Портландцемент. Химический и минералогический состав. Влияние заполнителей на свойство бетонной смеси и затвердевшего бетона

1. Портландцемент. Химический и минералогический состав. Твердение портландцемента. Проектирование склада цемента на ЗСЖБ

Портландцементом называют продукт, полученный тонким помолом портландцементного клинкера, который образуется при обжиге до спекания сырьевой смеси соответствующего состава.

Химический состав: СаО – 63-66%; SiO₂ – 21-24%; Al₂O₃ – 4-8%; Fe₂O₃ – 2-4% - главные составляющие, а также второстепенные: MgO – 0,5-1%; SO₃ – 0,3-1; Na₂O+K₂O – 0,4-1%; TiO₂+Cr₂O₃ – 0,2-0,5%; P₂O₅ – 0,1-0,3%.

Кроме того, состав цементного клинкера определяется следующими модулями:

1)  гидравлический модуль =1,9-2,4 силикатный модуль =1,7-3,5

2)  глиноземистый модуль =1-2,5

Повышенное содержание СаО при условии его связывания с другими оксидами приводит к повышению скорости твердения, высокой конечной прочности и пониженной водостойкости. При повышенном содержании SiO₂ цемент медленно твердеет в начальные сроки при достаточном нарастании прочности в длительные сроки. Повышенная водо- и сульфатостойкость. А1₂О₃ снижает водо-, сульфатостойкость и морозостойкость. Fe₂O₃ понижает температуру обжига, однако медленное схватывание в нач. сроки, повышение сульфатостойкости. MgO – неравномерность изменения объема. SO₃ – в виде гипса вводится для регулирования сроков схватывания (при помоле 1,5-3,5%). TiO₂ – в небольших количествах (2-4%) улучшает качество цемента. Щелочи – вызывают непостоянство сроков схватывания, появление выцветов.

Минералогический состав:

1)  3CaO*SiO₂-Ca₃SiO₅-C₃S – алит (3-кальциевый силикат)

2)  2CaO*SiO₂- Ca₂SiO₄-C₂S – белит (2-кальциевый силикат)

3)  3CaO*Al₂O₃=Ca₃Al₂O₆-C₃A – 3-кальциевый алюминат

4)  4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃    - C ₄AF – 4-кальциевый алюмоферрит     промежуточные

(3CaO*Al₂O₃*CaO*Fe₂O₃)/                                                              вещества      

Твердение цемента идет по двум типам реакций – гидролиза (взаимодействие вещества с водой с образованием нового вещества) и гидротации (присоединение воды к хим. веществу). Алит (45-60%) – самый важный минерал клинкера, он определяет быстроту твердения и прочность. Твердеет быстро и набирает высокую прочность. Белит (20-30%) – медленно твердеет, но достигает высокую прочность при длительном твердении. С3А  (4-12%) – быстро гидротирует и твердеет, но имеет низкую прочность, повышенное содержание приводит к сульфатной коррозии, поэтому содержание ограничивается до 5-7%. С4АF (12-18%) – по скорости твердения и прочности этот минерал занимает промежуточное место между алитом и белитом.

Теории твердения: 1887 – Ле-Шателье – кристаллизационная теория. 1893 – Михаэлис – коллоидная теория. 1923 – Байков – коагуляционная.

Склады цемента – притрассовые, прирельсовые, береговые. Вместимость силосов – 240 - 4000т.

3. Влияние заполнителей на свойство бетонной смеси и затвердевшего бетона. Проектирование складов заполнителей на ЗСЖБ.

Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и оказывают влияние на свойства бетона его долговечность и стоимость.

Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента являющегося более дорогим и дефицитным компонентом. Кроме того заполнители улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона, уменьшает деформации конструкции под нагрузкой, а так же ползучесть бетона – необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки. Заполнитель уменьшает усадку бетона способствуя получению более долговечного материала. Заполнитель воспринимает усадочные напряжения и в несколько раз уменьшает усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня. Пористые естественные и искусственные заполнители, обладают малой плотностью, уменьшают плотность легкого бетона, улучшают его теплотехнические свойства. В бетоне принимают крупный и мелкий заполнитель. Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывает зерновой состав, прочность и чистота заполнителя. Зерновой состав: показывает содержание зерен разной крупности. Он определяется просеиванием через стандартные сита с величиной отверстий от 0,14 до 70мм. Различают рядовой и фракционированный заполнитель. Различают непрерывный и прерывистый зерновой состав при использовании заполнителя с прерывистым зерновым составом. увеличивается расход цемента на обмазку зерен. Кроме того смеси с прерывистым составом склонны к расслоению, что отрицательно сказывается на однородности бетона. Прочность заполнителя определяется не только прочностью горной породы, из которой он получен, но и крупностью зерен. При выветривании или дроблении породы разрушение происходит по более слабым местам структуры и с уменьшением их размера прочности как бы повышается. Большое влияние на прочность бетона оказывает чистота заполнителя. Пылевидные и особенно глинистые примеси создают на поверхности зерен заполнителя пленку препятствующую сцеплению их с цементным камнем. В результате прочность бетона значительно понижается (иногда на 30-40%). Крупный заполнитель должен иметь прочность на 20% больше, чем прочность бетона. Склады: открытые, закрытые, притрассовый, прирельсовый, береговые, штабельно-полубункерные. Запас заполнителей – 7 суток. Максимальная высота штабеля для крупного заполнителя-12м, для мелкого-15м. максимаьный угол наклона ленты транспортера для подачи щебня и песка 18 град. Для керамзита и гравия 13-15град. Наименьшее количество отсеков для хранения песка – 2, крупного заполнителя – 4.