Внешние механические воздействия в технологии бетонов (стр. 8 )

Характеристика цементного камня	Степень гидратации (%)	Прочность на сжатие (кг/см2)
1 день	3 дня	7 дней	28 дней	1 день	3 дня	7 дней	28 дней
Цемент М-600, В/Ц=0.30, без вибровоздействия (контроль)	1.7	6.4	9.4	10.1	31.5	211.0	245	456
Цемент М-600, В/Ц=0.30, вибрация при укладке - 6 минут	4.9	9.1	10.2	12.6	56.0	298.0	305	555
Цемент М-500, В/Ц=0.26, без вибровоздействия (контроль)	7.4	11.0	12.1	12.8	125.0	180.0	320	402
Цемент М-500, В/Ц=0.26, вибрация при укладке – 6 минут	7.6	11.1	12.5	13.3	132.0	255.0	432	432
Цемент М-500, В/Ц=0.26, предварительная виброактивация – 10 минут + вибрация при укладке – 6 минут	9.7	12.2	13.4	13.6	216.0	450.0	518	532

Примечание: Цемент Броцненского завода

10.2.4.2 Эмпирическое прогнозирование характеристик виброактивированного бетона по сравнению с обычным.

Пои изучении влияния вибрационных воздействий на процесс твердения бетона наблюдается характерное явление: та абсолютная разность прочностей между виброобработанными и контрольными образцами (приготовленными традиционным способом, без вибровоздействия) которая и которая образуется в начале структурообразования цементного камня остается близкой к постоянной и при дальнейшем ходе твердения.

Как показали многочисленные исследования, причиной повышенной прочности бетона подвергнутого вибровоздействию является уплотнение коагуляционных структур. Причина же постоянства прироста прочности во все временные отрезки твердения бетона заключается в одинаковой интенсивности кристаллизации как виброобработанных так и контрольных образцов.

Факт постоянства прироста прочности открывает замечательную возможность определять абсолютные значения прочности виброобработанных образцов во время твердения и в связи с этим эффективность виброобработки, если имеются данные изменений по прочности контрольных образцов и известна начальная разность их прочностей. С практической точки зрения появляется возможность по данным 12 – 24 часовых испытаний. определить конечную прочность путем пересчета данных контрольного (не виброактивированного) состава твердеющего в аналогичных условиях с коэффициентом близким к величине 1.08. (Повышающий коэффициент был определен экспериментально, - он отражает тот факт, что виброобработка не только способствует улучшению коагуляционных структур и ускорению начального структурообразования, но и является причиной некоторго усиления и более полного развития процессов структурообразования в более поздние сроки.

Вычисление можно вести по следующей простой формуле:

Rвибро = 1.08 * (Rконтроль + Rдельта)

где:

Rвибро – вычисляемая прочность виброактивированного образца для заданной длительности твердения

Rконтроль – экспериментальная прочность контрольного не виброактивированного образца за тот же период твердения

Rдельта - абсолютная разность прочностей между виброобработанными и контрольными образцами в возрасте 12 – 24 часа.

10.3 Активавированные и специальные цементы, как альтернатива высокопрочным, быстротвердеющим и особобыстротвердеющим портландцементам цементам.

10.3.1 Теоретические и практические особенности производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов из специальных клинкеров.

В соответствии с областями применения в технологии бетонов представляется логичным разделение портландцемента на следующие классы: обыкновенный, повышенной прочности, высокопрочные (ВПЦ), быстротвердеющие (БТЦ), особобыстротвердеющие (ОБТЦ).

Обыкновенным называется портландцемент марки М-400. К классу цементов повышенной прочности относятся цементы марки М-500. К классу высокопрочных - цементы марок М-550 и М-600 (ГОСТ 10178—76), а к быстротвердеющим - все цементы с пределом прочности при сжатии не менее 25.0 МПа через 3 сут твердения.

Первые в СССР опытные партии портландцемента с активностью по современной оценке около 55.0 МПа были изготовлены ВНИИЦем-ом на вольских цементных заводах еще в 1938 году.

Позже, в середине 50-х годов на Белгородском цементном заводе была выпущена первая опытная партия цемента, соответствующего по активности нынешней марке М-600. При выпуске опытных партий применялись очень жесткие и труднодостижимые технологические нормативы, не позволяющие осуществлять регулярный выпуск таких цементов.

Для разрешения этих технологических сложностей было предложено решение, суть которого сводилась к целому комплексу достаточно сложных мероприятий, которые, тем не менее, позволяли оптимизировать все технологические переделы – начиная от оптимизации минералогического состава специальных цементов и заканчивая особенностями их измельчения и хранения.

В результате, коллективами цементных заводов совместно с узкоприкладными НИИ были выпущены опытные, а затем промышленные партии и начато постоянное промышленное производство высокопрочного цемента, сначала с активностью 55.0 МПа (марки М-700 по ГОСТ 970 - 61) на заводах Брянском, “Октябрь” (Новороссийской группы), Здолбуновском. В последствии было освоено также производство цементов с активностью 60.0 МПа на заводах Здолбуновском, “Большевик” (Вольской группы), Белгородском, Брянском, Абвросиевском, теплоозерском.

Первые опытные партии быстротвердеющего цемента были выпущены в СССР в 30-х годах под руководством и . Его промышленный выпуск был начат в 1955 г. для удовлетворения потребностей только что созданной промышленности сборного железобетона, причем первоначальные нормативы по прочности были ниже современных - примерно 10.0 – 12.0 МПа через 1 сутки нормального твердения и 20.0 МПа через 3 сут твердения при нынешних методах испытаний.

Эффективность применения высокопрочных и быстротвердеющих цементов (ВПЦ и БТЦ) в строительстве и строительной индустрии обусловлена возможностью повышения марки бетона, уменьшением материалоемкости железобетонных изделий и конструкций, сокращением технологического цикла их изготовления, монтажа, установки под рабочую нагрузку, и, наконец, повышением несущей способности и надежности конструкций, здании и сооружений. Эти преимущества резко возрастают с повышением активности ВПЦ до 70.0 – 80.0 МПа.

Кроме того, целые направления производства строительных материалов всецело зависят именно от поставок специальных цементов. Так, например, производство пенобетона становится экономически обоснованным и высокорентабельным только при использовании быстротвердеющих цементов марок М-500 и М-600.

10.3.1.1 Минералогические особенности высокопрочных и быстротвердеющих цементов.

Для получения высокопрочных и быстротвердеющих цементов пригодны только сырьевые смеси с максимальной реакционной способностью, зависящей от физико-химической природы сырьевых материалов, химического состава и дисперсности смесей, Физико-химическая природа сырья - это совокупность геолого-минералогичеоких характеристик основных компонентов - известкового и силикатного - определяющая их химическую активность и сопротивляемость измельчению.

Для производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов подходит далеко не всякое сырье, использующееся для производства рядовых цементов. В отдельных регионах, например Средней Азии, выпуск таких цементов вообще невозможен – сырье не позволяет.

Помимо особенностей подбора сырья, высокопрочные и быстротвердеющие цементы отличают и определенные сложности при их обжиге – в составе клинкера должны превалировать особые кристаллы алита (трехкальциевый силикат – C3S) строго определенной формы и размеров с ромбоэдрическим кристаллическим строением.

10.3.1.2 Влияние гранулометрического состава на активность ВПЦ и БТЦ.

Цемент получают путем размола специально обожженного сырья – клинкера. Как и всякий продукт обжига, прошедший процессы плавление-кристаллизация, цементный клинкер обладает определенной субмикроструктурой. Поэтому гранулометрический состав клинкера после его помола в шаровых мельницах в основном зависит от характера внутренней кристаллической структуры клинкера – в процессе помола разрушение в первую очередь идет по наименее прочным участкам кристаллической структуры клинкера. Этим положением обусловлено, что наше влияние на зерновой состав продуктов помола барабанных мельниц с шаровой и цильбепсной загрузкой может быть лишь модифицирующим.

Таблица 10.3.1.2-1

Гранулометрический состав цементов, быстротвердеющего, повышенной прочности и высокопрочных

(C3S - 60-65%, C3A - 3-7%)

Завод (модификация алита в клинкере)	Вид и марка цемента	Удельная поверхность, см2/г	Содержание в % частиц размером, мкм
менее 5 мкм	5 – 30 мкм
Здолбуновский (R-C3S)	БТЦ-500	2500 – 3200	12 – 18	40 – 50
БТЦ-550	3200 – 3700	15 – 21	45 – 60
ОБТЦ-550	3500 – 3800	18 – 23	50 – 65
ВПЦ-600	4300 – 6100	25 – 40	55 – 70
ВПЦ-600	4000 – 4500	21 – 27	58 – 68
Новороссийский (М-С3S)	ВПЦ-550	3200 – 3700	17 – 20	40 – 45
ОБТЦ-550	3800 – 4000	19 – 23	42 – 55
ВПЦ-600	4500 – 4700	25 – 28	55 – 60
Брянский (М-C3S)	ВПЦ-550	3200 – 3700	8 – 12	65 – 71
ВПЦ-600	3600 – 4000	18 – 20	54 – 65
Вольский (М-C3S)	ВПЦ-600	3900 - 4230	14 - 23	48 - 65

Примечание: Все цементы Здолбуновского завода получены помолом в замкнутом цикле, остальные в открытом.