Классификация материалов по температуре применения

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем  производство портландцемента.

Клинкер глиноземистого цемента получают либо обжигом до плавления брикетов в электрических  или доменных печах при температуре 1400...1500 °С, либо обжигом шихты до спекания во вращающихся печах при температуре 1200... 1300 °С. Затем следует тонкий размол продукта, который сильно затруднен из-за его высокой твердости.

Состав. Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, следующий:

СаО - 35...45 %;

А1203- 30...50;

Fe203 - 0...15;

Si02 - 5... 15 %.

В минеральном составе  клинкера глиноземистых цементов преобладает  одно-кальциевый алюминат СаО •  А1203 (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего. Кроме того, в  нем присутствуют: СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S, отличающийся, как известно, медленным твердением; в качестве неизбежной балластной примеси - геленит 2СаО ■ А1203 - 2Si02.

Свойства. Сроки схватывания  глиноземистого цемента почти такие  же, как у портландцемента: начало - не ранее 30 мин, конец - не позднее 12 ч (реально 4.. .5 ч). После окончания схватывания прочность нарастает очень быстро (лавинообразно).

Глиноземистый цемент выпускают  марок 400, 500 и 600, определенных в трехсуточном возрасте, но уже через одни сутки образцы набирают прочность при сжатии соответственно не менее 23, 28 и 33 МПа.

Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе  ниже, чем у портландцемента в 3...5 раз; пористость цементного камня  ниже примерно в 1,5 раза. Это связано  с тем, что при одинаковой с портландцементом водопотребности глиноземистый цемент при твердении химически связывает 30...45 % воды от массы цемента (портландцемент - около 20 %).

Среда в процессе твердения  и в затвердевшем цементном камне  у глиноземистого цемента слабощелочная. Свободного Са(ОН)2 цементный камень не содержит. Это обстоятельство в сочетании с пониженной пористостью делает бетоны на глиноземистом цементе более устойчивыми к коррозии в пресной и минерализованной воде.

Применение. Глиноземистый  цемент целесообразно использовать при аварийных и срочных работах, при зимнем бетонировании и в тех случаях, когда от бетона требуется высокая водостойкость и водонепроницаемость.

Специальная область  применения глиноземистых цементов -жаростойкие бетоны. Объясняется  это тем, что, во-первых, в продуктах твердения этого цемента отсутствует Са(ОН)2 (при нагреве переходит в СаО, который при контакте с водой гасится с увеличением объема) и, во-вторых, при высокой температуре (700...800 °С) между продуктами твердения цемента и заполнителями бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере протекания которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал.

Кроме того, глиноземистый  цемент является компонентом многих расширяющихся цементов, которые даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме.

2. Причины, обуславливающие особые свойства сульфатостойкого, быстротвердеющего портландцемента

Сульфатостойкий портландцемент отличается от обыкновенного более высокой стойкостью в сульфатных водах.

Причиной разрушения отвердевшего цемента в воде, содержащей растворенные сульфаты, является взаимодействие сернокислого кальция с трехкальциевым алюминатом по реакции

C₃AH₆ + 3CaSO₄ * 2H₂O + 19H₂OC₃A * 3CaSO₄ * 31H₂O.

Образующийся гидросульфоалюминат кальция, называемый из-за своего разрушающего действия "сульфоалюминатной бациллой", значительно увеличивается в объеме по сравнению с общим объемом исходных материалов - трехкальциевого алюмината и гипса - за счет присоединения большого количества воды. Это вызывает появление в цементном камне растягивающих напряжений и последующее его разрушение. 
Одним из основных путей получения сульфатостойкого цемента является уменьшение содержания в клинкере трехкальциевого алюмината, на первом этапе взаимодействия которого с водой образуется при недостатке гипса трехкальциевый гидроалюминат.

Сульфатостойкость и  водостойкость портландцемента снижаются при высоком содержании в клинкере трехкальциевого силиката, который при гидрации выделяет легкорастворимый гидрат окиси кальция. По указанным причинам клинкер сульфатостойкого портландцемента должен содержать трехкальциевого силиката не более 50%; трехкальциевого алюмината не более 5%, а сумма трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита должна составлять не более 22%. Сульфатостойкий портландцемент выпускают двух марок - 300 и 400. введение активных минеральных добавок в этот цемент не допускается, так как они снижают морозостойкость бетона.

