит на всем его протяжении. Эта химическая реакция носит изотермический характер, и соединение C3S с водой обеспечивает выделение тепла при замесе, затем снижение нагрева при перемешивании. В период схватывания энергия выделяется интенсивно и в дальнейшем, на этапе нормального твердения, 28 суток постепенно снижается.

Трехкальциевый алюминат C3A отвечает за процесс схватывания раствора. Именно его взаимодействие с водой приводит к выделению тепла при схватывании в первое время после заливки. По мере набора прочности активность минерала слабеет, и он прекращает работу.

Двухкальциевый силикат C2S включается в работу при выходе процесса нормального твердения на финиш (90% набора прочности бетона), то есть примерно через месяц соединения цементной смеси с водой. Его действие продолжает укреплять изделия из бетона после достижения заявленной прочности. Введение пластификаторов в смесь может сократить месячный промежуток времени и заставить работать этот компонент раньше без потери качества.

Четырехкальциевый алюмоферрит C4AF работает как катализатор на финишном отрезке твердения бетона. Взаимодействуя с водой, двухкальциевым силикатом C2S, а также модифицирующими добавками он существенно улучшает характеристики бетона.

Гидратация цемента — это длительный процесс взаимодействия его с водой, каждый ингредиент в нем играет основную роль на своем отрезке времени.

Водоцементное соотношение

Для нормального протекания процессов гидратации цемента и придания раствору необходимой подвижности требуется соблюдать оптимальное водоцементное соотношение (водопотребность). Водопотребностью цемента называют минимальное количество воды, которое обеспечивает получение цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой называют консистенцию, при которой пестик Тетмайера опускается в продукт на глубину, установленную нормативами.

Минимальной водопотребностью обладает портландцемент – 24-28 %. Снизить этот показатель, сохранив требуемую пластичность смеси или раствора, можно введением специальных добавок – пластификаторов. Водопотребность пуццолановых цементов при наличии в них добавок осадочного происхождения составляет 35-40 %.

Водоотделение цементного теста

Водоотделением называют отжим воды в цементном тесте из-за гравитационного действия цементных частиц и зерен крупного и мелкого заполнителей. Вода может выступать на поверхности цементного продукта, между слоями послойно укладываемого бетона, внутри бетонного элемента вокруг заполнителей и арматуры. Наличие таких пленок воды внутри конструкции приводит к расслаиванию и снижению прочности строящегося объекта.

Снизить водоотделение и расслаивание раствора или смеси позволяют:

  • доставка специальных готовых цементно-песчаных растворов и бетонов к месту строительства специальным транспортом;
  • соблюдение технологии укладки смесей и растворов;
  • снижение водоцементного соотношения с помощью применения пластификаторов;
  • введение ряда добавок – трепела, глины, бетонита.

Тепловыделение цемента в процессе твердения

Процессы гидратации цемента сопровождаются выделением тепла, которое характеризуется абсолютным выделением тепла и ходом тепловыделения во времени. Медленное выделение тепла не оказывает отрицательного влияния на технические характеристики строительной конструкции. Цементы, у которых процесс гидратации протекает быстро, со значительным повышением температуры, не рекомендуется использовать при строительстве массивных сооружений из-за температурных перепадов внутри и снаружи бетонного элемента. В этом случае возникают значительные внутренние напряжения, которые становятся причиной образования трещин в бетоне.

Цементы, процессы гидратации которых сопровождаются значительным и интенсивным выделениям тепла:

  • с высоким содержанием трехкальциевых силикатов и алюмината;
  • содержащие значительное количество стекловидной фазы.

Значительное выделение тепла – процесс, желательный при зимнем строительстве.

Как повлиять на время высыхания цемента М-500

Для того, чтобы затвердевание цемента происходило в виде постепенного набора прочности, создайте соответствующие условия. Если стройка проводится на морозе, влага из раствора замерзнет, и процесс схватывания замедлится в 3-4 раза.

Срок затвердевания в 2 часа действителен при температуре +20 градусов и относительной влажности воздуха 60%. Для того, чтобы схватывание произошло не только быстро, но и качественно, рекомендуется защитить цемент от прямого воздействия солнечных лучей. Время от времени слой цемента нужно увлажнять, чтобы из-за быстрого испарения влаги он не потрескался.

Когда цемент высох, и начался набор прочности, смачивайте его:

  1. Влажной соломой;
  2. Влажными опилками;
  3. Мокрой тканью или пленкой.

Цемент М-500 отличается высокой маркой прочности, поэтому есть хорошая новость: его высыханию мало что может помешать или навредить. Ведь существует аксиома, что чем выше марка прочности цемента, тем более он устойчив к факторам окружающей среды в ходе схватывания.

Так что в этом случае волноваться следует только за правильность пропорции смешивания сухого цемента с водой. Ведь сцепление напрямую зависит от того, как проходит реакция частиц цемента с водой.

Если раствор густой, при температуре +20 градусов он высохнет и за час. Если более жидкий (тощий), высыхание достигает 3-х часов. Влияя на концентрацию воды в растворе, Вы влияете на скорость высыхания.

Коррозионная стойкость цементного камня

Ученые разделяют это понятие на химическую и физическую коррозионную стойкость. Первый показатель характеризует химическую устойчивость компонентов вяжущего к корродирующим агентам. Это свойство улучшают ограничением содержания в цементе оксида алюминия и трехкальциевого силиката. Физическую коррозионную стойкость повышают снижением пористости получаемого продукта на основе цемента, уменьшением радиуса его пор и гидрофобизацией их поверхности.

Тонкость помола и гранулометрический (зерновой) состав цемента

Тонко измельченный цемент имеет более высокие прочности, тем тоньше его помол – тем выше прочность. Это особенно относится к ранней прочности, в последующие периоды различия в прочности уменьшаются. Крупные частицы цемента реагируют с водой в основном с поверхности. В таблице 1.13 приведены данные по удельной поверхности различных видов цементов по Блейну [101]. Когда идет процесс помола цемента гипс размалывается легче и он накапливается в тонкой фракции, такое же возможно при помоле клинкера с золой. Гранулированный доменный шлак напротив – более твердый, измельчается труднее, чем клинкер и накапливается в крупных фракциях [102, 103, 104, 105].

Раннюю прочность цемента обеспечивают мельчайшие клинкерные фракции (0 — 3 мкм). Наиболее крупные фракции цемента с размером частиц более 50 мкм твердеют настолько медленно, что их иногда считают почти инертными [4].

Таблица 1.13 — Ориентировочные значения для размера частиц цементов [102]

Вид цементаУдельная поверхность по Блейну, см 2 /г
MaxСреднееMin
CЕM I 32,5 R
CEM I 42,5 R
CEM I 52,5 R
CEM II/B-S 32,5 R
CEM III/A 32,5 R

Интенсификаторы помола также способствуют формированию узкого распределения частиц по размерам. Влияние распределения зерна на рост прочности технических цементов и бетонов не всегда ясно. На рисунке 1.25 показано развитие прочности цемента различных размеров зерен.

Интенсификаторы помола позволяют производить в Федеративной Республике Германии цементы с удельной поверхностью примерно > 3500 см 2 /г. Они представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые добавляют в измельчаемый материал в небольшой дозировке, чтобы сделать процесс измельчения более эффективным. Их полезность и эффективность возрастают с увеличением тонкости цемента. Для получения того же цемента (той же тонкости помола) интенсифицирующие добавки в количестве 0,01-0,1% могут увеличить пропускную способность (производительность) мельницы до 10-50%.

1 — 2 /г. Эффект помола в первую очередь заключается в том, что молекулы ПАВ образуют на поверхности измельчаемых частиц цемента тонкую пленку, которая предотвращают слипание частиц между собой (агрегирование) и налипание измельчаемых частиц цемента на поверхность мелющих тел и бронефутеровки. Явления налипания и агрегирование, возникающие при тонком помоле цемента, препятствует процессу измельчения. Кроме того, увеличивается сыпучесть и подвижность измельченного материала, повышается эффективность разделения частиц в сепараторе, а пропускная способность мельницы увеличивается. На заводах обычно используются интенсифицирующие добавки из группы гликолей и этаноламинов, которые при обычных концентрациях не оказывают отрицательного влияния на сроки схватывания и процессы твердения цемента. Кроме того, долгосрочные испытания бетона показали, что оптимальные дозировки интенсификаторов помола не оказывают отрицательного влияния на прочность [107]. Высокое количество добавок (> 0,2%) может привести к снижению ранней и 28-дневной прочности. Многолетнее применение интенсификаторов помола показало, что они не оказывают негативного влияния на прочность бетона при длительных сроках твердения и долговечность бетона [108, 109].

