Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы рубрики ‘СТРОИТЕЛЬНЫЕ. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ’

9.1. Общие сведения

Бетоном называется искусственный каменный материал, по­лучаемый в результате отвердевания бетонной смеси, состоящей из цемента, воды, заполнителей и добавок.

Обычный бетон изготавливают на портландцементе или его разновидностях с применением непористых заполнителей в виде песка и щебня (или гравия). При этом пользуются терминологи­ей, представленной в табл. 9.1.

Цемент и вода — химически активные материалы. В бетонной смеси они образуют пластичное тесто и придают ей подвижность. В бетоне они образуют цементный камень и придают ему проч­ность.

Заполнители (инертные) снижают стоимость бетона, так как, занимая 70…80 % объема, существенно сокращают расход цемен­та. Чем больше содержание заполнителей в бетоне, тем меньше его усадка и ползучесть.

По плотности уб, кг/м3, бетоны подразделяются на особо тя­желые (уб = 2 500…6 000); тяжелые (уб = 2 200… 2 500); облегченные (уб = 1 800…2200); легкие (уб = 500… 1 800); особо легкие (уб < 500); по виду связующего — на бетоны на минеральных связующих (це­ментные, силикатные, гипсовые) и органических связующих (ас­фальтобетон, полимербетон).

Обычный бетон (далее — бетон) относится к тяжелым. Спе­циальные бетоны помимо несущей выполняют и другие функции. К ним относятся, например, бетоны для радиационной защиты,

Таблица 9.1 Компоненты смеси Наименование материала до отвердения после отвердения Цемент + вода Цементное тесто Цементный камень Цемент + вода + песок Растворная смесь Раствор Цемент + вода + песок + круп­ный заполнитель Бетонная смесь Бетон

легкие бетоны для стен зданий, особо легкие для теплоизоляции, асфальтобетон для дорожных покрытий, жаростойкий бетон, гид­ротехнический бетон и др.

При оценке свойств цементов испытывают как само по себе вяжущее (в виде порошка), так и составы, в которые вяжущее входит в качестве одного из компонентов (тесто = цемент + вода или цементный раствор = цемент + вода + песок). Чтобы по ре­зультатам испытания раствора (или теста) оценить качество це­мента, влияние всех других факторов (количества и качества пес­ка, густоты теста или раствора, условий изготовления, хранения и испытания образцов, их возраста) нужно исключить. С этой целью установлены государственные стандарты на методы изго­товления, хранения и испытания образцов. В настоящее время дей­ствуют два российских стандарта: ГОСТ 310.1 — 5 (используемый для внутреннего рынка) и ГОСТ 30744—2001, соответствующий европейским стандартам.

Песок и вода по составу и качеству также должны удовлетво­рять требованиям стандартов. Согласно ГОСТ 6139 — 2003 стан­дартный песок для испытаний цемента должен быть кварцевым, содержать Si02 не менее 96 % и иметь допустимое количество гли­нистых, илистых и органических примесей. Он может быть моно — фракционным, состоящим из одной фракции 0,5 —0,9 мм, или полифракционным, состоящим из следующих фракций: 0,08… 0,16; 0,16…0,50; 0,50… 1,00 и 1,00… 1,60 мм.

Монофракционный песок предназначен для определения мар­ки цемента по ГОСТ 310.4 — 81. Он должен иметь сертификат со­ответствия эталонному песку — песку Привольского месторожде­ния, удовлетворяющему требованиям ГОСТ 6139 — 2003.

Полифракционный песок предназначен для определения клас­са цемента по ГОСТ 30744 — 2001. Полифракционный песок дол­жен иметь сертификат соответствия эталонному песку, удовлет­воряющему требованиям европейского стандарта EN 196-1. Со­держание воды подбирают таким образом, чтобы и тесто, и ра­створная смесь имели стандартную консистенцию (нормальную густоту). Количество воды, необходимое для получения смеси нормальной густоты, называется водопотребностъю теста (цемен­та) или раствора.

Определение водопотребности цемента. Водопотребность цемента определяют с помощью прибора Вика (см. рис. 8.2). Иглу 6 прибо­ра Вика заменяют металлическим цилиндром — пестиком 1, пе­реставляя их местами (чтобы масса перемещающейся части оста­валась равной 300 г).

По ГОСТ 310.3 — 76 тесто перемешивают вручную в течение 5 мин и заполняют им в один прием коническое кольцо 5 прибора Вика, постукивая подставкой 4 кольца о стол 5 — 6 раз. Избыток теста срезают и поверхность заглаживают. Пестик немедленно приводят в соприкосновение с тестом и сразу же дают ему возможность погружаться в течение 30 с.

По ГОСТ 30744 — 2001 тесто перемешивают в специальном сме­сителе по режиму (90 + 5 + 90) с (перемешивание —остановка — перемешивание) и переносят в один прием в коническое кольцо 5 без уплотнения и вибрации. Время с начала затворения до начала погружения пестика в цементное тесто должно состав­лять 4 мин. Фиксируют глубину погружения также за 30 с.

Нормальной (в обоих стандартах) считается густота, при кото­рой пестик не доходит до дна на 5…7 мм.

Определение сроков схватывания цемента. Пестик 1 прибора Вика (см. рис. 8.2) заменяют иглой 6, переставляя их местами. Го­товят тесто нормальной густоты и заполняют им кольцо прибора Вика. Иглу 6 прибора доводят до соприкосновения с поверхнос­тью теста и фиксируют стопорным винтом 7(верхним). Отпуская винт, дают игле возможность погружаться в тесто. Погружения иглы производят с интервалом 10 мин, каждый раз — в новое место. Перед погружением иглу протирают влажной тканью. Сро­ки схватывания считают от начала затворения.

Начало схватывания наступает, когда игла не доходит до дна: по ГОСТ 310.3-76 — на 1 …2 мм, а по ГОСТ 30744-2001 — на 3…5 мм. Конец схватывания наступает, когда игла погружается в
тесто: по ГОСТ 310.3 — 76 — не более чем на 1 …2 мм, а по ГОСТ 30744 — 2001 — на 0,5 мм.

При определении конца схватывания по ГОСТ 30744 — 2001 длинную иглу в приборе Вика заменяют на короткую с кольцеоб­разной насадкой, фиксирующей глубину погружения иглы 0,5 мм (рис. 8.2, б), и кольцо с цементным тестом переворачивают ши­роким основанием вверх.

Определение равномерности измерения объема цемента. При

твердении цементного теста иногда наблюдается искривление из­делий, их растрескивание или полное разрушение. Причиной это­го является наличие свободной (не связанной в соединения с дру­гими оксидами) извести.

При затворении цемента водой происходит гашение свобод­ной извести [СаО + Н20 = Са(ОН)2], которое сопровождается уве­личением объема твердой фазы. В отличие от быстрогасящейся воздушной извести, получаемой при температуре 900… 1 100°С, известь в портландцементе, обжигаемом при температуре 1 450 °С, представляет собой «пережог» и гасится медленно. При испытани­ях этот процесс ускоряют кипячением образцов в воде.

По ГОСТ 310.3 — 76 две навески теста нормальной густоты по 75 г каждая скатывают в шарики, кладут на стеклянные пластин­ки и, постукивая о стол, превращают в лепешки. Первые 24 ч эти лепешки хранят во влажной среде (в ванне с гидравлическим зат­вором) (рис. 8.3), затем кипятят в воде в течение 3 ч, после чего осматривают. Признаками неравномерности изменения объема являются:

1) коробление лепешек;

2) появление сетки мелких трещин;

3) наличие радиальных трещин;

4) полное разрушение лепешек (рис. 8.4).

По ГОСТ 30744 — 2001 два кольца Ле Шателье (рис. 8.5) уста­навливают на пластинки 3 и наполняют в один прием цементным тестом нормальной густоты без уплотнения или вибрации. Избы­ток теста срезают, накрывают кольца пластинками с пригрузом 4 и помещают в камеру влажного хранения (см. рис. 8.3) на 24 ч. После этого измеряют штангенциркулем расстояние d между кон­цами индикаторных игл 2 с точностью до 0,5 мм, освобождают от

Рис. 8.3. Ванна с гидравличе-
ским затвором:

1 — образцы; 2 — решетка

Рис. 8.4. Образцы (а…в), не
выдержавшие испытания

пластинок и пригруза и кипя­тят в воде в течение 3 ч. Затем кольца извлекают, охлаждают и измеряют расстояние / между концами игл. После этого вычис­ляют разность z=f-d для каж­дого кольца.

Определение активности, марки и класса цемента. Прочност­ные свойства цемента при изгибе и сжатии определяют на об — разцах-балочках размерами 40x40x160 мм, приготовленных из стандартного цементного раствора состава 1 : 3 (цемент: стандарт­ный песок).

По ГОСТ 310.4—81 растворную смесь готовят на монофракци — онном песке в стандартной лопастной или бегунковой растворо­мешалке и определяют ее водопотребность по расплыву (диаметру нижнего основания) отформованного из смеси конуса после 30 па­дений с высоты 10 мм встряхивающего столика (рис. 8.6).

При В/Ц = 0,40 нормальной считается густота, при которой рас — плыв конуса РК = 106… 115 мм. Если РК < 106 мм, то В/Ц увеличи­вают до получения значения РК = 106… 108 мм. Если РК >115 мм, то В/Ц уменьшают до получения значения РК = 113… 115 мм.

в Рис. 8.5. Кольцо Ле Шателье:

а — вид сверху; б — вид сбоку; в — после расширения образца; 1 — кольцо с
прорезью; 2 — индикаторная игла; 3 — стеклянная пластинка; 4 — пригруз

Растворную смесь нормальной густоты укладывают в трехсек­ционную форму (рис. 8.7), закрепленную на стандартной вибро­площадке, и уплотняют вибрированием в течение 3 мин. По оконча­нии вибрирования форму снимают, избыток смеси срезают и по­верхность образцов заглаживают. Образцы хранят в течение 24 ч в

а

Рис. 8.8. Схема испытания образца-
балочки на изгиб

формах во влажном пространстве (см. рис. 8.3), затем освобождают от форм и хранят до испытания в воде при температуре (20 + 2) °С.

Испытание образцов проводят в возрасте 28 сут сначала на из­гиб (рис. 8.8), а полученные шесть половинок балочек — на сжа­тие с помощью стандартных пластин (рис. 8.9) с рабочей площа­дью 25 см2 (40×62,5 мм). Предел прочности на сжатие определяют как частное от деления разрушающей нагрузки на рабочую пло­щадь пластины. Полученное по шести образцам среднее значение предела прочности при сжатии называется активностью цемента и обозначается Rn.

По ГОСТ 30744 — 2001 растворную смесь готовят на полифрак — ционном песке с В/Ц = 0,50. Перемешивают в стандартном лопа­стном растворосмесителе сначала цемент с водой на малой ско­рости в течение 30 с, затем добавляют песок и перемешивают на большой скорости по режиму: 30 с перемешивание; 90 с останов­ка; 60 с перемешивание.

Смесь укладывают двумя слоями в трехсекционную форму (рис.

8.7, а), закрепленную с насадкой на платформе встряхивающего устройства. Сначала укладывают приблизительно по 300 г смеси в каждую секцию. Уложенную смесь разравнивают лопаткой 1 (рис.

8.7,

б) для первого слоя и уплотняют 60 ударами (падениями с высоты 15 мм) встряхивающего стола. Затем отсеки заполняют оставшейся смесью, которую разравнивают лопаткой 2 для вто-

Марка цемента	Предел прочности, МПа, не менее
при изгибе	при сжатии
300	4,5	30,0
400	5,5	40,0
500	6,0	50,0
550	6,2	55,0
600	6,5	60,0

Таблица 8.7 Класс цемента Прочность на сжатие, МПа, в возрасте, суток, не менее Начало схва­тывания, мин, не ранее Показатель равномерности изменения объема z, мм, не более 2 7 28 22,5 Н — 11 22,5 75 10 32,5 Н — 16 32,5 32,5 Б 10 — 42,5 Н 10 — 42,5 60 42,5 Б 20 — 52,5 Н 20 — 52,5 45 52,5 Б 30 —

рого слоя и уплотняют циклом из 60 ударов. Затем поступают так же, как и при испытании по ГОСТ 310.4—81, однако рекоменду­ются нажимные пластины размерами 40×40 мм, но допустимы и пластины размерами 40,0×62,5 мм.

Технические требования к цементам. Согласно ГОСТ 10178 — 85 по прочности цементы подразделяются на марки (табл. 8.6).

Начало схватывания цемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец — не позднее чем через 10 ч с начала затво — рения. Цементы должны показать равномерность измерения объе­ма. Остаток на сите № 008 не должен превышать 15 % от массы пробы.

Согласно ГОСТ 31108 — 2003 по прочности цементы подраз­деляются на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5, а по скорости тверде­ния — на два подкласса: Н — нормально твердеющий; Б — быст­ро твердеющий (табл. 8.7).

Многие вяжущие вещества при твердении дают усадку. Этого можно избежать применением расширяющихся цементов, кото­рых насчитывается более 50 разновидностей. В большинстве случа­ев расширение при твердении цементного камня связано с обра­зованием гидросульфоалюмината кальция (ГСАК), объем которого значительно превышает объем исходных твердых продуктов реакции. Образование ГСАК происходит в системе, содержащей алюминаты кальция (соединения с общей формулой «СаО • /иАЬ03) и CaS04 в присутствии воды. Такие вещества содержатся, в частности, в портландцементе. При гидратации портландцемента ГСАК обра­зуется по реакции:

ЗСаО • А1203 • 6Н20 + 3(CaS04- 2Н20) + 19Н20 — э
-> ЗСаО • А1203 • 3CaS04 ■ 31Н20

Количества ГСАК в обычном ПЦ недостаточно для расшире­ния. Чтобы его получить, нужно к ПЦ добавить расширяющую добавку, включающую в себя недостающие компоненты (кальци­евый — СаО, алюминатный — А1203 и сульфатный — CaS04) в нужном количестве и соотношении. Расширяющую добавку полу­чают различными способами. В качестве вещества, содержащего CaS04, обычно берут природный гипс, ангидрит или побочные продукты некоторых производств. Алюминаты кальция входят в состав глиноземистого цемента или его клинкера (глиноземисто­го шлака). Их получают также путем плавления или спекания бок­сита и мела.

Путем обжига смеси из трех составляющих (боксита, мела и гипса) получают продукт, состоящий из сульфоалюмината каль­ция (ЗСаО • ЗА1203 • CaS04). На его основе можно создавать как рас­ширяющую добавку, так и расширяющийся цемент.

Большинство расширяющихся цементов производятся на базе портландцемента и глиноземистого цемента путем введения до­бавок, которые либо размалываются отдельно и перемешиваются с готовым цементом, либо размалываются совместно с клинке­ром. Реже добавки вводятся в сырьевую смесь с целью получения клинкера расширяющегося цемента.

В зависимости от степени расширения цементы подразделяются на безусадочные, расширяющиеся и напрягающие. Последние обла­дают самой большой энергией расширения и способны натягивать арматуру для создания предварительного напряжения в бетоне.

Гипсоглиноземистый цемент (ГГЦ) является быстротвердеющим гидравлическим вяжущим, получаемым путем совместного помо­ла или смешения высокоглиноземистого шлака (70 %) и природ­ного двуводного гипса (30 %). Расширение образцов из ГГЦ на­блюдается при твердении в воде. В воздушных условиях происхо­дит усадка. Расширение заканчивается через 1…3 сут твердения. Относительное удлинение через 3 сут составляет 0…0,7 %.

Расширяющийся портландцемент (РЦ) получают путем совмест­ного помола портландцементного клинкера (60…65%), высоко­глиноземистого шлака (5…7%), двуводного гипса (7… 10%) и активной минеральной добавки (20… 25 %). Гидравлическая добавка связывает Са(ОН)2, выделяющийся при гидратации C3S, и уско­ряет растворение алюминатов кальция и образование ГСАК.

Напрягающий цемент (НЦ) предназначен для изготовления специальных железобетонных изделий, арматура которых напря­жена в нескольких направлениях. Силы, вызывающие напряже­ние арматуры, возникают при расширении цементного камня. Это явление получило название самонапряжения, а железобетон по­лучил название самонапряженного. Напрягающий цемент пред­ставляет собою тонкомолотую смесь, состоящую из 65 % порт­ландцементного клинкера, 20 % глиноземистого шлака и 15 % гипса. Давление, развиваемое образцами из напрягающего цемента при твердении, достигает 9… 10 МПа.

Глиноземистые цементы — это сверхбыстротвердеющие гидрав­лические вяжущие вещества, являющиеся продуктами помола обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси, состав­ленной из бокситов (А1203- яН20) и известняков (СаС03). В зави­симости от содержания А1203 глиноземистые цементы подразде­ляются на глиноземистый цемент (ГЦ) с содержанием А1203 не менее 35 % и высокоглиноземистые цементы (ВГЦ) с содержа­нием А1203 не менее: для вида ВГЦ I — 60, ВГЦ II — 70 и ВГЦ III — 80%.

Получение ГЦ. Получение ГЦ возможно либо плавлением, либо спеканием сырьевых смесей. В России ГЦ производят в основном путем бокситной плавки чугуна в доменной печи.

При получении глиноземистого клинкера и чугуна в доменной печи сырьевая смесь составляется из железистого боксита, известня­ка, металлического лома и кокса. Шлак и чугун образуют в печи два слоя и удаляются из нее раздельно. Температура удаляемого шлака составляет 1 600… 1 700 °С.

Количество выходящего из доменной печи чугуна примерно рав­но количеству получающегося цемента. Помол глиноземистого клин­кера сопровождается высоким расходом электроэнергии из-за высокой твердости (7…7,5 по шкале Мооса).

Минералогический состав ГЦ. Минералогический состав ГЦ характеризуется преобладанием низкоосновных алюминатов каль­ция, главным образом, однокальциевого алюмината СаО • А1203 (СА). Однако часто присутствуют C2AS, С5А3, С3А5, СА2, C2S.

Твердение. Однокальциевый алюминат схватывается медленно, но твердеет очень быстро. В процессе гидратации СА из пересы­щенного раствора выкристаллизовывается гидроалюминат каль­ция Са0А1203- 10Н2О, с течением времени переходящий в пла­стинчатые кристаллы С2АН8 и гель А1(ОН)3. Одновременно из ра­створа кристаллизуются С2АН8, С4АН12, С3АН]2.

Свойства ГЦ. Плотность (2,8…3,2 г/см3), водопотребность (23…28 %) и сроки схватывания ГЦ имеют близкие к ПЦ значе­ния. Отличительной особенностью ГЦ и ВГЦ является очень быс­трое нарастание прочности при твердении. Уже к суточному воз­расту прочность изделий из ГЦ составляет 50…90 % от марочной. ГЦ выпускается трех марок: 40, 50 и 60, а ВГЦ — двух марок: 25 и 35. Марка показывает нижний предел прочности при сжатии, МПа, при стандартном испытании в возрасте 3 сут. Стойкость ГЦ в суль­фатных и пресных водах выше, чем ПЦ и других вяжущих ве­ществ, причиной чего считают образование на кристаллах гидро­алюминатов кальция защитной пленки из А1(ОН)3 и отсутствие в цементном камне Са(ОН)2. ГЦ характеризуется значительным теп­ловыделением при твердении, причем теплота выделяется с вы­сокой скоростью, что препятствует использованию глиноземис­того цемента для бетона массивных сооружений. Бетоны на ГЦ имеют высокую морозо — и жаростойкость.

Применение ГЦ. Применение ГЦ ограничивается его стоимос­тью, которая в 3 — 4 раза выше, чем ПЦ. Он применяется в тех случаях, когда необходимы его специфические свойства, напри­мер при проведении аварийных и срочных работ, для тампониро­вания нефтяных и газовых скважин, получения огнеупорного бе­тона. Используется ГЦ также в составе смешанных вяжущих ве­ществ.

Активные минеральные (гидравлические) добавки — это тонко­дисперсные минеральные вещества, которые при затворении во­дой самостоятельно не твердеют, но, будучи добавленными к воз­душной извести, придают ей способность твердеть в воде. Эта спо­собность основана на том, что содержащиеся в активных мине­ральных добавках кремнезем (Si02) и глинозем (А1203) связыва­ют известь в присутствии воды в нерастворимые гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, обладающие гидравлическими свой­ствами. Активные минеральные добавки бывают природные и ис­кусственные. К природным относятся некоторые горные породы как вулканического (вулканические пеплы, туфы, трассы), так и осадочного (диатомит, трепел, опока, глиежи) происхождения. К искусственным относятся доменные и электротермофосфорные гранулированные шлаки, нефелиновый шлам, искусственно обо — жженые глинистые материалы, зола-унос. Среди этих веществ наи­большее значение имеют пуццоланы — быстро охлажденные веще­ства вулканического происхождения, содержащие Si02 и А1203 в аморфной форме и имеющие высокую активность, и доменный гранулированный шлак, получаемый в качестве побочного про­дукта при выплавке чугуна.

Основными составляющими шлака являются CaO, Si02 А1203 и MgO. Расплавленный шлак, выливаемый из домны, разбивают на гранулы (гранулируют), в результате чего облегчается его даль­нейшая переработка. Грануляция имеет и другую цель — за счет быстрого охлаждения получить стекловидную структуру шлака и тем самым повысить его гидравлическую активность.

Пуццолановый портландцемент (ППЦ) относится к сульфато­стойким видам цемента. Его получают путем совместного помола портландцементного клинкера нормированного состава (С3А < 8 %, А1203< 5%, MgO < 5 %) и 20…40% пуццоланы. При помоле до­бавляют гипс для регулирования сроков схватывания. При тверде­нии ППЦ вначале образуются те же продукты, что и при гидрата­ции ПЦ. Вслед за этим аморфный кремнезем пуццоланы, реаги­руя с образовавшимися Са(ОН)2 и ЗСаО ■ А1203 • 6Н20, переводит их в малорастворимые низкоосновные гидросиликаты и гидро­алюминаты кальция (реакции пуццоланизации):

Са(ОН)2 + Si02 + Н20 = СаО • Si02 • Н20

ЗСаО • А1203 • 6Н20 + Si02 = «СаО • А1203 • хН20 +

+ тСаО • Si02 • уН20

Поскольку в составе продуктов гидратации ППЦ отсутствуют растворимый Са(ОН)2 и высокоактивный С3АН6, он более стоек, чем ПЦ, к выщелачиванию и сульфатной коррозии. По сравне­нию с ПЦ он медленнее твердеет, выделяет меньше теплоты и имеет меньшую прочность, характеризуемую марками 300 и 400, что объясняется замещением части клинкера менее активной пуццоланой. ППЦ имеет высокую водопотребность — 30…40% (ПЦ — только 24…28%). Морозостойкость и воздухостойкость бетонов на ППЦ низка, однако водонепроницаемость их выше, чем бетонов на ПЦ, так как гидравлическая добавка под влиянием известковой воды сильно набухает. ППЦ дешевле, чем ПЦ, и его выгодно применять в подводных и подземных частях конструкций, во внутренних зонах бетона гидротехнических сооружений. Вслед­ствие пониженной морозо — и воздухостойкости его не используют в атмосферных условиях и в зоне переменного уровня воды.

Шлакопортландцемент (ШПЦ) получают путем совместного помола портландцементного клинкера и гранулированного домен­ного шлака (от 20 до 80 %) с добавлением гипса. Допускается за­мена части шлака (до 10% от массы цемента) пуццоланой. При гидратации клинкерной части ШПЦ образуются те же кристалло­гидраты, что и при твердении ПЦ. Под воздействием насыщенно­го раствора извести стекловидная фаза доменного шлака активи­зируется и вступает в процессы гидратации и гидролиза с образо­ванием гидроалюминатов и гидросиликатов кальция. В ШПЦ гипс не только замедляет схватывание, но и выступает в начальный период наряду с Са(ОН)2 в роли активизатора твердения шлака. В дальнейшем и гипс, и известь непосредственно реагируют со шлаковыми составляющими, образуя типичные для ШПЦ про­дукты: гидрогеленит и гидрогранаты. При твердении ШПЦ обра­зуются гидросиликаты меньшей основности, чем при твердении ПЦ.

Преимущества ШПЦ перед ПЦ заключаются, во-первых, в более высокой водостойкости в пресных и сульфатных водах, что обусловлено низким содержанием в цементном камне Са(ОН)2 и меньшей основностью силикатов; во-вторых, в более низкой (на 30…40%) стоимости. Тепловыделение ШПЦ меньше тепловыде­ления ПЦ, что для массивных конструкций является крайне же­лательным. Высокая адгезия к стальной арматуре и способность при пропаривании набирать прочность быстрее ПЦ позволяют при­менять шлакопортландцемент на заводах железобетонных изде­лий. К недостаткам ШПЦ можно отнести пониженную по сравне­нию с ПЦ активность, в результате чего бетоны на этом цементе твердеют медленнее и имеют более низкие характеристики проч­ности, морозостойкости, водонепроницаемости. Марки ШПЦ по прочности: 300, 400, 500. По прочности и морозостойкости ШПЦ превосходит ППЦ, но уступает ему по водонепроницаемости. Во — допотребность ШПЦ (20…25 %) немного меньше, чем у порт­ландцемента.

ШПЦ используют в массивных наземных, подземных и под­водных сооружениях, в частности, при воздействии агрессив­ной среды; для изготовления бетонных и железобетонных изде­лий; в составе кладочных и штукатурных растворов. Не реко­мендуется применять ШПЦ в конструкциях, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент в отличие от ШПЦ го­товят из клинкера нормированного состава (С3А < 8 %, А1203< 5 %, MgO < 5%) и с содержанием доменного шлака от 40 до 60%. Сульфатостойкий шлакопортландцемент имеет две марки: 300 и 400. Он применяется в основном для подземных и подводных час­тей бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию сульфатных и пресных вод.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) является алито-алю — минатным цементом с повышенным содержанием C3S и С3А (в сумме 60…65%) и более тонким по сравнению с ПЦ помолом клинкера (УуД = 3 500…4 500 см2/г).

Скорость твердения БТЦ возрастает со скоростью охлаждения клинкера. При быстром охлаждении от температуры 1 250… 1 300 °С отдельные фазы клинкера остаются в аморфной форме, сохраняя высокую активность. При помоле БТЦ добавляют активные мине­ральные добавки (не более 20 % от массы цемента), которые обес­печивают равномерный рост прочности (без сбросов). В отличие от ПЦ прочность БТЦ нормируется в возрасте 3 и 28 сут. В возра­сте 3 сут БТЦ должен иметь не менее половины (обычно 60… 70 %) марочной (28-суточной) прочности. Стандарт предусматривает две марки БТЦ: 400 и 500. БТЦ предназначен для изготовления сбор­ных железобетонных конструкций и изделий на заводах и полиго­нах, а также для скоростного строительства.

Сульфатостойкий портландцемент изготавливают из клинкера нормированного состава, содержащего: C3S — не более 50 %; С3А — не более 5 %; (С3А + C4AF) — не более 22 %. Минеральные добав­ки не допускаются, так как они снижают морозостойкость бетона. Для этого цемента характерны пониженное тепловыделение и за­медленное твердение в начальные сроки. Сульфатостойкий порт­ландцемент выпускается одной марки — 400. Он предназначен для изготовления бетона наружных зон сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии воды и одновременно подвержен­ных систематическому попеременному увлажнению и высыханию или замораживанию и оттаиванию.

Пластифицированный портландцемент получают введением при помоле клинкера пластифицирующей поверхностно-активной добавки в количестве 0,15…0,30% от массы цемента. В качестве таких добавок часто применяют технические лигносульфонаты. До­бавка облегчает помол клинкера и придает растворным и бетон­ным смесям повышенную подвижность. Пластифицирующий эф­фект позволяет либо сократить расход цемента (при водоцемент­ном отношении В/Ц = const), либо повысить прочность, морозо­стойкость и водонепроницаемость бетона, уменьшив В/Ц.

Гидрофобный портландцемент получают при добавлении к це­менту в процессе помола клинкера и гипса гидрофобизующих добавок (асидола, мылонафта, олеиновой кислоты, кубовых ос­татков синтетических жирных кислот и др.) в количестве 0,06…0,30% от массы цемента.

Гидрофобизующие добавки образуют на зернах цемента тон­чайшие адсорбционные слои, обладающие водоотталкивающими свойствами и понижающие способность цемента смачиваться во­дой. Поэтому гидрофобные цементы не снижают своей активнос­ти в течение одного-двух лет хранения на воздухе, в то время как обычные цементы уже через 1…3 мес теряют до 30% и более начальной прочности.

В начале процесса твердения вода проникает к зерну цемента путем диффузии через адсорбционные пленки, при этом не­сколько замедляется рост прочности. По мере гидратации и уве­личения в объеме новообразований гидрофобные слои разры­ваются и твердение протекает нормально. Благодаря воздухо­вовлекающей способности этих добавок пористость бетона уве­личивается на 3… 5 % по объему, что несколько понижает проч­ность, но из-за снижения доли открытых пор уменьшается во — допоглощение, повышается водонепроницаемость и морозостой­кость бетона. Гидрофобизующие добавки облегчают процесс помола, предотвращают слипание частиц цемента и налипание их на мелющие тела.

Белый портландцемент бывает двух видов: с активными мине­ральными добавками (до 20 %) и без добавок. Этот цемент полу­чают из сырья с малым содержанием красящих оксидов (FeO, МпО и др.). Используют чистый известняк или мел и белую глину — каолин. Клинкер белого цемента состоит из алита, белита и алю­минатов кальция при почти полном отсутствии алюмоферритной фазы. Чтобы исключить загрязнение цемента железом и его окси­дами при помоле, мельницы футеруют фарфоровыми или крем­невыми плитами. Применяют мелющие тела из фарфора или вы­сокоглиноземистого материала — уралита. Обжиг клинкера про­изводят на беззольном топливе — мазуте или газе. Клинкер под­вергают так называемому отбеливанию — резкому охлаждению от 1 250… 1 350 до 500…600°С, в результате которого белит теряет способность растворять оксидами железа. Марки белого портланд­цемента: 400 и 500. По белизне белый портландцемент подразде­ляется на три сорта.

Цветные портландцементы получают двумя способами:

1) совместным помолом белого клинкера с минеральными красителями (охрой, железным суриком, марганцевой рудой, уль­трамарином и др.);

2) путем введения в безжелезистую сырьевую смесь красящих пигментов (оксидов хрома, марганца, кобальта, никеля и др.). Ок­рашенные клинкеры дают редкие и насыщенные цвета, недоступ­ные при первом способе. Марки цветного портландцемента: 300, 400 и 500.

Получение портландцемента. Сырьевая смесь для получения порт­ландцемента (ПЦ) состоит чаще всего из известняка (75…78 %), содержащего СаС03, и глины (22…25%). Глина дает при разло­жении нужного количества кислотных оксидов Si02, А1203 и Fe203, которые должны связать всю свободную известь (СаО), образую­щуюся при разложении СаСОэ, в труднорастворимые соедине­ния: ЗСаО ■ Si02; 2СаО • Si02; ЗСаО ■ А1203; 4СаО • А1203 • Fe203.

Приготовление сырьевой смеси, выполняется мокрым (с до­бавлением воды при смешении и измельчении сырьевых компо­нентов) или сухим способом с получением либо жидкого про­дукта (шлама), либо сухой сырьевой муки.

Химический состав сырья и получаемого из него клинкера ха­рактеризуют содержанием оксидов в процентах. Необходимыми оксидами являются оксид кальция СаО (63… 66 %), кремнезем Si02 (21… 24 %), глинозем А1203 (4… 8 %) и оксид железа Fe203 (2… 4 %). Другие оксиды нежелательны. Их содержание ограничивается сле­дующими пределами: MgO < 5 %; S03 = 1,5…3,5 %; (Na20 + K20) < < 0,6 %. Превышение указанных пределов может привести к уве­личению объема цементного камня при твердении. Это также про­исходит, если часть СаО остается несвязанной.

Обжиг проводят исключительно во вращающихся печах, кото­рые позволяют обжигать как жидкую смесь (шлам), так и сырье­вую муку. При обжиге происходит диссоциация углекислого каль­ция (СаС03 = СаО + С02) и разложение минералов глины на кислотные оксиды Si02, А1203 и Fe203, вступающие во взаимо­действие с основным оксидом СаО. Этот процесс завершается в зоне наиболее высокого нагрева (1 450 °С), где происходит спека­ние материала, т. е. превращение его из порошкообразного в кам­неподобное состояние в результате застывания расплава, кото­рый образуется в небольшом количестве (20…30%). Продукт об­жига, выходящий из печи, представляет собой очень твердые ока­танные гранулы, называемые клинкером. Клинкер охлаждают до температуры 50… 150 °С и подвергают помолу в шаровых мельни­цах, однако не сразу, а через 3…4 дня, что повышает качество цемента.

Помол клинкера производится в основном в шаровых мельни­цах. При помоле добавляют до 5 % природного гипса для увеличе­ния сроков схватывания. Без добавки гипса портландцемент схва­тывается практически мгновенно. Допускается введение при по­моле до 20 % по массе активных минеральных добавок. Содержа­ние добавки указывается обозначением ДО, Д5 и Д20 после обо­значения марки цемента, например: ПЦ 400-Д20.

Процессы, происходящие при твердении портландцемента. Ми­нералогический состав портландцементного клинкера (табл. 8.5) представлен четырьмя индивидуальными веществами (минерала­ми), условно названными алитом, белитом, алюминатом и цели — том. По химическому составу они близки соответственно к трех­кальциевому силикату, двухкальциевому силикату, трехкальцие­вому алюминату, четырехкальциевому алюмоферриту и в целях упрощения отождествляются с ними (табл. 8.5).

Химические процессы при твердении портландцемента для ми­нералов C2S и С3А заключаются в присоединении воды; для C3S и C4AF — в гидролизе — разложении химического соединения и присоединении воды к продуктам разложения.

Физические процессы при твердении портландцемента и других В В заключаются в превращении дисперсной смеси порошка вяжу­щего с водой в сплошное камневидное тело.

Французский ученый Ле Шателье в 1887 г. предложил теорию твердения вяжущих веществ, в соответствии с которой процесс твердения объясняется разницей в растворимости исходного вя­жущего вещества и продуктов его гидратации. Теорию Ле Шателье можно свести к трем основным положениям.

1. Исходное вещество, всегда более растворимое, образует на­сыщенный раствор, который является пересыщенным по отно­шению к менее растворимому конечному продукту. Последний в растворе находиться не может, но он в этом растворе образуется в результате реакции гидратации, а значит, должен сразу же выпа­дать в осадок.

2. Осадок образуется в виде кристаллов, распределенных по все­му объему системы и связанных в кристаллический сросток, чем и объясняются высокие механические свойства затвердевшей массы.

3. Растворение исходного вещества и выделение из раствора новообразований является взаимообусловленным и происходит одновременно в течение всего процесса твердения.

Таблица 8.5 Минерал портландцемент — ного клинкера Соединение, отождествляемое с минералом Сокращенное обозначение Содержание в нормальном клинкере, % Продукты гидратации Теплота, кДж, вьщеляемая 1 % минерала в 1 кг цемента к возрасту 7 сут. 90 сут. Алит 3Ca0Si02 C3S 37,5…60,0 Са(ОН)2 + QSH2 4,58 4,95 Белит 2СаО — Si02 C2S 37,5… 15,0 C2SH2 0,97 0,97 Алюминат ЗСаО-А1203 С3А 7…15 С3АН6 8,66 10,29 Целит 4Ca0Al203 Fe203 C4AF 18…10 С3АН6 + CFH -1,73 1,39 Примечание. Обозначение Н„ эквивалентно п • Н20 и показывает, что продукт реакции присоединил воду.

00 -t»

 

Теория Ле Шателье объясняет процесс твердения строитель­ного гипса (см. подразд. 8.2), однако ее нельзя применить к порт­ландцементу, так как в продуктах его гидратации практически не обнаруживается кристаллических образований, а в основном только аморфная масса.

В 1893 г. немецкий ученый Михаэлис, высказал теорию, со­гласно которой продукты гидратации образуются не в кристалли­ческой форме, а в виде микроскопических (коллоидных) частиц, которые, заполняя пространство между зернами цемента, сбли­жаются и удерживают воду в узких промежутках между собой. Свя­занная таким образом вода, в свою очередь, прочно удерживает частицы на очень близком расстоянии друг от друга, образуя в совокупности с ними единую систему, называемую гелем. Обра­зующийся гель, обладая поначалу высокими пластическими свой­ствами, постепенно теряет воду в результате продолжающейся гидратации, связывания новыми коллоидами и испарения. Про­исходит сближение частиц и их срастание за счет медленной кри­сталлизации растворимых (даже незначительно) соединений, в результате чего цементный камень приобретает высокую механи­ческую прочность. Однако теория Михаэлиса, объясняющая про­цесс твердения портландцемента, не применима к строительно­му гипсу, в затвердевшем камне которого имеются только крис­таллические образования и совершенно нет коллоидного веще­ства.

Академиком А. А.Байковым в 1925—1927 гг. было дано объяс­нение процессов твердения вяжущих веществ, которое устраняет противоречия рассмотренных теорий и в одинаковой мере приме­нимо как к строительному гипсу, так и к гидравлическим цемен­там.

А. А. Байков отметил, что растворимость вещества увеличива­ется с уменьшением размера частиц, а следовательно, коллоид­ные частицы могут растворяться, образуя по отношению к зер­нам кристаллов (частицам огромным по сравнению с коллоида­ми) пересыщенный раствор, в котором последние растворяться не могут, а могут только из него выделяться. Таким образом, про­цесс коллоидации, по А. А. Байкову, имеет место всегда, только в случае гипса образующиеся коллоиды сравнительно легко раство­ряются в воде, и поэтому гипсовый гель переходит в кристалли­ческое состояние, в случае же портландцемента получается гель, практически не растворимый в воде, и кристаллизации не проис­ходит.

Свойства портландцемента. Плотность портландцемента состав­ляет 3,05…3,20 г/см3. Тонкость помола характеризуется удельной поверхностью 2500…3 000 см2/г и остатком на сите № 008, не превышающим 15 % от массы пробы. Водопотребность составляет 24… 28 %. Начало схватывания должно наступать не ранее чем че­рез 45 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 10 ч с начала затворения. Схватывание ускоряется при повышении тон­кости помола цемента и содержания в нем С3А. Прочность (актив­ность[3]) портландцемента оценивают испытанием стандартных образцов-балочек размерами 4x4x16 см в возрасте 28 сут.

Активность портландцемента составляет обычно от 40 до 60 МПа и более. В соответствии с этим отечественные заводы выпускают портландцемент марок 400, 500, 550 и 600.

Скорость твердения портландцемента возрастает с повышени­ем тонкости помола и температуры. По значению теплового эф­фекта при гидратации можно судить о химической активности клинкерных минералов и об их влиянии на скорость твердения (см. табл. 8.5).

Алито-алюминатные цементы (с повышенным содержанием C3S и С3А) дают быстрое увеличение прочности в первые сроки твердения (до 7 дней) и медленное увеличение прочности в даль­нейшем. У белито-целитовых цементов (с повышенным содержа­нием C2S и C4AF) наблюдается замедленное твердение. При хра­нении на воздухе составы на портландцементе дают усадку (умень­шение объема), а при хранении в воде — набухание (увеличение объема).

Гидравлическая известь. Сырьем для производства гидравли­ческой извести служат мергелистые известняки, т. е. известняки, содержащие глинистые и другие вещества в значительном коли­честве. По мере повышения содержания глинистых и кремнезе­мистых примесей в продукте обжига содержится все меньше сво­бодной извести и больше силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Вместе с тем уменьшается способность извести к гаше­нию и увеличивается ее способность к гидравлическому тверде­нию.

Производство гидравлической извести складывается из обжига сырья (при 900… 1 100°С), гашения продукта обжига, отделения непогасившихся частиц, их помола и смешения измельченных зе­рен с погасившимся материалом. Иногда выпускаются два раз­дельных продукта. Гидравлическая известь состоит из СаО, сили­ката 2СаО • Si02 (C2S), алюмината СаО ■ А1203 (СА) и феррита каль­ция 2СаО • Fe203 (C2F).

Процесс твердения гидравлической извести сочетает в себе воздушное твердение с участием Са(ОН)2 (см. подразд. 8.6) и гид­равлическое твердение силикатов, алюминатов и ферритов каль­ция, которые при взаимодействии с водой превращаются в гид­росиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Гидрав­лическая известь твердеет быстрее воздушной извести и набирает большую прочность.

Применение извести (воздушной и гидравлической) ограничи­вается в основном строительными растворами, применяемыми для каменной кладки и штукатурных работ. К известковому раствору иногда добавляют строительный гипс или портландцемент. Извес­ти широко используют для производства различных автоклавных строительных материалов, которые называют силикатными.

Вид извести (слабо — или сильногидравлическая) устанавлива­ют по 28-суточной прочности образцов-балочек размерами 40x40x160 мм, изготовленных из известково-песчаного раствора состава 1:3 нормальной густоты. Для слабогидравлической извести Лшт> 0,4; /?сЖ> 1,7; для сильногидравлической извести /?изг> 1; ПсЖ> 5 МПа.

Романцемент. В качестве сырья для производства романцемента служат известковые или магнезиальные мергели, в которых соот­ношение между известковой и глинистой частями таково, что в результате обжига (при температуре 1000…1 100°С), не доводя­щего эти материалы до спекания, получается продукт, в котором почти вся известь связана в силикаты, алюминаты и ферриты каль­ция (C2S, СА, С5А3, C2F). Обожженный продукт при смачивании водой не гасится и поэтому превращается в вяжущее вещество только путем помола. Гидравлические свойства романцемента силь­нее, чем у гидравлической извести, но слабее, чем у портландце­мента. Прочность его в жестком растворе может достигать 10 МПа.

Применяется романцемент в строительных растворах для ка­менной кладки, а в бетоне — для неответственных частей соору­жения.

Сырьевые материалы для производства воздушной извести дол­жны состоять в основном из углекислого кальция (известняк, мел, мрамор и т. д.), однако известковые породы, как правило, содержат примеси глинистых веществ, углекислого магния, квар­ца и др.

Обжиг извести производится в шахтных или во вращающихся печах при температуре 900… 1 300°С. В зоне обжига происходит диссоциация СаС03 и MgC03 по следующим реакциям:

СаС03 -» СаО + С02 MgC03 -» MgO + С02

Глинистые вещества, обычно присутствующие в известняках, участвуют в твердофазовых реакциях с образованием силикатов, алюминатов и ферритов кальция, присутствие которых замедляет и делает менее полным гашение извести.

Гашение извести — это процесс ее взаимодействия с водой по реакции СаО + Н20 = Са(ОН)2, которая протекает с выделением большого количества теплоты и увеличением в объеме твердой фазы в 2 — 3,5 раза. Температура при гашении достигает 100 °С, вызывая кипение воды, поэтому негашеную известь называют кипелкой. Воздействие паров кипящей воды и увеличение объема продуктов реакции приводит к распаду комьев извести на части­цы тонкого порошка. При производстве строительной извести процесс гашения заменяет помол.

Примеси глинистых минералов и кварца, с одной стороны, уменьшают способность извести к гашению, а с другой стороны — сообщают извести гидравлические свойства. Если содержание этих примесей в известняке превышает 6 %, то продукт обжига являет­ся гидравлической известью. Примесь MgC03, дающая в результате обжига магнезию MgO, также снижает скорость гашения. Воздуш­ную известь в зависимости от содержания MgO подразделяют на кальциевую (до 5 %); магнезиальную (5 …20 %); доломитовую (свы­ше 20 до 40 %). При гашении извести, регулируя количество до­бавленной воды, можно получить два продукта: сухой порошок — пушонку (около 75 % воды) или тесто (около 250 %).

Помол извести применяют, когда в сырье содержится значи­тельное количество глинистых и магнезиальных примесей. При этом не образуется отходов, неизбежных при гашении извести. Присутствие в извести измельченных силикатов и алюминатов не только не ухудшает качества извести, но и придает ей некоторую водостойкость. Растворы из молотой негашеной извести твердеют быстрее и достигают более высокой прочности, чем растворы из пушонки.

Гидрокарбонатное твердение известковых растворов происхо­дит на воздухе и складывается из двух одновременно протекаю­щих процессов: 1) испарения воды и постепенной кристаллиза­ции гидрата оксида кальция из насыщенного раствора; 2) кар­бонизации Са(ОН)2 углекислотой воздуха по уравнению Са(ОН)2 + + С02= СаС03 + Н20.

Твердение известкового раствора протекает очень медленно из — за образования на поверхности тонкого слоя СаС03, затрудняю­щего испарение воды из раствора и проникновение С02 внутрь.

Гидросиликатное твердение происходит при обработке извест­ково-песчаных изделий в автоклавах (см. подразд. 12.1), где под воздействием пара повышенного давления 0,8… 1,6 МПа и тем­пературы 170…200°С происходит взаимодействие между извес­тью и кремнеземом песка с образованием гидросиликата каль­ция: СаО + Si02 + Н20 -» СаО ■ Si02 • Н20. Помол кварцевого пес­ка приводит к ускорению этой реакции.

Прочность гашеной извести невысока; через 28 сут она состав­ляет 0,5… 1,0 МПа. Прочность молотой негашеной извести при­мерно в 2 — 3 раза выше. Воздушная известь дает при твердении высокую усадку, которую снижают добавлением большого коли­чества песка.

Испытания воздушной извести включают в себя определение степени дисперсности, определение времени гашения, определе­ние содержания непогасившихся зерен, определение влажности гашеной извести.

Таблица 8.4 Сорт извести Активность извести (содержание СаО + MgO), %, не менее Кальциевая известь Магнезиальная и доломитовая извести I 90 85 II 80 75 III 70 65

Оценка качества воздушной извести основана на ее химиче­ском составе и пластических свойствах, а не на прочности. Поэто­му магнезиальная известь, дающая более прочные растворы, рас­ценивается ниже кальциевой извести, а доломитовая — ниже маг­незиальной.

В зависимости от активности (суммарного содержания оксидов кальция и магния) известь подразделяются на три сорта (табл. 8.4).

Жидкое стекло — вязкая прозрачная жидкость, представля­ющая собой раствор в воде так называемого растворимого стек­ла — силиката натрия Na20 • «Si02 (реже — калия К20 • «Si02), где п = Si02/Na20 — силикатный модуль (для Na20/iSi02 п = = 2,0…3,5; для К20 • «Si02 п = 3,5…4,5). Растворимое стекло полу­чают так же, как обычное, — варкой (плавлением) сырьевой ших­ты в стеклоплавильных печах при температуре 1 300… 1 400°С. Шихта натриевого стекла состоит из высушенного и просеянного кварцевого песка и соды Na2C03 (или сульфата натрия Na2S04). Для получения калиевого стекла вместо соды применяют поташ К2С03. Реакция силикатообразования протекает по схеме

nSi02 + Na2C03 Na20 • «Si02 + С02Т

Полное связывание соды завершается при температуре

920.. .950 °С. Получаемый расплав застывает в стеклообразную хруп­кую массу, называемую сили кат-глыбой.

Получение жидкого стекла заключается в растворении сили­кат-глыбы в воде, что выполняется в автоклавах в среде насыщен­ного водяного пара при давлении 0,3…0,7 МПа и температуре

120.. . 150°С. Продолжительность растворения в стационарных ав­токлавах составляет 5… 6 ч, во вращающихся автоклавах — 1… 2 ч. Плотность раствора составляет 1,3… 1,5 г/см3, что соответствует содержанию стекла 50…70%.

Твердение жидкого стекла на воздухе происходит вследствие действия С02 воздуха и высыхания:

Na2O«Si02 + С02+ Н20 -» nSi02-aq + Na2C03

Вяжущие свойства такой системы обусловлены гелем кремне­кисл оты, который при высыхании уплотняется и приобретает значительную прочность. Твердение жидкого стекла в результате высыхания на воздухе — процесс достаточно длительный, так как образующаяся поверхностная плотная корка препятствует высы­ханию геля и проникновению С02 во внутренние слои. Поэтому часто применяют отвердители, которые могут быть газообразны­ми, твердыми или жидкими.

Среди твердых отвердителей наибольшее применение нашли промышленные отходы на основе двухкальциевого силиката: фер — рохромовый шлак и нефелиновый шлам. Твердение происходит по схеме

Na20 • nSi02 + 2СаО • Si02 + Н20 -» СаО • mSi02aq + SiO2aq +

+ (Са, Na2)0 • Si02a^

Продуктами твердения являются гель кремнезема, низкооснов­ные гидросиликаты кальция и натриевокальциевые гидросилика­ты.

Широкое распространение среди жидких отвердителей полу­чили растворы алюмината натрия (Na20Al203) и кремнефтори­стоводородной кислоты (H2SiF6).

Алюмосиликатная композиция отвердевает в результате ряда процессов, которые можно подытожить следующей реакцией:

Na20 • А1203 + Na20 • «Si02 + Н20 Na20 ■ А1203 • 2Si02 • aq +

+ (п — 2)Si02- aq

При твердении кремнефтористосиликатной композиции про­текают две стадии химических процессов, на каждой из которых происходит образование геля кремнекислоты:

Na20 • «Si02+ H2SiF6+ Н20 —> Na2SiF6 + «Si02- aq 2Na20 • «Si02 + Na2SiF6 + 6H20 -> 6NaF + AzSi02- aq

Кислотоупорный цемент состоит из двух компонентов:

1) раствора жидкого стекла со средней плотностью 1,345 г/см3 и п = 2,6…3,0;

2) тонко измельченной смеси, состоящей из 94…96% мине­рального наполнителя, отличающегося высокой кислотостойкос — тью (кварца, кварцитов, вулканической лавы, диабаза, андези­та) и 4…6% ускорителя твердения — кремнефтористого натрия (Na2SiF6).

Компоненты смешивают в соотношении примерно 1:4 (жид­кое : твердое). Добавка Na2SiF6 не только ускоряет процесс твер­дения кислотоупорного цемента, но и повышает его водостой­кость. Начало схватывания кислотоупорного цемента должно на­ступать не ранее чем через 20 мин, конец — не позднее чем через 8 ч. Предел прочности цемента при растяжении в 28-суточном воз­расте должен быть не менее 2,0 МПа. Прочность при сжатии бето­нов на кислотоупорном цементе обычно составляет 20…60 МПа.

Кислотоупорный цемент применяют на химических производ­ствах, где возможен контакт бетона с кислотами. Однако этот це­мент неустойчив в растворах плавиковой, кремнефтористоводо­родной и фосфорной кислот, а также в растворах щелочей.