9. Расширяющиеся цементы

Усадка цементного камня при высыхании вызывает растягивающие напряжения, которые при недостаточной прочности камня на растяжение могут вызвать появление трещин. При возведении массивных бетонных сооружений и монтаже железобетонных конструкций плотная заливка стыков и примыкающих частей сооружений может быть осуществлена лишь на основе цементов, объём пластичной массы которых после затвердевания не меняется или несколько увеличивается. Цементы, на основе которых растворы дают приращение объёма, называются расширяющимися цементами.

Все расширяющиеся цементы являются смешанными и состоят из основного вяжущего вещества и расширяющейся добавки, в которую могут входить несколько компонентов. При твердении таких цементов вследствие взаимодействия компонентов расширяющейся добавки между собой или в результате взаимодействия их с основным вяжущим происходит расширение. Это расширение на определённой стадии заканчивается или приостанавливается, так как начинает превалировать процесс твердения основного вяжущего, что ведёт к стабилизации полученной на первой стадии расширенной структуры.

Известно несколько химических реакций, вызывающих расширение твердеющего бетона: гидратация CaO, MgO до их гидроксидов, образование гидросульфоалюминатоа кальция при взаимодействии алюминатов кальция и гипса и т.д. Чаще используются составы расширяющихся цементов, увеличение объёма которых обусловлено образованием гидросульфоалюмината кальция. При этом регулируют процесс его возникновения таким образом, чтобы образование гидросульфоалюмината кальция и расширение происходило в еще достаточно пластичном тесте в начальный период твердения. В противном случае кристаллизация сульфоалюмината в затвердевшем камне вызывает появление трещин, ослабление структуры камня, а иногда и полное его разрушение.

Промышленное применение получили водонепроницаемый расширяющийся цемент, расширяющийся портландцемент и напрягающий цемент.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент - это быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое путём тщательного смешения глиноземистого цемента (70%) и расширяющейся добавки, состоящей из полуводного гипса (20%) и высокоосновного гидроалюмината кальция 100%. Перемешивают вяжущее в шаровой мельнице в течение 20-30 мин. Высокоосновные гидроалюминаты кальция получают смешением и последующей гидратацией глиноземистого цемента и извести. Водонепроницаемый расширяющийся цемент начинает схватываться не ранее 4 мин заканчивает - не позднее 10 мин после затворения. Схватывание можно замедлить введением добавок буры или сульфидно-дрожжевой бражки (СДБ). Через сутки образцы должны быть водонепроницаемыми при давлении воды 0,6 МПа. Образцы такого вяжущего через 12 ч твердения должны иметь предел прочности при сжатии не менее 7,5 МПа, через 3 сут. - не менее 30 МПа и через 28 сут. - не менее 50 МПа. Относительное линейное расширение этого цемента при погружении в воду образцов цементного теста в возрасте 1 суток должно быть в пределах 0,2-1%. Камень прекращает расширяться через 1-2 суток, что объясняется интенсивной гидратацией быстротвердеющего глиноземистого цемента.

Применяют такой цемент для заделки швов, гидроизоляции труб, тоннелей, шахт, заделки трещин в железобетонных сооружениях. Однако ощущается дефицит этого вяжущего, обусловленный высокой стоимостью его производства.

Расширяющийся портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким совместным измельчением 58-65% портландцементного клинкера, 5-7% высокоглиноземистого шлака, 7-10% двуводного гипса и 23-28% гранулированного доменного шлака активной минеральной добавки. Используемый портландцементны клинкер должен быть высококачественным и содержать не менее С₃S для достижения высокой прочности и создания высокощелочной среды.

Назначение активной минеральной добавки сводится к поглощению ею выделяющегося при гидратации алитагидроксида кальция. Кроме того, активные минеральные добавки способствуют повышению скорости растворения алюминатов кальция в жидкой фазе и, соответственно, повышают скорость образования гидросульфоалюмината кальция.

Расширяющийся портландцемент выпускают трёх марок: 400, 500 и 600. Начало схватывания должно наступать не ранее 30 мин, а конец - не позднее 12 ч после затворения. Линейное расширение образцов цементного теста нормальной густоты через 1 сутки должно быть не менее 0,15%, а через 28 суток - не менее 0,2% и не более 2%.

Расширяющийся портландцемент предназначен для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов, для заделки швов, изготовления железобетонных деталей и конструкций.

Напрягающий цемент представляет собой быстросхватывающееся и быстротвердеюшее вяжущее вещество, получаемое путём тонкого измельчения смеси, состоящей из 65-70% портландцемента, 16-20% высокоглнноземистого шлака и 14-16% гипса.

Относительное линейное расширение такого вяжущего составляет 3-4%. Процесс расширения интенсифицируется при пропаривании изделий в интервале температур 60-100°С в течение 5-6 ч.

Начало схватывания напрягающего цемента наблюдается через 2-8

через 6-15 мин после затворения. Прочность образцов,

вердеющих в воде, в возрасте 1 суток достигает 20-30 МПа. При дальней

-суточной выдержке в воде при комнатной температуре прочность

образцов из напрягающего цемента достигает не менее 85 МПа. Затвердевшие образцы обладают полной водонепроницаемостью давлении воды до 2,1 МПа.

В процессе расширения напрягающий цемент сообщает арматуре независимо от её расположения в конструкции предварительное натяжение. Этим пользуются для получения предварительно напряженных бетонных конструкций без применения механических или термических способов натяжения. Напрягающий цемент успешно применяют для| изготовления напорных железобетонных труб, резервуаров для воды, оболочек покрытий, при строительстве спортивных сооружений (трибун, покрытий ледовых стадионов, плавательных бассейне»), для строительства дорог и аэродромов.

В последнее время разрабатываются составы цементов на основе портландцементного клинкера, содержащего наряду с C₃S, C2S C4AF также расширяющийся компонент - ЗСаО3AL2O3-СаSo4 Целесообразно получать специально расширяющую добавку в виде клинкера с повышенным содержанием в ней ЗСаОЗА1₂ОзСаS0₄. При этом можно получать аналогичное вяжущее при совместном помоле этого клинкера с обычным портландцементным клинкером и гипсом.