Бетон химический состав и свойства: Основные свойства бетона и его виды

Добавки в бетон — виды, состав, применение.

05.03.2019

Admin В Статьи Нет комментариев

Несмотря на то, что современный бетон при его качественном производстве вполне готов к использованию, однако есть определенные специальные смеси, которые делают его еще лучше за счет увеличения:
• прочности;
• влагонепроницаемости;
• подвижности;
• трещино- и морозостойкости:
• защиты от солей и прочих полезных качеств.

Добавки для бетона

Основные химические добавки в бетоны, что успешно используются в производстве, можно распределить по таким группам:

1. Добавки для бетона, влияние которых осуществляется на основные его свойства (образование пор, удержание воды, пластичность и прочие).
2. Добавки, которые влияют на быстроту затвердевания, процесс гидратации, твердения и прочности.
3. Противоморозные добавки, благодаря которым можно работать со смесями в минусовую температуру.
4. Улучшающие противостояние коррозии, морозостойкость и прочность добавки.
5. Специальные добавки в бетон, придающие полимерные, биоцидные свойства и прочие.
6. Расширяющие, что снижают усадку конструкций, повышают стойкость к образованию трещин и создающие самонапряжение железобетонных изделий.
7. Гидроизоляционные добавки в бетон.
8. Красители-пигменты.
9. Газо-, пенообразующие и прочие добавки, создающие в бетоне поры (используются для легких видов бетона).
10. Ингибиторы коррозии, которые более предназначены для стальной арматуры и предотвращающие ее разрушение.

Основные виды добавок в бетон

Производство и продажа бетона в Москве — это наш основной профиль, поэтому мы бы хотели поделиться с вами информацией по добавкам, чтобы вы сделали правильный выбор.

Добавки в бетон, состав которого существенно улучшается за счет их присутствия, есть самые разнообразные. Исходя из описанных выше групп, видов еще больше. На основных из них мы остановимся подробнее.

Пластификаторы и суперпластификаторы – это, пожалуй, одна из наиболее используемых среди остальных добавка. Основное назначение таких веществ – абсорбировать воду в смеси, а точнее уменьшить в ней соотношение цемента и воды. На практике, если уменьшать количество воды, то смесь получается жесткой и укладывать ее сложно. Потому для подвижности бетона воды добавляют больше, а чтобы конструкция была прочной, используют пластификаторы, а точнее уже суперпластификаторы – их усовершенствованные аналоги. Вследствие этого бетон становится:
• пластичнее;
• плотнее;
• более морозостойким;
• водонепроницаемым;
• экономным в использовании.

При этом изделия из бетона прочнее в среднем на 25%, а свежеуложенные смеси не требуется вибрировать. Они легко заливаются и лучше сцепляются с арматурой. Однако, есть один несущественный недостаток – бетонные конструкции схватываются и твердеют немного дольше обычного. Хотя, для нейтрализации этого эффекта (если действительно важно, чтобы смесь быстрее застыла) используют ускорители твердения бетона.

Ускорители как добавки в бетон, состав его не меняют, но способствуют сокращению времени на затвердевание. Их используют преимущественно наряду с пластификаторами либо при заливках такого типа, когда нужно, чтобы конструкции схватились быстрее для продолжения работ. Как пример, ускорители твердения бетона используют при сооружении бассейных чаш. Также полезно такое свойство бетона в прохладную погоду.

Замедлители твердения бетона – это еще один вид добавок, действие которого обратное предыдущему. Их применение необходимо для увеличения живучести, например, при дальних транспортировках или тогда, когда скорая заливка невозможна. К этим добавкам относят водопонизители, которые также способствуют замедлению затвердевания.

Противоморозные добавки обеспечивают возможность укладки бетона в зимний период. Благодаря им даже в минусовую температуру готовые конструкции не требует прогрева. Благодаря тому, что есть такие добавки для бетона, даже при -25 можно продолжать работы. Конечно, сами по себе такие погодные условия для работы некомфортны, но в крайне экстремальных и срочных случаях противоморозные добавки будут полезными. Бетон для фундамента особенно необходимо усиливать специальными добавками и пластификаторами.

Воздухововлекающие добавки при замешивании смеси способствуют образованию мелких маленьких воздушных пузырьков, отчего структура бетона микропористая. От этого конструкции становятся более морозостойкими. Однако, уберегая от разрушения в составах цементный камень, эти добавки в бетон не защищают заполнители. Кроме того, конструкции с порами менее прочные, потому эти добавки используют не так часто.

Как правило, используют комплексно добавки в бетон и цементный раствор. Состав его от этого приобретает сразу несколько дополнительных свойств, а смесь – наиболее оптимальна по характеристикам для заливки. Есть даже специальные добавки двухкомпонентные, например, с суперпластификатором в основе и ускорителем затвердевания или воздухововлекающей добавкой в довесок. Благодаря этому получаются отличные высокопрочные смеси. Главное, ввести добавки в правильном соотношении и концентрации и правильно использовать их для разных видов бетонных конструкций.

Добавки и присадки в бетон — видео

Помогите сделать наш сервис лучше, поделитесь ссылкой в соц. сетях:

Цемент химический состав, свойства и методы производства

Цемент – основной строительный материал, который используют для создания бетонной и отделочной смеси. Он представляет собой порошкообразное вещество, которое при соединении с водой превращается в пластичную вяжущую массу, а затем застывает и становится похожей на камень. В зависимости от вида работ, которые необходимо выполнить, в цементную смесь могут входить разные компоненты, но основными считаются клинкер, гипс и разнообразные минеральные добавки.

