Machinewiremesh.ru

Стройка, мебель и декор
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ГЛАВА 1. Портландцемент

ГЛАВА 1. Портландцемент

При затворении портландцемента водой происходят реакции, обусловливающие твердение цементного теста. В присутствии воды силикаты и алюминаты, перечисленные в табл. 1.1, образуют продукты гидратации, которые постепенно затвердевают и превращаются в цементный камень.

При взаимодействии составляющих цемента с водой идут два процесса. Прежде всего происходит непосредственное присоединение молекул воды, или истинная гидратация. Второй процесс характерен взаимодействием минералов цемента с водой с их разложением — гидролиз.

Обычно применяют термин «гидратация» ко всем типам реакций цемента с водой, т. е. как к истинной гидратации, так и к гидролизу.

Ле Шателье около 80 лет назад впервые установил, что при одинаковых условиях продукты гидратации цемента имеют тот же химический состав, что и продукты гидратации его отдельных составляющих. Позже это было подтверждено Стейнором, а также Боггом и Лерчем, хотя и с оговоркой, что продукты реакции могут воздействовать друг на на друга или даже взаимодействовать друг с другом в системе. Силикаты кальция — основные составляющие цемента, поэтому физические свойства цемента во время гидратации определяются поведением каждого из этих составляющих в отдельности.

Продукты гидратации цемента характеризуются низкой растворимостью в воде, о чем свидетельствует высокая водостойкость цементного камня. Гидратированные новообразования цемента прочно связываются с непрореагировавшим цементом, однако механизм этой связи пока не ясен. Возможно, что гидратные новообразования создают оболочку, которая растет изнутри под воздействием воды, проникающей через эту оболочку. Или возможно, что растворенные силикаты проникают через оболочку и осаждаются на ней в виде внешнего слоя. И третья возможность: образование и осаждение коллоидного раствора во всей массе после того, как достигнуто насыщение, дальнейшая гидратация продолжается внутри этой структуры.

Каким бы ни был способ осаждения продуктов гидратации, скорость гидратации непрерывно уменьшается, так что даже после длительного времени остается заметное количество негидратированного цемента. Так, например, через 28 суток после затворения водой зерна цемента прогидратировали только на глубину 4ц,. Пауэре подсчитал, что полная гидратация при нормальных условиях возможна только для цементных зерен размером менее 50|л, но при непрерывном размельчении цемента в воде полная гидратация была получена в течение 5 суток.

Микроскопическое исследование гидратированного цемента не подтверждает прохождения воды в глубь зерен цемента и выборочной гидратации наиболее реакционно способных составляющих (например, C3S), которые могут находиться в центре зерна. Поэтому представляется, что гидратация развивается вследствие постепенного уменьшения размеров цементных зерен. Действительно, было обнаружено, что в возрасте нескольких месяцев негидратированные зерна цемента грубого помола содержат как C3S, так и C2S и, возможно, что мелкие частицы C2S гидратируются раньше, чем завершается гидратация крупных частиц C3S.

Различные составляющие цемента обычно присутствуют во всех его зернах, и исследования показали, что оставшиеся зерна цемента после определенного периода гидратации имеют тот же относительный минералогический состав, что и целое зерно до гидратации. В течение первых 24 ч может все же происходить избирательная гидратация.

Читайте так же:
Клапаны для перекачки цемента

Основными гидратами являются гидросиликаты кальция и трех-кальциевый гидроалюминат. Полагают, что C4AF гидратируется с образованием трехкальциевого гидроалюмината и аморфной фазы, возможно CaO-Fe2O3-aq. Возможно также, что некоторое количество Fe2O3 присутствует в твердом растворе гидроалюмината кальция1.

Степень гидратации цемента может быть определена различными способами посредством измерения: количества Са (ОН)2 в тесте; тепловыделения при гидратации; удельного веса теста; количества химически связанной воды; количества негидратированного цемента (с помощью рентгеноструктурного анализа), а также косвенного по прочности цементного камня.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

В жидкости затворения при введении ПВС в определенном количестве формируется устойчивый студень. Сразу же после затворения портландцемента этой жидкостью начинается процесс гидратации клинкерных зерен, и в жидкой фазе появляются в первую очередь растворимые щелочи и соли, а также гидроокись кальция. По мере насыщения жидкой фазы электролитами, являющимися для ПВС осадителями, в ней протекают последовательно ( или параллельно) процесс высаживания, приводящий к формированию студня с большей концентрацией по полимеру, и процесс кристаллизации полимера, который также приводит к ускорению образования участков, более концентрированных по полимеру.  [2]

Засолонение жидкости затворения цементного раствора способствует повышению сцепления его с образцами соли.  [3]

По роду жидкости затворения различают следующие тампонажные растворы: водные, водоэмульсионные ( водонефтяные) и нефтецементные.  [5]

По роду жидкости затворения — водные, водоэмульсионные, не-фтецементы.  [6]

Поверхностное натяжение жидкости затворения уменьшается J с увеличением добавки поверхностно-активного вещества. Инте — I ресно кратко рассмотреть механизм разрушения пленки нефтепродукта ( нефти) на частицах цемента, когда последние приходят в соприкосновение с водой. На процесс замещения жидкости затворения водой влияет много факторов, связанных с кинетикой разрушения нефтяной пленки на твердой поверхности частицы цемента водой.  [7]

Увеличение плотности жидкости затворения для приготовления цементного раствора с большей плотностью позволяет повысить противодавление на пласт.  [8]

В качестве жидкости затворения могут быть использованы: вода, слабые и концентрированные водные растворы солей и щелочей, естественные минерализованные и соленые воды, специальные жидкости затворения, например солегидрогелевые, которые подбираются применительно к типу вяжущего и конкретным гео-лого-физическ ш условиям цементирования.  [9]

При необходимости перекачивают жидкость затворения другим агрегатом.  [10]

Изменение физико-химических свойств жидкостей затворения в результате магнитной обработки влияет на скорость уменьшения электропроводности и повышения рН жидкой фазы твердеющих вяжущих веществ. Последние изменяются заметно быстрее при использовании омагни-ченных жидкостей.  [11]

Иногда для аккумулирования жидкости затворения используют передвижные емкости, вместимость которых может быть различной ( рис. 10) На рис. 10 пунктирными линиями показано движение жидкости затворения, а сплошными — тампонажного раствора.  [13]

При цементировании любых солей жидкость затворения должна быть насыщена одноименными солями, например, если в разрезе бишофит или карналлит, то соответственно этими солями. Следует учесть, что карналлит растворяется инконгруэнтно, т.е. КС1 почти весь выпадает в осадок, поэтому применение бишофита в последнем случае недопустимо.  [14]

Читайте так же:
Лак для цементной стяжки

Добавка карбоната натрия в жидкость затворения , содержащую поливалентные ионы ( Са2, Mg2 и др.), может привести к резкому снижению прокачиваемости тампонажного раствора из-за образования дополнительной твердой фазы в виде карбоната кальция и др. При добавке акриловых полимеров совместно с хромпиком в шлаковые тампонажные растворы, термостойкость последних составляет около 200 С. При этом если полимер в чистом виде подвергается термоокислительной деструкции, например, при 250 С, то как замедлитель схватывания может применяться только до 120 С, что связано с десорбцией реагента с зерен цемента и переход его в раствор. Поэтому при использовании регуляторов свойств тампонажных растворов необходимо, чтобы предельная температура их применения была на 30 — 40 С ниже температуры термоокислительной деструкции реагента.  [15]

Схватывание и твердение бетона

Когда бетон взаимодействует с водой, он твердеет и становится цементным камнем. Однако для влияния на этот процесс необходимо понимать, что происходит: как проистекает твердение, от каких факторов оно зависит. Изучение стадий гидратации позволяет ученым создавать добавки для бетона, ускоряющие схватывание и улучшающие его свойства.

Выгоды от применения добавок

Предприятия, производящие железобетонные изделия или выпускающие товарный бетон, пользуются упомянутыми добавками и получают ощутимые преимущества. Ведь добавки позволяют:

  • уменьшить потребление электричества и газа, поскольку сроки пропаривания ЖБИ сокращаются;
  • снизить трудозатраты на вибрирование;
  • увеличить скорость оборачивания опалубки (формоснастки);
  • сэкономить цемент;
  • улучшить эксплуатационные качества товарного бетона и ЖБИ.

Стадия схватывания бетона

2055134_3

Эта стадия занимает небольшой отрезок времени – несколько часов. Сколько именно будет проходить схватывание, зависит от температуры окружающей среды. Эталоном считается температура 20 градусов Цельсия – это так называемая расчетная температура. Она позволяет бетону/цементу схватиться через 2 ч после затворения раствора. Сам процесс схватывания занимает 1 ч. То есть примерно через 3 ч после затворения можно сказать, что бетон/цемент схватился. Но если температура равна 0 градусов, данная стадия занимает 15-20 ч. Да и начало схватывания при нулевой температуре приходится на 6-10-й час после затворения смеси. А вот при высоких температурах картина обратная – пропаривание ЖБИ в специальных камерах позволяет ускорить схватывание до 10-20 мин.

На этой стадии можно помешать бетону/цементу окончательно твердеть. Ведь раствор еще остается подвижным, и если его постоянно помешивать, процесс схватывания затягивается – действует механизм тиксотропии. Поэтому раствор доставляют в бетоносмесителе, осуществляющем непрерывное вращение смеси. Так сохраняются ее основные свойства, а будущая надежность и прочность бетона/цемента ничуть не уменьшается.

Однако чрезмерное затягивание времени вращения негативно сказывается на качественных характеристиках бетона/цемента. К сожалению, такие случаи бывают – когда форс-мажорные обстоятельства не позволяют вылить раствор в опалубку, и смесь приходится перемешивать в бетоносмесителях в течение 10-12 ч. Особенно неприемлемы подобные ситуации при жаркой погоде, ведь высокая температура воздуха способствует быстрому схватыванию бетона/цемента. Непрерывное вращение не дает смеси твердеть, однако в ней происходят необратимые изменения, отнюдь не улучшающие эксплуатационные характеристики.

Читайте так же:
Норма расхода цемента для известковаго раствора

Стадия твердения бетона

Как только стадия схватывания бетона/цемента закончена, наступает стадия твердения. Смесь лежит в опалубке, она схватилась и теперь твердеет. Поскольку в нормативах прописано время твердения 28 дней, многие считают, что это окончательный срок. На самом деле процесс твердения и набора прочности товарного бетона или ЖБИ идет годами. 28 суток – это регламентированный срок, позволяющий использовать бетонные изделия с некоторой гарантией. За эти четыре недели прочность бетона/цемента нарастает весьма динамично, а далее увеличение твердости происходит малыми темпами. Так получается благодаря входящим в состав смеси компонентам, обеспечивающим ее гидратацию.

Компоненты бетона

При затворении цементного/бетонного раствора его основные компоненты вступают в реакцию с водой. На стадиях схватывания и твердения их поведение значительно различается. Одни ингредиенты сразу же при затворении вступают в реакцию с жидкостью, другие – спустя время, третьи не проявляют активности вовсе. Вот компоненты бетонной/цементной смеси:

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

Роль трёхкальциевого силиката

5506134_2Минерал C3S (формула 3СаО х SiO2) способствует нарастанию прочности бетона/цемента не только в течение 28 дней, но и гораздо дольше. Хотя, конечно, наиболее значимый вклад в дело прочности С3S делает в первый месяц существования бетонной или железобетонной конструкции. Трёхкальциевый силикат выделяет тепло, когда в смесь добавляют воду, затем нагревание прекращается на непродолжительное время и возобновляется с началом стадии схватывания. Вся эта стадия идет с выделением тепла, а в процессе твердения температура постепенно снижается. Именно трёхкальциевый силикат играет главную роль в приобретении стройматериалом прочности несмотря на то, что в первые сутки после затворения смеси в ней более активно действует другой компонент – С3А.

Трёхкальциевый алюминат – самый быстрый компонент

С3А (формула 3СаО х Аl2O3) усилено работает с самого начала стадии схватывания. В первые дни жизни бетонной/цементной конструкции он способствует стремительному нарастанию прочности – его скорость реакции в период схватывания огромна. А вот в стадии твердения и дальнейшем наборе прочности он практически не участвует.

Двухкальциевый силикат – помощник на стадии твердения

C2S (формула 2CaO x SiО2) в течение первых четырех недель бездействует. Стадия схватывания и первичный период твердения цемента происходят без его участия. К концу первого месяца активность его «родственника» – трёхкальциевого силиката – угасает. И двухкальциевый силикат вступает в активную фазу. Его благотворное воздействие на прочность бетона/цемента длится годами, способствуя нарастанию этого качества. Кстати, период «спячки» C2S можно значительно сократить, если использовать специальные добавки в бетонную/цементную смесь.

Инертность четырёхкальциевого алюмоферрита

C4AF (формула 4CaO x Al2O3 x Fe2O3) – минерал, практически не играющий роли в наборе прочности и твердении бетона/цемента. Только на самых поздних сроках твердения он оказывает влияние на увеличение прочности конструкции. Однако воздействие это незначительно.

Читайте так же:
Делаем цемент для фундамента

Все эти компоненты вступают в химическую реакцию с водой при затворении. Данная реакция способствует увеличению, сцеплению и осаждению кристаллов минералов, так что гидратация бетона/цемента – это кристаллизация смеси.

Усовершенствование качеств бетона

Многочисленные лаборатории и институты подробно изучают процесс гидратации в целом и отдельные его этапы. Благодаря этому производители могут влиять на многие показатели:

  • начало и конец схватывания смеси;
  • ее подвижность;
  • морозостойкость;
  • водонепроницаемость;
  • стойкость к коррозии;
  • прочность и т.д.

Основная роль в оказании такого влияния принадлежит специальным добавкам в бетон/цемент. А современное оборудование, осуществляющее точное дозирование и тщательное перемешивание, помогает достичь отличных результатов по однородности состава бетона/цемента.

Состав и свойства цемента.

Цементом называется вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса и добавок. Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых других материалов (мергеля, нефелинового шлама, доменного шлака), взятых в соотношении, которое обеспечивает образование в клинкере силикатов кальция, алюминатной и алюмоферритной фаз. Клинкер – один из важнейших компонентов цемента, от его состава зависят основные свойства цемента, полученного на его основе.

Смотрите интересные видео-ролики и читайте статьи от ВосЦем на канале Яндекс Дзен.

Введение в состав цемента до 15% активных минеральных добавок, предусмотренных стандартом, влияет на его свойства сравнительно в небольшой степени. Если ввести таких добавок больше (выше 20%), свойства получаемого продукта будут уже заметно отличаться от свойств цемента. Такой продукт называют пуццолановым цементом. Предусмотренный стандартом разрыв в дозировке гидравлических добавок от 15 до 20% сделан для того, чтобы более отчетливо различать цемент и пуццолановый цемент.

Удельный вес портландцемента колеблется в пределах 3,0-3,2. Объемный вес цемента в рыхлонасыпанном состоянии 900-1300 кг/м3, а в уплотненном 1400-2000 кг/м 3 . При расчете емкости складов объемный вес принимают равным 1200 кг/м 3 , а при объемной дозировке материалов для приготовления бетонной смеси 1300 кг/м 3 .

Цемент (ГОСТ 10178-76) выпускают без добавок или активными минеральными добавками, отвечающими требованиям ОСТ 21-9-74. К основным свойствам цемента относятся: прочность (активность), сроки схватывания, равномерность изменения объема, тонкость помола, плотность, водопотребность, водоотделение, морозостойкость, тепловыделение, сцепление со стальной арматурой.

Прочность – свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки. Прочность цемента зависит от его потребности затвердевать при смешивании водой в прочное камневидное тело. По механической прочности цемент подразделяется на четыре марки: 400, 500, 550 и 600. Марка прочности определяется пределом прочности при изгибе образцов.
Подробнее — прочность цемента.

Сроки схватывания цемента определяют при испытании теста нормально густоты. Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента. Равномерность изменения объема цемента определяют при испытании образцов кипячением в воде. Если цемент после вылеживания не обладает равномерностью изменения объема, то его нельзя применять в строительстве, так как могут появиться вредные напряжения и бетон разрушится. Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения. Чем тоньше измельчен цемент, тем выше его прочность, особенно в начальный период твердения. Тонкость помола характеризуется также удельной поверхностью, т.е. суммарной поверхностью всех частиц, содержащихся в 1 кг цемента. Плотность цемента колеблется в пределах от 3000 до 3200 кг/м3.
Подробнее — скорость схватывания цемента.

Изменение объема цемента при твердении. По стандарту приготовленные из цемента лепешки при испытании кипячением в воде должны равномерно изменяться в объеме. Цемент, не удовлетворяющий этому требованию, применять в строительстве нельзя, так как это приводит к появлению вредных напряжений и даже разрушению бетона.
Подробнее — твердение цемента.

Водопотребность цементного теста. Вода добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального течения химических процессов, происходящих при твердении цемента, и для придания свежеприготовленному цементному раствору или бетону подвижности (пластичности, текучести), что обеспечивает плотность его укладки в форму или опалубку. Уменьшить водопотребность и увеличить пластичность цемента можно путем введения пластифицирующих органических и неорганических поверхностно-активных веществ, например сульфитно-дрожжевой бражки.
Подробнее — водопотребность и связующая способность цементного теста.

Водоотделение цементного теста – процесс отжима воды в затворенном цементном тесте, растворе или бетоне под действием силы тяжести зерен заполнителя и частиц цемента. Некоторое количество воды при этом выступает на поверхность уложенной бетонной смеси (наружное водоотделение), а часть воды скапливается под поверхностями зерен крупного наполнителя (внутреннее водоотделение).
Подробнее — водоотделение и водоудерживающая способность цементного теста.

Морозостойкость цементных растворов и бетонов – способность сопротивляться попеременному их замораживанию и оттаиванию в пресной или морской воде. Вода при замерзании превращается в лед, при этом она увеличивается в объеме примерно на 8 %. Это создает давление на стенки пор, нарушает структуру раствора или бетона и в конечном результате приводит к его разрушению.
Подробнее — влияние пониженных и повышенных температур на твердеющий цемент.

Тепловыделение. В процессе твердения цемент выделяет тепло. Если тепло выделяется очень медленно, то это обычно не вызывает возникновения трещин в бетоне. Если же этот процесс протекает сравнительно быстро, то применять данный цемент для возведения массивных сооружений не следует. Количество выделяющегося при твердении тепла можно уменьшить путем подбора соответствующего минералогического состава цемента, а также посредство введения некоторых измельченных активных минеральных и инертных добавок.
Подробнее — выделение тепла при твердении цемента.

Коррозионная стойкость цемента в основном зависит от плотности бетона или раствора и минералогического состава цемента. Коррозионная стойкость бетона уменьшается с увеличением его пористости и с повышением тонкости помола цемента.
Подробнее — коррозия цемента, виды коррозии и борьба цементной коррозией.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Гэсн ремонт цементных полов
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector