Виды цементов на основе портландцементного клинкера. Свойства и применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина

Факультет строительного материаловедения

Кафедра материаловедения в строительстве

РЕФЕРАТ

Виды цементов на основе портландцементного клинкера. Свойства и применение

Руководитель

В.Б. Ежов

Студент Гр.Мт-491202

А.К. Кунгурцев

Екатеринбург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Портландцементный клинкер

2. Виды портландцемента

2.1 Быстротвердеющий портландцемент

2.2 Сверхбыстротвердеющий высокопрочный портландцемент

2.3 Гидрофобный портландцемент

2.4 Шлакопортландцемент

3. Свойства цементов и их применение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Цемент Ї это гидравлическое вяжущее вещество, представляющее собой тонкоразмолотый минеральный порошок, способный при смешении с водой образовывать пластичную массу, с течением времени затвердевающую в камневидное тело. Главной составной частью цемента являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.

клинкер известняк глина гидрофобный портландцемент

1. Портландцементный клинкер

Портландцементный клинкер является продуктом совместного обжига известняка (75-78%) и глины (22-25%) до спекания тонкодисперсной сырьевой смеси. Химический состав портландцементного клинкера характеризуется следующим содержанием главных оксидов: СaO - 63Ї76%, SiO₂ - 21Ї24% , Al₂O₃ -4Ї8% , Fe₂O₃-2Ї4%.В качестве примесей обычно присутствуют MgO - 0,5Ї5%, SO₃-0,3Ї1% и др. В процессе помола к портландцементному клинкеру можно добавить 5-20% гранулированных доменных шлаков или активных минеральных кремнеземистых добавок осадочного происхождения до 10 %.

Основной характеристикой клинкера служит его минералогический состав т.е. содержание С₃S,C₂S,C₃A и C₄AF.Учитывая что каждому минералу присущи свои особенности ,которые в той или иной степени влияют на общие свойства цемента, строителям нельзя обращать внимания только на прочностные показатели.

Наибольшей интенсивностью нарастания прочности отличается C₃A,но он как и C₄AF, дает низкую прочность. Последнее место как по обсолютным показателям прочности, так и по интенсивности роста прочности , занимает белит.

Следует отметить, что в длительные периоды времени белит способен набирать высокую прочность. Аналогичным образом ведут себя смеси из этих компонентов.

Наибольшую прочность показали двухкомпонентные смеси алита и C₃A, наименьшую Ї алит в смеси с белитом и алит в смеси с C₄AF. Увеличение содержание С₃А до 15 % повышает прочность в первые сроки твердения , но в дальнейшем дает уменьшение прочности. Содержание C₃A до 10% дает наилучший постоянный прирост прочности при объединении с C₃S, хотя отдельно C₃A, как отмечалось выше, дает весьма малую прочность. В этом случае положительную роль сыграло присутствие в цементе гипса, который добавляется при помоле клинкера. С ним образуется при твердении теста комплексная соль Ї кристаллический гидросульфоалюминат кальция 3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*31H₂O, называемая эттерингит.

2. Виды портландцемента

2.1 Быстротвердеющий портландцемент

Получается в основном за счет повышенного содержания в клинкере быстротвердеющих минералов C₃S и С₃A т.е. чтобы цемент был алитоалюминатным. Желательное содержание этих минералов находится в приделах: C₃S-50Ї60%, C₃A-8Ї12%, а в сумма их должна быть не менее 65%.

Повышенное содержание этих соединений должно сопровождаться и повышенным содержанием двуводного гипса, вводимого при помоле клинкера.

Гипсового камня принимается такое количество, которое может быть химически связано в твердеющем портландцементном тесте в течении первых 24 ч после его затворения, что обычно составляет около 3% (2%-5%).

Для ускорения процессов твердения необходим более тонкий и однородный помол сырьевой смеси, использование исходных материалов по возможности с аморфной структурой, поддерживание повышенных температур при обжиге с добавлением в смесь минерализаторов (например, плавикового шпата), более быстрое охлаждение клинкера, выходящего из зоны спекания, более тонкий помол клинкера (до 3500-4000 см²/г).

Скорость нарастания прочности цементного камня можно увеличить также путем введения химической добавки - хлористого кальция, соляной кислоты или других веществ аналогичного действия, вводимых в малых дозах.

Производство быстротвердеющего портландцемента началось в нашей стране с 1955 г., что позволило снизить расход цемента в бетоне и уменьшить энергозатраты на теплообработку изделий в связи с укороченной ее продолжительностью.

2.2 Сверхбыстротвердеющий высокопрочный портландцемент (СБТЦ)

Отличается от быстротвердеющего значительно более высокой ранней прочностью. Так, например, через 6 часов после затворения водой фиксируется прочность в 10 МПа, что в 2 раза больше получаемой прочности при твердении теста на основе (СБТЦ). При использовании СБТЦ можно 1 Ї 4 часа можно получить прочность бетона, достаточную для распалубки изделий, расход цемента снизить до 20 %, значительно сократить энергозатраты на тепло - обработку изделий.

В технологический период при изготовлении СБТЦ в сырьевую смесь вводят галогеносодержащие вещества, например вторид кальция, увеличивают количество в смеси содержание алюминатов.

На ряду быстротвердеющих и сверхбыстротвердеющих цементов можно по своим свойствам разположить еще особобыстротвердеющий цемент. Он является высокопрочным и в возрасте 1 сутки имеет придел прочности при сжатии 20-25 МПа. В нем 65-68% С₃S,C₃A до 8%. Его удельная поверхность Ї свыше 4000Ї4500 см²/г.

2.3 Гидрофобный портландцемент

Гидрофобный портландцемент -- гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера и гидрофобизующей поверхностно-активной добавки при обычной дозировке гипса.

Этот портландцемент отличается от обыкновенного пониженной гигроскопичностью при хранении и перевозках в неблагоприятных условиях, а также способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность и удобоукладываемость, а затвердевшим растворам и бетонам -- повышенную морозостойкость. Для производства гидрофобных цементов необходима установка точно дозирующего устройства, которое равномерно снабжает гидрофобизующей добавкой при помоле цемента. Гидрофобный портландцемент имеет те же марки, что и портландцемент--400, 500, 550 и 600. Гидрофобизации могут подвергаться специальные портландцементы.

В качестве гидрофобизующего поверхностно-активного вещества применяют мылонафт, асидол-мылонафт, олеиновую кислоту или окисленный петролатум в количестве 0,06--0,30% массы цемента в пересчете на сухое вещество. В последние годы накопился опыт производства и применения этих добавок, позволяющий предотвратить вызываемые ими отрицательные явления -- повышенное пылеобразование при помоле и транспортировке цемента и высокое воздухововлечение получаемых растворов и бетонов.

НИИ Цементом была разработана и успешно применяется на трех заводах рациональная композиция синтетической добавки ЛЗГФ, представляющей собой раствор высокомолекулярных жирных кислот в минеральном масле (1:2) при использовании кубовых остатков СЖК. При оптимальном содержании ПАВ и режиме измельчения гидрофобный цемент с добавкой ЛЗГФ равноценен по показателям прочности и срокам схватывания исходному без ПАВ портландцементу.

Теория гидрофобизации разработана М.Й. Хигеровичем. Сущность этого процесса заключается в образовании на поверхности цементных зерен молекулярно-адсорбционных пленок из ориентированных асимметрично-полярных молекул, обращенных углеводородными радикалами наружу. Эти радикалы гидрофобны; т. е. обладают водоотталкивающими свойствами. Полярная часть адсорбированных молекул образует в зависимости от вида гидрофобизующей добавки водонерастворимые и также водоотталкивающие нафтенаты либо олсаты кальция. С этой точки зрения защитные пленки правильнее рассматривать как хемосорбционные, а не как чисто адсорбционные. Защитные пленки на цементных зернах не сплошные, они прерывистые «сетчатые» или «мозаичные», благодаря чему цемент сохраняет свою основную способность твердеть при перемешивании с водой. Гидрофобные портландцементы характеризуются меньшей гигроскопичностью. Под гигроскопичностью обычно понимают физическое поглощение паров воды из воздуха, между тем, как взаимодействие паров воды с цементом химическое, в результате которого появляются в тонкодисперсном состоянии гидратные новообразования. Гидрофобные портландцементы при хранении в течение 3--6 месяцев в насыщенной влагой среде увеличиваются в массе всего на 2,5--3,5%, а обыкновенные портландцементы -- на 6--14%. Сорбция паров воды уменьшается особенно сильно у пуцолановых и шлаковых портландцементов, гидрофобизованных добавкой мылонафта либо олеиновой кислоты. Особый интерес приобретает способность гидрофобных цементов не слеживаться при хранении при одновременном повышении активности. Наблюдения показали, что гидрофобные цементы, хранившиеся в мешках в течение года, не комковались и были сыпучими, в отличие от обыкновенных портландцементов, которые скомковались. Предполагают, что самопроизвольное повышение активности цемента объясняется тем, что водяные пары и углекислый газ вследствие «сетчатого» строения гидрофобных пленок не взаимодействуют с поверхностью цементного зерна, а проскальзывают в глубь цементного зерна по микротрещинам и усиливают химическое диспергирование цемента при его гидратации. Гидрофобные цементы являются и пластифицированными, что объясняется адсорбционно-смазочными свойствами гидрофобизующих добавок и их способностью к некоторому воздухововлечению. К положительным свойствам гидрофобных цементов следует отнести пониженную водопроницаемость, являющуюся следствием повышения однородности структуры и мелкой кристаллизацииновообразований.

Применение гидрофобных цементов, а также непосредственная гидрофобизация растворов и бетонов в процессе изготовления улучшает удобоукладываемость бетонных и растворных смесей, сокращает расход цемента, так как уменьшается водопотребность. У бетонов на гидрофобных портландцементах снижается скорость испарения воды в условиях сухого климата, что способствует повышению их стойкости. Гидрофобизующие добавки повышают связность бетонных смесей, предотвращая их расслаивание и значительно облегчая их транспортировку в автосамосвалах и выгрузку из них. Бетоны на гидрофобных цементах характеризуются меньшим капиллярным всасываниемиводопоглощением.

Гидрофобизация растворов и бетонов помогает им удерживать влагу в начальный период твердения. Значительно уменьшается усадка на сухом воздухе и набухание во влажной атмосфере; сохраняется прочность сцепления с арматурой при меньшем расходе цемента. Гидрофобизующие добавки существенно повышают морозостойкость цементного камня и бетонов. Повышенная пластичность гидрофобного портландцемента позволяет сократить расход цемента в бетонах на 8--10% и значительно уменьшить расход извести в растворах. При изготовлении бетонных и растворных смесей из гидрофобного портландцемента сроки перемешивания в бетономешалках и растворомешалках такие же, как и при перемешивании обычного портландцемента (1,5--2 мин). Увеличение времени перемешивания может привести к повышенному воздухововлечению и к некоторому понижению прочности бетона.

Гидрофобный портландцемент применяется в первую очередь в тех случаях, когда требуется длительное хранение и перевозка на дальние расстояния, особенно водным и морским путями. Его можно применять наравне с обыкновенным портландцементом в различных строительных работах, преимущественно для наружной декоративной облицовки зданий, для изготовления гидроизоляционных штукатурок, бетонов в дорожном и аэродромном строительстве, а также в гидротехническом бетоне и в тех случаях, когда необходимо транспортировать бетонные и растворные смеси с помощью насосов. Поскольку гидрофобный портландцемент отличается высокой тонкостью помола и повышенной сыпучестью (что обусловливается действием гидрофобизующей добавки), желательно доставлять его на место применения в таре, особенно в тех случаях, когда разгрузка производится в закрытых помещениях вручную. Следует учитывать, что гидрофобизация не может коренным образом изменить характер твердения цементов и их строительно-технические свойства, она только заметно улучшает свойства цементов. Поэтому необходимо, чтобы по химико-минералогическому составу исходного клинкера и содержанию активных минеральных добавок цементы полностью удовлетворяли требованиям, которые регламентированы стандартами и другими нормативными документами.

2.4 Шлакопортландцемент

Доменные шлаки для изготовления различного рода строительных материалов используются уже больше 100 лет. В 1865 г., вскоре после того, как стали применять грануляцию шлаков водой и были выявлены их гидравлические свойства, возникло производство стеновых камней из смеси извести и шлака.

