Teplomarcet.ru

Про Тепло дома
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пористости цементного камня и кирпича

Пористости цементного камня и кирпича

Виды пористости цементного камня, их влияние на прочность цементного камня. Влияние капиллярной пористости и технологических пустот на свойства кирпича. Расчет состава бетона. Основные виды керамических кирпичей. Модель структуры цементного камня.

РубрикаСтроительство и архитектура
Видконтрольная работа
Языкрусский
Дата добавления30.08.2012
Размер файла208,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Виды керамических кирпичей. Влияние капиллярной пористости и технологических пустот на свойства кирпича

2. Виды пористости цементного камня, их влияние на прочность цементного камня

1. Виды керамических кирпичей. Влияние капиллярной пористости и технологических пустот на свойства кирпича

Самым распространенным кирпичом является общеизвестный красный или керамический кирпич, который получают путем обжига глин и их смесей.

Керамический кирпич можно изготовить двумя различными способами. Первый — пластичный метод, когда глиняную массу, влажность которой должна быть 17-30 %, при помощи специального оборудования выдавливают из ленточного пресса и после обжигают. Второй метод несколько иной и различается тем, что сырец формируют под прессом из глиняной массы не высокой влажности — 8-10%.

Производители кирпича используют чаще первый метод производства кирпича, так как кирпич, произведенный вторым способом, не рекомендуется применять в помещениях с высокой влажностью, что соответственно снижает его популярность.

Керамический кирпич разделяют на два основных вида: строительный и лицевой (облицовочный). Строительный кирпич применяется в строительстве фундамента, стен зданий и т.д., а лицевой, соответственно, в облицовке зданий и отделке помещений.

Керамический кирпич разделяют также на полнотелый, и пустотелый. Полнотелый кирпич — это кирпич, в котором отсутствуют какие-либо пустоты. Сплошной керамический кирпич имеет форму параллелепипеда размером 250?120?65 мм с прямыми ребрами, четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями.

Логично, что пустотелый кирпич, иначе называемый — целевой или эффективный, имеет такое название, если в нем присутствуют различной формы и размеров сквозные пустоты. Чем больше пустот в кирпиче, тем он теплее и легче. Наличие пустот делает этот кирпич менее прочным, более легким и теплым, на его изготовление идет меньше сырья. Пустотелый кирпич применяют для кладки облегченных наружных стен, перегородок, заполнения каркасов высотных и многоэтажных зданий и иных ненагруженных конструкций.

Поры — один из важнейших элементов структуры большинства строительных материалов — представляют собой воздушные ячейки в материале размером от долей микрона до сантиметра. Количество, размер и характер пор (замкнутые или сообщающиеся) во многом определяют свойства материала. Крупные поры размером более 1 см называют пустотами.

Пористость — степень заполнения объема материала порами, %

Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:

Пористость является основной структурной характеристикой, определяющей такие свойства материала как водопоглощение, теплопроводность, акустичекие свойства, морозостойкость, прочность.

Тепловые свойства кирпичу придает пористость самого материала, а внутренние поры способствуют лучшей изоляции звука. Развитие современной технологии направлено на создание поризированного (насыщенного порами) кирпича. Это второй, новейший, способ обеспечения легкости и теплоты кирпича — поризация. Наличия большего числа мелких пор в кирпиче достигают, добавляя в глиняную массу при его формовке сгораемые включения — торф, мелко нарезанную солому, опилки или уголь, от которых после обжига остаются лишь маленькие пустоты в массиве. Зачастую полученный таким образом кирпич называют легким или сверхэффективным. Поризованный кирпич обеспечивает лучшую тепло- и звукоизоляцию, по сравнению с щелевым.

Фактура поверхности керамического кирпича может быть гладкой, либо рельефной.

Наружные стены из сплошного кирпича имеют надлежащие термические сопротивления при сравнительно большой толщине: 2 — 2,5 кирпича или 52-64 см. Стены получаются тяжелыми — масса 1 м 2 стены составляет 800-1000 кг. Такие стены нередко обладают излишней прочностью.

Производство пустотелых стеновых изделий требует меньше затрат на сырье и топливо, а поскольку ускоряются сушка и обжиг тонкостенных изделий, то соответственно повышается производительность сушилок и печей. Применение пустотелых керамических изделий позволяет уменьшить толщину наружных стен и снизить материалоемкость ограждающих конструкций на 20-30%, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание.

Пустотелый кирпич и керамические камни изготавливают из легкоплавких глин или глино-трепельных смесей с выгорающими добавками и без них. Пустоты в кирпиче и камнях располагают перпендикулярно или параллельно постели, они могут быть круглыми и прямоугольными.

Кирпич маркируется несколькими параметрами, некоторые из них обозначаются латинскими буквами. Буква F обозначает морозостойкость, этот параметр очень важен для средней полосы России (не ниже 35). Буквой М обозначается норма прочности на сжатие, то есть чем больше строительный объект, тем больше должен быть цифровой показатель. В параметрах любого кирпича также указывается цифра, которая говорит о его теплопроводности, водопоглощении, а также должны быть указаны марка, размер, вес одного кирпича, и общее количество кирпичей на одном поддоне. Стоит также отметить, что вес одного готового кирпича в соответствии с ГОСТ не должен превышать 4,3 кг.

Широкое разнообразие керамического кирпича позволяет применять его в самых разнообразных областях, от закладки фундамента, строительстве межкомнатных перегородок и несущих стен до облицовки зданий, отделки каминов и печей, а также во внутренней отделке помещений.

2. Виды пористости цементного камня, их влияние на прочность цементного камня

Пористость — степень заполнения объема материала порами. Пористость — величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала.

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 (сталь, стекло) до 90. 98 % (пенопласт)

Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2. 5 мм). По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду.

Читайте так же:
Что такое цемент керамиды

Величина пористости в значительной мере влияет на прочность материала. Строительный материал тем слабее сопротивляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные показывают, что при увеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.

Величина прочности также зависит от размеров пор. Она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых материалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.

В.Н. Юнг ввел представление о цементном камне как о микро бетоне, состоящем 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 субмикрокристалличких частичек гидросиликата кальция. Геле подобная масса пронизана относительно крупными кристаллами Са(ОН)2. Такое своеобразное «комбинированное» строение предопределяет специфические свойства цементного камня, резко отличающиеся от свойств других материалов: металлов, стекла, гранита и т.п.

Цементный камень включает:

1. Продукты гидратации цемента:

· гель гидросиликата кальция и другие новообразования, обладающие свойствами коллоидов;

· относительно крупные кристаллы Са(ОН)2 и этрингита;

2. непрореагировавшие зерна клинкера, содержание которых уменьшается по мере гидратации цемента;

· поры геля (менее 0,1 мкм);

· капиллярные поры (от 0,1 до 10 мкм), расположенные между агрегатами частиц геля;

· воздушные поры (от 50 мкм до 2 мм), заполненные воздухом, засосанным вследствие вакуума, вызванного контракцией, либо вовлеченным при добавлении специальных воздухововлекающих веществ, повышающих морозостойкость.

Поры геля представляют собой микропоры менее 0,1 мкм. Вода, заполняющая поры геля (сокращенно «вода геля»), имеет с твердой фазой физико-химическую связь, так как адсорбционный слой воды имеет толщину до 0,15 мкм. Вода геля замерзает при низкой температуре (по некоторым данным при -78 0 С) и не переходит в лед даже при сильных морозах. Следовательно, поры геля не сказываются отрицательно на морозостойкости цементного камня и бетона. Вода, адсорбированная в порах, уменьшает живое сечение и без того малых гелевых пор, поэтому водопроницаемость цементного геля весьма мала. Часть воды затворения, не уместившейся в порах геля, располагается вне геля и образует капиллярные поры.

Капиллярные поры имеют больший эффективный диаметр, чем поры геля, и доступны для воды при обычных условиях насыщения. При значительном объеме капиллярных пор, пронизывающих цементный камень, бетон имеет низкую морозостойкость и большую проницаемость, плохо сопротивляется химической коррозии и не защищает надежно стальную арматуру.

Пористость цементного камня Побщ слагается из гелевой, капиллярной и воздушной пористости:

Прочность цементного камня определяется активностью цемента и пористостью, которая, в свою очередь, зависит от В/Ц и степени гидратации цемента. Следовательно, зависимость прочности цементного камня и бетона от В/Ц выражает в сущности связь прочности со структурой, характеризуемой пористостью. По экспериментальным данным зависимость пористость — прочность линейная.

Проницаемость цементного камня определяется его пористостью и наличием трещин. Проницаемость зависит от капиллярных пор, пронизывающих цементный камень (зависимость параболическая). Коэффициент проницаемости геля очень мал, он значительно меньше, чем гранита, мрамора и других плотных материалов. Коэффициент проницаемости цементного камня с объемом капиллярных пор не более 15%, хотя и выше, чем цементного геля (полностью гидратированного цемента), но все же весьма невелик и примерно такой же, как коэффициент проницаемости плотных каменных материалов. Однако усадочные трещины, появляющиеся во время твердения бетона, а также при действии нагрузки, атмосферных факторов (замораживание и оттаивание, попеременное увлажнение и высыхание), могут сильно увеличить проницаемость. Наличие «клинкерного фонда » в виде не полностью гидратированных частиц цемента способствует зарастанию трещин и восстановлению монолитности.

Морозостойкость цементного камня определяется не общей, а капиллярной его пористостью, поскольку вода, содержащаяся в порах цементного геля не переходит в лед даже при сильных морозах. Гиперболическая кривая, изображающая зависимость показателя морозостойкости от капиллярной пористости, характеризует возможность значительного повышения морозостойкости путем уменьшения объема капиллярных пор. цементный камень кирпич пористость

Долговечность цементного камня — способность цементного камня сохранять необходимый уровень строительно-технических свойств при длительной эксплуатации. Исходя из термодинамической устойчивости продуктов твердения цемента, можно было бы сделать предположение о высокой (сотни и тысячи лет) долговечности цементного камня, однако прямых подтверждений такой стабильности цементного камня нет, поскольку портландцемент был изобретён лишь в 1824 г., а лабораторный прогноз долговечности ненадёжен. Кроме того, существует большое число трудноучитываемых факторов, способствующих разрушению цементного камня при длительной эксплуатации, обусловленных, прежде всего, его щелочной природой (рН>12), а также пористой структурой, проницаемостью её для газов, воды и растворов, т.е. цементный камень склонен к химическому взаимодействию с окружающей средой.

Модель структуры цементного камня можно упрощённо представить как состоящую из трёх составляющих: не прореагировавших с водой полиминеральных частиц клинкера, продуктов гидратации цементных минералов — цементного геля (CSH-геля) и пор разного размера: пор геля и капиллярных пор, а также контракционных пор, образовавшихся из-за уменьшения суммарного объёма твердеющей системы: цемент-вода. Структура цементного камня включает также воздушные поры (пустоты), образовавшиеся при перемешивании цементного теста.

Капиллярные поры различаются по форме и размеру, формируя на ранних стадиях гидратации взаимосвязанную систему, распределённую по объёму цементного камня. Капиллярные поры — это та часть общего объёма системы цемент-вода, которая не заполнена продуктами гидратации. Капиллярная пористость зависит от водоцементного отношения В/Ц исходной смеси и от степени гидратации цемента. Поскольку абсолютный объём продуктов гидратации в 1,5-2 раза превышает объём входных не гидратированных фаз, эти продукты занимают часть начального порового пространства, а по мере гидратации цемента объём капиллярных пор уменьшается. При достижении определённой степени гидратации цементный гель блокирует капиллярные поры в формируются структуре, поскольку средний размер микропор цементного геля 1,5-2,0 нм на несколько порядков меньше размера капиллярных пор. Поры геля занимают около 28% общего объёма цементного геля. Размер капиллярных пор находится в широких пределах — от десятков нанометров до 100 мкм и более, а объём капиллярных пор может достигать 40% и более в зависимости от В/Ц, характеристик цемента (фазового состава, дисперсности), степени гидратации цементных минералов, условий твердения и т.д.

Читайте так же:
Цементный раствор морозостойкость f200

Капиллярная пористость цементного камня тем больше, чем выше начальное значение В/Ц и чем меньше степень гидратации активных фазовых составляющих цемента. Во всех случаях, в ходе гидратации цемента значение общей и капиллярной пористости цементного камня снижается, а капиллярные поры замещаются микропорами геля и порами, образующимися вследствие химической усадки (контракции).

Основным приёмом повышения коррозионной стойкости цементного камня необходимо считать снижение его капиллярной пористости. Именно эта характеристика включена в современные нормы для бетона (ENV-206) в виде определения показателей, характеризующих «плотность» бетона, в качестве основного показателя долговечности бетона. Под «плотностью» бетона в данном случае понимают характеристику его пористости (отсутствие или минимальное содержание капиллярных пор), определяющую его низкую проницаемость для воды и водных растворов.

Нормальный расчетный состав бетона плотностью 2300 кг/м 3 определен соотношением 1:0,5:1,65:3,0. При пробном замесе 1 м 3 бетона для достижения требуемой подвижности бетонной смеси добавили 13 литров воды. Определить окончательный состав бетона.

9. Примеры решения задач

Образец камня в сухом состоянии весит 77г, а после насыщения водой 79г. Вычислить среднюю плотность, пористость камня и водопоглощение по массе, если его истинная плотность – 2,67 г/см 3 , а объемное водопоглощение 4,28%.

Водопоглощение по массе:

Из формулы водопоглощения по объему выражаем объем материала:

Средняя плотность:

Пористость камня

Подобрать мощность гидравлического пресса, достаточную для испытания на изгиб бетонной балки квадратного сечения 15х15 см и пролетом L=100 см. Балка опирается на две опоры. Испытание производится сосредоточенным грузом N в середине пролета. Возможный максимальный предел прочности Rизг=80 кгс/см 2 .

Из формулы Rизг сила

Для испытания такой балки достаточно применить 2-тонный гидравлический пресс.

Плотность древесины – сосны, с влажностью W=15% составляет 536 кг/м 3 . Определить коэффициент конструктивного качества данной древесины, если при испытании на сжатие образца размером 2х2х3 см и влажностью 25% вдоль волокон разрушающая нагрузка была равна 1560 кгс.

Решение:

Предел прочности при сжатии образца влажностью 15% вдоль волокон:

Rсж;

Прочность при стандартной влажности 12%:

;

Плотность древесины при стандартной влажности 12%:

Относительная плотность древесины: ;

Коэффициент конструктивного качества древесины:

.

Какое количество обыкновенного красного кирпича можно приготовить из 5т глины. Влажность глины 10%, потери при прокаливании 8% от веса сухой глины. Кирпич должен быть плотностью 1750 кг/м 3 .

Вес глины после обжига 5000:1,1:1,08=4209кг. Объем 1000шт. кирпича: 1000∙2,5∙1,2∙0,65=1950 дм 3 =1,95 м 3

1000 шт кирпича плотностью 1750 кг/м 3 весит 1750∙1,95=3412 кг.

Из 4209кг обожженной глины можно получить кирпичей:

Изготовленная из литопона и натуральной олифы краска содержит 40% олифы. На укрывание стеклянной пластинки площадью 200 см 2 с двухцветным грунтом израсходовано 5 г краски. Определить укрывистость.

Укрывистость для краски малярной консистенции определяется по формуле: =г/м 2

где: а – количество состава малярной консистенции, израсходованного на укрывание стеклянной пластинки, г; F – укрываемая площадь пластинки, см 2 .

Укрывистость литопона, считая на сухой пигмент:

г/м 2

где b – процент олифы в составе малярной консистенции.

Определить пористость цементного камня при водоцементном отношении В/Ц = 0,36, если химически связанная вода составляет 17% от массы цемента, плотность вещества у которого 3,1 г/см 3 .

Абсолютный объем цементного теста из 1 кг цемента:

V=1/3,1+0,36=0,68 дм 3

Абсолютный объем цементного камня из 1 кг цемента:

Va = 1/3,1 +0,17 =0,49 дм 3

Объем пор в камне: Vпор = 0,68-0,49 = 0,19 дм 3

Следовательно, пористость: P = Vпор/V = 0,19/0,68 = 0,28 или 28%

Подобрать состав тяжелого бетона марка бетона по прочности Rб=200 c подвижность бетонной смеси ОК = 3 см. Характеристика исходных материалов: цемент ПЦ400 (активность Rц = 400кгс/см 2 ); ρц = 3000кг/м 3 ; ρнц = 1300кг/м 3 ; крупный заполнитель — щебень гранитный (наибольшая крупность Днб=40 мм) ρщ=2,7 г/см 3 =2700 кг/м 3 ; ρнщ=1450 кг/м 3 ; мелкий заполнитель — песок, мелкий ρп = 2,6 г/см 3 = 2600 кг/м 3 ; ρнп = 1500 кг/м 3 .

Расчет ориентировочного состава бетона:

1. Определение Ц/В отношения из формулы прочности [6.3, 6.4]

Ц/В=( Rб/ А∙Rц+0,5=( 200 /0,55 • 400 ) + 0,5 = 1,41

α — коэффициент, учитывающий качество материалов (таблица 6.2)

2. Определение расхода воды по таблице 6.1, учитывая подвижность бетонной смеси (ОК=3см); вид крупного заполнителя (щебень), наибольшую крупность щебня (Днб=40мм). В=175 л.

С учетом примечания 1 (таблицы 6.1) расход воды увеличивается на 5 л:

В= 175+5= 180 л

3. Определяем расход цемента

Ц = (Ц/В)∙В= 1,41∙180 =254 кг

абсолютный объем цемента

Vац = 254 / 3 = 82 л

4. Определяем расход щебня по формуле, учитывая пустотность щебня

Щ = 1 /[(Пу∙Краз нщ)+(1/ρзщ)] = 1 /[(0,461,32 /1450) + (1 /2700 )] =

= 1 /(0,000419 +0,000370)= 1/0,000789= 1267кг

Краз – коэффициент раздвижки зерен определяем по таблице 6.3 (методом интерполяции).

5. Определяем количество песка по формуле:

П = [ 1 — [( 245 /3000 ) + (180/1000) + ( 1267 / 2700 )] ] 2600 =

= [ 1 — ( 0,085 +0,18 + 0,469 ) ] 2600 = 692 кг

Таким образом, 1 м 3 бетона состоит:

Ц= 254 кг; В= 180 л; П= 692 кг; Щ= 1267 кг.

Плотность бетонной смеси:

ρоб = (254+ 692 + 1267 + 180) / 1 = 2393 кг/м 3

Коэффициент выхода бетонной смеси:

β= 1/(Vнц+Vнп+Vнщ) = 1/(254/1300 + 692/1500 + 1267/1450) = 0,65

Vнц=Ц/ρнц; Vнп=П/ρнп; Vнщ=Щ/ρнщ

6. Определяем производственный состав бетона с учетом влаги, содержащейся в песке и щебне:

Wп=5 %, Wщ=0,6 %

Ппр(1+Wп)=692(1+0,05)=726,6 кг

Щпр(1+Wщ) =1267 (1 + 0,006 ) = 1274,6 кг

Впр-(ПрWпрWщ)=180-42,2=137,8 л

7. Определяем расход материалов на замес бетоносмесителя емкостью 1,5 м 3 .

Читайте так же:
Расход цементного раствора для фундамента

Цз=(ЦпVбс∙β) =(254∙1,5∙0,65)=247,65 кг

Пз=(ПпVбс∙β) =(726,6∙1,5∙0,65)=708 кг

Щз=(ЩпVбс∙β) =(1274,6∙1,5∙0,65)=1243 кг

Вз=(ВпVбс∙β) =(137,8∙1,5∙0,65)=134 л

Определить экономию цемента, если прочность бетона в возрасте 90 дней должна быть 55,0 МПа, применяется пластифицирующая добавка 0,2% от массы цемента, снижающая расход воды на 15%, цемента марки «400», щебень гранитный Днб=40мм . Подвижность бетонной смеси 3-4 см.

Определяем прочность бетона в 28-дневном возрасте:

R28 = R90МПа

Определяем водоцементные отношения бетона в 90-дневном и 28-дневном возрасте (6.3):

В/Ц90=; В/Ц28=0,45

Определяем расход воды по таблице 6.1 с учетом экономии 15% за счет пластифицирующей добавки:

В=170 л; В=170-(170х0,15)=145 л.

Расход цемента: Ц=145׃0,31=470 кг/м 3 ; Ц=245׃0,45=325 кг/м 3 .

Экономия цемента: ·100=31%.

Определить расход цемента и молотого песка для изготовления 1 м 3 автоклавного пенобетона, если плотность пенобетона 600 кг/м 3 . Химически связанной воды в пенобетоне – 18% от веса цемента и молотого песка. Отношение веса цемента к весу песка: 1:1. Определить расход цемента м молотого песка. Истинная плотность цемента 3,1, молотого песка – 2,6.

Принимаем сумму весов цемента и молотого песка за Х, тогда, исходя из условия задачи, вес воды будет равен , а сумма весов цемента и молотого песка; Х=508 кг; вес воды В=600-508=92л. Определяем весовое содержание цемента и молотого песка. По условию задачи количество цемента и количество молотого песка относится как 1:1, тогда. Вес цемента принимаем равнымY, тогда

; кг

Гидратация цемента

Гидратация цемента — химическая реакция цемента с водой с образованием кристаллогидратов. [2] В процессе гидратации жидкий или пластичный цементный клей превращается в цементный камень. Первая стадия этого процесса называется загустеванием, или схватыванием, вторая — упрочнением, или твердением. [3]

Содержание

Химические реакции [ править | править код ]

Безводные минералы клинкера при реакции с водой превращаются в гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферраты кальция. Все реакции являются экзотермическими, то есть протекают с выделением теплоты. На скорость гидратации влияют: степень помола цемента и его минеральный состав, количество воды, которой замешивается цемент, температура, введение добавок. [5] Степень гидратации зависит от водоцементного соотношения, и достигает своего максимального значения только через 1—5 лет. [6] [

1] Степень гидратации определяется различными способами: по количеству Ca(OH)2, по тепловыделению, по удельному весу цементного теста, по количеству химически связанной воды, по количеству негидратированного цемента, [

2] либо косвенно по показателям прочности цементного камня. [7] Продукты гидратации различаются по прочности. Основными носителями прочности являются гидросиликаты кальция. [6] В процессе гидратации клинкеров C3S и C2S помимо гидросиликатов кальция образуется гашёная известь Ca(OH)2, сохраняющаяся в цементном камне и препятствующая коррозии стали внутри цементного камня. [8]

Уравнения реакций для четырёх основных клинкерных минералов выглядят следующим образом [9] :

Изменения физических свойств [ править | править код ]

При смешивании цемента и воды цементные частицы окружаются водой, которая составляет 50—70 объёмных процентов смеси. В результате химической реакции гидратации начинается образование иглообразных кристаллов. Спустя 6 часов образуется достаточное количество кристаллов и между цементными частицами формируются пространственные связи. Так происходит загустевание (схватывание) цементной смеси. [3] Процесс схватывания, вероятно, обеспечивается избирательной гидратацией клинкерных минералов C3A и C3S, а также развитием оболочек вокруг цементных зёрен и взаимной коагуляцией составных частей цементного теста. [11] Через 8—10 часов объём цементной смеси заполняет скелет иглообразных кристаллов, образованный преимущественно продуктами гидратации алюминатов C3A, поэтому такая структура называется алюминатной. С этого момента начинается застывание и набор прочности, которые связаны с формированием силикатной структуры, образующейся в процессе гидратации клинкерных минералов C3S и C2S. Результатом реакции силикатов и воды становятся очень малые кристаллы, объединяющиеся в гомогенную тонкопористую структуру, которая и определяет итоговую прочность цементного камня. Примерно через сутки силикатная структура начинает вытеснять алюминатную, а спустя 28 суток — полностью вытесняет её. [5] На практике формирование рыхлой алюминатной структуры из гидросиликата кальция в процессе схватывания отрицательно влияет на прочностные характеристики цементного камня. Поэтому в цементный клинкер вводится гипс, количество которого ограничивается допустимой концентрацией ангидрида серной кислоты SO3 в цементе по весу. [

3] Гипсовая добавка замедляет образование гидроалюмината кальция и каркас гидратированного цементного теста формируется за счёт гидросиликата кальция. [11]

Гидратация цемента в период схватывания характеризуется выделением теплоты: в начале схватывания происходит быстрый подъём температуры, а в конце схватывания наблюдается температурный максимум. Скорость схватывания находится в зависимости от температуры окружающей среды. При низких температурах схватывание замедляется. При повышении температуры скорость схватывания увеличивается, однако при значениях температуры выше 30 °C может наблюдаться обратный эффект. [11]

Для полной гидратации цементного зерна необходимо количество воды, составляющее 40 % от его массы. При этом из указанного количества воды 60 % (или 25 % от массы цемента) будут химически связаны с цементом, а 40 % (или 15 % от массы цемента) останутся в порах геля. [12] Средняя величина удельного веса продуктов гидратации в насыщенном водой состоянии составляет 2,16. [13] Та часть воды (25 % от массы цемента), которая вступает в химическую реакцию с цементом, претерпевает объёмную контракцию (сжатие) в процессе реакции, составляющую примерно 25 % от её объёма. В итоге образующийся цементный камень частично уменьшается в объёме. Этот процесс называется усадкой, а величина уменьшения объёма — объёмом усадки. [12]

При полной гидратации цементного клея объём пор будет составлять примерно 28 [15] —30 [12]  % от объёма образующейся структуры геля. При этом величина пористости геля в основном не зависит от водоцементного отношения смеси и степени гидратации, а является характерным показателем для марки цемента. [16] Размер гелевых пор составляет примерно 1,5—2 [15] (1—3 [17] ) нм в диаметре. [

4] Часть общего объёма цементного теста, которая не заполнена продуктами гидратации, образует взаимосвязанную систему капиллярных пор, беспорядочно распределённых по всему цементному камню. Капиллярная пористость цементного камня находится в прямой зависимости от водоцементного отношения смеси и в обратной зависимости от степени гидратации. Чем больше величина водоцементного отношения, тем больше капиллярных пор. В то же время по мере роста степени гидратации цемента будет уменьшаться объём капиллярных пор. Размер капиллярных пор составляет примерно 1,27 мкм. [19]

Читайте так же:
Расчеты установки цементных мостов скважины

Структурно продукты гидратаци представляет собой гель, а сам процесс гидратации классифицируется как гелеобразование. [5] В процессе гидратации значительно увеличивается площадь поверхности твёрдой фазы цементного геля, что влечёт за собой повышение адсорбции свободной воды. При этом сохраняется расход воды в реакциях гидратации. Следствием этих двух процессов становится самовысушивание — явление уменьшения относительной влажности в цементном тесте. Самовысушивание снижает степень гидратации, поэтому для нормального протекания процессов твердения цементного теста необходимо поддерживать уровень влажности, как одно из условий нормального набора прочности. Процесс самовысушивания также компенсируется избытком воды при затворении цементной смеси (при значениях водоцементного отношения 0,5 и более). [20]

Пористость цементного камня формула

Известно, что соотношение открытой и закрытой пористости оказывает существенное влияние на свойства цементного камня, в том числе в условиях воздействия на бетон мороза и различных агрессивных сред. В бетоноведении сложилось обобщенное представление, что структура в цементных материалах должна соответствовать следующим требованиям:

  • в отвердевшем бетоне должны преобладать микро- и макропоры с радиусом, не превышающим 10 –4 см;
  • необходимо по возможности ликвидировать поры седиментационного происхождения;
  • имеющиеся в цементном камне (растворе) микропоры должны быть большей частью замкнутыми или тупиковыми [1].

В связи с этим проведены исследования характера пор в цементном камне с гидрофобизирующими комплексными модификаторами. Размеры пор в исследуемых образцах определяли с помощью микроскопа МБС-2 при увеличениях от х10 до х70. Характер структуры изучали также с помощью электронного микроскопа. Результаты определения размеров пор и макропористости в цементном камне приведены в табл. 1.

Анализ данных табл. 1 показывает улучшение капиллярно-пористой структуры цементного камня с гидрофобизирующим комплексным модификатором типа ГКМ в сравнении со структурой цементного камня без добавок. Цементный камень с добавкой имеет более плотную и однородную мелкопористую структуру с максимальным размером пор 400–500 мкм (в камне без добавки – 800 мкм).

Распределение крупных и мелких пор по размерам в образцах цементного камня в зависимости от добавки и температуры изотермического прогрева при тепловлажностной обработке показано в табл. 2 и 3.

Размеры пор и степень макропористости в цементном камне с модификатором типа ГКМ

Размеры макропор, мкм

1,5 % ГКМ-С + 10 % ГТ-М

Распределение крупных пор по размерам в образцах цементного камня в зависимости от добавки и температуры изотермического прогрева (В/Ц = 0,26)

Распределение пор, %, по размерам, мкм

1,5 % ГКМ-С + 10 % ГТ-М

Распределение мелких пор по размерам в образцах цементного камня в зависимости от добавки и температуры изотермического прогрева (В/Ц = 0,26)

Суммарная пористость см3/г

1,5 % ГКМ-С + 10 % ГТ-М

Из сравнительного анализа пористости цементного камня видно, что цементный камень с модификаторами типа ГКМ выгодно отличается от цементного камня с модификатором С-3. Объясняется это тем, что гидрофобизирующие комплексные модификаторы не обладают свойством воздухововлечения, что имеет место у известного суперпластификатора С-3. Распределение пор по размерам в цементном камне с гидрофобизирующим модификатором сдвигается в сторону увеличения количества мелких пор, то есть пористая структура цементного камня с модификатором С-3 «не конкурентоспособна» со структурой цементного камня, изготовленного с гидрофобизирующими комплексными модификаторами. Особо следует отметить улучшение на 10–15 % поровой структуры цементного камня с ГКМ-С плюс ГТ-М в сравнении с структурой цементного камня с ГКМ-С, то есть наблюдается существенный сдвиг в сторону понижения микро- и макропористости. Количество крупных пор (от 400 мкм) в цементном камне с ГКМ-С снижается в сравнении с цементным камнем без добавок почти на 25 %.

Такой результат достигается за счет особых свойств, которые проявляются в цементном камне от совместного взаимоусиливающего действия гидрофобизирующих ингредиентов модификатора ГКМ-С и гидрофобного трегера ГТ-М. Прямая эмульсия соапстока в водном растворе СМФС, как известно, не обладает воздухововлечением [2]; не проявляет свойств воздухововлечения и ускоритель твердения – триэтаноламин. Модификатор ГКМ-С, судя по данным табл. 2 и 3, выполняет роль «измельчителя» пор из крупных в мелкие (макропоры превращаются в микропоры). В присутствии гидрофобного трегера этот процесс усиливается и поры большей частью, по всей видимости, располагаются в зоне контакта гидрофобного трегера и цементного камня.

О положительном действии разработанных модификаторов также свидетельствуют фотографии микроструктуры цементного камня, полученные с помощью электронного микроскопа (рисунок).

pic_17.tifа pic_18.tifб

pic_19.tifв

Микроструктура цементного камня (х1000): а – на основе портландцемента; б – с гидрофобизирующим комплексным модификатором 1,5 % ГКМ-С; в – с гидрофобизирующим комплексным модификатором 1,5 % ГКМ-С плюс 10 % ГТ-М

Видно, что поры в цементном камне с модификатором ГКМ-С и ГКМ-С плюс ГТ-М имеют хорошо выраженную геометрическую форму и равномерно распределены по всему объему. Улучшение капиллярно-пористой структуры цементного камня с модификатором ГКМ-С и ГКМ-С плюс ГТ-М связано с тем, что ПАВ не только улучшает вязко-пластические свойства цементного клея, но и снижает развитие усадочных напряжений, особенно в присутствии гидрофобного трегера.

Таким образом, результаты исследования пористости показывают, что предлагаемые гидрофобизирующие комплексные модификаторы позволяют получить цементный камень высокого качества: в нем отсутствуют седиментационные поры и поры от воздухововлечения, крупные поры дробятся под действием модификаторов, уменьшается развитие капиллярных трещин при температурном воздействии, развивается микропористость с размерами пор

0,1 мкм, то есть близкая к контракционной. Для большего понимания действия разработанных модификаторов нами был выполнен рентгеноструктурный анализ цементного камня и исследования методом рентгеновского малоуглового рассеяния. Исследования влияния гидрофобизирующих добавок на фазовое состояние и микропористую структуру цементного камня выполнены в лаборатории физико-химии силикатов Алматинского НИИстромпроекта. Фазовое состояние цементного камня в зависимости от вида гидрофобизирующей добавки изучали путем дифрактометрического анализа на установке ДРОН-3 по общеизвестным методикам. Степень гидратации цементного камня определяли по соотношению суммарной интенсивности рассеяния от гидратной фазы (гелеобразная + кристаллическая) к общей суммарной интенсивности рентгеновского рассеяния. Определены фазовый состав и интегральная интенсивность рассеяния аморфной и кристаллической частей гидратной фазы (w, %), измерена полуширина основных дифракционных максимумов (Δ, град.), характеризующая размеры кристаллов. С помощью прибора КРМ-1 определена интенсивность малоуглового рассеяния (ΣJрму, о.е.) и рассчитаны параметры микронеоднородностей – эффективный радиус (Rэфф, Å) и разброс по размерам неоднородностей (ΔR, Å).

Читайте так же:
Полуфабрикат при производстве цемента 7 букв

Анализ полученных рентгенограмм цементного камня с гидрофобизирующими добавками и цементного камня без добавок показал, что качественного изменения в новообразованиях нет. Основными продуктами гидратации цемента с гидрофобизирующими добавками являются:

  • гелеобразные гидратные фазы с двумя отражениями рентгеновского рассеяния (max аморфных гало 7 и 14 Å) и одним отражением рентгеновского рассеяния (max аморфных гало 9 Å) с признаками структуры двух типов тоберморитоподобных гидросиликатов кальция. Количество гидратного геля, которое характеризуется суммарной интенсивностью указанных максимумов, находится в пределах от 8 до 15 о.е.;
  • кристаллические гидратные фазы: портландит Са(ОН)2 (4,39; 2,63; 1,92 Å) и низкоосновной гидросиликат кальция СSН (1) (12,5; 3,04; 1,40 Å). Их количество оценено суммарной интенсивностью основных индивидуальных линий.

Цементный камень с гидрофобизирующими добавками также содержит некоторое количество цементных минералов: трехкальциевый силикат (2,77; 2,59; 1,76 Å) и двухкальциевый силикат (2,81; 2,69; 1,58 Å). Данные табл. 4 показывают, что гидрофобизирующие добавки способствуют:

  • повышению количества кристаллической гидратной фазы СSН (1), особенно у цементного камня с добавкой ГКМ-С и ГКМ-С плюс ГТ-М (SJ повышается от 1,53 до 1,57 о.е);
  • снижению количества гелеобразных гидратных аморфных составляющих (SJ 7 и 14 Å снижается от 21,4 до 14,0 о.е. при добавке ГКМ-С и до 13,8 о.е. при добавке ГКМ-С плюс ГТ-М);
  • снижению количества кристаллического портландита Са(ОН)2 (SJ снижается от 0,85 до 0,4 о.е. при ГКМ-С и до 0,39 о.е. при ГКМ-С плюс ГТ-М);
  • снижению степени гидратации клинкерных минералов (SJ С2S + С3S возрастает от 7,3 до 8,9 о.е. при добавке ГКМ-С).

Исследование микропористой структуры цементного камня без добавки и с гидрофобизирующими добавками на рентгеновском приборе КРМ-1 показывает (табл. 5), что цементный камень без добавки дает малоугловое рассеяние, указывающее на наличие микронеоднородной структуры (ΣJрму = 0,69 о.е.) с эффективным размером микронеоднородностсй Rэфф = 189 Å и разбросом по размерам ΔR = 175 Å. Природа такого рассеяния, вероятно, обусловлена микропорами (флуктуация плотности Δρ < 1), образующимися в гидросиликатах кальция. Гидрофобизирующие добавки приводят к увеличению интенсивности малоуглового рассеяния от цементного камня (от 0,69 до 1,01 о.е.), что характеризует увеличение количества микропор в условной единице объема.

Пористость и плотность бетона.

Пористость и плотность бетона относятся к тем характеристикам данного вещества, которые неразрывно связаны между собой. Причина возникновения внутренних пустых образований заключается в особенностях затвердевания раствора. При этом, самую главную роль в подобном процессе играет эффективность химической реакции между водой и цементом, входящими в состав.

Ниже приведена формула, для расчета пористости бетона:

П = [(В – с*Ц) / 100]*100

В данной формуле присутствуют определённые коэффициенты и параметры для расчёта, которые необходимо рассмотреть подробнее:

В – содержание воды, вычисляемой в килограммах на кубометр.

Ц – аналогичное значение, но для цементного раствора.

С – вода, которая химически связана и её количество строго определено. Как правило, оно составляет 0,15 от итоговой массы цемента, но только после 28 суток, когда реакции практически прекращаются.

Итоговое значение получается в процентах и характеризует ту долю воды, которая не вступила в химическую реакцию с цементом и образовала в структуре затвердевшего материала поры. Это является важной характеристикой процесса удобоукладываемости раствора.

Дополнительная пористость бетона может быть непредусмотренной. В таком случае она негативно влияет на характеристики изделия и способна нанести ему значительный вред. Причины возникновения являются стандартными: неправильная укладка, несоблюдение пропорций, отсутствие грамотного уплотнения и многое другое.

Важным параметром является плотность бетона, которая выражается в массе коэффициенте, напрямую зависящем от массы одного кубометра. Понизить данный показатель, а также плотность можно, если следовать соответствующим технологиям.

Пористость и плотность бетонаБетон не является каким-то одним, определённым материалом – есть его разные типы. В основе их различия, производства и применения лежит ряд основных качеств бетона. Разновидность применяемого вяжущего вещества, назначение готового бетона и средняя плотность бетона – вот те факторы, по которым классифицируется бетон. Одним из важнейших качеств является средняя плотность бетона. На плотность бетона каждого типа оказывают влияние его структура, вид применяемого в бетоне заполнителя, и плотность цементного камня. Заполнитель – это тот материал, который добавляется в бетон.

Самые тяжелые бетоны наполняются стальной стружкой или стальными опилками, могут наполняться железной рудой или таким материалом, как баритом. Соответственно, такие бетоны называются баритовым, лимонитовым или магнетитовым – в случае наполнения железной рудой, и сталебетоном, при наполнении частицами стали. Сталебетон – это особо тяжёлый бетон. Его плотность самая высокая среди бетонов, и превосходит две с половиной тонны на кубометр.

Тяжёлый бетон идёт за ним – в этом случае плотность бетона равна от 2100 до 2500 килограммов на кубометр. Так же как и с помощью железной руды, этот бетон получают с помощью таких наполнителей, как горные породы – диабаз, известняк, гранит. Вслед на тяжёлыми бетонами идёт облегчённый бетон плотности от 1800 до 2000 килограмм на кубометр. Его наполняют щебнем горных пород. Лёгкие бетоны изготовляются с применением пористых заполнителей – это аглопорит, керамзит, пемза, туф или вспученный шлак.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector