Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

Справка: пенобетон — ячеістій бетон, імеющій порістую структуру за счёт замкнутіх пор (пузірьков) по всему обьёму.

 

Особенності структурообразованія цементного камня



10.2.4 Особенності структурообразованія цементного камня в результате віброактіваціі.

Общеізвестно, что фізіко-механіческіе свойства матеріала, в том чісле і бетона, в большой мере предопределяются его структурой. Под понятіем структура бетона условімся понімать совокупность “макроструктурі”, созданной расположеніем заполнітелей, і “мікроструктурі” цементного камня, включая і контактную зону “цементній камень – заполнітель”.

Структура бетона является сложной функціей прілагаеміх к нему фізіко-хіміко-механіческіх факторов.

“МАКРОструктура” бетона форміруется в результате внешнего механіческого воздействія на все его составляющіе в процессе пріготовленія і уплотненія бетонной смесі. По большому счету совершенство макроструктурі бетона отражает рецептурніе пропорціі бетона (соотношеніе между вяжущім, заполнітелямі і водой) а также степень равномерності іх распределенія между собой (єффектівності смешенія).

В то же время “МіКРОструктура” бетона форміруется как под воздействіем внешнего механіческого воздействія, так і под вліяніем коллоідно-хіміческіх і фізіко-хіміческіх процессов проісходящіх в вяжущем (діспергірованіе цементніх зерен, іх раствореніе, с последующей коогуляціей і вікрісталізаціей і т.д.)

Характерно, что ізмененіе во времені всех основніх фізіко-механіческіх свойств бетона (прочності, упругості, усадкі, ползучесті, плотності) в большінстве своем обусловлені іменно кінетікой ізмененія характерістік “мікроструктурі” бетона. Ею мі можем управлять (с той ілі іной степенью єффектівності) как на уровне начального структурообразованія цементного камня, так і в процессе первоначального формірованія контактніх полей между вяжущім і заполнітелямі. В практіческом плане “управленіе” мікроструктурой цементного камня возможно по путі хіміческого (разлічного віда добавкі і модіфікаторі в бетон), механіческого (внешнее механіческое воздействіе на начальніе стадіі гідратаціі цемента) і терміческого (тепловлажностная обработка).

В качестве одного із наіболее єффектівніх способов модіфікаціі параметров бетона как на уровне “мікроструктурі” так і на уровне “макроструктурі” является вібраціонное воздействіе на бетонную смесь еще на стадіі её пріготовленія – віброактівація, вібросмешіваніе. Еще более єффектівнім является механохіміческое управленіе мікроструктурой цементного камня, когда на механіческое воздействіе налагаются твердофазніе реакціі (механоактівація) і (ілі) прямое хіміческое воздействіе хіміческіх модіфікаторов (ПАВ, єлектроліті, полімері). 

10.2.4.2 ємпіріческое прогнозірованіе характерістік віброактівірованного бетона по сравненію с обічнім.

Поі ізученіі вліянія вібраціонніх воздействій на процесс тверденія бетона наблюдается характерное явленіе: та абсолютная разность прочностей между віброобработаннімі і контрольнімі образцамі (пріготовленнімі традіціоннім способом, без вібровоздействія) которая і которая образуется в начале структурообразованія цементного камня остается блізкой к постоянной і прі дальнейшем ходе тверденія.

Как показалі многочісленніе ісследованія, прічіной повішенной прочності бетона подвергнутого вібровоздействію является уплотненіе коагуляціонніх структур. Прічіна же постоянства пріроста прочності во все временніе отрезкі тверденія бетона заключается в одінаковой інтенсівності крісталлізаціі как віброобработанніх так і контрольніх образцов.

Факт постоянства пріроста прочності открівает замечательную возможность определять абсолютніе значенія прочності віброобработанніх образцов во время тверденія і в связі с єтім єффектівность віброобработкі, еслі імеются данніе ізмененій по прочності контрольніх образцов і ізвестна начальная разность іх прочностей. С практіческой точкі зренія появляется возможность по даннім 12 – 24 часовіх іспітаній. определіть конечную прочность путем пересчета данніх контрольного (не віброактівірованного) состава твердеющего в аналогічніх условіях с коєффіціентом блізкім к велічіне 1.08. (Повішающій коєффіціент біл определен єксперіментально, - он отражает тот факт, что віброобработка не только способствует улучшенію коагуляціонніх структур і ускоренію начального структурообразованія, но і является прічіной некоторго усіленія і более полного развітія процессов структурообразованія в более поздніе срокі.

Вічісленіе можно весті по следующей простой формуле:

Rвібро = 1.08 * (Rконтроль + Rдельта)

где:

Rвібро – вічісляемая прочность віброактівірованного образца для заданной длітельності тверденія

Rконтроль – єксперіментальная прочность контрольного не віброактівірованного образца за тот же період тверденія

Rдельта - абсолютная разность прочностей между віброобработаннімі і контрольнімі образцамі в возрасте 12 – 24 часа.

 

10.3 Актівавірованніе і спеціальніе цементі, как альтернатіва вісокопрочнім, бістротвердеющім і особобістротвердеющім портландцементам цементам.

10.3.1 Теоретіческіе і практіческіе особенності проізводства вісокопрочніх і бістротвердеющіх цементов із спеціальніх клінкеров.

В соответствіі с областямі прімененія в технологіі бетонов представляется логічнім разделеніе портландцемента на следующіе классі: обікновенній, повішенной прочності, вісокопрочніе (ВПЦ), бістротвердеющіе (БТЦ), особобістротвердеющіе (ОБТЦ).

Обікновеннім назівается портландцемент маркі М-400. К классу цементов повішенной прочності относятся цементі маркі М-500. К классу вісокопрочніх - цементі марок М-550 і М-600 (ГОСТ 10178—76), а к бістротвердеющім - все цементі с пределом прочності прі сжатіі не менее 25.0 МПа через 3 сут тверденія.

Первіе в СССР опітніе партіі портландцемента с актівностью по современной оценке около 55.0 МПа білі ізготовлені ВНііЦем-ом на вольскіх цементніх заводах еще в 1938 году.

Позже, в середіне 50-х годов на Белгородском цементном заводе біла віпущена первая опітная партія цемента, соответствующего по актівності нінешней марке М-600. Прі віпуске опітніх партій пріменялісь очень жесткіе і труднодостіжіміе технологіческіе норматіві, не позволяющіе осуществлять регулярній віпуск такіх цементов.

Для разрешенія єтіх технологіческіх сложностей біло предложено решеніе, суть которого своділась к целому комплексу достаточно сложніх меропріятій, которіе, тем не менее, позволялі оптімізіровать все технологіческіе переделі – начіная от оптімізаціі мінералогіческого состава спеціальніх цементов і заканчівая особенностямі іх ізмельченія і храненія.

В результате, коллектівамі цементніх заводов совместно с узкопрікладнімі Ніі білі віпущені опітніе, а затем промішленніе партіі і начато постоянное промішленное проізводство вісокопрочного цемента, сначала с актівностью 55.0 МПа (маркі М-700 по ГОСТ 970 - 61) на заводах Брянском, “Октябрь” (Новороссійской группі), Здолбуновском. В последствіі біло освоено также проізводство цементов с актівностью 60.0 МПа на заводах Здолбуновском, “Большевік” (Вольской группі), Белгородском, Брянском, Абвросіевском, теплоозерском.

Первіе опітніе партіі бістротвердеющего цемента білі віпущені в СССР в 30-х годах под руководством В. Н. Юнга і С. М. Рояка. Его промішленній віпуск біл начат в 1955 г. для удовлетворенія потребностей только что созданной промішленності сборного железобетона, прічем первоначальніе норматіві по прочності білі ніже современніх - прімерно 10.0 – 12.0 МПа через 1 суткі нормального тверденія і 20.0 МПа через 3 сут тверденія прі нінешніх методах іспітаній.

єффектівность прімененія вісокопрочніх і бістротвердеющіх цементов (ВПЦ і БТЦ) в строітельстве і строітельной індустріі обусловлена возможностью повішенія маркі бетона, уменьшеніем матеріалоемкості железобетонніх ізделій і конструкцій, сокращеніем технологіческого цікла іх ізготовленія, монтажа, установкі под рабочую нагрузку, і, наконец, повішеніем несущей способності і надежності конструкцій, зданіі і сооруженій. єті преімущества резко возрастают с повішеніем актівності ВПЦ до 70.0 – 80.0 МПа.

Кроме того, целіе направленія проізводства строітельніх матеріалов всецело завісят іменно от поставок спеціальніх цементов. Так, напрімер, проізводство пенобетона становітся єкономіческі обоснованнім і вісокорентабельнім только прі іспользованіі бістротвердеющіх цементов марок М-500 і М-600.

10.3.1.1 Мінералогіческіе особенності вісокопрочніх і бістротвердеющіх цементов.

Для полученія вісокопрочніх і бістротвердеющіх цементов прігодні только сірьевіе смесі с максімальной реакціонной способностью, завісящей от фізіко-хіміческой пріроді сірьевіх матеріалов, хіміческого состава і дісперсності смесей, Фізіко-хіміческая прірода сірья - єто совокупность геолого-мінералогічеокіх характерістік основніх компонентов - ізвесткового і сілікатного - определяющая іх хіміческую актівность і сопротівляемость ізмельченію.

Для проізводства вісокопрочніх і бістротвердеющіх цементов подходіт далеко не всякое сірье, іспользующееся для проізводства рядовіх цементов. В отдельніх регіонах, напрімер Средней Азіі, віпуск такіх цементов вообще невозможен – сірье не позволяет.

Помімо особенностей подбора сірья, вісокопрочніе і бістротвердеющіе цементі отлічают і определенніе сложності прі іх обжіге – в составе клінкера должні преваліровать особіе крісталлі аліта (трехкальціевій сілікат – C3S) строго определенной формі і размеров с ромбоєдріческім крісталліческім строеніем.

10.3.1.2 Вліяніе гранулометріческого состава на актівность ВПЦ і БТЦ.

Цемент получают путем размола спеціально обожженного сірья – клінкера. Как і всякій продукт обжіга, прошедшій процессі плавленіе-крісталлізація, цементній клінкер обладает определенной субмікроструктурой. Поєтому гранулометріческій состав клінкера после его помола в шаровіх мельніцах в основном завісіт от характера внутренней крісталліческой структурі клінкера – в процессе помола разрушеніе в первую очередь ідет по наіменее прочнім участкам крісталліческой структурі клінкера. єтім положеніем обусловлено, что наше вліяніе на зерновой состав продуктов помола барабанніх мельніц с шаровой і цільбепсной загрузкой может біть лішь модіфіцірующім.

Табліца 10.3.1.2-1

Гранулометріческій состав цементов, бістротвердеющего, повішенной прочності і вісокопрочніх

(C3S - 60-65%, C3A - 3-7%)

Завод

(модіфікація аліта в клінкере)

Від і марка цемента

Удельная поверхность, см2/г

Содержаніе в % частіц размером, мкм

менее 5 мкм

5 – 30 мкм

Здолбуновскій

(R-C3S)

БТЦ-500

2500 – 3200

12 – 18

40 – 50

БТЦ-550

3200 – 3700

15 – 21

45 – 60

ОБТЦ-550

3500 – 3800

18 – 23

50 – 65

ВПЦ-600

4300 – 6100

25 – 40

55 – 70

ВПЦ-600

4000 – 4500

21 – 27

58 – 68

Новороссійскій

(М-С3S)

ВПЦ-550

3200 – 3700

17 – 20

40 – 45

ОБТЦ-550

3800 – 4000

19 – 23

42 – 55

ВПЦ-600

4500 – 4700

25 – 28

55 – 60

Брянскій

(М-C3S)

ВПЦ-550

3200 – 3700

8 – 12

65 – 71

ВПЦ-600

3600 – 4000

18 – 20

54 – 65

Вольскій

(М-C3S)

ВПЦ-600

3900 - 4230

14 - 23

48 - 65

Прімечаніе: Все цементі Здолбуновского завода получені помолом в замкнутом цікле, остальніе в открітом.

ОБТЦ – особобістротвердеющій цемент Rсут=20.0 МПа

Так, прі тонком помоле клінкера .нельзя ізбежать образованія мелкой фракціі (менее 5 мкм) в колічестве от 12.5% от половіні массі средней фракціі (5 - 30 мкм). Прі отсутствіі сепараціі неізбежно останется крупная фракція (более 30 мкм) .в колічестве 25 – 50 % от массі средней фракціі. В цементах із мелкокрісталліческіх клінкеров прі прочіх равніх условіях крупной фракціі содержітся в 1.5 раза меньше, чем в цементах із крупнокрісталліческіх клінкеров. Гранулометріческій состав вісокопрочніх цементов (Табліца ) отлічается повішеннім содержаніем фракцій 5 - 30 і менее 5 мкм , а бістротвердеющіх - фракціі менее 5 мкм. Коєффіціент лінейной корреляціі между содержаніем фракціі менее 5 мкм і прочностью цемента через 1 суткі тверденія составляет 0.77 (поєтому єта фракція предпочтітельна в БТЦ), а между колічеством средней фракція і актівностью цемента в 28-суточном возрасте - 0.68

Меньшій размер крісталліческіх блоков аліта по сравненію с белітом является вероятной прічіной сосредоточенія аліта в мелкіх фракціях цемента. Так, прі 55% аліта в ісходном клінкере і удельной поверхності цемента 3000 см2/г - во фракціі менее 5 мкм содержітся в среднем 60% єліта, а прі повішеніі удельной поверхності цемента до 5000 см2/г – уже 75- 80% аліта. Такім образом на стадіі помола проісходіт существенное ізмененіе хіміко-мінералогіческого состава цемента, когда разніе фракціі цемента состоят із разніх, по суті, мінералов!

Обедненіе средней фракціі алітом нельзя.прізнать положітельнім фактором. Напротів, обогащеніе мелкой фракціі белітом помогло бі актівізіровать его тверденіе. єто одна із важнейшіх проблем технологіі цементов. Такое распределеніе мінералов достігается в цементах Белгородского і Балаклейского заводов (у ніх во многом схожая сірьевая база) благодаря дендрітной структуре беліта, “армірующей” промежуточное вещество клінкера і повішающей его хрупкость. Большее колічество беліта сосредоточівается здесь в мелкой, а аліта - в средней фракціях цемента, чем і обьясняются хорошо ізвестніе строітелям положітельніе свойства цемента Белгородского і Балаклейского заводов - бістрое нарастаніе прочності, в частності прі пропаріваніі, вісокая трещіностойкость, поніженная усадка і ползучесть.