Строительные материалы

СОДЕРЖАНИЕ:

 

 

Задача №1

 

1. Теория твердения  цемента по А.А. Байкову

2.Получение гранулированного  доменного шлака: его состав, структура,  разновидности цемента на основе  шлака.

3. Области применения  литых, подвижных и жестких  бетонных смесей.

4. Марка бетона и методика ее определения.

5. Способы зимнего  бетонирования.

 

Задача №1

Бетон через 7 сут твердения  в нормальных условиях имел прочность 15 МПа, а после тепловлажностной обработки прочность при сжатии оказалась 16,5 МПа. Рассчитать, какую часть (в процентах) от марки бетона составила его прочность после пропаривания.

 

РЕШЕНИЕ:

Прочность бетона при  сжатии характеризуется классом  или маркой (которые определяют в  возрасте 28 суток)

Маркой называется нормируемое  значение средней прочности бетона в кгс/см2 (МПах10).

Рассчитаем прочность  бетона на 28 суток по формуле:

1) R₂₈=15*lg28/ lg7 – для нормальных условий

R₂₈=15*1.44/0.85=25.4 МПа – соответствует М250

2) R₂₈=16,5*lg28/ lg7 – после тепловлажностной обработки

R₂₈=16,5*1.44/0.85=28 МПа – соответствует М 300

3) 300*100/250=120 %

Прочность бетона после  пропаривания относительно марки бетона увеличилась на 20%.

 

 

 

1. Теория твердения  цемента по А.А. Байкову

 

Ответ:

Попытку примирить кристаллизационную и коллоидную теории твердения вяжущих сделал в 1928—1931 гг. А. А. Байков. По его теории, когда цемент или другое вяжущее приходит в соприкосновение с водой, тотчас начинается химическая реакция между ними, причем происходит она на поверхности зерен, т. е. топохимически. Дальнейший процесс — процесс твердения А. А. Байков делит на три периода. Первый период (подготовительный)— растворение. В этот период некоторые (растворимые) продукты реакции переходят в раствор, обнажая следующий слой зерна вяжущего материала; этот слой, в свою очередь, гидратируется, продукты реакции растворяются, и так происходит до тех пор, пока жидкость, окружающая зерна вяжущего, не превратится в насыщенный раствор. Подготовительный период, по А. А. Байкову, относится только к извести и гидроалюминатам. Гидросиликаты кальция, по мнению А. А. Байкова, в воде практически не растворимые, с самого начала выделяются в виде мельчайших твердых частичек и образуют с водой коллоидную систему. 
Второй период — коллоидация или схватывание. Этот период характеризуется тем, что в насыщенном растворе дальнейшее растворение новообразований уже невозможно и растворимые продукты реакции будут выделяться в виде геля. При гидратации цемента во время второго периода образуются сразу два студня — из растворимых продуктов реакции (извести и гидроалюминатов) и нерастворимых (гидросиликатов). 
Третий период — перекристаллизация, или твердение. В этот период растворимые продукты реакции начинают перекристаллизовываться, образуя кристаллические сростки. Процесс происходит путем растворения мельчайших частиц и выделения из пересыщенного раствора более крупных кристаллов, растворимость которых меньше, чем мелких. 
В то время как происходит перекристаллизация растворимых продуктов, гель гидросиликата остается некоторое время без изменения. Однако со временем, по мере отсасывания воды внутренними частицами цементных зерен, гель уплотняется, что является причиной дальнейшего роста прочности цементного камня, строительного раствора и бетона. 
В реальных условиях три периода налагаются один на другой вследствие малой скорости диффузии и появления на зернах цемента коллоидальных и кристаллических новообразований в виде оболочек, не проницаемых или трудно проницаемых для воды. Теория твердения цементов, выдвинутая А. А. Байковым, сыграла значительную роль в развитии отечественной науки о цементах. Необходимо подчеркнуть, что, делая попытку объединить кристаллизационную и коллоидную теории, А. А. Байков в то же время значительно отошел от основной идеи кристаллизационной теории, согласно которой вначале растворяются в воде исходные продукты, а затем возникают кристаллические сростки гидратных новообразований, выпадающих из пересыщенного раствора. По Байкову, вначале происходит гидратация (реакция в твердой фазе), затем уже растворение новообразований.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Получение гранулированного  доменного шлака: его состав, структура,  разновидности цемента на основе  шлака.

 

Ответ:

Одним из важнейших компонентов  шлаковых цементов является доменный шлак, получаемый при выплавке чугуна; так как в исходной железной руде содержатся глинистые примеси и в коксе — зола, для их удаления в доменную шихту вводят флюсы — карбонаты кальция и магния. В процессе плавки, вступая в химическое взаимодействие с примесями, они образуют шлак, представляющий собой силикатный и алюмосиликатный расплав.

