Файл: Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 210
Скачиваний: 2
рение в 2,6 раза меньше свободного, что вызвано боль шим самоуплотнением структуры цементного камня, вследствие чего увеличивается его прочность. (Прочность в кгс/см2 на заданные сутки показана цифрой на кривой.)
Рост прочности четко выражен кривыми рис. 2.52 для раствора 1:1 из НЦ состава 58:22:15:5, расширяющий
|
|
|
|
|
|
',0 |
|
|
. |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
свободное |
|
|
|
|
|
|
|
0^ 0.8 |
|
|
S8S |
|
630 |
|
|
|
|
|
|
|
0.S |
|
Аоо |
|
||
Рис. |
2.51. |
Изменение |
(j |
/ |
|
|
|
||||
деформации |
(сплош |
|
/ |
|
|
|
|||||
з |
OA |
|
/ |
|
|
|
|||||
ная линия) |
и самона |
t |
—г-— |
Связанное M=f% |
|||||||
ъ |
370^ |
||||||||||
пряжения |
|
(пунктир |
|
|
|
|
|
||||
ная |
линия) |
раство |
и |
|
Л', |
|
|
|
|
||
ров |
1 : 1 |
|
па |
НЦТ |
о. |
|
|
|
|
|
|
при |
ТВО |
100° С, |
2 ч |
|
|
i 3 |
7 |
14 |
V |
ге |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время |
в суткам |
|
компонент_которого характеризуется соотношением окис лов C:A:CS=1,1:1:1,6. Раствор подвергся ТВО 100°, 3 ч, затем хранился в воде 168 суток. К концу прогрева проч ность была 363 кгс/см2, а на 3-й сутки — 682 кгс/см2. В про цессе самонапряжения, которое практически закончилось в 28 суток и имело значение 54 кгс/см2, прочность изме нилась мало и составила 800 кгс/см2. Последующие 6 ме сяцев выдерживания показали, что самонапряжение до стигло 60 кгс/см2, а прочность превысила 1200 кгс/см2. Такие высокие механические свойства сохранились и при проверке раствора в условиях переменной влажности. Образцы, в 30-суточном возрасте вынимали из воды на месяц и хранили на воздухе с ср = 60°/о, затем их вновь погружали в воду для того, чтобы вновь 30 суток сохра нять в воде, и т. д. Достигнутое при этом расширение и самонапряжение при высушивании уменьшались на 25%, т. е. до 40 кгс/см2; однако при новом увлажнении оно вновь поднималось до 50 кгс/см2. В следующем цикле вы-
- сушивания и |
увлажнения самонапряжение упало до |
|
37 кгс/см2 и затем повысилось до 54 |
кгс/см2. В этот пери |
|
од прочность |
имела значения: 800 |
->1052->1074-> 1104-> |
->1107 кгс/см2. Таким образом, сохранив практически до стигнутую величину самонапряжения к 6 месяцам, образ цы на НЦ повысили прочность по сравнению с прочно-
8—239 |
ИЗ |
стыо в 28 суток: при водном хранении — на 60%, при переменном режиме выдерживания — на 40%. Можно считать, что размер усадки раствора с расходом НЦ до 1000 кг/м3 составляет 0,15—0,25%, а с расходом НЦ до 600 кг/м3 —0,1—0,15%.
ТВО |
30 |
57 |
s1 |
'*« |
<6& |
|
время |
гранения |
|
|
|
Рис. 2.52. Са.моыапряжепне |
и прочность раствора |
1 : 1 на НЦТ |
при |
длительном хранении в воде и в переменном режиме выдерживания
водное хранение образцов; |
храпение в естественной воздушной |
|
среде |
Степень уплотнения структуры цементного камня НЦ в растворе при самонапряжении показана на рис. 2.53. Образцы раствора 1:1 из НЦ того же состава, что и на
рис. 2.52 свободного и связанного расширения, обрабо |
|
танные ТВО (70° С, 3 ч), подверглись затем |
переменно |
му режиму выдерживания в воде и на воздухе, взвешива |
|
лись для определения водопоглощения и т. д. Обработан |
|
ные ТВО образцы свободного расширения |
после ТВО |
поглотили |
4,72% |
воды, а связанного — всего 2,01%, т. е. |
в 2 раза |
меньше. |
Соответственно в суточном возрасте |
водопоглощение составило 5,91% против 3,32%, а в 18- суточном—9% против 7,3%. Образцы водного хранения стабилизировали водопоглощение (9,5 и 8,7%) в течение
114
6 мес. Основная часть этой воды (более 50%) была за трачена на образование СзА(С8) 3 Н 3 1 и на гидратацию солей цемента.
Обрацы переменного режима выдерживания попере менно отдавали воду и вновь ее поглощали. При этом
S1 |
П |
SO |
108 |
126 |
Л* |
160 |
51 |
|
87 |
|
117 |
147 |
Ш |
Время |
хранения |
в |
сутках |
|
|
Рис. 2.53. Водопоглощение и прочность призм из раствора
1:1 |
НЦ |
(ТВО 70° С, |
3 ч) состава |
58 : 22 : 15 : 5, твердею |
||
щих |
в |
различных условиях |
влажности при |
свободном |
||
|
|
и связанном расширении |
|
|||
|
• водное хранение |
образцов; |
— |
• хранение в |
естественной |
|
|
|
|
среде |
|
|
амплитуда прглощения образцов свободного расширения была (9,5—4,5) = 5°/<ь в то время как для образцов свя занного выдерживания (8,8—6) = 2 , 8 % . После повторе ния циклов наблюдается дальнейшее уменьшение вели чины водопоглощения. Цифры на кривых показывают прочность образцов в указанном возрасте.
Данные рис. 2.52 показывают, что расширяющий ком понент НЦ очень энергично поглощает воду для образо вания гидросульфоалюминатов кальция. При обеспе ченном притоке воды оно завершается в течение 1 мес. Для образцов свободного расширения это образование проходит значительно быстрее. Однако плотность струк туры как свободно-, так и связанно-деформируемых об разцов получилась высокой вследствие большого коли чества воды, необходимой, для образования трнсульфата
кальция. В |
образцах связанного |
расширения новая |
структура |
отдает воду медленнее |
и поглощает ее |
быстрее. |
|
|
Напрягающий цемент является очень быстросхватывающимся вяжущим, и растворы и бетоны на НЦ долж-
115
ны подвергаться специальной процедуре предваритель ной гидратации или снабжаться замедлителями схваты вания. Для растворов и бетонов на НЦ в качестве лучших замедлителей рекомендуется-ССБ и другие замедлители, например А и Б (состав не публикуется). Эти добавки не ухудшают технические показатели изделий и не сни жают самонапряжение и прочность. Их можно вводить непосредственно в НЦ при помоле на заводе, и тогда НЦ становится вяжущим с нормальными сроками схваты вания.
Растворы и бетоны на напрягающем цементе облада ют высокой водонепроницаемостью, являющейся следст вием большого уплотнения структуры цементного камня НЦ при ее образовании и в условиях всестороннего сжа тия, возникающего вследствие самонапряжения. Конт рольные значения водонепроницаемости (см. табл. 2.8) обычно существенно превышаются.
2.6. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ РПЦ (НАПРЯГАЮЩИЙ)
' В 1951 г. И. В. Кравченко и Ю. Ф. Соломатина пред ложили новое вяжущее [41], которое быстро затверде вало при пропаривании и обладало при водном или комбинированном (3 суток в воде, затем на воздухе) вы держивании свойствами расширяться без снижения проч ности. Этот цемент хотя и называется расширяющимся, вполне может быть отнесен к разряду слабонапрягающих цементов. Он является гидравлическим вяжущим и по лучается совместным помолом портландцементного клин кера (58—63%), высокоглиноземистого шлака ( 5 — 7 % ) , двуводного гипса (7—10%) и доменного гранулирован ного шлака (23—28%).
РПЦ — водонепроницаемое вяжущее, способное рас ширяться в водных условиях и на воздухе при условии увлажнения первые 3 суток. Количество S в цементе не менее 3,3 и не более 5%. Сроки схватывания РПЦ такие же, как и у исходного портландцемента. Цемент имеет
две марки—300 и 400. Прочность |
образцов-балочек |
из |
раствора 1:3 и их половинок соответственно на изгиб |
50 |
|
и 60 и на сжатие 300 и 400 кгс/см2. |
|
|
Расширение чистого цементного камня в призмах 4 0 Х Х 4 0 Х 1 6 0 мм составляет:
116
При водном твердении: |
|
|
|||
в возрасте |
1 суток |
0,15% |
|
||
» |
» |
28 |
» |
не менее 0 , 2 % |
|
|
|
|
|
и не более 2% |
|
При |
комбинированном твердении: |
|
|||
в возрасте |
1 |
суток |
0,15% |
|
|
» |
» |
28 |
» |
0,05% |
|
В условиях воздушного |
выдержива |
|
|||
ния |
|
|
|
усадка до_р_Л_2а |
. . _ |
Для изготовления РПЦ используют глиноземистый шлак доменного производства с содержанием основных окислов (в % ) : А не менее 42, С 38—44 и S не более 11. Природный двуводный гипс для РПЦ должен содержать не менее 95% C S H 2 . Образцы бетона с расходом РПЦ 400 кг/м3 обнаруживают полную водонепроницаемость при рабочем давлении 10 атм через 5 суток после изго товления. При пропаривании бетона водонепроницае мость приобретается тотчас же после прогрева.
Приведенные данные позволяли рассчитывать, что этот цемент должен обладать свойствами самонапрягать железобетон. Для выяснения степени самонапряжения РПЦ, выдерживаемого в водных условиях, с участием авторов были поставлены специальные испытания. В ка честве исходных материалов для РПЦ были использо ваны:
портландцементный клинкер Подольского завода, со держащий (в % ) : S —20,5, А — 5 , F — 5 , С —65 и М —1,7; высокоалюминатный шлак Пашийского завода, со
держащий (в % ) : S —9, А —47,6 и С — 4 1 ; гранулированный шлак, содержащий (в % ) : S—39,3,
А—6,3, F—3,9, С—48 и М—0,4;
гипс природный, имеющий 85% CSH 2 .
Состав цементного теста — 64 : 20 : 7 : 9 и 61 : 24 : 6 : 9. Прочность образцов обоих составов на 28-е сутки превы сила 400 кгс/см2, линейное расширение после ТВО (6 ч в воде) на 28-е сутки составило соответственно 1,2 и 0,7%. Цементное тесто, подвергнутое ТВО, а затем водному вы держиванию, имело следующие величины самонапряже ния: в 1-е сутки—4; на 7-е сутки—24 и на 28-е сутки — 27 кгс/см2. В растворах 1:1 самонапряжение составляло 10—12 кгс1см2.
Эти данные показывают, что РПЦ должен быть отне сен к разряду слабонапрягающих цементов. Некоторое изменение состава РПЦ, заключающееся в увеличении
117
содержания А и S, несомненно, даст увеличение самона пряжения до 20 кгс/см2. РПЦ выпускается промышлен ностью по индивидуальным заказам.
2.7. АЛУНИТОВЫЙ НАПРЯГАЮЩИЙ ЦЕМЕНТ АНЦ
/Изобретением напрягающего цемента [49] преду сматривается использование в расширяющем компоненте естественного или искусственного вещества СА, содер жащего глиноземистый цемент, горелые породы, глиежи, вапы, алунит и др. Наиболее интересным веществом яв ляется алунит, который представляет собой горную по роду, довольно широко распространенную в СССР [83]. Наиболее мощным, разведанным и эксплуатируемым ме
сторождением |
является Заглпкское |
(Азербайджанская |
ССР, Кировабад) с запасами породы |
свыше 100 млн. т. |
|
Имеются |
значительные запасы |
алунитизированиой |
породы в Средней Азии (Акташское месторождение, Уз бекистан и залегания в Туркмении и Таджикистане), на Урале (Журавлинское месторождение)', в Закарпатье
(Береговское месторождение) |
и в других районах СССР. |
Химический состав загликского алунита (в % ) : А— |
|
37; S—38,6; К—11,4; Н—13; |
присутствуют примеси F, |
S, каолинита, полевого шпата |
и др. Содержание алунита |
в алунитизированиой породе—30—55%, для Загликско го месторождения —45—55 %.
Минералогический состав алунита в точности еще не установлен [83] . В. И. ГДветков и Е. П. Вельяшихип (1955 г\) дают состав K A S 3 • АН3 . Г. В. Лабутин (1965 г.) —
K S - A S 3 - 2 A 2 H 3 , П. |
Г. |
Берг (J967 г.) — K S - A S 3 - 2 - A I T 3 . |
|
Н. В. Белов |
(1967 г.) — K S • AS3 • 4А1~Ь и М. А. Кашкая и |
||
И. А. Бабаев |
(1961 |
г.) |
— 0,6KS - 0,4NS - AS 3 - 2AH 3 . |
Совершенно очевидно, что в алуните всегда присутст вуют гидроокись алюминия и сернокислый алюминий.
Алунит — очень интересный минерал, могущий явить ся поставщиком активных алюминатов для получения на прягающего цемента; при определенных условиях пере работки обжигом могут быть использованы и освободив шиеся сульфаты: при обжиге алунита при температуре 600° С вся гидратная вода выделяется и от гидроокиси АН 3 остается активная окись алюминия А; при обжиге алунита при температуре 700° С A S 3 разлагается и в сое-
118
динение для образования гидросульфоалюмината каль ция входят A, S и С портландцементного клинкера, что дает своеобразный эффект.
Алуиитизированные породы как сырье для получения расширяющегося и напрягающего цементов с 1960 г. де тально изучались К. С. Кутателадзе и его учениками — Т. Г. Габададзе, Н. Г. Нергадзе и др. [84, 96 и 103], ко торые получили заслуживающие внимание результаты. Особый интерес представляют работы последних лет, в результате которых отработаны составы НЦ из порт ландцементного клинкера, алунитовой породы, обожжен ной при 600 или 700° С, и гипса. Цемент с алунитом, обожженным при 700° С в течение 30 мин, назван ими АНЦ-1; цемент с алунитом, обожженным при 600° С в те чение 1 ч, —АНЦ-2. Обжиг алунитовой породы необхо дим для того, чтобы подготовить алюминаты к активному и быстрому реагированию с CS для образования трисуль фата алюмината кальция. Для установления оптималь ной температуры обжига было проверено влияние иа свойства продукта различных температур обжига—400,
500, 600, 700, 800 и 900° С с выдержкой |
на обогреве 60, |
30 и 15 мин. |
_ |
АНЦ состава 75:15:10 с алунитом, обожженным при разной температуре, был проверен на расширяемость (рис. 2.54). Как видно, АНЦ на необожженном алуните до 14 суток расширяется в воде очень медленно—удли нение образцов составило всего 0,2%; в дальнейшем рас ширение возрастает: на 28-е сутки удлинение достигает 0,3, через три месяца-—0,8, через шесть месяцев—9,5%; затем образец разрушился. Аналогичны были показатели АНЦ на алуните, обожженном при 400° С. Наибольшее расширение (4—6%) было у АНЦ на алуните, обожжен ном при 600 и 700° С. Дальнейшее повышение температу ры обжига (до 800—900° С) существенно уменьшает рас ширение. Обращает внимание то обстоятельство, что только после обжига алунита при 700° С и выше устра няется дополнительное расширение после 28 суток твер дения. При температурах обжига ниже 700° С в после дующие сроки наблюдается дополнительное расширение.
О малой пригодности необожженного алунита для~по~- лучения доброкачественного АНЦ было известно из ра бот НИИЖБ по исследованию АНЦ, сырого и обожжен ного при низких температурах. На рис. 2.55 показано
119