22.10.2008 20:46:33
Производителей бетонаинтересует, в первую очередь, вопрос: как влияют различные виды активныхминеральных добавок на свойства портландцемента?
Основным компонентомвещественного состава портландцемента является портландцементный клинкер.
В соответствии с требованиями приложенияА ГОСТ 30515-97 «Цементы. Общие технические условия» активной минеральнойдобавкой к цементу считают такую минеральную добавку, которая в тонкоизмельченномсостоянии обладает гидравлическими или пуццоланическими свойствами.
Портландцементный клинкер —продукт, получаемый обжигом до спекания или плавления сырьевой смесинадлежащего состава и содержащий, главным образом, высокоосновные силикаты и(или) высоко- или низкоосновные алюминаты кальция.
Сырьем для производствапортландцемента служит известняк или мергель и глина.
Химическое взаимодействиецемента с водой сопровождается образованием кристаллогидратов различной формы,которые труднорастворимы в пресной и минерализованной воде и устойчивы квоздействию атмосферных факторов. В результате гидратации клинкерных минералов образуетсяцементный камень с уникальными свойствами, который позволяет из разрушенныхгорных пород (песок, щебень, галька) оптимизированного зернового состава [1–4]получить высококачественный искусственный камень заданной формы и размеров, то естьбетонное изделие.
Взаимодействие зеренпортландцемента с водой начинается немедленно после затворения. Некотороеколичество кристаллогидратов, образующихся в начальный период гидратации,позволяет получать пластичное и удобоукладываемое цементное тесто, чтообеспечивает возможность формования бетонных изделий.
В результате продолжающейсяреакции гидратации постепенно формируется плотный и прочный цементный камень.Основным и наиболее полезным компонентом камня являются волокнистые чешуйчатыеили мелкозернистые гидросиликаты камня с общей формулой CxSyHz.
В цементной науке принятыследующие обозначения: С — СаО, S — SiO2, H — H2O, A — Al2O3.
Чем меньше основностьгидросиликатов, тем более полно использована их потенциальная химическаяэнергия, заложенная в клинкере, тем долговечнее и прочнее сформировавшийсяцементный камень. При гидратации силикатов кальция образуется также Са(ОН)2— наиболее растворимый и химически активный, а следовательно, уязвимыйкомпонент цементного камня.
Гидратация кальциевых алюминатови алюмоферритов в присутствии гипса ведет к образованию эттрингита, который припоследующем твердении переходит в моносульфатную форму С4АSН12. Образующиесягидроалюминаты и гидросульфоалюминаты кальция способствуют быстромуформированию структуры прочного искусственного камня в начальный периодтвердения цемента. Гидроалюминаты претерпевают и другие фазовые превращения собразованием кубических гидрогранатов, ослабляющих структуру камня.
После химического связывания,испарения и осмотического отсоса воды в цементном, а следовательно, и вбетонном камне, образуется развитая система пор. Основные эксплуатационныесвойства созданного искусственного камня, такие как долговечность,морозостойкость, коррозионная стойкость, прочность, определяют структура камняи его поровое пространство: размеры и форма пор, их количество и форма связимежду собой. В крупных порах вода замерзает при температуре до –20 °С, в мелкихпорах — до –50 °С или не замерзает вообще в климатических условиях эксплуатацииРоссии. Это явление обусловлено различными значениями давления внутри порискусственного камня. Чем меньше пор, тем плотнее и прочнее создаваемый камень.В свою очередь, размер и количество пор зависят от минералогического составаклинкера, водоцементного отношения и поверхностного натяжения на границераздела фаз.
В портландцементе обычносодержится до 1 % щелочных оксидов.
Их миграция к поверхностибетонов и дальнейшая карбонизация являются одной из основных причин образованиявысолов на поверхности затвердевшего бетона. Однако определяющим факторомобразования высолов является плотность структуры бетонного камня.
Именно формирование плотнойупаковки за счет оптимизации соотношения крупного и мелкого заполнителяопределяет свойства структуры формируемого искусственного камня при учете: насыпнойи средней плотности заполнителей, коэффициента раздвижки зерен крупногозаполнителя раствором, пустотности крупного заполнителя, поверхностных свойствконкретных видов сырьевых компонентов бетонной смеси.
Проще говоря: высыпаем в емкостьмаксимально возможное количество относительно крупных (с бильярдный шар) камней,сверху насыпаем щебень, утрясаем — щебень заполнил пустоты между камнями. Насыпаемкварцевый песок, утрясаем — песок заполнил пустоты между щебнем. Насыпаемцемент, утрясаем — цемент заполнил пустоты между зернами песка. Насыпаемпигмент, утрясаем — пигмент заполнил пустоты между зернами цемента. То есть компонентынасыпаются начиная от крупной фракции и кончая мелкой. При этом все компонентыдолжны быть сухими. При наличии воды более 0,3 % не произойдет максимальнополное проникновение более мелких компонентов сырьевой смеси в пустотноепространство между более крупных, так как кроме процесса гидратации цемента,который начнется сразу после контакта цемента и воды, силы поверхностногоскольжения материалов будут нивелированы силами трения. Именно поэтому набетонных заводах получают бетонную смесь невысокого качества.
Правильный процесс приготовлениябетонной смеси основан на оптимальном соотношении компонентов бетонной смесипри точном соблюдении физической закономерности упаковки зерен и частиц приусловии заполнения межзернового объема и раздвижки всех зерен большего размеразернами или частицами меньшего размера, а также раздвижки всех зерен и частицводными прослойками.
На бетонных заводах порой вгрязную бетономешалку засыпают влажный песок, затем щебень, цемент и заливают воду,то есть всё делается неправильно. А правильно сделать нельзя, потому чтолопасти для принудительного перемешивания бетонной смеси не достают дна мешалкии сухого песка и щебня не покупают — экономически невыгодно. Выгодно делать неправильнуюбетонную смесь. Фактически в любой заводской технологической схемеприготовления бетонной смеси не хватает скоростного смесителя для перемешиваниясухих компонентов смеси передсмачиванием ее водой.
Пластичные бетоны следуетперемешивать в обратном порядке: вода, цемент, песок, щебень. При этомбетономешалка должна быть герметичной. При изготовлении декоративной бетоннойсмеси в воду можно вводить растворимую форму щелоче- и светостойких красящихвеществ, то есть производить окрашивание бетонной смеси «цветными чернилами». Такаяпрактика существует при изготовлении цветной тротуарной плитки.
Нерастворимую форму красящеговещества, пигмент, целесообразнее вводить в виде колеровочной пасты в готовуюбетонную смесь при дополнительном перемешивании.
При изготовлении бетонной смесинаиболее важным и значимым с экономической точки зрения является факторнедоиспользования химической энергии портландцемента, что выражается в егоперерасходе на единицу прочности бетона.
Общим благотворным свойствомхимических реакций является более полное их протекание. Например, если одно изобразующихся новых веществ выводится из сферы реакции вследствие его связыванияв труднорастворимое соединение, как Ca(ОН)2, образующийся в результате реакции гидратацииС3S,связывается активным кремнеземом или алюмосиликатным стеклом минеральнойдобавки. Активные минеральные добавки обладают общим свойством — способностью ккислотно-основному взаимодействию с гидроксидом кальция с образованиемпрактически нерастворимых гидратов, это способствует увеличению количествагидросиликатов и понижению их основности, что крайне важно для образованияплотного и долговечного камня, придания ему способности к длительному роступрочности.
Благодаря рассмотреннымпроцессам портландцемент, содержащий в своем составе, кроме портландцементного клинкераи гипса, активную минеральную добавку, постепенно сравнивается по прочности сбездобавочным портландцементом, а затем даже обгоняет его по этому показателю.При этом устраняется высолообразование и щелочная коррозия бетона, а такжеувеличивается его сульфатостойкость.
Литература:
1. ГОСТ 27006-86. Бетон. Правила подборасостава.
2. Пат. 2005699 РФ, С 1, 5 С 04В 28/00. Способ проектирования состава смеси песчаного бетона.
3. Пат. 2005700 РФ, С 1, 5 С 04В 28/00. Способ проектирования состава смеси легкого бетона.
4. Пат. 2014305 РФ, С 1, 5 С 04 В 28/00.Способ определения расхода мелкого и крупного заполнителя в бетонной смеси.