|
| |
  |
Перейти на главную Журналы свойства бетона Цементом, в самом общем смысле этого слова, может быть назван материал с адгезионными и когезионными свойствами, которые делают его способным соединять отдельные минеральные частицы в монолитное целое. Такое определение охватывает большое число различных вяжущих веществ. Для строительства значение термина «цемент» ограничено вяжущими веществами, применяемыми для скрепления каменных материалов, песка, кирпича, строительных блоков и т. д. Для бетонов применяют гидравлические вяжущие вещества, обладающие способностью схватываться и твердеть под водой в результате химического взаимодействия с ней. Гидравлические вяжущие состоят в основном из силикатов и алюминатов кальция, к ним относятся романцементы, портландцементы, глиноземистые цементы и др. В настоящей главе рассматриваются вопросы производства портландцемента, а также его структура и свойства в негидратированном и гидратированном состоянии. Разновидности портландцемента и специальные цементы рассмотрены в главе 2. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА Применение вяжущих веществ имеет давнюю историю. Древние египтяне использовали обожженный природный гипсовый камень. Греки и римляне начали с применения обожженного известняка, позже научились к извести и воде добавлять песок, дробленый камень или кирпич и битые черепки. Это был первый в истории человечества бетон. Известковый раствор не твердеет под водой, поэтому для подводных сооружений римляне применяли совместно размельченные известь и вулканический пепел или обожженные глиняные черепки. Использование активных кремнезема и глинозема, входящих в состав вулканического пепла и глины, позволяло получить вяжущее, впоследствии названное «пуццолановым цементом». В ряде древних римских сооружений, таких как Римский колизей или мост Гард вблизи Ним, цементный раствор, на котором была сложена каменная кладка, сохранил до наших дней высокую прочность. После застоя в применении цемента в средние века лишь в XVHI в. может быть отмечен некоторый прогресс. В 1756 г. Джон Смитон при перестройке Эддистонского маяка, расположенного у побережья Корн, открыл, что отличный раствор можно получить путем перемешивания пуццоланового компонента с известью, полученной из известняка с высоким содержанием глины. Смитон был первым, кто оценил химическую активность гидравлической извести. Затем Джозефом Паркером был получен романце-мент путем обжига глинистого известняка. В 1824 г. Джозеф Аспдин, строитель из Лидса, взял патент на портландцементе Цемент был получен обжигом тонкоизмельченной смеси глины и известняка до удаления углекислого газа. Однчко температура обжига была гораздо ниже температуры спекания, необходимой для изготовления современного портландцемента. Прототип современного портландцемента был приготовлен в 1845 г. Исааком Джонсоном, обжигавшим смесь глины и мела до спекания, при котором происходили реакции клинкерообразования. Название «портландцемент» первоначально было дано вследствие сходства цвета и качества затвердевшего цемента с портландским камнем-известняком, добываемом в Дорсете. Это название сохранилось до йастоящего времени. Портландцементами называют вяжущие вещества, получаемые из тщательно перемешанной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глинистых или других материалов, содержащих кремнезем, глинозем и окислы железа. Обжиг сырьевой смеси проводят при температуре спекания. Получаемый клинкер размалывают. По действующему Британскому стандарту (BS 12:1958) недопустимо добавление других материалов, кроме гипса и воды. ПРОИЗВОДСТВО ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА Сырьевыми материалами для получения портландцемента являются главным образом карбонатные горные породы, такие как известняк или мел, а также глинозем и кремнезем в виде глины или глинистого сланца. Возможно использование мергелей, состоящих из природной смеси карбонатных и глинистых пород. Процесс производства цемента состоит из измельчения сырьевых материалов, тщательного их перемешивания в требуемом соотношении и обжига в больших вращающихся печах. При температурах около 1300-1400° С происходит спекание и частичное оплавление сырьевой смеси. Продукт, получаемый при этом, называют цементным клинке- * История развития производства цемента должна быть дополнена сведениями р достижениях русских инженеров. Егор Челиев опубликовал в 1825 г. в Москве книжку под названием: «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший меритель, или цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то: каналов, мостов, бассейнов, плотин, подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений». Изучение содержания книги показывает, что Челиеву принадлежит приоритет изобретения способа производства цемента из искусственных смесей извести (или известняка) с глиной. Подробнее об этой интересной работе см. [1, 2, 3]. {Прим. ред.). ром. Клинкер охлаждают и тонко измельчают совместно с небольшой добавкой гипса, в результате получают портландцементе Подробное описание процесса производства портландцемента имеется в руководствах по технологии вяжущих веществ. ХИМИКО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА Сырьевые материалы, используемые для производства портландцемента, состоят в основном из окиси кальция, кремнезема, глинозема и окиси железа. В печи эти окислы химически взаимодействуют друг с другом с образованием ряда более сложных соединений, при этом достигается химическое равновесие. Обычно остается лишь небольшое количество химически не связанной окиси кальция. Однако во время охлаждения клинкера равновесие не сохраняется и в зависимости от скорости охлаждения изменяется степень кристаллизации минералов клинкера и количество аморфного вещества. Вещества одного и того же химического состава в аморфном, стеклообразном и кристаллическом состоянии значительно различаются по своим свойствам. Взаимодействие жидкой фазы клинкера с вновь образованными кристаллическими соединениями усложняет структуру клинкера. Тем не менее цемент можно рассматривать как систему, находящуюся в равновесии, вследствие «замораживания» расплава в состоянии, существовавшем при температуре клинкерообразования. В действительности это предположение делается на основе расчета состава товарных цементов; расчетный состав определяется по известному содержанию окислов в клинкере исходя из предположения о полной кристаллизации соединений в состоянии равновесия. В качестве основных компонентов цементного клинкера обычно рассматриваются четыре минерала (табл. 1.1.). Таблица 1.1. Основные минералы, составляющие цементный клинкер
В действительности силикаты в цементе не являются чистыми фазами, так как содержат небольшое количество окислов в виде твердых растворов. Эти окислы оказывают значительное влияние на расположение атомов, форму кристаллов и гидравлические свойства силикатов. По ГОСТ 10178-62 допускается введение в состав цемента, при измельчении клинкера, активных минеральных добавок до 15%. {Прим. ред.) [ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 |
