СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ЦЕМЕНТЫ

Среди новых видов цемента, разработанных в по­следние годы, большой научный интерес и практическое значение приобрели расширяющиеся безусадочные и напрягающие цементы. Для них характерно равномер­ное, происходящее в раннем возрасте, расширение, ко­торое компенсирует последующую их усадку, чем реша­ется одна из сложных проблем в области цемента — пре­дотвращение проявления отрицательных усадочных де­формаций.

В настоящее время опубликованы данные об усло­виях получения нескольких десятков видов расширяю­щихся и напрягающих цементов, расширение которых вызывают гидросульфоалюминаты кальция, а также оксиды магния и кальция низкотемпературного обжига, реакция образования активной газовой фазы и др. [70]. Эти цементы получают на основе портландцемента, глиноземистого цемента и на их сочетании. При этом используют специальные расширяющиеся компоненты и некоторые добавки. Наиболее широко применяется спо­соб совместного измельчения составляющих цемент ком­понентов, содержащих низкоосновные алюминаты каль­ция.

Г При твердении расширяющихся цементов образует­ся Значительное количество, главным образом, гидро - сульфоалюминатов кальция, кристаллизация которых в условиях, препятствующих их свободному расширению, вызывает дополнительное уплотнение цементного кам­ня и растворов. Гидросульфоалюминат кальция кри­сталлизуется при взаимодействии кристаллов высокоос­новных гидроалюминатов кальция с ионами Sи Са2+ растворенного в воде сульфата кальция. Это характерно для реакций, протекающих при твердении портландце­мента, когда жидкая фаза насыщена известью и образо­вавшиеся высокоосновные гидроалюминаты кальция поэ­тому не растворяются в ней. Формирование кристалличе­ских новообразований, содержащих большие количе­ства воды, вызывает в этом случае быстрое увеличение объема образовавшегося гидросульфоалюмината каль­ция по сравнению с исходным объемом гидроалюмината. При низкой же концентрации извести в жидкой фазе, что свойственно среде твердеющего глиноземистого цемен­та, низкоосновные гидроалюминаты кальция растворяют­ся и гидросульфоалюминат кальция образуется из ра­створа в результате взаимодействия гидроалюминатов кальция с ионами S042~H Са2+ растворенного гипса. Гидросульфоалюминат кальция заполняет объем исход­ного раствора и последующий рост его кристаллов вы­зывает относительно небольшое увеличение объема.

Однако высказываются разные взгляды на процесс образования гидросульфоалюмината кальция. Некото­рые считают, что взаимодействие алюмината кальция с сульфатом кальция происходит в твердой фазе с увели­чением объема кристаллов ГСАК; по мнению других, незначительное увеличение происходит при формирова­нии кристаллов из раствора. В. Б. Ратинов, А. Ф. Полак полагают, что образование гидратов путем кристалли­зации из жидкой фазы термодинамически более ве­роятно.

И. В. Кравченко и Т. В. Кузнецова рассматривают природу расширения цементного камня РЦ как процесс интенсивного роста кристаллов ГСАК в определенный период развития кристаллизационной структуры, когда давление растущих кристаллов не приводит к снижению прочности цементного камня. Степень расширения це ментного камня зависит от прочности, которую будет иметь камень в период, когда увеличение объема, вы­званное кристаллизацией гидросульфоалюмината каль­ция, создаст значительные внутренние напряжения в твердеющей системе. Скорость образования и характер кристаллической структуры гидросульфоалюмината кальция различны и зависят от условий его образова­ния [75]. Можно считать, что чем выше прочность це­ментного камня, тем меньше должно быть расширение, поскольку здесь действуют две противоположные си­лы— сжатия, вызываемые ростом прочности цемента, и растягивающие, обусловливаемые процессами кристал­лизации. Необходимо, следовательно, чтобы эти силы были способны вызвать допустимую раздвижку в струк­турных элементах затвердевшего цемента в размерах, необходимых для проявления расширения. Однако оно не должно сопровождаться понижением прочности и уж, конечно, разрушением цементного камня. Нормальный рост прочности достигается путем регулирования коли­чества и- скорости образования кристаллов гидросуль­фоалюмината кальция.