Состав цемента: особенности и виды

Разновидностей цемента очень много: это комплексный материал, состав которого может варьироваться. Однако существуют базовые нормы, которые предполагают присутствие определенных составляющих. Как правило, это около 70 % неорганических компонентов, 20% органических плюс 10% жидкости.

Основа порошка – клинкер, который представляет собой гранулы известняка и глины с особым обжигом. Такой полуфабрикат зачастую имеет средние или маленькие фракции – до 6 см. Если рассматривать состав базового цемента более подробно, то в сухой смеси можно также обнаружить:

  • Известь;
  • Кремнезем или диоксид кремния;
  • Гипс или оксид железа;
  • Магний.

Конечно, точный состав и процентное соотношение компонентов можно узнать только прочитав информацию на упаковке, ведь установленной химической формулы для цемента просто не существует. Присутствие добавок и соотношение компонентов может рассказать и об основных свойствах смеси, к примеру, примерное время схватывания, степень вязкости раствора, а также эффективность при использовании в нестандартных климатических условиях.

Способы приготовления

Производственные схемы, с помощью которых создают цементный порошок, имеют несколько вариаций. Так, самым простым считается способ с высушенной базой, при котором все составляющие дробят несколько раз, а затем обжигают и охлаждают. Простота и минимальные энергозатраты отражаются на стоимости – она невысокая. Кроме этого, строительный цемент можно приготовить:

  • Мокрым методом, при котором база для сырья представляет собой вязкую кашу, состоящую из мела и жидкости. Дробят в порошок смесь уже после сушки и печной обработки;
  • Комбинированным способом, который включает в себя описанные выше варианты. Такой цемент получается более влажным, ведь содержит около 20% влаги. Вязкую кашу сушат, гранулируют, а только потом обжигают в специальных печах.

Существует также бесклинкерная схема, где база – это гидравлический или доменный шлак. В таком цементе присутствует значительное количество модификаторов и активаторов, которые улучшают характеристики готовой смеси. Сырье дробится и перетирается, а затем используется для строительных целей. Осуществление любой из схем требует наличия высокотехнологичного оборудования, а именно добывающих машин, печных установок, фасовочных станков и транспорта для доставки.

Основные свойства цемента

Каждая марка порошка имеет свои собственные уникальные свойства и особенности. К примеру, портландцемент, созданный по традиционной формуле, отлично подходит для отделки, штукатурки и декорирования, то есть считается универсальным.

Цемент с высоким содержанием шлаков используется более узко – только для создания массивных бетонных конструкций. Минеральные добавки помогают повысить прочность и стойкость при строительстве гидротехнических объектов, а вот пластификаторы и сульфаты в составе позволяют создавать сложные формы и характеризуются высокой влаго- и морозостойкостью.

Также при покупке стоит обратить внимание на скорость твердения и степень активности: иногда такие факторы являются основополагающими при выборе.

Поделиться с друзьями

    Ноу-хау о составе и свойствах Типы цемента

    Цемент вообще, клеящие вещества всех видов, а в более узком смысле вяжущие материалы, применяемые в строительстве. Цементы такого типа представляют собой тонкоизмельченные порошки, которые при смешивании с водой превращаются в твердую массу. Схватывание и отверждение являются результатом гидратации, которая представляет собой химическую комбинацию цементных составов с водой, которая дает субмикроскопические кристаллы или гелеобразный материал с большой площадью поверхности. Из-за своих гидратирующих свойств строительные цементы, которые затвердевают даже под водой, часто называют гидравлическими цементами. Наиболее важным из них является портландцемент.

    В этой статье рассматривается историческое развитие цемента, его производство из сырья, его состав и свойства, а также проверка этих свойств. Основное внимание уделяется портландцементу, но внимание также уделяется и другим типам, таким как шлакосодержащий цемент и высокоглиноземистый цемент. Строительные цементы имеют общие химические компоненты и методы обработки с керамическими продуктами, такими как кирпич и плитка, абразивы и огнеупоры.

    ПРИМЕНЕНИЕ ЦЕМЕНТА

    Цементы можно использовать отдельно (т. е. в качестве материалов для затирки), но обычно они используются в строительном растворе и бетоне, в которых цемент смешивается с инертным материалом, известным как заполнитель. Раствор представляет собой цемент, смешанный с песком или щебнем, размер которого не должен превышать приблизительно 5 мм ( 3 / 16 дюймов). Бетон представляет собой смесь цемента, песка или другого мелкого заполнителя и крупного заполнителя, размер которого для большинства целей составляет от 19 до 25 мм ( 3 / 4 до 1 дюйма), но крупный заполнитель также может быть до 150 мм (6 дюймов), когда бетон укладывается в большие массы, такие как плотины. Растворы используются для скрепления кирпичей, блоков и камня в стенах или в качестве поверхностной штукатурки. Бетон используется для самых разных строительных целей. Смеси грунта и портландцемента используются в качестве основы для дорог. Портландцемент также используется в производстве кирпича, черепицы, черепицы, труб, балок, шпал и различных экструдированных изделий. Изделия изготавливаются на заводах и поставляются готовыми к установке.

    Поскольку сегодня бетон является наиболее широко используемым из всех строительных материалов в мире, широко распространено производство цемента. Ежегодно в развитых странах выливается почти одна тонна бетона на душу населения.

    ИСТОРИЯ ЦЕМЕНТА

    Происхождение гидравлических цементов восходит к древней Греции и Риму. В качестве материалов использовались известь и вулканический пепел, который медленно реагировал с ним в присутствии воды с образованием твердой массы. Это сформировало вяжущий материал для римских растворов и бетонов 2000 лет назад и последующих строительных работ в Западной Европе. Вулканический пепел, добытый недалеко от того места, где сейчас находится город Поццуоли, Италия, был особенно богат важными алюмосиликатными минералами, что дало начало классическому пуццолановому цементу римской эпохи. По сей день термин пуццолановый или пуццолановый относится либо к самому цементу, либо к любому мелкодисперсному алюмосиликату, который реагирует с известью в воде с образованием цемента. (Термин цемент происходит от латинского слова cementum, что означало каменную крошку, которая использовалась в римском растворе, а не сам вяжущий материал. )

    Портландцемент является преемником гидравлической извести, которая была впервые разработана Джоном Смитоном в 1756 году, когда его вызвали для возведения каменного маяка Эдди у побережья Плимута, Девон, Англия. Следующей разработкой, имевшей место около 1800 г. в Англии и Франции, стал материал, полученный путем обжига конкреций глинистого известняка. Вскоре после этого в Соединенных Штатах аналогичный материал был получен путем сжигания встречающегося в природе вещества, называемого «цементной породой». Эти материалы относятся к классу, известному как натуральный цемент, который похож на портландцемент, но имеет более легкий обжиг и не имеет контролируемого состава.

    Изобретение портландцемента обычно приписывают Джозефу Аспдину из Лидса, Йоркшир, Англия, который в 1824 году получил патент на материал, полученный из синтетической смеси известняка и глины. Он назвал продукт «портландцемент» из-за воображаемого сходства материала при затвердевании с портландским камнем, известняком, используемым для строительства в Англии. Продукт Аспдина, возможно, был слишком легко обожжен, чтобы быть настоящим портландцементом, и настоящим прототипом, возможно, был продукт, произведенный Исааком Чарльзом Джонсоном на юго-востоке Англии около 1850 года. Производство портландцемента быстро распространилось на другие европейские страны и Северную Америку. В течение 20 века производство цемента распространилось по всему миру. К началу 21 века Китай и Индия стали мировыми лидерами по производству цемента, за ними следуют США, Бразилия, Турция и Иран.

    Производство цемента

    СЫРЬЕ

    СОСТАВ

    Портландцемент состоит в основном из соединений извести (оксид кальция, CaO) с примесью кремнезема (диоксид кремния, SiO 2 900 14) и оксид алюминия (оксид алюминия, Al 2 О 3 ). Известь получают из известкового (известкового) сырья, а остальные оксиды получают из глинистого (глинистого) материала. Дополнительное сырье, такое как кварцевый песок, оксид железа (Fe 2 O 3 ), и боксит, содержащий гидратированный алюминий, Al (OH) 3 , можно использовать в меньших количествах для получения желаемого состава.

    Самым распространенным известняковым сырьем являются известняк и мел, но также используются и другие материалы, такие как отложения кораллов или ракушек. Глины, сланцы, сланцы и эстуарные илы являются обычным глинистым сырьем. Мергель, плотная известковая глина и цементная порода содержат как известковые, так и глинистые компоненты в пропорциях, иногда приближающихся к составу цемента . Другим сырьем является доменный шлак, который состоит в основном из извести, кремнезема и глинозема и смешан с известковым материалом с высоким содержанием извести. Каолин, белая глина, содержащая мало оксида железа, используется в качестве глинистого компонента для белого портландцемента. Промышленные отходы, такие как летучая зола и карбонат кальция от химического производства, являются другим возможным сырьем, но их использование невелико по сравнению с природными материалами.

    Содержание магнезии (оксида магния, MgO) в сырье должно быть низким, поскольку допустимый предел в портландцементе составляет от 4 до 5 процентов. Другими примесями в сырье, которые должны быть строго ограничены, являются соединения фтора, фосфаты, оксиды и сульфиды металлов, а также избыток щелочей.

    Другим важным сырьем является гипс, около 5 процентов которого добавляют к обожженному цементному клинкеру во время измельчения, чтобы контролировать время схватывания цемента. Портландцемент также может быть получен в комбинированном процессе с серной кислотой с использованием сульфата кальция или ангидрита вместо карбоната кальция. Двуокись серы, образующаяся в дымовых газах при сжигании, превращается в серную кислоту обычными процессами.

    ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА

    Сырье, используемое в производстве цемента, добывается путем добычи твердых пород, таких как известняки, сланцы и некоторые сланцы, при необходимости с помощью взрывных работ. Некоторые месторождения разрабатываются подземным способом. Более мягкие породы, такие как мел и глина, можно выкапывать непосредственно экскаваторами.

    Извлеченные материалы транспортируются на дробильную установку грузовиками, грузовыми железнодорожными вагонами, ленточными конвейерами или канатными дорогами. Их также можно транспортировать во влажном состоянии или в виде суспензии по трубопроводу. В регионах, где нет известняков с достаточно высоким содержанием извести, можно использовать какой-либо процесс обогащения. Пенная флотация удалит излишки кремнезема или глинозема и, таким образом, улучшит качество известняка, но это дорогостоящий процесс, который используется только в случае необходимости.

    Добыча цемента

    ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТА

    Производство портландцемента состоит из четырех стадий:

    1. Дробление и измельчение сырья.
    2. Смешивание материалов в правильных пропорциях.
    3. Обжиг приготовленной смеси в печи.
    4. Измельчение обожженного продукта, известного как «клинкер», вместе с примерно 5 процентами гипса (для контроля времени схватывания цемента).

    Три процесса производства известны как влажный, сухой и полусухой процессы и называются так, когда сырье измельчается влажным способом и подается в печь в виде суспензии, измельчается всухую и подается в виде сухого порошка или измельчается всухую и затем увлажняют с образованием узелков, которые подают в печь.

    ДРОБЛЕНИЕ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ

    Все материалы, кроме мягких, сначала измельчаются, часто в два этапа, а затем измельчаются, как правило, во вращающихся цилиндрических шаровых или трубчатых мельницах, содержащих загрузку стальных мелющих шаров. Этот помол производится мокрым или сухим, в зависимости от используемого процесса, но для сухого помола сырье сначала может потребоваться высушить в цилиндрических вращающихся сушилках.

    Мягкие материалы измельчаются путем интенсивного перемешивания с водой в промывочных мельницах с образованием мелкодисперсной суспензии, которая проходит через сита для удаления крупных частиц.

    СМЕШИВАНИЕ

    Первое приближение к химическому составу, необходимому для конкретного цемента, получается путем выборочной добычи и контроля сырья, подаваемого на дробильно-измельчительную установку. Более точный контроль достигается путем вытягивания материала из двух или более партий, содержащих несколько различающихся по составу сырьевых смесей. При сухом способе эти смеси хранятся в силосах; шламоемкости используются в мокром процессе. Тщательное перемешивание сухих материалов в силосах обеспечивается перемешиванием и интенсивной циркуляцией сжатого воздуха. В мокром процессе резервуары для навозной жижи перемешиваются механическими средствами или сжатым воздухом, или обоими способами. Шлам, который содержит от 35 до 45 процентов воды, иногда фильтруют, уменьшая содержание воды до 20-30 процентов, а затем фильтрационный осадок подают в печь. Это снижает расход топлива на сжигание.

    Обеспечение идеальной смеси цемента

    ОБЖИГ

    Первыми печами, в которых цемент обжигали партиями, были бутылочные печи, за которыми последовали камерные печи, а затем шахтные печи непрерывного действия. Шахтная печь в модернизированном виде до сих пор используется в некоторых странах, но доминирующим средством сжигания является вращающаяся печь. Эти печи длиной до 200 метров (660 футов) и диаметром до шести метров на установках с мокрым способом, но меньше для сухого процесса, состоят из стального цилиндрического кожуха, футерованного огнеупорными материалами. Они медленно вращаются вокруг оси, наклоненной на несколько градусов к горизонтали. Подача сырья, подаваемая с верхнего конца, медленно движется вниз по печи к нижнему, или обжиговому, концу. Топливом для сжигания может быть угольная пыль, нефть или природный газ, впрыскиваемый через трубу. Температура в конце обжига колеблется от 1350 до 1550 ° C (от 2460 до 2820 ° F) в зависимости от сжигаемого сырья. Теплообменник той или иной формы обычно встраивается в заднюю часть печи для увеличения теплопередачи к поступающему сырью и, таким образом, для уменьшения потерь тепла с отходящими газами. Обожженный продукт выходит из печи в виде небольших комочков клинкера. Они попадают в охладители, где тепло передается поступающему воздуху, а продукт охлаждается. Клинкер может быть немедленно перемолот в цемент или складирован для дальнейшего использования.

    При полусухом способе сырье в виде конкреций, содержащих от 10 до 15 процентов воды, подается на подвижную цепную решетку перед подачей в более короткую вращающуюся печь. Горячие газы, поступающие из печи, всасываются через сырые конкреции на колосниковой решетке, предварительно нагревая конкреции.

    Выбросы пыли из цементных печей могут быть серьезными неприятностями. В населенных пунктах обычно и часто необходимо устанавливать циклонные разрядники, системы рукавных фильтров или электростатические пылеуловители между выходом из печи и дымовой трубой.

    Современные цементные заводы оснащены сложной аппаратурой для контроля процесса обжига. Пробы сырья на некоторых заводах отбираются автоматически, а компьютер рассчитывает и контролирует состав сырьевой смеси. Производительность крупнейших вращающихся печей превышает 5000 тонн в сутки.

    ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ

    Клинкер и необходимое количество гипса измельчают в мелкий порошок в горизонтальных мельницах, подобных тем, которые используются для измельчения сырья. Материал может проходить прямо через мельницу (измельчение в открытом цикле) или более грубый материал может быть отделен от продукта помола и возвращен в мельницу для дальнейшего измельчения (измельчение в замкнутом цикле). Иногда к исходному материалу добавляют небольшое количество шлифовальной добавки. Для воздухововлекающих цементов (рассматриваемых в следующем разделе) аналогично производится добавка воздухововлекающих добавок.

    Готовый цемент пневматически перекачивается в силосы для хранения, из которых он извлекается для упаковки в бумажные мешки или для отправки в контейнерах.

    ОСНОВНЫЕ ЦЕМЕНТЫ: СОСТАВ И СВОЙСТВА

    ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

    Химический состав основные соединения: трехкальциевый силикат (3CaO · SiO 2 ), двухкальциевый силикат (2CaO · SiO 2 ), алюминат трикальция (3CaO · Al 2 O 3 ) и алюмоферрит тетракальция (4CaO · Al 2 O 3 Fe 2 O 3 ). В сокращенном обозначении, отличном от обычных атомарных символов, эти соединения обозначаются как C 3 S, C 2 S, C 3 A и C 4 AF, где C обозначает оксид кальция (известь) , S для кремнезема, A для глинозема и F для оксида железа. Также присутствуют небольшие количества нечесаной извести и магнезии, а также щелочи и незначительные количества других элементов.

    Портландцемент

    Гидратация

    Наиболее важными гидравлическими составляющими являются силикаты кальция, C 2 S и C 3 S. При смешивании с водой силикаты кальция реагируют с молекулами воды с образованием гидрата силиката кальция (3 СаО · 2SiO 2 · 3H 2 O) и гидроксид кальция (Ca [OH] 2 ). Этим соединениям присвоены сокращенные обозначения C–S–H (представленные средней формулой C 3 S 2 H 3 ) и CH, а реакцию гидратации можно грубо представить следующими реакциями: С + 4Н = С 3 S 2 H 3  + CH На начальной стадии гидратации исходные соединения растворяются, и при растворении их химических связей выделяется значительное количество тепла. Затем по непонятным до конца причинам гидратация прекращается. Этот период покоя или покоя чрезвычайно важен при укладке бетона. Без периода покоя не было бы цементовозов; заливка должна производиться сразу после смешивания.

    После периода покоя (который может длиться несколько часов) цемент начинает затвердевать, так как образуются CH и C-S-H. Это вяжущий материал, который связывает цемент и бетон вместе. По мере гидратации происходит непрерывное потребление воды и цемента. К счастью, продукты C–S–H и CH занимают почти такой же объем, как исходный цемент и вода; объем приблизительно сохраняется, а усадка управляема.

    Хотя приведенные выше формулы рассматривают C–S–H как определенную стехиометрию, с формулой C 3 S 2 H 3 вовсе не образует упорядоченной структуры однородного состава. C–S–H на самом деле представляет собой аморфный гель с сильно варьирующейся стехиометрией. Отношение C к S, например, может варьироваться от 1:1 до 2:1, в зависимости от состава смеси и условий отверждения.

    Структурные свойства

    Прочность портландцемента зависит от его состава и степени измельчения. C 3 S в основном отвечает за прочность, развиваемую в первую неделю твердения, а C 2 S для последующего повышения прочности. Соединения оксида алюминия и железа, которые присутствуют только в меньших количествах, вносят небольшой непосредственный вклад в прочность.

    Затвердевший цемент и бетон могут ухудшиться из-за воздействия некоторых природных или искусственных химических агентов. Соединение оксида алюминия является наиболее уязвимым к химическому воздействию в почвах, содержащих сульфатные соли, или в морской воде, в то время как соединение железа и два силиката кальция более устойчивы. Гидроксид кальция, выделяющийся при гидратации силикатов кальция, также уязвим для воздействия. Поскольку цемент выделяет тепло при гидратации, бетон, уложенный большими массами, например, в плотинах, может вызвать повышение температуры внутри массы на 40 ° C (70 ° F) выше внешней температуры. Последующее охлаждение может стать причиной растрескивания. Наибольшую теплоту гидратации проявляет C 3 A, затем C 3 S, C 4 AF и C 2 S.

    Пять типов портландцемента стандартизированы в США. согласно Американскому обществу испытаний и материалов (ASTM): обычные (тип I), модифицированные (тип II), высокопрочные (тип III), низкотемпературные (тип IV) и устойчивые к сульфатам (тип V) . В других странах тип II опускается, а тип III называется быстротвердеющим. Тип V известен в некоторых европейских странах как цемент Феррари.

    Существуют также другие специальные виды портландцемента. Цветные цементы получают путем растирания 5—10% подходящих пигментов с белым или обычным портландцементом. Воздухововлекающие цементы получают добавлением при помоле небольшого количества (около 0,05 %) органического вещества, вызывающего унос очень мелких пузырьков воздуха в бетоне. Это повышает устойчивость бетона к повреждениям при замораживании-оттаивании в холодном климате. В качестве альтернативы воздухововлекающий агент может быть добавлен в качестве отдельного ингредиента в смесь при приготовлении бетона.

    Для портландцемента воздухововлекающий агент может быть добавлен в качестве отдельного ингредиента в смесь при приготовлении бетона.

    Низкощелочные цементы — портландцементы с общим содержанием щелочей не более 0,6 процента. Они используются в бетоне, изготовленном из определенных типов заполнителей, содержащих форму кремнезема, которая вступает в реакцию со щелочами, вызывая расширение, которое может разрушить бетон.

    Кладочные цементы используются в основном для строительных растворов. Они состоят из смеси портландцемента и молотого известняка или другого наполнителя вместе с воздухововлекающей или водоотталкивающей добавкой. Водостойкий цемент — это название, данное портландцементу, в который добавлен водоотталкивающий агент. Гидрофобный цемент получают путем измельчения портландцементного клинкера с пленкообразующим веществом, таким как олеиновая кислота, чтобы снизить скорость разрушения цемента при хранении в неблагоприятных условиях.

    Тампонажные цементы используются для цементирования при бурении нефтяных скважин, где они подвергаются воздействию высоких температур и давлений. Обычно они состоят из портландцемента или пуццоланового цемента (см. ниже) со специальными органическими замедлителями схватывания, предотвращающими слишком быстрое схватывание цемента.

    ШЛАКОВЫЕ ЦЕМЕНТЫ

    Гранулированный шлак, полученный быстрым охлаждением подходящего расплавленного шлака из доменных печей, составляет основу другой группы конструкционных цементов. Смесь портландцемента и гранулированного шлака, содержащая до 65 процентов шлака, известна в англоязычных странах как доменный (шлаковый) портландцемент. Немецкие Eisenportlandzement и Hochofenzement содержат до 40 и 85 процентов шлака соответственно. Смеси в других пропорциях встречаются во франкоязычных странах под такими названиями, как цемент Portland de Far, смесь цементных металлов, цемент de Haut Tourneau и цемент de lintier au clinker. Свойства этих шлаковых цементов в целом аналогичны свойствам портландцемента, но они имеют более низкое содержание извести и более высокое содержание кремнезема и глинозема. Те, у которых более высокое содержание шлака, имеют повышенную стойкость к химическому воздействию.

    Другим типом шлакосодержащего цемента является суперсульфатированный цемент, состоящий из гранулированного шлака, смешанного с 10–15 процентами обожженного гипса или ангидрита (природный безводный сульфат кальция) и несколькими процентами портландцемента. Прочностные свойства суперсульфатированного цемента аналогичны свойствам портландцемента, но он обладает повышенной устойчивостью ко многим формам химического воздействия. Пуццолановые цементы представляют собой смеси портландцемента и пуццоланового материала, который может быть как натуральным, так и искусственным. Природные пуццоланы в основном представляют собой материалы вулканического происхождения, но включают некоторые диатомовые земли. Искусственные материалы включают летучую золу, обожженные глины и сланцы. Пуццолановые материалы — это материалы, которые, хотя и не являются вяжущими, содержат кремнезем (и оксид алюминия) в реакционноспособной форме, способной соединяться с известью в присутствии воды с образованием составов с вяжущими свойствами. Смеси извести и пуццоланового цемента все еще находят применение, но в значительной степени были вытеснены современным пуццолановым цементом. Гидратация фракции портландцемента высвобождает известь, необходимую для соединения с пуццоланом.

    ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ

    Высокоглиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющий цемент, полученный путем плавления при температуре от 1500 до 1600 °C (от 2730 до 2910 °F) смеси бокситов и вращающаяся печь. Его также можно получить путем спекания при температуре около 1250 ° C (2280 ° F). Подходящие бокситы содержат от 50 до 60% глинозема, до 25% оксида железа, не более 5% кремнезема и от 10 до 30% гидратной воды. Известняк должен содержать только небольшое количество кремнезема и магнезии. Цемент содержит от 35 до 40 процентов извести, от 40 до 50 процентов глинозема, до 15 процентов оксидов железа и предпочтительно не более примерно 6 процентов кремнезема. Основным вяжущим составом является алюминат кальция (CaO · Al 2 О 3 ).

    Высокоглиноземистый цемент набирает большую часть предела прочности в течение 24 часов и обладает высокой устойчивостью к химическому воздействию. Его также можно использовать в огнеупорных футеровках печей. Белая форма цемента, содержащая минимальные пропорции оксида железа и кремнезема, обладает выдающимися огнеупорными свойствами.

    РАСШИРЯЮЩИЕСЯ И БЕЗУСАДОЧНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

    Расширяющиеся и неусадочные цементы слегка расширяются при гидратации, тем самым компенсируя небольшое сжатие, которое происходит, когда свежий бетон высыхает в первый раз. Расширяющиеся цементы были впервые произведены во Франции около 19 г.45. Американский тип – это смесь портландцемента и расширителя, полученная путем спекания смеси мела, боксита и гипса.

    Штукатурки гипсовые

    Штукатурки гипсовые используются для оштукатуривания, изготовления гипсовых плит и плит, а также в качестве напольного покрытия. Эти гипсовые цементы в основном производятся путем нагревания природного гипса (дегидрат сульфата кальция, CaSO 4  · 2H 2 O) и его обезвоживания с получением полугидрата сульфата кальция (CaSO 4  ·  1 / 2 H 2 O) или безводный (безводный) сульфат кальция. Гипс и ангидрит, полученные как побочные продукты химического производства, также используются в качестве сырья.

    Штукатурка для стен

    Полугидрат, известный как гипс, затвердевает в течение нескольких минут при смешивании с водой; в строительных целях добавляется замедлитель схватывания, обычно кератин, белок. Штукатурки на основе безводного сульфата кальция затвердевают медленнее, и часто в качестве ускорителя добавляют в небольших количествах другую сульфатную соль. Штукатурка для пола, первоначально известная под немецким названием Estrich Gips, относится к безводному типу.

