Строение и свойства строительных материалов

Марка цемента по прочности  - буквенно-цифровое обозначение

Прочность при сжатии	Прочность при изгибе
2МПа, 4МПа, 7 МПа	Г-2, Г4,5,6,7. Высокопрочный Г-13,16,19,22

Марка определяется по найменьшим показателям тестов.

Применение:

• Изготовление гипсолитовых изделий.
• Кладочное, штукатурные растворы
• Изготовление декоративных украший.

 

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ

Классификация:

• Чистые (или основные) гидравлические вяжущие. Портландцемент, романцемент, гидравлическая известь, глиноземистый цемент.
• Смешанные (ПЦ с добавками пуццоланы, шлаков, веществ, повышающих химическую устойчивость, и другие)
• Цементы специального назначения. С пластифицирующими(глины, золы) добавками, гидрофобный(клинкер+не смоченный мылонафт), быстро(БЦТ) и особобыстротвердеющие(ОБЦТ) цементы, расширяющийся и напрягающий цементы.

 

Портландцемент – гидравлическое вяжущее, состоящее в основном из силикатов кальция (C₃S), полученных в результате обжига сырьевой смести до температуры спекания (1450 ^◦С).

Продуктом обжига сырьевой смеси является клинкер. Портландцемент получается в результате помола клинкера в трубчатых мельницах, с добавлением (до 3,5% или 3-5%) В разных источниках по-разному! природного двуводного гипса  CaSO₄∙2H₂O

Состав сырьевой смеси –  75%(±1-2%) известняка, 25% глины. Такую смесь измельчают, и на её основе, 35%-ным добавлением воды получают шлам, который подлежит обжигу.

 

Химический состав клинкера ПЦ:

CaO - 63-66%

SiO₂ - 21-24%

Al₂O₃ – 4-8%

Fe₂O₃ – 2-4%

MgO – 0.5-5%

SO₃ – 0,3-1%

Na₂O+K₂O – 0,4 – 1%

TiO₂+ Cu₂O₃ – 0,2-0,5

P2O₅ – 0,1 – 0,3%

 

Повышенное содержание CaO обуславливает повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую конечную прочность, но несколько понижает водостойкость.

Цементы с повышенным содержанием кремнезема SiO₂ характеризуются пониженной скоростью твердения в нач. сроки, при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки.

SiO₂  отличается повышенной водостойкостью и сульфатостойкостью.

 

Глинозем (Al₂O₃). При его повышенном содержании цементы приобретают способность к ускоренному твердению в начальные сроки. С повышением количества глинозема, водо-,сульфато-, и морозостойкость уменьшаются.

Содержание Fe₂O₃ способствует снижению температуры спекания клинкера.

Повышенное содержание MgO вызывает неравномерность изменения объема цемента при твердении (не более 5% MgO)

 

Производство ПЦ включает в себя:

 

• Добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов
• Приготовление сырьевой смеси
• Обжиг сырьевой смеси до спекания – получение клинкера
• Помол клинкера с добавкой гипса

 

 

Способы получения портландцемента.

• Сухой (сырьевые материалы высушивают, измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде, влажность 1-2%)
• Мокрый (сырье смешивают и измельчают в присутствии большого количества воды, затем смесь в виде шлама(50-60% воды) подается во вращающуюся печь)
• Комбинированный (обезвоживание приготовленного шлама до поступления в печь на спец. установках; такой способ позволяет снизить на 20-30% расход топлива, по сравнению с мокрым способом)

 

Показатели качества цемента по ГОСТУ:

• Тонкость помола(не более 15%)
• Сроки схватывания (45мин-10ч)
• Равномерность изменения объёма( не более 10мм)

 

Предел прочности на сжатие – 300-600 кг/cм² , 1 МПа = 10 кг/cм²

По ГОСТ 22,5-52,5 МПа, шаг 10 МПа.

Насыпная плотность 1100-1200 кг/м³

Минералогический состав:

3Ca∙SiO₂ – трехкальциевый силикат, или C₃S. Второе название алит. Его содержание 15-60%

2Ca∙SiO₂ – двухкальциевый силикат, или C₂S, белит, 20-30%.

3Ca∙Al₂O₃ – трехкальциевый алюмосиликат, или С₃А, 4-12%

4Ca∙Al₂O₃∙Fe₂O₃ – четырехкальциевый алюмоферрит, или C₄AF, 10-20%

 

C₃S обладает большой активностью при реакции с водой, особенно в начальные сроки. Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность.

Белит менее активен, чем алит – его твердение происходит медленно. К месячному сроку он обладает невысокой прочностью, но при длительном твердении и благоприятных условиях (при положительной температуре и влажной среде) его прочностью возрастает.

С₃А – самый активный клинкерный минерал, отличается быстрым взаимодействием с водой, однако продукт его твердения имеет повышенную пористость, низкую прочность и долговечность.

Для замедления схватывания  необходимо вводить добавки гипса.

C₄AF имеет активность выше, чем у белита, и ниже, чем у алита.

 

 

 

 

 

Твердение портландцемента

При смешивании ПЦ с водой, составляющие его минералы гидратируют с образованем  новых соединений, обуславливающих  схватывание и твердение цемента. Все реакции гидратации идут с  выделением тепла.

 

По экзотермическому эффекту минералы располагаются следующим образом:

C₃A→C₃S→C₄AF→C₂S

Цементный камень состоит из следующих компонентов:

1)Продукты гидратации цемента:

А) Гель и другие образования, имеющие  мелкую кристаллическую структуру.

Б) Относительно крупные кристаллы Ca(OH)₂ и 3CaO∙Al₂O₃∙₃CaSO₄∙32H₂O)

2) Не вступившие в реакцию  зерна клинкера, которые уменьшаются  в процессе твердения (повышение  сроков твердения)

3) Поры (геля, капллярные поры, воздушные  поры)

 

Классификация коррозии цементного камня по В.М. Москвину:

Выщелачивание – в данном случае происходит разрушение в результате растворения и увода Ca(OH)₂ из цементного камня при фильтрации воды под давлением.

Кислотная коррозия –  наблюдается при воздействии на цементный камень кислот и солей с кислой реакцией.

Солевая коррозия – наблюдается при действии солей.

 

Свойства ПЦ и ЦК

 

Положительные +	Отрицательные -
Высокая химическая активность, медленное  схватывание, относительная воздухо- и морозостойкость, водостойкость  цементного камня.	Усадка при взаимодействии с водой и изменении влажности, ползучесть цементного камня, низкая кислото- и сульфатостойкость ЦК, низкая водостойкость при фильтрации воды, термостойкость до 300◦C

 

Основные отличия Госта 2003 от Госта 1985года:

Вместо марок введены классы по прочности (22,5; 32,5; 42,5; 52,5)

 

ПЦ 500 – Д20-Б-ПЛ ГОСТ 1078-85 – портландцемент с маркой 500 кгс/cм², 20% добавок, быстротвердеющий с пластифицирующими добавками.

В новом госте 2003 года устанавливаются нормативы по прочности в возрасте двух суток. (кроме класса 22,5 и 32,5), и в возрасте 7 суток.

У всех классов прочности, кроме 22,5 введено разделение цементов на нормальнотвердеющие и быстротвердеющие.

Обозначения цементов по 2003 году:

ЦЕМ I - ПЦ без добавок

ЦЕМ II – ПЦ с мин. добавками

ЦЕМ III – Шлакопортландцемент (ШПЦ)

ЦЕМ IV – Пуццолановый ПЦ (ППЦ)

ЦЕМ V – Композиционный ПЦ

 

По содержанию ПЦ клинкера и добавок:

A – 6-20% мин. добавок

B – 21-35% мин. добавок

 

Сокращения: - Ш – шлаки, П – пуццолан, И – известняк, З- зола, М – микрокремнезем, Г – глинозем.

