Гидравлические добавки для цемента
Гидравлические добавки связывают известь в низкоосновные силикаты кальция, не обладающие вяжущими свойствами. Генезис многочисленных гидравлических добавок, используемых при производстве вяжущих (помоле клинкера), разнообразен, что отражается на активности добавок, а следовательно, и на строительно-технических свойствах цементов. Добавки названы гидравлическими, так как при введении их в воздушную известь последняя твердеет в воде.
Кроме горных пород — гидравлических добавок известны технические породы, повышающие гидравлические свойства цементов или придающие воздушной извести такие свойства. Введение до 25—40% добавок вулканического происхождения, обожженной глины, глиежа, топливной золы или 20—30% минеральных добавок осадочного происхождения значительно меняет свойства исходных цементов. Последние называют пуццолановыми портландцементами независимо от количества и вида гидравлической добавки. Впервые этот вид цементов был разработан в СССР. С 1933 г. пуццолановые цементы заводского производства применяли на строительстве метрополитена в Москве.
Для бетонов, находящихся под постоянным воздействием воды-среды, в том числе воды, создающей давление на поверхность сооружения, и мягкой воды, этот вид цемента имеет большие преимущества по сравнению с портландцементом. Замедленное, твердение пуццолановых портландцементов в обычных условиях и их воздухо-стойкость более низкая, чем у портландцементов, не допускают их использования в сооружениях, где требуется быстрое упрочнение бетона и могут возникнуть условия, способствующие постепенному разрушению бетона.
По указанной причине пуццолановые цементы нельзя применять в бетоне для дорожных и аэродромных покрытий, в штукатурных растворах и др. При ускоренном тепловлажностном режиме твердения и в массивах бетонных сооружений получается наибольший эффект от использования пуццолановых цементов. Ограничение в применении пуццолановых портландцементов связано с тем, что их твердение проходит в несколько стадий. Так, в первой стадии — при реакции минерала C3S с водой выделяется известь. Во второй стадии физико-химический процесс протекает между выделившейся известью и активным кремнеземом SiO2 (а в ряде случаев и растворимым глиноземом), составляющим основную (реакционную) часть активной гидравлической добавки. Этот процесс протекает медленно и требует тщательного ухода, чтобы обеспечить сохранение в бетоне всего количества воды, введенной при его изготовлении. В случае испарения воды вторая стадия процесса образования в цементном камне набухших низкоосновных силикатов кальция не будет завершена и появятся дефектные места — микропоры, в. которых будет находиться известь и гидравлическая добавка, не обладающая вяжущими свойствами.
Как и реакции с минералами иортландцементного клинкера, в случае образования низкоосновных силикатов реакция извести-гидрата окиси кальция) с кремнеземом гидравлической добавки также начинается с поверхности зерен и идет в глубь их. Полученные гидросиликаты имеют пластинчатое строение кристаллов и относятся к тоберморитовой группе с общей формулой хСа(ОН)2 + Si02+ mH20 = xCaO·Si02·nH20[CSH(B)]. Процесс связываний извести кремнеземом имеет различные объяснения, в основе которых лежит структура кремнезема.
Активность минеральных добавок определяют по следующим показателям, нормируемым ГОСТ 6269—63: количеству извести,, поглощаемой из известкового раствора в течение 30 сут., водостойкости образца из известкового теста и срокам схватывания теста с проверяемой добавкой. При этом считают, что добавка не является активной, если она не соответствует какому-либо из указанных показателей. По поглощению извести добавки делят на поглощающие-30 мг СаО на 1 г добавки (осадочного происхождения — глиежи), 50 мг CaO (пеплы, туфы, пемзы, витрофиры), 60 мг СаО (трассы) и 15 мг СаО (диатомиты). В добавках нормируют содержание ангидрида серной кислоты и растворимого глинозема.
Опыт показывает, что перечисленные требования ГОСТа не позволяют с достаточной объективностью оценивать гидравлические «свойства добавок. По этой причине окончательной оценкой их пригодности является эксперимент с раствором и бетонами. Улучшение строительно-технических свойств вяжущих добавками—пока лучший критерий их пригодности. Определение активности добавок производят по стандартным методам.
ГОСТ 6269—63 дает также оценку некоторым искусственным гидравлическим добавкам: доменным гранулированным шлакам; белитовому (нефелиновому) шламу — отходам глиноземного производства, содержащему до 80% минерала белита (двухкальциевого силиката), частично гидратированного; кислым золам уноса, являющимся отходом при сжигании некоторых видов твердого топлива в пылевидном состоянии. Пригодность этих и многих других добавок для строительного производства определяется на основании специальных исследований. Добавки, не нормируемые этим ГОСТом, должны быть оценены НИИЦементом — головным институтом цементной промышленности. Гранулированный доменный шлак нормирует ГОСТ 3476—60, в белитовом шламе нормируется содержание щелочных окислов (R203) и водорастворимые щелочные окислы (R20), в кислых золах уноса — содержание кремнезема, ангидрида серной кислоты и потери при прокаливании.
Для кого выпускается наша продукция и меры ее эксплуатации.
Источник
Гидравлические добавки для цемента
При изготовлении портландцемента стандарт допускает добавку к клинкеру активных минеральных (гидравлических) добавок в количестве, определяемом видом портландцемента и качеством добавки. Неотъемлемой частью портландцемента является добавка гипса; получение пластифицированного и гидрофобного портландцемента достигается добавкой поверхностно-активных веществ.
Активные минеральные добавки . Активные минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные.
Природные активные минеральные добавки бывают:
• осадочного происхождения, образованные в результате осаждения в водоемах остатков некоторых растений или в результате природного обжига глинистых пород;
• вулканического происхождения, образовавшиеся в результате извержения магмы.
В качестве добавок осадочного происхождения в цементном производстве применяются:
• диатомиты — горные породы, состоящие преимущественно из скопления микроскопических панцирей диатомовых микроорганизмов и содержащие главным образом кремнезем в аморфном состоянии;
• трепелы — горные породы, состоящие из микроскопических округлых зерен и содержащие, главным образом, аморфный кремнезем. Трепелы и диатомиты по своим физическим свойствам сходны с глинами: они пластичны, вязки и легко распускаются в воде;
• опоки — уплотненные диатомиты и трепелы;
• глиежи — горные породы, образовавшиеся в результате природного обжига глины при подземных пожарах в угольных пластах.
Добавками вулканического происхождения являются:
• пеплы вулканические — представляющие собой рыхлые продукты извержения вулканов и содержащие в основном алюмосиликаты;
• туфы вулканические — уплотненные и сцементированные (склеенные) застывшей магмой вулканические пеплы;
• трассы љ-видоизмененные разновидности вулканических туфов;
• пемза — камневидные породы, характеризирующиеся пористым губчатым строением.
Назначение активных минеральных добавок в портландцементе состоит в том, чтобы связать в нерастворимые в воде соединения свободный гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении цемента. В соответствии с этим основным показателем качества гидравлической добавки является способность ее связывать Са(ОН)2. Эта способность добавки характеризуется ее активностью.
За показатель активности гидравлической добавки, принимается количество извести в миллиграммах, поглощаемой из известкового раствора 1 г добавки в течение 30 сут. Различные добавки, применяемые для портландцемента, должны иметь активность не ниже следующей в мг СаО/г.
Диатомиты, трепелы, опоки. 150
Глиежи. 30
Вулканические пеплы и туфы, пемза . 50
Трассы. 60
Методика определения активности добавок и технические требования к ним приведены в ГОСТ 6269-63.
В качестве искусственных активных минеральных добавок используют:
• доменные гранулированные шлаки, которые состоят в основном из CaO, SiO2, A12O3 и MgO;
• кремнеземистые отходы — вещества, богатые активным кремнеземом, получаемые при извлечении глинозема, из глины при производстве алюминия (сиштоф);
• топливные золы и шлаки — остаточный продукт, образующийся при определенном температурном режиме сжигания некоторых видов топлива; он состоит из кислотных окислов (кремнезема, глинозема);
• обожженные глины — продукт искусственного обжига глинистых пород, а также самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы (глинистые и углекислые сланцы).
Оценка качества искусственных активных минеральных добавок, за исключением доменных шлаков, производится так же, как и природных — по величине активности, которая должна быть не ниже следующей (ГОСТ 6269.63)]в мг СаО/г:
Кремнеземистые отходы. 200
Обожженные глины, топливные золы и шлаки . 50
Кроме того, содержание в добавках ангидрида серной кислоты (SO3) должно быть не более 3% и содержание несгоревших частиц топлива в топливных шлаках и золах не более 15%.
Среди разнообразных искусственных добавок больше всего применяют доменные гранулированные шлаки. В зависимости от химического состава они подразделяются на основные и кислые. Основные шлаки подразделяются на три сорта, кислые — на два сорта и и две группы 2-го сорта.
Основными показателями качества доменных гранулированных шлаков для их разделения на сорта является модуль основности Мо и модуль активности М а.
Модуль основности равен отношению суммы основных окислов (CaO + MgO) к сумме кислотных (SiO2 + А12О3)
Мо = %CaO + %MgO %SiO2 + %А12О3
Шлаки относятся к основным, если Мо больше или равен 1; при Л1. меньше 1 шлаки относятся к кислым.
Модуль основности характеризует гидравлическую активность шлаков, т. е. способность их порошков к самостоятельному твердению при смешивании с водой. Эта способность проявляется только у основных шлаков и тем больше, чем выше их модуль основности.
Улучшается качество шлаков и с повышением модуля активности, т. е. отношения А12О3 к SiO2. В этом случае в шлаках возрастает относительное содержание алюминатов кальция, отличающихся от силикатов кальция быстрым твердением.
Требования, предъявляемые к химическому составу доменных гранулированных шлаков ГОСТ 3476.60, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Требования к химическому составу доменных гранулированных шлаков
Активность шлака зависит не только от его химико-минералогического состава, но и от скорости охлаждения шлакового расплава. В быстроохлажденном шлаке большая часть окислов CaO, SiO2, А12О3, MgO и др. находится в составе стекла, а в медленно охлажденных шлаках — в виде кристаллической фазы. В связи с большей реакционной способностью стекловидной фазы по сравнению с кристаллическим состоянием вещества того же химического состава, становится очевидной и более высокая активность быстроохлажденных шлаков.
Быстро охладить расплавленный шлак можно в воде (мокрый способ) или вначале под действием воды с последующим охлаждением на воздухе (полусухой способ), или под действием холодного воздуха, водовоздушной или пароводяной смеси (сухой способ). При резком охлаждении шлаковый равплав дробится на мелкие зерна — гранулы, размер которых от 0,2-0,5 до 10-15 мм. Поэтому процесс быстрого охлаждения шлака получил название грануляции, а получаемый продукт — гранулированным доменным шлаком.
В связи с тем, что быстроохлажденные шлаки имеют более высокую активность, чем медленноохлажденные, для производства шлакопортландцемента используются только гранулированные доменные шлаки.
Гипс . Гипс как добавка к клинкеру при получении портландцемента вводится в виде гипсового камня. По химическому составу он представлен в основном двуводным сернокислым кальцием CaSO4-2H2O. Химически чистый двуводный сернокислый кальций содержит: СаО -32,56; SO3 -46,51 и Н2О -20,93%. В зависимости от содержания CaSO4-2H2O в гипсовом камне последний подразделяется на 3 сорта. К. 1-му сорту относится гипсовый камень с содержанием Са5О4-2НгО не менее 90%, ко 2-му сорту .не менее 75% и к 3-му сорту не менее 65%.
Поверхностно-активные добавки . Поверхностно-активные добавки подразделяются на пластифицирующие и гидрофобизующие. Их используют, как отмечалось, для изготовления соответственно пластифицированного и гидрофобного портландцементов. Однако эти добавки вводят также и во все другие разновидности портландце.ментов. При этом каждый цемент приобретает дополнительное название, соответственно пластифицированный или гидрофобный. Например, пластифицированный дорожный портландцемент или гидрофобный сульфатостойкий портландцемент.
Пластифицирующие поверхностно-активные добавки применяют в виде концентратов сульфитно-спиртовой барды (ССБ). Они образуются как отход при получении целлюлозы по сульфитному способу. В зависимости от агрегатного состояния и соответственно содержания сухого вещества различают концентраты ССБ жидкие (КБЖ), содержание сухих веществ, в которых не менее 50%, твердые (КБТ) — не менее 76%, и порошкообразные (КБП) — не менее 87%.
Оптимальное количество вводимой добавки в цемент находится в пределах 0,15.0,25% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.
Гидрофобизующие поверхностно-активные добавки применяют в виде асидола, асидол-мылонафта и мылонафта, являющихся нафтеновыми (нефтяными) кислотами, образующимися при переработке нефти. Кроме указанных веществ, применяют также олеиновую кислоту. Она содержится в животных жирах.
Количество вводимой гидрофобизующей добавки зависит от ее вида и состава цемента и устанавливается опытом. Обычно величина этой добавки находится в пределах от 0,06 до 0,30% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.
Для лучшего распределения добавок в цементе их вводят в цементную мельницу в жидком виде. Для этой цели применяют специальные дозировочные механизмы. Если же добавки поступают ил завод в виде пасты, например мылонафт, или в твердом состоя их растворяют и горячей коде.
C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок цемента в России».
Источник