    ИСПЫТАНИЯ ЦЕМЕНТА

    Различные испытания , которым должны соответствовать цементы, изложены в национальных спецификациях на цемент для контроля крупности, прочности, времени схватывания и прочности цемента. Эти тесты, в свою очередь, описаны ниже.

    Крупность

    Крупность долгое время контролировалась ситовым тестом, но в настоящее время широко используются более сложные методы. Наиболее распространенный метод, используемый как для контроля процесса измельчения, так и для испытания готового цемента, заключается в измерении площади поверхности на единицу веса цемента путем определения скорости прохождения воздуха через слой цемента. Другие методы основаны на измерении распределения частиц по размерам по скорости осаждения цемента в керосине или путем отмывания (разделения) в воздушном потоке.

    ПРОЧНОСТЬ

    После затвердевания цемент не должен подвергаться заметному расширению, которое может разрушить раствор или бетон. Это свойство прочности проверяется путем кипячения затвердевшего цемента в воде или в паре под высоким давлением. Несостоятельность может возникнуть из-за присутствия в цементе слишком большого количества свободной магнезии или обожженной свободной извести.

    ВРЕМЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ

    Схватывание и затвердевание цемента – непрерывный процесс, но для целей испытаний различают две точки. Время начального схватывания – это промежуток между затворением цемента водой и временем, когда смесь утратила пластичность, застыв до определенной степени. Это знаменует примерно конец периода, когда влажная смесь может быть отлита в форму. Окончательное время схватывания – это момент, когда затвердевший цемент приобретает достаточную твердость, чтобы противостоять определенному давлению. Большинство спецификаций требуют, чтобы начальное минимальное время схватывания при обычных температурах составляло около 45 минут, а окончательное время схватывания не превышало 10–12 часов.

    ПРОЧНОСТЬ

    Испытания, измеряющие скорость, с которой цемент набирает прочность, обычно проводят на растворе, обычно состоящем из одной части цемента и трех частей песка по весу, смешанного с определенным количеством воды. Ранее применялись испытания на растяжение брикетов в форме восьмерки с утолщением в центре, но они были заменены или дополнены испытаниями на сжатие кубических образцов или поперечными испытаниями на призмах. Спецификация Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM) требует испытаний на растяжение цементно-песчаного раствора 1:3 и испытаний на сжатие раствора 1:2,75. Британский институт стандартов (BSI) предлагает в качестве альтернативы испытание на сжатие раствора 1:3 или бетонного образца. Международный метод, выпущенный Международной организацией по стандартизации (ISO), требует поперечного испытания призмы из цементно-песчаного раствора 1:3 с последующим испытанием на сжатие двух половин призмы, оставшихся после того, как она была сломана при изгибе. Многие европейские страны приняли этот метод. Во всех этих испытаниях указывается размер песка и, как правило, его источник.

    При испытании большинства цементов указывается минимальная прочность через 3 и 7 дней, а иногда и через 28 дней, но для быстротвердеющего портландцемента иногда требуется испытание через 1 день. Для высокоглиноземистого цемента требуются испытания на 1-е и 3-е сутки. Требования к прочности, установленные в разных странах, нельзя сравнивать напрямую из-за различий в методах испытаний. В реальном строительстве для проверки прочности бетона проводят испытания на сжатие цилиндров или кубов, изготовленных из укладываемого бетона.

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    По сути, были подробно обсуждены различные типы цементов, их химический состав и применение в современном машиностроении и химии. Различные типы улучшающих материалов и наполнителей разрабатываются с использованием нанотехнологий для продуктивного и эффективного производства цемента. Подробно рассмотрены механические дефекты бетона и возможные решения, которые можно найти с помощью химии и нанотехнологий. Кроме того, химические соединения, улавливающие CO2, такие как цеолиты и металлорганический каркас, и их вклад в обеспечение долговечности производства цемента были проиллюстрированы их химическим составом. Воздействие производства цемента на окружающую среду и способы контроля загрязнения окружающей среды при выполнении производственных процессов обсуждались с использованием нескольких стандартных процессов, включая процесс Calera, процесс кислородного сжигания и процесс моноэтаноламида (MEA). В настоящее время приложения нанонауки и нанотехнологии становятся все более популярными в различных областях науки и техники. Потенциал нанотехнологий для улучшения характеристик бетона и разработки новых, устойчивых, передовых композитов на основе цемента и интеллектуальных материалов с уникальными механическими, тепловыми и электрическими свойствами является многообещающим, и ожидается, что появится много новых возможностей. будущее. Итак, наконец, заранее описана новейшая тенденция производства наноцемента и его развитие в современном развивающемся и обновляющемся мире.

    Шамант Кумар М., управляющий директор Skanda Group of the Constructions

    Физические и химические свойства цемента

    Цемент является очень расходным материалом в строительстве. Основная роль цемента заключается в том, чтобы выступать в качестве связующего вещества, связывающего ингредиенты и делающего элемент прочным.

    Механика грунта: химические и физические…

    Пожалуйста, включите JavaScript

    Механика грунта: химические и физические свойства грунта

    Долговечность конструкции зависит от качества и типа цемента, используемого для строительства. Если в двух словах, то от свойств цемента зависит прочность и долговечность конструкции.

    Свойства цемента можно разделить на физические и химические.

    Физические свойства цемента

    1. Тонина цемента – Тонина представляет размер частиц цемента. Если цемент содержит более крупные частицы, то снижается удобоукладываемость, скорость гидратации, что напрямую влияет на прирост прочности бетона или раствора.

    Тонкость цемента помогает бетону раньше набрать прочность. В то же время большая крупность цемента может привести к образованию трещин на поверхности бетона и повлиять на долговечность бетона.

    Испытание на воздухопроницаемость используется для определения крупности цемента. Измеряется удельной поверхностью.

    2. Прочность – Способность цементного теста не изменять свой объем после затвердевания без замедленного расширения называется прочностью цемента. В случае изменения объема цемента это влияет на прочность конструкции.

    Испытание Ле-Шателье и испытание в автоклаве используются для определения прочности цемента.

    3. Консистенция – Идеальное требование воды для создания химической реакции между цементом и водой с образованием однородного конечного продукта называется консистенцией цемента.

    Консистенция цемента определяется на приборе Вика. Определение консистенции цемента помогает определить необходимое содержание воды для смешивания материала для бетона или раствора.

    Неправильное использование водоцементного соотношения приведет к неправильному смешиванию бетона или раствора и снижению прочности элемента.

    4. Прочность – Основная роль цемента заключается в том, чтобы действовать как вяжущее вещество для связывания ингредиентов и придания прочности элементу. Прочность цемента подразделяется на прочность на сжатие, растяжение и изгиб. В зависимости от прочности на сжатие цемента его классифицируют, что помогает использовать цемент в различных работах.

    Прочность цемента будет зависеть от водоцементного отношения, качества цемента, периода отверждения, соотношения смешивания и сортности крупного заполнителя.

    5. Время схватывания – Время схватывания цемента подразделяется на время начального и окончательного схватывания.

    Время, необходимое цементу для смешивания с другими материалами и перехода в твердое состояние, называется начальным временем схватывания цемента. Как правило, начальное время схватывания цемента находится в диапазоне от 30 до 45 минут.

    Время, необходимое для того, чтобы бетон или раствор достигли затвердевшего состояния и выдержали нагрузку, называется окончательным временем схватывания цемента. Максимальное время схватывания цемента не должно превышать 10 часов.

    Прибор Вика используется для определения времени схватывания цемента.

    6. Теплота гидратации – Теплота, возникающая при взаимодействии воды с цементом при образовании конечного продукта (цементного теста, бетона или раствора), называется теплотой гидратации. На больших площадях, где используется массивный бетон, высокая температура гидратации приводит к образованию усадочных трещин на бетонных поверхностях.

    7. Потеря воспламенения – Цемент теряет свой вес при нагревании до 900 – 1000°С, а потеря веса цемента при нагревании называется потеря воспламенения . Цемент может быть подвергнут предварительной гидратации или карбонизации из-за длительного хранения.

    Потеря веса цемента при испытании на воспламенение используется для определения предварительной гидратации или карбонизации цемента. Предварительная гидратация влияет на время схватывания и прочность цемента.

    8. Насыпная плотность – Насыпная плотность цемента 1440 кг/куб.м. (удельный вес строительных материалов). Плотность цемента незначительно изменяется при попадании воздуха между частицами цемента, но это не оказывает существенного воздействия.

    9. Удельный вес –  Удельный вес цемента зависит от типа цемента. Определение удельного веса цемента используют в замешанной пропорции бетона или раствора. Удельный вес цемента рассчитывается путем сравнения массы цемента с массой воды, равной массе цемента.

    Химические свойства цемента

    Цемент производится путем смешивания множества различных химических частиц, что указано ниже. В таблице показано различное процентное содержание химических добавок, добавляемых в портландцемент.

    Химические элементы Аббревиатура Процент
    Лайм СаО 63%
    Кремнезем SiO 2 22%
    Глинозем Ал 2 О 3 6%
    Оксид железа Fe 2 О 3 3%
    Триоксид серы SO 3 1,75%
    Оксид магния MgO 2,5%
    Щелочи Na 2 O & K 2 О 0,5%
    Потери при прокаливании – 1,5%
    Нерастворимый остаток – 0,25%
    • Известь – Доля извести является основным компонентом цемента, который влияет на прочность и время схватывания цемента. Процентное содержание извести следует добавлять осторожно, иначе она повлияет на прочность цемента (расширится) и приведет к его разрушению.
    • Силикагель – Силикагель влияет на прочность цемента, образуя двухкальциевый и трехкальциевый силикат. Силикагель придает цементу большую прочность, но в то же время увеличивает время схватывания цемента.
    • Глинозем – Глинозем обладает хорошей устойчивостью к химическому воздействию. Избыток глинозема снижает прочность цемента и увеличивает время схватывания цемента. Высокоглиноземистый цемент (HAC) — это тип цемента, используемый в промышленных конструкциях, где существует вероятность химического воздействия.
    • Сульфат кальция – Сульфат кальция увеличивает или замедляет начальное время схватывания цемента и присутствует в гипсе.
    • Оксид железа – Оксид железа помогает смешивать сырье при производстве цемента и придает цвет цементу.
    • Оксид магния – Более высокий процент оксида магния влияет на прочность цемента.