Научная статья на тему 'От гипсоглиноземистого расширяющегося цемента к напрягающему цементу. Изменение кинетики расширения'

От гипсоглиноземистого расширяющегося цемента к напрягающему цементу. Изменение кинетики расширения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
200
49
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИПСОГЛИНОЗЕМИСТЫЙ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ЦЕМЕНТ / НАПРЯГАЮЩИЙ ЦЕМЕНТ / КИНЕТИКА РАСШИРЕНИЯ / ИЗВЕСТЬ / GYPSUM-ALUMINA EXPANSIVE CEMENT / EXPANSIVE CEMENT TYPE M / EXPANSION KINETICS / LIME

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Резван Игорь Васильевич, Резван Анастасия Васильевна

Приведен состав, основные свойства и сферы применения двух основных типов расширяющихся вяжущих, исторически получивших наибольшее распространение в России: гипсоглиноземистого расширяющегося цемента и напрягающего цемента В.В. Михайлова. Рассмотрена кинетика расширения вяжущих в диапазоне от гипсоглиноземистого расширяющегося цемента к напрягающему цементу. Показана роль извести как добавки и как продукта гидратации портландцемента в процессе расширения. Рассмотрены негативные последствия избытка извести. Предложены критерии оптимизации кинетики расширения, направленные на получение проектного расширения в возрасте до 10 дней без внесения дополнительных химических добавок.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

From gypsum-alumina expansive cement to expansive cement Type M. Changes in the expansion kinetics

The composition, basic properties and application scope of the two main types of expanding binders historically most widespread in Russia such as gypsum-alumina expansive cement and expansive cement Type M are given. The expansion kinetics of the binders ranging from gypsum-alumina expansive cement to expansive cement Type M is observed. The role of lime as a supplement and as a hydration product of the Portland cement in the expansion process is shown: as a supplement in small values (2-4%) to gypsum-alumina expansive cement with higher gypsum concentration stabilizes the hardening and expansion process, in higher values boosts the expansion process to self-destruction. Optimization criteria of the expansion kinetics aimed at obtaining project expansion in 10 days of hardening without any additional chemical additives are proposed.

Текст научной работы на тему «От гипсоглиноземистого расширяющегося цемента к напрягающему цементу. Изменение кинетики расширения»

От гипсоглиноземистого расширяющегося цемента (ГГРЦ) к напрягающему цементу (НЦ). Изменение кинетики расширения

И.В. Резван, А.В. Резван

В ХХ веке в нашей стране получили распространение два основных типа расширяющихся вяжущих: гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ) и напрягающий цемент В.В. Михайлова (НЦ).

Как известно, ГГРЦ [2] состоит из глиноземистого клинкера (ГЦ) и гипсового камня, молотых совместно в пропорции 70:30, что обеспечивает компенсацию усадки или даже незначительное расширение. Кроме того ГГРЦ обладает такими положительными свойствами как высокая водонепроницаемость и скорость твердения. Однако, для получения самонапряжения в железобетонных конструкциях ГГРЦ, как правило, не применяется. Сферой его применения ограничивается в основном устройством водонепроницаемых конструкций и заделкой всевозможных щелей и трещин, что вызвано кроме всего прочего высокой стоимостью основного компонента -глиноземистого клинкера.

Основным материалом для получения самонапряженных железобетонных конструкций исторически служит НЦ В.В. Михайлова [7], состоящий из портландцементного клинкера (ПЦ) и расширяющей добавки (РД) в пропорции примерно 75:25. РД аналогична по составу ГГРЦ при несколько меньшем содержании глиноземистого клинкера и возможном содержании извести до 2%. В отличие от ГГРЦ, расширение которого происходит в основном в пределах первых трех суток, длительность процесса расширения НЦ может очень сильно варьироваться в зависимости от состава. При сохранении пропорции компонентов РД, аналогичной пропорции компонентов ГГРЦ, расширение НЦ может происходить достаточно быстро, но оставаться в пределах 0,1-0,2%. В тоже время попытки увеличить итоговое значение относительного расширения, заключающиеся в некотором смещении

массового отношения компонентов РД в сторону увеличения доли гипса или внесения до 2 % извести приводят к затягиванию процессов расширения и достижения проектных величин за пределами возраста 28 суток при отсутствии возможности ТВО.

В тоже время за рубежом уже очень давно применяются расширяющиеся и напрягающие сульфоалюминатные вяжущие [9], состав которых по существу отличается от состава ГГРЦ лишь наличием извести. Это еще раз подтверждает, что именно известь, образующаяся как продукт гидратации ПЦ или вносимая в чистом виде, отвечает за активизацию процесса расширения РД. К сожалению, избыток извести, способный при характерном для НЦ содержании РД оказывать некоторый положительный эффект в виде увеличения итоговой величины расширения приводит не только к затягиванию этих процессов [5], но и к снижению итоговой прочности цементного камня.

Соответственно на ряду с поисками механизма нейтрализации избыточной извести в НЦ [4,5,6], позволяющего с одной стороны затормозить процессы расширения до формирования минимально прочности цементного камня для восприятия внутреннего распора, а с другой ограничить их развитие марочным возрастом, возникает проблема поиска диапазона оптимального массового отношения ПЦ и РД с точки зрения получения проектного расширения в первые дни твердения. Так изменение пропорции между глиноземистым клинкером и гипсовым камнем до верхней границы диапазона, характерного для РД НЦ (путем уменьшения содержания ГЦ при сохранении его избытка) без добавки ПЦ приводит к замедлению набора прочности и избыточному расширению вплоть до саморазрушения.

В тоже время из рис. 1 очевидно, что действуя как ускоритель твердения, небольшое количество извести 2-4% стабилизирует систему «ГЦ + гипсовый камень», обеспечивая набор некоторого минимума прочности для восприятия внутреннего распора от образования эттрингита. Дальнейшее увеличение доли извести в системе приводило к активизации процессов

расширения после погружения образцов в воду, что при отсутствии сдерживающей матрицы в виде продуктов гидратации ПЦ являлось причиной разрушения. До погружения образцов в воду четко прослеживался эффект ускорения схватывания и твердения с увеличением дозировки извести.

Рис.1. Влияние массовой доли извести на кинетику расширения гип-соглиноземистого вяжущего начиная с момента распалубки и погружения образцов в воду при соотношении масс ГЦ и гипсового камня 65:35.

Соответственно представляется логичным ввести нижний порог диапазона отношения масс ПЦ:РД из условия выделения в процессе гидратации ПЦ количества извести необходимого для стабилизации набора прочности РД, чтобы РД не являлась лишь источником исходных продуктов для образования эттрингита, но и вносила соответствующий вклад в набор прочности системы. Исходя из аналогичных побуждений, следует определять и верхний порог рассматриваемого диапазона, чтобы образование извести при гидратации минералов ПЦ не было избыточным и образование эттрингита не носило выраженный деструктивный характер для всей системы.

При подобном подходе следует учитывать, что количество и интенсивность выделения извести при гидратации ПЦ зависят от содержания ос-

новных минералов, таких как алит и белит, и будут индивидуальны для ПЦ различных заводов. Соответственно при стремлении к удешевлению продукта, т.е. минимизации массовой доли ГЦ как компонента РД в его составе следует предпочесть ПЦ с пониженным содержанием алита.

Достижение верхнего порога диапазона отношения масс ПЦ:РД при очень четко прослеживается по изменению характера кинетики расширения композиции (рис.2).

а

К

«

& Я

3

и я а <и о

к

4 о ю о со

и

70 60 50 40 30 20 10 0

НЦ-1-1 НЦ-1-2 НЦ-1-3 НЦ-1-4 НЦ-2-1 НЦ-2-2 НЦ-3-1

0

10 20 30 40

Время твердения, сут

50

60

Рис.2. Влияние массовой доли ПЦ (завод «Пролетарий» в НЦ и пропорции компонентов РД (глиноземистого цемента Isidac-40 (ГЦ) и двувод-ного гипса (Г) ГЦ:Г 65:35 до 46:54): а) НЦ-1-1 - НЦ1-4: при доле ПЦ от 15% до 40% составы обладали минимальным сроком расширения с четкой последующей стабилизацией, б) НЦ2-1, НЦ-2-2: при доле ПЦ от 40% до 67% большая часть составов имела значительно более длительный срок расширения, в) НЦ3-1: при доле ПЦ 67% и более многие составы показали обратную кривизну графика расширения при длительном деформировании.

Для приведенного примера, очевидно, что доведение уровня содержания ПЦ до 67% и более может представлять определенную опасность при

неконтролируемом увлажнении системы за пределами марочного возраста. Соответственно при проектировании составов, способных достигать проектную величину расширения в возрасте до 10 суток с последующей стабилизацией собственных деформаций наиболее простым способом является ограничение уровня содержания ПЦ завода «Пролетарий» на уровне 15-40% с поправкой на конкретную пропорцию масс компонентов РД. Очевидно, что использование данного цемента не позволяет минимизировать расход ГЦ для поставленных целей без дополнительных усилий по физико-химическому регулированию процессов расширения.

Тем не менее, составы, описанные выше обладают большей экономической эффективностью, чем гипсоглиноземистое вяжущее с добавкой извести, а их собственные деформации носят более предсказуемый характер вследствие меньшего влияния погрешности дозировки компонентов.

Литература:

1. Виноградова Е.В. Высокопрочный быстротвердеющий бетон с компенсированной усадкой: Дисс. ...канд. техн. наук: 05.23.05. - Ростов-на-Дону, 2006. - 216 с.

2. ГОСТ 11052-74. Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся

3. Моргун. В.Н. Роль расширяющих добавок в управлении свойствами пенобетонов [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2009, №3. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n3y2008/90 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. Рус.

4. Резван И.В. Самоуплотняющийся высокопрочный напрягающий бетон для трубо-бетонных колонн // Строительные материалы. - 2012. - № 6. - С. 60 - 62.

5. Резван И.В., Резван А.В. О возможности физико-химического регулирования кинетики самонапряжения НЦ [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4, часть 1. - Режим доступа:

http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1128 (доступ свободный) -Загл. с экрана. - Яз. Рус.

6. Резван И.В. Трубобетонные колонны из высокопрочного самоуплотняющегося напрягающего бетона: Дисс. ...канд. техн. наук: 05.23.05, 05.23.01. - Ростов-на-Дону, 2012. - 203 с.

7. ТУ 5732-072-46854090-98. Цемент напрягающий

8. Чмель Г.В. Модифицирование расширяющихся вяжущих веществ с целью управления собственными деформациями и прочностью бетонов: Дисс. ...канд. техн. наук: 05.23.05. - Ростов-на-Дону, 2004. - 179 с.

9. Matusumoto S. Expansive Additive for Cement. CEER (May 1970)

P. 220

10. Yan Fu, Jian Ding, J.J. Beaudoin. Expansion characteristics of a compounded-expansive additive and pre-hydrated high alumina cement based expansive additive // Cement and Concrete Research, Volume 25, Issue 6, August 1995.- P. 1295-1304

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.