Шлакопортландцемент является гидравлическим вяжущим веществом, получаемым путем совместного тонкого измельчения клинкера и высушенного гранулированного доменного шлака с обычной добавкой гипса; шлакопортландцемент можно изготовить тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно.

По ГОСТ доменного шлака в этом цементе должно быть не меньше 21% и не больше 60% массы цемента; часть шлака можно заменить активной минеральной добавкой (трепелом) (не более 10% массы цемента), что способствует улучшению технических свойств вяжущего. В шлакопортландцементе, предназначаемом для применения в массивных гидротехнических сооружениях, предельное содержание шлака не регламентируется и устанавливается по соглашению сторон. Разновидностями шлакопортландцемента являются нормальный быстротвердеющий и сульфатостойкий портландцементы. Технология производства шлакопортландцемента отличается тем, что гранулированный доменный шлак подвергается сушке при температурах, исключающих возможность его рекристаллизации, и в высушенном виде подается в цементные мельницы. При помоле шлакопортландцемента производительность многокамерных трубных мельниц понижается, что объясняется, по-видимому, низкой средней плотностью шлака, ограничивающей возможность достаточного заполнения по массе объема мельниц. Иные результаты получаются при применении кислых шлаков как мокрой, так и в особенности полусухой грануляции. При совместном помоле с клинкером эти шлаки, хотя они и в значительной степени остеклованы, не сосредотачиваются в тончайших фракциях цементного порошка. Наличие крупных зерен шлака в составе шлакопортландцемента несколько замедляет процесс твердения.

Для получения каждого компонента с наиболее приемлемой для него тонкостью помола следует размалывать клинкер и шлак раздельно. В зависимости от сравнительной сопротивляемости клинкера и шлака измельчению принимают две схемы помола. По первой схеме клинкер предварительно измельчают сначала в первой мельнице, а затем уже во второй совместно со шлаком.

Такая схема рациональна при более низкой размалываемости шлака, чем клинкера. В этом случае достигается особо тонкий помол клинкера, что ускоряет твердение шлакопортландцемента. Вторая схема предусматривает обычный совместный помол шлака и клинкера при примерно одинаковой их размалываемости.

В этом случае измалываемые компоненты еще дополнительно истирают друг друга. Высокая тонкость помола -- развитая удельная поверхность -- особенно важна для клинкерной части цемента. При этом также проявляется физико-химическая потенциальная активность шлака. Увеличение удельной поверхности шлакопортландцемента до 3200--3000 см²/г позволяет повысить его прочность примерно до прочности чистого портландцемента с удельной поверхностью -- 3000см²/г.

Клинкер для шлакопортландцемента должен иметь такой минералогический состав и структуру, чтобы были обеспечены твердение и высокая прочность «клинкерной части» в составе шлакопортландцемента. Целесообразно, чтобы по физико-химической характеристике он приближался бы к клинкерам высокопрочных быстротвердеющих портландцементов. Гипс ускоряет схватывание шлакопортландцемента, однако дозировку его нужно устанавливать экспериментально. Содержание шлака и других активных добавок в составе цемента составляет в среднем по промышленности 21,7%. Наиболее быстрое твердение происходит при 30--40% шлака. По ГОСТ к шлакопортландцементу предъявляются такие же требования по тонкости помола, срокам схватывания, равномерности изменения объема, содержанию SО₃ и MgO в клинкере как и к портландцементу. По прочностным показателям он разделяется на марки 300, 400 и 500. Отличительной его особенностью является повышенная прочность на растяжение и изгиб. В отличие от пуццолановых портландцементов шлакопортландцемент не вызывает повышения водопотребности растворов и бетонных смесей. При несколько замедленном росте прочности в первый период после затворения водой он интенсивно наращивает ее в последующем. За срок от семи суток до одного года прочность у портландцемента увеличивается примерно вдвое, а у шлакопортландцемента -- в нормальных температурно-влажностных условиях возрастает значительно больше -- примерно в 2,5 раза.
Твердение шлакопортландцемента обусловливается более сложными процессами, чем портландцемента из-за шлака. Происходит гидратация клинкерной части цемента, в результате чего в твердеющей системе образуется насыщенный известковый раствор, который образуется также и при разложении сернистого кальция.

3. Cвойства цементов и их применение

Прочность Ї основное свойство любого цемента. Она может варьироваться от 30 до 60 МПа при сжатии и от 4,5 до 6,5 МПа при изгибе. Цементы с прочностью от 30 до 40 МПа относятся к маркам 300 , прочностью 40-50 МПа к марке 400. Цементная промышленность выпускает в основном цементы М400-550.Прочность цемента высоких марок нарастает быстрее, чем цемента низких марок. Скажем цемент марки М500 уже через 3 суток имеет прочность 20-25 МПа, поэтому цементы высоких марок являются не только высокопрочными , но и быстротвердеющими. Применение таких цементов обеспечивает быструю распалубку конструкций и сокращает сроки их изготовления.

Нормальная густота Ї количество воды, выраженное в процентах по массе цемента, необходимой для получения теста определенной пластичности . Пестик в приборе Вика не должен доходить на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо, заполненное цементным тестом. Портландцементы имеют нормативную густоту 22-27%. Нормальная густота увеличивается при введении в цемент при помоле тонкомолотых добавок (трепелы , опоки). Нормальную густоту имеют чистые клинкерные цементы. Нормальная густота влияет на подвижность бетонной смеси. Чем меньше нормальная густота цемента, тем меньше водопотребность бетонной смеси, необходимая для достижения определенной подвижности смеси. Сокращение расхода воды приводит к уменьшению расхода цемента.

Сроки схватывания Ї физико-химическая характеристика цемента, выражающаяся в двух периодах времени с момента затварения его водой в тесто, которое называют началом и концом схватывания. Оба периода времени определяются с помощью прибора Вика по глубине погружения стандартной иглы, в тесто нормальной густоты, помещенное в кольцо прибора. Начало схватывания указывает продолжительность времени, в течении которого можно без ущерба для качества производить технологические апперации по формировании и уплотнению растворной и бетонной смеси на основе данного цемента.

Конец схватывания указывает на приближение и завершение критического времени, когда технологические операции должны быть закончены. Для регулирования сроков схватывания в цементе при его производстве вводят гипс и другие химические продукты, а при приготовлении бетонной смеси ускорители или замедлители схватывания.

Тонкость помола цемента определяется засчет просеивания навески через стандартное сито № 008, через которое должно пройти не более 85% общей массы цемента. Средний размер частиц цемента составляет 15-20 мкм.

Тонкость помола характеризуется так же удельной поверхностью зерен, содержащиеся в 1 г цемента. Цемент среднего качества имеет удельную поверхность Ї 2500 см²/г, высокого качества Ї 3500 см²/г и больше.

Истинная плотность портландцемента без добавок =3,05-3,15 г/cм³. Насыпная плотность в рыхлом состоянии _нас=900-1000кг/м³, в уплотненном состоянии 1300 кг/м³.

Портландцемент применяют главным образом для бетонных и железобетонных конструкций в наземных, подземных и подводных сооружениях , в том числе таких , которые подвержены попеременному замораживанию и оттаиванию. Для растворов они используются только в тех случаях , когда не имеют более дешевых вяжущих веществ Ї воздушной и гидравлической извести, смешанных цементов и др. В цементных растворах требуется предусмотреть введение водоудерживающих добавок Ї извести, глины, цемянки, золы, молотого известняка и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Среди строительных материалов цементу принадлежит ведущее место. В современной строительной практике роль цемента в выпуске новых прогрессивных материалов и изделий для полносборного домостроения постоянно возрастает.

Портландцемент используют во всех областях стройиндустрии для приготовления цементных и бетонных растворов, сухих строительных смесей, для производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также в производстве асбестоцементных изделий. Портландцемент и получаемые на его основе прогрессивные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие традиционные материалы.

Без цемента не обходится ни одно строительство, а это лучший показатель его высоких эксплуатационных характеристик.

Список литературы

1. Рыбьев Е.А., Строительные материалы / Е.А. Рыбьев М..: Стройиздат, 2004.201c.

2. Баженов Ю.М., Технология бетона / Ю.М Баженов М.: Москва , 2002.169с.

Размещено на Allbest.ru