Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. О влиянии гипса на свойства цемента 10
1.2. Цель и научно-технические задачи исследования . 20
Глава 2. Характеристика цементов Чернореченского цементного завода и методы их исследования, использо ванные в работе
2.1. Специальные химические методы исследования цемента 25
2.1.1. Рациональный химический анализ 25
2.1.2. Определение минерального состава гипса в цементе 28
2.1.3. Метод определения содержания угля в цементе 31
2.1.4. Метод определения содержания клинкера и шлака в составе цемента 32
2.2. Другие методы исследования цементов 34
2.3. Результаты исследования состава и свойств цементов Чернореченского завода 34
Выводы по главе 2 52
Глава 3. Влияние гипса на прочность цементных материалов 54
3.1. Влияние двуводного гипса на прочность пропаренных образцов цементного камня, раствора и тяжелого бетона 55
3.2. Влияние дополнительно вводимого гипса двух видов на прочность цементных материалов 60
3.3. О влиянии гипса на прочность бетонов разных составов и режимов твердения 64
3.3.1. Влияние дополнительно вводимого гипса на прочность бетонов разного состава, пропариваемых по режимам с различной изотермической выдержкой 65
3.3.2, Математическая обработка экспериментальных данных по влиянию гипса, В/Ц и продолжительности изотермической выдержки на прочность пропаренного бетона 70
3.3.3, Влияние гипса на прочность бетонов нормального и ускоренного твердения 79
3.4. Влияние содержащегося в цементе гипса на характер зависимости прочности пропаренных бетонов от цементно-водного отношения 81
3.5. О расчетных формулах для определения оптимального содержания гипса в цементе 85
Выводы по главе 3 88
Глава 4. Влияние различных характеристик цемента на прочность пропаренного бет.она. Исследование влияния гипса на состав жидких фаз цементного теста и бетона и фазовый состав цементного камня 90
4.1, Влияние различных характеристик одномарочных цементов разных партий на прочность пропаренного бетона 90
4.2, Изучение водоотделения цементного теста и бетонной смеси 103
4.3, Исследование состава жидких фаз цементного теста и бетонной смеси, изготовленных на цементах с разным содержанием гипса 113
4.4, 0 влиянии степени старения цемента на величину оптимальной дозировки гипса 127
4.5, Изучение состава новообразований в цементном камне с различающимся содержанием гипса комплексом методов 129
4.5.1. Результаты рентгенофазового и деривато-графического анализов 131
4.5.2. Исследование проб цемента и камня методом рационального химического анализа 140
4.5.3. Результаты расчета фазового состава проб камня и степени гидратации клинкерных минералов 147
4.5.4. Результаты электронномикроскопического исследования проб цементного камня 154
Выводы по главе 4 160
Глава 5. Опытно-промышленная проверка результатов исследования. Проектные предложения. Расчет экономической эффективности 162
5.1. Опытно-промышленная проверка результатов .исследования 162
5.1.1. Изучение влияния гипса, содержащегося в заводских цементах и дополнительно вводимого, на прочность мелкозернистого пропаренного бетона .163
5.1.2. Изучение влияния добавок гипса на электросопротивление мелкозернистой бетонной смеси и .связи прочности cpmin 170
5.1.3. Результаты опытно-промышленных испытаний 176
5.2. Проектные предложения по корректированию цементов. в условиях заводов сборного железобетона 178
5.3. Расчет экономической эффективности корректирования цементов добавкой гипса 185
Выводы по главе 5 190
Заключение 191
Список литературы 193
Приложения 207
- Цель и научно-технические задачи исследования
- Определение минерального состава гипса в цементе
- Влияние двуводного гипса на прочность пропаренных образцов цементного камня, раствора и тяжелого бетона
- Влияние различных характеристик одномарочных цементов разных партий на прочность пропаренного бетона
Введение к работе
Решениями ШТ съезда КПСС предусмотрено в ХЕ пятилетке увеличить объем капитальных вложений на 12-15 % /I/. Соответственно будут неуклонно расти удельный вес и объем производства бетонных и железобетонных изделий, являющихся основным строительным материалом для возведения промышленных и гражданских зданий и сооружений. Для удовлетворения растущих потребностей народного хозяйства в этих материалах Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года намечено произвести в 1985 году 140-142 млн. т цемента. При таких масштабах производства и применения цемента вопрос его экономии и рационального использования приобретает первостепенное значение, поскольку каждый процент потерянного или нерационально израсходованного материала равнозначен убытку в 50-60 млн. руб. В настоящее время, по оценке специалистов /37,50/, нерациональное использование цемента достигает 12,5 % общего объема его выпуска, что составляет примерно 17 млн. т. Решения партии и правительства направлены на всемерную экономию и рациональное использование всех видов материальных ресурсов, в том числе в области строительства -древесины, цемента, стекла, строительных конструкций, а также топлива и электроэнергии /2/. Цемент - самый энергоемкий материал из компонентов бетонной смеси /50,63/ - на производство одной тонны цемента расходуется около 200 кг усл. топлива. При его потерях или нерациональном использовании одновременно теряется около 3,5 млн. т усл. топлива. Все способы, обеспечивающие экономию цемента, поз-воляют снизить энергозатраты на приготовление бетона.
К одной из важнейших научно-технических проблем в области строительства, строительных материалов на I98I-I985 годы относится дальнейшее сокращение потерь и рациональное использование цемента, совершенствование технологии изготовления конструкций.
Промышленность сборного железобетона потребляет около 1/3 всего выпускаемого в стране цемента. Известно, что при пропаривший цементы ведут себя иначе, чем при нормальном твердении. По оптимальному вещественному составу они отличаются от цементов нормального твещения, однако производство цемента осуществляется без учета той или иной технологии использования. Поэтому состав цементов, поступающих на заводы ЖБИ, в большинстве случаев отличается от оптимального для применяемых режимов термообработки, что приводит к нерациональному использованию цемента. В возможности корректирования вещественного состава цементов (в частности по содержанию гипса) в условиях железобетонных заводов заключается один из резервов экономии цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий ускоренного твердения.
Настоящая диссертационная работа выполнялась с 1980 по 1984 г. г., как продолжение и развитие работ кафедры "Строительные материалы и специальные технологии" и Проблемной лаборатории НИСИ имени В.В.Куйбышева по теме "Исследование характеристик цементов, выпускаемых цементными заводами Сибирского региона, и повышение эффективности их использования в технологии сборного железобетона", ведущейся с начала шестидесятых годов под руководством кандидата технических наук доцента Н.И.Фатеевой. Данная проблема разрабатывается в соответствии с координационным планом важнейших научных исследований на І98І-І985 г.г. по программе ГКНТ СССР 0.Ц.03І "Разработать и внедрить новые эффективные строительные конструкции высокой заводской готовности" (письмо Минвуза РСФСР В 24-33 914/11--01.23 от 14.12.81, письмо ВНИИСтром В 609-УС от 11.02.82). Государственный регистрационный J 0I84000I074.
Цель работы - исследование характера влияния добавок гипса в цемент на прочность тяжелого пропаренного бетона; научное обоснование возможности рационального использования цемента и црактические рекомендации по корректированию цемента добавками гипса в условиях заводов сборного железобетона для повышения прочности бетона после пропаривания или сокращения расхода цемента. Задачами исследования являются:
1. Изучение фактического минералогического и вещественного составов (в том числе и минерального состава гипса) цементов Чер-нореченского завода марки 400 трех видов: быстротвердеющего портландцемента, портландцемента с минеральными добавками и шлакопор-тландцемента. Выбор методов исследования цементов, в том числе и разработка оригинальных методик.
2. Изучение влияния некоторых характеристик одномарочных цементов на прочностные показатели бетона при пропаривании.
3. Изучение адекватности влияния добавок гипса на прочность цементных материалов (камня, раствора и тяжелого бетона), изготовленных на цементах (клинкерах) разного минералогического состава.
4. Исследование влияния гипса в цементах на прочность бетонов различных составов и режимов твердения.
5. Проверка возможности установления оптимальной дозировки гипса в цемент для пропариваемых бетонов расчетным путем.
6. Изучение влияния различных дозировок гипса на водоотделе-ние и состав жидкой фазы цементного теста и бетонной смеси.
7. Исследование фазового состава пропаренного цементного камня, изготовленного на цементе с отличающимся содержанием гипса.
8. Проведение опытно-промышленной проверки результатов исследования.
