0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Увеличение прочности цементного камня

ПРОНИЦАЕМОСТЬ И КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ С ГИДРОФОБНЫМИ ДОБАВКАМИ

Сивков С.П., Косинов Е.А., Демидов Д.В.
Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева

Коррозионная стойкость цементного камня зависит, с одной стороны, от химической стойкости его составляющих по отношению к корродирующему агенту (например, иону SO4 2- ), а с другой — от скорости проникновения раствора корродирующего агента в цементный камень. Чтобы различить эти два процесса Ф. Лохером предложено использовать понятия «химическая» и «физическая» коррозионная стойкость цементного камня.

Пути повышения «химической» коррозионной стойкости цементного камня глубоко изучены и широко применяются на практике. Это, прежде всего ограничение содержания в исходном цементе оксида алюминия, образующего минерал С3А и соответственно гидроалюминаты кальция, а также трехкальциевого силиката C3S, дающего при гидратации гидроксид кальция — соединения, наименее стойкие в отношении различных видов коррозии.

Что касается повышения «физической» коррозионной стойкости цементного камня, то в этом направлении получены менее однозначные результаты. В ряде работ отмечено повышение непроницаемости цементного камня при введении в состав цемента доменного гранулированного шлака, золы-уноса или микрокремнезема; при этом подчеркивается, что последние два компонента повышают непроницаемость цементного камня только в том случае, если они не приводят к заметному росту водопотребности цементов.

Факторы, влияющие на скорость проникновения коррозионно-активного раствора в цементный камень

Корродирующий агент проникает в цементный камень по системе капиллярных пор в виде водного раствора. Движущей силой этого процесса является так называемое капиллярное давление, достигающее для пор малого размера чрезвычайно высоких значений. Величина давления для капилляра цилиндрической формы рассчитывается по формуле:

Уменьшение скорости проникновения корродирующих водных растворов в цементный камень и повышение его «физической» коррозионной стойкости может быть достигнуто как снижением пористости цементного камня при одновременном уменьшении среднего радиуса пор (т.е. его уплотнением), так и гидрофобизацией поверхности пор.

В нашей работе рассматривается возможность повышения коррозионной стойкости цементов путем уменьшения гидрофильности поверхности пор цементного при введении в состав цементов добавок-гидрофобизаторов.

Материалы и методы исследования

Гидрофобные цементы были получены путем помола портландцементного клинкера (C3S — 59 мас. %; C3A — 6,8 мас. %) и гипса (3,0 мас. % по SO3) в лабораторной шаровой мельнице. Гидрофобизатор — стеарат кальция (СК) вводили в состав цемента при помоле в количестве 0,5 мас.%. Помол всех цементов осуществлялся в строго одинаковых условиях.

Исследование скорости проникновения различных жидкостей в цементный камень проводили на образцах-балочках размером 4´4´16 см, приготовленных из цементного теста нормальной густоты и твердевших 28 суток в воздушно-влажных условиях. Перед проведением исследований образцы высушивались до постоянной массы при температуре 105 ± 5 о С.

В качестве жидкостей использовались вода, ацетон (чда) и н-гексан (хч).

Исследование строительно-технических характеристик цементов проводили в соответствии с ГОСТ 310.2-76 — ГОСТ 310.3-76 и ГОСТ 310.4-81.

Исследование коррозионной стойкости проводили на образцах-кубах с ребром 1,41 см, приготовленных из цементного теста нормальной густоты. Образцы предварительно твердели в течение 28 суток в воздушно-влажных условиях, а затем часть из них помещалась в 3 % раствор MgSO4, а другая часть — в воду. По истечении 28, 60, 90, 120 и 180 суток определяли прочность при сжатии и рассчитывали коэффициент коррозионной стойкости как отношение прочности образца, твердевшего в растворе MgSO4, к прочности образца, твердевшего в воде.

Влияние добавок-гидрофобизаторов на проницаемость цементного камня

Свойства используемых жидкостей представлены в табл. 1, а результаты исследования скорости их проникновения в цементный камень на основе бездобавочного цемента и цемента с 0,5 мас.% СК — в табл.2.

При определении скорости проникновения жидкостей в цементный камень на основе бездобавочного цемента установлено, что произведения Фп×Фг для всех исследованных жидкостей довольно близки. Так как исследованию подвергались образцы одного состава с одинаковыми значениями фактора пористости, то можно сделать вывод о том, что гидрофильность стенок капиллярных пор цементного камня (значения фактора гидрофобности и соответственно угла Q) по отношению как к воде, так и н-гексану и ацетону, примерно одинакова.

С другой стороны, при исследовании скорости проникновения различных жидкостей в цементный камень на основе цемента с гидрофобизатором установлено, что произведение факторов Фп×Фг в случае использования воды значительно ниже, чем в случае применения н-гексана или ацетона. Так как значение фактора пористости всех образцов с добавкой 0,5 мас.% СК можно принять постоянным, то становится очевидным, что в случае воды уменьшение произведения Фп×Фг связано, прежде всего, с увеличением гидрофобности внутренней поверхности цементного камня (увеличением краевого угла смачивания Q).

Ранее было установлено, что н-гексан, как и ацетон, вполне удовлетворительно смачивает поверхность частиц порошка СК, тогда как для воды он является полностью гидрофобным.

Таким образом, введение в состав цемента относительно небольших количеств гидрофобизатора — СК — приводит к заметному снижению скорости проникновения водных растворов корродирующего агента в цементный камень. Это связано, прежде всего с внутренней гидрофобизацией капиллярной структуры цементного камня. При этом общие характеристики пористости практически не изменяются.

Снижение скорости проникновения коррозионно-активного раствора в цементный камень может привести к заметному увеличению его коррозионной стойкости.

Влияние добавок-гидрофобизаторов на коррозионную стойкость цементного камня.

Строительно-технические свойства цементов с добавками СК представлены в табл. 3.

Как видно из полученных результатов, добавка СК оказывает слабое интенсифицирующее действие на процесс измельчения портландцемента. Скорость гидратации цемента в ранние сроки твердения в присутствии СК несколько уменьшается, что связано, вероятно, с замедлением скорости диффузии воды в затвердевший цементный камень. Однако к 28 суткам твердения прочность цемента с добавкой СК не уступает прочности бездобавочного цемента.

Интересно отметить, что цемент с добавкой СК обладает меньшей усадкой, чем бездобавочный цемент при хранении в воздушно-сухих условиях. Согласно современным представлениям, усадка цемента связана с отсосом воды в глубину пор цементного камня вследствие явления контракции. Появление пор, частично заполненных воздухом, приводит, в соответствии с уравнением (1), к возникновению капиллярного давления, стремящегося сблизить стенки пор. Гидрофобизация пор СК приводит к уменьшению величины капиллярного давления и, как следствие, к снижению усадки цементного камня при твердении.

Исследование коррозионной стойкости цементов проводили с использованием малых образцов, обладающих повышенной проницаемостью с целью ускоренного получения результатов.

Зависимость коэффициента стойкости цементов от времени хранения в 3 % растворе MgSO4, представлена на рис. 1.

Как видно из полученных результатов, коррозионная стойкость цемента с добавкой СК значительно превышает коррозионную стойкость бездобавочного цемента, даже при длительных сроках хранения образцов в коррозионно-активной среде. Коэффициент сульфатостойкости цемента с добавкой гидрофобизатора после 180 суток хранения в среде MgSO4 составляет 0,905, хотя по своему химико-минералогическому составу данный тип цемента не относится к сульфатостойким.

Таким образом, результаты данной работы подтверждают предположение о том, что гидрофобизация капиллярно-пористой структуры цементного камня снижает скорость проникновения коррозионно-активных растворов в цементный камень и приводит к значительному увеличению его «физической» коррозионной стойкости. Применение подобных гидрофобных добавок в сочетании с сульфатостойкими портландцементными клинкерами может привести к созданию особокоррозионностойких цементов, обладающих, к тому же, пониженными усадочными деформациями при твердении.

Марки прочности в соответствии с ГОСТом 10178-85

По ГОСТу 10178-85 марка цемента соответствует пределу прочности при сжатии, определяемому на образцах в 28-суточном возрасте, изготовленных в соответствии с нормативом.

Испытания цемента на прочность при сжатии осуществляются согласно ГОСТам и СНиПам в лабораториях следующим образом:

  1. Готовят цементно-песчаный раствор из одной части цемента и трех частей песка.
  2. Изготавливают три образца заливкой раствора в разъемные металлические формы.
  3. Формы размещают на вибростоле и уплотняют их в течение трех минут.
  4. Через двое суток образцы извлекают из форм и помещают в воду температурой +20 °C на 28 суток (это время, которое в стандартном варианте необходимо цементно-песчаному раствору или строительной смеси для набора марочной прочности). Для специальных цементов устанавливается собственный период твердения.
  5. Образцы извлекают из воды, вытирают насухо, устанавливают под пресс. Давление, выраженное в кгс/см 2 , при котором образец начинает разрушаться, характеризует его марку.

Для получения точного результата испытывают 6 образцов, из которых выбирают 4 лучших и находят среднее арифметическое.

В соответствии с этим ГОСТом в маркировке указывают тип цемента, самые распространенные виды – ПЦ (портландцемент) и ШПЦ (шлакопортландцемент). Далее указывают марку прочности цемента, наиболее популярные – М400, М500, для сооружения объектов с особыми требованиями к прочности применяют марку М600 и выше. В маркировке также указывается наличие (буква Д) и процентное содержание минеральных добавок. Например, маркировка ПЦ М500 Д0 означает, что данный материал – это портландцемент марки М500 без добавок (0 % добавок).

Ускоритель твердения бетона

При повышении температуры среды или воды, на которой затворяется цемент, схватывание его значительно ускоряется. При понижении температуры схватывание замедляется, а при температуре ниже нуля прекращается, если только не добавлены соли, снижающие точку замерзания воды

На строительстве часто (например, для быстрой распалубки, при зимних бетонных работах и т. п.) требуется ускорить твердение цемента, а следовательно, и бетона.

Для этого пользуются химическими ускорителями, обогревают бетон паром или применяют электропрогрев.

Из химических ускорителей наиболее часто используют хлористый кальций СаСl2.

Эта дешевая соль, получающаяся на химических заводах как побочный продукт при производстве соды или хлора, применяется на бетонных работах в виде раствора, вводимого при изготовлении бетонной смеси.

Хлористый кальций берется в небольшом количестве — от 1,5 до 3% от веса цемента. Оптимальный процент добавки хлористого кальция устанавливается для каждого цемента при помощи специальных опытов. При правильно выбранном проценте добавки прочность цемента или бетона повышается по сравнению с прочностью материала без добавки:

  • при сроке твердения 3 дня — примерно в 2 раза;
  • 7 дней -— в 1,5 раза;
  • 28 дней — в 1,1 раза.

Если добавки взято слишком много, то схватывание может недопустимо ускоряться, а прочность, быстро нарастая в первые дни, окажется в дальнейшем ниже, чем у цемента без добавки.

Схватывание цемента с добавкой хлористого кальция должно ускориться не более, чем в 2 раза.

Действие хлористого кальция основано на соединении его с гидроокисью кальция, выделяющейся при твердении цемента, и образовании мало растворимой хлорокиси кальция.
Хлористый кальций ускоряет твердение не только обыкновенного портландцемента, но также шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента.

При отсутствии хлористого кальция можно применять слабый раствор соляной кислоты (1—2%-ный раствор НС), так как она, реагируя с гидроокисью кальция в твердеющем цементе, вызовет образование хлористого кальция по реакции:

Вывод

В реальности прочностные показатели бетонных конструкций могут изменяться по очень многим причинам. Важно обеспечить оптимальные параметры для реализации по времени графика роста прочностных свойств, соответствующих марке бетона.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector