Справочная энциклопедия дорожника (том III) Дорожно-строительные материалы. Под редакцией Быстрова Н.В
Подождите немного. Документ загружается.
Согласно ГОСТ 30515 "Цементы. Общие технические условия"
по назначению цементы подразделяют на:
- общестроительные;
- специальные.
По виду клинкера различают цементы на основе:
- портландцементного клинкера;
- глиноземистого (высокоглиноземистого) клинкера;
- сульфоалюминатного (-ферритного) клинкера.
По вещественному составу цементы подразделяют на типы,
характеризующиеся различным видом и содержанием минеральных
добавок. Вид и содержание минеральных добавок регламентируют в
нормативных документах на цемент конкретного вида или группу
конкретной продукции.
Согласно ГОСТ 30515 общестроительные цементы
подразделяют по скорости твердения на:
- нормальнотвердеющие — с нормированием прочности в
возрасте 2 (7) и 28 сут;
- быстротвердеющие — с нормированием прочности в
возрасте 2 сут, повышенной по сравнению с
нормальнотвердеющими, и 28 сут.
По срокам схватывания цементы подразделяют на:
- медленносхватывающиеся — с нормируемым сроком
начала схватывания более 2 ч;
- нормальносхватывающиеся — с нормируемым сроком
начала схватывания от 45 мин до 2 ч;
- быстросхватывающиеся — с нормируемым сроком начала
схватывания менее 45 мин.
Согласно ГОСТ 30515 по прочности на сжатие цементы
подразделяют на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5. В нормативных
документах на цементы конкретных видов могут быть установлены
дополнительные классы прочности. Для некоторых специальных
331
1
2
3
видов цементов с учетом их назначения классы прочности не
устанавливают. Для цементов конкретных видов, выпускаемых по
ранее утвержденным нормативным документам до их пересмотра
или отмены, сохраняется подразделение цементов по прочности на
сжатие по маркам (в частности, для портландцемента и
шлакопортландцемента по ГОСТ 10178).
Из многочисленных разновидностей цемента в дорожном
строительстве применяются в основном портландцементы,
портландцементы с минеральными добавками и
шлакопортландцементы по ГОСТ 10178.
Согласно ГОСТ 10178 портландцемент и шлакопортландцемент
подразделяют на следующие типы по вещественному составу:
- портландцемент (без минеральных добавок);
- портландцемент с добавками (с активными минеральными
добавками в количестве не более 20 %);
- шлакопортландцемент (с добавками гранулированного
шлака более 20 %).
По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте установлены
следующие марки:
- портландцемент - 400, 500, 550 и 600;
- шлакопортландцемент - 300, 400 и 500;
- портландцемент быстротвердеющий - 400 и 500;
- шлакопортландцемент быстротвердеющий - 400.
Для быстротвердеющих портландцемента и
шлакопортландцемента, выпускаемых по ГОСТ 10178, нормируется
прочность в возрасте 3 суток.
Согласно ГОСТ 10178 портландцементы, предназначенные для
бетона дорожных и аэродромных покрытий, мостовых конструкций,
железобетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных
шпал и др. выделяются в особую группу, к который предъявляются
332
1
2
3
дополнительные требования по химико-минералогическому и
вещественному составу и строительно-техническим свойствам.
По ГОСТ 10178 в качестве отдельных разновидностей
предусмотрены также пластифицированный и гидрофобный цементы.
По эффективности при пропаривании цементы по ГОСТ 10178
делятся на 3 группы.
В настоящее время возможна поставка цементов по
Европейскому стандарту EN 197-1, согласно которому цементы в
зависимости от вещественного состава подразделяются на 5
основных типов:
- портландцемент;
- портланд-композитный цемент;
- шлаковый цемент;
- пуццолановый цемент;
- композитный цемент.
Наряду с цементами при устройстве нижних слоев дорожной
одежды используют местные вяжущие. Их можно классифицировать
по виду сырья, являющегося их основой: металлургические шлаки
(гранулированные и отвальные), шлаки и золы тепловых
электростанций (ТЭС); нефелиновые шламы; отходы химической
промышленности (фосфогипс, фосфорные шлаки); отходы
промышленности строительных материалов (цементная пыль уноса,
керамзит, аглопорит и т. д.); природное минеральное сырье (туфы,
пеплы, трепелы, глиежи и т. д.). В определенных условиях эти
вяжущие могут применяться как однокомпонентные, т. е. без
активизаторов, а также в составе многокомпонентных минеральных
вяжущих материалов.
3.2 Сырьё для минеральных вяжущих, основы технологии их
производства и твердения
333
1
2
3
3.2.1 Гипсовые вяжущие вещества
Гипсовыми вяжущими веществами называют порошковидные
материалы, для получения которых используют сырье, содержащее
сернокислый кальций. Чаще это природные гипс CaSO
4
2H
2
O и
ангидрит CaSO
4
, реже — некоторые побочные продукты химической
промышленности.
Для производства гипсовых вяжущих в качестве сырья
применяют природные двуводный гипс, ангидрит, глиногипс, а также
отходы промышленности, состоящие в основном из двуводного
сернокислого кальция или их смеси (фосфогипс, борогипс, фторогипс
и др.).
Природный двуводный гипс – горная порода осадочного
происхождения, сложенная в основном из крупных или мелких
кристаллов сернокислого кальция CaSO
4
2H
2
O.
По ГОСТ 4013 гипсовый камень для производства гипсовых
вяжущих веществ должен содержать не менее 95% двуводного гипса
в сырье 1-го сорта, не менее 90% в сырье 2-го и не менее 80 и 70% в
сырье 3-го и 4-го сортов. В гипсовых породах лучших месторождений
обычно содержится до 2-5 % примесей, но часто их количество
достигает 10-15% и более.
Природный ангидрит – горная порода осадочного
происхождения, состоящая преимущественно из безводного
сернокислого кальция CaSO
4
.
Фосфогипс – отход, образующийся при переработке природных
апатитовых и фосфоритовых пород в удобрения, борогипс и
фторогипс – при производстве борной кислоты и фтористых
удобрений.
Из фосфогипсовых отходов путём их обжига с добавками
алюмокремнезёмистых материалов (глины, золы, горючие породы и
др.) при 800-1000
о
С можно получать ангидритовые вяжущие,
334
1
2
3
пригодные для дорожного строительства и изготовления
армированных сталью изделий.
Производство гипсовых вяжущих осуществляется путём
помола и дегидратации двуводного гипса в соответствующих
условиях.
При нагревании до 180
о
С двуводный гипс, содержащийся в
природном сырье, превращается в полуводный (строительный
гипс, высокопрочный гипс):
CaSO
4
2H
2
O = CaSO
4
0,5H
2
O + 1,5 H
2
O
При обжиге в открытых аппаратах, сообщающихся с
атмосферой (гипсоварочных котлах) вода выделяется из сырья
(CaSO
4
2H
2
O) в виде пара и образуется -модификация
CaSO
4
0,5H
2
O, состоящая из мелких кристаллов с относительно
высокой водопотребностью, чем обусловлена относительно
невысокая прочность формирующегося при твердении гипсового
камня. Эта модификация полуводного гипса представляет собой
обычный или строительный гипс.
При обжиге в герметичных аппаратах (котлах-автоклавах)
обезвоживание CaSO
4
2H
2
O происходит в среде насыщенного
пара при давлении выше атмосферного и вода выделяется в
виде капель, в результате образуется -модификация
CaSO
4
0,5H
2
O, состоящая из относительно крупных кристаллов с
низкой водопотребностью (высокопрочный гипс).
При нагревании до 200
о
С гипс полностью обезвоживается и
превращается в безводный растворимый ангидрит CaSO
4
,
который имеет высокую удельную поверхность и пористость,
ускоренное схватывание и пониженную прочность
затвердевшего гипсового камня. В связи с этим следует избегать
пережога при производстве низкообжиговых гипсовых вяжущих.
335
1
2
3
При нагревании до 450 … 750
о
С безводный гипс переходит
в нерастворимый ангидрит ("намертво" обожённый), не
обладающий сам по себе вяжущими свойствами, но
приобретающий после помола с добавлением катализаторов
способность медленно схватываться и твердеть (ангидритовый
цемент).
При нагревании до 800 … 1000
о
С нерастворимый ангидрит
частично разлагается на оксид кальция, сернистый газ и
кислород (с образованием соединения типа CaSO
4
nCaO);
размолотый в порошок, он приобретает свойства схватываться и
твердеть вследствие наличия СаО (3…5%) – катализатора
(высокообжиговый гипс, эстрих-гипс).
Технологический процесс производства гипсовых вяжущих из
природного сырья включает его подготовку (дробление, помол
гипсового камня) и последующую термообработку.
Для первичного дробления используют молотковые и щековые
дробилки. Тонкое измельчение осуществляют в шахтных и шаровых
мельницах.
Производство строительного гипса марок Г-2…Г-7, состоящего
из -полугидрата, осуществляется путём обжига сырья при
нормальном атмосферном давлении при температуре 120 … 180
о
С в
гипсоварочных котлах или в сушильных барабанах.
Гипсоварочный котёл – тепловой агрегат с внешним обогревом,
обеспечивающий заданный температурный режим и непрерывное
перемешивание заранее измельчённого материала.
Продолжительность дегидратации (варки) гипса составляет от 50 мин
до 2,5 ч.
В сушильном барабане гипс находится в прямом контакте с
теплоносителем и обжигается в виде кускового материала (щебня).
Таким способом можно получать как низкообжиговые, так и
336
1
2
3
высокообжиговые гипсовые вяжущие. После обжига в сушильном
барабане производится охлаждение и помол гипса.
Гипсовое вяжущее -модификации (марок Г-10…Г-25) –
«высокопрочный гипс» - получают в герметичных аппаратах под
давлением в среде насыщенного пара. Обычно дегидратацию
осуществляют в автоклаве под давлением 0,13…0,3 МПа, а сушку – в
другом аппарате (например, в сушильном барабане) при 140…160
о
С.
Иногда обезвоживание и сушку проводят в одном аппарате (например,
демпфере).
Низкообжиговые гипсовые вяжущие быстро схватываются и
твердеют: набор прочности происходит в течение нескольких часов.
Твердение строительного и высокопрочного гипса после
затворения водой включает в себя процессы растворения вяжущего и
его гидратации с образованием пересыщенного раствора CaSO
4
2H
2
O, и
его кристаллизации из пересыщенного раствора.
Частицы CaSO
4
0,5H
2
O, приходя в соприкосновение с водой,
начинают растворяться с одновременной гидратаций по реакции:
CaSO40,5H
2
O + 1,5 H
2
O = CaSO
4
2H
2
O
Гипсовое тесто при этом находится в пластичном состоянии.
После образования насыщенного раствора CaSO
4
2H
2
O
начинается его кристаллизация из раствора с образованием геля
(«коллоидация»). При этом гипсовое тесто начинает схватываться.
Затем гель превращается в кристаллический сросток, кристаллы
CaSO
4
2H
2
O срастаются между собой и образуют гипсовый камень.
Указанные процессы продолжаются до тех пор, пока весь
полуводный гипс не перейдёт в двуводный (практически через 20 …
40 мин после затворения). При этом достигается максимальная
прочность гипса во влажном состоянии.
337
1
2
3
Дальнейшее увеличение прочности гипсового камня происходит
вследствие его высыхания, поэтому для гипсовых изделий
необходима сушка (но не выше 60…70
о
С, иначе возможна
дегидратация).
При высыхании из водного раствора выделяется частично
оставшийся в нём двуводный гипс, упрочняющий контакты между
кристаллическими сростками. При полном высыхании рост прочности
прекращается.
Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими
вяжущими является его способность при твердении увеличиваться в
объеме (до 1 %). Так как увеличение объема происходит в еще
окончательно не схватившейся массе, то она хорошо уплотняется и
заполняет форму. Это позволяет широко применять гипс для отливки
художественных изделий сложной формы.
