СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Гидравлические вяжущие вещества

К вяжущим данной системы принадлежат гидравлическая из­весть, романцемент, портландцемент и его разновидности. Свойства указанных вяжущих веществ зависят от гидравлического модуля и температуры обжига сырья. Гидравлический модуль т выражает со­держание основного оксида СаО по отношению к суммарному коли­честву кислотных оксидов:

%СаО

т=------------------------------------ .

0/oSi02 °/оЛ1203 +%Гв2^з

Для каждого вяжущего вещества характерен свой гидравличе­ский модуль. Поскольку воздушная известь изготовляется из извест­няков лишь с небольшой примесью глинистого вещества, у нее са­мый большой гидравлический модуль (более 9), у гидравлической извести т = 1,7-9; у романцемента т < 1,7. Портландцемент, полу­чаемый из тщательно составленной искусственной смеси известня­кового и глинистого компонента, характеризуется гидравлическим

модулем (1,9-2,4), примерно таким же, как у романцемента. Однако показатели прочности портландцемента во много раз превосходят прочность романцемента. Объясняет­ся это тем, что при полу­чении романцемента (и гидравлической извести) обжиг сырья производится не до спекания (при тем­пературе около 1000 °С) и в этих условиях образуют­ся низкоосновные силика­ты и алюминаты кальция, обладающие в гидратиро­ванном виде невысокой прочностью. В технологии портландцемента обжиг сырьевой смеси доводится А Г воздушная известь; 2, 2' гид-

до частичного плавления Равлическая известь; 5, 3’ - романце-

при 1450 °С и только при мент; 4> 4'~ портландцемент наличии жидкой фазы (расплава) происходит синтез трехкальциево­го силиката, обусловливающего высокие показатели прочности и гидравлические свойства. Усиление гидравлических свойств при пе­реходе от воздушной к гидравлической извести и романцементу вследствие уменьшения гидравлического модуля с 9 до 2 при одина­ковой практически температуре обжига 1000 °С видно из рис. 8.2. В точке же 3 кривой б количественное изменение температуры обжига сырья (с 1000 до 1450 °С) привело к скачкообразному увеличению прочности и появлению качественного нового вяжущего портланд­цемента.

Гидравлическая известь

Гидравлическую известь получают обжигом в шахтных печах не до спекания (900-1100 °С) мергелистых известняков с содержанием глины 6-20%. Полученную известь размалывают и применяют в ви­де порошка либо гасят в пушонку. В процессе обжига мергелистых известняков после разложения углекислого кальция (900 °С) часть образующейся СаО остается в свободном состоянии, а часть соеди­
няется с оксидами Si02, А1203 и Fe203, входящими в состав глини­стых материалов. При этом образуются низкоосновные силикаты (2Ca0Si02), алюминаты (СаО А1203) и ферриты (Ca0 Fe203) каль­ция, которые и придают извести гидравлические свойства. Гидрав­лическая известь начинает твердеть в воздухе (первые 7 сут) и про­должает твердеть и увеличивать свою прочность в воде. Предел прочности при сжатии после 28 сут комбинированного хранения об­разцов из раствора 1:3 по массе (7 сут во влажном воздухе и 21 сут в воде) 2-5 МПа и выше. Гидравлическую известь применяют для из­готовления строительных растворов, бетонов низких марок и бетон­ных камней. Ее хранят в закрытых помещениях, при перевозке пре­дохраняют от увлажнения.

Романцемент

Романцемент -— гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом обожженных не до спекания (900 °С) известняко­вых или магнезиальных мергелей, содержащих более 20% глины. Образующиеся при обжиге низкоосновные силикаты и алюминаты кальция придают романцементу свойство твердеть и сохранять проч­ность в воде. Романцемент выпускают трех марок: М25, М50 и Ml00. Он должен выдерживать испытание на равномерность изме­нения объема. Применяется для изготовления строительных раство­ров, бетонов, бетонных камней.

Гидравлическая известь и романцемент ранее широко применя­лись, но теперь эти вяжущие уступили свое место более совершен­ным гидравлическим вяжущим и прежде всего портландцементу.

Портландцемент

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещест­во, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Портландцемент — продукт тонкого измельчения клинкера с добав­кой гипса (3-5%). Клинкер представляет собой зернистый материал, полученный обжигом до спекания (при 1450 °С) сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различ­ного вида) и алюмосиликатов (глины, мергеля, доменного шлака и др.). Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания порт­ландцемента.

Для производства портландцемента имеются неограниченные сырьевые ресурсы в виде побочных продуктов промышленности (шлаков, зол, шламов) и распространенных карбонатных и глини­стых горных пород. Автоматизация производственных процессов и переход к производству цемента на заводах-автоматах значительно снижают потребление энергии и трудоемкость, позволяют значи­тельно увеличить выпуск цемента в соответствии с гигантским мас­штабом-строительства в нашей стране.

Изобретение портландцемента (1824) связано с именами Егора Герасимовича Челиева — начальника мастерских военно-рабочей бригады и Джозефа Аспдина — каменщика из английского города Лидса, которому был выдан патент на изобретение. Название порт­ландцемент связано с полуостровом на юге Великобритании — Port­land, где началось промышленное производство цемента.

Принципы производства

Производство портландцемента — сложный технологический и энергоемкий процесс, включающий: добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов известняка и глины; приготовление сырьевой смеси; обжиг сырьевой смеси до спекания — получение клинкера; помол клинкера с добавкой гипса — получение портланд­цемента. Обеспечению заданного состава и качества клинкера под­чинены все технологические операции.

Сырьевые материалы. Сырьевыми материалами для производ­ства клинкера служат известняки с высоким содержанием углеки­слого кальция (мел, плотный известняк, мергели и др.) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), содержащие Si02, А1203 и Fe203. В среднем на 1 т цемента расходуется около 1,5 т минераль­ного сырья; примерное соотношение между карбонатным и глини­стым составляющими сырьевой смеси 3:1 (т. е. берется около 75% известняка и 25% глины). В сырьевую смесь вводят добавки, коррек­тирующие химический состав, регулирующие температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера. Например, количество Si02 повышают, добавляя в сырьевую массу трепел, опоку. Добавле­ние колчеданных огарков увеличивает содержание Fe203.