В странах СНГ в качестве интенсификаторов процесса помола цемента наибольшее применение нашли катионактивные соединения – лигносульфонаты технические (ЛСТ) (прежнее название СДБ), триэтаноламин (ТЭА), смеси триэтаноламина с ЛСТ в соотношении 1:3 – 1:5, а также соапсток, лигнин, мылонафт. При введении ТЭА в количестве 0,015…0,03 % от массы цемента производительность мельниц увеличивается на 15…35 %, удельный расход электроэнергии снижается на 10…30 %. Интенсифицируют процесс помола цемента также добавки угля, сажи (0,3 %), коксовой пыли (2…3 %), трепела (1…2 %).

Эффективность действия интенсификаторов помола зависит и от способа их введения в мельницу. На большинстве заводов добавки ПАВ вводят простейшим методом истечения на материал на ленточном транспортере или на питательную тарелку клинкера. Этот способ малоэффективен, так как пока добавка ПАВ равномерно распределится по поверхности всего материала, потребуется значительное время. Материал успеет пройти во вторую камеру тонкого измельчения. В этих условиях функция добавки будет сводиться только к устранению налипания на шары.

Более эффективным является введение водного раствора ПАВ в распыленном виде во вторую камеру цементной мельницы. Молекулы интенсификатора с самого начала процесса измельчения сопри­касаются со вновь обнаженными поверхностями размалываемо­го материала, адсорбируются на них и действуют как понизите­ли твердости. При таком способе введения ПАВ в мельницу оптимальная их дозировка будет во много раз меньше применяемой при обычной подаче их вместе с материа­лом на питательную тарелку.

Легко распыляемый водный раствор ПАВ обеспечивает соприкосновение интенси­фикатора с большой поверхностью размалываемого материала. Этот способ применения ПАВ эффективен еще потому, что ми­нералы цементных клинкеров обладают высокой гидрофильностью и сильно адсорбируют воду на вновь образующихся по­верхностях. Уже сама вода вызывает значительное адсорбцион­ное понижение прочности клинкерных минералов при их из­мельчении. Адсорбированные поверхностно-активные вещества создают оболочку вокруг частичек и тем самым препятствуют агрегированию и налипанию цемента.

Небольшие количества влаги без ПАВ интенсифицируют помол цемента. Установлено, что влажность размалываемого материала оказывает значительное влияние на расход электроэнергии при помоле цемента в шаровой мельнице. При влажности размалываемого материала 1…1,5 % расход электроэнергии составлял 34…36 кВт·ч/т, при помоле абсолютно сухого материала расход составил 43 кВт·ч/т, при влажности 2 % — 43 кВт·ч/т.

Введение в мельницу при помоле клинкера воды в пределах 1 % к весу подаваемой в мельницу шихты уменьшает­ или полностью предотвращает налипание и агрегирование мелких частиц цемента. Водяные пары снижают электрическое сопротивление среды в мельнице и, тем самым, уменьшают электростатические силы взаимодействия положительно заряженных частиц цемента с отрицательно за­ряженными мелющими телами и бронефутеровкой, вследствие чего предотвращается налипание на них этих частиц. Водяные пары, омывая частички цемента, образуют временные «мости­ки», являющиеся своего рода проводниками, через которые осуществляется нейтрализация электростатических зарядов. В результате явления налипания и агрегирования снижаются или вовсе устраняются.

ГЛАВА I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ

Свойства портландцемента

К важнейшим техническим характеристикам портландцемента относятся плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, прочность и стойкость к коррозии.

Истинная плотность р цемента колеблется в пределах 3,05…3,15 г/см3. В среднем принимают р=3,1 г/см3.

Насыпная плотность порошка рн зависит от степени уплотнения. Для рыхлонасыпанного цемента она составляет 1,1 г/см3, сильно уплотненного — 1,6 г/см3. В расчетах принимают значение рн = 1,3 г/см3.

Тонкость помола цемента оказывает большое влияние на скорость его твердения, прочность. Тонкость помола портландцемента характеризуют его зерновым составом и удельной поверхностью. Зерновой состав определяют путем просеивания пробы цемента через сито с очень тонкими ячейками — 0,008 мм (80 мкм). Основная часть пробы (не менее 85%) должна пройти сквозь такое сито. Это означает, что современный портландцемент отличается очень тонким помолом, т. е. размер его зерен в среднем составляет 20…40 мкм. Удельная поверхность такого цемента 2500…3000 см2/г. Промышленность выпускает специальные цементы и более тонкого помола.