 

Разновидность цементов

Вид	Факторы, обуславливающие спец. свойства	Свойства	Применение
ПЦ с активными гидравлическими  добавками
Рядовой ПЦ	Введение при помоле клинкера до 20% гидр. добавок	R> 40-50Мпа, гидро- и морозостойкий	Изготовление бетонных и ж/б конструкций, строит. растворов
Пуццолановый ПЦ	Добавок осад. Происхождения не монее 20% но и не более 80%, вулканических  не менее 25% и не более 40%	Низка морозостойкость медленное  твердение, небольшое тепловыделение.	Используют для бетонирования внутренних частей массивных сооружений, для сооруж, находящихся во влажных условиях
Шлакопортландцемент	Добавляются 21-80% шлаков(можно заменить шлак трепелом)	Умеренная водопотребность, высокая  воздухостойкость, морозостойкость, медленно набирает прочность	Для надземных и подземных частей сооруж.
Декоративный ПЦ
Белый	Морозостойкость Водостойкость	Показатель качества – степень  белизны	Индустриальная отделка стен, изготовление лестничных ступеней, подоконных плит, в дорожных работах итд.
Цветные	Совместный помол белого клинкера с соответствующими мин. добавками.
ПЦ с поверхностно-активными  добавками
ПЦ с пластифицирующей добавкой	Введение при помоле клинкера 0,25% пластифиц. добавки	Способность придавать растворам  и бетонным смесям подвижность	Для уменьшения водоцементного отношения, повышения плотности, морозостойкости, водонепроницаемости.
Гидрофобный ПЦ	0,1-0,2% мылонафта, асидол, син-х жирн. кислот	Повыш. Водостойкость, морозостойкостьи действуют как пластификаторы.
Глиноземный ПЦ	35% глинозема	Быстротвердеющий, с высокой прочностью
Расширащийся ПЦ	58-63 глинозем, 5-7% шлак, гипс 7-10%, активные  добавки 23-28%	Расширяется при затвердевании
Напрягающий цемент	65-75% ПЦ, 13-20% глинозем, 6-10% гипс	Высокая газо- и водо- непрониц., 100% гидроизоляция Высокая морозостойкость 1 из лучших цементов на сегодня	Для гидроизоляции Пр-во перекрытий плит, покрытие для автомобильных дорог
Сульфатостойкий ПЦ	Тонкий помол клинкера, не более 5% C3A	Коррозийная стойкость	Приготовление Сульфатостойкого бетона
Безусадочный ПЦ	Спец.цемент с армирующими волокнами  и активными добавками.	Быстрое схватывание и схватывание. (начало не ранее 1м а конец  не позднее 5 минут с момента  затворения	Цемент применяют для устройства гидроизолирующей торкретной оболочки бетонных и железобетонных сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности

 

 

 

Бетоны и  бетонная смесь

 

• Требования, предъявляемые для приготовления бетона и смеси
• Бетонная смесь и её свойства
• Бетон и его свойства
• Классификация
• Понятие марки и прочности

 

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной смеси.

Бетонная смесь до затвердевания = Твердая часть + Вода.

Твердая часть = 10-15% вяжущее вещество + заполнитель (85-90%)

Для приготовления бетонной смести используют воду, отвечающую необходимым  требованиям.

Эти требования установлены ГОСТом 23732-79 «Вода для бетонов и растворителей. Технические условия»

 

 

 

Требования к качеству воды затворения:

• PH<4 (Кислая среда).
• Общее содержание солей не более 5 грамм на 1 литр; сульфатов не более 2,7 грамм на 1 литр.
• ЗАПРЕЩЕНО применять болотную воду!!! (В болотной воде много сероводорода H₂S, который вступит в реакцию с элементами бетонной смеси, образуя сульфаты.  В дальнейшем, эти сульфаты приведут к коррозии нашего бетона, что повлечет за собой сильное снижение прочности. Потеря прочности может вызвать разрушение «бетонной» части конструкции.
• По аналогичного рода причинам запрещено применять сточные воды, содержащие бензин, масла и кислоты.

Назначение  воды в цементных растворах

 

• Обеспечение пластичности смеси.
• Взаимоотвердевание воды с цементом с образованием искусственного камня.

 

Классификация заполнителей

• По размерам (мелкий – менее 5 мм, крупный – более 5мм)
• По форме (дробленый, округлый, волокнистый)
• По средней плотности( Тяжелый плотность>1000 и легкий <1000)
• По способу получения (природный, искусственный, из промышленных отходов)
• По структуре(Плотность, пористость)

 

Показатели  качества

• Легкий и крупный заполнитель (Зерновой состав, пустотность, влажность, средняя плотность, содержание вредных примесей)
• Крупный заполнитель (водостойкость, морозостойкость, предел прочности R_з  ≥ 2R_б , если R_б≥30МПа; R_з  ≥ 1,5R_б если R_б≥30МПа