Сульфоалюминатные цементы
При бетонировании монолитных конструкций бесалит был с успехом применен для зачеканивания отверстий в перекрытиях жилых зданий с использованием сухих товарных смесей и приготовлением раствора на месте укладки. Наибольшего эффекта при его использовании следует ожидать по аналогии с другими СБТЦ при проведении экстренных ремонтных работ в покрытиях зданий, дорог, аэродромов и специальных сооружений, особенно при пониженных температурахг В условиях полигонного производства представляет интерес использование бесалита для изготовления изделий по гелиотехнологии, которое сделает ненужным уход за бетоном после распалубки.
Среди композиций на основе сульфоалюминатных клинкеров, содержащих от 8 до 50 % четырехкальциевого сульфоалюмината C4A3и преднаэначенных преимущественно для безусадочных и расширяющихся бетонов, выделяется типичный СБТЦ-бесалит, разработанный НИИЦементом и получаемый совместным измельчением сульфоалюминатно-белитового клинкера и сульфата кальция до дисперсности 4000-5000 см /г. Клинкер синтезируется при температурах 1150-1250 °С и отличается легкой размалываемостью. По мнению специалистов НИИЦемента, для получения бесалита не требуется особого сырья, а в качестве глиноземистого компонента, который должен содержать ³ 20 % А12О3 могут быть использованы золы ряда ТЭС; это свидетельствует о наличии достаточно широкой сырьевой базы для данного вяжущего.
Важнейшими фазами бесалита являются сульфоалюминат кальция C4A3и белит. В качестве оптимального рекомендуется содержание 26-28 % C4A3, 55-60 % белита, а также 9-10 % Са SO4. Интенсивная гидратация C4A3 (степень гидратации 49-58 %, а в присутствии гипса - 33-42 % через 2 ч) и связывание свободной воды обеспечивают быстрое уплотнение структуры, короткие сроки схватывания и ускоренный рост прочности. Белитовая составляющая обусловливает длительное нарастание прочности и способствует релаксации напряжений при кристаллизации эттрингита; марочная прочность цемента в значительной степени определяется содержанием C4A3.
В соответствии с ТУ 21-20-42-80, разработанными НИИцемент, начало схватывания теста должно наступать не ранее 5 мин, а конец - не позднее 1 ч. Среди ряда известных вяжущих бесалит характеризуется весьма высоким темпом твердения (рисунок). НИИЦемент регламентирована прочность бесалита через 6 ч, составляющая 7, 10 и 15 МПа соответственно для марок 300,400 и 500; отдельные партии вяжущего могут соответствовать М 600.
По данным НИИЖБ подбор состава бетонов на бесалите осуществляется традиционным способом. Нормальная густота вяжущего является повышенной вследствие быстрого образования и значительного количества образующегося эттрингита и находится в пределах 29-37 %, за счет чего увеличение водопотребности смесей достигает 15-20 л/м . Сравнение сульфоалюминатного цемента с быстротвердеющим портландцементом, проведенное исследователями ГДР, отличий не выявило: В/Ц стандартного раствора оказалось даже пониженным до 0,45-0,48 в сравнении с 0,5 для портландцемента.
Определяющим при использовании бесалита являются короткие сроки схватывания. Быстрая потеря удобоукладываемости обусловливает необходимость строгого ограничения времени, в течение которого должна быть уложена и уплотнена смесь и которое при обычных температурах (порядка 20 °С) не должно превышать 15 мин. Вследствие этого необходимо максимальное приближение формовочного поста к смесительному отделению, что достигается, например, при использовании смесителей непрерывного действия и формовании на вибропрокатных станах. Целесообразно также использование высокоскоростных смесителей, обеспечивающих лучшее разжижение смеси, а также применение подвижных смесей, требующих менее продолжительного перемешивания и вибрирования.
Рис.1. Кинетика твердения различных вяжущих в нормальных условиях (испытания по ГОСТ 310-76) 1 - бесалит, 2 - фторсодержащий СБТЦ, 3 - цемент с крентом, 4 - шлакощелочное вяжущее на метасиликате натрия, 5 - быстротвердеющий портландцемент
Для практики наиболее приемлемым является обеспечение требуемой при укладке подвижности и увеличении сохраняемости смесей за счет введения добавок.
Как наиболее эффективные, отмечены добавки-замедлители схватывания - введение, например, 0,2-0,3 % цитрата натрия, замедляет схватывание сульфоалюминатного цемента с 5-10 мин (начало) и 10-28 мин (конец) соответственно до 15-25 и 25-33 мин. Менее эффективными оказались суперпластификаторы (Melment, Viskoment, Penta и др.), введенные в количестве до 3 %. В СССР рекомендовано использование модифицированных лигносульфонатов (ЛСТМ), но более перспективными следует считать комплексные добавки пластификатора и регулятора структуры (полиоксиэтилен, производные целлюлозы), которые позволяют использовать смеси с высокой начальной подвижностью без опасности их расслоения.
Специалистами США рекомендуются также добавки, включающие лимонную кислоту (0,1-2 % массы цемента) в сочетании с крахмалом (0,25-4 %) и сахарозой (0,25-4 %). С учетом замедляющего действия добавок на твердение бетона главная задача при подборе его состава заключается в определении минимального количества добавки, позволяющего при заданной технологии обеспечить укладку, уплотнение смеси и отделку поверхности изделий.
Прочность бетонов на бесалите существенно зависит от условий твердения. По данным НИИЖБ, пропаривание при температуре 80 °С даже по коротким режимам (3 ч) снижает прочность на 15-50 % и более по по сравнению с марочной прочностью, что связано с разрушением эттрингита при ТВО и последующим вторичным его образованием; рекомендуется прогрев при температурах не более 60 °С.
Оценку бесалита следует осуществлять с учетом данных ВНИИЖелезобетон о пониженном модуле упругости бетона естественного твердения на бесалите (на 30 %), большей ползучести (на 50 %) и меньшей усадки (на 60-70 %) по сравнению с равнопрочным пропаренным бетоном на портландцементе.
Исследованиями НИИЖБ выявлена пониженная водостойкость бесалита - скорость коррозии 1 вида, оцененная по растворению СаО цементного камня в дистиллированной воде, оказалась выше, чем у среднеалюминатного портландцемента; сульфатостойкость раствора состава 1:2,4 с В/Ц = 0,67 на бесалите была выше, чем на портландцементе. В целом долговечность бетонов на подобных вяжущих требует дополнительного изучения.
Область применения и технико-экономическая эффективность бесалита и бетонов на его основе. Опытно-промышленные партии бесалита, выпущенные на Подольском цементном заводе, отличались по свойствам, поэтому рекомендации по применению бетонов следует рассматривать как предварительные. Бесалит рекомендуется для производства без ТВО сборных железобетонных изделий, преимущественно с ненапрягаемой арматурой, в том числе внутренних и наружных стеновых панелей, блоков фундаментов, пустотного настила, поддонов санитарно-технических кабин. Хотя по темпу твердения предпочтение следует отдавать бетонам повышенной прочности, указания ВНИИЖелезобетон о применении бесалита в бетонах М 700-800 преждевременны, поскольку конструкции из них еще не получили распространения. Выбор номенклатуры должен осуществляться с учетом специфики поведения бесалита в мягких и сульфатных водах и учетом температурных условий эксплуатации в связи с возможным разрушением эттрингита при повышенных температурах.
Подтверждена возможность применения действующей технологии (агpeгатно-поточной и конвейерной) при изготовлении изделий на бесалите. Наилучшим образом к использованию подобных СБТЦ приспособлены вибропрокатные станы, обеспечивающие формование изделий за 10-20 мин с момента затворения смеси.
Перспективно применение подобных СБТЦ в изделиях из ячеистого бетона и арболита. В первом случае создаются условия для быстрой фиксации структуры смеси, благоприятствующей достижению пониженной плотности бетона и лучшему использованию газообразователя; во втором - благодаря быстрому твердению вяжущего уменьшается вредное влияние водорастворимых составляющих древесины на прочность арболита.