Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Общая характеристика. Пуццолановым портландцементом называют вяжущее, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера нормированного минерального состава (ГОСТ 22266—76 с изм.), кислой активной минеральной добавки (ОСТ 21-9-81) и двуводно-го гипса (ГОСТ 4013—82). Содержание трехкальциевого алюмината в клинкере для производства этого цемента должно быть не более 8 %

В этом цементе допускается следующее содержание активных минеральных добавок: осадочного происхождения— не менее 21 и не более 30%; вулканического происхождения, обожженной глины, глиежа или топливной золы — не менее 25 и не более 40 %.

Гипс вводят в пуццолановый портландцемент для регулирования сроков схватывания. Содержание его зависит от качества портландцементного клинкера и не должно превышать 3,5 % в пересчете на S03.

Для пуццоланового портландцемента целесообразнее всего применять кислые минеральные добавки повышенной активности. Использование малоактивных добавок вызывает необходимость увеличения их содержания в цементе для полного связывания выделяющейся при гидратации клинкера Са(ОН)2. В ряде случаев это нежелательно, так как неизбежно значительное снижение прочности пуццолаиового портландцемента, особенно в первые сроки твердения.

При помоле пуццоланового портландцемента, по соглашению между поставщиком и потребителем, допускается введение пластифицирующей или гидрофобизирую-щей добавки.

Пуццолановый портландцемент изготовляют обычно на цементных заводах с полным технологическим циклом, т.е. там, где получают портландцементный клинкер. Такие заводы отличаются от заводов, вырабатывающих портландцемент, наличием в цехе помола отделения, предназначаемого для дробления и сушки добавок.

После дробления и сушки активные минеральные добавки подают в отдельный бункер перед мельницей. Отсюда они через дозатор-питатель поступают в мельницу, где размалываются совместно с клинкером и гипсом. При этом производительность многокамерных шаровых мельниц вследствие более легкой размалываемости гидравлических добавок осадочного происхождения обычно на 5—10 % выше, чем при помоле портландцемента. Раздельный помол клинкера и добавок менее выгоден, так как трудно добиться их хорошего смешения и получить однородный продукт.

Учитывая, что перевозить портландцементиый клинкер и немолотые активные (гидравлические) добавки удобнее и дешевле, чем готовый цемент, в местах значительного потребления пуццоланового портландцемента (например, на строительстве крупных гидротехнических сооружений) часто экономически целесообразно организовывать его производство на специальных дробилы-ю-помольных установках. Иногда при этом используют местные активные добавки, что позволяет дополнительно снизить стоимость готового цемента.

Так как многие активные минеральные добавки (особенно диатомиты, трепелы) отличаются высокой влажностью и вязкостью, их следует дробить в молотковых самоочищающихся дробилках. Для дробления мягких добавок с высокой влажностью применяют также валковые дробилки с зубчатыми или рифлеными валками; Для дробления более плотных материалов — щековые и молотковые дробилки. Минеральные добавки измельчают до кусков размером не более 10—15 мм при одновременной их сушке в дробилке дымовыми газами. Мелкокусковые материалы сушат в аппаратах, работающих по принципу псевдоожиженного слоя и характеризующихся высокой эффективностью, или в менее экономичных сушильных барабанах. Клинкер и гипс дробят на тех же установках, что и при изготовлении портландцемента.

После дробления клинкер, минеральную добавку и гипс направляют в соответствующие расходные бункера, откуда в строго установленном соотношении они равномерно и непрерывно поступают в шаровую мельницу. Для помола применяют обычно трубные мельницы, работающие по открытому или замкнутому циклу. Для ускорения процесса помола цемента можно вводить не более 1 % специальных добавок (поверхностно-активные, уголь и др.), не ухудшающих качество цемента. Пуццолановый портландцемент размалывают до остатка на сите № 008 не менее 85 %

При схватывании и твердении пуццоланового портландцемента протекают процессы гидратации клинкерной составляющей и взаимодействия продуктов гидратации с активной минеральной добавкой. В начальный период преимущественное развитие получают гидролиз и гидратация клинкерных зерен. В результате этих первичных процессов образуются гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция.

Наличие активной пуццолановой добавки качественно не меняет характера взаимодействия клинкерных минералов с водой. Однако скорость гидролиза и гидратации C3S, C2S и других минералов возрастает. Это объясняется прежде всего тем, что в тесте из пуццоланового портландцемента на единицу массы клинкера приходится больше воды, чем в тесте из портландцемента. Таким образом происходит более быстрая гидратация зерен клинкера. Кроме того, активная добавка, связывая гид-роксид кальция в нерастворимые соединения, снижает его концентрацию в водном растворе твердеющей цементной массы и тем ускоряет гидролиз содержащихся в клинкере силикатов кальция.

Реакции между продуктами гидратации клинкера и активными компонентами гидравлической добавки — вторичные процессы. Они заключаются прежде всего во взаимодействии Са(ОН)<,с активным кремнеземом добавки и образовании гидросиликатов с общей формулой CSH(B), по Р. Боггу или С—S-—Н(1), по X. Тейлору: тСа(ОН)о+ +Si02aiu-+ftH20=mCaO.Si02-pH20.

В данном случае при обычных температурах в зависимости от концентрации оксида кальция в водной среде образуются соединения с основностью 0,8—1,5, т.е. (0,8—1,5) CaO-Si02-pH20. Как отмечалось ранее, возможно также образование гидрогеленита 2СаО-А1203Х XSiOa-8HaO.

Окончательный состав продуктов твердения пуццоланового портландцемента в значительной степени зависит от вида и состава активной добавки, ее содержания в пуццолановом портландцементе и условий твердения.

При наличии в пуццолановом портландцементе гипса образуется гидротрисульфоалюминат кальция ЗСаОХ XAl2O3-3CaSO4-(30—32)H20. Его образование в начальной стадии взаимодействия клинкерных частичек с водой способствует замедлению схватывания цемента. В дальнейшем это соединение, по-видимому, разлагается с переходом трехсульфатной формы в односульфат-ную ЗСаО-А12Оз-Са504*12Н20 и с выделением гипса CaS04-2H20.

При гидратации пуццоланового портландцемента новообразования выделяются преимущественно в субмикроскопическом гелевидном состоянии, что отражается на технических свойствах цементного камня (повышенные показатели деформаций ползучести и усадки)