Важнейшими недостатками затвердевших гипсовых вяжущих
являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и
низкая водостойкость. Для повышения водостойкости гипсовых
изделий при изготовлении вводят гидрофобные добавки, молотый
доменный гранулированный шлак, а также водоотталкивающие
составы.
Ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент), состоит
преимущественно из нерастворимого ангидрита. Его изготовляют
обжигом природного гипса при 600...700 °С и последующим помолом
обожженного продукта с добавками — активизаторами твердения или
из природного ангидрита без обжига путем его совместного помола с
теми же добавками. В качестве активизаторов твердения используют
вещества, отличающиеся щелочным характером (известь,
обожженный доломит, основные доменные шлаки и др.), а также
некоторые соли (сульфат и бисульфат натрия и др.).
Высокообжиговый гипс, получаемый обжигом двуводного гипса
или ангидрита при 800...1000 °С, состоит в основном из безводного
338
1
2
3
сернокислого кальция. В нем присутствует небольшое количество
оксида кальция (3...5 %), который образуется в результате терми-
ческого разложения части сульфата кальция при обжиге и служит
катализатором при твердении.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие в отличие от
низкообжиговых медленно схватываются и твердеют (сроки
схватывания 0,5...24 ч и более). Предел прочности при сжатии
стандартных образцов через 28 сут твердения 5...20 МПа и более.
Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие вещества (ГЦПВ) —
продукт тщательного смешивания гипсового вяжущего (50...75%) с
портландцементом или шлако-портландцементом (15...25%) и
пуццолановой добавкой— трепелом, диатомитом, опокой и др.
(10...25%). Они предложены проф. А. В. Волженским. У этих вяжущих
выгодно сочетаются быстрый рост прочности, обусловленный
наличием полуводного гипса, и способность в отличие от гипса
твердеть во влажных условиях подобно гидравлическим цементам.
Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие быстро схватываются и
твердеют, что дает возможность изготовлять строительные изделия
при сокращенной тепловлажностной обработке или без нее. На
основе ГЦПВ можно получать бетоны прочностью 15...20 МПа и выше.
Бетоны на ГЦПВ имеют коэффициент размягчения 0,6...0,8,
морозостойкость — 25...50 циклов. По сульфастойкости ГЦПВ
равноценны сульфатостойкому портландцементу.
3.2.2 Строительная известь
Сырьём для производства строительной извести служат
карбонатные породы: известняк, мел, доломитизированный
339
1
2
3
известняк, доломит, мергелистый известняк. По механической
прочности сырьё характеризуется пределом прочности при сжатии,
МПа:
- твёрдые породы – более 60;
- породы средней твёрдости – 30…60;
- мягкие породы – 10…30;
- очень мягкие – менее 10.
Твёрдые породы используются во фракционированном виде.
По химическому составу и сортности получаемой извести
карбонатные породы делятся на классы (см. табл. 3.1).
Таблица 3.1
Состав и сортность извести, получаемой из карбонатных пород
Состав Классы карбонатных пород (ОСТ 21-27-76)
А Б В Г Д Е Ж
Углекислый кальций
СаСО
3
, %, не менее
92 86 77 72 52 47 72
Углекислый магний
MgCO
3
, %, не более
5 6 20 20 45 45 8
Глинистые примеси
SiO
2
+ Al
2
O
3
+ Fe
2
O
3
,
%, не более
3 8 3 8 3 8 20
Сорт получаемой
извести
(ГОСТ 9179)
Воздушная
кальциевая
Воздушная
магнезиальн
ая
Воздушная
доломитова
я
Гидра
вличе
ская
Перв
ый,
второ
й
Второ
й,
трети
й
Перв
ый,
второ
й
Второ
й,
трети
й
Перв
ый,
второ
й
Второ
й,
трети
й
-
Воздушную известь получают путем обжига сырья до полного
удаления диоксида углерода, в результате чего получают продукт,
состоящий преимущественно из СаО и MgO. Обжиг производят в
шахтных печах, реже во вращающихся или в установках для обжига во
340
1
2
3