Меню

Активность при пропаривании цемента что это цемента это что



Поведение цементного камня при пропаривании

Химизм твердения цемента всегда является предметом исследований специалистов ряда организаций. Портландцемента различного минералогического состава испытывали в условиях повышенных температур и высокой относительной влажности среды. Для этого были применены 8 портландцементов различного минералогического состава, изготовленных помолом из промышленных клинкеров.

Степень измельчения этих цементов была примерно одинаковой; их удельная поверхность (по Товарову) составляла около 3000 cjrf/г. Гипс вводился при помоле в количествах, необходимых для регулирования сроков схватывания цемента. Расчетный минералогический состав цементов приведен в табл. 1.

Минералогический состав цементов

Содержание основных клинкерных мине!

Цементы по содержанию C3S и С3А условно разбиты на следующие группы: 1, 2, 3, 4 — алюминатные; 5, 6 — средне- алюминатные; 7 — алитово-алюминатый; 8 — алитовый, мало- алюминатный. Одновременно цементы 4 и 6 являются белито- выми. Испытания производились на образцах размером 2x2x2 см из цементного камня с В:Ц = 0,27. Пропаривание производилось при температуре 80° и относительной влажности среды (р- 100 % по режиму 3 + 7 + 0 ч. (подьем температуры+ изотермический +прогрев) при t = 75-80°С Пробы отбирались через каждый час твердения по 6 образцов в каждой пробе. От момента затворения до начала пропаривания проходило около 5 мин. Для сравнения готовились образцы, твердевшие в нормальных условиях 7, 28 и 90 суток. При анализе проб определялись: прочность на сжатие, количество связанной воды (потери при прокаливании), количество свободной извести и гипса. Последние определения производились путем анализа состава водных вытяжек, приготовленных следующим образом. Анализируемая проба, измельченная каждый раз до одной и той же степени, взбалтывалась в течение 15 мин с дважды дистиллированной водой в механическом взбалтывателе. Разведение пробы составляло 1:50. После фильтрования в жидком состоянии титрованным раствором трилона Б (быстро испаряющаяся жидкость) определялось содержание оксида кальция, а содержание БОз — осаждением раствором ВаС12. Такой метод позволил быстро анализировать пробы и получить сравнимые между собой величины для 8 цементов. Примененный метод испытания позволяет проследить кинетику (скорость) процесса твердения различных цементов путем сравнения между собой показателей, полученных по этой методике. Результаты экспериментов приведены в табл. 6.5.

Прочность и степень гидратации цементного теста при пропаривании и нормальном твердении

на сжатие Rr^ в кгс/см 2

Количество связанной воды Г в %

Пропаривание 10 ч

Нормальное твердение, сут.

Нормальное твердение, сут.

На рис. 6.1 приведены полученные в результате опытов кривые для двух резко различных по своему составу цементов 1 и 3.

Рис. 6.1. Кинетика изменения в период пропаривания прочности R, скорости роста прочности VR, количества связанной воды Г и скорости связывания воды v,.

Как видно из приведенных данных, достижение максимальной прочности цементного камня в цементах различного минералогического состава требует пропаривания различной длительности. Так, для цемента с высоким содержанием трехкальциевого силиката и малым количеством трехкальциевого алюмината (соответственно 6,8 и 1,2) недостаточен режим пропаривания длительностью 10 ч при температуре 80°. Наиболее короткие режимы пропаривания необходимы для твердения цементов с высоким (более 10 %) содержанием алюминатов. В течение 6-8 ч пропаривания прочность цементного камня из таких цементов достигает максимальной величины.

Прирост прочности цементного камня при пропаривании получается наибольшим в первые 5-6 ч, считая от начала прогрева, даже при условии постепенного достижения максимальной температуры среды со скоростью 20° час. Далее прирост прочности замедляется.

Если условно принять за показатель эффективности пропаривания отношение прочности пропаренного цементного камня к прочности твердевшего в нормальных условиях в течение 28 суток, то, как это видно из табл. 6.2, наиболее эффективно пропаривание алитового цемента. Алюминатные цементы ведут себя поразному: «наиболее» алюминатный из них 1 оказался значительно эффективнее при пропаривании, чем такого же типа цемент 3. Высокий показатель эффективности пропаривания получен для среднеалюминатного цемента 5. Чем больше в цементе С3А, тем быстрее он твердеет как в нормальных условиях, так и при пропаривании. Что касается абсолютных прочностных показателей, то наивысшими они были для высокоалюминатных цементов, а цемент алитовый низко- алюминатный имеет самые низкие абсолютные прочностные показатели.

Читайте также:  Как убрать цемент с чугунной трубы

Из приведенных на рис. 6.1 кривых видно, что количество связываемой цементом воды нарастает в процессе пропаривания постепенно с ростом прочности. Всего за 10 ч пропаривания цементы различного минералогического состава связывают от 10,3 до 13,3 % воды по массе, в то время как при нормальном твердении в возрасте 28 суток — от 11,8 до 15,9 %, а в возрасте 90 суток — от 12,5 до 17,4 %.

За 10 ч пропаривания связывается от 72 % и выше того количества воды, которое входит в состав новообразований за 28 суток твердения при обычных температурах. Как видно из табл. 6.2, отдельные цементы (1,5) связывают при пропаривании даже больше воды, чем в возрасте 28 суток.

Явления интенсивного связывания воды при пропаривании объясняется следующими причинами. При взаимодействии клинкерных минералов с водой в условиях повышенной температуры и высокой влажности гелеобразная фаза, названная фазой X, присутствует в гидратированных цементах тем в меньших количествах, чем при более высокой температуре происходит твердение. С повышением температуры до 100°С отношение кристаллической фазы новообразований к гелевой возрастает. Так как рост прочности цементного камня отстает от процесса связывания воды, то предполагается, что ускорение гидратации сопровождается ускорением роста кристаллов, которые в гидратированном при пропаривании цементном камне находятся уже в соприкосновении с меньшим количеством гелевой фазы, чем при нормальном твердении. Укрупнение кристаллов гидросиликатов при твердении в условиях повышенных температур наблюдали С.М. Рояк, Ю.С. Малинин и М.М. Маянц. Более крупный размер кристаллов и меньшее количество «вяжущего» геля между ними и обуславливает меньшую прочность цементного камня.

Рассмотрим далее изменение скорости гидратации во времени для цементов различного минералогического состава. Под скоростью гидратации здесь понимается прирост количества связанной воды за 1 ч. Обнаружено, что у алюминатных цементов (см. рис. 6.i) скорость гидратации наибольшая в начальном периоде; с течением времени она уменьшается и к ю ч падает почти до нуля, изменяясь по плавной кривой. У цементов среднеалюминатных, алитового и алитово-алюминатного скорость гидратации в первый период пропаривания возрастает. Этот период для различных цементов имеет продолжительность от 2 до 6 ч. Далее, по достижении максимального значения наблюдается понижение скорости процесса гидратации почти вплоть до нулевой к ю ч пропаривания.

Из приведенных в табл. 6.2 и на рис. 6.2 данных видно, что для цементов различного минералогического состава содержание свободной гидроксида кальция в цементном камне при пропаривании изменяется для цементов в зависимости от минералогического состава. Для цементов 1 и 2 характерна убыль некоторой части свободной гидроокиси кальция в первые 2-3 ч пропаривания. Далее выделение извести увеличивается и к 6-8 ч стабилизируется. Возможно, что при температурах 60-70°С вначале образуются более высокоосновные продукты гидратации, которые при дальнейшем нагревании переходят в более низкоосновную форму с выделением свободной извести. Это явление описано в литературе [i].

Читайте также:  Можно мешать цемент дрелью

Поведение цементов 5 и 7 характерно замедленным выделением извести в первые 2—4 ч, а затем через 6-7 ч наступает максимум и далее процесс стабилизируется. К концу пропаривания наблюдается явное связывание свободной извести новообразованиями, возможно новообразованиями ферритной фазы.

Рис. 6.2. Изменения содержания свободной окиси кальция в твердеющем цементном камне для цементов разного минералогического состава при пропаривании и пормальпом-твердении: а — нормальное твердение; 6 — при пропаривании

Для цементов 4 и 5 наблюдается постепенное замедление выделения свободной извести в процессе пропаривания. Для высокоалитового цемента 8, в котором содержится более всего

C3S (66,8 %) выделение свободной извести резко возрастает после 2 ч пропаривания. Замедление процесса начинается через 4 ч. Однако выделение свободной извести продолжается до конца пропаривания. Таким образом, можно отметить, что чем ближе к алитовому цементу (при малом содержании С3А), тем больше свободной извести можно обнаружить в затвердевшем цементном камне.

Однако при содержании в цементах небольших количеств C3S и значительных количеств С3А последний замедляет выделение свободной извести, как это видно на примере цемента 1. При нормальном твердении наибольшее количество свободной извести в цементном камне наблюдалось в возрасте 28 суток. К возрасту 90 суток для всех цементов отмечалось связывание свободной гидроокиси кальция новообразованиями цементного камня за счет сорбции гелями и химического взаимодействия с отдельными гидратами. При анализе проб на содержание в них свободного S03 для всех цементов обнаружено, что вначале идет интенсивное связывание гипса в гидросуль- фоалюминаты и ферриты с образованием, по-видимому, их трехсульфатной формы. При температуре выше 60°, т. е. через 2 ч после начала тепловой обработки, количество гипса в пробах начинает возрастать. Это объясняется переходом гидро- сульфосоединений при одновременном действии высокой температуры и насыщенной известью жидкой фазы в низкосульфатную форму с выделением свободного гипса.

Проведенные исследования позволили установить, что наиболее интенсивное протекание всех процессов, сопровождающих твердение портландцементов в нормальных условиях, происходит в первые 3-7 суток. Пропаривание портландцементов — эффективное средство ускорения их твердения, вызывающее значительную интенсификацию всех процессов.

Проведенные исследования позволили установить, что рост прочности цементного камня в условиях тепловой обработки с наибольшей интенсивностью происходит в первые 6 ч твердения, из которых 3 ч приходится па подъем температуры, а остальные 3 — на выдержку при изотер мическом прогреве. В том же отрезке времени с наибольшей скоростью происходит связывание воды цементом. Обычно принято производить оценку полноты прохождения химических процессов, сопровождающих твердение портландцементного камня, по сравнению с показателями полной гидратации. Однако при твердении цементов в обычно рассматриваемые сравнительно короткие сроки (до 1 года) полная гидратация не достигается. Здесь сравнение ведется по отношению к 28 суткам нормального твердения, так как этот показатель избран повсеместно. Результатами опытов установлено, что по сравнению с 28-ми суточными данными, показатели свойств цементного камня, достигнутые в результате пропаривания следующие: прочность пропаренных образцов составляет от 41 до 97 % от двацативосьмисуточной нормального твертения; количество связанной воды — от 71 до 117%.

Таким образом, при пропаривании реакции гидратации проходят достаточно глубоко, но прочность, наряду с этим, ниже, чем при нормальном твердении. Полнота прохождения химических процессов в цементном камне так велика, что даже при дальнейшем твердении в самых благоприятных условиях прочность пропаренного образна будет отставать от прочности твердения при обычных температурах. Причиной этого является глубина химических процессов, которая достигается в результате пропаривания и образования гидратов особой структуры, а не испарение влаги из бетона при его тепловой обработке, как это иногда предполагается. Потери влаги бетоном при пропаривании за счет испарения не превышают 10 %. Так как обычное водосодержание бетонов намного выше, чем стехиометрическое количество воды, то потеря ю % воды не сказывается на процессе гидратации.

Читайте также:  Цемент марки 500 упаковка

Многочисленными исследованиями установлено, что при наличии повышенного содержания С3А в цементах (более ю %), твердение последних в нормальных условиях происходит с большей быстротой. Однако при этом необходимо присутствие в цементе достаточного количества C3S. Согласно исследованиям НИИЦе- мента содержание основных клинкерных минералов в цементе, определяющее высокий темп роста прочности и ее большую абсолютную величину, должно быть: S(C3S + С3А) > 60-65 %. Таковы требования к оптимальному составу цемента при его твердении в нормальных условиях. Что касается пропаривания, то практикой установлено, что наиболее эффективны в этом случае цементы алитовые среднеалюминатные с содержанием С3А около 10 %. Применение этих цементов допускает наиболее короткие режимы пропаривания, что и подтвердилось настоящими испытаниями на примере цемента 1. Цементы могут применяться и с меньшим содержанием С3А, но и с большим содержанием C3S, как бы восполняющим недостаток С3А.

На рис. 6.3 показана взаимосвязь прочности цементного камня и количеством связанной им воды. Наибольшая эффективность пропаривания достигается, как это видно из рассмотренных показателей, для цемента 8, при котором наблюдается совпадение относительных (в % к двацативосьмисуточным) показателей прочности и количества связанной воды. Для данного случая они составляют 97 и 97,5 %.

Рис. 6.3. Зависимость прочности пропаренного цементного теста от количества связанной в процессе пропаривания воды

Кристаллическая структура цементного камня у этого цемента мельче, чем у цемента другого минералогического состава.

При пропаривании наряду с ускорением роста прочности цементного камня в значительной степени ускоряется взаимодействие клинкерных минералов с водой. Степень полноты реакций взаимодействия клинкерных минералов с водой при десятичасовом пропаривании соответствует практически два- цативосьмисуточной нормального твердения.

Повышенная скорость у всех процессов твердения цементного камня, наблюдается для цементов алюминатной группы в первые 3-4 ч пропаривания. У цементов среднеалю- минатных, алитово-алюминатных и алитовых наибольшая скорость связывания воды и роста прочности приходится на первые 5- б ч. К 8 ч у всех цементов наблюдается замедление процессов твердения, а к 10 ч скорость их падает почти до нуля.

При 70-ти часовом пропаривании прочность цементного камня на цементах различного минералогического состава составляет от 41 до 97 % и количество связанной воды — от 71 до 117 %>. Прочность цементного камня находится в линейной зависимости от количества связанной цементом воды.

Структура цементного камня при пропаривании образуется кристаллогидратами больших размеров, чем обычно при нормальном твердении, с меньшим количеством геля, что и обусловливает меньшую прочность пропаренного камня. При дальнейшем его твердении при обычных температурах изменения прочности могут происходить только за счет преобразований гелевидных новообразований, а не за счет дальнейшей гидратации.

При пропаривании образуются более низкоосновные продукты гидратации цемента (например, гидросиликаты группы тоберморита), чем при нормальном твердении.

Источник