Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Физические свойства цемента и его влияние на ВЦБ

Физические свойства цемента и его влияние на ВЦБ

10.07.2017

Плотность и объемный вес портландцемента

Плотность портландцемента - масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии без учета объема пор и пустот. Плотность портландцемента зависит в основном от минерального состава клинкера, степени обжига клинкера и т.д. Плотность обычного цемента, шлакопортландцемента, пуццоланового портландцемента, золопортландцемента. композиционного портландцемента и др. зависит не только от качества клинкера, но и от количества и плотности добавок. Объемный вес портландцемента - отношение массы зернистого или порошкообразного материала к объему в рыхло-насыпном состоянии, вместе с порами и пустотами. Плотность и объемный вес различных портландцементов приведены в таблице 1.2.

Тонкость помола

Тонкость помола является одним из важнейших показателей при контроле качества цемента. Тонкость помола влияет на скорость схватывания и твердения, прочность, водопотребность, усадку, тепловыделение и т.д. Частица цемента размером менее 40 мкм имеет более высокую активность, а частицы размером более 90 мкм почти инертны и практически выступают в роли заполнителя, поэтому необходимо контролировать тонкость помола. Чем тоньше помол цемента, тем быстрее происходит схватывание, быстрее нарастает ранняя прочность, уменьшается водоотделение. Однако помол не должен быть слишком тонким, так как происходит увеличение водопотребности, усадки и тепловыделения, а также значительно сокращается производительность мельницы и увеличивается потребление энергии. Высокая тонкость помола цемента у ВЦБ может привести к раннему трещинообразованию бетона и уменьшению эффективности добавок.
Определение тонкости помола цемента устанавливается тремя способами: по остатку на сите, по удельной поверхности, по гранулометрическому составу цемента. В Китае существует шесть общих стандартов, учрежденных для цементной промышленности, предусматривающих определение тонкости помола по остатку на сите. Исключение составляет портландцемент, тонкость помола которого определяется по удельной поверхности. Для цемента, как порошкообразного материала, характерно наличие частиц различного размера. С целью совершенствования технологии производства, полного использования клинкера, важно добиться оптимального зернового состава цемента. Частицы размером от 3 до 32 мкм играют основную роль в повышении прочности цементного камня, их общее количество должно быть не менее 65%, а содержание частиц размером менее 3 мкм не должно превышать 10%.
Наиболее простым и быстрым способом анализа размеров частиц является просеивание через сита, но наименьшее стандартное сито содержит не более 400 ячеек сетки размером 38 мкм. Это обстоятельство, а также явление конгломерации не позволяет исследовать ультратонкие порошки с размером зерен менее 10 мкм. К настоящему времени доступны более совершенные методы анализа: седиментационный, лазерный, BET и т.д. Метод лазерного анализа позволяет исследовать распределение частиц в диапазоне размеров 0,05-3000 мкм, обладает высокой степенью автоматизации, отличается простотой операций, высокой скоростью измерений, хорошей воспроизводимостью результатов, что обусловило широкое его применение для контроля и анализа гранулометрического состава цемента и добавок.
Водопотребность

Вода в составе бетонной смеси выполняет две функции. Первая связана с участием в реакциях гидратации цемента, обеспечении схватывания и твердения бетона, а вторая функция - с приданием бетонной смеси подвижности для достижения требуемой удобоукладываемости. Первоначальное количество воды подразделяется на воду, принявшую участие в реакции гидратации цемента, и воду, находящуюся в различных термодинамических состояниях в порах и капиллярах цементного камня. Избыточная вода образует поры, которые ухудшают не только характеристики бетона, но и его внешний вид, снижают прочность и долговечность.
Нормальная густота - водоцементное отношение в процентах, при котором достигается нормированная консистенция цементного теста. Нормальную густоту цементного теста характеризуют количеством добавленной воды, выраженным в процентах от массы цемента. Нормальная густота цемента зависит от минерального состава клинкера, тонкости помола, вида и количества минеральных добавок в цементе.
Сроки схватывания

Процесс твердения цементного теста состоит из двух этапов: начала и конца схватывания. Начало схватывания определяется промежутком времени с момента затворения вяжущего водой до момента потери пластичности цементного теста, а конец схватывания характеризуется временем от момента затворения вяжущего до набора смесью некоторой начальной прочности.
Если схватывание происходит слишком быстро, то очень сложно успеть доставить до места, уложить и уплотнить цементные смеси до начала твердения. Они теряют подвижность, поэтому при укладке и уплотнении нарушается первоначально сформировавшаяся структура цементного камня, что. в результате. приводит к снижению прочности бетона. Стандарт КНР регламентирует для шести видов цементов (портландцемента, портландцемента с минеральными добавками, шлакопортландцемента, пуццоланового портландцемента, золо-портландцемента и композиционного цемента) начало схватывания, которое должно наступать не ранее 45 минут, а конец схватывания - не позднее 6,5 часов с момента затворения. У остальных цементов конец схватывания - не позднее 10 часов.
При высокой температуре в цементной мельнице гипс теряет воду и образуется полуводный гипс (CaSO4*0,5H20) или растворимый ангидрит, что может привести к ложному схватыванию цемента. Очень быстрое схватывание цемента может быть следствием высокого содержания C3A, отсутствия или недостатка гипса, большого содержания щелочей, недостаточного обжига клинкера или чрезмерно высокого содержания свободного оксида кальция (f-CaO) в клинкере.
Равномерность изменения объема цемента

Равномерность изменения объема цемента - явление, связанное с деформациями цементного теста в процессе его твердения.
При гидратации цемента общий объем системы обычно изменяется. Если указанные изменения являются равномерными или происходят в течение схватывания и твердения цемента, то они не оказывают негативного влияния на качество изделий и конструкций. Если изменения объема наблюдаются после затвердевания цементного бетона, что происходит из-за наличия каких-либо вредных компонентов в цементе, то это сопровождается возникновением внутренних разрушающих напряжений в бетоне, которые приводят к снижению прочности бетонных и железобетонных конструкций, трещинообразованию и даже серьезным авариям. Поэтому равномерность изменения объема цемента является важным показателем его качества. В таблице 1.3 приведены основные факторы, обуславливающие неравномерность изменения объема у наиболее широко используемых портландцементов для ВЦБ. В силу того, что у трех минеральных компонентов цементов, оказывающих наибольшее влияние на равномерность изменения объема цемента, различные скорости гидратации, существуют и различные методы испытаний, которые представлены в таблице 1.3.


Классы прочности

Образцы цемента должны быть испытаны в соответствии со стандартными методиками. GB/T 17671 устанавливает метод определения пределов прочности при сжатии и изгибе в возрасте 3 и 28 суток. Классификация видов цемента по прочности представлена в таблице 1.4.

В последние годы практика строительства показала, что после замены в 1999 году стандарта на методы испытании цемента на прочность, стало очевидным существенное изменение качества цемента в нашей стране за счет увеличения тонкости помола и удельной поверхности в целях обеспечения ранней и поздней прочности. Увеличение тонкости помола для повышения прочностных характеристик оказывает влияние и на другие свойства бетона.
Тепловыделение цемента

Тепловыделение цемента - количество теплоты, выделяемое при гидратации цемента (Дж/г). На тепловыделение цемента влияет множество факторов, в том числе минеральный состав клинкера, тонкость помола цемента, содержание и качество минеральных добавок, водоцементное отношение (В/Ц). температура хранения образцов и т.д. Ho главным образом тепловыделение обусловливается составом и содержанием клинкера. Для уменьшения тепловыделения, как правило, уменьшают содержание C3A в цементе.
Существует несколько методов определения тепловыделения, отличающихся продолжительностью испытаний, методами теплопереноса, применяемыми приборами и т.д. В целом, можно выделить (таблица 1.5): прямой (или метод регенерирования) и косвенный методы (или метод теплорастворения).

При изготовлении ВЦБ используется большое количество вяжущего вещества, поэтому регулирование тепловыделения цемента и вяжущих веществ имеет большое значение для строительства с большим объемом бетонирования. Благодаря очень низкой теплопроводности бетона, при гидратации вяжущих веществ выделяемое тепло сохраняется, и внутренняя температура бетона увеличивается. В результате этого происходит раннее разрушение из-за температурных напряжений. Поэтому выбор цемента с низким тепловыделением дает возможность контролировать абсолютное количество и скорость выделения тепла и оказывает значительное влияние на качество возводимого объекта.
Усадочные деформации

Усадка является одним из важнейших вопросов применения ВЦБ. Решающую роль в развитии усадочных деформаций играет цемент. По своему механизму усадка бетона подразделяется на четыре типа:
1. Контракционная (химическая) усадка имеет место при гидратации цемента. Уменьшение абсолютного объема цементных систем может достигать 7-9%. Основным фактором, влияющим на усадку, является минеральный состав цемента. У портландцемента в возрасте 100 суток значение усадки составляет порядка 0,7 мм/м. Контракционная усадка бетона находится в диапазоне 0,04-0,1 мм/м;
2. Влажностная усадка происходит из-за испарения воды. Усадка при высыхании цементно-песчаного раствора может достигать 4,0 мм/м, усадка при высыхании обычного бетона не превышает 0,3-0,6 мм/м;
3. Температурная усадка имеет место при уменьшении температуры бетона. Коэффициент температурного расширения бетона находится в переделах до (6-12)*10в6 °С; при падении температуры до 20 °C величина усадки составит около 0,12-0,24 мм/м;
4. Карбонизационная усадка. СО2, содержащийся в воздухе, взаимодействует при высокой влажности с продуктами гидратации цемента (Ca(OH)2, продукты гидратации C3S, C3A и AFt), что сопровождается высвобождением воды и приводит к усадке. Карбонизационная усадка сильно зависит от условий хранения образцов - влажности окружающей среды. При хранении образцов при комнатной температуре и относительной влажности 50% величина карбонизационной усадки составляет около 0,4 мм/м. При неравномерной усадке в конструкциях возможно появление трещин, снижающих качество и долговечность зданий и сооружений.
Износостойкость

Износостойкость является очень важным показателем для дорожного бетона. Износостойкость - способность материала противостоять абразивным воздействиям при фрикционном проходе и оценивается потерей массы. Износостойкость бетона обусловливается свойствами цементного камня. В свою очередь стойкость цементного камня зависит от вида цемента, вида и содержания минеральных добавок. Чем выше прочность цементного камня, тем больше износостойкость. Износостойкость цемента определяется по JC/T 421 «Метод испытания на износостойкость мелкозернистого цементного бетона» на образцах размером 150х150х35 мм.
Сульфатостойкость

Сульфатостойкость бетона зависит от плотности бетона - чем больше пористость цементного камня, тем выше его проницаемость и больше подверженность деструкции под действием неблагоприятных внешних факторов. Минеральный состав цемента имеет большое влияние на сульфатостойкость бетона: содержание большого количества CaO в цементе ухудшает сульфатостойкость, а добавка золы-уноса, шлака, пуццоланов увеличивает сульфатостойкость цементного камня.
Наиболее распространены два метода испытания на сульфатостойкость: по потере прочности и изменению размеров образцов. Для определения прочностных характеристик цементов изготавливают две серии образцов-балочек из цементно-песчаного раствора. Образцы контрольной серии помещают для хранения в чистую воду, а остальные - в раствор сульфата. Через определенный промежуток времени испытывают обе серии образцов на прочность при сжатии. На основе сравнения прочностей двух серий образцов делается вывод о коррозионной стойкости цемента.
В настоящее время в Китае стандартным методом испытания по определению сульфатостойкости является метод, основанный на измерении длины образцов (GB/T 749 «Методы испытаний для определения набухаемости портландцемента в сульфатной среде»). Сущность данного метода заключается в том, что общее содержание гипса (CaSO4*H2O) в цементе в пересчете на SO3 составляет 7 %. При воздействии на образцы сульфатных сред происходит увеличение количества SО4в2-, сопровождающееся набуханием. Определение сульфатостойкости портландцемента при использовании данного метода заключается в измерении изменения размеров образцов-балочек в определенном возрасте.