Adhes.ru

Стройматериалы
8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое расширяющийся цемент и его применение на стройке

Саморасширяющийся цемент — это особый вид цементов, который за счет присутствия специальных добавок после застывания увеличивает свой объем. Это свойство позволяет материалу не иметь пор и микроканалов, поэтому его прочность и влагостойкость остаются на высоком уровне, а срок службы возрастает. Бетон на основе расширяющегося цемента (РЦ) незаменим при возведении монолитных конструкций, постройке подземных шахт, туннелей и множества других сооружений, эксплуатирующихся в сложных условиях или под высокой нагрузкой. В быту такое сырье применяются нечасто из-за высокой стоимости, хотя оно довольно популярно при восстановлении стен и фундаментов в старых домах.

Своды тоннеля из расширяющегося бетона

Расширяющиеся смеси производят на основе цемента из глиноземистого шлака, а для ускорения отверждения вводят гипс. Также в составе материала присутствует не менее 5-20% расширяющихся компонентов, в роли которых могут выступать:

  • гидрат окиси магния;
  • порошок алюминия;
  • сульфат хлористого кальция;
  • сульфат алюминия;
  • гидросульфолюмипат кальция и т. д.

Чаще всего в качестве добавок применяются соединения алюминия и кальция, реже — составы на основе магния, которые намного дороже. При соединении с водой они вступают в реакцию распада, и вновь образованные элементы начинают увеличиваться в объеме и связывать собой молекулы цемента. В результате материал расширяется, но без потери прочности, как это может случаться в обычных ячеистых бетонах.

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

  • пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия);
  • дроблёные или измельчённые кирпичи;
  • трасс, который они нашли в районе г. Эйфеля (затвердевшие отложения вулканического пепла).

Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 — и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

После этого начался вековой период усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка +1450 °С, 1700 K) для достижения прочного соединения извести с оксидами. Эти три оксида после спекания с известью определяют гидравлические свойства; их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер размалывают совместно примерно с 5% гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3, 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Читайте так же:
Как определить подделку цемента

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50—70 %. Это трёхкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg 2+ , Al 3+ и Fe 3+ . Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат сокращенно обозначаемый 3СaAS (состав — 3CaO*Al2O3*SiO2), существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si 4+ , Fe 3+ , Na + и К + . Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5—15 % обычного цементного клинкера. Это — четырёхкальциевый алюмоферрит, сокр. 4СaAFS (4CaO*Al2O3*Fe2O3*SiO2), состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Выдающийся учёный химик А. Р. Шуляченко считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарев, Н. А. Торопов и другие.

Огонь и вода

После того, как шлам смешали в сырьевых мельницах, ему необходимо побывать в бассейне, где он примет тот коэффициент насыщения и ту влажность, которые нужны для спекания в печах. Здание бассейна большое, внутри него шумно, а сам процесс «купания» по-своему красивый.

Но основное преображение сырья еще впереди. Ему предстоит попасть из воды в огонь — в печь, где температура в одной из зон достигает 1,6 тысячи градусов по Цельсию.

Возле печи жарит даже в самый холодный день. Внутри она выложена огнеупорным кирпичом, способным выдержать гигантские температурные нагрузки.

Читайте так же:
Как облицевать фундамент цементом

Для непосвященного человека чудо-печь выглядит как длинная вращающаяся труба, расположенная под наклоном в 3-4 градуса. Уклон и вращение помогают сырью продвигаться внутри печи от холодного конца к горячему.

Шлам подается в печь и продвигается по ее нижней части, а поверху проходит горячий газовый поток. «Вначале его встречает цепная зона – теплообменное устройство. По окружности печи расположены цепи, их нагревает газ, при вращении они окунаются в материал, передают тепло и нагревают его», — объясняет специалист.

Двигаясь внутри 170-метровой печи, материал проходит несколько этапов: сушку, подогрев, декарбонизацию, экзотермическую реакцию и зону спекания с максимальной температурой. Только после этого шлам превращается в гранулы, пригодные для производства цемента.

Дальнейшая задача печи — остудить гранулы и передать их в холодильник для последующего охлаждения, а затем отправить в цех помола.

Во время ВОВ на заводе создали 12-й цех, где производили колпаки для дотов, пулеметные гнезда и… цементные авиабомбы. Разрываясь, снаряды выбрасывали полсотни килограммов цементной пыли. Фашисты думали, что русские начали химическую атаку и покидали позиции.

Разновидности материала

В продажу поступает множество разновидностей цемента. Они отличаются друг от друга по целому ряду характеристик:

  • Прочность. Важнейший показатель, который указывается на маркировке. Она выполняется в виде буквы М и цифры. Последняя и обозначает прочность. Ее определяют в результате проведения технических испытаний.
  • Фракция. Определяется помолом смеси. Чем он тоньше, тем более качественной считается продукция. Идеальным считается состав из крупных и мелких частиц, поскольку только тонкий помол требует слишком большого количества воды при замесе.
  • Скорость отвердевания. Варьируется путем введения в смесь гипса. В зависимости от назначения продукта может существенно различаться.
  • Морозоустойчивость. Определяется реакцией на цикл замораживание и размораживание. Материал характеризуется количеством таких циклов, которые он выдерживает без изменения своих свойств.

Потребность в воде при замесе раствора зависит от плотности материала, поэтому количество воды для замеса разных марок разнится. Избыток жидкости уменьшает прочность цемента.

В зависимости от области применения выделяется несколько типов цементных смесей.

Портландцемент

Отвердевает на воздухе и в воде. Минеральные добавки отсутствуют. Широко используется для возведения разноплановых монолитных конструкций.

Сульфатостойкий

Его особенность — повышенная устойчивость к химическим агрессивным средам. Характеризуется невысоким коэффициентом насыщения. Это позволяет применять сульфатостойкий цемент для строительства гидротехнических, подземных сооружений и т.п.

Пуццолановый

Может считаться разновидностью сульфатостойкого, но с добавлением активных минералов. Медленно отвердевает, имеет высокую водостойкость. Используется для гидротехнического строительства.

Глиноземистый

Повышено содержание окиси кальция и глинозема. Это позволяет смеси быстро отвердевать. Применяется для изготовления быстро твердеющих жаростойких и строительных растворов, которые находят применение при ремонтных работах, скоростном строительстве, зимнем бетонировании и т.д.

Кислотоупорный

В состав входит кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Замешивается не водой, а жидким стеклом. Используется для получения кислотостойких покрытий. Не выдерживает постоянного воздействия воды.

Пластифицированный

Изготавливается со специальными добавками, придающими морозостойкость и повышенную подвижность приготовленным на этом цементе растворам. Они приобретают большую прочность, лучше сопротивляются коррозионным воздействиям и отличаются повышенной водонепроницаемостью.

Читайте так же:
Цемент для работы при отрицательных температурах

Шлакоцемент

В его рецепт включается шлак, процент содержания которого может варьироваться от 20% до 80% от массы продукта. Это удешевляет материал, замедляет скорость его отвердевания и увеличивает жаростойкость. Применяется для возведения наземных, подводных и подземных объектов.

Как показывает практика, самым востребованным вариантом является портландцемент. Именно его имеют в виду, когда речь идет о цементе.

Марки огнеупорных цементов

Жаростойкие сорта цемента сделаны с вложением глинозема, строго в соответствии с ГОСТом. Главным показателем для их подразделения на марки является содержание оксида алюминия.

Аббревиатурой ГЦ обозначена продукция с концентрацией оксида алюминия минимум 35 %.

Марки с большей массовой долей оксида обозначаются буквосочетанием ВГЦ.

Продукция ВГЦ I содержит следующие концентрации оксидов: минимум 60 % алюминия; кальция – 32 %; кремния – 3 %; железа, магния, серы – от 1 % до 2 %.

Продукция ВГЦ II содержит оксида алюминия минимум 70 %, оксидов кальция и кремния немного меньше, чем предыдущая марка, остальных – в таком же количестве.

В цементе ВГЦ III оксида алюминия минимум 80 %, оксидов кальция и кремния – 18 % и 0, 5 %, соответственно, остальных – прежнее количество.

Все марки продукции с обозначением ВГЦ имеют следовые количества оксида титана.

В маркировке рядом с буками указывают числа, которые обозначают предел прочности при сжимающих нагрузках на продукцию через 3 суток выдерживания. Например, цемент ГЦ 40 выдерживает нагрузку минимум 40 мПа.

Таблица. Технические параметры огнеупорных цементов

Наименование показателяЗначение для цемента вида и марки
ГЦВГЦ IВГЦ IIВГЦ III
40506035253525
1. Предел прочности при сжатии, МПа, не менее, в возрасте:
1 сут22,527,432,4
3 сут40,050,060,035,025,035,025,0
2. Тонкость помола:
остаток на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613, %, не более10101010101010
удельная поверхность, м 2 /кг, не менее300300300300
3. Сроки схватывания:
начало, мин, не ранее45454530303030
конец, ч, не позднее10101012151515
4. Огнеупорность, °С, не менее1580167016701670

Покупатели выбирают марку, с учетом реальных термических и механических нагрузок, при которых будет эксплуатироваться цемент. На рынке строительных материалов представлены марки авторитетных отечественных производителей огнеупоров, использующих глиноземистый клинкер из центральной, приволжской частей страны, Сибири. В продаже есть неплохие огнеупорные смеси от зарубежных производителей: Польши, Франции, Турции, Финляндии. Импортный материал полностью расфасован, отечественную продукцию могут расфасовывать по заявке заказчиков.

Цемент – гидравлическое вяжущее вещество неорганического происхождения. Под действием воды, водных растворов и других жидкостей он сначала превращается в пластичную массу, а затем в камневидное тело. В отличие от других вяжущих – гипса, извести – материал твердеет во влажных условиях и не только на воздухе.

Преимущества гидравлического вяжущего обнаружили еще в Древнем Риме. Однако только в средние века заметили, что обжиг известняка, загрязненного глиной, приводит к образованию строительного камня, который по прочности не уступает римским пуццолановым смесям. Так были выделены главные компоненты материала.

Читайте так же:
Как делать дорожку с цемента

Цемент – мелкодисперсный порошок серого цвета, может иметь зеленоватый или желтоватый оттенок. Тонкость помола влияет на стоимость: чем тоньше порошок, тем дороже, так как быстрее схватывается. На рынке материал предлагают в бумажных и полиэтиленовых мешках разного объема.

Состав и производство

Главные составляющие – известняк и глина. Добывают их из горных пород. Карбонатные ингредиенты получают из мела, известняка, доломита. Глинистые – из глинистых сланцев, суглинка, монтмориллонита. В зависимости от назначения и типа цемента потребуются и дополнительные компоненты: железо, кремний, глинозем.

Состав цемента не точен. Доля компонентов варьируется в определенном диапазоне, чтобы получить необходимые свойства на базе имеющихся материалов.

Получают материал по 3 основным технологиям.

  • Мокрый – таким методом производят цемент из мела, глины и добавок, содержащих железо. Берут материалы с высокой влажностью: 20 процентов у глины, 20 процентов у мела. Сырье перемалывают в водной среде и получают шихту с влажностью от 30 до 50%. Материал обжигают в печи. В результате получают цементный клинкер. Его растирают в порошок с добавками, определяющими некоторые свойства смеси.
  • Сухой – сырьевая шихта сухая, потому что все составляющие во время или до помола высушиваются. Метод рекомендуется, если влажность исходного сырья не превышает 10%.
  • Комбинированный – предполагает 2 способа. Замес представляет собой шлам, перемешанный с водой. Его обезвоживают на фильтрах до 16–18% и обжигают. Другой вариант: сырье высушивают и перемалывают, а затем шихта гранулируется с добавкой 10–14% воды. Гранулы обжигают и измельчают.

Расход тепла при мокром способе значительно выше, поэтому в последнее время предпочтение отдается сухим способам.

Технические характеристики

Главная характеристика цемента – марка. Хотя это и условная величина, именно она определяет, на сколько прочным будет застывший кладочный или штукатурный состав. Определяется она как предел сжатия, который может выдержать образец, находясь под нагрузкой в течение 28 суток. Нагрузка измеряется в МПа. По данным тестов рассчитывают единицы активности цемента и определяют его прочность.

В маркировке величина обозначается литерой «М». Выпускают марки М200, М300, М400, М500, М600. Цифра указывает, какое давление выдерживает материал при сжатии.

Другие свойства цемента:

  • Стойкость к коррозии. Агрессивные вещества – кислотные ангидриды в дыме, соли, растворенные воде – вызывают разрушение. Чтобы увеличить стойкость к коррозии в сырье вводят гидроактивные материалы, подавляющие активность солей. Такой же эффект могут дать полимерные добавки.
  • Водопотребность – процентное соотношение воды и цемента, необходимое для образования качественного раствора. Показатель для разных смесей отличается: зерна по-разному впитывают воду, поэтому разводить материал нужно разным количеством жидкости. Например, водопотребность портландцемента составляет 22–28%.
  • Тонкость помола – чем тоньше измолот цемент, тем пластичнее готовая смесь и тем быстрее застывает. В то же время тонкость помола увеличивает водопотребность, но не растворимость.
  • Морозостойкость – определяется как способность выдерживать полный цикл замораживания и оттаивания. В порах застывшего раствора остается вода, а она при замерзании увеличивается в объеме и разрывает материал. Чтобы компенсировать этот недостаток, в цемент добавляют древесный лак, абиетат натрия.
  • Срок схватывания – зависит от многих факторов. Как правило, слишком быстрое схватывание не является достоинством. В норме первые признаки фиксации должны появиться через 45 минут, а полное затвердевание наступает спустя 10 часов.
Читайте так же:
Тер разборка плинтусов цементных

При выборе материала важны все его характеристики.

Разновидности и область применения

Применение цемента определяется его составом и характеристиками.

  • Портландцемент – база для самых разнообразных кладочных растворов, штукатурки и конструкционных бетонов. Обычно предлагается в виде сухой смеси. Разнообразные добавки изменяют свойства: регламентируют сроки схватывания, морозостойкость, устойчивость к агрессивным химическим веществам.
  • Сульфатостойкий – состав, устойчивый к кислотам и щелочам. Применяется для изготовления бетона для подземных и подводных объектов.
  • Глиноземный – в исходное сырье добавляют гипс и глиноземный шпат. Первая составляющая обеспечивает быстрое схватывание, вторая – водостойкость. Глиноземный цемент берут при производстве материалов для стен, перекрытий, фундамента, эксплуатирующихся в условиях высокой влажности.

На сегодня известно более 30 разновидностей цемента, имеющих как широкое, так и специальное назначение.

Область и технология применения

Отличительной особенностью тампонажного цемента является высокая степень крепости с самого начала затвердения. Это качество и обусловило главную сферу применения данного материала — цементирование (либо тампонирование) нефтегазовых скважин при одновременном вытеснении буровой смеси. В жилищном строительстве этот вид цемента не применяется. Исключение составляет установка буровых свай в сложных условиях.

Тампонажный цемент закачивается насосами, поэтому раствор используют в достаточно жидком виде: к сухой цементной смеси добавляется вода в пропорции 2:1. После затворения большими объемами жидкости цемент преобразуется в подвижную массу, именуемою пульпой, ее и закачивают в скважину. По окончании этапа транспортировки масса затвердевает и становится безусадочным плотным монолитом, который хорошо скреплен со стенками ствола скважины и обсадной трубой.

Полученный слой надежно защищает от грунтовых вод, либо сдвижек пластов разной плотности. Учитывая свойства грунта, заполнение бывает либо полным, либо частичным. Кроме обеспечения защиты, тампонажный цемент может сократить глубину и укрепить дно скважины, а также ликвидировать повреждения на обсадных колоннах.

Подбор каждой конкретной марки ПЦТ осуществляется с учетом условий использования и глубины скважины. Бурение на болоте или в песчаном грунте, либо закладка скважин глубже 2000 м предполагает применение облегченных видов (в данной ситуации — рекомендована марка ПЦТ-III-об-5-100).

Важное значение при работе с ПЦТ имеет температура в шахте. При высокой температуре, пульпа затвердевает в период от 90 минут до 10 часов. Более горячая температура способствует быстрейшему схватыванию раствора. При использовании в холодной скважине (либо если материал применяется для гидроизоляции при возведении сооружений зимой) затвердение начинается по истечении 120-180 минут и может завершиться через двадцать часов. Более длительный период застывания у солестойкого цемента.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector