Определить количество связанной воды при твердении с3а если содержание с3а в цементе было 10
Обновлено: 05.05.2024
3.6.1 Определить содержание химически связанной воды для цементного камня, приготовленного из портландцемента, имеющего минералогический состав:
Решение
Условно принимаем, что в процессе твердения портландцеметного клинкера происходят следующие реакции:
Процентное содержание воды в каждом соединении будет:
Количество воды для твердения данного состава цемента:
1) Для C3S – 50%, В=50∙28,3/100=14,15%;
2) Для C2S – 25%, В=25∙17,3/100=4,3%;
3) Для C3A – 5%, В=5 ∙28,3/100=1,4%;
4) Для C4AF – 18%, В=18∙5,68/100=1,02%.
3.6.2 Определить пористость затвердевшего цементного теста, если оно содержит 42% воды. Для прохождения реакций при твердении цемента требуется 18% воды.
Истинная плотность цемента ρ =3,05 г/см 3 .
Решение
Цементное тесто состоит из 1 части цемента и 0,42 части воды по массе.
Абсолютный объём, занимаемый цементным тестом
Абсолютный объём, занимаемый цементным камнем
Пористость цементного камня
Пористость цементного камня П=32%.
Бетон
Бетоном называют искусственные материалы, получаемые в результате затвердевания рационально подобранной, тщательно перемешанной и хорошо уплотнённой смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и заполнителей.
Состав бетона принято выражать соотношением между массой цемента, песка, щебня
(ил гравия) и воды в виде 1: X :Y и В/Ц. Здесь масса цемента принята за единицу, X и Y соответственно число частей мелкого (песка) и крупного (щебня или гравия) заполнителя на 1 часть массы цемента. В/Ц – водоцементное отношение по массе.
Состав бетона можно выражать также соотношением между объёмом цемента, песка, щебня (гравия), воды и расходом материалов в «кг» на 1м 3 уложенной и уплотнённой бетонной смеси.
Различают номинальный (расчётный) и полевой (производственный) составы бетона. Состав бетона, установленный в лабораторных условиях на заполнителях, высушенных до постоянного веса, называется номинальным составом. На строительстве применяют заполнители с естественной влажностью, поэтому номинальный состав пересчитывают на полевой.
Прочность бетона характеризуется его маркой, т.е. пределом прочности на сжатие бетонных образцов –кубов с ребром 15см, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава и
Прочность бетона в зависимости от цементно-водного отношения (Ц/В) выражается уравнением при В/Ц>0,4
где Rц – активность цемента, МПа, кгс/см 2 ;
А – коэффициент качества заполнителей (для рядовых заполнителей А=0,6).
Нарастание прочности во времени приближенно может быть выражено логарифмической зависимостью
где Rn и R28 – предел прочности при сжатии в возрасте соответственно «n» и 28суток.
Расчёт состава бетона для пробных замесов производят в такой последовательности: вычисляют водоцементное отношение (В/Ц); определяют водопотребность бетонной смеси В в литрах на 1м 3 ; вычисляют расход цемента Ц в килограммах на 1м 3 ; вычисляют расход щебня (гравия) Щ(Г)и песка в килограммах на 1м 3 .
Состав бетона, полученный путём предварительного расчёта, уточняют по результатам испытаний контрольных образцов.
Объём уплотнённой бетонной смеси меньше суммы объёмов сухих составляющих. При перемешивании бетонной смеси более мелкие зёрна песка разместятся в пустотах щебня или гравия, поэтому
где Vб – объём бетонной смеси, м 3 ;
Vц, Vп, Vщ – насыпные объёмы сухих составляющих (цемента, песка, щебня), м 3 .
Введя коэффициент выхода бетона β, можно записать
где Ц, П, Щ – насыпные массы цемента, песка и щебня;
ρн.ц, ρн.п, ρн.щ – насыпные плотности сухих материалов ( цемента, песка, щебня), кг/м 3 .
Коэффициент выхода бетона меньше единицы и находится в зависимости от качества и пустотности заполнителей в пределах от 0,6 до 0,75. Зная расход материалов (по объёму) на 1м 3 бетона можно определить коэффициент выхода по формуле
Примечание. Стандартные насыпные плотности материалов:
Цемента - ρн.ц=1300 кг/м 3 =1,3г/см 3 =1,3г/л;
Песка - ρн.п=1500 кг/м 3 =1,5г/см 3 =1,5г/л;
Щебня - ρн.щ=1400 кг/м 3 =1,4г/см 3 =1,4г/л.
Решение задач по теме «Бетон»
4.1.1 Состав бетона по массе 1: X :Y=1:2:4. Выразить этот состав по объёму, принимая насыпные (массы) плотности цемента, песка и щебня соответственно 1200, 1600, 1370 кг/м 3 .
Решение
Состав бетона по массе
Перевод состава бетона по массе в состав бетона по объёму
1: X :Y=1: 2∙1,2/1,6:4∙1,2/1,37;
4.1.2 Определить расход материалов на 1м 3 бетона при номинальном составе по массе 1:1,93:4,13 и В/Ц=0,57.
Насыпная плотность (средняя) бетона ρm.б=2370 кг/м 3 .
Решение
Расход песка, щебня и воды
П= X∙Ц =1,93∙311=612кг,
4.1.3 Определить коэффициент выхода бетона. Фактический расход материалов на 1м 3 бетона составляет: цемента – 250кг, песка – 400кг, щебня – 1300кг, воды – 100кг.
Материалы, входящие в состав бетона, взяты с насыпными плотностями ρн.ц=1,3г/см 3 , ρн.п=1,5г/см 3 , ρн.щ=1,4г/см 3 .
Решение
Коэффициент выхода бетонной смеси
4.1.4 Рассчитать расход материалов на один замес бетоносмесителя с ёмкостью смесительного барабана 1200л, если расход материалов на 1м 3 бетона составляет: цемента – 312кг, воды – 153л, песка – 612кг, щебня – 1296кг.
Средние плотности влажного песка и щебня соответственно принять 1,6 и 1,495кг/л. Насыпная плотность цемента 1,3кг/л.
Решение
Коэффициент выхода бетонной смеси
Расход материалов на один замес бетоносмесителя:
Ц= Vб β Ц/1000=1200∙0,67∙312/1000=262кг,
В= Vб β В/1000=1200∙0,67∙153/1000=127,8л,
П= Vб β П/1000=1200∙0,67∙612/1000=515кг,
Щ= Vб β Щ/1000=1200∙0,67∙1296/1000=1088кг.
1 Физические свойства материалов: плотность истинная и средняя, пористость, пустотность, водопоглощение, водостойкость, влажность, морозостойкость,
водопроницаемость. Привести примеры.
2 Механические свойства материалов: прочность (формулы прочности при сжатии, изгибе, растяжении, образцы для испытания, понятие о марке и прочности); упругость, пластичность, дробимость, истираемость, хрупкость. Привести примеры.
3 Химические свойства: адгезия, коррозийная стойкость, растворимость. Привести примеры.
4 Виды горных пород. Добыча и переработка. Приёмка материалов.
5 Изделия из камня: бутовый камень, шашка для мощения, брусчатка, бортовой камень, парапетные и тротуарные плиты.
6 Свойства и требования к песку, щебню, гравию.
7 Виды и свойства керамических материалов. Применение.
8 Клинкерный дорожный кирпич. Свойства. Применение.
9 Керамический щебень и гравий. Свойства. Применение.
10 Разновидности шлаков. Свойства. Применение.
11 Требования к шлаковому щебню.
12 Ситаллы и шлакоситаллы.
13 Классификация органических вяжущих. Применение в строительстве.
14 Битумы нефтяные вязкие, требования к ним.
15 Нефтяные жидкие битумы. Получение. Марки. Применение в строительстве.
16 Каменноугольные дорожные дёгти. Свойства. Применение.
17 Дорожные эмульсии: прямые и обратные. Свойства. Применение.
18 Свойства вязких битумов, их марки.
19 Виды асфальтобетоннных смесей. Требования к укладке.
20 Требования к песку, щебню, битуму, минеральному порошку.
21 Структура и свойства асфальтобетона: морозостойкость, остаточная пористость, коэффициент сцепления, водостойкость, прочность.
22 Горячий асфальтобетон (ГАБ). Состав, требования, свойства.
23 Тёплый асфальтобетон (ТАБ). Состав, требования, свойства.
24 Холодный асфальтобетон (ХАБ). Состав, требования, свойства.
25 Изготовление ГАБ. Укладка и уплотнение ГАБ, ТАБ, ХАБ.
26 Литой асфальт. Состав, укладка в покрытие, достоинство и недостатки.
27 Чёрный щебень.
28 Испытание асфальтобетона. Контроль качества.
29 Дёгтебетон. Состав, свойства, применение.
30 Регенерация асфальтобетона.
31 Виды минеральных вяжущих. Применение в строительстве.
32 Известь воздушная. Сырьё, виды, применение.
33 Гидравлическая известь. Сырьё, твердение, получение.
34 Портландцемент. Сырьё, свойства, применение.
35 Разновидности портландцемента: быстротвердеющий, гидрофобный, пластифицированный, пуццолановый, сульфатостойкий, шлакопортландцемент.
36 Специальные виды цемента: глинозёмистый, безусадочные и расширяющиеся.
37 Виды арматурной стали. Марки. Защита от коррозии.
38 Чёрные и цветные металлы.
39 Виды бетонов. Применение. Требования к материалам для тяжёлых бетонов.
40 Свойства бетонной смеси.
41 Свойства затвердевшего бетона: прочность, водонепроницаемость, плотность, огнестойкость, морозостойкость, усадка и расширение, коррозийная стойкость.
42 Укладка и уплотнение бетона. Уход за бетоном в летнее и зимнее время.
43 Контроль качества бетона. Испытание бетона.
44 Специальные виды бетонов: дорожный, гидротехнический, фибробетон, бетонополимер.
45 Монолитный железобетон..
46 Сборный железобетон.
47 Сущность предварительного напряжения железобетона.
48 Виды растворов. Состав, свойства.
49 Кладочные и штукатурные растворы.
50 Специальные растворы: гидоизоляционный и иньекционный.
51 Укрепление грунтов неорганическими и органическими вяжущими.
52 Комплексное укрепление грунтов.
53 Виды и свойства полимеров.
54 Термореактивные полимеры. Свойства. Применение.
55 Термопластичные полимеры состав. Применение.
56 Геотекстили. Применение в строительстве.
57 Стеклопластики, газонаполненные пластмассы. Применение в строительстве.
58 Пластобетоны на термопластичных термореактивных смолах. Применение в дорожном строительстве.
59 Полимерцементобетон. Состав, свойства, применение.
60 Плёнкообразующие пластмассы. Термопластики.
61 Пиломатериалы и изделия из древесины. Оценка качества. Применение древесины в строительстве.
62 Кровельные и гидроизоляционные материалы.
63 Асбестоцемент. Применение в дорожном строительстве.
64 Использование промышленных отходов и местных строительных материалов в дорожном строительстве.
Цементная частица обладает зарядом, если на ее поверхности имеются свободные связи, которые возникают в процессе адсорбции ионов цементной частицей. Кристаллические решетки цементных минералов, являющихся основным поглощающим комплексом, находятся в
Рис. 1.14. Распределение плотностей жидкости при гидратации цементной частицы
/ — прочносвязанная (адсорбционная); 2 — Рыхлосвязанная (диффузная) жидкость (по аналогии со схемой Н. А. Цитовича)
Электростатическом равновесии, т. е. сумма их зарядов равна нулю. В водной среде в процессе ионного обмена на внутренних поверхностях составляющих частицы цемента минералов возникают некомпенсированные заряды (свободные связи), которые в основном и вызывают гидратацию частиц. В этом случае на поверхности твердой фазы в водной среде появляется слой зарядов, прочно скрепляющихся с основной ее массой. Против этого слоя в водной среде расположен второй слой зарядов противоположного знака, прочно связанный с первым слоем электростатическими силами. Однако второй слой не компенсирует полностью всех зарядов на поверхности цементной частицы.
На некотором расстоянии от поверхности раздела двух фаз в жидкости появляются заряды такого же знака, что и заряды второго слоя, которые уже менее связаны со слоем зарядов на поверхности цементной частицы. Эти заряды характеризуются некоторой подвижностью (флуктуацией), всевозрастающей по мере удаления от поверхности частицы. Такие заряды (ионы) образуют вокруг цементной частицы так называемую ионную атмосферу или диффузный слой, толщина которого может изменяться в зависимости от физико-химических свойств среды.
Связанная дода
Полярные молекулы воды, внедряясь в электрическое поле поверхности частицы, ориентируются определенным образом и, группируясь вокруг ионов диффузного слоя, образуют гидратные (сольватные) оболочки (рис. 1.14). При этом вследствие высокой полярности молекул воды водные оболочки диффузного слоя достигают значительной толщины. Принимая во внимание изложенное в п. 1.4, можно заключить, что вследствие переориентации диполей воды свойства ее значительно изменяются: возрастают плотность и вязкость, поэтому нельзя такую
жидкость (ионный раствор) называть водой, химическая формула которой НгО. Среду из ориентированных диполей необходимо отличать от обычной воды: ее можно именовать модифицированной, или полимерной жидкостью, подразумевая под этим ионный раствор.
При сближении (взаимодействии) сольватирован - ных, по изложенной схеме, цементных частиц до расстояния, на котором молекулярные (ван-дер-ваальсовы) силы притяжения перекрывают действие слабых сил отталкивания, частицы сцепляются. В этом случае между взаимодействующими поверхностями, как правило, сохраняются очень тонкие прослойки жидкой фазы (адсорбционные слои), предотвращающие непосредственный контакт и тем самым укрупнение частиц. Такие системы устойчивы и образуют коагуляционные структуры цементного геля различных типов; отличаются малой энергией разрушения связей (редиспергирования). Значительное развитие сольватных оболочек (достигаемое при Х=1,65) может привести к полному экранированию молекулярных сил, связывающих частицы, и, наоборот, при уменьшении толщины прослоек жидкой фазы между частицами цементный гель приобретает свойства, присущие хрупким телам и отличается относительно большей прочностью (например, при Х=0,876), чем в стадии пластического состояния, обусловленного избыточным содержанием жидкой фазы (при Х>0,876).
По мере увеличения объема воды затворения сверх того количества, при котором образуются сольватные оболочки, часть ее располагается между сольватирован - ными частицами и механически удерживается в «порах» цементного геля. По своим свойствам эта вода, как и поверхностные слои диффузной воды, может быть отнесена к рыхлосвязанной. Содержание поровой жидкости в цементном геле может изменяться в зависимости от внешнего давления, приложенного при его уплотнении (обработке).
При механических воздействиях, например при центрифугировании, вакуумировании и др., происходит отслоение (отжатие) поровой жидкости из цементного геля и тем значительнее, чем больше величина внешнего давления.
Формирование коагуляционной структуры цементного геля сопровождается сжатием (контракцией) его объема. Это явление возникает через 10—15 мин после за - творения цемента водой и достигает своего максимума в стадии завершения коагуляционного структурообразования и затем экспоненциально убывает в процессе формирования и упрочнения кристаллогидратной структуры цементного камня (микробетона по В. Н. Юнгу).
Механизм контракции цементного геля обусловлен следующими физико-химическими процессами [4, 89]:
1) достижением полного смачивания частиц и вытеснением с их поверхности адсорбированного воздуха;
2) сорбцией воды поверхностью и наружными порами смачиваемых частиц, сопровождающейся более плотной упаковкой ориентированных молекул пленочной воды;
3) образованием ионной среды вокруг частиц цемента (в результате поверхностного растворения составляющих минералов), ведущим к увеличению количества связанной воды;
4) изменением плотности частиц цемента и «воды» при образовании кристаллогидратов.
Выразим аналитически контракционное изменение объема цементного геля на стадиях, соответствующих приведенным в пп. 1, 2 и 3.
Выделим мысленно некоторый объем «сухого» цемента и уплотним его так, чтобы частицы соприкасались, и предположим, что между ними действуют силы притяжения. Мы получим капиллярно-пористое тело, поры которого заполнены воздухом. Если плотность частиц цемента (объемную массу рассматриваемого тела без пор) обозначить рц, а пористость такого искусственного безводного цементного камня тц, тогда его объемную мас - му ри можно выразить зависимостью
Ри = РцО +ти) (1.12)
При массе навески цемента Ц объем пористого тела будет равен
Предположим теперь, что вокруг частиц цемента образовались сольватные оболочки (нарушив первичные силы взаимодействия между частицами) и поры заполнены водой. В этом случае прежний объем пористого тела несколько возрастет (вследствие раздвижки пленками воды частиц цемента) и наступит новое состояние энергетического равновесия между сольватированными
частицами. Как это было ранее отмечено, заводской цемент содержит гигроскопическую влагу, поэтому ее мы не учитываем. В связи с изменением плотности адсорбированной жидкости приращение объема рассматриваемого тела от раздвижки частиц цемента будет несколько меньше объема воды, расходуемого на их обводнение т. е. FaA=Јafl/p)K> где рш — плотность сольватного слоя жидкости (см. рис. 1.14), Если Вк — масса воды (плотностью рж=1 г/см3), заключенная в структурных ячейках (порах) между сольватированными частицами цемента, тогда объем образовавшегося цементного геля (в пределах значений X от 0,876 до 1,65), с учетом адсорбированной жидкости, может быть записан в виде
1 | ^ад | Вя Ри Ц Рж Ц
Выражение (1.14) является уравнением контракционно - го объема цементного геля, формирующегося в результате активизации сил взаимодействия между частицами цемента при вытеснении водой затворения газовых обо-» лочек и образовании на их поверхности сольватных слоев жидкости.
- Учитывая, что В^/Ц =0,876 /СН.г, а Вя/Ц=Кя. т(Х— —0,876), где X — характеризует общее водосодержание в цементном геле, подставляя это значение в (1.14), no-i лучим:
= Ц I— + ^ZL [0,876 + рж (X - 0,876)]) , (1.15) I Ри Рж )
Количество адсорбированной жидкости, толщина сольватных слоев и их плотность могут меняться в значительных пределах в зависимости от минералогического состава и дисперсности цемента, содержания в нем различного рода добавок и количества воды затворения в цементном геле. Все это затрудняет пользование уравнением (1.15), если не принять некоторые упрощающие допущения. В этой связи положим, что толщина и плот - ность сольватной жидкости в пределах значений X от 0,876 до 1,65 являются постоянными и для Х=0,876 примем, согласно данным работы [4], рж = 1,5 г/см3.
Второе слагаемое в уравнении (1.15) выражает в дифференцированном виде влияние В/Ц на формирование объема цементного геля. Если считать, что рж — средневзвешенная плотность жидкости в цементном геле
при любом значении X в указанных пределах, можно написать равенство
— ХКн. г - [0,876+ 1,5(Х-0,876)]. (1.16) Рж 1>5
Решив (1.16) относительно рж, получим
Рж±=хД292 Рв; ?в=1г/смЗ. (1.17)
Следовательно, в окончательном виде контракцион - ный объем цементного геля может быть выражен зависимостью, в которой не будет явно фигурировать плотность адсорбированной жидкости, т. е.
—+ КН. г (X — 0,292) Ри
Пользуясь формулой (1.17), определим пределы изменения рж, г/см3, в цементном геле при 0,876^X^1,65:
По вычисленным значениям рж можно заключить, что с увеличением содержания воды плотность жидкости в цементном геле снижается, а толщина сольватных оболочек возрастает, при этом интенсивно в диапазоне изменений значений X от 0,876 до 1,3 и малоощутимо при Х>1,3. При введении в цементный гель пластифициру* ющих добавок и ускорителей твердения величины рш соответственно уменьшаются из-за экранирования добавками поверхностных электростатических сил, обусловливающих притяжение молекул воды и их ориентацию в сольватных оболочках. Вместе с этим уменьшаются также абсолютные значения Кн. г для всех видов портландцементов.
Отсюда следует, что формула (1.18) учитывает изменение толщины и плотности сольватной оболочки, а также влияние общего содержания жидкой фазы в цементном геле в интервале X от 0,876 до 1,65. Величины рж, рассчитанные по формуле (1.17), согласуются с результатами экспериментальных и теоретических исследований, приведенных в работе [55].
По уравнению (1.18) достигаются более удовлетворительные совпадения с экспериментальными данными, чем при вычислении по абсолютным объемам; главное достоинство уравнения (1.18) в том, что оно открывает, как это было показано в работе [4], более широкие возможности для исследования не только свойств цементно-
ТАБЛИЦА 1.4. ЗНАЧЕНИЯ ри ДЛЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Го геля, но и формирующейся, как бы на его «фоне», кристаллогидратной структуры цементного камня.
Общий вид экспериментальной зависимости Fr= =1(В/Ц) для портландцементов, определенной при изменении В/Ц в интервалах его значений, взятых через 0,1, приведен на рис. 1.15.
На рис. 1.15 видно, что по мере добавления воды к цементу происходит постепенное сближение его частиц вследствие вытеснения воздуха (газов) и активизации по этой причине сил взаимодействия между частицами, достигающих максимальной величины при ВЩ— =0,876 Кн. г. После этой критериальной точки, соответствующей нижнему пределу связности цементного геля, при котором еще проявляются его упругопластические свойства, с увеличением количества добавляемой воды частицы твердой фазы раздвигаются, так как утолщаются сольватные оболочки и пространство между ними заполняется водой.
Закономерное увеличение контракционного объема цементного геля следует по наклонной прямой до ВЩ— = 1,65 Кн. г, а затем наступает качественный скачок, обусловленный нарушением структурной связности системы. Разобщенные частицы и отдельные микроагрегаты (флокулы) твердой фазы образуют более крупные комплексы и под действием собственной массы седименти - руют (оседают), вытесняя при этом жидкость. Таким образом, формируется «осадочная» структура цементного геля со случайными связями (контактами) между отдельными агрегатами. Такая структура неустойчива и крайне неоднородна во всем объеме осадка.
Здесь следует отметить, что на участке ВЩ~ = 0,876 Кн. г и ВЩ = Кн. г, функция УТ=>(ВЩ) выражается прямым отрезком, параллельным оси ВЩ, т. е. в этом интервале VT=Const. Объясняется это одинаково плотной упаковкой частиц цемента при В/Ц = 0,876 Кн. г и В/Ц=Ки. т. В первом случае пространство между соль - ватированными частицами заполнено воздухом, а во втором — жидкой фазой. Коль скоро в этом интервале VT=F(B/U) не является непрерывной функцией, кон - тракционный объем цементного геля при В/Ц=0,876 Кн. г И В/Д = Кн. г следует вычислять по значению ВЩ=Кн. г.
При выводе уравнения (1.18) предполагалось, что каждая частица твердой фазы имеет сольватную оболочку и формируется упорядоченная структура цементного геля с равномерным распределением воды во всем его объеме. В действительности же структура цементного геля существенно отличается от такой идеальной модели, так как практически очень трудно добиться равномерного распределения частиц цемента и воды даже при уплотнении цементного геля.
Фактически цемент состоит в основном из агрегированных дисперсных частиц, в связи с чем при перемешивании с водой происходят неполная их дезагрегация и обводнение. В результате этого образуется система с неравномерным распределением воды в ее объеме, в котором содержится определенное количество «сухих» частиц, заключенных внутри цементных агрегатов. Поэтому X или В/Ц* характеризуют лишь общее содержание воды в цементном, геле, в то время как в отдельных частях его объема количество воды может существенно отличаться в ту или иную сторону, т. е. консистенция цементного геля неодинакова во всей его массе. В соответствии с изложенным следует различать три основных вида структур цементного геля [5], а именно компактную (от ^=0,876 до Х=1,3); групповую замкнутую от Х> >1,3 до Х=1,65 й групповую разобщенную при Х> >1,65 (рис. 1.16).
Образование указанны^ структурных форм подтверждается результатами измерения скорости прохождения продольной ультразвуковой волны CL в свежеуплотненных образцах цементного геля при изменении X от 0 до 2 [6]. На кривой изменения Сь имеются четыре характерные точки: а, 6, с, d, соответствующие значениям X : 0,325; 0,876; 1,3; 1,65 (рис. 1.17). Пик Ь сигнализирует об образовании структуры с относительно прочными связями между сольватированными частицами твердой фазы. Далее с увеличением количества воды частицы раздвигаются, и при формируются труп,
Повые структуры (замкнутые и разобщенные). Водяные «мешки», имеющиеся в разобщенной структуре (среда с неравномерным акустическим импедансом), способствуют сильному поглощению акустического сигнала, что снижает скорость волны CL. С преобладанием жидкой фазы Х^1,65 скорость звука возрастает и в пределе приближается к скорости звука в воде. Здесь надо ого* вориться, что компактные участки в цементном геле из - за неравномерного распределения воды в нем могут чередоваться с очаговыми включениями с менее плотной групповой замкнутой структурой.
Экспериментальные пррверки уравнения (1.18) по* казали, что вычисленные по нему объемы удовлетвори-" тельно согласуются с опытными данными в случае уплотнения цементного геля кратковременным вибрированием с частотой 50 Гц, центрифугированием, вакуумировани-
Рис. 1.16. Виды структур цементного геля А — компактная; б — групповая замкнутая; в — групповая разомкнутая
0,325 от ьъ 0JB25 1Ft
Ем, т. е. средствами механического воздействия, не вызывающими ощутимых изменений структурной неоднородности цементного геля. На этом основании можно считать, что значения рж, определенные по формуле (1.17), и уравнение (1.18) не отвечают условию, когда вся твердая фаза в дезагрегированном состоянии взаимодействует с водой при их равномерном распределении во всем объеме цементного геля. Другими словами, уравнение (1.18) выражает изменение- Vr=F(BJLI) структурно - неоднородного цементного геля, т. е. такого, каким он получается при обычных способах приготовления и уплотнения (формования).
При обработке цементного геля в "акустическом поле со звуковым или ультразвуковым частотным спектром происходит дополнительная контракция объема цементного геля вследствие пептизации (дезагрегации) комплексов твердой фазы, вытеснения воздуха и перераспре, деления. воды, сопровождающаяся адсорбционным поглощением ее обнажающимися «сухими» поверхностями - частиц [4, 8, 144]. В связи с этим существенно уменьшается толщина пленочной воды и возрастает ее плотность.
Поясним сказанное следующими аналитическими выкладками. При дополнительной контракции объема цементного геля в интервале X от 0,876 до 1 жидкая фаза из него практически не отжимается, а поэтому B==const. и Z/=const. На этом основании можно записать:
Ц X К'н. г/Рж [°>876 + Рж ~ °>876) ] = Const• •19>
В результате дезагрегации флокул возрастает дисперсность цемента и как следствие этого — его адсорбционная способность, которая теперь уже будет определяться величиной Кн. г >Кн. г.
Допустим, что при Х=1 в процессе перераспределения жидкой фазы вся она окажется адсорбционно связанной. Тогда в промежутках между сольватированны - ми частицами жидкой фазы не окажется, и новое физическое состояние цементного геля определится параметром X=0,876. В соответствии с изложенным можно записать
0,876К;.Г = Кн. г [0,876 + рж (X - 0,876)]. (1.20)
В указанном случае контракционный объем VT вычисляем по Х=1, принимая рж=1>5, как для Х=0,876. После подстановки в (1.20) получим ранее приведенную зависимость (1.10), т. е. Кн. г=1,216Кн. г-
Так как количество жидкой фазы в рассматриваемых случаях не изменяется, а объем цементного геля уменьшается, должна возрасти плотность адсорбированной жидкости из-за уменьшения ее толщины на поверхности твердой фазы. Выразить это условие можно следующим образом:
0,876Кн.г 1,216-0,876Кн. р /F 9П
Рж = 1,824 г/см*. (1.22)
Таким образом, получено прямое подтверждение то-, му; что в результате увеличения дисперсности и* внутреннего перераспределения жидкой фазы в цементном геле действительно возрастает адсорбционная способность цемента и плотность жидкой фазы на поверхности частиц твердой фазы. В этом случае высвобождается дополнительная поверхностная энергия, которая,, стремясь* уменьшить свой избыточный потенциал, способствует большему сближению частиц твердой фазы и, как
следствие этого, обусловливает проявление дополнительной контракции цементного геля.
Подставив в уравнение (1.15) вместо рж его новое значение 1,824 г/см3, после преобразований получим
Vr [1 / ри + Кн. г (X - 0,396)]. (1.23)
Изменение плотности воды в цементном геле можно определить из условия
— х Кн. г Кн. г (* - 0,396), Рж
Рж = -JZ—А ооеч' Рв; рв = 1г/сЛ (1.24)
По формуле (1.24) определим значения рж, г/см3, при X в пределах от 0,876 до 2,1:
10. Вычислить, сколько получится полуводного гипса CaS04-0,5^0 после термической обработки 10 т гипсового камня CaS04 • 2НгО. Атомные веса элементов см. в приложении 3.
11. Определить количество связанной воды в % и при полной гидратации 1 т полуводного гипса.
Атомные веса элементов см. в приложении 3.
12. При испытании строительного гипса по ГОСТ 125—57 было установлено: тонкость помола — остаток на сите № 02—10% (по весу); предел прочности при сжатии трех образцов через 1,5 ч. после изготовления — 52, 48 и 50 кГ/см2.
Требования ГОСТ 125—57 даны в приложении 4.
К какому сорту можно отнести строительный гипс?
13. Определить объемный вес и пористость гипсовых плит для перегородок с влажностью после сушки 12% (от веса сухого материала). При твердении гипса объем его увеличивается на 1%. Удельный вес полуводного гипса — 2,60, а удельный вес затвердевшего гипса — 2,30. Состав гипсового теста по весу: 1 ч полуводного гипса и 0,5 ч воды.
14. Определить количество негашеной (комовой) извести, получаемой при полном обжиге 10 т чистого известняка с влажностью 10%.
15. Какое количество негашеной (комовой) извести получится при обжиге 10 т известняка, имеющего влажность 2%. Содержание глинистых примесей— 10%, песчаных примесей—10%.
Определить выход обожженной извести, активность ее (содержание СаО). К какому сорту будет относиться полученная комовая известь. Выписка из ГОСТ 9179—59 дается в приложении 5.
16. Сколько потребуется каменного угля с калорийностью 6300 ккал/кг, чтобы получить 20 т негашеной извести из чистого известняка. Известно, что на разложение 1 г-мол известняка требуется 42,5 ккал.
17. Сколько потребуется чистого известняка с влажностью 5% для получения 10 т негашеной извести.
18. Рассчитать, сколько получится негашеной и гид- ратной извести из 20 т известняка. Содержание в известняке СаО — 85% по весу, а естественная влажность его 8%.
19. Рассчитать объем шахтной печи для получения 20 т в сутки негашеной извести при условии, что объемный вес известняка в кусках равен уоб = 1700 кг/м3, топливо занимает около 25% общего объема печи; цикл обжига проходит за 2 дня.
20. Определить, сколько можно получить извести негашеной в сутки, если обжигать известняк в шахтной печи объемом 50 ж3. Топливо в печи занимает 20% общего объема печи, а объемный вес известняка в кусках равен Уоб= 1600 кг/ж3. Цикл обжига проходит в течение 3 сут.
21. Сколько потребуется времени для обжига известняка в шахтной печи объемом 50 ж3. Топливо в печи занимает 20% общего объема. Объемный вес известняка 1600 кг/ж3. Требуется получить 12 г негашеной извести (СаО).
22. Сколько можно получить сухой гидратной извести при гашении 5 т негашеной извести с активностью 80% (содержание СаО).
23. Сколько содержится извести и воды (по весу) в 1 ж3 известкового теста, если объемный вес его равен 1400 кг/ж3. Удельный вес гидратной извести в порошке составляет 2,05 г/см3.
24. Определить объемный вес известкового теста, если воды в нем содержится 50% (по весу). Удельный вес порошкообразной гидратной извести 2,05 г/см3.
25. Какой будет выход известкового теста по весу и объему из 1 т негашеной извести, если она имеет активность (содержание СаО) 70%. Содержание воды в тесте 50% от общего веса, а объемный вес известкового теста 1400 кг/м3.
26. Сколько потребуется гидратной извести, чтобы приготовить 1 ж3 известкового теста с объемным весом 1400 кг/м3. Удельный вес гидратной извести 2,0.
27. Сколько нужно взять гидравлической добавки, чтобы полностью связать 1 ч. гашеной извести, имеющей активность 80% (содержание СаО). Установлено, что в составе гидравлической добавки имеется 60% активного кремнезема.
Предполагается, что в результате твердения будет образовано соединение СаО • Si02 • Н20 — однокальциевый гидросиликат.
28. Приготовить 1 т известково-трепельного цемента, если трепел имеет в своем составе 70% Si02, а гидрат - ная известь — 85% СаО.
Предполагается, что соединение имеет формулу СаО • Si02* Н20.
30. Определить содержание химически связанной воды для цементного камня, приготовленного из портландцемента, имеющего минералогический состав: C3S — 50%, C2S — 25%, С3А — 5%, C4AF — 18%.
Указать конечные продукты клинкерных минералов.
31. Определить пористость в затвердевшем цементном камне, изготовленном из портландцемента.
Цементное тесто при затворении содержало 28% воды, а количество связанной воды равно 20% от веса цемента. Удельный вес портландцемента принять равным 3,1.
32. Определить пористость в затвердевшем цементном тесте, изготовленном из шлакопортландцемента, если тесто содержало 40% воды, а для прохождения реакций при твердении требуется 18%. Удельный вес шлакопортландцемента — 2,95.
33. Для производства портландцемента имеем известняк и глину следующего химического состава (табл. 3).
Подсчитать, в какой пропорции должны быть взяты известняк и глина, чтобы получить портландцемент с коэффициентом насыщения 0,90.
В большинстве цементов СзА присутствует в сравнительно небольшом количестве, однако его поведение и структурные связи с другими фазами в цементе представляют определенный интерес. Трехкальциевый гадроалюминат образует призматические кристаллы темноокрашенного вещества, вероятно представляющие твердый раствор с другими соединениями, а часто в виде плоских пластинок, окруженных гидросиликатами кальция
Реакция С3А с водой проходит очень бурно и приводит к немедленному загустеванию теста, известному как ложное схватывание. Для предотвращения этого явления в цементный клинкер добавляют гипс (CaSO4-2H2O). Гипс и С3А взаимодействуют между собой с образованием нерастворимого гидросульфоалюмината кальция (ЗСаО-А12О3-•3CaSO4-31H2O), но со временем образуется трехкальциевый гидроалюминат. Вероятно, что этому предшествует образование метастабильного соединения 3CaO-Al2O3-CaSO4- 12H2O за счет исходной высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция. По мере перехода С3А в раствор состав изменяется — содержание сульфатов уменьшается непрерывно. Скорость реакции алюминатов довольно высокая, поэтому если это изменение в составе происходит недостаточно быстро, то возможна непосредственная гидратация С3А. В частности, наблюдаемая обычно максимальная скорость тепловыделения в течение 5 мин после добавления воды к цементу означает, что некоторое количество гидроалюмината кальция образуется в тот период, когда условия для замедления гипсом еще не установились.
Устойчивая форма гидроалюмината кальция, образованная в итоге в цементном камне, вероятно, представляет собой кубические кристаллы С3АН6, но возможно, что гексагональный C4AHi2 выкристаллизовывается первым и позже приобретает кубическую форму. Таким образом, окончательную реакцию можно представить в следующем виде: С3А + 6Н->-АН3
Стехиометрические соотношения показывают, что 100 частей С3А реагируют с 40 частями воды (по весу). Это намного больше количества воды, требуемой для гидратации силикатов.
Содержание С3А в цементе нежелательно: его роль в прочности цементного камня незначительна, за исключением прочности в раннем возрасте; в то же время при воздействии сульфатов на цементный камень расширение вследствие образования гидросульфоалюмината кальция из С3А может привести к разрушению цементного камня. Однако С3А необходим при обжиге цементного клинкера. Он действует как плавень — понижает температуру обжига, что содействует соединению окиси кальция и кремнезема при более низких температурах. Поэтому С3А необходим в процессе производства цемента. C4AF является также минералом-плавнем. Следует заметить, что если не будет образовываться некоторого количества жидкой фазы при обжиге, то реакции в печи будут протекать намного медленнее и возможно не пройдут полностью.
Гипс реагирует не только с С3А; с C4AF он образует сульфоферрит, а также сульфоалюминат кальция. Присутствие гипса может способствовать ускорению гидратации силикатов.
Количество гипса, добавляемого в цементный клинкер, необходимо тщательно контролировать, так как избыток гипса приводит к расширению и последующему разрушению цементного камня. Оптимальное содержание гипса определяется на основе наблюдений за теплотой гидратации. Обычно за мгновенным максимумом скорости тепловыделения следует второй максимум спустя 4—8 ч после добавления воды к цементу. При правильно выбранном количестве гипса, после того как весь гипс будет связан, останется лишь небольшое количество С3А, способного участвовать в реакциях. В результате второго максимума на кривой тепловыделения не возникает.
Требуемое количество гипса увеличивается при повышении содержания С3А и щелочей в цементе. Увеличение тонкости помола цемента оказывает то же влияние, что и возрастание количества С3А, поэтому оно требует повышенного содержания гипса.
Количество вводимого в цементный клинкер гипса обычно выражается в расчете на БОз по весу. По стандарту BS 12: 1958 максимальное содержание SO3 2,5% при содержании С3А не более 7 и 3% при содержании С3А более 7%
Сань, ты подколол вопросом? У какого из применяемых тобой цементов такая поверхность, тем более марки 400? Ответ - 22% от веса цемента
При помоле импортного цемента Д50=24 мкм на моей мельнице Д50=8,7 мкм количество воды до одинаковой подвижности уменьшается на 5%. Что это означает в смысле гидратации я сам не понял
Никакого прикола, Жень. Николай Болховитин привел цитату:| Цитата |
|---|
| Исходя из требований удобоукладываемоети растворов и бетонов, в них вводится значительное количество воды. Для химического процесса гидратации цементов обычно требуется меньшее количество воды. Так, для полной гидратации силиката кальция до 2CaOSiO22½H2O требуется всего 2,5 молекулы воды или не более 10—12% от общего веса клинкера. В то же время даже при укладке жирных растворов расход воды составляет 35—40%. Лишняя вода определяет пористость системы. Дважды лауреат Сталинской премии, проф., д-р техн. наук В. В. Михайлов |
Я взял достаточно хороший помол (Воскресенский Лафарж), но даже для него воды маловато. То что утверждает Михайлов возможно при зернах цемента в диаметре менее 20мк. Когда теоретически все зерна полностью могут гидратировать. Но может быть я не прав? Поэтому вынес вопрос сюда.
Успехов
На этот счет есть более поздняя и точная работа А.А. Кучеренко: "Большинство основных минералов портландцемента за 28 суток гидратируют в среднем на глубину (радиус) около 9,2 мк."; "отношение массы химически связанной воды к массе исходных минералов (С2S и C3S) находится в пределах 15,7-19,8% (в среднем 18%). отношение массы химически связанной воды к исходным минералам (С3А и С4АF) составляет 59-65% (в среднем 62%)". Хотя для цемента невозможно составить точного баланса из-за непонятности всего спектра происходящих при гидратации реакций.
Более точные данные, так как Кучеренко составляет баланс из допущения, что цемент сосоит из четырех минералов, и на каждый минерал при гидратации приходятся по две известные реакции. Оригинал статьи прикрепляю.
Гидратация при малом содержании воды могла не пройти . У меня блок отстоял больше двух дней, попробовал снять с поддона, он рассыпался.. как бы форма стенок держалась но если чуть чуть ударить рассыпался.. правда это был самый первый замес, там сложно сказать, я его методом тыка делал, подбирал, чтобы выпрессовывался.. но вообще не понятно, воды получается было мало, где то 3 литра при инертных 27 песок, 36 керамзит, 7 цемент м400 (все в литрах) - это получается где то 2,2 % воды.
если лить больше воды как мне кажется смесь получается жидкая и сложно выпрессовывается.
Где ошибка ?
На этом же цементе делал блоки, только на другом станке, с круглыми отверстиями, там все ок, через день снимал с поддона, максимум 2 дня..
Естественно блоки + ко всему еще 2 раза в день поливаются, т.е. остаются сырыми
Читайте также: