Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?
Способностью, к гидравлическому (водному) твердению обладают тонкоизмельченные вещества, которые преимущественно состоят из соединений окиси кальция с кремнеземом и глиноземом. Такие соединения соответственно называются силикатами и алюминатами кальция.
Существует два способа получения этих гидравлических соединений:
а) обжиг природной или искусственной смеси известняка и глины В процессе обжига известняк разлагается, образуется окисел СаО, который затем реагирует с окислами глины;
б) смешивание извести с веществами, содержащими указанные окислы в активной форме (т. е. легко взаимодействующими с известью). Такие вещества называются гидравлическими добавками.
Одновременно связующие должны также соответствовать рыночному спросу с точки зрения производительности и эстетики, а также выполнять обязательные правила. Для достижения этих целей были приняты различные подходы, включая совершенствование процесса производства цемента, производство смешанных цементов и тестирование инновационных гидравлических связующих с другой химией. В этой главе представлена краткая история открытия и использования гидравлического связующего, а также экологический и экономический контекст цементной промышленности.
Первым способом получают гидравлическую известь, портландцементы; вторым - пуццолановые портландцементы и известково-пуццолановые цементы (гидравлические добавки раньше назывались пуццолановыми).
Гидравлическая известь
В природе широко распространены известняки с высоким содержанием глины (от 8 до 20%»). Если тйкой известняк обжечь, то получим гидравлическую известь, которая в отличие от воздушной твердеет не только на воздухе, но и в воде. При обжиге глинистые вещества взаимодействуют с окисью кальция и образуют соединения, которые в измельченном состоянии способны твердеть в воде. Чем больше будет образовано таких соединений, тем выше окажутся гидравлические свойства извести.
Затем он описывает химию и свойства применяемых в настоящее время гидравлических связующих - общие цементы и гидравлические липы, а также более перспективные связующие для будущих применений, а именно специальные портландцементы, глиноземистые цементы, цементы сульфоалюмината кальция и щелочно-активированные цементы.
Состав, спецификации и критерии соответствия. Связующие вещества являются материалами, которые действуют как связующий агент, который при смешивании с заполнителем и раствором для растворения воды, который используется для соединения различных блоков каменной кладки, которые играют структурную и декоративную роль в здании. Существует четыре основных связующих, которые использовались во всей истории каменной кладки, извести, гидравлической извести, природного цемента и портландцемента, все из которых получены из известняка.
Способ производства гидравлической извести не отличается от изготовления воздушной извести.
При обжиге известняка с повышенным содержанием глины часть окиси кальция химически взаимодействует с составляющими глины, образуя силикаты и алюминаты кальция, а другая часть окиси кальция остается в свободном состоянии. Поэтому при твердении гидравлической извести имеют место два процесса:
Связующие вещества влияют на физические и химические свойства раствора, в том числе его прочность, насколько быстро он затвердевает или накладывается, и как он реагирует с окружающими материалами. Ниже приведена краткая история каждого типа связующего, химическая реакция их производства и их физические свойства.
Известковый раствор получают из известняка, состоящего в основном из карбоната кальция, который обжигают в печи при температурах выше 700 ° С и гасят водой для получения извести, который затем смешивают с песком для приготовления раствора. Во время прокаливания известняк разлагается, теряя углекислый газ и 40% его веса, производя негашеную известь.
воздушное твердение свободной извести вследствие высыхания и карбонизации известкового теста (аналогично воздушной извести);
гидравлическое твердение силикатов и алюминатов кальция (рассмотрено далее в разделе «Портландцемент»).
В связи с медленным протеканием второго процесса растворы на гидравлической извести в начале твердения должны некоторое время выдерживаться на воздухе (от 1 до 21 дня) и только после этого их можно помещать во влажные условия.
Этот процесс традиционно проводили в яме, вырытой в почве, где негашеную известь оставляли созревать, позволяя гидроксиду кальция медленно и тщательно разрушаться для достижения характерной гладкости, обрабатываемости и липкости тонкой извести. Сегодня шок предварительно сформован путем выдувания пара над негашеной извести, в результате чего образуется порошок, известный как гидратированная известь.
Вода должна быть добавлена, если используется гидратированный известь, однако объем воды не должен в значительной степени превышать объем извести. Известь растворяется при контакте с двуокисью углерода, которая присутствует в воздухе через процесс, известный как карбонизация, превращаясь обратно в карбонат кальция.
Прочность растворов на гидравлической извести весьма различна: предел прочности при сжатии образцов, приготовленных из гидравлической извести и песка, взятых в соотношении 1:3 (по весу), спустя 28 дней колеблется в пределах 20-60 кг/см2.
Гидравлическую известь обычно применяют наряду с воздушной, но получают при этом более прочные и водостойкие растворы и бетоны. Существенное отличие гидравлической извести от воздушной-способность затвердевать в воде - расширяет область ее применения. Гидравлическую известь используют для возведения конструкций, находящихся во влажных эксплуатационных условиях (фундаментов и цоколей, оросительных каналов и др.).
Известковые растворы обычно классифицируются как воздушные растворы. Они не затвердевают должным образом в очень влажных средах, потому что вода не оставляет поры открытыми для проникновения воздуха. Они также не могут использоваться навалом или в ядре толстых стен, потому что карбонизация не будет происходить в разумные сроки, позволяя раствору затвердеть.
Существует несколько преимуществ использования известкового раствора в каменной кладке. Они имеют более высокую паропроницаемость, позволяющую системе дышать, удерживая влагу от захвата и делая систему более долговечной. Известь раствор обеспечивает гибкость системы каменной кладки, позволяя ему учитывать движения, вызванные экологической и структурной нагрузкой. Низкая прочность раствора гарантирует, что любое структурное движение происходит вдоль стыков между каменными блоками, защищая их от растрескивания и разрушения.
Применяют ее и при изготовлении растворов для кладки и штукатурки в сухих и влажных эксплуатационных условия, а также для производства бетонов низких марок и ряда цементов - известково-шлаковых, известково-пуццолановых.
Портландцемент
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси глины и известняка (СаС03). Спекшуюся сырьевую смесь, представляющую собой камневидные зерна, называют клинкером.
Известковые растворы также считаются аутогенными или самовосстанавливающимися. Вода позволяет соединениям, несущим кальций, входить в раствор, а затем транспортирует их из зоны, богатой связующим, в пустоты и трещины, которые присутствуют в растворе. Повторно осажденные соединения кальция могут затем заполнять тонкие трещины.
Связующее считается гидравлическим, когда оно может устанавливать и развивать прочность посредством химического взаимодействия с водой. Гидравлические липы производятся из смесей известняка с глинами, которые могут происходить естественным образом, как в нечистом известняке, или искусственно достигаться путем добавления глины и других материалов в гидроксид кальция. Нечистый или глинистый загрязненный известняк содержит диоксид кремния и оксид алюминия и часто другие материалы, которые могут обеспечить гидравличность.
Тонкоизмельченный клинкер при затворении водой очень быстро схватывается, что затрудняет его практическое использование. Для замедления сроков схватывания портландцемента
К нему добавляют при помоле гипс в количестве 3-5% от веса цемента.
Для экономии клинкера и улучшения некоторых свойств портландцемента при помоле вводят до 15% гидравлических добавок.
Эти примеси образуют материалы, аналогичные материалам, обнаруженным в портландцементе, таком как силикаты дикальция, алюминат и трехвалентный. Гидравлические известковые растворы крепче и быстрее устанавливаются, чем растворы извести, все еще дышащие, позволяя влаге покинуть каменную систему и могут быть установлены под водой.
Реакция кремнезема и глинозема глины с использованием тепла, воды и извести заключается в том, что обеспечивает гидравлический компонент связующего. Существует два основных типа гидравлических компонентов: алиты и белите. Анализ показал, что гидравлическая известь использовалась в средневековых структурах перед современным открытием процесса в результате обогащения глинистым известняком при соответствующих температурах для получения белита, в результате чего образуется естественная гидравлическая известь.
Производство. Основными операциями производства цемента являются получение из сырьевой смеси клинкера и последующее ‘его измельчение с гипсом и добавками. Наиболее ответственна первая операция, в процессе которой из глины и известняка должны быть получены следующие соединения (минералы), составляющие клинкер:
— трехкальциевый силикат;
— двухкальциевый силикат;
— трехкальциевый алюминат.
Природная гидравлическая известь производится из известняка, содержащего 5-20% глины, что при обжиге при высокой температуре происходит реакция диоксида кремния, образующая белит или дикальций-силикат, известь, оксид алюминия и диоксид углерода. Поскольку в известняке присутствует больше карбоната кальция, чем в глине, обжига дает значительное количество негашеной извести. Затем обгоревший камень гасят, рассчитав количество воды, разбивая его на порошок, как видно из вышеприведенной реакции.
Гидравлическая известь первоначально определяется реакцией силиката дикальция с водой при комнатной температуре, образуя гидратированный силикат кальция и некоторую свободную известь. Как и извести, гидравлическая известь также подвергается карбонизации. Диоксид углерода из атмосферы проникает в раствор после того, как он высушил трансформирование гидратированной извести в карбонат кальция и расщепление гидратированного силиката кальция на карбонат кальция и аморфный кремнезем.
Чтобы все окислы глины полностью прореагировали при обжиге с окисью кальция, образовавшейся в результате разложения СаСОз, необходимо тонко измельчить и тщательно перемешать известняк и глину. Сырьевую смесь можно приготовить сухим способом или более распространенным - мокрым.
На отечественных заводах чаще применяется мокрый способ производства портландцемента, хотя по расходу топлива он менее выгоден.
Во время процесса затвердевания связующее подвергается некоторой усадке, и для уменьшения усадки и улучшения механических свойств связующего необходимо добавление не усадочного инертного наполнителя, песка. В течение восемнадцатого века произошли существенные изменения в понимании цементных материалов, первый со времен римлян. Джеймс Паркер за изобретение «римского цемента», природного цемента, который отличался быстрым набором. Многие другие типы натурального цемента начали появляться на рынке, все с различными характеристиками.
Природные цементы производятся из глинистого известняка, такого как мергели и септарии с содержанием глины выше 25%. Они классифицируются как естественные, потому что все необходимые необходимые материалы уже присутствуют в известняке. Кальций в известняке объединяется с алюмосиликатами в глине с образованием гидравлических минералов. После обжига кальцинированная порода измельчается в мелкий порошок, в отличие от извести, естественный цемент не может быть измельчен.
Этот способ заключается в следующем: глину предварительно размешивают в воде, известняк дробят, а затем их вместе измельчают в шаровой мельнице. Полученную сметанообразную массу, называемую шламом, содержащую примерно 25% глины и 75% - известняка (твердого вещества), направляют на обжиг во вращающуюся печь.
Современные вращающиеся печи имеют длину до 180 м и диаметр до 5 м; производительность таких печей достигает 2000 т клинкера в сутки.
Природный цемент - это гидравлическое связующее с быстрой установкой из-за производства гидратов алюмината кальция. В качестве связующего, природный цемент обладает высокой прочностью на сжатие по сравнению с известковыми растворами, но по-прежнему проницаем для водяного пара. Быстрая установка и гидравлические свойства природного цемента сделали его популярным выбором раствора для проектов гражданского строительства, а также общего строительства в девятнадцатом веке до прибытия портландцемента в середине девятнадцатого века.
Свойства природных цементов являются прямым следствием количества и состава глины, присутствующей в известняке. Однако его изобретение еще не было сопоставимо с тем, что используется сегодня. Как технология печи, продвинутая в течение девятнадцатого века, они могли стрелять при более высоких температурах в течение более длительных периодов времени, что позволяло обеспечить полное остеклование силикатов, присутствующих в глине. Портландцемент производится путем обжига смеси известняка и глины около 22% при высоких температурах, где происходит почти полное плавление, превращая смесь известняковой глины в их гидравлические минеральные виды, в результате чего клинкер после охлаждения.
Барабан печи установлен с некоторым наклоном, что обеспечивает при его вращении медленное передвижение материала в сторону опущенного конца. Шлам подается со стороны поднятого конца печи специальным питателем, а топливо в виде пыли вдувается в печь с противоположной стороны посредством вентилятора.
Дымовые газы из печи удаляет с противоположного конца барабана вентилятор.
Затем клинкер тонко измельчают в порошок и смешивают до 5% гипса, что необходимо для снижения скорости установки, которая начинается, когда порошок объединяется с водой. Обжиг исходного продукта при этой температуре приводит к получению трикальцийсиликата, силиката дикальция, алюмината трикальция и алюмоферрита кальция.
Затем к продуктам добавляют воду, что приводит к образованию гидратированного силиката кальция, гидратированного алюмината кальция и свободной извести, гидроксида кальция. Эта реакция является причиной затвердевания цемента и дает ему его гидравлические свойства, а также высокую прочность.
По мере продвижения сырьевых материалов в сторону высоких температур вначале происходит испарение воды из шлама, затем выгорают органические примеси, содержащиеся в сырье, а в зоне температур 1000-1500° происходит разложение известняка и образование указанных выше трех минералов: вначале двухкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината, затем трехкальцие-вого силиката.
Поскольку затвердевший материал выдерживает и подвергается карбонизации, свободная известь превращается обратно в карбонат кальция и превращает гидратированный силикат кальция и алюминат в аморфный кремнезем и оксид алюминия. Реакция карбонизации очень незначительна и не ухудшает механическую прочность цементного раствора.
Физические свойства портландцемента в первую очередь продиктованы трикальциевым силикатом. Образование гидроксида кальция начинается, как только вода добавляется в порошкообразный клинкер и кристаллизуется в порах раствора, изменяя структуру пор. Это приводит к плохой структуре пустот в растворе, что делает его достаточно плотным и уменьшает проницаемость для пара до точки, когда она в четыре раза меньше паропроницаема, чем натуральная гидратная известь. Кристаллизация гидроксида кальция также изменяет эластичность раствора, усиливая его, что ставит раствор выше риск образования длинных трещин.
Полученный клинкер охлаждается в специальном холодильнике и поступает на склад, откуда его направляют в шаровые мельницы, где он измельчается в смеси с гипсом и добавками.
Свойства портландцемента. Твердение портландцемента. При затво-рении портландцемента водой образуется пластичное тесто, которое через некоторое время начинает уплотняться и загустевать (начало схватывания), а затем превращается в твердое тело (конец схватывания), прочность которого быстро нарастает.
Из трех рассмотренных реакций только трехкальциевый силикат под действием воды разлагается (подвергается гидролизу), образуя при этом свободную известь Са (ОН)2; процесс взаимодействия двух других минералов заканчивается гидратацией (присоединением нескольких молекул воды). Выделение свободной извести при твердении трехкальциевого силиката строителям необходимо учитывать, так как из-за сравнительно высокой растворимости извести снижается стойкость портландцемента в воде (см. коррозию портландцемента).
Процесс твердения портландцемента сопровождается изменением объема: на воздухе возможна усадка, а при твердении в воде имеет место некоторое разбухание. Особенно опасна усадка, вызывающая трещины в отвердевшем бетоне или растворе. Для предупреждения усадки твердение, особенно вначале, должно проходить во влажной среде. Влажные условия необходимы также для нормального твердения цемента; в противном случае вода испарится и твердение замедлится.
Реакция взаимодействия портландцемента с водой сопровождается выделением тепла. Это явление необходимо учитывать при возведении массивных сооружений (бетонных фундаментов, плотин и др.). Внутри таких сооружений могут развиваться высокие температуры (до 70-80°), что повлечет образование трещин в бетоне. Поэтому в массивных конструкциях цементы с большим тепловыделением (высокоэкзотермичные) применять нельзя…
В зимних условиях повышенное тепловыделение цемента положительно сказывается на производстве строительных работ, так как препятствует преждевременному замораживанию бетона.
Схватывание портландцемента. Различают начало и конец схватывания цемента. Началом схватывания считают потерю подвижности (пластичности) цементного теста, а конец схватывания характеризуется некоторым его затвердением.
Начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин., а конец - не позднее чем через 12 час. Для строителей необходимо знать сроки схватывания цемента, так как применять свежеприготовленные бетоны и растворы можно только до начала схватывания, в противном случае цементное тесто утратит клеящую способность, и прочность растворов и бетонов будет низкой.
С повышением температуры окружающей среды сроки схватывания ускоряются, а с понижением замедляются.
Прочность портландцемента характеризуется пределом прочности при сжатии. По пределу прочности при сжатии образцов в виде кубов с ребрами 7,07 см, изготовлении из жесткого трамбованного цементного раствора составом 1:3 (по весу) и испытанных в возрасте 28 дней, обозначается марка портландцемента.
Показатель предела прочности в 28-дневном возрасте называют активностью цемента, которая, как правило, всегда выше марки. Например, если активность цемента 546 кг/см2, то марка- 500. Это следует учитывать в целях более полного использования прочности цемента.
Для портландцемента установлены марки: - 300, 400, 500, 600 и 700.
На прочность портландцемента влияют количество воды при затворении и тонкость помола. Чем больше введено воды в цементный раствор, из которого готовят образцы для испытания, тем ниже будет его прочность, но выше пластичность (текучесть). В ряде стран активность портландцемента определяют на образцах из пластичного раствора. В этом случае для перехода к показателю прочности в жестких образцах, принятом в СССР, следует показатель прочности пластичных образцов умножить на 1,5-1,6.
Скорость нарастания прочности портландцемента неодинакова во времени. За первые три дня твердения портландцемент набирает половину своей 28-дневной прочности, а за оставшиеся 25 дней - еще половину. Однако марочная прочность портландцемента, как и всех других гидравлических вяжущих- веществ, не окончательна. В благоприятных условиях твердение продолжается несколько лет, и конечная прочность может превысить марочную в несколько раз.
Тонкость помола портландцемента - остаток на сите № 008, должен составлять не более 15%. С увеличением тонкости помола прочность и скорость твердения цемента возрастают. Этим пользуются на практике для получения быстротвердеющих цементов.
Стойкость портландцемента в водных условиях.
Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, но в зависимости от качества воды, воздействующей на бетонную конструкцию, он может разрушиться.
Присоединяя значительное количество молекул воды, гидросульфоалюминат кальция увеличивается в объеме до 2,5 раза. Образование гидросульфоалюмината кальция очень опасно для бетона.
Длинные тонкие кристаллы гидросульфоалюмината кальция напоминают бациллы, поэтому его часто называют «цементной бациллой».
Действие кислых и щелочных вод на цементный камень различно. Кислые воды даже при низкой концентрации кислот действуют разрушающе, так как кислота растворяет Са (ОН)2. Слабые щелочи не оказывают вредного влияния на цементный камень, однако сильные щелочи тоже разрушают его. Нефтепродукты (бензин, керосин) не опасны для бетона на портландцементе.
Так появился новый вид вяжущего - сульфатостойкий портландцемент, применяемый в гидротехническом строительстве и для конструкций, подверженных действию сульфатных вод.
Применение портландцемента. Области применения портландцемента обширны и разнообразны:
— портландцемент используют при изготовлении бетонов и растворов для наземных, подземных и подводных конструкций, к которым предъявляются высокие требования прочности и долговечности;
— портландцемент является основным видом вяжущего, применяемого для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей.
Следует помнить, что портландцемент является цементом высокого качества. Поэтому строители должны бережливо относиться к расходованию портландцемента, заменяя, где это технически возможно, его другими менее эффективными вяжущими (известью, смешанным цементом).
Специальные портландцементы
Специальные портландцементы отличаются от обыкновенного особыми или более ярко выраженными отдельными свойствами.
Следует иметь в виду, что специальные цементы применяют только в тех случаях, когда их особые свойства могут быть эффективно использованы.
Гидрофобный портландцемент. При длительном хранении или при перевозках водным транспортом прочность портландцемента значительно понижается за счет преждевременной реакции его с влагой, содержащейся в воздухе. Чтобы предохранить портландцемент, советские ученые предложили вводить в него специальные добавки органических веществ (мы-лонафата, асидола, олеиновой кислоты и др.), которые образуют на зернах цемента гидрофобные (не омачивающиеся водой) пленки, препятствующие проникновению влаги к зернам цемента. Гидрофобные пленки предохраняют цемент от реакции с влагой воздуха и сохраняют его прочность. Во время приготовления бетонной смеси зерна заполнителя разрушают пленку и цемент реагирует с водой, поэтому она не оказывает влияния на процесс твердения.
Пластифицированный портландцемент позволяет получить более подвижные и удобообрабатываемые бетоны, что дает до 8-10% экономии цемента. Пластифицированный портландцемент получают, вводя при помоле портландцемента пластифицирующие органические вещества (сульфитно-спиртовую барду и др.).
Бетоны на гидрофобном и пластифицированном цементах более морозостойки и менее водопроницаемы, чем на портландцементе. Поэтому особенно ценны они для конструкций, к которым предъявляются особые требования морозостойкости или водонепроницаемости.
Гидрофобные и пластифицирующие вещества добавляют не только в портландцемента, но и в другие виды вяжущих для улучшения их свойств и снижения расхода цемента в бетонах и растворах.
Белые и цветные портландцементы - это материалы, предназначаемые для архитектурно-отделочных, штукатурных, скульптурных и покрасочных работ. Белый цемент производят из чистого известняка и белых глин, свободных от окиси железа и марганца. Цветные цементы получают, измельчая клинкер белого цемента с минеральными щелочестойкими пигментами: охрой, суриком, мумией и др.
Быстротвердеющие портландцемент ы. Обычный портландцемент все же медленно твердеющее вяжущее вещество: только через 28 дней он достигает марочной прочности. Это тормозит строительные работы и производство сборных железобетонных изделий.
Быстротвердеющий цемент отличается от обычного значительной скоростью нарастания прочности в начальные сроки твердения.
Получают быстротвердеющий цемент, увеличивая тонкость помола или специально подбирая состав клинкера.
Минералы цементного клинкера не обладают равной скоростью твердения. Быстрее всех твердеет трехкальциевый алюминат, затем трехкальциевый силикат и медленнее всех - двух-кальциевый силикат. Поэтому, повышая содержание в цементе первых двух минералов трехкальциевого алюмината и силиката (до 50-60%), получают быстротвердеющий цемент, который через 1-2 дня твердения имеет свыше 50% марочной прочности.
Пуццолановые цементы
Цементы с активными минеральными (гидравлическими) добавками называются пуццолановыми.
Эти добавки (ранее называвшиеся пуццолановыми) не обладают способностью к самостоятельному твердению; будучи затворены водой, они не схватываются и не переходят в камне-видное состояние.
Известь в свободном виде содержится в таких вяжущих веществах, как воздушная и гидравлическая известь, а портландцемент выделяет ее при твердении. На этой основе получают две группы пуццолановых цементов: пуццолановые портландцемента и известково-пуццолановые цементы.
Активными минеральными добавками называются измельченные горные породы или отходы промышленности, которые при смешивании с воздушной известью придают ей способность твердеть в воде.
Эти добавки содержат в активной форме кремнезем SiC>2 и часто одновременно - глинозем А1203, образующие с известью соответственно гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.
К природным гидравлическим добавкам следует отнести: вулканические пеплы, туфы, трассы, пемзу, диатомиты, трепелы и опоки, а к искусственным - топливные золы и шлаки, доменные гранулированные шлаки, обожженные глины и др.
Доменные гранулированные шлаки и золы горючих сланцев обладают некоторой способностью к самостоятельному гидравлическому твердению в тонкоизмельченном состоянии.
Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент
Пуццолановым портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с активной минеральной добавкой. Добавка должна составлять не менее 20 и не более 45% веса цемента, для регулирования сроков схватывания вводят при помоле до 3% гипса.
Количество применяемой добавки обусловлено ее активностью (способностью связывать известь) и составом клинкера. С повышением активности добавки уменьшают содержание ее в цементе. Например, трепела берут от 20 до 30%, трасса от 30 до 45%. Это объясняется тем, что при твердении портландцемента выделяется строго определенное количество свободной извести, которую активная добавка должна связать в нерастворимые соединения.
Шлакопортландцемент отличается от пуццоланового портландцемента тем, что в качестве добавки используется доменный гранулированный шлак, количество которого в цементе может составлять до 70% (обычно 40-70%).
Пуццолановый и шлаковый портландцемента получают как в заводских, так и в построечных условиях. При заводском способе производства смесь клинкера портландцемента и добавки измельчают в мельнице, а при изготовлении на постройке добавку в виде порошка вводят при приготовлении бетонной смеси.
Первый способ дает цементы более высокого качества, так к при совместном помоле клинкер и добавка тщательно смешиваются. Это необходимо для полного взаимодействия кремнезема добавки с известью, выделяющейся при гидратации портландцемента.
При сухом смешивании цемента и добавки необходимо тщательно следить за однородностью смеси, что достигается продолжительным перемешиванием сухих материалов.
Свойства. Прочность и сроки схватывания этих цементов не отличаются от показателей обычного портландцемента. Однако другие свойства смешанных портландцементов имеют принципиальные отличия.
При затвердении смешанного портландцемента происходят два процесса: твердение портландцементного клинкера и взаимодействие активной добавки (Si02) с известью.
Первый процесс не отличается от твердения «чистого» портландцемента. В результате второго процесса образуется гидросиликат кальция:
Са (ОН)2 + Si02 + {п - 1) Н20 = Ca0-Si02 - «H20.
Нарастание прочности смешанных цементов происходит медленнее, чем у портландцемента. Особенно замедленно протекает твердение смешанных цементов в первые дни, хотя через 28 дней прочность их достигает прочности портландцемента, а позднее даже превышает ее. Это объясняется продолжающимся взаимодействием кремнезема, добавки и извести с образованием прочных веществ, тогда как в портландцементе выделившая* ся известь остается в несвязанном малопрочном состоянии.
По пределу прочности при сжатии образцов, изготовленных из жесткого раствора (состава 1:3) и испытанных в возрасте 28 дней, пуццолановые и шлакопортландцементы разделяются на марки (от 300 до 600). Повышение температуры очень ускоряет твердение этих цементов, а понижение - сильно замедляет.
Тепловыделение у этих видов портландцемента меньше, чем у обычного, так как в их составе мало клинкера, при гидратации которого выделяется тепло. Низкая экзотермичность таких портландцементов позволяет широко применять их в массивных конструкциях.
Коррозийная стойкость. Отсутствие в пуццолановых и шлаковых портландцементах свободной извести повышает их коррозийную стойкость в пресных водах.
Морозостойкость этих цементов иногда ниже, чем у портландцемента, поэтому применение их в конструкциях, к которым при эксплуатации могут быть предъявлены жесткие требования в отношении морозостойкости, не допускается.
Применение. Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент применяются для бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных вод, а также для конструкций, находящихся в условиях повышенной влажности.
Нельзя использовать эти цементы в конструкциях, быстро высыхающих или систематически подвергающихся замораживанию и оттаиванию.
Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы
Известково-пуццолановым цементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при сухом помоле или тщательном смешивании предварительно измельченных в тонкий порошок извести и гидравлической добавки. Состав цемента: 10-30% извести и 70-90% добавки. Известь может применяться гидрагная (пушонка) и негашеная (кипелка). Для регулирования сроков схватывания известково-пуццоланового цемента добавляют до 5% гипса.
В известково-шлаковом цементе добавкой является тонко-измельченный доменный гранулированный шлак.
Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы подразделяются на марки: 25, 50, 100 и 150.
Свойства. Схватывание и твердение этих цементов происходит за счет взаимодействия извести с активным кремнеземом добавки, в результате чего образуется гидросиликат кальция.
Эта реакция протекает крайне медленно и также медленно нарастает прочность таких цементов при твердении. Взаимодействие извести с кремнеземом происходит только во влажных условиях, поэтому особенно в начале твердения известково-пуц-цолановых или известково-шлаковых цементов нельзя допускать их высыхания.
Благоприятно влияет на прочность изделий из таких цементов тепловлажностная обработка (пропарка), но понижение температуры отрицательно сказывается на твердении, а при температуре ниже + 10° оно практически прекращается.
Воздух о стойкость. Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы под действием воздуха разрушаются. Происходит это из-за значительной усадки цементного камня, вследствие чего нарушается сцепление его с заполнителями в бетоне и образуются трещины. Для повышения воздухостойко-сти таких цементов к ним добавляют до 10-15% портландцемента дли увеличивают содержание извести до 60%.
Водостойкость известково-пуццолановых и известково-шлаковых цементов бывает высокой при правильно выбранной дозировке извести и добавки, т.е. в том случае, когда кремнезем добавки связывает всю известь в нерастворимое соединение - гидросиликаты. Если же в затвердевшем цементе будет много свободной извести, которая легко вымывается, то в воде отвердевший цемент разрушится.
Применение. Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы применяют для кладки стен и фундаментов, находящихся во влажных условиях, а также для изготовления искусственных каменных материалов и бетонов низких’ и средних марок.
Эти цементы позволяют использовать в строительстве местные горные породы (активные минеральные добавки) и отходы производства (шлаки, бой кирпича, золу). Благодаря этому известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы имеют невысокую стоимость.
Глиноземистый цемент
Глиноземистым цементом называется быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, которое получают при тонком измельчении обожженной до плавления сырьевой смеси бокситов и извести.
Свойства. Глиноземистый цемент является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом. Начало схватывания глиноземистого цемента должно наступать не ранее чем через 30 мин. после затворения его водой, а заканчиваться-не позднее чем через 12 час.
За показатель прочности глиноземистого цемента принимается его марка - предел прочности при сжатии образцов из цементного раствора (состав 1:3), испытанных в возрасте трех дней. Глиноземистый цемент выпускается четырех марок: 300, 400, 500, 600.
Твердение глиноземистого цемента сопровождается выделением значительно большего количества тепла, чем при твердении портландцемента. Это ограничивает применение глиноземистого цемента в массивных бетонных конструкциях, так как высокая температура, развивающаяся внутри конструкции, может вызвать появление трещин. Однако в зимних условиях большое выделение тепла благоприятно сказывается на производстве работ.
Положительным свойством глиноземистого цемента является высокая коррозийная стойкость. Это объясняется тем, что при твердении глиноземистого цемента не выделяется известь и не образуется трехкальциевый гидроалюминат, как в портландцементе.
Применение. Глиноземистый цемент является наиболее дорогим видом вяжущего вещества, так как для его производства необходимо ценное сырье алюминиевой промышленности - бокситы. Высокая стоимость ограничивает использование глиноземистого цемента. Его применяют в особых случаях, когда необходимо быстро ввести в эксплуатацию бетонные или железобетонные конструкции, а также при авариях, ремонте гидротехнических сооружений и срочных монтажных работах.
Следует помнить, что повышение температуры отрицательно сказывается на прочности твердеющего глиноземистого цемента. В противоположность портландцементу с повышением температуры выше 25° его прочность может снизиться. Поэтому бетонные изделия и конструкции на глиноземистом цементе нельзя применять в таких условиях, когда температура при твердении бетона выше 25°.
Расширяющиеся цементы
Расширяющимся цементом называется гидравлическое вяжущее вещество, которое при твердении в воде увеличивается в объеме, а при твердении на воздухе не дает усадки или также расширяется, но меньше, чем в воде. Изобретение такого цемента явилось крупным достижением советской науки.
Как уже отмечалось, существенным недостатком всех гидравлических вяжущих веществ является их усадка, обусловленная физико-химическими процессами, протекающими при схватывании и твердении. Этот недостаток не позволяет добиться абсолютной водонепроницаемости стыков конструкции при заполнении их обычными гидравлическими вяжущими. Расширяющийся же цемент не только не имеет усадки при твердении, но даже несколько увеличивается в объеме (до 1-1,5%) без образования трещин и этим еще более усиливает плотность и монолитность бетона в стыках.
Расширяющиеся цементы производят на основе глиноземистого цемента, или портландцемента (применяется в основном глиноземистый, из которого получают цемент более устойчивого качества). В состав расширяющегося цемента входит: глиноземистый цемент (82—85%), известь и гипс.
Расширяющиеся цементы характеризуются короткими сроками схватывания, в зависимости от которых подразделяются:
— на быстросхватывающиеся-с началом схватывания через 5 мин. и окончанием - спустя 10 мин.;
— с замедленными сроками схватывания - начало не ранее чем через 20 мин. и конец - через 4 часа после затворения цемента водой.
Марки быстросхватывающихся цементов: 300, 400, 500, 600, а с замедленным схватыванием - 300, 400, 500.
Марка быстросхватывающегося цемента обозначается по пределу прочности при сжатии образцов в форме кубиков с гранью 2 см, изготовленных из цементного теста, а с замедленным схватыванием - по пределу прочности при сжатии образцов из жесткого раствора состава 1:3.
Расширяющийся цемент - новый вид вяжущего вещества. Он находит пока небольшое применение, заменяя в основном свинец, который использовали для зачеканки и гидроизоляции швов водоканализационных труб, стыков тюбингов в туннелях метрополитенов, шахтах и др. Расширяющимся цементом заделывают также монтажные болты механизмов в фундаментах, стыки и трещины в бетонных конструкциях, применяют его при ремонте гидротехнических сооружений, при аварийных работах и изготовлении гидроизоляционных штукатурок.
Гидравлические вяжущие вещества могут быть использованы как в сухих (воздушных), так и во влажных условиях. Впервые гидравлические вяжущие вещества применили римляне в I в. н.э. для сооружений водопровода; они смешивали воздушную строительную известь с вулканическим пеплом, пуццоланой (несколько искаженное итальянское название по наименованию местечка Пуццуоли вблизи Рима). Стойкость бетона на таком вяжущем в водной среде оказалась очень высокой, поэтому так называемые гидравлические добав,ки к.извести и в дальнейшем широко применялись в строительстве.
В составе пуццоланы и других аналогичных добавок содержатся химически активные кремнезем и глинозем, которые при затворении водой входят в реакцию с гидрооксидом кальция (гашеной известью), образуя новые соединения - гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Эти соединения повышают водостойкость вяжущего, поскольку они практически нерастворимы в воде.
Гидравлическая известь
Гидравлическая известь. Сырьем для производства гидравлической извести служат мергелистые известняки с содержанием в них глины и песчаных примесей от 6 до 20%. Гидравлическая известь не обладает высокой прочностью, после 7 суток хранения во влажном воздухе и 21 сут хранения в воде комнатной температуры прочность ее при сжатии составляет 2 .,. 5 МПа при испытании образцов-кубов из смеси состава 1:3 (известь- песок) по массе. В настоящее время гидравлическая известь имеет ограниченное применение - для строительных растворов и бетонов невысокой прочности. Обычно же используют портландцемента.
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество - продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с добавкой гипса в количестве 3 ... 5%. Клинкер получают путем равномерного обжига тонкодисперсной однородной сырьевой смеси определенного состава из известняка и глины. Совместно с глиной при расчете состава могут добавляться в смесь мергель, доменный шлак, нефелиновый шлам, опока и др. Некоторые мергелистые известняки (при содержании глины в них до 22 ... 25%) также могут с успехом применяться для получения портландцементного клинкера, что уменьшает трудоемкость работ при изготовлении сырьевой смеси.
Производство портландцемента состоит в приготовлении сырьевой смеси: обжига этой смеси до спекания в клинкер; складирования клинкера; помола клинкера совместно с гипсом, минеральными и другими добавками.
В зависимости от характера приготовления сырьевой смеси различают несколько способов производства портландцемента: мокрый, сухой и комбинированный. Каждый из этих способов имеет свои особенности, достоинства и недостатки. В нашей стране на цементных заводах преобладает пока мокрый способ, хотя многие заводы перестраивают технологию на более экономичный по расходу топлива сухой и комбинированный способы.
При мокром способе сырьевую смесь измельчают в шаровых мельницах в присутствии большого количества воды (до 36 ... 42% массы сухого вещества) и получают жидкотекучую массу, или суспензию. Ее называют шламом. Из шламбассейна масса направляется для обжига во вращающуюся печь. Мокрый способ более целесообразно использовать при применении в качестве сырьевых компонентов мела, сырой глины, что понижает расход электроэнергии на измельчение сырьевой смеси. При этом способе облегчаются транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, однако расход топлива на обжиг ее в печи в 1,5 ... 2 раза больше, чем при сухом способе.
При сухом способе готовится сухой порошок смеси исходных материалов (так называемая сырьевая мука), который обжигается во вращающейся печи.
Комбинированным называют способ производства, при котором сырьевая смесь для обжига подготавливается в виде гранул. Шлам обезвоживают до влажности 16 ... 18% и полученный «сухарь» (корж) перерабатывают в гранулы на специальных грануляторах. Можно также увлажнять сырьевую муку до 12 ... 15% и из нее изготовлять те же гранулы для обжига. Комбинированный способ по сравнению с мокрым дает до 20 ... 30% экономии топлива. При всех способах весьма важно обеспечить бесперебойное поступление сырьевой смеси на обжиг для получения из нее портландцементного клинкера.
Маркой цемента принято именовать величину его активности, но с округлением до нижнего предела и с учетом его предела прочности при изгибе. Различают марки портландцемента следующие; 400, 500, 550 и 600.
Кроме обычных разновидностей портландцемента на наших заводах изготовляют специальные разновидности портландцементов.