Если структура цементного камня не достигла необ­ходимой жесткости, расширения не будет. Когда цемент твердеет в условиях, препятствующих его расширению, например в металлической форме, силы, возникающие при кристаллизации и росте кристаллов гидросульфо­алюмината кальция, вызывают существенное уплотне­ние цементного камня, и он сильно прилегает к стенкам форм. В результате достигается также высокая водоне­проницаемость расширяющегося цемента, что использу­ется, например, при омоноличивании стыков элементов конструкций.

По мнению А. Е. Шейкина при низких значениях В/Ц в условиях близкого контакта - гидратирующихся зерен цемента увеличение кажущегося объема (расши­рение) твердеющего цемента является результатом воз­никновения осмотических сил, вызывающих раздвижку частиц гидратов [157].

Исследования показали, что оксиды кальция и магния также можно использовать для получения цементов, спо­собных расширяться. Это возможно в том случае, если такие оксиды получены низкотемпературным обжигом
исходных карбонатов кальция и магния и скорость их гидратации можно регулировать. И

Первым видом расширяющегося цемента был ВРЦ, разработанный В. В. Михайловым,|85]. Этот цемент впервые был применен взамен свинца для зачеканки швов чугунных тюбингов в тоннелях Московского метрополи­тена. ВРЦ — быстросхватывающееся и быстротвердею - щее вяжущее, получаемое путем тщательного смешива­ния или совместного помола в определенной дозировке глиноземистого цемента, высокопрочного либо строи­тельного гипса первого или второго сорта и высокоос­новного гидроалюмината кальция. Этот материал, со­держащий преимущественно 4Са0-А1203-12Н20, ис­пользуют для производства водонепроницаемого расши­ряющегося цемента следующего состава: 67—70% гли­ноземистого цемента, 10—11% высокоосновного гидро­алюмината кальция, 20—22% полуводного гипса. В со­ставе ВРЦ глиноземистого цемента (без учета его нали­чия в высокоосновном гидроалюминате кальция) должно быть не менее 65% и полуводного гипса не более 22%.

Содержание в ВРЦ более 65% глиноземистого це­мента обеспечивает дальнейший нормальный процесс твердения и сохранение объема цементного камня, обра­зовавшегося в результате расширения. При правильно подобранном составе ВРЦ расширение будет наиболее сильным в течение первых суток и может продолжаться не более 3 сут. Линейное расширение твердеющего це­мента в виде теста нормальной густоты должно состав­лять:

А) при воздушном хранении в возрасте 1 сут не ме­нее 0,05% и через 28 сут не менее 0,02%;

Б) при погружении в воду через 1 ч после затворе - ния в возрасте 1 сут не менее 0,2% и не более 1%, при­чем за трое суток расширение по сравнению с достиг­нутым за одни сутки не должно превышать 20%.

Начало схватывания ВРЦ должно наступать не ра­нее 4 мин, конец не позднее 10 мин от начала затворе - ния; замедлить его до 20—30 мин можно, применяя до­бавки СДБ, буры, уксусной или виннокаменной кислот. Прочность ВРЦ составляет через 6 ч 7,5 МПа и через 28 сут—50 МПа; фильтрация затвердевшего цемента при 0,2 МПа должна прекратиться не позднее, чем че­рез 6 ч.

Условия применения ВРЦ в метростроении изуча-

9 Зак. 531
лись В. В. Михайловым совместно с Э. 3. Юдовичем, Б. Г. Скрамтаевым и С. М. Рояком. Ими же при участии Я. Н. Новикова проводились работы по практическому использованию этого цемента взамен свинца для заче- канки швов чугунных тюбингов в тоннелях Московско­го метрополитена. За время эксплуатации этих тоннелей (более 20 лет) была выявлена эффективность Службы ВРЦ, применение которого позволило заменить весьма дефицитный свинец и интенсифицировать процесс задел­ки швов.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент

(ГГРЦ) — гидравлическое и быстротвердеющее вяжу­щее, получаемое совместным помолом высокоглинозе­мистого шлака с двуводным сернокислым кальцием или тщательным смешиванием тех же, но раздельно измель­ченных, материалов. Содержание гипса в ГГРЦ не бо­лее 30%. ГГРЦ характеризуется началом схватывания не ранее 10 мин и концом схватывания не позднее 4 ч от начала затворения, для замедления процесса приме­няют СДБ, буру, уксусную кислоту.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент разра­ботан И. В. Кравченко. Для него необходимы высоко­глиноземистые шлаки моноалюминатного типа (содер­жание Si02 не более 11% и СаО — 38—41%). В этом случае кристаллы образующегося гидросульфоалюми­ната кальция будут состоять из коротких и широких иголок; при значительном содержании в шлаке С!2А7 наступает быстрое схватывание цемента и образуются длинные волокнистые кристаллы гидросульфоалюмина­та кальция.

Линейное расширение цемента при погружении в во­ду через 1 ч после конца схватывания составляет не ме­нее 0,1% и не более 0,6% через 3 сут твердения. Проч­ность при сжатии — 28 МПа через 3 сут. Водонепроницае­мость раствора 1:2 при B/lf=0,3 через 1 сут должна до­стигаться при рабочем давлении в одну атмосферу. В первые сроки твердения ГГРЦ кинетика роста прочно­сти выше, чем у глиноземистого цемента, однако в по­следующем наблюдается такое же, как у глиноземисто­го цемента, медленное нарастание прочности. Наблюде­ния за изменениями предела прочности при сжатии в течение более 15 лет показали, что, как у многих других цементов, он несколько колеблется, однако показатель прочности был выше, чем трехсуточный, являющийся
основным для маркировки ГГРЦ. Деформационная спо­собность у ГГРЦ несколько выше, чем у глиноземисто­го цемента.

Чтобы обеспечить расширение, необходимо созда­вать водную или сильно влажную среду для твердения в первые трое — семь сут. При твердении на воздухе це­мент не расширяется и даже дает усадку. При комбини­рованном режиме твердения (3 сут водного твердения с последующим воздушным) вначале происходит расши­рение, а затем усадка; однако к 2 месяцам твердения по этому режиму остаточное расширение составляет 0,15%. Расширение цементного раствора зависит от содержа­ния в нем цемента и водоцементного отношения: если вяжущего становится меньше, а В/Ц увеличивается, то расширение уменьшается. Тепловлажностная обра­ботка образцов из раствора ГГРЦ заметно ускоряет твердение, но при этом существенно уменьшает расши­рение. Температура не должна быть выше 363—373К, иначе возможно разложение гидросульфоалюмината кальция, вызывающее даже разрушение цемента. Выяв­лена достаточно высокая морозостойкость, атмосферо - устойчпвость растворов и бетонов иа ГГРЦ, однако применять их при температуре выше 353К нельзя. ГГРЦ характеризуется началом тепловыделения в пе­риод схватывания цементного теста и по экзотермии ближе к высокосортному портландцементу, чем к гли­ноземистому.

Сохранность арматуры в железобетонных конструк­циях на ГГРЦ в условиях воздушного твердения не­достаточна. При твердении же в воде коррозии не на­блюдалось. При твердении на воздухе желательно при­менять добавки ингибитора — нитрита натрия в количе­стве 2%, защищающие арматуру. Стойкость ГГРЦ в условиях солевой агрессии зависит от стойкости глино­земистого цемента, на основе которого он из готовлен. Он достаточно устойчив в морской воде и в 1%-иых ра­створах сульфата натрия и магния, а также в пласто­вых сульфатных водах многих нефтяных скважин. Он недостаточно стоек под воздействием хлоркальциевых вод нефтяных месторождений, однако, при введении в состав цемента кварцевого песка стойкость его повыша­ется. ГГРЦ предназначен для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, гидро­изоляционных штукатурок и заделки стыков сборных

9* Зак. 531
бетонных и железобетонных конструкций, а также для омоноличивания и усиления конструкций, подливки фундаментов и заделки фундаментных болтов и др. Нель­зя его применять при отрицательных температурах без обогрева, а также для конструкций, работающих при температурах выше 353К. Объем производства ГГРЦ у нас весьма значителен и потребность в нем все увели­чивается.

Опыт применения ГГРЦ показал, что он эффективен в водонепроницаемых конструкциях, при омоноличива - нии сборных железобетонных понтонов и дебаркадеров на верфях сборного железобетонного судостроения. Быстрые сроки его схватывания и расширения исполь­зуют при бурении скважин, а также для создания за­щитных ограждений реакторов (см. гл. 14).

Расширяющийся портландцемент (РПЦ). Во Фран­ции Лосье и Ляфюма создали расширяющийся цемент, применяя расширяющийся компонент, получаемый об­жигом во вращающейся печи шихты, составленной из 50% гипса, 25% карбоната кальция и 25% желе­зистого боксита. Он содержит примерно 38% алюми­натов кальция, преимущественно в виде С12А7, 38% на­мертво обожженного ангидрита, 20% y-C2S, 4% фер­ритов и алюмоферритов кальция и примеси.

Этот цемент получают, измельчая совместно порт- ландцементный клинкер, расширяющийся компонент и гранулированный доменный шлак. Шлак служит стаби­лизатором, нейтрализующим действие избытка суль­фата кальция. Изменяя дозировку расширяющегося компонента, регулируют степень расширения цемента. Период расширения достигает 30 сут и в зависимости от размера расширения при водном твердении цемен­ты делятся на безусадочные, слабо-, средне - и сильно­расширяющиеся. Безусадочные характеризуются рас­ширением примерно 0,3 %, а сильнорасширяющиеся — до 1,5—2,5 % при несколько замедленном схватывании и нарастании прочности. Этот цемент используют для восстановления разрушенных сооружений, изготовления дорожных покрытий, омоноличивания стыков гидротех­нических сооружений и др.

В НИИЦементе И. В. Кравченко и Ю. Ф. Кузнецовой разработан цемент, названный расширяющимся порт­ландцементом (РПЦ).

Он быстро твердеет при кратковременной тепло - влажностной обработке (пропаривании), поэтому его используют в производстве сборного железобетона с применением пропаривания. Тепловлажностная обра­ботка вызывает усиленное нарастание прочности РПЦ вследствие быстрого взаимодействия 'низкоосновных алюминатов глиноземистого цемента, доменного шлака (или другой активной минеральной добавки) и высоко - основных алюминатов портландцементного клинкера.

В этих условиях новообразования гидросульфоалю-' минатов кальция появляются преимущественно в виде кристаллов волокнистого строения. Кроме того, тепло­влажностная обработка ускоряет гидратацию портланд­цементного клинкера, причем при этом в результате взаимодействия гидроксида кальция с активной мине­ральной добавкой образуются гидросиликаты кальция. В процессе участвуют также более основные гидроалю­минаты кальция, образующиеся при гидратации порт­ландцемента. В условиях пропаривания гипс в течение первых трех-четырех часов полностью связывается в цементном камне; при водном твердении, а также на воздухе при нормальной температуре связывание гип­са происходит в течение 3—7 сут. При этом образуется значительное количество кристаллов гидросульфоалю­мината кальция. Из-за содержания в цементе активной минеральной добавки известь частично связывается, при этом образуются гидросиликаты кальция, что при­водит к понижению концентрации оксида кальция в жидкой фазе твердеющего цемента. В связи с этим гидросульфоалюминат кальция кристаллизуется из жидкой фазы.

Дальнейший рост прочности при твердении цемента в воде, па воздухе, так же как и после пропаривания при нормальной температуре, протекает за счет продол­жающейся гидратации портландцемента. Изучение этих процессов показало, что возможна замена дорогостоя­щего глиноземистого цемента природным бокситом. Це­лесообразно также применение в качестве активной минералы/ой добавки гранулированного доменного шлака.

РПЦ является гидравлическим вяжущим вещест­вом, получаемым совместным тонким измельчением еле дующих компонентов (в масс. %) —портландцементного клинкера (58—65%), высокоглиноземистого шлака '(5— 7%), двуводного гипса (7—10%), доменного гранулиро­ванного шлака или другой активной минеральной добав­ки (20—28%). Количество ангидрида серной кислоты в цементе должно быть не меньше 3,3% н не больше 5%, сумма оксидов кальция и натрия не должна превышать 1%- Цемент должен быть тонко измельчен до остатка на сите № 008 не больше 7%. Линейное расширение призм размером 40X40X160 мм, изготовленных из чистого цементного теста нормальной гус'тоты, должно быть при водном твердении через сутки не менее 0,15 %, через 28 сут, — в пределах 0,2—2,0%; при комбинированном режиме — через 1 сут не менее 0,15 и через 28 сут — не менее 0,05 %• При твердении в условиях тепловлаж­ностной обработки РПЦ практически не расширяется. Расчетное содержание трехкальциевого силиката в портландцементном клинкере, применяемом для изго­товления РПЦ, должно быть не менее 53%, причем в нем может быть не более 0,5% свободного оксида кальция и не более 4,5% оксида магния. Высокогли­ноземистый доменный шлак можно заменить сталера - фировочным шлаком.

РПЦ по мере необходимости может выпускаться на отечественных цементных заводах. Его прочность при сжатии через 1 сут—19, 7 сут — 51, 28—70, 1 год — 65, 5 лет — 73 МПа. После пропаривания по режиму 1 + + 2+5 при 358—363К при последующем комбинирован­ном режиме твердения прочность его через 5 ч соста­вляла 30, через 28 сут—50, 1 год—63, 5 лет—67, 9 лет — 84 МПа.

Наиболее благоприятным режимом для РПЦ явля-' ется твердение в воде. Бетонные образцы с расходом РПЦ 400 кг/м3 при В/Ц"— 0,5, твердеющие в воздушно - влажных условиях, через сутки выдерживают гидрав­лическое давление воды до 0,4 МПа, через 3 сут — до 1,1 МПа и через 7 Сут — до 1,6 МПа. Морозостойкость' РПЦ марки 400 достаточно высока. Бетон, содержащий 450 кг/м3 РПЦ при В/Ц—0,5, выдерживает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания в пресной воде при снижении прочности всего лишь на 14—15%, При замораживании и оттаивании в концентрированной морской воде степень /морозостойкости оценивается примерно 200 циклами. Сцепление РПЦ с арматурой, а также с бетоном на портландцементе хорошее. Экс­периментально показано, что при омоноличивании мас­сивных железобетонных конструкций РПЦ имеет несом - нениые преимущества перед портландцементом. В не - проиаренных образцах из раствора и бетона на РПЦ при твердении в воде и во влажных условиях коррозии арматуры не наблюдалось. В воздушных условиях кор­розия была незначительной. В образцах же, подверг­шихся тепловлажностной обработке, также наблюда-' лась небольшая коррозия арматуры независимо от ус-' ловий твердения.

Таким образом, расширяющийся портландцемент по основному профилирующему признаку — способности расширяться — предназначен для получения безусадоч­ных и расширяющихся бетонов и растворов с необхо­димой водонепроницаемостью для производства стыков сборных железобетонных конструкций, омоноличивапия бетонных и железобетонных конструкций. При приме­нении же тепловлажностной обработки РПЦ эффекти­вен в производстве железобетонных конструкций и из­делий, где достигается сокращение примерно в 2 раза длительности пропаривания.

Безусадочный цемент. Он предложен А. Е. Шейки - ным. Для его изготовления используют рядовой порт-' ландцементный клинкер и добавки 0,1 % ГКЖ-94 и 5—10 % молотой негашеной извести от массы цемента;' первую вводят в цемент при его помоле, известь же добавляют в воду затворения. Опыты показали эффек­тивность применения этого цемента для замоноличива - ния вертикальных нерабочих и горизонтальных стыков крупнопанельных зданий.

Водонепроницаемый безусадочный цемент — ВБЦ, Разработанный В. В. Михайловым, получают совмест­ным помолом глиноземистого цемента, полуводного гипса и извести-пушонки. Глиноземистого цемента дол­жно быть не менее 85%, а соотношение между гипсом и известью может изменяться в пределах от 0,5 до1,0. Нача­ло схватывания этого цемента наступает не ранее 1 мин, конец не позднее 10 мин. Линейное расширение призм из цементного теста, погруженных в воду, через сутки должно быть не менее 0,01 ,% и не более 0,1 %, а че­рез 28 сут не более 0,3 %. Через час от начала затво­рения образцы из цементного теста должны быть водо­непроницаемыми при давлении в 0,3 МПа и через 1 сут — в 0,6 МПа. ВБЦ предназначен для применения толь­ко в условиях повышенной влажности для устройства гидроизолирующих торкретных оболочек бетонных и же­лезобетонных подземных сооружений, фильтрующих воду.

На основе теории твердения, предложенной О. П. Мчедловым-ГТетрос'яном с учениками, разработаны рас­ширяющиеся составы на основе портландцемента. Ре­комендованы добавки к портландцементу в количестве, %: алюминиевой пудры — 0,01, сульфата алюминия—2,0, хлористого кальция—2,0 п СДБ—0,15. Указанную ком­позицию применяют в виде растворов в крупнопанель­ном домостроении при заделке швов, высокую водоне­проницаемость которых она обеспечивает.

Антикоррозионные расширяющиеся составы на ос­нове обычного портландцемента также разработаны О. П. Мчедловым-ГТетросяном совместно с В. И. Бабуш­киным и Л. П. Мокрицкой. Им удалось, используя прин­цип компенсированного расширения, создать различные расширяющиеся составы па базе обычного портланд­цемента, а также антикоррозионные, содержащие сер­нокислый глинозем и азотнокислый кальций. Кроме того, они комбинируют добавки поташа и соды, алюми­ниевого порошка и ферросилиция, что предупреждает коррозию стальной арматуры и закладных деталей.

Напрягающий цемент (НЦ) разработан В. В, Ми­хайловым, С. Л. Литвером и А. Н. Поповым [85]. Это гидравлическое, быс'тросхватывающееся и быстротвер - деющее расширяющееся вяжущее, получаемое тща­тельным смешением в определенной дозировке при сов­местном помоле портландцемента, алюминатных и суль - фоалюминатных материалов и гипса. НЦ предназначен для получения самонапрягающего железобетона, твер­деющего при нормальной температуре или с примене­нием тепловой обработки.

В процессе расширения в условиях последующего твердения НЦ создает в арматуре независимо от ее рас­положения в железобетонной конструкции предвари­тельное напряжение. Этим пользуются для получения предварительно-напряженных железобетонных кон­струкций без применения механических или тер­мических способов натяжения арматуры. В са­монапряженном же элементе железобетонной конструк­ции происходит упруго-ограниченное расширение це­ментного камня вследствие сопротивления натягивае­мой арматуры. Величина этого (связанного) расшире­ния составляет примерно 0,25—0,75 %. Важно отметить, что при расширении цементного раствора арматура мо­жет получить двух - и трехосное напряжение, которого затруднительно добиться обычными механическими приемами.

Напрягающий цемент обладает способностью раз­вивать давление на препятствия, ограничивающие сво­бодное расширение. Усилие, развиваемое цементом (ра­створом, бетоном) при ограничении деформации его свободного расширения рассматривают как усилие расширения или усилие самонапряжения. Самонапря­жение НЦ определяют по специальной методике через 28 сут с момента изготовления. НЦ состоит из 65— 75 % портландцемента, 13—20 % глиноземистого це­мента и 6—10% гипса. Удельная его поверхность — не менее 3500 см2/г. В зависимости от размера дости­гаемого самонапряжения НЦ (ТУ 21-20-18-80) разде­ляются на цементы: с малой энергией самонапряжения

— не менее 2,0 МПа (НЦ-20), со средней энергией са­монапряжения—4,0 МПа(НЦ-40), с высокой энергией самонапряжения — 6,0 МПа (НЦ-60)[2]. Начало схваты­вания НЦ должно наступать не ранее 30 мин, а конец — не позже 4 ч после затворения. Замедления схватыва­ния можно достигать, применяя СДБ, декстрин, борную кислоту, винно-каменную кислоту и др. Предел прочно­сти для НЦ-20 и НЦ-40 при сжатии через 1 сут 15,0 МПа, через 28 сут — 50,0 МПа; при изгибе через 28 сут

— 6,0 МПа. Линейное расширение через 28 сут долж­но быть для НЦ-20 не более 2,0 % и для НЦ-40 не бо­лее 2,5%. Содержание серного" ангидрида — не менее 3,5 % и не более 7 %.

Продуктами гидратации НЦ являются эттрингит, гидроалюминат кальция (С4АН13) и низкоосновные гид­росиликаты кальция, причем гидросульфоалюминат кальция появляется в первые часы гидратации [71]. По указанным ТУ содержание в напрягающем цемен­те ангидрида серной кислоты и глинозема регламенти­руется для каждого завода-изготовителя с учетом мест­ного сырья и условий производства.

На основе длительного изучения признано целесо­образным применять портландцемент (клинкер) с со­держанием C3S—55—62 %, С3А—7—10% и СаОСВОб до 5 %, увеличение количества C3S повышает прочность НЦ, но при этом появляется тенденция к снижению расширения и самоиапряжения. В качестве алюми - натного компонента пригодны глиноземистые шлаки и другие материалы, содержащие СА, С12А7, СА2, причем наиболее эффективны моноалюминатные композиции. Для увеличения самонапряжения применяют добавку 2 % извести от массы цемента с учетом содержания СаОсвоб в клинкере.

Выше была отмечена возможность образования в цементе (см. гл. 15) сульфоалюмината кальция — ЗСаО - • А1203-CaS04. Появились данные о получении из раз­ных видов сырья «Сульфоалюминатного клинкера», ко­торый различается по химико-минералогическому со­ставу [70], а также по температуре обжига около 1473К - Повышение температуры сопровождается возрастанием количества сульфоалюмината кальция и соответственно повышением прочности, а также Способ­ствует разложению сульфата кальция. Это обстоятель­ство является одной из причин изменения при обжиге состава клинкера, характеризуемого наличием (С3А3- : CaS04); CaS04; 2(C2S) • CaS04; C2S; СА; C12A7 с воз­можными примесями.

Полученный в НИИЦементе измельченный суль- фоалюминатный клинкер с В/Ц = 0,4 и удельной поверх­ностью 4000 см2/г показал при испытании прочность через 1 сут 26—33 и через 28 сут—58—73 МПа. Ли­нейное расширение образцов цементного теста 0,01 — —0,02%. Согласно ТУ на напрягающий цемент содер­жание в сульфоалюминатном клинкере суммы сульфо­алюмината кальция и алюминатов кальция должно быть не менее 15 %. На основе этих клинкеров на двух цементных заводах были выпущены в опытном поряд­ке напрягающие цементы с прочностью через 1 сут 20— 30 и 28 сут—60—55 МПа и с показателями расшире­ния через 28 сут 0,57 и 0,7 % и самонапряжепия 2,6 и 3,6 МПа. Хотя эти цементы не отвечают требованиям ТУ на напрягающий цемент, но как расширяющиеся композиции они были - успешно использованы для по­лучения расширяющихся бетонов. Добавка 10 % гипса в один из этих цементов вызвала расширение в 1 % без снижения прочности цементного камня.

В связи с тем, что при изучении технологии НЦ были зафиксированы случаи снижения качества це­мента, следует учитывать высокую степень чувстви­тельности НЦ к нарушениям технологических парамет-

Ров производства. Поэтому обязательным условием получения НЦ высокого качества является соответст­вующее техническим требованиям постоянство химико - минералогического состава исходных сырьевых ■ компо­нентов и строгое соблюдение технологии получения цементов.

Применение напрягающего цемента обеспечивает водо-, бензо - и газонепроницаемость конструкций и по­вышает их трещиностойкость за счет создания в них предварительного напряжения (самонапряжения). НЦ рекомендуется для подземных, подводных напорных сооружений, таких, как резервуары, трубы, технологи­ческие емкости различного назначения; целесообразно также использовать его в дорожных, аэродромных и других видах покрытий, для преднапряжения простран­ственных конструкций, в напряженных стыках элемен­тов сооружений, в том числе находящихся под напором жидкости или газа, а также для ремонта и усиления конструкций. *

Алунитовый расширяющийся (напрягающий) це­мент. Это цемент, в состав которого вводится в каче­стве расширяющегося компонента алунит — основная соль сульфата алюминия и калия — K^SCVAI2(S04)3- • 2AI203-6H20 i[35, 73]. В готовом алунитовом напря­гающем цементе должно быть 62—68 % портландце­ментного клинкера, 20—22 % обожженной алунитовой породы, 10—12 % гипса, иногда вводят 4 % извести.

Цемент получают тонким измельчением смеси ука­занных компонентов. Алунит подвергается обжигу при 973К, при этом образуются следующие фазы: сульфаты калия (натрия) и алюминия, квасцы, неразложившееся' ;з безводное соединение, а также глинозем в активной

Форме, которые имеют высокую растворимость в воде и активно вступают в реакцию с продуктами гидратации клинкерных минералов. Равновесие указанных фаз в алуните зависит от температуры и длительности об­жига.

В зависимости от активности обожженной алунито­вой породы и количества перешедших в жидкую фазу' ионов алюминия и серного ангидрида при гидратации' цемента можно получить при тех же компонентах бе­зусадочный, расширяющийся и напрягаемый цементы. Гипс н обожженный алунит следует вводить в состав цемента с таким расчетом, чтобы серного ангидрида со-

Держалось, %: в безусадочном цементе 2,5—4, в рас­ширяющемся —4—6 и в напрягающем 6—8. Содер­жание алунита в исходном портландцементном клинкере должно быть более 50 % и трехкальциевого алюмина­та не менее 7 %.

По ТУ 21-20-18-80 на напрягающий цемент при ис­пытаниях с В/Ц—0,3 прочность при сжатии через 1 сут, 28 сут и 1 год должна Составлять 14, 46 и 60 МПа; для цемента с добавкой 4 % извести соответственно 15, 16 н 32 МПа. Самонапряжение этих цементов—2,9 МПа и через 2 года —3,6 МПа при расширении 0,57 и 1,0 %; для цемента с 4% извести самонапряжение составляет 2,0 и 3,0 МПа при расширении 1,0 и 1,2 %. В бетонах при расходе цемента 700 и 500 кг/м3 самонапряжение будет 0,25 и 0,12 МПа при расширении 0,8 и 0,9%.

В США выпускают напрягающий цемент Клейна. Получают его совместным помолом портландцементно­го клинкера, гипса и расширяющегося компонента — сульфоалюмн'натного клинкера с присущими ему при­месями.