3. Основные способы уплотнения бетонной смеси

• Вибрирование — уплотнение бетонной смеси в результате передачи ей часто повторяющихся вынужденных  колебаний, в совокупности выражающихся встряхиванием. В каждый момент встряхивания частицы бетонной смеси находятся  как бы в подвешенном состоянии  и нарушается связь их с другими частицами. При последующем действии силы толчка частицы под собственной массой падают и занимают при этом более выгодное положение, при котором на них в меньшей степени могут воздействовать толчки. Это отвечает условию наиболее плотной их упаковки среди других, что в конечном итоге приводит к получению плотной бетонной смеси.

На качество виброуплотнения  оказывают влияние не только параметры  работы вибромеханизма (частота и  амплитуда), но также продолжительность  вибрирования. Для каждой бетонной смеси в зависимости от ее подвижности существует своя оптимальная продолжительность виброуплотнения, до которой смесь уплотняется эффективно, а сверх которой затраты энергии возрастают в значительно большей степени, чем происходит уплотнение смеси. Дальнейшее уплотнение вообще не дает прироста плотности. Более того, чрезмерно продолжительное вибрирование может привести к расслаиванию смеси, разделению ее на отдельные компоненты — цементный раствор и крупные зерна заполнителя, что в конечном счете приведет к неравномерной плотности изделия по сечению и снижению прочности в отдельных частях его. Естественно, что продолжительное вибрирование невыгодно и в экономическом отношении: возрастают затраты электроэнергии и   трудоемкость,   снижается   производительность   формовочной линии. 

Прессование — редко  применяемый способ уплотнения бетонки  смеси в технологии сборного железобетона, хотя по техническим показателям  отличается большой эффективностью, позволяя получать бетон высокой  плотности и прочности при минимальном расходе цемента (100...150 кг/м3 бетона). Распространению способа прессования препятствуют исключительно экономические причины. Прессующее давление, при котором бетон начинает эффективно уплотняться, — 10...15МПа и выше. Таким образом, для уплотнения изделия на каждый 1 м2 его следует приложить нагрузку, равную 10... 15 МН. Прессы такой мощности в технике применяют, например, для прессования корпусов судов, но стоимость их оказывается столь высокой, что полностью исключает экономическую целесообразность использования таких  прессов.

В технологии сборного железобетона прессование используют как дополнительное приложение к бетонной смеси механической нагрузки при ее вибрировании. В  этом случае потребная величина прессующего  давления не выходит за пределы 500... 1000 Па. Технически такого давления достигают под действием статически приложенной нагрузки в результате принудительного перемещения отдельных частиц бетонной смеси.

Различают прессование  штампами плоскими и профильными. Последние  передают свой профиль бетонной смеси. Так формуют лестничные марши, некоторые виды ребристых панелей. В последнем случае способ прессования называют еще штампованием. Прокат является разновидностью прессования. В этом случае прессующее давление передается бетонной смеси только через небольшую площадь катка, что соответственно сокращает потребность в давлении прессования. Но здесь особую значимость приобретают пластические свойства бетонной смеси, связность ее массы. При недостаточной связности будет происходить сдвиг смеси прессующим валком и разрыв ее.

 Центрифугирование  — уплотнение бетонной смеси  в результате действия центробежных  сил, возникающих в ней при  вращении. Для этой цели применяют центрифуги , представляющие собой форму трубчатого сечения, которой в процессе уплотнения сообщается вращение до 600... 1000 мин

Способ   центрифугирования   сравнительно   легко   позволяет получать   изделия   из   бетона   высокой    плотности,    прочности (40...60 МПа)  и долговечности. При этом для получения бетон ной   смеси   высокой   связности   требуется   большое   количество цемента   (400...450 кг/м3),   иначе  произойдет  расслоение  смеси под действием центробежных сил  на  мелкие и крупные зерна так как последние с большой силой будут стремиться прижаться к   поверхности  формы.   Способом   центрифугирования  формуют трубы,  опоры  линий  электропередач,   стойки   под   светильники.   

 При вакуумировании  в бетонной смеси создается  разрежение до 0,07...0,08 МПа и воздух, вовлеченный при ее приготовлении и укладке в форму, а также немного воды удаляется из бетонной смеси под действием этого разрежения: освободившиеся при этом места занимают твердые  частицы  и  бетонная  смесь  приобретает   повышенную   плотность.    Кроме   того,    наличие   вакуумавызывает  прессующее действие  на  бетонную  смесь   атмосферного давления,  равного  величине вакуума.  Это также  способствует уплотнению бетонной смеси. Вакуумирование сочетается, как правило, с вибрированием. В процессе вибрирования бетонной смеси, подвергнутой вакуумированию, происходит интенсивное  заполнение  твердыми   компонентами   пор,   образовавшихся при вакуумировании на месте воздушных пузырьков и воды. Однако вакуумирование  в техническом  отношении  имеет  важный технико-экономический  недостаток, а именно:  большую продол жительность   процесса   —   1...2мин   на   каждый   1см   толщины изделия в зависимости от свойств бетонной  смеси  и величины сечения.   Толщина  слоя,  которая  может  быть  подвергнута  вакуумированию,  не  превышает   12... 15  см.  Вследствие этого вакуумированию   подвергают   преимущественно   массивные   конструкции для придания поверхностному слою их особо высокой плотности. В технологии сборного железобетона вакуумирование практически не находит применения.    

4. Легкие бетоны на пористых заполнителях

Легкими бетонами называют все виды бетонов, имеющие среднюю  плотность в воздушно-сухом состоянии  от 200 до 2000 кг/м3. Главные требования, предъявляемые к легкому бетону, — заданная средняя плотность, необходимая  прочность к определенному сроку твердения и долговечность (стойкость). Характерными особенностями легкого бетона являются его пониженные средняя плотность и теплопроводность.

Легкие бетоны классифицируют по различным признакам: основному  назначению, виду вяжущего, заполнителя, структуре.

По назначению легкие бетоны подразделяют на два вида: конструкционные,   включая   конструкционно-теплоизоляционные, и теплоизоляционные и др.

По виду вяжущего легкие бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых, полимерных, обжиговых и других вяжущих, обладающих специальными свойствами.

По виду крупного пористого  заполнителя установлены следующие  виды легких бетонов: керамзитобетон, шунгизитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлитобетон, бетон на Щебне из пористых горных пород, вермикулитобетон, шлакобетон (бетон на топливном или пористом отвальном металлургическом Шлаке), бетоны на аглопоритовом или зольном гравии.

По структуре легкие бетоны подразделяют на плотные, пори. зованные и крупнопористые.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют принципиальные отличия от обычных тяжелых бетонов, обусловленные особенностями пористых заполнителей. Последние имеют меньшую плотность, чем плотные, небольшую прочность, зачастую ниже заданного класса бетона, обладают сильно развитой и шероховатой поверхностью. Эти качества легкого заполнителя влияют как на свойства легкобетонных смесей, так и на свойства бетона.

В зависимости от заполнителя, плотного или пористого, резко меняются водопотребность и водосодержание бетонной смеси, меняются и основные свойства легкого бетона. Одним из решающих факторов, от которых зависит прочность легкого бетона, является расход воды. При увеличении количества воды до оптимального прочность бетона растет. Оптимальный расход воды в легких бетонах соответствует наибольшей плотности смеси, уложенной в заданных условиях, и устанавливается по наибольшей прочности бетона или же по наибольшей плотности уплотненной смеси. Если же количество воды превышает оптимальное для данной смеси, то плотность цементного камня уменьшается, а с ним уменьшается и прочность бетона. Для легкого бетона оптимальный расход воды можно установить по наибольшей плотности уплотненной бетонной смеси или наименьшему выходу бетона. Следует также иметь в виду, что в легких бетонах некоторый избыток воды менее вреден, чем ее недостаток. Оптимальному расходу воды для бетона данного состава соответствует наилучшая удобоукладываемость, при которой наиболее компактно располагаются составляющие бетона.

Стремление максимально  плотно уложить заполнитель объясняется тем, что наиболее легкий бетон заданной прочности получается при минимальном расходе вяжущего и наибольшем сближении зерен пористого заполнителя, т. е. при предельной степени уплотнения смеси. Хорошее уплотнение смеси достигается вибрацией с применением равномерно распределенного при-груза на поверхности формуемой массы (вибропрессованием, вибро штампованием).