Что представляет собой расширяющийся цемент и для чего он применяется в строительстве?

Портландцемент и материалы на его основе при твердении на воздухе обнаруживают усадку. Так, тесто на портландцементе при В/Ц = 0,45 имеет усадку на воздухе около 2,5 мм/м, а раствор на том же цементе ≈ 1мм/м. Из-за этого при бетонировании протяженных конструкций, например, покрытий полов, на них появляются трещины. В то же время растрескивание бетона абсолютно недопустимо, например, для конструкций, работающих под давлением воды, таких, как трубы, резервуары и т.п. Для этих целей применяют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы

Расширяющиеся цементы даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме при твердении. Безусадочные цементы – это расширяющиеся цементы, у которых расширение только компенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым. А в случае, если расширяющиеся цементы используются в железобетонных конструкциях, эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что дополнительно защитит тбетон от образования трещин. Такие цементы называются напрягающими.

Эффект расширения вяжущего может быть достигну различными методами. Например, путем образования газовых пузырьков в твердеющем тесте вяжущего или с помощью реакции гашения добавляемого в цемент СаО при переходе в Са (ОН)₂.

Для строительных целей в основном используют цементы, в которых расширение достигается с помощью образования эттрингита – гидросульфоалюмината кальция. Образование эттрингита возможно при взаимодействии алюминатов и сульфатов кальция в водной среде. В состава эттрингита входит большое количество воды. Именно это обстоятельство обеспечивает эффект расширения: исходные твердые продукты, взаимодействуя друг с другом и гидратируясь (т.е. присоединяя воду), увеличиваются в объеме в 2…2,5 раза.

В твердеющем материале на расширяющемся цементе протекают два процесса – расширение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита с увеличением объема новообразований и ростом внутренних растягивающих напряжений, и препятствующий расширению процесс - рост прочности самого цементного камня.

Если образование эттрингита будет протекать раньше, чем у цементного камня появится хотя бы небольшая прочность, от эттрингит будет сжимать податливую гелеобразную массу и заметного расширения не произойдет.

Если эттрингит будет образовываться в то время, когда цементный камень набрал достаточно высокую прочность, то напряжения, обусловленные ростом кристаллов эттрингита в ограниченном объеме, могут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного камня, как это имеет место при сульфатной коррозии.

Таким образом, главная задача при разработке составов расширяющихся и безусадочных вяжущих – правильный выбор не только количества образующегося эттрингита, но и момента его образования относительно процесса формирования структуры цементного камня. Для различных видов расширяющихся цементов период наиболее интенсивного и безопасного расширения цементного камня составляет от 12 ч до 3…7 суток в зависимости от свойств основного структурообразующего вяжущего.

Основными вяжущими в расширяющихся цементах могут быть:

· алюминатные цементы (глиноземистый и др.)

· силикатные цементы (портландцемент и др.)

· сама расширяющая система (эттрингит).

Виды расширяющихся и безусадочных цементов:

На основе портландцемента получают:

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое в процессе тонкого измельчения смеси, состоящей из портландцементного клинкера (60%), глиноземистого клинкера или шлака (6%), доменного гранулированного шлака или другой активной минеральной добавки (25%) и гипса (9%). РПЦ характеризуется высокой плотностью, быстрым твердением при кратковременном пропаривании, водонепроницаемостью до 1,2 Мпа и более, а также повышенной морозостойкостью цементного камня. Главным достоинством этого цемента служит способность цементного теста в начальный период твердения переходить в цементный камень с линейным расширением 0,3-0,4 %т при постоянном увлажнении ( в течение трех суток).

Напрягающий цемент (НЦ), разработанный В. В. Михайловым, получают совместным помолом клинкера портландцемента (65…75 %), двуводного гипса (6…10%) и высокоглиноземистого компонента (13…20 %). Сроки схватывания: начало – не ранее 30 мин, конец – не позднее 4 ч. Прочность через 1 сутки – не менее 15 Мпа; через 28 суток – не менее 50 Мпа.

В случае изготовления железобетонной конструкции на напрягающем цементе энергия расширения вяжущего частично идет на создание растягивающих напряжений в арматуре. Реакция арматуры вызывает в бетоне сжимающиеся напряжения. Таким образом, получаются самостоятельные железобетонные конструкции высокой плотности и трещиностойкости. Такой метод самонапряжения используется при бетонирвании емкостей для хранения газов и жидкостей, устройстве гидроизоляционных слоев.

На основе алюминатных вяжущих производят:

Расширяющийся водонепроницаемый цемент получают способ тщательного перемешивания (или совместного помола) глиноземистого цемента (около 70%), гипса (20%) и молотого высокооснового гидроалюмината кальция (примерно 10%). Он является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим веществом. Важный его компонент – высокоосновный гидроалюминат кальция – изготавливают отдельно путем совместного помола смеси глиноземистого цемента и извести-пушонки, взятых в равных отношениях. Полученную смесь обрабатывают в гипсоварочном котле и высушивают. Готовый продукт С4АН13 – требуемый компонент (10-11%) данного цемента. Расширение на воздухе через 1 сутки – не менее 0,05%, через 28 суток – не менее 0,02 %.

Гипсоглиноземистый цемент (разработан И.В. Кравченко) получают совместным помолом высокоглиноземистых шлаков (70%) и двуводного гипса (30%). Этот цемент схватывается в течение 2…4 ч и быстро твердеет; R _сж через 3 суток – 40..50 Мпа. Расширение через 28 суток при твердении на воздухе = не менее 0,1 %.

В последнее время в роли безусадочных и расширяющихся вяжущих стали использовать гипсоалюминатные системы, основным и часто единственным продуктом твердения которых является эттрингит. Бетоны и растворы на таких вяжущих быстро твердеют, достигая прочности 30…50 Мпа через 1…3 суток в воздушно-сухих условиях. Прототипом таких смесей является гипсоглиноземистый цемент И.В. Кравченко.

Для обеспечения образования эттрингита в смесях с безусадочными и расширяющимися цементами должна присутствовать вода в продолжение всего времени твердения. Эттрингит при нагреве выше 80…100^оС начинает отдавать кристаллизационную воду, что сопровождается снижением прочности. Эти обстоятельства необходимо учитывать при использовании расширяющихся цементов.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющихся и безусадочных вяжущих – бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесями придают свойство самовыравнивания, а эффект безусадочности гарантирует трещиностойкость. Быстрое твердение и защитные полимерные добавки обеспечивают необходимое количество воды для протекания полной гидратации без какого-либо специального ухода.

 

 

Библиографический список:

1. Строительное материаловедение: Учеб.пособие для строит. спец. вузов / И.А. Рыбьев. – 2-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2004. – 701 с.

2. Строительные материалы: Учебно-справочное пособие/ Г.А. Айрапетов, О.К. Безродный, А.Л. Жолобов и др.; под ред. Г.В. Несветаева. – 2-е изд., перераб. и доп. – Ростов н/Д: Феникс,2005. – 608 с.

3. Строительные материалы и изделия: Учеб./Попов К.Н., Каддо М.Б. – М.: Высш.шк., -2001 г. – 367 с.

4. Строительные материалы, изделия и конструкции: Учебник / Л.Н. Попов. - М. : [б. и.], 2000. - 384с. с.

5. Примеры и задачи по строительным материалам. Под ред. П.Ф. Шубенкина. Учеб. пособие для строительных вузов и факультетов. М., «Высшая школа», 1970. – 232 с.

6. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий. /Попов Л.Н. Высшая школа -1966 г.

7. Воздушные вяжущие вещества вяжущие. – Рожкова Г.А., Шевченко О.В. ТюмГАСА,1997 г.

8. Гидравлические вяжущие вещества. – Рожкова Г.А., Шевченко О.В. ТюмГАСА, 1997 г.

9. Выветривание - Оллиер К.,, М., Недра, 1987.

10. http://nastroike.net/ Журнал о строительстве

11. http://www.bibliotekar.ru/

12. http://www.portal-student.ru/