Для производства портландцемента все шире используют по­бочные продукты промышленности. Весьма ценным сырьем являют­ся доменные шлаки, содержащие необходимые для получения клин­кера составные части (СаО, Si02, А1203, Fe203). Нефелиновый шлам, получающийся при производстве глинозема, содержит 25-30% Si02 и 50-55% СаО; достаточно к нему добавить 15-20% известняка, что­бы получить сырьевую смесь. Использование нефелинового шлама

повышает производительность печей примерно на 20% и снижает расход топлива на 20-25%.

Основной и наиболее эффективный вид топлива — природный газ, отличающийся высокой теплотворной способностью. Сокраща­ется применение мазута и твердого топлива, приготовляемого в спе­циальных установках для сушки и помола угля (антрацита, каменно­го угля). Теплотворная способность твердого топлива ниже, чем га­зообразного; углевоздушные смеси подвержены взрывам; зольность углей 10-20%, и зола, попадая в обжигаемую сырьевую смесь, иска­жает расчетный минеральный состав клинкера. Стоимость топлива составляет до 25% себестоимости готового цемента, поэтому на це­ментных заводах много внимания уделяется его экономии.

Подготовка сырья. Приготовление сырьевой массы состоит в тонком измельчении и смешении взятых в установленном соотно­шении компонентов, что обеспечивает полноту прохождения хими­ческих реакций между ними и однородность клинкера. Приготовле­ние сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбиниро - 1 ванным способами.

Сухой способ заключается в измельчении и тесном смеще­нии сухих (или предварительно высушенных) сырьевых материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде минерального порошка, называемого сырьевой мукой. Тонкое совместное измельчение из­вестняка и глины осуществляют в трубных (шаровых) мельницах, в которых совмещаются помол и сушка сырьевых материалов до оста­точной влажности 1-2%.

Сырьевую муку направляют в силосы, в них корректируется со­став сырья и создается запас, необходимый для бесперебойной рабо­ты печей. Наиболее энергоемкий процесс — декарбонизация сырья — вынесен в специальное устройство — декарбонизатор, в котором он протекает быстрее и где СаСОз разлагается. При сухом способе производства затраты тепла на обжиг клинкера в 1,5-2 раза меньше, чем при мокром способе. Сухой способ наиболее выгоден при ис­пользовании известняка и глины с невысокой влажностью (10-15%), однородного состава и физической структуры, когда можно полу­чить гомогенную сырьевую муку при сухом помоле.

Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность (мел, глины). Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществля­ется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жид­котекучей массы - шлама с большим содержанием воды (35-45%).

Совместное измельчение известняка, глины и корректирующих

добавок (например, пиритных огарков, содержащих Fe203) обеспе­чивает тщательное смешение исходных материалов и получение од­нородной сырьевой смеси. Помол сырья производят до остатка на сите 008 не более 8-10%, следовательно, более 90% частиц смеси имеет размер менее 80 мкм. Из трубных мельниц известково­глиняный шлам перекачивают насосами в вертикальные или гори­зонтальные резервуары (шламбассейны), в них корректируют и ус­редняют химический состав шлама. Применение разжижителей шлама позволяет снизить влажность шлама, но не устраняет основ­ной недостаток мокрого способа производства цемента — высокую энергоемкость процесса получения клинкера. Пока наша цементная промышленность применяет производство «по мокрому способу», в условиях резкого удорожания энергоносителей стоимость 1 т цемен­та значительно выше по сравнению с «сухим способом».

Применение «комбинированного способа» дает возмож­ность на 20-30% снизить расход топлива по сравнению с мокрым способом. Сущность этого способа заключается в том, что приготов­ленный шлам до поступления в печь обезвоживается на специальных установках. Однако при этом возрастает расход электроэнергии, т. е. энергоемкость производства в целом остается высокой.

Обжиг. Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе производства. Вращающаяся печь представляет собой длинный, рас­положенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из лис­товой стали с огнеупорной футеровкой внутри (рис. 8.3). Длина пе­чей 95-185-230 м, диаметр 5-7 м.

В России стали применять вращающиеся печи, работающие по сухому способу производства, размером 7x95 м, производительно­стью 3000 т/сут, с расходом тепла на обжиг 3400 кДж/кг. На пред­приятиях с мокрым способом производства работают печи 7x230 м, производительностью 3000 т/сут, при расходе тепла 5600 кДж/кг. Для улучшения теплообмена внутри печей ближе к верхнему (хо­лодному) концу устраивают цепные завесы, устанавливают тепло­обменники различной конструкции.

Вращающиеся печи работают по принципу противотока. Сырье в виде порошка (сухой способ) или в виде шлама (мокрый способ) пода­ется автоматическим питателем в печь со стороны ее верхнего (холод­ного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливо (природный газ, мазут, воздушно-угольная смесь), сгорающее в виде факела на протяжении 20-30 м длины печи. Горячие газы поступают навстречу сырью. Сырье занимает только часть печи по поперечному сечению, и при ее вращении со скоростью 1-2 об/мин медленно дви­жется к нижнему концу, проходя различные температурные зоны.

В зоне испарения происходит высушивание поступившего сырья при постепенном повышении температуры с 70-80 °С (в конце этой зоны), поэтому первую зону называют еще зоной сушки. Подсушен­ный материал комкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы.

В зоне подогрева, которая следует за сушкой сырья, при посте пенном нагревании сырья с 200 °С до 700 °С, сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глинистых минералов удаляется кри­сталлохимическая вода (при 450-500 °С) и образуется каолинитовый ангидрит Al203 2Si02 и другие подобные соединения.

В зоне кальцинирования температура обжигаемого материала под­нимается с 700°С до 1100°С, здесь завершается процесс диссоциации углекислых солей кальция и магния и появляется значительное коли­чество свободного оксида кальция. В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды Si02, А1203, Fe203, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В ре­зультате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образу ют - ся минералы ЗСа0 А1203, СаОА1203 и частично 2Ca0 Si02 — белита.

В зоне экзотермических реакций (1100-1250 °С) проходят твердо­фазовые реакции образования ЗСа0А1203; 4Ca0Al203 Fe203 и белита.

В зоне спекания (1300-1450 °С) температура обжигаемого мате­риала достигает наивысшего значения, необходимого для частично­го плавления материала и образования главного минерала клинкера - алита 3Ca0Si02 почти до полного связывания оксида кальция (в

клинкере СаОсвобод — не более 0,5-1%).

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 °С до 1000 °С; здесь полностью формируется его структура и состав.

Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мел­ких камнеподобных зерен-гранул темно-серого или зеленовато­серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000 °С до 100—200 °С. После этого клинкер выдерживается на скла­де 1-2 недели.

Помол. Помол клинкера в тонкий порошок производится пре­имущественно в трубных (шаровых) мельницах. Трубная мельница представляет собой стальной барабан, облицованный внутри сталь­ными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на 2—4 камеры. Крупнейшими помольными агрегатами являются мельницы размером 3,95x11 м, производительностью 100 т/ч и раз­мером 4,6x16,4 м, производительностью 135 т/ч.

Материал в трубных мельницах измельчается под действием за­груженных в барабан мелющих тел — стальных шаров (в камерах грубого помола) и цилиндров (в камерах тонкого помола). При вра­щении мельницы мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и истирая зерна материала.

Готовый портландцемент — очень тонкий порошок темно­серого или зеленовато-серого цвета; по выходе из мельницы он име­ет высокую температуру (80-120 °С) и направляется пневматиче­ским транс портом для хранения в силосы, которые обычно выпол­няются в виде железобетонных банок диаметром 8-15 м и высотой 25-30 м. Большие силосы вмещают 4000-10 000 т цемента.

Цемент в силосах выдерживают до его охлаждения и гашения остатков свободного оксида кальция, которое происходит под дейст­вием влаги воздуха. Из силосов цемент погружается в автоцементо­возы, в вагоноцементовозы или крытые железнодорожные вагоны. Часть цемента поступает на отвешивающие и упаковывающие ма­шины и поставляется в мешках по 50 кг. Схема производства порт­ландцемента представлена на рис. 8.4.

Твердение

Качество клинкера определяет все свойства портландцемента, добавки же, вводимые в цемент, лишь регулируют его свойства. Качество клинкера зависит от его химического и минерального состава, тщательности подбора сырьевой смеси, условий проведения ее обжига и режима охлаждения получившегося клинкера.

Клинкер обычно получают в виде спекшихся гранул размером 10-40 мм, имеющих сложную микроструктуру, так как клинкер включает ряд кристаллических фаз и некоторое количество стекло­видной фазы.

Химический состав клинкера выражают содержанием оксидов (% по массе). Главными являются: СаО — 63-66%, Si02 — 21-24%, А120з — 4-8% и Fe203 — 2-4%, суммарное количество которых со­ставляет 95-97%. В небольших количествах в виде различных со­единений могут входить MgO, Si03, Na20, К20, ТЮ2, Сг203 и P205. В процессе обжига, доводимого до спекания, главные оксиды образу­ют силикаты, алюминаты и алюмоферрит кальция в виде минералов кристаллической структуры, а некоторая часть их входит в стекло­видную фазу.

Минеральный состав клинкера. Основными минералами клинкера являются: алит, белит, трехкальциевый алюминат и алю­моферрит кальция.

Алит 3Ca0 Si02 (или C3S) — самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45-60%.

Белит 2Ca0 Si02 (или C2S) — второй по важности и содержа­нию (20-30%) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении порт­ландцемента.

Трехкальциевый алюминат (или С3А) — в клинкере содержится в количестве 4-12% — самый активный клинкерный минерал, быст­ро взаимодействует с водой. Является причиной сульфатной корро­зии бетона, поэтому в сульфатостойком портландцементе содержа­ние С3А ограничено 5%.

Четырехкальциевый алюмоферрит (или C4AF) — в клинкере содержится в количестве 10-20%. Характеризуется умеренным теп­ловыделением и по быстроте твердения занимает промежуточное положение между C3S и C2S.

Клинкерное стекло присутствует в промежуточном веществе в количестве 5-15%, оно состоит в основном из СаО, А1203, Fe203, MgO, К20, Na20.

Содержание свободных СаО и MgO не должно превышать соот­ветственно 1% и 5%. При более высоком их содержании снижается качество цемента и может проявиться неравномерное изменение его объема при твердении, связанное с переходом СаО в Са(ОН)2 и MgO в Mg(OH)2.

Щелочи (Na20, К20) входят в алюмоферритную фазу клинкера, а также присутствуют в цементе в виде сульфатов. Содержание щело­чей в портландцементе ограничивается до 0,6% в случае применения заполнителя (песка, гравия), содержащего реакционно-способные опаловидные модификации двуоксида кремния, из-за опасности рас­трескивания бетона в конструкции.

Цементное тесто, приготовленное путем смешивания цемента с водой, имеет три периода твердения. Вначале, в течение 1-3 ч после затворения цемента водой, оно пластично и легко формуется. Потом наступает схватывание, заканчивающееся через 5-10 ч после затво­рения; в это время цементное тесто загустевает, утрачивая подвиж­ность, но его механическая прочность еще невелика. Переход загус­тевшего цементного теста в твердое состояние означает конец схва­тывания и начало твердения, которое характерно заметным возрас­танием прочности. Твердение при благоприятных условиях длится годами — вплоть до полной гидратации цемента.

Химические реакции. Сразу после затворения цемента водой начинаются химические реакции. Уже в начальной стадии процесса гидратации цемента происходит быстрое взаимодействие алита с водой с образованием гидросиликата кальция и гидроксида: 2(3Ca0Si02) + 6Н20 = 3CaO2Si02-3H20 + ЗСа(ОН)2.

После затворения гидроксид кальция образуется из алита, так как белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Са(ОН)2 что видно из уравнения хими­ческой реакции:

2(2CaOSi02) + 4Н20 = 3Ca02Si02-3H20 + Са(ОН)2. Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция:

ЗСа0А1203 + 6Н20 = ЗСа0А1203-6Н20.

Для замедления схватывания при помоле клинкера добавляют небольшое количество природного гипса (3-5% от массы цемента). Сульфат кальция играет роль химически активной составляющей цемента, реагирующей с трехкальциевым алюминатом и связываю­щей его в гидросульфоалюминат кальция (минерал эттрингит) в на­чале гидратации портландцемента:

ЗСа0А1203 + 3(CaS04-2H20) + 26Н20 = 3Ca0Al203-3CaS04-32H20. В насыщенном растворе Са(ОН)2 эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхно­сти частиш ЗСаО А12Оз, замедляет их гидратацию и затягивает нача­ло схватывания цемента. Кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенно­го раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе, и эттрингит уже образуется в виде длинных иглоподобных кристал­лов. Кристаллы эттрингита и обусловливают раннюю прочность за­твердевшего цемента. Эттрингит, содержащий 31-32 молекулы кри­сталлизационной воды, занимает примерно вдвое больший объем по сравнению с суммой объемов реагирующих веществ (С3А и сульфат кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит повышает его механическую прочность и стойкость. Структура затвердевшего це­мента улучшается еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюминатов кальция.

Четырехкальциевый алюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидроферрит:

4Ca0Al203Fe203 + лгН20 = ЗСа0А12036Н20 + Ca0Fe2037iH20.

Гидроалюминат связывается добавкой природного гипса, как указано выше, а гидроферрит входит в состав цементного геля.

Коррозия цементного камня

Цементный камень состоит из гелевых и кристаллических про­дуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Основная масса новообразова­ний при взаимодействии цемента с водой получается в виде геле­видной массы, состоящей в основном из субмикрокристаллических частичек гидросиликата кальция. Гелеподобная масса пронизана от­носительно крупными кристаллами гидроксида кальция. Такое свое­образное «комбинированное» строение предопределяет специфиче­ские свойства цементного камня, резко отличающиеся от свойств других материалов — металлов, стекла, гранита и т. п. Например, с наличием гелевой составляющей связана усадка при твердении на воздухе и набухание в воде, особенности работы под нагрузкой и другие свойства.

Коррозия цементного камня вызывается воздействием агрессив­ных газов и жидкостей на составные части затвердевшего портланд­цемента, главным образом на Са(ОН)2 и ЗСа0 А1203 6Н20. Встре­чаются десятки веществ, могущих воздействовать на цементный камень и оказаться для него вредным. Несмотря на разнообразие аг­рессивных веществ, основные причины коррозии можно разделить на три вида: разложение составляющих, цементного камня, растворе­ние и вымывание гидроксида кальция; образование легкораствори­мых солей в результате взаимодействия гидроксида кальция и дру­гих со-ставных частей цементного камня с агрессивными вещества­ми и вымывание этих солей (кислотная, магнезиальная коррозия); образование в порах новых соединений, занимающих больший объ­ем, чем исходные продукты реакции; это вызывает появление внут­ренних напряжений в бетоне и его растрескивание (сульфоалюми- натная коррозия).

Коррозия первого вида. Выщелачивание гидроксида кальция происходит интенсивно при действии мягких вод, содержащих ма­ло растворенных веществ. К ним относятся воды оборотного водо­снабжения, конденсат, дождевые воды, воды горных рек и равнинных рек в половодье, болотная вода. Содержание гидроксида кальция в цементном камне через 3 мес твердения составляет 10-15% (считая на СаО). После его вымывания и в результате уменьшения концен­трации СаО (менее 1,1 г/л) начинается разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Выщелачивание Са(ОН)2 в количестве 15-30% от общего содержания в цементном камне вызывает пони­жение его прочности на 40-50% и более. Выщелачивание можно за­метить по появлению белых подтеков на поверхности бетона.

Для ослабления коррозии выщелачивания ограничивают содер­жание трехкальциевого силиката в клинкере до 50%. Главным сред­ством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является вве­дение активных минеральных добавок и применение плотного бето­на. Процесс выщелачивания гидроксида кальция замедляется, когда в поверхностном слое бетона образуется малорастворимый СаСОз вследствие карбонизации Са(ОН)2 при взаимодействии с С02 возду­ха. Выдерживание на воздухе бетонных блоков и свай, применяемых для сооружения оснований, а также портовых и других гидротехни­ческих сооружений повышает их стойкость.

Коррозия второго вида. Углекислотная коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный двуоксид углерода в виде слабой угольной кислоты. Избыточный (сверх равновесного количества) двуоксид углерода разрушает кар­бонатную пленку бетона вследствие образования хорошо раствори­мого бикарбоната кальция по реакции

СаСОз + (С02)своб + Н20 = Са(НС03)2.

Общекислотная коррозия происходит при действии растворов любых кислот, имеющих значения водородного показателя рН<7, исключение составляют поликремневая и кремнефтористоводород­ная кислоты. Свободные кислоты встречаются в сточных водах про­мышленных предприятий, они могут проникать в почву и разрушать бетонные фундаменты, коллекторы и другие подземные сооружения. Кислота образуется также из сернистого газа, выходящего из топок. В атмосфере промышленных предприятий, кроме S02 могут содер­жаться ангидриты других кислот, а также хлор и хлористый водород.

При растворении его во влаге, адсорбированной на поверхности же­лезобетонных конструкций, образуется соляная кислота.

Кислота вступает в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, при этом образуются растворимые соли (например, СаС12) и соли, увеличивающиеся в объеме (CaS04-2H20):

Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н20,

Са(ОН)2 + H2S04 = CaS04'2H20.

Кроме того, кислоты могут разрушать и силикаты кальция. Бе­тон на портландцементе защищают от непосредственного действия кислот с помощью защитных слоев из кислотостойких материалов.

Магнезиальная коррозия наступает при взаимодействии на гид­роксид кальция магнезиальных солей, которые встречаются в рас­творенном виде в грунтовых водах и всегда содержатся в большом количестве в морской воде. Содержание солей в воде мирового океана составляет (г/л): NaCl — 27,2; MgCl2 — 3,8; MgS04 — 1,7; CaS04 — 1,2. Разрушение цементного камня вследствие реакции об­мена протекает по следующим формулам:

Са(ОН)2 + MgCl2 = СаС12 + Mg(OH)2,

Са(ОН)2 + MgS04 + 2Н20 = CaS042H20 + Mg(OH)2.

В результате этих химических реакций образуется растворимая соль (хлористый кальций или двуводный сульфат кальция), вымы­ваемая из бетона. Гидроксид магния представляет бессвязную массу, не растворимую в воде, поэтому реакция идет до полного израсходо­вания гидроксида кальция.

Коррозия под действием минеральных удобрений. Особенно вред­ны для бетона аммиачные удобрения — аммиачная селитра и сульфат аммония. Аммиачная селитра, состоящая в основном из нитрата ам­мония NH4N03, подвергается гидролизу и поэтому дает в воде кис­лую реакцию. Нитрат аммония действует на гидроксид кальция: Са(ОН)2 + 2NH4N03 + 2Н20 = Ca(N03)2'4H20 + 2N03. Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона. Хлористый калий KCI повышает раствори­мость Са(ОН)2 и ускоряет коррозию. Из числа фосфорных удобре­ний агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из монокаль - циевого фосфата Са(Н2Р04)2 и гипса, но содержащий еще и некото­рое количество свободной фосфорной кислоты.

Коррозия под влиянием органических веществ. Органические кислоты, как и неорганические, быстро разрушают цементный ка­мень. Большой агрессивностью отличаются уксусная, молочная и винная кислоты. Жирные насыщенные и ненасыщенные кислоты (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая и др.) разрушают цемент­ный камень, так как при действии гидроксида кальция они омыляют- ся. Поэтому вредны и масла, содержащие кислоты жирного ряда: льняное, хлопковое, а также рыбий жир. Нефть, нефтяные продукты (керосин, бензин, мазут, нефтяные масла) не представляют опасно­сти для бетона, если они не содержат нефтяных кислот или соедине­ний серы. Однако надо учитывать, что нефтепродукты легко прони­кают через бетон. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, со­держащие фенол, могут агрессивно влиять на бетон.

Коррозии третьего вида. Сульфоалюминатная коррозия возни­кает при действии на гидроалюминат цементного камня воды, со­держащей сульфатные ионы:

ЗСа0А1203-6Н20 + 3CaS04+ 25Н20 = 3Ca0Al203 3CaS04-31H20.

Образование в порах цементного камня малорастворимого трех­сульфатного гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) сопрово­ждается увеличением объема примерно в 2 раза. Развивающееся в порах кристаллизационное давление приводит к растрескиванию защитного слоя бетона. Вслед за этим происходит коррозия стальной арматуры, усиление растрескивания бетона и разрушение конструк­ции. С сульфоалюминатной коррозией всегда надо считаться при строительстве морских сооружений. Вместе с тем могут оказаться агрессивными сточные воды промышленных предприятий, а также грунтовые воды. Если в воде содержится сульфат натрия, то вначале с ним реагирует гидроксид кальция:

Са(ОН)2 + NaS04 <-> CaS04+2Na0H.

В последующем идет образование гидросульфоалюмината каль­ция вследствие взаимодействия получающегося сульфата кальция и гидроалюмината. Для борьбы с сульфоалюминатной коррозией при­меняется специальный сульфатостойкий портландцемент.

Щелочная коррозия может происходить в двух формах: под дей­ствием концентрированных растворов щелочей на затвердевший це­ментный камень и под влиянием щелочей, имеющихся в самом це­менте. Если бетон насыщается раствором щелочи (едкого натрия или калия), а затем высыхает, то под влиянием углекислого газа в порах бетона образуются сода и поташ, которые, кристаллизуясь, расши­ряются в объеме и разрушают цементный камень. Сильнее разрушается от действия сильных щелочей цемент с высоким содержанием алюминатов кальция.

Коррозия, вызываемая щелочами цемента, происходит вследст­вие процессов, протекающих внутри бетона между его компонента­ми. В составе цементного клинкера всегда содержится разное коли­чество щелочных соединений. В составе заполнителей бетона, в осо­бенности в песке, встречаются реакционно-способные модификации кремнезема: опал, халцедон, вулканическое стекло. Они вступают при обычной температуре в разрушительные для бетона реакции со щелочами цемента. В результате образуются набухающие студени­стые отложения белого цвета на поверхности зерен реакционно­способного заполнителя, появляется сеть трещин, поверхность бето­на местами вспучивается и шелушится. Разрушение бетона может происходить через 10-15 лет после окончания строительства.

Технические характеристики портландцемента

Характеристики портландцемента определяют: минеральный и вещественный составы, тонкость помола, нормальная густота, сроки схватывания, марка по прочности и другие технические свойства.

Минеральный состав выражает содержание в клинкере (в % по массе) главных минералов. Применяются расчетный и прямые экспе­риментальные методы определения минерального состава клинкера.

Минеральный состав рассчитывают на основании данных хими­ческого анализа, который определяет содержание оксидов (в % по массе).

Прямые экспериментальные методы определения минерального состава клинкера включают: оптическую и электронную микроско­пию, рентгеновский фазовый анализ, микрозондирование (лазерный и ионный микрозонды) и др.

Вещественный состав цемента выражает содержание в цементе (в % по массе) основных компонентов: клинкера, гипса, минераль­ных добавок, пластифицирующих и гидрофобизующих добавок; он приводится в паспорте на цемент.

Допускается введение в цемент при его помоле пластифици­рующих или гидрофобизующих поверхностно-активных добавок в количестве не более 0,3% от массы цемента (по согласованию с по­требителем).

Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путем про­сеивания предварительно высушенной пробы через сито № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость помола должна быть та­кой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Наряду с ситовым анализом для оценки дисперсности цемента проводят определение удельной поверхности с помощью специаль­ного прибора — поверхностемера. Даже обычный портландцемент М400 измельчается довольно тонко: остаток на сите с сеткой № 008 не превышает 15%, т. е. 85% зерен цемента имеет размер менее 80 мкм, при этом его удельная поверхность составляет обычно 2500- 3000 см2/г (суммарная площадь зерен цемента в 1 г).

Плотность портландцемента (без минеральных добавок) со­ставляет 3,05-3,15. Его насыпная плотность зависит от уплотнения и у рыхлого цемента составляет 1100 кг/м3, у сильно уплотненного — до 1600 кг/м3, в среднем — 1300 кг/м3.

Водопотребность цемента определяется количеством воды (в % от массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста считают такую его подвижность, при которой цилиндр-пестик при­бора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопо­требность портландцемента в пределах от 22 до 28%. При введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диато­мита, трепела, опоки) водопотребность цемента повышается и может достигнуть 32-37%.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема це­мента определяют в тесте нормальной густоты.

Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы в тесто нормальной густоты. Началом схватыва­ния считают время, прошедшее от начала затворения до того момен­та, когда игла не доходит до пластинки на 1-2 мм. Конец схватыва­ния — время от начала затворения до того момента, когда игла по­гружается в тесто не более чем на 1-2 мм. Начало схватывания це­мента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания - не позднее 10 ч от начала затворения. Для получения нормальных сро­ков схватывания при помоле клинкера на цементном заводе вводят добавку двуводного гипса.

Равномерность изменения объема. Причиной неравномерного изменения объема цементного камня являются местные деформации, вызываемые расширением свободной СаО и периклаза MgO вслед­ствие их гидратации. По стандарту изготовленные из теста нормаль­ной густоты образцы-лепешки через 24 ч предварительного тверде­ния выдерживают в течение 3 ч в кипящей воде. Лепешки не должны деформироваться, не допускаются радиальные трещины.

Активность и марка портландцемента. Активность и марку определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4x4x16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1:3 (по массе) и В/Ц = 0,4 при консистенции раствора по расплыву конуса 106-115 мм. Через 28 сут твердения (первые сутки

образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 сут — в воде комнатной температуры), образцы-призмы сначала испытыва­ют на изгиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие (см. табл. 1.4). Портландцемент разделяют на марки 400, 500, 550, 600*.

У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-суточная прочность, но и начальная, 3-суточная.

Выделение тепла при твердении. Гидратация цемента сопро­вождается выделением тепла. В тонких бетонных конструкциях тепло гидратации быстро рассеивается и не вызывает существенного разо­грева бетона. Однако тепловыделение внутренней части массивной конструкции может повысить его температуру на 40 °С и более по отношению к температуре бетонной смеси при укладке. Снаружи мас­сив остывает быстрее, чем внутри, возникают температурные напря­жения, которые нередко являются причиной появления трещин в бе­тоне. Чтобы избежать растрескивания, стремятся использовать низко - термичные цементы, снижают расход цемента в бетоне, а в случае не­обходимости применяют искусственное охлаждение массива.

Правила приемки цементов. Цемент отгружают и принимают партиями. Размер партии устанавливают в пределах от 300 до 4000 т в зависимости от годовой мощности цементного завода.

Завод производит паспортизацию цемента и назначает его марку на основании данных текущего контроля производства. В паспорте указывается: полное название цемента, его гарантированная марка, вид и количество добавки, нормальная густота цементного теста, средняя активность цемента при пропаривании. Для проверки каче­ства отгружаемой продукции поставщик производит физические и механические испытания цемента, определяя его прочность в воз­расте 3 и 28 сут. По требованию потребителя поставщик сообщает потребителю результаты физико-механических и химических испы­таний цемента в 10-дневный срок после их окончания.

Цемент отгружают навалом или в бумажных многослойных мешках; массу мешка указывают на упаковке. При транспортирова­нии и хранении цемент должен защищаться от воздействия влаги и загрязнения. Цементы хранят раздельно по видам и маркам, смеши­вание разных цементов не допускается.

В соответствии с ГОСТ 30515-97 предусматривается введение клас­сов цементов (МПа): 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

211

Для получения портландцемента с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути: регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера, оказы­вающее решающее влияние на все строительно-технические свойст­ва; введение минеральных и органических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер, уменьшать расход цемента в бетоне; регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, ак­тивность, тепловыделение и другие свойства цемента.

Быстротвердеющий и особобыстро- твердеющий портландцемент

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) — портландце­мент с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью через 3 сут твердения, более половины его марочной прочности. Сумма C3S+C3A в клинкере -— обычно не менее 60-65%. Помол БТЦ производится более тонко до удельной поверхности 3500-4000 см2/г (вместо 2800-3000 см2/г для обычного портланд­цемента). Это ускоряет твердение цемента. БТЦ выпускают М400 и М500 с нормативными показателями прочности.

Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент (ОБТЦ) марки 600 в возрасте 1 сут имеет предел прочности 20- 25 МПа, а через 3 сут — 40 МПа. Такой быстрый рост прочности обусловливается содержанием C3S до 65-68%, С3А — до 18%, тон­кость помола около 4000 см2/г. Применение ОБТЦ позволяет сни­жать расход цемента на 15-20%.

Эти цементы применяются в производстве сборных железобе­тонных конструкций, а также при зимних бетонных работах. Следу­ет иметь ввиду повышенное их тепловыделение, которое исключает применение для массивных конструкций. БТЦ с повышенным со­держанием трехкальциевого алюмината не пригоден для бетона, подвергающегося сульфоалюминатной коррозии.

Сверхбыстротвердеющий цемент (СБТЦ), разработанный на основе специального минерального состава, дает раннюю прочность через 1-4 часа, достаточную для распалубки изделий. В сырьевую смесь СБТЦ вводятся галогеносодержащие вещества (фторид или хлорид кальция) и повышается содержание алюминатов.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют на основе клинкера, содержащего не более 50% C3S, 5% С3А и 22% C3A+C4AF.

Сульфатостойкий портландцемент предназначается не только для изготовления бетонов, подвергающихся действию сульфатной коррозии, но и для бетонов повышенной морозостойкости. Это обеспечивается прежде всего пониженным содержанием трехкаль­циевого алюмината. Кроме того, при помоле никаких минеральных добавок, кроме гипса, не вводится, однако возможно введение пла­стифицирующих или гидрофобизующих веществ, повышающих мо­розостойкость.

Портландцементы с органическими добавками

В современной технологии бетона широко применяют поверх­ностно-активные вещества, вводимые в малых дозах (0,05-0,3% от массы цемента) в бетонные и растворные смеси при их изготовлении и добавляемые в цемент при помоле клинкера.

Поверхностно-активные добавки можно разделить на гидрофи - лизующие и гидрофобизующие.

К гидрофилизующим добавкам относятся лигносульфонаты кальция (JICT).

К гидрофобизующим добавкам относят мылонафт, асидол, аси - долмылонафт, синтетические жирные кислоты и их соли.

Пластифицированный портландцемент изготовляют путем введения при помоле клинкера около 0,25% J1CT (считая на сухое вещество). Он отличается от обычного портландцемента способно­стью придавать растворным и бетонным смесям повышенную под­вижность. Пластифицирующий эффект используется для уменьше­ния водоцементного отношения, повышения морозостойкости и во­донепроницаемости бетона. Если же сохранить В/Ц, то можно сни­зить расход цемента (примерно на 10-15%) без ухудшения качества бетона.

Гидрофобный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера 0,1-0,2% мылонафта, асидола, синтетических жирных ки­слот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих веществ. Он обладает пониженной (по сравнению с обычным цементом) гигро­скопичностью, лучше сохраняет свою активность при хранении в перевозках. Гидрофобный портландцемент пластифицирует бетон­ные и растворные смеси, повышает морозостойкость и водонепро­ницаемость бетона.

К цементам с органическими добавками следует отнести и вя­жущие низкой водопотребности (ВНВ), которые получают совме­стным помолом портландцемента и поверхностно-активного веще­ства суперпластификатора (С-3, 10-03, 30-03 и др.). Портландцемент домалывают до тонкости помола 4500...5000 см в присутствии су­перпластификатора (обычно С-3 — сульфинированная меламино - формальдегидная смола) в порошкообразном состоянии. При этом зерна цемента капсулируются тончайшими оболочками из суперпла­стификатора. ВНВ характеризуется следующими свойствами:

— высокой тонкостью помола, что создает повышенную реак­ционную способность;

— водопотребностью 15... 18% (вместо 25...27% у обычного це­мента);

— замедлением начала схватывания до 6-7 часов при сохране­нии конца схватывания до 10 часов;

— быстрым набором прочности в ранние сроки (через сутки предел прочности при сжатии составляет 25...30 МПа).

ВНВ является высокомарочным вяжущим. Его марки лежат в пределах 700-1000. Однако применение цементов таких высоких марок целесообразно лишь в высокопрочных бетонах. Для получе­ния ВНВ марок 500...600, применяемых в тяжелых бетонах, при по­моле вводят минеральные добавки (тонкомолотый кварцевый песок, зола-унос и др.) в количестве 30...50% от массы цемента.

Портландцементы с минеральными добавками

Активными минеральными добавками называют природные или искусственные вещества, которые при смешивании и тонко из­мельченном виде с воздушной известью и затворении водой образу­ют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твер­деть и под водой.

Активные минеральные добавки (называемые иначе гидравличе­скими добавками) содержат двуоксид кремния в аморфном, а следо­вательно, в химически активном состоянии и способны поэтому взаимодействовать с гидроксидом кальция, образуя гидросиликаты кальция.

Активные минеральные добавки могут быть природными (есте­ственными) и искусственными. В качестве природных активных до­бавок широко используют горные породы (диатомит, трепел, опоку, горелые глинистые породы — глиежи), а также породы вулканиче­ского происхождения (вулканический пепел, туф, пемзу, витрофир, трасс). Искусственные активные минеральные добавки представля­ют собой побочные продукты и отходы промышленности: быстро - охлажденные (гранулированные) доменные шлаки; белитовый (нефе­линовый) шлам-отход глиноземного производства, содержащий в своем составе до 80% минерала белита (двухкальциевого силиката); зола-унос-отход, получившийся при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии и улавливаемый электрофильтрами и други­ми устройствами.

Использование отходов промышленности, в частности, для вы­пуска вяжущих веществ имеет большое народнохозяйственное зна­чение.

Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совмест­ного помола клинкера и активной минеральной добавки с необходи­мым количеством гипса. Добавок осадочного происхождения (диа­томита, трепела, опоки) должно быть не менее 20% и не более 30%, а вулканических добавок (пемзы, туфа), а также глиежа или топлив­ной золы — не менее 25% и не более 40%. Активная минеральная добавка вначале адсорбирует, а затем химически связывает гидро­ксид кальция, образующийся при взаимодействии алита с водой: ™Ca(0H)2+Si02aifr+«H20 -> (0,8-1,5)Ca0 Si02pH20.

В результате этого процесса, происходящего во влажных усло­виях и при положительной температуре, растворимый гидроксид кальция связывается в практически нерастворимый гидросиликат кальция. Вследствие этого значительно возрастает стойкость бетона в отношении выщелачивания Са(ОН)2. Пуццолановый портландце­мент следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводные и подземные части сооружений). На воздухе бетон на пуццолановом портландцементе дает большую усадку и в сухих условиях частично теряет прочность, что объясня­ется «выветриванием» воды из гидратных соединений. Кроме того, бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость и не годят­ся для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. Пуццолановый портландцемент твердеет в нормальных условиях

* Название происходит от итальянского г. Pozzuoli; рыхлая вулканиче­ская порода — пуццолана — применялась еще в Древнем Риме, в качестве добавки к извести.

медленнее, чем портландцемент. Поэтому его не следует применять при зимних бетонных работах.

Пуццолановый портландцемент обладает сравнительно неболь­шим тепловыделением и часто применяется для бетонов внутренних частей массивных сооружений (плотин, шлюзов и т. п.).

Шлакопортландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного (или элек- тротермофосфорного) шлака с необходимым количеством гипса. До­пускается раздельный помол компонентов и их последующее смеще­ние. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21% и не более 80% (от массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной добавкой.

Доменные шлаки по своему химическому составу напоминают цементный клинкер. В них преобладают оксиды (%): 30-50 СаО; 28-30 Si02; 8-24 А1203; 1-3 МпО; 1-18 MgO, общее содержание которых достигает 90-95%. Гидравлическая активность шлаков характеризуется коэффициентом качества.

%СаО + %MgO + %А1203 %Si02

С увеличением показателя коэффициента качества выше гидрав­лическая активность доменного гранулированного шлака, Ктп = 1.

Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром. Эта операция называется грануляцией, так как в процессе быстрого охлаждения шлаковый расплав распадается на отдельные зерна (гранулы). Бы­строе охлаждение препятствует кристаллизации шлака, и он получа­ется в стеклообразном и тонкозернистом химически активном со­стоянии. Поэтому гранулированный шлак является активным ком­понентом шлакопортландцемента, он взаимодействует с гидрокси­дом кальция с образованием низкоосновных гидросиликата (Ca0 Si02 2,5H20) и гидроалюмината (2Са0А1203'8Н20) кальция. Процесс твердения шлакопортландцемента значительно ускоряется при тепловлажностной обработке, поэтому его эффективно приме­нять в сборных изделиях, изготовляемых с пропариванием.

Незначительное содержание в цементном камне Са(ОН)2 повы­шает стойкость шлакопортландцемента в мягких и сульфатных водах по сравнению с портландцементом. Тепловыделение при твердении шлакопортландцемента в 2-2,5 раза меньше, чем у портландцемента, поэтому он является самым подходящим цементом для бетона мас­сивных конструкций. Шлакопортландцемент выгодно отличается от пуццоланового портландцемента умеренной водопотребностью, бо­лее высокой воздухостойкостью и морозостойкостью. Он успешно применяется как для надземных, так и подземных и подводных час­тей сооружений. Стоимость его на 15-20% ниже стоимости порт­ландцемента.

Жаростойкость шлакопортландцемента значительно выше, чем у портландцемента, поэтому он широко используется для изготовле­ния жаростойких бетонов. Однако шлакопортландцементу присущ тот же недостаток, что и пуццолановому портландцементу — он медленно набирает прочность в первое время твердения, в особенно­сти при пониженных температурах. Этот недостаток устраняется в быстротвердеющем шлакопортландцементе, который обладает более интенсивным нарастанием прочности, чем обычный шлакопорт­ландцемент. Обычньй шлакопортландцемент имеет марки: 300, 400 и 500.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент М400 за 3 сут твер­дения должен приобрести прочность при сжатии не менее 200 кгс/см2 (20 МПа), при изгибе — не менее 35 кгс/см2 (3,5 МПа). Этот вид цемента эффективно применять в производстве бетонных и железобетонных изделий, изготовляемых с применением тепло­влажностной обработки.

Гипсоцементнопуццолановые вяжущие (ГЦПВ) получают, смешивая полуводный гипс (50-75%), портландцемент (15-25%) и активную минеральную добавку (10-25%) по массе — трепел, диа­томит и т. п. Эти вяжущие относят к числу гидравлических и приме­няют в заводском производстве санитарно-технических кабин, сте­новых панелей и других конструкций.

Активная минеральная добавка необходима для обеспечения стабильности затвердевшего вяжущего. Портландцемент с гипсом не рекомендуется смешивать, так как получается неустойчивый материал, деформирующийся и разрушающийся вследствие обра­зования высокосульфатной формы гидросульфоалюмината каль­ция, кристаллизующегося с 31-32 молекулами воды и значитель­ным увеличением объема. Когда же свободной извести в жидкой фазе немного (СаО связывается добавкой в гидросиликаты каль­ция), то получается низкоосновный гидросульфоалюминат каль­ция без заметного увеличения объема. Добавка как бы ослабляет внутренние напряжения в цементном камне ГЦПВ и обеспечивает устойчивость его во времени.

Клинкер белого цемента изготовляют из чистых известняков и белых глин, почти не содержащих оксидов железа и марганца, кото­рые придают обычному портландцементу зеленовато-серый цвет. Обжигают сырьевую смесь на беззольном (газовом) топливе. При помоле клинкера предохраняют цемент от попадания в него частиц железа.

В качестве эталона для определения степени белизны применя­ют молочное матовое стекло типа МС-14 с коэффициентом отраже­ния не менее 95%. Степень белизны, определяемая коэффициентом отражения (в % абсолютной шкалы), должна быть для белого порт­ландцемента 1-го сорта — не ниже 80%, 2-го сорта — 75%, 3-го сор­та — 68%; цемент выпускают М400 и М500.

Цветные декоративные портландцементы получают, примеши­вая к белому цементу щелочестойкие пигменты (охру и др.).

Тампонажный портландцемент

Тампонажный портландцемент изготовляют измельчением клинкера, гипса и добавок. Он предназначен для цементирования нефтяных и газовых скважин. Цемент для холодных скважин испы­тывают при температуре 22±2 °С, для горячих скважин — при 75±3 °С. Основная прочностная характеристика цемента — предел прочности при изгибе образцов-балочек размером 4x4x16 см, изго­товленных из цементного теста с В/Ц 0,5. Предусматривают выпуск специальных разновидностей портландцемента: утяжеленного, пес­чанистого, солестойкого, низкогигроскопичного.