Ciment Portland puzolanic
Acesta este un liant hidraulic obținut prin măcinarea fină în comun a clincherului de ciment Portland, a cantității necesare de gips și a unui aditiv mineral activ, sau prin amestecarea temeinică a acelorași materiale, măcinate separat. Conținutul de aditivi minerali activi din cimentul Portland puzzolanic conform GOST ar trebui să fie (în% din masa cimentului): aditivi de origine vulcanică, argilă coptă, gliezh sau cenușă de combustibil - nu mai puțin de 25% și nu mai mult de 40%; aditivi de origine sedimentară - nu mai puțin de 20% și nu mai mult de 30%. Cantitatea de aditiv mineral activ introdus în compoziția cimentului depinde de activitatea acestuia. Cu cât este mai mare, cu atât mai puțini aditivi trebuie introduși în compoziția cimentului Portland puzzolanic pentru legarea chimică a hidroxidului de calciu, care se formează în timpul hidratării părții de clincher a cimentului.
Cimentul Portland puzzolanic este produs in tara noastra in cantitate de circa 5 milioane de tone.Pentru producerea cimenturilor Portland puzzolanice se folosesc diverse tipuri de aditivi minerali activi. La fabricile de ciment Bryansk, Krichevsky, Brotsensk, Akmyansky, Gigant și altele, se utilizează Bryansk tripoli cu o activitate de aproximativ 300 mg/g; Balonul Volskaya de aceeași activitate este utilizat la fabricile de ciment Volsk, iar balonul Bakan cu o activitate de aproximativ 250 mg/g este folosit de fabricile de ciment din Noua Românie. Planta Alekseevsky consumă balon local cu o activitate de aproximativ 250 mg/g, planta Sengileevsky consumă tripoli local cu o activitate de aproximativ 300 mg/g. Pentru producția de ciment Portland alb, fabricile de ciment Shchurovsky și Tauzsky folosesc diatomit Kisatib cu o activitate de aproximativ 300 mg/g, în timp ce plantele din Asia Centrală folosesc gliezh cu o activitate scăzută de 30-50 mg/g. La plantele din Orientul Îndepărtat se folosesc tufi vulcanici cu activitate de 50-70 mg/g; piatră ponce și tufuri de aproximativ aceeași activitate – în Transcaucaziangrup de fabrici de ciment, vitophyra cu o activitate de aproximativ 70 mg / g - la uzina Semipalatinsk. Cenușa de la termocentrala este folosită ca aditiv pentru cimentul Portland la combinatul Angarsk.
Schema tehnologică pentru producerea cimenturilor Portland puzolanice este uzuală. Constă în uscarea aditivului mineral activ și alimentarea acestuia în cantitatea prescrisă la mori de ciment pentru măcinarea îmbinării cu clincher la doza acceptată de gips. Uscarea materialului la temperaturi care nu depășesc 479–573 K nu afectează în mod semnificativ activitatea aditivilor. Totuși, studiile noastre au arătat că, dacă tripoliul conține impurități de argilă, atunci uscarea la 873-973 K îi crește ușor activitatea; temperatura rațională de uscare a aditivilor de origine vulcanică trebuie stabilită pe baza unor studii experimentale.
Întărirea cimenturilor Portland puzolanice are loc ca urmare a influenței combinate a proceselor de hidratare a părții de clincher (fazele de clincher) și a reacțiilor de interacțiune chimică a neoplasmelor hidratate cu componentele active ale aditivului. În primul rând, aditivii interacționează cu hidroxidul de calciu prezent în faza lichidă a sistemului de întărire. Acest proces este de obicei lent. Studiile au arătat că, cu un conținut rațional, de exemplu, 30% tripolit în ciment, hidroxidul de calciu nu va fi încă complet asociat cu tripoli silica nici după aproximativ un an. Această reacție are loc în timpul întăririi cimentului în apă sau într-un mediu foarte umed; întărirea în perioada inițială în aer este contraindicată, deoarece piatra de ciment se poate usca, ceea ce va încetini sau chiar va întrerupe această reacție. În cimentul Portland puzzolanic de întărire, concentrația de var în fază lichidă scade datorită legăturii acestuia de aditivul activ. Acest lucru contribuie la formarea low-bazichidrosilicații de calciu CSH(B), cu un raport C:S de până la 0,8, deoarece, după cum sa menționat deja, bazicitatea hidrosilicatului de calciu (C:S) depinde de concentrația hidroxidului de calciu în faza lichidă.
Cimentul Portland puzzolanic diferă de cimentul Portland în multe privințe. Densitatea sa este oarecum mai mică și egală cu 2,7-2,9 g/cm3, prin urmare, cu aceeași doză în greutate, dă un randament mai mare de mortar sau beton. Aditivi moi în vrac - tripoli și diatomit în compoziția cimentului cresc densitatea normală a pastei de ciment cu până la 35% în loc de 24-26%; aditivii de origine vulcanică și artificiali cresc densitatea normală într-o măsură mai mică. Acest lucru duce la o creștere a necesarului de apă al amestecului de beton pe bază de ciment Portland puzzolanic, ceea ce încetinește oarecum creșterea rezistenței betonului. În ceea ce privește timpul de priză, cimenturile puzolanice nu diferă de cimentul Portland. Deoarece reactivitatea aditivilor activi de origine vulcanică, precum și gliège, crește odată cu dispersia, finețea măcinarii cimentului Portland puzzolanic cu acești aditivi ar trebui crescută. Când se folosesc roci libere, cum ar fi tripoli, suprafața specifică a cimentului crește uneori în timpul șlefuirii din cauza dispersiei aditivului, și nu a părții de clincher, care trebuie luată în considerare la producerea acestor cimenturi.
Cimenturile Portland puzolanice se caracterizează prin întărirea oarecum întârziată la temperatură normală în primele etape și, atunci când sunt testate în soluții de consistență plastică, nu ating valorile de rezistență la compresiune caracteristice cimenturilor Portland originale până în a 28-a zi. Când se întărește în condiții umede sau în apă, rezistența cimentului Portland puzzolanic crește în timp și depășește rezistența cimentului Portland original nu numai la încovoiere, ci și la compresiune. Cercetările noastre au arătat că laclincherul activ, conținutul rațional de aditivi și gips, și mai ales cu măcinarea foarte fină, este posibilă creșterea semnificativă a rezistenței cimentului.
Pentru o creștere normală a rezistenței, este necesar să se asigure o umiditate ridicată în perioada inițială de întărire a cimentului, după care se poate întări în aer, creșterea rezistenței va fi mai mică. În ceea ce privește rezistența la aer, este inferior cimentului Portland. O scădere a temperaturii sub aproximativ 283 K încetinește brusc viteza de întărire, ceea ce necesită încălzire artificială. Aburirea accelerează întărirea betoanelor pe cimenturile Portland puzolanice, totuși, dacă ulterior betonul se întărește în condiții umede sau în apă, este indicat să se folosească tratament termic și umiditate.
Hidrosilicații de calciu umflați formați ca urmare a legăturii chimice a hidroxidului de calciu umplu microporii din mortare și betoane, ceea ce determină compactarea structurii acestora și le face impermeabile. Acest lucru elimină în mare măsură posibilitatea de scurgere a varului liber sub presiunea apei.
Cimenturile Portland puzzolanice au o capacitate de legare crescută, conferă mortarului și amestecurilor de beton o plasticitate mai mare și, în consecință, lucrabilitate, nu diferă de cimentul Portland în ceea ce privește aderența la armătură din betonul armat. Separarea apei în mortare de ciment și betoane scade considerabil cu aditivi moi (tripoli etc.). În timpul hidratării cimenturilor Portland puzolanice, se observă mai puțină căldură decât cea a cimentului Portland; înlocuirea a 30-40% din clincher cu un aditiv determină o scădere a exotermei, dar în mod disproporționat față de cantitatea de aditiv, deoarece cu o distribuție uniformă a particulelor sale în ciment, boabele de clincher se depărtează, ceea ce contribuie la hidratare mai profundă. Disiparea căldurii depinde decompozitia chimica si mineralogica a clincherului original, activitatea aditivului si finetea macinarii cimentului. Prin urmare, cantitatea de căldură eliberată în timpul hidratării cimenturilor Portland puzzolanice nu este susceptibilă de cel puțin un calcul preliminar aproximativ și trebuie stabilită experimental. Cimenturile Portland puzzolanice se caracterizează printr-o contracție crescută, care, ca și generarea de căldură, depinde de o serie de factori. O creștere vizibilă a contracției este asociată cu o creștere a cererii de apă atunci când se utilizează aditivi moi în vrac - tripoli etc.
Cimenturile Portland puzzolanice se caracterizează printr-o capacitate mai mare de deformare plastică în condiții umede la o temperatură constantă decât cimentul Portland, iar betoanele pe baza acestor cimenturi se caracterizează printr-o rezistență ridicată la fisurare, care este deosebit de valoroasă pentru structurile hidraulice din beton masiv. Cimenturile Portland puzzolanice conferă mortarelor și betoanelor o rezistență la îngheț puțin mai mică, mai ales atunci când, prin îngheț și dezgheț alternat repetate (mai mult de 100 de cicluri), se testează oastp sau betonul insuficient de rezistent în primele etape de întărire. La utilizarea cimenturilor Portland puzzolanice, care conțin aditivi minerali activi cu o structură densă, care nu măresc necesarul de apă al betonului, rezistența la îngheț scade mai puțin vizibil. Acest lucru se întâmplă atunci când înghețul afectează betonul care s-a întărit deja de mult timp cu densitate și rezistență crescute, de exemplu, o perioadă de întărire de șase luni.
Cimentul Portland puzzolanic este produs în clasele 300, 400 și este utilizat în principal în structuri expuse la apă dulce: în structuri subacvatice în timpul construcției structurilor hidraulice fluviale (porturi, canale, baraje, ecluze etc.); în instalații de apă; în timpul construcţiei tunelurilor şialte structuri subterane, la conducerea minelor etc.; la realizarea fundaţiilor şi subsolurilor clădirilor civile şi industriale. Deoarece cimentul Portland puzzolanic se caracterizează printr-o permeabilitate scăzută la aer, nu este recomandabil să îl utilizați pentru structuri supraterane din beton armat în condiții de întărire la aer. Uscarea rapidă a cimentului poate opri întărirea acestuia și poate provoca fenomene puternice de contracție. Este imposibil să se utilizeze ciment portland puzzolanic pentru părțile structurilor situate în zona de acțiune variabilă a apei și supuse la umezire și uscare constantă, îngheț și dezgheț.