Научная новизна работы:
- установлен "волнообразный" характер влияния содержащегося в цементе гипса на прочность пропаренного тяжелого бетона;
- установлено неадекватное влияние добавок гипса на прочность цементного камня, раствора и тяжелого бетона;
- установлено влияние состава бетонной смеси и продолжительности изотермической выдержки на величину оптимальной дозировки гипса в цементы для пропариваемых бетонов;
- установлена связь кинетики водоотделения цементного теста с прочностью бетона при равных значениях В/Ц;
- установлено, что коэффициенты водоотделения цементного теста и бетонной смеси и концентрации растворенных веществ в их жидких фазах изменяются по "волнообразным" кривым в зависимости от содержания гипса в цементе;
- для изучения фазового состава цементного камня и расчета количества новообразований и степени гидратации клинкерных минералов применен метод рационального химического анализа в комплексе с рентгенофазовым и дериватографическим методами исследования.
Автор защищает:
- ускоренные методы определения вещественного состава цементов, в том числе минерального состава гипса в цементе;
- экспериментальные данные по влиянию гипса (двуводного и -полуводного) на прочность пропаренных цементных материалов;
- данные о совместном влиянии водоцементного отношения бетонной смеси, содержания гипса в цементе и продолжительности изотермической выдержки на прочность тяжелого пропаренного бетона и результаты их математической обработки;
- экспериментальные данные по влиянию содержания гипса в цементе на процессы водоотделения цементного теста и бетонной смеси и состав их жидких фаз;
- результаты расчета фазового состава пропаренного цементного камня с различающимися дозировками гипса, основанные на данных комплексного исследования;
- экспериментальные данные по влиянию дополнительно вводимого в заводские цементы гипса двух видов на прочность мелкозернистого бетона и удельное электрическое сопротивление песчано-бетонных смесей;
- технико-экономическую эффективность корректирования прочностных свойств цемента в пропариваемом бетоне путем введения дополнительного количества гипса в условиях заводов сборного железо-бетона.
Практическое значение выполненных исследований:
- показана возможность корректирования цемента добавками гипса с целью повышения прочности бетонных изделий после пропаривания или сокращения расхода цемента;
- установлена необходимость подбора оптимальной дозировки гипса в цементы для пропариваемых бетонов на бетонных образцах конкретного состава и режима твердения. Показана целесообразность использования для этих целей экспрессных методов в условиях заводов ЖБИ;
- разработаны экспрессные методы контроля вещественного состава цементов, в том числе минерального состава гипса в них;
- предложен метод оценки активности цемента в бетоне и определения оптимальной добавки гипса по кинетике отделения жидкой фазы из цементного теста.
Реализация работы; разработанные методы определения вещественного состава цемента, в том числе и минерального состава гипса в нем, внедрены на заводе ЖБИ-І ДСК-І Главновосибирскстроя и приняты к внедрению на других заводах сборного железобетона главка. Опытно-промышленная проверка результатов исследования подтвердила возможность повышения прочности изделий после тепловой обработки или экономии цемента за счет корректирования добавками гипса цемента в условиях завода ЖБИ. Расчетное снижение себестоимости I м бетона за счет снижения расхода цемента при одновременном корректировании его вещественного состава составляет 0,6-0,7 руб.
Цель и научно-технические задачи исследования
В последнее время появилось значительное количество работ /15, 18,99,101,132/, свидетельствующих, что традиционно считавшиеся инертными заполнители, в том числе и кварцевый песок, являются активным компонентом в процессе структурообразования, особенно в условиях тепловой обработки при атмосферном и повышенном давлении. Инертная поверхность зерен заполнителя играет роль подложки, облегчающей образование кристаллических зародышей, в процессе дальнейшего роста которых происходит эпитаксиальное срастание с подложкой, что соответственно сказывается на прочности бетона. Если же при твердении происходит химическое взаимодействие заполнителя с цементным тестом и камнем, то возникают новые продукты реакций, увеличивается толщина зоны контакта и улучшаются её свойства. Все это усиливает влияние заполнителей на свойства бетона.
Видимо, учитывая все вышеизложенное, в последнее время рекомендуется оценивать свойства цемента по результатам испытаний его в бетоне непосредственно на производстве /11,64,65/, что будет способствовать рациональному применению цемента. Применительно к определению оптимальной дозировки гипса в цементы для пропариваемых бетонов необходимо исследовать вопрос о возможности использования для этого образцов из цементного камня и раствора. Кроме того, существенное значение имеет вопрос, зависит ли оптимальная дозировка гипса в цемент от состава бетона, главным образом водо-цементного отношения,
Анализ литературных данных показал, что влияние гипса на свойства цемента, в том числе и прочность, изучалось, главным образом, на образцах из цементного раствора или камня. Имеются данные о периодических спадах прочности камня из алита при изменении содержания гипса /138/, что совпадает с результатами исследований, ранее проведенных на кафедре строительных материалов НИСИ, на образцах из цементного камня и раствора /116/. В то же время на поведение цемента в составе бетона оказывает влияние ряд факторов, отсутствующих при испытании его в камне или растворе: в камне, в отличие от раствора и бетона, отсутствует заполнитель и используется меньшее значение В/Ц; бетоны отличаются от растворов наличием крупного заполнителя и, как правило, большими В/Ц. Колебания величин В/Ц в бетонах достаточно велики. В связи с этим необходимо установить характер влияния гипса в цементе на прочность тяжелого бетона, а также зависимость оптимальной дозировки гипса от водо-цементного отношения бетона. Данных по этому вопросу в литературе не найдено. Рядом исследователей отмечается связь оптимальной дозировки гипса с температурой твердения, однако влияние такого технологического параметра, как продолжительность изотермической выдержки, до сих пор не изучено. Между тем, режимы пропаривания бетонных изделий на заводах ЖБИ отличаются большим разнообразием, в том числе по продолжительности изотермической выдержки, следовательно, этот вопрос имеет определенное практическое значение,
В соответствии с выдвигаемой научной гипотезой скорость реакций гидратации и процесс формирования структуры и синтеза прочности цементных материалов зависят от растворимости исходных составных частей цемента. При этом гипс, наряду с Са(0Н)2 и щелочными сульфатами, является одним из наиболее растворимых компонентов цемента и оказывает сложное химическое и физико-химическое влияние на процессы твердения цемента. Это проявляется, с одной стороны, в его способности вступать в химические реакции с алюминатными и алюмоферритными фазами клинкера с образованием гидросульфоалюмина-тов и гидросульфоферритов кальция, влияющих на формирование микроструктуры и свойства цементного камня и бетона. И, с другой стороны, гипс оказывает воздействие на растворимость таких соединений, как Са(0Н)9, регулируя тем самым скорость гидролиза элита. Поэтому введением дополнительных количеств гипса можно активно воздействовать на состав жидкой фазы затворенного водой цемента, кинетику кристаллизации новообразований и вследствие этого - на формирование структуры твердения и прочностные свойства цементного камня и бетона.
Целью настоящей работы явилось исследование характера влияния добавок гипса в цемент на прочность тяжелого пропаренного бетона; научное обоснование возможности рационального использования цемента и разработка практических рекомендаций по корректированию цемента добавками гипса в условиях заводов сборного железобетона для повышения прочности бетона после пропаривания или сокращения расхода цемента.
Для её достижения необходимо было решить комплекс задач: I. Изучить особенности фактического минералогического и вещественного составов (в том числе и минерального состава гипса) реальных заводских цементов (Чернореченекого завода) марки 400 трех видов: быстротвердеющего портландцемента, портландцемента с минеральными добавками и шлакопортландцемента. Выбрать методы исследования цементов, в том числе разработать оригинальные методики. 2. Изучить влияние некоторых характеристик одномарочных цементов на прочностные показатели бетона при пропаривший. 3. Изучить адекватность влияния добавок гипса на прочность цементного камня, раствора и тяжелого бетона, изготовленных на цементах (клинкерах) разного минералогического состава. 4. Исследовать влияние гипса на прочность бетонов разных (по водоцементному отношению) составов и режимов твердения (по продолжительности изотермической выдержки).. 5. Проверить возможность установления оптимальной дозировки гипса в цемент для пропариваемых бетонов расчетным путем. 6. Изучить влияние различных дозировок гипса на водоотделе-ние и состав жидкой фазы цементного теста и бетонной смеси. 7. Исследовать фазовый состав пропаренного цементного камня, изготовленного на цементе с отличающимся содержанием гипса, комплексом методов. 8. Провести опытно-промышленную проверку результатов исследования. Теоретические и экспериментальные разработки указанных задач положены в основу диссертационной работы.
Определение минерального состава гипса в цементе
Большие колебания прочности растворов и бетонов, изготовленных на равномарочных цементах одного завода, связаны с различием в содержании клинкера, шлака и гипса (см. табл. 2.2), различной степенью потери активности в условиях помола и последующего хранения, особенностями минералогического состава. Подробнее этот вопрос рассмотрен в главе 4. Здесь же необходимо отметить то обстоятельство, что на прочность раствора и бетона существенно влияет не только различие в общем содержании гипса в цементе, но и различие в минеральном составе гипсовой составляющей при приблизительно одинаковом общем содержании S03 . Например, цементы Ш 1,9,20 и 21 содержат соответственно 2,03; 2,02; 1,98 и 2,08 % 503 , двуводного гипса в них нет, а по содержанию растворимого ангидрита они располагаются следующим образом: № I (нет), В 20 (0,47 % S03), & 9 (0,86 % S03) и I 21 (1,28 %S0%). В этой же последовательности возрастает прочность бетона: 14,6; 15,0; 16,4 и 18,9 МПа - и раствора: 12,3; 12,5; 15,0 и 15,2 МПа. Таким образом, даже при наличии в цементах одинакового количества сульфата кальция в расчете на ангидрид серной кислоты, цементы нельзя считать идентичными (при прочих равных условиях), поскольку минеральный состав сульфата кальция влияет на свойства растворов и бетонов, в частности прочность, что,по-видимому, связано с различной растворимостью разных гипсосодержащих минералов. Известно, что полугидрат и растворимый ангидрит характеризуются относительно большей, чем двуводный гипс растворимостью в воде при нормальной температуре /60, с, 122; 57, с. 259/, Но при повышении температуры растворимость двугидрата увеличивается, достигая максимума при 40 С, а затем понижается /57, с. 183/. Нам неизвестно, оказывает ли повышение температуры такое же действие на растворимость полутидрата и растворимого ангидрита. Кроме того, все эти данные относятся к растворимости чистых минералов в воде, вопрос о том, какова растворимость их в жидкой фазе затворенного водой цемента и какое влияние на нее оказывает наличие смеси минералов, содержащих сульфат кальция, в заводских цементах, недостаточно изучен. Известно только, что растворимость двуводного гипса уменьшается в присутствии извести /57, с. 183/, а растворимость природного нерастворимого ангидрита в жидкой фазе твердеющего цемента в присутствии щелочных оксидов увеличивается и близка к растворимости двуводного гипса /43, с.18/.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что на железобетонные заводы Новосибирска и области поступают цементы нестабильные по составу и свойствам, что подтверждает вывод Б.Д,Трин-кера: "Практика производства показывает, что при выпуске заводом одного вида цемента в различных партиях фазовый состав и структура минералов неодинаковы, содержание щелочей непостоянно, степень дисперсности и фракционный состав цемента различны, количество гипса, активных и неактивных добавок, вводимых при помоле цемента, значительно колеблется. Активность цемента различных партий постоянно изменяется"Д08, с. 22/.
В связи с установленной нестабильностью состава и свойств од-номарочных цементов одного вида, но разных партий, особое значение приобретает оперативность входного контроля их качества на заводах ЖБИ. Как отмечает М.И.Бруссер /II, с. 58/, задачами входного контроля качества материалов для бетона являются, во-первых, установление соответствия качества цемента, заполнителей, воды соответствующим стандартам, по которым они поставляются, и во-вторых, получение конкретных количественных показателей качества этих материалов и использование их для корректировки состава бетона при неизбежных колебаниях качества материалов и технологических условий производства. В последнее время появились экспрессные методы оценки активности цемента в бетоне /58,118/, но методы определения вещественного состава цемента не отвечают требованиям заводской практики в силу своей трудоемкости и неоперативности./128/ или недостаточной точности /48, с. 125-129/. Поэтому для проведения экспрессного контроля вещественного состава цемента с целью установления соответствия его качества требованиям ГОСТ 10178-76 разработаны и утверждены в Главновосибирскстрое технические условия "Химические методы контроля качества цементов". Методы контроля вещественного состава цементов, в том числе и минерального состава сульфата кальция в. цементе, прошли опытную проверку в лаборатории кафедры строительных материалов НИСИ им. В.В.Куйбышева и в производственных условиях и при участии авторов внедрены на новосибирском заводе ЖБИ-І ДСК-І Главновосибирскстроя (приложение 2). По результатам внедрения опубликованы информационные листки Новосибирского ЦНТИ, вызвавшие большой интерес (приложение 3). Для удовлетворения многочисленных запросов и более широкого внедрения разработанных методик технические условия переданы в Главновосибирскстрой (приложение 4) и Новосибирский центр научно-технической информации и пропаганды.
Проведенные исследования трех видов цементов марки 400 Чер-нореченского цементного завода позволили установить: I. Вещественный состав цементов характеризуется непостоянством содержания клинкера, шлака и гипса (в пересчете на S0$ ). Коэффициенты вариации для быстротвердеющего портландцемента - 10,36; 42,91 и 31,53 %; для портландцемента с минеральными добавками -5,12; 24,87 и 19,02 %\ для шлакопортландцемента - 15,17; 33,49 и 22,51 % Цементы отдельных партий по содержанию шлака и добавки утля не соответствуют требованиям ГОСТ 10178-76. 2. Сульфат кальция в чернореченских цементах представлен тремя минералами (двуводным гипсом, $ -полуводным гипсом и растворимым ангидритом) в различных сочетаниях. 3. Минералогический состав клинкеров нестабилен, особенно по содержанию белита и трехкальциевого алюмината. 4. Непостоянство вещественного состава цементов и минералогического состава клинкеров обусловливает большие колебания прочностных свойств пропаренных растворов и бетонов. 5. Дія оценки качества цемента кроме фактического содержания в них клинкера и шлака необходимо определять и минеральный состав сульфата кальция в них.
Влияние двуводного гипса на прочность пропаренных образцов цементного камня, раствора и тяжелого бетона
Для изучения влияния добавок гипса на прочность бетона разных по водоцементному отношению составов, твердеющего по режимам с ра-. зличной продолжительностью изотермической выдержки, использовались: лабораторный цемент на основе клинкера I (лежалого) с добавками двуводного гипса Дубиновского месторождения (содержание шлака во всех составах вяжущих - 18 %) и заводской быстротвердеющий портландцемент марки 400 & 12 (по табл. 2.2) с добавками строительного гипса. На приготовленных вяжущих формовались бетонные образцы различных по В/Ц составов (табл. 3.1), твердевшие по режимам с продолжительностью изотермической ввдержки 4, 6 и 8 ч при температуре 80-82 С. Для образцов на основе клинкера.I продолжительность предварительной выдержки составляла (17) ч, время.подъема температуры - 4 ч, остывание в закрытой камере - (16±1) ч. Для образцов на основе цемента J& 12 продолжительность предварительной выдержки -2 ч, время подъема температуры - 3 ч, остывание в камере - (12±1)ч.
Анализ полученных данных показал, что величина коэффициента вариации прочности бетона в опытах с клинкером I колеблется от 0,26 до 13,37 %. При этом средняя величина коэффициента вариации для .. всего эксперимента составила 5,79 %. В опытах с цементом Ш 12 зна чение коэффициента вариации изменяется от 0,48 до 12,86 %, средняя величина - 5,67 %. Средний предел прочности при сжатии бетона оп ределялся согласно ГОСТ 10180-78. - - .. Результаты испытаний представлены на рис. 3.5 - 3.7 (а,б,в). "Волнообразный" характер кривых зависимости прочности бетона от., содержания гипса-в цементе сохраняется независимо от В/Ц бетона, режима твердения, минерального состава сульфата кальция в цементе., (для цементов на основе клинкера I - только двуводный гипс, на основе цемента Ш 12 - полуводный гипс с примесью растворимого ангидрита исходного цемента и дополнительно вводимый полугидрат). Но форма кривых, величина оптимальной дозировки зависят как от водо-цементного отношения бетонной смеси, так и от продолжительности изотермической выдержки. Следовательно, при подборе оптимальной дозировки гипса в цемент для пропариваемых бетонов, не обходим сугубоД конкретный подход, касающийся как состава бетона, так и режша те-у пловой обработки. В силу большого разнообразия применяемых на заводах сборного железобетона составов бетонных смесей и режимов твердения организация на цементных заводах выпуска специальных по дозировке гипса цементов для пропариваемых изделий, затруднительна. ..
Полученные данные согласуются с мнением В.А.Пьячева и соавторов /17/, что для эффективного использования цементов необходимо получение и применение специальных по дозировке, гипса цементов для каждой бетонной технологии, но осуществлять корректировку цементов в большинстве случаев целесообразно на заводах ЖБИ с учетом специфики каждого завода. Данные рис. 3.7 позволяют сделать вывод, что корректирование вещественного состава цемента с целью повышения прочности бетона после тепловлажностной обработки эффективно, главным образом, для составов бетона с.относительно низкими значениями В/Ц (в данном случае - 0,55 и 0,45). С увеличением водоцементного отношения (за счет сокращения расхода цемента) колебания прочности, бетона в зависимости от содержания гипса в цементе уменьшаются. Например, для режима с 6-часовой изотермической выдержкой разница максимальной и минимальной прочности бетона с В/Ц 0,45; 0,55; 0,65 и 0,75 составила соответственно 8,45; 6,39; 3,89 и 1,54 МПа (см. рис. 3.7 б).
Для бетонов с В/Ц=0,55 (заводской состав) на основе клинкера I наиболее эффективным при всех дозировках 503 является режим с 6-ча- совой изотермической выдержкой (см, рис. 3.6), а для бетонов на заводском цементе № 12 (с содержанием $0« 2,4 %) наиболее благоприятным является режим пропаривания с 4-часовой выдержкой, прочность в этом случае при всех значениях В/Ц превышает прочность образцов тех же составов, но твердевших при 6-часовой изотермии, и мало от личается от прочности бетона при 8 ч изотермической выдержки (см. рис. 3.7). Для бетона с В/Ц=0,55 режим пропаривания с 4-часовой выдержкой дает при всех пяти дозировках гипса большую прочность, . чем режим с 6 ч выдержки, причем, для цементов с повышенным содер жанием $03 эта разница оказывается весьма заметной (при 4,0 % S03 пределы прочности,при сжатии бетона отличаются на 11,3 МПа, см. кривые 2а и 26 рис. 3.7). . Таким образом, каждый конкретный клинкер или цемент на его\\ основе ведут себя в бетоне по-своему, причем, своеобразие их по-1 ведения касается не только добавки гипса, но и режима твердения./ Сопоставление кривых изменения прочности бетона и раствора о " одинаковым значением водоцементного отношения (0,45) в завистюсти от содержания гипса в цементе № 12 (рис. 3.8) подтверждает ранее сделанный вывод (см. с. 59) о невозможности перенесения на бетон результатов, полученных испытанием растворных образцов, даже если значения их В/Ц и режим твердения совпадают (кривые 2. и 3, рис. . 3.8). То обстоятельство, что и при одинаковых значениях В/Ц поведение цемента в растворе и бетоне различно, связано, по-видимому, с различием таких структурных характеристик /77, с. 7-15/ этих... двух материалов как объёмная концентрация цементного теста и истинное водоцементное отношение. Кроме того, существенное значение имеет разница в количестве и виде заполнителя, влияющая на формирование контактного слоя, что в свою очередь сказывается на прочности /55, с. 207-213/.
Влияние различных характеристик одномарочных цементов разных партий на прочность пропаренного бетона
Вопрос об оптимальной дозировке гипса в цемент для бетонов ускоренного твердения невозможно рассматривать вне связи с вопросами о том, от каких характеристик цемента зависит его активность в бетоне, как экспрессно оценить поведение цемента и проверить возможность корректирования его качества добавкой гипса.
"Современные данные указывают на сложную зависимость поведения разных цементов при тепловой обработке (при 70-100 С) от многих факторов (минералогический состав, микроструктура клинкера, тонкость помола, В/Ц и др.)"/22, с. 307/. С.В.Шестоперов пишет, что до настоящего времени не выявлена соответствующая зависимость свойств бетона от исходных параметров цемента. По его мнению, для анализа этой зависимости надо использовать весь комплекс показателей качества цемента (минералогический состав, количество гипса, тонкость помола, свежесть цемента по показателю п.п.п., осо бенности отделения воды от теста и её количество, наличие добавок, минеральных электролитов и ПАВ и некоторых других), что не учитывается многими исследователями /126, с. 143/.
С целью установить, насколько отличается прочность бетонов одного и того же состава и режима твердения, изготовленных на цементах одной марки, но разных партий Чернореченского завода, а также вид связи отдельных характеристик цементов с прочностью бетона, было проведено четыре серии экспериментов. Первые две серии выполнялись на быстротвердеющих портландцементах марки 400, две последние - на портландцементах с минеральными добавками марки 400. Состав бетона с В/Ц = 0,55 (см. раздел 3.1) был одинаковым для всех серий, за исключением того, что для бетонов четвертой серии использовался более мелкий песок (модуль крупности 1,45 вместо 1,8), поэтому количество воды затворения было увеличено до 175,3 л/м3 (В/Ц = 0,573) без изменения содержания остальных компонентов. Характеристики цементов (не вошедшие в табл. 2.2 и 2.8), режимов твердения и прочностных показателей бетонов приведены в табл. 4.1.
Прочность бетонов, изготовленных на цементах первых двух серий, колеблется в больших пределах (коэффициенты вариации 22,31 и 23,55 % соответственно для первой и второй серий).
Удельная поверхность всех цементов, как быстротвердеющих так и рядовых портландцементов, низкая (см. табл. 2.2). Хотя для бетонов каждой серии и наблюдается общая тенденция повышения прочности при увеличении удельной поверхности цемента (рис. 4.1), но четкой связи нет; например, цемент № 12 с минимальной удельной поверхностью (200 м2/кг) показал максимальную прочность в бетонах первой серии, а цементы Щ 19, 31 и 37 с наименьшими значениями удельной поверхности в сериях 2, 3 и 4 показали примерно среднюю прочность в своих сериях. Отсутствие четкой связи прочности бетона с тонкостью помола цемента вызвано непостоянством вещественного и минералогического составов одномарочных цементов разных партий, а также различным гранулометрическим составом при близких значениях удельной поверхности.
Попытка построить графики зависимости прочности бетона от содержания клинкера в цементах (рис. 4.2), показала, что наиболее четкой оказалась эта зависимость для третьей серии экспериментов. Данные шести цементов из восьми довольно хорошо легли на одну прямую, а для двух оставшихся цементов - на параллельную линию, что может быть связано с отличием минералогического состава клинкеров этих цементов, о чём свидетельствует разница приближенного отношения CaO: SlOz силикатов кальция (см. табл. 2.8). В остальных экспериментах такая зависимость наблюдается для четырех цементов первой серии и четырех цементов второй. Явной связи между содержанием клинкера в цементах и прочностью бетонов четвертой серии нет, что, возможно, связано с большим разнообразием состава силикатной составляющей клинкера (см. табл. 2.8). Таким образом, общей зависимости прочности бетона от содержания клинкера в цементе, так же как и от удельной поверхности цементов, не обнаружено. Так, типичные шлакопортландцементы первой серии (№№ I и 7, см. табл. 2.2) показали более высокую прочность, чем цементы Ш 3 и 6, содержащие больше клинкера. Это же относится и к цементу № 28 третьей серии. Цемент J& 15, содержащий только 69,61 % клинкера, показал максимальную прочность во второй серии
При обработке результатов экспериментов были построены графики зависимости прочности бетонов от потерь при прокаливании цементов при температуре 850 С (рис. 4.3). Эта температура была выбрана в связи с тем, что при прокаливании цементов в интервале температур 850-1000 С, как правило, имел место прирост массы, связанный с окислением закисных соединений шлака. Предполагалось, что п.п.п. при 850 С суммарно характеризуют степень снижения активности цемента вследствие его гидратации и карбонизации (как в условиях помола при повышенных температурах и влажности, так и при последующем хранении). Для семи цементов первой серии и шести цементов четвертой серии наблюдается обратная зависимость прочности бетона от п.п.п. при 850 С (см. рис. 4.3). Эта же зависимость, но более четко выраженная, имеет место для семи цементов второй серии, еще два цемента (Ш 15 и 19) лежат как бы на "параллельной кривой". Цемент № 15 по величине отношения (СаО б.в.- СаО сульф.)/
