Влияния степени дисперсности цемента

Повышение дисперсности портландцемента способствовало увеличению его 3-суточной прочности на растяжение при изгибе в пластичном растворе и в бетоне, хотя и в меньшей степени, чем прочности на сжатие. Особенно значительно, примерно в 1,4-2 раза, возросла прочность при изгибе, когда удельная поверхность составляла 4700-5Ю0сж2/г.

Большой интерес представляло испытание морозостойкости цементов разной тонкости помола в бетоне, поскольку еще не сложилось единого мнения относительно влияния степени дисперсности цемента на это свойство.

Морозостойкость изучали на образцах-балочках размером 4х4х16 см, изготовленных из мелкозернистого бетона (крупность гранитного щебня 15 мм). На морозостойкость испытывали образцы с достаточно сформировавшейся структурой, которые предварительно в течение 12 мес. выдерживали в камере воздушно-влажного хранения. Принятый срок твердения образцов соответствует условиям строительства крупных гидротехнических сооружений, для возведения которых требуется, как правило, не менее одного года. Испытание на морозостойкость проводилось по обычной методике путем попеременного замораживания образцов и оттаивания.

На основании полученных данных можно составить представление о влиянии добавки гипса в портландцементе на морозостойкость бетона.

Для портландцемента Б характерно относительно небольшое количество трехкальциевого алюмината (6%) при высоком содержании минералов - силикатов (81,4%). Увеличение дисперсности портландцемента отрицательно сказалось на морозостойкости бетона.

Портландцемент В является среднеалюминатным с относительно высоким содержанием минералов-плавней (СзА + С4АР= = 24,5%). При одинаковой дозировке гипса (2% в пересчете на серный ангидрид) увеличение удельной поверхности этого цемента в 1,5-2 раза привело к понижению морозостойкости примерно в 2 раза. Однако повышение дозировки гипса до оптимальной 3,2% восстановило морозостойкость бетона на тонкомолотом цементе В. По-видимому, образование определенного количества гидросульфоалюмината кальция на первой стадии твердения бетона оказало полезное влияние на плотность цементного камня и уменьшение его усадки.

Что касается высокоалюминатного портландцемента Г, то для него характерна тенденция к понижению морозостойкости по мере увеличения удельной поверхности по сравнению с начальной (2300-2900 см2/г). Подбирая оптимальные дозировки гипса, можно было лишь несколько уменьшить снижение морозостойкости, обусловленное более тонким помолом цемента А.

Из портландцемента А были изготовлены кубы размером 10х10х10 см с применением гранитного щебня крупностью до 30 мм. Кубы испытывали на морозостойкость после 28 суток нормального воздушно-влажного хранения, причем для ускорения испытания предварительное насыщение и оттаивание кубов производилось в искусственной океанской воде трехкратной концентрации (водный раствор солей концентрацией 100 г/л). Видно, что для данного вида цемента при определенной степени его дисперсности имеется область оптимальных дозировок гипса, при которых бетон является наиболее стойким по отношению к совместному действию воды и мороза.

Сульфат кальция, введенный в портландцемент, в процессе гидратации цемента реагирует с алюминатами кальция и частично с алюмоферритами и образует гидросульфо-алюминат. Увеличение объема твердой фазы способствует уплотнению бетона и благоприятно сказывается на его морозостойкости. При количествах гипса, отличающихся от оптимальных, а в особенности при дозировках, превышающих оптимум, стойкость бетона резко понижается. Это явление характерно не только для бетонов на малоалюминатных цементах (А), но и для бетонов на цементах с большим содержанием трехкальциевого алюмината (Г).

По литературным данным, гидросульфоалюминат кальция может существовать в трех-сульфатной и моносульфатной формах. 3. М. Ларионова, Л. В. Никитина, С. И. Герчикова пришли к выводу, что моносульфатная форма гидросульфоалюмината кальция легко переходит в трех-сульфатную под действием как химических, так и физических факторов. Исследования, проведенные О. М. Астреевой и Л. Я. Лопатниковой, показали, что гидросульфоалюминат является непрочным соединением и может разрушаться с образованием двуводного гипса, гидрата окиси кальция и гидрата глинозема. Л. В. Никитина также указывает, что со временем кристаллы гидросульфоалюмината кальция разрушаются. Разрушение гидросульфоалюмината ускоряется при повышении температуры, в морской воде, а также при попеременном увлажнении и высушивании. В некоторых опытах наблюдалось изменение препарата трехсульфата после четырех циклов увлажнения и высушивания.

В наших опытах образцы-балочки с избыточным количеством гипса при испытании настолько деформировались, что их прогиб был виден на глаз; эти образцы быстро покрывались трещинами и через 15-25 циклов замораживания и оттаивания полностью разрушились. Таким образом, в портландцементы для переменных условий службы необходимо вводить оптимальные добавки гипса и нельзя увлекаться так называемыми «повышенными» его дозировками.

Оптимальные дозировки гипса, определенные по результатам испытания прочности и из условия получения наиболее высокой морозостойкости бетона, близки и лишь в некоторых случаях неполностью совпадают.

Наиболее стойким по отношению к совместному действию раствора солей и мороза был цемент А, размолотый до удельной поверхности 3500-3900 см2/г с оптимальной дозировкой гипса.

В результате проведенного исследования выявлены и рекомендованы пределы оптимальных, по показателям морозостойкости, дозировок гипса в зависимости от удельной поверхности цемента и условий твердения бетона.