Файл: Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов.pdf

ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТА

У д е л ь н ы й в е с портландцемента в зависимости от химиче­ ского и фазового состава, а также различных добавок колеблется в пре­

количество воды, которое необходимо ввести в него для получения теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста ус­ ловно называется такая консистенция, при которой на приборе Вика пестик погружается в него на определенную, нормированную стандар­ том глубину. Водопотребность портландцементов колеблется обычно в пределах 24—28%. Он обладает низкой водопотребностью по сравне­ нию с другими вяжущими веществами.

С р о к и с х в а т ы в а н и я ц е м е н т а . Процесс схватывания цемента заключается в потере подвижности цементного теста. Под началом схватывания подразумевается начало загустевания теста, что практически определяется по погружению иглы на приборе Вика с нагрузкой на нее 300 Г на глубину, предусмотренную ГОСТом.

За конец схватывания принимается такое состояние теста, когда подвижность его полностью потеряна, т. е. тесто приобрело твердое состояние, но прочность его незначительна.

Ускоряется схватывание цементного теста при увеличении содер­ жания в цементе ЗСаО-А12 03 , а также при увеличении тонкости по­ мола. Кроме того, повышают температуру цементного теста и добав­ ляют в смесь растворы некоторых минеральных солей, например СаС12 . Замедляет сроки схватывания цемента добавка в цемент гипса

дении веществ весьма важным качественным показателем является равномерность изменения объема. При неравномерном изменении объема снижается не только предел прочности, но и разрушается цементный камень.

Наравномерность изменения объема цементов может быть вызвана гидратацией свободной окиси кальция при содержании ее в клин­ кере более 1,5—2,0%, гидратацией свободной окиси магния, присут­ ствующей в клинкере в виде высокотемпературной медленно-гасящейся формы — периклаза, образованием в тердеющем цементе высокосуль­ фатной формы сульфоалюмината кальция при повышенном содержании в клинкере трехкальциевого алюмината и гипса, вводимого при по­ моле клинкера.

Т о н к о с т ь п о м о л а цемента влияет на скорость схватыва­ ния и твердения, а также на прочность цементного камня. Чем тоньше измельчен цементный клинкер, тем быстрее и полнее протекает взаимо­ действие цемента с водой и тем выше будет его прочность, однако очень мелкий помол приводит к снижению некоторых свойств цемента.

140

Тонкость помола цемента можно определить двумя способами: ситовым анализом или определением его удельной поверхности.

В первом случае в соответствии с ТУ ГОСТ 10178-62, через сито

сопровождается выделением тепла. Количество тепла, выделяемое

Образцы-балочки испытывают на изгиб, а их половинки — на сжа­ тие. В зависимости от полученного результата цементы классифици­

с цементного камня, структурные составляющие которого или раство­ ряются в воде, или вступают в химическое взаимодействие с солями или кислотами, содержащимися в минерализованной воде.

Установлено, что коррозия портландцементных растворов и бето­ нов под действием вод различного состава происходит в основном в ре­ зультате следующих причин:

растворения некоторых составных частей цементного камня (на­ пример Са(ОН)2 );

взаимодействия цементного камня с содержащимися в воде свобод­ ными кислотами;

вследствие образования новых продуктов, легко растворимых в воде, или же новых продуктов, кристаллизирующихся в порах цемент­ ного камня со значительным увеличением объема.

141

На практике редко наблюдается разрушение цементного камня под действием какого-либо одного из перечисленных факторов. Обычно одновременно протекает несколько видов коррозии.

Коррозия цементного камня под действием мягких вод. Более активное разрушение мягкими водами наблюдается в бетонных соору­ жениях под напором воды, так как в данном случае сильно увеличи­ вается диффузия воды внутрь бетонного массива, а в дальнейшем — фильтрация ее через бетон. Опыт показал, что чем больше напор воды, чем более водопроницаем бетон и чем меньше толщина бетонной стенки, через которую фильтруется вода, тем скорее бетон разрушается.

Коррозия бетона происходит не только вследствие механического воздействия воды, но и растворения Са(ОН)2 , которая обладает хотя и небольшой, но максимальной растворимостью в воде по сравнению с другими продуктами гидратации цемента.

Выщелачивающее действие воды на бетон существенно зависит от содержания в ней бикарбонатов кальция и магния Са(НС03 )2 и Mg(HC03 )2 , которое характеризует временную жесткость воды. В воде с малой временной жесткостью Са(ОН)2 хорошо растворяется, что бу­ дет способствовать разрушению цементного камня.

Разрушение цементного камня углекислыми водами. Природные воды часто насыщены агрессивной углекислотой, способной реагиро­ вать с СаСОз, гидрат окиси кальция также растворяется (выщелачи­ вается) по реакции

С а ( О Н ) 2 + С 0 2 = С а С 0 3 + Н 2 0 ; С а С 0 3 + С 0 2 + Н 2 0 = С а ( Н С 0 3 ) 2

Образовавшийся бикарбонат кальция хорошо растворим в воде. Содержание агрессивной углекислоты более 15—20 мг на 1 л воды

является агрессивным для бетона.

Разрушение цементного камня водами, содержащими сульфаты.

Многие природные воды являются минерализованными, т. е. насыщены в различной степени минеральными солями. Особенно часты случаи разрушения портландцементных растворов и бетонов в морской воде. Такое действие вызывается обменными реакциями между растворен­ ными в воде солями и содержащимся в портландцементе гидратом окиси кальция

Са(ОН)2 + MgS04 + 2 Н 2 0 = CaS04 • 2 Н 2 0 + Mg(OH)2

Образующийся гипс реагирует с трехкальциевым гидроалюминатом кальция, находящимся в цементном камне в твердом состоянии, по уравнению

3 (CaS04 • 2Н2 0) + ЗСаО • А1,0, • 6 Н 2 0 f 19Н2 0 = = ЗСаО • А12 03 • 3CaSÖ4 • 31Н 2 0

Образование гидросульфоалюмината кальция сопровождается зна­ чительным увеличением объема твердой фазы цементного камня, что приводит к возникновению внутренних напряжений в цементном камне и в дальнейшем к разрушению.

При воздействии на цементный камень агрессивной воды, содержа­ щей сульфаты, следует применять специальные цементы (пуццолановый портландцемент, сульфатостойкий портландцемент и т. п.).

142

При содержании в воде сульфатов свыше 1500 мгіл (в пересчете на

Полученный новый продукт — труднорастворимый гидрат окиси магния Mg(OH)2 — осаждается в порах цементного камня в виде по­ рошка, а СаС12, как легко растворимый в воде, вымывается, что при­ водит к разрушению цементного камня.

Разрушение цементного камня кислыми водами. Растворение ги­ драта окиси кальция значительно ускоряется, если в воде содержится свободная минеральная или органическая кислота. При этом, кроме физического растворения (выщелачивания), наблюдается и химическое:

Са(ОН), + 2НС1 = СаС12 + 2Нг О

Кислые воды действуют одинаково разрушительно на цементный камень как на портландцементе, так и на пуццолановом и шлаковом портландцементах.

Меры борьбы с коррозией. Самым надежным и дорогим мероприя­ тием, предохраняющим цементный камень от коррозии, является гидроизоляция. При этом вода не проникает внутрь цементного камня, что исключает возникновение каких-либо разрушающих процессов.

Изменение минералогического состава клинкера также имеет боль­ шое значение. Путем уменьшения содержания трехкальциевого сили­ ката в клинкере, твердеющем с выделением большого количества сво­ бодной извести, можно повысить стойкость цементного камня в прес­ ных водах.

Для повышения стойкости цемента в сульфатных водах нужно, кроме того, уменьшить содержание трехкальциевого алюмината до 5%.

К а р б о н и з а ц и я . При длительном выдерживании на воздухе свежеизготовленных изделий на их поверхности образуется очень тонкая (5—10 мк) пленка, нерастворимая в пресной воде и не взаимо­ действующая с сульфатами. Однако, несмотря на высокую плотность пленки, она не является абсолютно водонепроницаемой, поэтому кар­ бонизация, повышая водостойкость цементного камня, не устраняет возможности его разрушения.

П у ц ц о л а н и з а ц и я заключается в введении в состав порт­ ландцемента кислых гидравлических добавок, содержащих активный кремнезем, который связывает гидрат окиси кальция по уравнению

Са(ОН), + Si02 + л Н 2 0 = СаО • Si02 • (п + 1 ) Н 2 0

Следует учитывать, что пуццоланизация эффективна лишь по отношению к мягким и сульфатным водам. В отношении же кислых, углекислых и магнезиальных вод ни один из рассматриваемых выше химических методов защиты, в том числе и пуццоланизация, не оказы-

143