Эссе: Цемент с компенсированной усадкой

Одним из направлений развития и совершенствования бетона и железобетона является разработка новых подходов и их реализация в промышленности при получении вяжущих и бетонов нового поколения, обеспечивающих надежность и долговечность конструкций и сооружений, в частности ликвидацию усадки бетона.

Проблеме усадки и ее влиянию на свойства бетона посвящено много исследований в нашей стране и за рубежом, поскольку усадочные деформации в сочетании с низкой прочностью бетона на растяжение приводят к появлению трещин в железобетонных конструкциях, особенно в поверхностном слое, повышают их деформативность, снижают долговечность.

Одним из способов устранения отрицательных последствий усадки является применение в качестве вяжущего напрягающего цемента (НЦ), состоящего из портландцемента, алюмосодержащего компонента и гипса.

Напрягающий цемент, имеющий в своей основе портландцемент, обладает всеми его свойствами, но вместе с тем характеризуется рядом отличительных особенностей, а именно, расширением, нормированием величины самонапряжения, высокой водо- и газонепроницаемостью и экранирующей способностью против радионуклидов, сульфатостойкостью, прочностью на растяжение (осевое и при изгибе), быстрым набором прочности как в нормальных условиях при положительных и отрицательных температурах, так и при тепловлажностной обработке.

Бетоны на напрягающих цементах подразделяются на напрягающие (с расчетной величиной самонапряжения) и бетоны с компенсированной усадкой (требования по самонапряжению не предъявляются).

Для повышения эксплуатационных характеристик бетонов в настоящее время широко используются минеральные добавки, среди которых особое место занимают расширяющие, при введении которых в

портландцементе при твердении происходит увеличение линейных размеров. Введение таких добавок в бетон на портландцементе позволяет так же, как и при использовании НЦ, обеспечить высокую водонепроницаемость, трещиностойкость и долговечность конструкции. При этом новый бетон с использованием расширяющей добавки не только обладает всеми положительными свойствами бетона на портландцементе, но и нивелирует негативные его стороны: низкие показатели проницаемости, растяжения при изгибе, большие усадочные деформации.

В настоящее время в НИИЖБе разработано несколько видов расширяющих добавок , особенностью которых является возможность их производства как по обжиговой, так и по безобжиговой технологиям. В качестве сырья для получения таких добавок могут быть использованы природные материалы и промышленные отходы. Особый интерес представляет утилизация крупнотоннажных отходов, которая позволяет решать проблемы ресурсосбережения в строительстве, охраны окружающей среды и экологические задачи.

Добавки эти вводят или в мельницу при производстве цементов, или в бетоносмеситель непосредственно при приготовлении бетонной смеси.

Введение расширяющей добавки непосредственно в процессе приготовления бетонной смеси регулирует энергию расширения вяжущего, что позволяет получать бетоны для сборного и монолитного строительства как с компенсированной усадкой, так и напрягающие с различной энергией самонапряжения, обеспечивая при этом высокое качество изделий.

Анализ зарубежной и российской информации позволяет условно подразделить расширяющие добавки на следующие группы:

1 — алюминатно-сульфатные;

2 — алюминатно-оксидные;

3 — оксидные.

Расширение цементов, содержащих алюминатно-сульфатные добавки, происходит в результате взаимодействия алюмо- и сульфосодержащих фаз с образованием эттрингита (3CaO•Al2O3•3CaSO4•31Н2О).

В добавках второй группы наряду с компонентами, несущими оксиды алюминатов и сульфатов, обязательно присутствие свободного оксида кальция, т.е. расширение цементов с расширяющей добавкой этой группы происходит как из-за образования эттрингита, так и в результате гидратации СаОсв.

В цементах с добавками третьей группы расширение происходит в результате гидратации оксидов кальция, магния и др. (СаО, MgOсв).

Введение расширяющих добавок в бетонную смесь на портландцементе вызывает расширение цементного камня, увеличение объема твердой фазы, образующейся при гидратации цемента. При ограничении деформаций расширения развивается самонапряжение, т.е. усилие, отнесенное к единице площади поперечного сечения. Изучение процесса гидратации цементов на расширяющих добавках и бетонов на их основе показало, что скорость образования продуктов гидратации, вызывающих расширение в системе и рост прочности, во многом зависит от вида, активности и количества расширяющей добавки. Таким образом, свойства бетона можно регулировать путем изменения количества последней.