Файл: Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции.pdf

вы, благоприятные для образования моиосульфата каль-

АА

трисульфат кальция наблюдался только в двух случаях. Стабильной фазой моноалюмината кальция была фаза М.

В табл. 2.3 перечислены гидраты, обнаруженные при

сутствие трнсульфата кальция не представилось возмож­ ным. Везде устойчивой фазой явился моносульфат каль­ ция.

Та б л и ц а 2. 3. Гидраты окислов С, А и C S , полученные смешиванием C4A3S, C S и С

Приведенные исследования охватывают период твер­ дения цементов в течение нескольких суток. Получена довольно четкая картина быстрого образования новых фаз, однако при рассмотрении графиков рис. 2.14—2.17 видно, что процессы не завершены и даже в некоторых случаях наблюдается зарождение новых фаз и продол­ жающаяся перекристаллизация ранее возникших. Как будет показано далее, поведение новообразований, так же как их начальное появление, зависит от целого ряда факторов и может быть управляемо заранее.

57

Еще в сороковых годах в результате работ В. В. Ми­ хайлова, Э. 3. Юдовнча, Я- Н. Новикова и Ы. Ы. Дапеляна [94] было установлено, что моносульфат кальция во времени долго не сохраняется и постепенно перекристаллизовывается в трисульфат. Однако темпы этой перекри­ сталлизации могут быть ускорены или замедлены регу­ лированием среды. В то же время могут быть созданы условия обратного перехода трисульфата в моносульфат.

2.3. ВИДЫ РАСШИРЯЮЩИХСЯ ЦЕМЕНТОВ

Приведенные выше сведения по рассмотрению си­ стемы С — А — CS — Н позволяют утверждать, что в ре­ зультате взаимодействия веществ быстро могут образо­ вываться гидроалюминаты кальция различной структу­ ры. Меняя соотношение составляющих системы, можно

получить C 3 A ( C S ) H i 2 , C 3 A ( C S ) H i 8 и C 3 A ( C S ) 3 H 3 1 или их смеси. Устойчивость того или иного вида гидросуль­ фоалюмината кальция во времени будет зависеть, вопервых, от состава среды, окружающей данные вещест­ ва, и, во-вторых, от температуры среды. Химический со­ став среды в свою очередь может меняться в первую оче­ редь вследствие того, что продукты гидратации, содер­ жащие С3 А и другие вещества, непрерывно поступают из составляющих расширяющегося цемента.

При создании расширяющегося или напрягающего цемента все эти факторы должны учитываться, так как они играют иногда решающую роль в достижении необ­ ходимой прочности, степени расширения, энергии само­ напряжения и долговечности конструкции на этих це­ ментах. При проектировании состава такого цемента на основе четверной системы С — А — CS — Н не безраз­ лично, вступает ли данный компонент, например А, во взаимодействие с другими компонентами быстро или он поставляется из гидратируемого комплекса в продолже­ ние определенного времени и все время взаимодействует с этими компонентами. Поэтому создатель расширяюще­ гося цемента должен хорошо знать, какие гидратированные структуры он получит немедленно и в какой ме­ ре положительной и отрицательной будет дальнейшее появление того или иного вещества.

Механизм расширения и самонапряжения настолько сложен и многообразен, что многие исследователи таких

Б8

новых цементов не могли получить хоть какие-нибудь по­ ложительные результаты в создании не только напряга­ ющего, но и расширяющегося вяжущего.

2.3.1. Первые попытки получения расширяющегося

цемента (Г. Лоссье, Франция)

Патенты № 780747 (Франция) и № 474,917 (Анг­ лия) [8] описывают два состава цементов Г. Лоссье, ос­ нованных на взаимодействии С, A, CS и Н, в про­ цессе гидратации которых образуется гидросульфоалюминат кальция, дающий при своем расширении либо компенсацию усадки, либо после проявления всей усад­ ки положительный остаток расширения. Цемент первого вида представлял собой продукт обжига сырых матери­ алов портландцемента с известной долей ангидрида или двуводного гипса, в результате чего получался сульфатированный портландцементный клинкер, обнаруживаю­ щий при твердении расширение, способное с излишком компенсировать усадку бетона на новом вяжущем. Це­ мент второго вида является смесью клинкеров портланд­ цемента и сульфоалюминаткальциевого цемента (CAS), полученного обжигом смеси бокситов или глины, извест­ няка и гипса, в определенном, неназванном соотноше­ нии. Доля. (CAS) может колебаться в пределах 10—50% по отношению к портландцементному клинкеру в зави­ симости от назначаемого размера желаемого расши­ рения.

На рис. 2.18 видно, что образцы цементного камня из этого цемента показывают расширение на 7-е сутки в

—100 = 0,28%:

300

При попытках использовать свой цемент в растворах

59

скорости нарастания механической прочности. Поэтому он ориентировался на цементы, дающие очень высокие начальные прочности и очень стабильное и медленно прогрессирующее расширение.

К сожалению, первые механические испытания рас­ ширяющегося цемента Г. Лоссье показали (рис. 2.19) очень быстрое его расширение за 1 сутки (0,4%), когда

Рис. 2.19. Расширение и увеличение прочности цемента Г. Лоссье

1—3 — образцы различных расширяющихся цементов; 4 — прочность расширяю­ щихся цементов; 5 — прочность нормального цемента

цементный камень был еще достаточно слаб (прочность менее 130 кгс/см2), затем было обнаружено не расши­ рение, а даже небольшая усадка, в то время как проч­ ность нарастала в течение 90 суток. Выяснилось также, что для уменьшения усадки в портландцемент можно было вводить только небольшие порции добавки расши­ ряющего компонента. Попытки увеличения его порций всегда приводили к тому, что расширение не затухало и шло вплоть до разрушения (рис. 2.20). Возникла мысль на каком-то уровне затормозить расширение и остано­ вить его (см. рис. 2.20). Это осуществили добавкой к 4

60

расширяющемуся цементу определенной дозы доменно­ го шлака. Такая добавка уменьшила прочность цемент­ ного камня в первые сутки твердения, в течение которых наблюдается основное расширение и возникают микротрещины; после стабилизации расширения происходит са­ моупрочнение (сращивание микротрещин) в процессе дальнейшей гидратации цементного камня. В итоге

Рис. 2.20. Результаты стабилизации цемента Г. Лоссье путем до­ бавления в цемент гранулированного шлака

расширения возникают и сильно раскрываются неглубо­ кие трещины, которые сохраняются и после стабилизации расширения. Г. Лоссье указывает, что на прочность при сжатии эти оставшиеся трещины не влияют, однако они вдвое снижают прочность на растяжение.

Расширяющийся цемент Г. Лоссье обладает следую­ щими свойствами: срок схватывания 10 ч, твердение медленнее твердения основного портландцемента, рас­ ширение от 0,2 до 1,5%, в зависимости от состава. Це­ мент был применен для строительства некоторых объ­ ектов, преимущественно в ремонтных работах.

В 1956 г. Г. Лоссье [69] высказывался о будущем преднапряженного железобетона. Касаясь самонапря­ жения железобетона, он указывал на недоработанность этой проблемы, поскольку до сих пор ему не удалось по-

61