Плотность доменных шлаков в два с лишним раза меньше, чем  чугуна, поэтому шлаки в горне  домны располагаются над слоем расплавленного чугуна и их периодически удаляют через отдельную шлаковую летку. Небольшая часть шлака, захватываемая расплавленным чугуном, также периодически выпускается, но уже через чугунную летку. На 1 т выплавляемого чугуна приходится примерно 0,6—1 т шлака. Основные оксидные составляющие шлака те же, что и у портландцементного клинкера, но соотношения между ними другие.

Из-за разного состава  железных руд и кокса состав шлаков металлургических заводов южных, центральных и восточных районов также различается. Доменные шлаки южной металлургии характеризуются низким содержанием глинозема (6—10%) и сравнительно высоким— сульфидной серы (до 3—4%) и оксида марганца (II), в особенности в шлаках мартеновского чугуна. На некоторых заводах Урало-Кузнецкого бассейна, работающих на богатых глиноземом железных рудах и малосернистом коксе есть шлаки, которые характеризуются высоким содержанием глинозема, доходящим в отдельных случаях до 20%, и малым — сульфидной серы, до 1%. Оксида марганца (II) даже в шлаках мартеновского чугуна сравнительно мало (до 3%), но содержание глинозема и оксида магния в них весьма высоко. Поэтому в нашей стране впервые в мировой практике стали применять кислые гранулированные доменные шлаки, у них отношение процентного содержания соответствующих оксидов меньше единицы. В тридцатых годах было доказано, что они пригодны для получения шлакопортландцемента.

Обычно шлак выпускается  из домны с температурой 1673—1773 К, при которой он становится жидкотекучим и минимально вязким. Возможность использования шлака для цемента зависит от характера его переработки по выходе из домны. При медленном охлаждении на воздухе в шлаковых отвалах он превращается в плотный камень, причем в зависимости от состава он может постепенно рассыпаться в порошок вследствие так называемого силикатного распада в результате перехода j3-C2S в y-C2S.

Грануляция шлаков. Шлаки, предназначенные для производства вяжущих материалов по выходе из домны, подвергаются грануляции, в результате которой структура их меняется и они становятся мелкозернисты­ми. Осуществляется это путем резкого охлаждения шлакового расплава водой, иногда с применением механического раздробления еще жидкого или полузатвердевшего шлака. В зависимости от влажности получаемого продукта используют грануляционные устройства для мокрой либо полусухой грануляции.

У нас часто применяются  центральные грануляционные установки для мокрой грануляции большой мощности. Они расположены вне доменного цеха, и жидкий шлак туда доставляют в шлаковозных ковшах с не­скольких доменных печей. Существенно влияют на активность шлака условия и температура его образования. Широкое распространение получил и способ полусухой грануляции шлаков, разработанный В. Ф. Крыловым и С. Н. Крашенинниковым. В этом случае разложение сульфидов идет менее активно, чем при мокром способе, и выделяется соответственно меньше сероводорода. Применять мокрогранулированный шлак значительно менее выгодно, чем шлак полусухой грануляции, транспортировка и переработка которого обходятся намного дешевле. В последние годы созданы также гидроударный и гидрожелобной способы полусухой грануляции доменных шлаков. Освоен способ припечной (придоменной) грануляции.

Шлак полусухой грануляции характеризуется более плотной  структурой и имеет примерно в 1,5 раза боль­шую среднюю плотность, чем  шлак мокрой грануляции.' Влажность  шлака мокрой грануляции составляет 20—35% (редко 15%), шлака полусухой грануляции — 5—30%; насыпная плотность тех и других шлаков соответственно 400—1000 кг/м^з и 600—1300 кг/м3.

Гранулированные доменные шлаки в производстве шлакопортландцемента, так же как и портландцемент применяют не только как активную минеральную добавку, но и в качестве сырьевого компонента цементного клинкера. Вместо доменных шлаков при получении шлакопортландцемента можно применять электротермофосфорные шлаки. Шлакопортландцемент является одним из наиболее эффективных видов вяжущих, так как при его производстве значительная часть клинкера заменяется более дешевым гранулированным шлаком. При использовании доменных шлаков для производства шлакопортландцемента топливно-энергетические затраты на единицу продукции снижаются в 1,5—2 раза, а себестоимость — на 25—30%. Например, при производстве шлакопортландцемента марки М400 расход топлива в среднем на 36% ниже, чем при производстве бездобавочного портландцемента той же марки. Расход электроэнергии сокращается на 12, а затраты на содержание и эксплуатацию оборудования — на 10—15%.

Цементная промышленность выпускает обычный, быстротвердеющий и сульфатостойкий шлакопортландцементы. При производстве сульфатостойкого шлакопортландцемента используют клинкер с содержанием С3А не более 8% и шлак с содержанием А1203 не более 8%.

Для получения быстротвердеющего  шлакопортландцемента рациона-лен  двухстадийный помол, т. е. предварительное  измельчение клинкера с последующим  совместным помолом клинкера и шлака  до удельной поверхности не менее 4000 см2/г. Двухстадийный помол обеспечивает более тонкое измельчение клинкерных зерен; он целесообразен при использовании основных шлаков, по размалываемости близких к клинкеру Конечная прочность и другие свойства шлакопортландцемента улучшаются также и при более тонком измельчении шлака.

Исследования на ряде цементных заводов показали, что  при содержании в быстротвердеющем шлакопортландцементе шлака 30—40% и  удельной поверхности 3500 см2/г достигается  прочность через 2— 3 сут 25—30 МПа  при марке цемента 500. При удельной поверхности 4000 см2/г прочность цемента при сжатии через 1 сут составляет 15— 20 МПа. При одном и том же расходе цемента на 1 м3 бетона быстротвердеющий шлакопортландцемент позволяет на 10—30% сократить продолжительность тепловлажностной обработки железобетонных изделий, причем в большинстве случаев прочность после пропаривания составляет 70—90% марочной прочности. После тепловлажностной обработки бетоны, приготовленные на быстротвердеющем шлакопортландцементе, продолжают интенсивно набирать прочность.

Шлакопортландцемент не оказывает коррозирующего действия на стальную арматуру в железобетонных изделиях и прочно сцепляется с ней.

Для строительства массивных  сооружений, работающих в водной среде, кроме высокой стойкости шлакопортландцемента к химической агрессии, важно его пониженное тепловыделение, достигающее к 3-м и 7-м суткам твердения примерно 141 — 197 кДж/кг.

Особенностью шлакопортландцемента, важной для заводского производства сборного железобетона, является интенсивный  рост его прочности при пропаривании, особенно в области высоких температур. Наиболее интенсивно растет прочность при изгибе. Одновременно повышаются морозо-, соле- и трещиностойкость. Характерно, что эффективность шлакопортландцемента при тепловлажностной обработке повышается по мере увеличения количества шлака в цементе, что обусловлено образованием при повышенной температуре и щелочно-сульфатной активизации дополнительного количества гидросиликатов кальция и формированием плотной мелкопористой структуры цементного камня. Пониженное содержание в шлакопортландцементе свободного гидроксида кальция объясняет его более высокую стойкость против агрессивного воздействия мягких и сульфатных вод, а также к повышенным температурам.

Шлакопортландцемент - универсальный  вяжущий материал, его можно эффективно применять для бетонных и железобетонных конструкций, наземных, подземных и подводных сооружений. С применением шлакопортландцемента возведены крупнейшие гидроэлектростанции на Днепре, Енисее и др., он был широко использован для строительства предприятий черной металлургии и других отраслей тяжелой индустрии в Донбассе, на Урале, в Сибири, Закавказье. Шлакопортландцемент успешно применяют для производства сборных железобетонных конструкций и изделий с применением пропаривания. Имеется положительный опыт применения шлакопортландцемента для строительства дорог и аэродромов.

Цементы специального назначения. Кроме шлакосодержащих цементов на основе портландцементного клинкера, широко применяемых во всех областях строительства, металлургические шлаки являются сырьевыми материалами для ряда вяжущих, обладающих специальными свойствами.

Некоторые виды шлаков и  в частности отвальные шлаки  алюмо-термического производства могут  использоваться для получения глиноземистого цемента — высокопрочного быстротвердеющего вяжущего, основные свойства которого определяются преобладанием в его составе низкоосновных алюминатов кальция.

 

 

 

 

3. Области применения  литых, подвижных и жестких  бетонных смесей.

 

Ответ:

 

Бетонной смесью называют рационально подобранную и тщательно перемешанную смесь вяжущего, заполнителей, воды и, в необходимых случаях, специальных добавок.

От свойств бетонной смеси, а также качества ее укладки  и уплотнения во многом зависят основные свойства бетона. Для того, чтобы  бетонная смесь легко укладывалась в опалубку (форму), хорошо уплотнялась и не расслаивалась при транспортировании, она должна обладать определенной подвижностью (текучестью) и пластичностью (связностью). Бетонные смеси с повышенным содержанием воды, обладающие способностью растекаться, перемещаться по наклонным желобам и трубам и заполнять форму под воздействием собственной массы, называют подвижными.

Благодаря применению комплексных  химических добавок, включающих суперпластификатор, могут быть получены без увеличения расхода цемента нерасслаивающиеся самоуплотняющиеся литые бетонные смеси. Применение таких смесей взамен стандартных виброуплотняемых малоподвижных смесей, укладываемых с применением средств малой механизации на участках инженерного обустройства автомобильных дорог (съезды, переезды, остановочные площадки и т. п.) в городских стесненных условиях при устройстве проездов, тротуаров, а также при ремонте дорожных покрытий позволяет значительно уменьшить затраты труда, повысить его производительность и на этой основе получить экономический эффект при одновременном повышении качества строительства и улучшения условий труда.