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: 195
Скачиваний: 2
общающих цементу способность расширяться в процес се твердения, компенсируя усадку бетона. Этот цемент применен в опытном порядке в гидротехническом строи тельстве. Адундшззьш. напрягающий цемент АНЦ пред ложен авторами в составе портландцемеитного клинкера (73—78%), алуиитовой породы, обожженной при 600— 700°С (12—15%), и гипса (10—12%). Температура об жига алуиитовой породы придает весьма различные свойства получаемому АНЦ: после обжига при 600° С АНЦ в первые сутки расширяется на 0,5%, а затем, бу дучи опущен в воду, расширяется до 10%; после обжига при 700° С АНЦ в первые 3—4 ч твердения расширяется на 5—10%; при дальнейшем водном хранении наблюда ется еще небольшое расширение, которое стабилизирует ся. Степень достигаемого цементным тестом самонапря жения составляет 40—60 кгс/см2, что указывает на вы деление АНЦ большой энергии самонапряжения, могу щей обеспечить в железобетоне интенсивное преднапряжение.
С целью обеспечить строителей дешевым расширяю щимся цементом авторы предложили безусадочный и расширяющийся портландцемент на базе обожженной
глины и горелых |
пород |
терриконов. |
При |
добавлении |
|||
к портландцементу |
20—30% |
глины, |
обожженной |
при |
|||
600—800° С, |
или |
горелой |
породы, |
обожженной |
при |
||
700—800° С с |
одновременным |
вводом |
2—4% |
гипса, |
по |
лучаются безусадочный (0,12—0,4%)) и расширяющийся (0,6—0,8%) цементы. Прочность этих цементов на 12— 34% ниже прочности исходного портландцемента.
Под' руководством О. П. Мчедлова-Петросяна над малорасширяющимся цементом работают Л. Г. Филатов, А. В. Ушеров-Маршак и др. [114]. Были разработаны слаборасширяющиеся составы на основе портландцемен та, существенно снижающие последующую усадку бето на. Расширяющийся цемент РВВБРБ получается при добавке к портландцементу алюминиевого порошка ,'(0,01%), сульфата алюминия ( 2 % ) , хлористого кальция (2%) и сульфитно-спиртовой барды (0,15%)- Расшире ние теста составляет 0,4—0,8%, что указывает на воз можность предотвращения появления в бетоне усадоч ных трещин.
За рассматриваемый |
период много |
исследований |
расширяющихся цементов |
проведено в |
Японии. Почти |
в десяти университетах, |
исследовательских институтах |
23
и лабораториях под руководством известных профессо ров велись работы по созданию и изучению расширяю щихся цементов на основе твердения кальцийсульфоалюмннатного клинкера [87, 142, 146]. Японские предложе ния в основном аналогичны американским и касаются использования кальцийсульфоалюминатного клинкера вида C4A3S и C3A3S в качестве расширяющегося компо нента, добавляемого в количестве 10—13% к портланд цементу. В результате получается расширяющийся це мент, способный в бетонах давать расширение порядка 0,5—1,5% и полиостью гарантировать от возникновения в бетонах усадочных трещин. Разработанный в Японии цемент находит применение в строительстве.
Помимо приведенных в настоящей главе работ раз личных авторов над расширяющимся и напрягающим цементами, представляют интерес исследования многих зарубежных ученых: Т. Армстронга — сульфоалюминатпый цемент [106]; Д. В. Пфейфера — тепловая обработ ка расширяющегося цемента [107]; Г. Боддорфа—рас ширяющийся цемент [108]; К. Аустена и Е. Бубниса—
цементы, компенсирующие |
усадку |
[109]; С. Четтерджи |
||||
и Дж. |
Джеффери — разработка |
гипотезы сульфатного |
||||
расширения |
[100]; Д. Магура—разработка |
проблемы |
||||
получения |
расширяющихся |
цементов |
[91]; |
С. Шопра |
||
и М. |
Рея—приготовление |
и химизм |
расширяющихся |
цементов [92]; И. Девара—бетоны на расширяющихся цементах [99]; Г. Монфора—изучение свойств расши
ряющихся |
и |
напрягающих цементов США и СССР |
|||||
[110]; |
Р. |
Пека — Кем-Камп-цементы, компенсирующие |
|||||
усадку |
[111, 112]; Б. Массера—свойства расширяющих |
||||||
ся цементов |
[117]; |
Г. Калоусека—устранение |
трещин, |
||||
образующихся |
|
при |
твердении портландцементов [118]; |
||||
Норса и С. Оливера—свойства |
и способы изготовления |
||||||
расширяющихся |
цементов [119]; |
Ф. Шенкера и Т. Шан- |
|||||
на — развитие |
|
изобретения расширяющегося |
цемента |
||||
[120]; |
Шутьена |
Ли — бетоны на расширяющихся |
цемен |
тах [121, 122]; М. Швита, У. Лудвига и П. Гегера — изу
чение |
системы |
С3 А—CS—С—Н [129]; А. |
Густафферо, |
Н. Грининга и П. Клигера —морозостойкость |
расширяю |
||
щегося |
цемента |
[130]; Дж. Симса—трещиностойкость |
бетона на расширяющемся цементе [131, 132]; Д. Мак-Ки—изучение технических свойств расширяю щегося цемента [136] и др.
24
Для всех упомянутых исследований по расширяю щимся и напрягающим цементам, начатых еще в сороко вых годах, характерно то, что вес предложенные п ис следованные расширяющиеся и напрягающие цементы основываются на действии механизма расширения и са монапряжения железобетона в результате образования сложной молекулы гидросульфоалюмината кальция. Исходные материалы расширяющихся и напрягающих цементов различны, а методы воздействия на гидратируемые вещества-разнообразны и могут изменяться в широких пределах; однако положительный результат достигается лишь в определенных состояниях и услови ях. В этой связи только некоторые из исследователей по лучили действительно хорошие результаты и смогли вы двинуть конкретные предложения о применении расши ряющихся и напрягающих цементов в промышленности и строительстве.
Г л а в а 2
Р А С Ш И Р Я Ю Щ И Е СЯ И Н А П Р Я Г А Ю Щ И Е ЦЕМЕНТЫ
А. РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ЦЕМЕНТЫ
2.1. УСАДКА ЦЕМЕНТА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА СТРОИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА
Из цементов, используемых в строительстве, наи большее применение получил портландцемент. Поэтому именно портландцемент принят нами для получения напрягающего цемента. Рассмотрим механизм схваты вания и твердения этого цемента с позиции физикохимии.
Наиболее характерными разновидностями структуры алитового портландцемента являются клинкерные сое динения вида:
а) высокоалюминатногопортландцемента (рис.2.1,а), в котором полиминеральные C3 S и C2 S склеены массой алюминатных С3 А и некоторым количеством ферроалюминатных C 4 AF соединений кальция;
б) браунмнллеритового портландцемента |
(рис.2.1,б), |
в котором полиминеральные структуры C3 S |
и C2S скле |
ены массой исключительно ферроалюминатных C 4 A F ' соединений кальция; С3 А полностью отсутствует.
При затворении цемента водой в результате адсорбционног_о_и.химического диспергирования зерна цемента распадаются на отдельные микроосколки, покрываются диполями воды и образуют гидратирующиеся частицы исходных материалов. Это диспергирование, хорошо описанное П. А. Ребиндером [44], облегчается высокой растворимостью массы алюминатных и ферроалюминат ных соединений и расклинивающим действием воды, проникающей в многочисленные микротрещины частиц цемента. Скорость диспергирования цемента была де тально изучена Н. Г. Зайцевой и А. М. Смирновой [72],
которые показали (рис. 2.2), что при затворении |
водой |
С3 А в течение первого часа удельная поверхность |
цемен- |
26
пресыщение раствора и обеспечивает кристаллизацию новообразовании вокруг зерна цемента, поскольку он от делен от него слоем диффузной воды, свободной от рас творимых содей. Через этот слой в процессе дальнейшего растворения непрерывно выбрасываются гидратпрованные ноны и молекулы минералов клинкера, которые и по глощаются ближайшими центрами кристаллизации но вообразований.
|
Рис. 2.2. Увеличение удель- |
Рис. 2.3. Схема развития новооб- |
||||
|
iioii |
поверхности |
цемента |
разовамий цементного |
камня при |
|
|
|
при гидратации |
|
гидратации |
|
|
/ |
|
Структура |
цементного |
камня должна рассматривать- |
||
/ |
ся как результат взаимодействия |
зерен исходного цемеи- |
||||
/ |
та, |
гидратных новообразований |
цемента, |
связанной |
||
^ |
и |
свободной |
воды комплекса и воздуха. Роль воздуха |
|||
|
в цементном камне обычно игнорируется, однако он ока- |
|||||
[ . зывает весьма |
важное, а |
иногда |
и решающее влияние |
'.на ход и скорость гидратации и кинетику роста прочно-
\сти. От распределения воздуха в системе в значитель ной степени зависит развитие объемных деформаций, водо- и газопроницаемость системы.
Условное изображение твердеющего цемента дано на схеме (рис. 2.3) к моменту, когда процесс затвердевания в достаточной степени развился и гидратирована подав ляющая часть алюминатных соединений; зерна C3S гидратированы на некоторую глубину, зерна C2S гидратированы в очень небольшой степени и поэтому на схеме не показаны. Диффузные слои воды по мере гидратации зерен C3 S становятся тоньше, и гидратация приостанав-
28
лпвается вследствие недостатка воды. Чем больше воз духа распределено в системе, тем быстрее насыщение раствора и кристаллизация новообразований. Весь объ ем, который ранее занимала вода с растворенным в ней воздухом, теперь заполнен растущими частицами ново образований, среди которых частицы гидросиликатов кальция 1, алюминатов кальция 2 и гипса 3 взаимодей-
Рис. 2.4. Схема вза имодействия колло идных частиц цемент ного камня в капил лярном контакте (представлено в виде кольцевого мениска) при изменении влаж ности среды с ср на ср'
ствуют через свои капиллярные контакты. Стрелками в области скопления новообразований условно показан переход ионов SO3 к алюминатам кальция 2, для обра зования на их поверхности кристаллов гидросульфоалюминатов кальция в твердой фазе.
Как результат этого процесса возникает объемное давление и расширение системы, показанное на схеме противоположно направленными стрелками. С другой стороны, при гидратации гидросилнкатов кальция про исходит непрерывное сжатие систем.
Действительно, в результате постоянного отсоса во ды в направлении гидратирующихся минералов клин кера в зоне размещения цементного клея происходит всестороннее сжатие системы и отдельные частицы но вообразований сближаются (рис. 2.4), испытывая энер гичное действие молекулярных сил в контактах частиц коллоидных размеров. При сближении частиц с расстоя
ния х | до х{ |
сила их взаимодействия изменяется |
с вели |
чины k\ до kv |
капиллярное давление возрастает |
с П'п до |
Пп и соответственно увеличивается с г\ до гг диаметр капиллярного контакта^
29