Водопотребность цемента отражает способность его частиц адсорбировать, т. е. поглощать, на поверхности определенное количество воды. Плотность зерен портландцемента 3,1 г/см3, воды — 1 г/см3. Если затворить цемент излишним количеством воды, то лишь некоторая часть ее будет удерживаться адсорбционными и капиллярными силами. Под действием гравитации частицы цемента оседают, а вода вытесняется вверх. Наступает расслоение теста, которое приводит к выделению излишней воды на поверхности бетонной смеси или раствора. Явление водоотделения крайне нежелательно, поскольку вода, скапливаясь на верхней поверхности конструкции, делает бетон рыхлым и пористым. Впоследствии бетон наиболее интенсивно разрушается именно в этих местах.

Водопотребность цемента характеризуют относительным количеством воды (в%) для получения цементного теста нормальной густоты. Содержание воды в тесте нормальной густоты соответствует ее максимальному количеству, которое цемент может удерживать с помощью химических и физико-химических (адсорбционных и капиллярных) сил. Поскольку в таком тесте еще нет водоотделения, цементное тесто нормальной густоты, скатываемое в шарик, не прилипает к ладони. Водопотребность портландцемента 22…28%.

Свойство водопотребности цемента имеет важное практическое значение при изготовлении бетонной смеси и раствора. Применяя цементы с низкой водо-потребностью, можно изготовить бетонную смесь с относительно небольшим расходом воды. При отвердевании получают бетон с высокой прочностью и стойкостью, так как пористость его невелика. Напротив, цементы с высокой водопотребностью, в частности пуццолановый портландцемент, у которого она достигает 40%, отличаются высокой пористостью, и бетон на основе такого цемента оказывается неморозостойким.

Сроки схватывания цемента характеризуют промежуток времени, в течение которого интенсивно изменяются пластические свойства цементного теста. Различают начало и конец схватывания. В строительной лаборатории сроки схватывания цемента определяют на приборе Вика по глубине погружения в цементное тесто стандартной стальной иглы диаметром 1,13 мм. Началом схватывания считается промежуток времени от затворения цемента водой до того момента, когда игла под действием силы тяжести уже не может полностью погрузиться в цементное тесто нормальной густоты (не доходит до дна прибора на 1… 2 мм). Конец схватывания отсчитывают по времени, прошедшему от затворения до момента, когда игла Вика лишь слегка, на 1…2 мм, погружается в затвердевшее тесто или камень.

На стройке можно определить сроки схватывания цемента упрощенным способом. Для этого на цементном тесте делают каждые 5 мин легкие надрезы стальным ножом. Начало схватывания соответствует моменту, когда надрезы перестают заплывать. Продолжая делать легкие, без нажима, надрезы с интервалом 15 мин, замечают, когда нож перестает оставлять след на поверхности цементного камня. Это и будет конец схватывания.

В соответствии с требованиями ГОСТ 10178—85 начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин после затворения, конец схватывания — не позднее чем спустя 10 ч. Сроки схватывания портландцемента регулируют путем введения добавки гипса. На скорость схватывания цемента влияют температура и содержание воды в тесте. При повышении температуры сроки схватывания сокращаются. Поэтому для бетонных работ в сухую жаркую погоду применяют цемент, начало схватывания которого наступает не раньше чем через 1,5 ч после затворения. Если смесь укладывать после начала схватывания, то, утратив пластичность, она при укладке будет деформироваться с нарушением сплошности структуры. В результате в теле бетона образуются разрывы, трещины и другие дефекты механического происхождения, что отрицательно скажется на прочности и долговечности конструкции.

Также важно обеспечить заданные сроки схватывания при транспортировании бетонных смесей автобетоновозами, передвижными бетоносмесителями, перекачивании бетононасосами. Преждевременное схватывание может привести к выходу оборудования из строя, и будет непроизводительно потрачено время на приведение установок в работоспособное состояние.

Сроки схватывания увеличиваются, если для затворения цемента взято больше воды. При ее избытке возрастает объем пространства в тесте, которое должно быть заполнено новообразованиями. Прочность цементного камня формируется в момент, когда кристаллогидраты образуют пространственную непрерывную структуру. Для формирования такой структуры при большем объеме пространства требуется и большее время.

Увеличивать количество воды в тесте или бетонной смеси ради удлинения сроков схватывания нерационально, так как прочность затвердевшего камня (бетона) тем меньше, чем больше введено воды. Целесообразно применять для этого специальные добавки — замедлители схватывания.

В практике бетонных работ иногда наблюдается ложное схватывание цемента, т. е. загустевание цементного теста или бетонной смеси в сроки, гораздо более короткие, чем предусмотрено стандартом (раньше 45 мин). Это объясняется тем, что в состав такого цемента входит полуводный гипс, а не гипсовый камень. Полуводный гипс быстро взаимодействует с водой, образуя пространственную малопрочную структуру, что и приводит к потере пластичности цементного теста уже через 10…20 мин после затворения. При последующем перемешивании, особенно с небольшой добавкой воды, тесто восстанавливает пластичность и затвердевает, как обычно.

Чтобы не допустить ложного схватывания, помол и хранение цементов осуществляют при пониженной температуре. Во время бетонных работ в жаркое время года предельная температура цемента должна быть не более 50 °С.

Прочность—основная характеристика цемента как материала для изготовления бетонных и железобетонных конструкций. Для ее оценки используют стандартную характеристику цемента — марку. Чтобы определить марку цемента, изготовляют смесь из цемента и стандартного кварцевого песка в соотношении 1:3 по массе. Затворяют эту смесь водой, которую берут в количестве 40% от массы цемента. Из смеси изготовляют призматические образцы (балочки) размерами 40X40X160 мм. Первые сутки после изготовления балочки твердеют во влажном воздухе, а затем в течение 27 сут — в воде комнатной температуры. Через 28 сут балочки испытывают на изгиб, а образовавшиеся при этом половинки балочек — на сжатие. При испытании получают самые разнообразные показатели прочности. Например, предел прочности при сжатии образцов может оказаться равным 40; 41,2; 43; 46 МПа и т. д. Эти числа, характеризующие прочность, называют активностью цемента.

Бесконечное множество значений прочности, а значит, и активности затрудняет сравнение различных цементов. Поэтому оценивают прочность цемента с помощью марок. Марка цемента — это условная характеристика, численно равная минимальному пределу прочности при сжатии стандартных образцов. Например, марка цемента 400 означает, что предел прочности его при сжатии гарантируется не ниже 400 кгс/см2. Если при испытаниях получены значения прочности, большие 400 кгс/см2 (до 500), марка цемента все равно будет 400. Установлены стандартные марки портландцемента от 400 до 600 (табл. 10). Чем выше марка, тем более прочный камень образуется при твердении цемента.

Прочность цемента при соответствующих условиях внешней среды со временем возрастает (рис. 25). Нормальными условиями твердения цементных материалов (строительного раствора и бетона) считают

температуру около 20°С и относительную влажность воздуха 95—100%. При понижении температуры замедляются химические реакции взаимодействия цемента с водой. Это выражается в недоборе прочности (сравните кривые 1 и 2). Для ускорения твердения бетонные изделия обрабатывают насыщенным паром при температуре 60…90°С. Пропаривание позволяет за 10…12 ч получать распалубочную прочность бетона, составляющую 70% от проектной 28-суточной (кривая 3). Тепловую обработку изделий надо проводить в условиях, исключающих высушивание бетона, так как вода необходима для синтеза кристаллогидратов цементного камня. .

Возрастание прочности с течением времени — важное свойство цемента и материалов на его основе. Этим цементные материалы принципиально отличаются от других каменных материалов — природных (гранита, известняка) и искусственных (керамики, стекла), у которых однажды сформированная прочность может со временем под воздействием разрушительных факторов среды только уменьшаться.

Цемент же при благоприятных условиях твердения продолжает гидратироваться. В результате увеличивается объем кристаллического сростка гидратных новообразований, а объем промежутков между ними, наоборот, сокращается. Таким образом, физическая причина увеличения прочности связана с уменьшением пористости цементного камня. Снижая пористость, можно существенно повысить его прочность. Так, методом горячего прессования при температуре 250 °С и давлении 350 МПа в лабораториях получают цементный камень с небольшой пористостью (всего 2…4%) и очень высокой прочностью — через 1 сут Ясж — = 412 МПа, через 90 сут — 655 МПа. Это более чем в 10 раз превосходит самую высокую прочность цемента (60 МПа) и бетона (60.„80 МПа), получаемую при стандартных испытаниях. Следовательно, вяжущие свойства цемента используют далеко не.полностью.

Рис. 25. Кривые роста прочности цемента во времени: 1 — твердение при температуре 5 °С, 2 — нормальное твердение при 20 °С, 3 — пропаривание при 85 °С

Из-за развитой системы пор и капилляров цементный камень сравнительно легко проницаем для воды, агрессивных жидкостей и газов, которые могут вызвать его коррозию.

Стойкость к коррозии цементного камня характеризуется отношением его к химическим воздействиям, которые подразделяют на три основных вида.

Коррозия первого вида связана с разложением новообразований цементного камня, растворением и вымыванием (выщелачиванием) из него Са(ОН)2. Такая коррозия развивается наиболее интенсивно в мягких водах (дождевых, талых), содержащих небольшое количество солей. Под действием проникающих в бетон мягких вод растворяется наименее стойкое соединение Са(ОН)2. Вслед за этим разлагаются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Наиболее эффективное средство борьбы с выщелачиванием — введение в состав цемента добавок, связывающих Са(ОН)2 в более стойкие соединения. Такие добавки, называемые активными минеральными, будут рассмотрены в § 25.

Коррозия второго вида обусловлена взаимодействием Са(ОН)2 и других составных частей цементного камня с агрессивными веществами внешней среды. В результате этого образуются легкорастворимые соединения, которые вымываются из цементного камня, тем самым ослабляя его. К этому виду относится, например, кислотная и магнезиальная коррозия.

Свободные кислоты встречаются в сточных водах промышленных предприятий. Кислотная среда может также возникнуть при конденсации на поверхности конструкций влаги, если в атмосфере содержатся агрессивные вещества — хлор, хлорид водорода, сернистый газ. Такая атмосфера характерна для современных промышленных центров. Попадающая в бетон кислота взаимодействует с Са(ОН)2. Образующийся при этом хлорид кальция легко растворяется в воде и вымывается.

Коррозия третьего вида характеризуется тем, что в результате взаимодействия со средой в порах цементного камня возникают новые твердофазные соединения, объем которых намного больше объема исходных продуктов реакции. Кристаллы этих соединений, увеличиваясь в объеме, давят на стенки пор, вызывая большие внутренние напряжения и растрескивание батона.

Наиболее ярко коррозия этого вида проявляется при действии на цементный камень сульфатных вод (сульфатная коррозия). Вероятность сульфатной коррозии учитывают при строительстве морских гидротехнических сооружений, возведении фундаментов зданий в районах, где грунтовые воды содержат сульфаты натрия или кальция. В этих случаях применяют сульфатостойкий портландцемент.

Читать далее: Глиноземистый и расширяющиеся цементы Цементы с минеральными добавками Специальные виды портландцемента Схватывание и твердение портландцемента Производство портландцемента Неорганические вяжущие вещества Разные материалы для штукатурных работ Заполнители для штукатурных работ Вяжущие материалы для штукатурных работ Расширяющиеся цементы

Особенности материала

Портландцемент со шлаком представляет собой сухую смесь, состоящую из нескольких компонентов, производимую методом их тонкого помола. Показатели прочности материала еще больше увеличиваются при добавлении в него стекла, соды.

Портландцемент со шлакоблоком незаменим там, где требуется повышенная устойчивость к агрессивным средам — воздействию химических веществ, морской воды.

Этот материал, в отличие от других видов цементных составов, при создании монолитных конструкций исключает появление деформационных трещин во время застывания раствора.

Самый востребованный вид портландцемента со шлаком состоит из смеси:

  • гидросиликата Calcium;
  • измельченного металлургического шлака;
  • щелочного металла;
  • гидроалюмосиликата.

Такой материал обладает минимальной пористостью. Поэтому мало поглощает влаги, устойчив к низким температурам. Если к нему на этапах приготовления добавлять соответствующие компоненты, то улучшатся такие эксплуатационные свойства:

  • морозоустойчивость;
  • повышенная скорость затвердения;
  • высокая коррозийная устойчивость;
  • жаростойкость достигается до 800С;
  • безусадочность.
голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Гост марки огнеупорного цемента
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector