Технологическая часть

Интенсивность твердения смеси вяжущего вещества с водой и достигаемая при этом прочность системы в начальный и последующие периоды времени зависит от многих факторов – свойств исходных материалов, содержания их в смеси, добавок и температуро-влажностных условий протекания физических и физико-химических процессов и др.

Следует отметить, что еще 15–20 лет назад при изучении проблемы твердения вяжущих веществ главное влияние уделялось химическим и физико-химическим процессам и, в частности механизмам взаимодействия с водой. При этом недостаточно учитывалось их влияние на микроструктуру гидратных новообразований и всей системы в целом, которая, в свою очередь, предопределяет физико-механические свойства (прочность, деформативность и др.), а также долговечность последней. Недооценивался и ряд явлений чистофизического характера, важных для синтеза прочности и регулирования деформативности структур.

Можно полагать, что постепенно будет разработана общая теория твердения вяжущих веществ, комплексно учитывающая влияние протекающих при этом физических и физико-химических процессов на все основные свойства затвердевших систем и обеспечивающая прогнозирование их в оптимальных показателях на основе учета свойств исходных материалов и направленного регулирования процессов твердения.

Существующие в настоящее время теории твердения вяжущих веществ (А. Ле Шателье, В. Михаэлеса, А. Байкова и др.) развивают преимущественно физико-химические представления о механизме образования гидратных соединений и твердения смесей вяжущих веществ с водой при их взаимодействии друг с другом.

А. Ле Шателье предложил кристаллизационную теория твердения (1887 год), по которой вяжущее вещество, смешанное с водой, вначале растворяется и далее взаимодействует с ней, образуя гидратное соединение. Будучи менее растворимыми в воде, чем исходное вещество, они образуют пересыщенный раствор, из которого и выпадают виде тонкодисперсных частичек – кристаллов. Последнее срастаясь и переплетаясь друг с другом вызывают схватывание и твердение всей системы. Известно, что А. Ле Шателье разработал свою теорию с учетом преимущественно тех процессов, которые наблюдаются при твердении полуводного гипса.

По коллоидной теории твердения портландцемента, предложенной В. Михаелэсом в 1893 году; при смешивании цемента с водой вначале образуются пересыщенные растворы гидроксида кальция и гидроаллюминатов кальция. Они выделяются из раствора виде осадков кристаллической структуры В. Михаэлес считал, что эти осадки активного участия в гидравлическом твердении не принимают. За его основу он принимал гелевидную массу, возникающую во время образования гидросиликатов кальция непосредственно на поверхности частичек исходного цемента. Из этой массы, по мнению В. Михаэлеса, более глубоко расположенные слои цементных зерен отсасывают воду, причем масса уплотняется и обеспечивает твердение системы.

Развитию коллоидной теории твердения в большой мере способствовал Г. Кюль. Как уже отмечалось А.А. Байков в 1923 году выдвинул теорию твердения вяжущих веществ, в большей мере обобщающую взгляды А. Ле Шателье и В. Михаэлеса. Напомним, что, по А.А. Байкову, вяжущее в первый период растворяется в воде до образования насыщенного раствора. Второй период характеризуется прямым присоединением воды к твердой фазе вяжущего и возникновением гидратных соединений высокой коллоидной дисперсности без промежуточного растворения исходного материала. Одновременно происходит схватывание массы. В третий период идут процессы перекристаллизации частичек новообразований коллоидных размеров в более крупные, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

По современным данным, взаимодействие воды с частичками портландцемента начинается с абсорбции ее молекул на поверхности клинкерных фаз, сопровождаемой в последующим хемосорбционными процессами, обусловливающими возникновение первичных гидратных новообразований различного состава как на поверхности зерен, так и в пространство между ними.

С учетом современных данных автор следующим образом классифицирует основные факторы, обусловливающие прочностные и деформативные свойства, а также долговечность затвердевших смесей вяжущих веществ с водой.

1. Свойства и содержание (концентрация) по массе и абсолютному объему вяжущего вещества в единице объема исходной слитной смеси его с водой, обуславливающие начальную пористость системы.

2. Содержание (концентрация) по массе и абсолютному объему негидратированной части вяжущего и гидратных новообразований в объеме твердеющей системы, зависящее от степени гидратации вяжущего и обусловливающее характер и объем его пор.

3. Свойства частичек гидратных новообразований, предопределяющие микроструктуру затвердевшей системы (степень конденсации кремний-кислородных анионов, дисперсность и конфигурация, отражаемые удельной поверхностью, адгезионные и когезионные свойства, прочность частичек и др.).

4. Удельная теплота, скорость гидратации и тепловыделение вяжущих веществ.

5. Температура твердеющей смеси вяжущего с водой и заполнителями.

6. Характер среды (водной или парогазовой), в которой протекает твердение (в частности, наличие в ней агрессивных веществ).

7. Наличие в твердеющей смеси различных добавок (регуляторов скорости твердения, пластифицирующих, гидрофобизирующих и др.).

Тепловлажностная обработка портландцемента при повышенных температурах (80–200^оС) вызывает не только ускорение процессов его твердения, но и большие изменения в химическом составе и структуре новообразований. При повышенных температурах клинкерные минералы образуют гидратные соединения с пониженным количеством молекул воды, например возникающие при обычной температуре гидросиликаты кальция с 2,5–4 молекулами воды, переходят в соединение с 1–0,5 молекулами, гидроаллюминаты кальция, содержание 19 и 12 молекул воды, переходят в соединение с 6 молекулами и меньше.

Уменьшение содержания воды в гидратах сопровождается одновременно увеличением их истинной плотности. Тепловлажностная обработка способствует увеличению размеров частичек новообразований и тем в большей степени, чем выше температура и длительнее ее воздействие на твердеющий цемент. Все это снижает прочностные характеристики и повышает пористость цементного камня при одинаковой степени гидратации исходного вяжущего.

На результате проведенных опытов подтверждается, что прочность, пористость и ряд других свойств цементного камня определяется не только степенью гидратации и, следовательно, количеством новообразований, но и их качественными характеристиками, в частности, степенью дисперсности частичек гидратных соединений.

Тепловлажностная обработка цемента при твердении тем слабее отражается на прочности, пористости и некоторых других свойствах, чем раньше она проведена после затворения вяжущего водой при прочих разных условиях.

Таким образом, тепловлажностная обработка цементных бетонов, способствуя ускорению твердения, может приводить к некоторому недоиспользованию потенциальных возможностей цементов, полнее проявляющихся при обычном твердении. Лишь автоклавная обработка, при которой в реакции твердения вовлекаются и тонкодисперсные, «инертные» заполнители или специально вводимые, в частности кремнеземистые добавки, способна компенсировать отрицательное влияние огрубления структуры новообразований и обеспечить получение бетонов высокой прочности.

Л.Г. Шпынова и В.И. Синенькая изучили механизм начального образования гидратов в виде отдельных бугорков роста на зернах B-С₂S и портландцемента при автоклавной обработки в течении 8–72 ч. Из бугорков начинают расти волокнистые, игольчатые, пластинчатые кристаллы, со временем образующие отдельные блоки, имеющие асбестоподобную структуру. Авторы еще раз подтвердили результаты более ранних исследований: для получения цементного камня с повышенной прочностью необходимо создание при автоклавной обработке тонкодисперсной микроструктуры новообразований, чему, в частности, способствует добавка к цементу молотого песка, золы и т.п.

Старение гелий, обусловливаемое увеличением размера их частичек, в большей мере отражается не только на прочности, но и на других строительных свойствах цементного камня и, следовательно, бетона. В частности, параллельно «огрублению» гелей идет непрерывное уменьшение показателей усадочных деформаций системы при изменениях ее влажности, а также деформацией ползучести. Так, обработка бетона в автоклаве, сопровождаясь уменьшением удельной поверхности новообразований, уменьшает усадочные деформации примерно в два раза.

Старение гелий сопровождается повышением упругих свойств цементного камня и уменьшением способности к необратимых деформациям. Затухание деформаций ползучести бетонов с течением времени следует объяснить не только увеличением их прочности, но и старением гелей с одновременным уменьшением сорбционной способности. Следовательно, степень и характер упруговязкопластических деформаций бетонов определяются не только количественным соотношением гелевидных и кристаллических фаз цементного камня (видимый и оптический микроскоп, но и меняющийся во времени структурой гелей.

Таким образом, физические, прочностные, деформативные и другие свойства затвердевших цементов и бетонов предопределяются не только степенью гидратации вяжущего. Они зависят также от состава и тонкой структуры гелевидной части новообразований, обусловленных видом вяжущего, условиями и длительностью твердения.

В качестве исходного сырья для производства изделий используют вяжущее – портландцемент марки 500 по ГОСТ 10178–82, песок строительный кварцевый крупной фракциями 3–5 миллиметров по ГОСТ 8736–85, гравийный щебень мелкий фракциями 5–20 миллиметров по ГОСТ 10260–82. Воду для технологических целей используют питьевую, поступающую с Мосводоканала, вода соответствует ГОСТ 2874–82. Вода поступает на завод с городской магистральной сети. В качестве рабочей арматуры используется напрягаемая АтV по ГОСТ 10884, ненапрягаемая А-1, А-111 по ГОСТ 5781–82 и Вр-1 по ГОСТ 6727.

Вяжущее для производства изделий должно соответствовать требованиям ГОСТ 10178–85: клинкер по химическому составу соответствующий технологическому регламенту: массовая доля оксида магния (MgO) в клинкере не должна быть более 5%, содержание активных минеральных добавок для БТЦ – 500 не допускается свыше 20% (доменных гранулированных и электротермофосфорных до 20% включительно, осадочного происхождения до 10% и прочих активных, включая глиеж до 20% включительно).

Допускается замена части минеральных добавок во всех типах цемента добавками, ускоряющими твердение или повышающими прочность цемента и не ухудшающими его строительно-технические свойства (кренты, сульфоалюминатные и сульфоферритные продукты, обожженные алуниты, а каолины). Суммарная массовая доля этих добавок не должна быть более массы цемента.

Предел прочности цемента при изгибе и сжатии должен быть не менее 5,1 МПа и 50,0 МПа в возрасте 28 суток соответственно.

ОТК должен определять активность при пропаривании каждой партии цемента.

Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 минут, а конец – не позднее 10 часов от начала затворения. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сито с сеткой №008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы. Массовая доля должна соответствовать 1,5–4,0% по массе.

Изготовитель должен испытывать цемент на наличие признаков ложного схватывания равномерно по мере отгрузки, но не менее чем 20% отгруженных партий.

Мелкий заполнитель – песок должен соответствовать следующим требованиям ГОСТ 8736–85

Строительный песок – неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчаногравийных месторождений без использования или с использованием специального обогатительного оборудования. По технологическим требованиям песок фракциями 3–5 мм имеет модуль крупности Мк =2,5–3,0, полный остаток на сите 063 45–64%, содержит зерен крупности 10 мм не более 0,5%, 5 мм 20% и менее 0,15 мм 10%.

Содержание в песке пылевидных и глинистых частиц не должно превышать 2% от массы и глины в комках 0,25% от массы. Допускается поставка смеси природного песка и песка из отсевов дробления содержании последнего не менее 20% по массе, при этом количество смеси должно удовлетворять требованиям настоящего стандарта к качеству песков из отсевов дробления.

Предприятие – изготовитель должно сообщать потребителю следующие характеристики, установленные геологической разведкой:

Ø минерало-петрографический состав с указанием пород и минералов,

относимых к вредным компонентам и примесям;

Ø пустотность;

Ø содержание органических примесей;

Ø истинную плотность зерен песка;

Песку должна быть дана радиационно-гигиеническая оценка, по результатам которой устанавливают область его применения. Песок в зависимости от значений удельной эффективной активности естественных радионуклидов А_эфф применяют:

При А_эфф до 370 Бк/кг для вновь строящихся жилых и общественных зданиях_.

Песок не должен содержать посторонних засоряющих примесей.

Допустимое содержание пород и минералов, относимых к вредным компонентам и примесям, в песке, используемом в качестве заполнителя для бетонов и растворов, не должно превышать следующих значений:

Ø аморфные разновидности диоксида кремния, растворимого

в щелочах (халцедон, опал, кремень и др.) – не более 50 ммоль/л;

Ø сера, сульфиды, кроме пирата (марказит, пирротин и др.) и

Ø сульфаты (гипс, ангидрит и др.) в пересчете с SO₃ не более 1,0%,

пирит в пересчете SO₃ – не более 4% по массе;

Ø слюда – не более 4% по массе

Ø галоидные соединения (галит, сильвин и др.), включающие в себя

Ø водорастворимые хлориды, в пересчете на ион хлора – не более 0,15% по массе;

Ø уголь – не более 1% по массе;

Ø органические примеси (гумусовые кислоты) – не менее количества,

придающего раствору гидроксида натрия (колориметрическая проба по ГОСТ 8267) окраску, соответствующую цвету эталона или темнее этого цвета.

Использование песка, не отвечающего этому требованию, допускается только после положения положительных результатов испытаний песка в бетоне или растворе на характеристики долговечности.

Допустимое содержание цеолита, графита, горючих сланцев устанавливают на основе исследований влияния песка на долговечность бетона или раствора.

Крупный заполнитель – гравийный щебень должен соответствовать ГОСТ 10262–82

Содержание дробленых зерен в щебне из гравия и форма зерен.

Щебень из гравия должен содержать дробленые зерна в количестве не менее 80% по массе. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем выпуск щебня из гравия с содержанием дробленых зерен не менее 60%. Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы 15–25% включительно. Щебень из гравия имеет марку по дробимости 800 с потерей массы при испытании от 10 до 14%. Марка по истираемости используемого щебня И2 с потерей массы при испытании 25–35%. Содержание зерен слабых пород для гравийного щебня марки по дробимости 800 с потерей щебня марки по дробимости 800 – 10% по массе. Марка гравийного щебня по морозостойкости F100. Щебень из гравия марки 800 содержит примесей глинистых и пылевидных частиц не более 1% и глины в комках не более 0,25% от массы. При производстве щебня и гравия должна проводиться их радиационно-гигиеническая оценка, по результатам которой устанавливают область применения. Щебень и гравий в зависимости от значений суммарной удельной, эффективной активности естественных радионуклидов А_эфф применяют: при А_эфф до 370 Бк/кг – во вновь строящихся жилых и общественных зданиях.

Щебень и гравий не должны содержать посторонних засоряющих примесей. Щебень и гравий применяют в бетоне без ограничений, если содержание пород и минералов, относимых к вредным компонентам не более.

50 моль/л аморфных разновидностей диоксида кремния, растворимых в щелочах;

1,5% по массе сульфатов (гипс, ангидрит) и сульфидов, кроме пирита (марказит, пирротин, гипс, ангидрит и др.), и пересчете на SO_3;

4% по массе пирита;

15% по объему слоистых силикатов, если слюды, гидрослюды, хлориты и другие являются породообразующими минералами;

0,1% по массе галоидных соединений (галит, сильвин и др., включая водорастворимые хлориды) в пересчете на ион хлора;

0,25% по массе свободных волокон асбеста;

1,0% по массе угля и древесных остатков;

10% по объему каждого из перечисленных породообразующих минералов (магнетита, гетита, гематита и др., апатита, нефелина, фосфорита) или их суммы в количестве не более 15%.

Стержневую горячекатаную гладкую арматуру класса А-I, которую изготавливают из марок стали: Ст3пс3, Ст3сп3, Ст3кп3, ВСт3сп2, ВСт3пс2, ВСткп2, вСт3Гпс2. Диаметром от 6–40 мм.

Стержневую горячекатаную арматуру периодического профиля класса А – III, которую изготавливают из марок стали: 35ГС, 25Г2С. Диаметром 6–40 мм.

Стержневую термически упрочненную арматуру классов Ат-IV, Ат-V, Ат-VI периодического профиля, которую изготавливают из марок: 23Х2Г2Т. Диаметров 10–25 мм.

Обыкновенную арматурную проволоку периодического профиля класса Вр – I, которую изготавливают из марок: 23Х2Г2Т. Диаметром от 3–5 мм.

Пластифицирующая – водоредуцирующая добавка для бетонной смеси «Суперпластификатор С-3».

По своим потребительским свойствам и технической эффективности «Суперпластификатор С-3» соответствует требованиям ГОСТ 24211 к суперпластифицирущим добавкам. А именно: Увеличение подвижности бетонной смеси от П1 (О.К. 2+4 см) при снижении прочности бетона во все сроки твердения не более чем на 5%. Критерий эффективности: от П1 до П5. Возможные дополнительные эффекты действия добавок при пластификации: замедление схватывания смесей и твердение бетонов; повышение деформаций усадки и ползучести; при водоредуцировании: повышение прочности, снижение проницаемости; снижение деформаций усадки и ползучести бетона.

По физико-химическим и технологическим показателям.

«Суперпластификатор С-3» соответствует следующим требованиям:

1. Внешний вид – порошок светло-коричневого цвета. (Жидкость темно-коричневого цвета. Допускается осадок).

2. Массовая доля активного вещества в пересчете на сухой продукт – не менее 69%;

3. Массовая доля воды: – 10%; (для жидкости – 68%).

4. Массовая доля золы в пересчете на сухой продукт – не более 38%;

5. Показатель активности водородных ионов (рН) водного раствора суперпластификатора с массовой долей 2,5–9%.

6. Массовая доля ионов хлора – 0,1%;

7. Повышение марки бетонной смеси по удобоукладываемости без снижения прочности во все сроки твердения или при снижении прочности не более 5% при введении суперпластификатора С-3 в бетонную смесь в количестве 0,6% от массы цемента – от П1 до П5.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в сырье и

материалах, применяемых при изготовлении суперпластификатора С-3 не должна превышать 370 Бк/кг.

Суперпластификатр С-3 – вещество горючее, температура тления – 326^оС.

Температура самовоспламенения аэровзвеси – 615^оС. Нижний концентрационный предел распространения пламени отсутствует до 260 г./м³ (по диспергатору НФ).

Средства пожаротушения: тонкораспыленная вода, воздухомеханическая пена на основе ПО-1Д. Сампо. ПО-6К, ПО-ЗАИ.

Суперпластификатор С-3 вещество умеренно опасное. 3-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны 2 мг/м³ (диспенгатор НФ), в атмосфере населенных пунктов – 0,02 мг/м³.

При длительном поступлении в организм в условиях превышения ПДК суперпластификатор С-3 действует на центральную нервную систему, кровь, печень. Оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки и незащищенную кожу.

Суперпластификатор С-3 представляет собой смесь полиметиленнафталинсульфонатов натрия (ПНС) общей формулы сульфата натрия и технических лингосульфанатов. Поступление их в воздух рабочей зоны не происходит в связи с низкой летучестью.

По своим потребительским свойствам и технической эффективности ПАЩ соответствует требованиям ГОСТ 24211 к воздухововлекающим добавкам. А именно:

Обеспечение увеличения объема воздуха в тяжелых бетонах. Критерий эффективности: на 1,5+5%; Возможные дополнительные эффекты действия добавок: повышение подвижности; снижение растворо- и водоотделения смесей; повышение морозостойкости; снижение прочности; изменение водопоглощения и водонепроницаемости, снижение плотности бетонов.

По физико-химическим показателям ПАЩ соответствует следующим требованиям:

1. Внешний вид – порошок коричневого цвета (Жидкость от коричневого до

темно-коричневого цвета, непрозрачная, без механических примесей.)

2. Массовая доля сухого вещества – 25–45%;

3. Массовая доля натриевых доля натриевых солей органических кислот (в пересчете на адипинат натрия) – 16–30%.

4. Массовая доля циклогексанола – 0,8%;

5. Массовая доля циклогексанона – 0,2%;

6. Массовая доля смолы – 10%

7. Плотность при 20^оС – 1,1-1,2 г/см.

8. Суммарная массовая доля капролактама и натриевой соли – аминокапроновой кислоты – не нормируется.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в сырье и материалах, применяемых при изготовлении добавки не должно превышать 370 Бк/кг.

ПАЩ – негорючий порошок (жидкость) со слабым эфирным запахом, имеющий щелочную реакцию. При хранении и использовании ПАЩ не образует взрывоопасных концентраций.

ПАЩ представляет собой смесь веществ 3 и 4 класса опасности (ГОСТ 12.1.007). По степени воздействия на организм ПАЩ относится к малотоксичным веществам.

В составе композиции отсутствуют тяжелые металлы и канцерогенные вещества.

Рабочий раствор (рН 10–13) обладает раздражающим действием на кожные покровы.

Контроль содержания ПАЩ в воздухе рабочей зоны следует проводить по наиболее опасным веществам, входящим в его состав – циклогексанолу и циклогексонону, относящимся к 3 классу опасности.

В цехах, где производятся работы с ПАЩ, должна быть общеобменная приточно-вытяжная вентиляция.

В связи с очень малыми концентрациями летучих компонентов ПАЩ в воздухе рабочей зоны (не более 72% от ПДК) дополнительной очистки воздуха, выбрасываемого в атмосферу, не требуется.

При использовании ПАЩ в качестве добавки при производстве строительных материалов и конструкций сточные воды не образуются.

Комплексная смазка на основе эмульсола.

Состав материалов по массе:

Эмульсол ЭКС-АТ – 20%

Вода техническая – 80%

Сода техническая – 0,4%

Приготовление смазки:

1. Дозируются исходные материалы;

2. Готовиться раствор соды (вода берется от общего количества);

3. Отдозированные материалы и раствор соды выливаются в бак установки типа РПА (700 л).

4. Включается насос для перемешивания материалов;

5. Смесь перемащивается в течении 3 минут;

6. Смазка готова к применению

В процессе использования смазку необходимо постоянно перемешивать, для этого включается вентилятор воздуха.

Эмульсол ЭКС-АТ представляет собой сбалансированную смесь нефтяных масел и эмульгаторов.

По физико-химическим показателям эмульсол соответствует следующим требований:

1. Внешний вид – жидкость от светло до темно-коричневого цвета.

2. Кислотное число, мг КОН на 1г. продукта, в пределах – 5–10.

3. Стабильность эмульсии: в течении 3х часов выделяется масла, не более – 0,8%.

4. Массовая доля воды – 2,0%.

По степени воздействия на организм человека эмульсол ЭКС-АТ относится к 4 классу опасности (вещества малоопасные) по ГОСТ 12.1.007–76.

Эмульсол не обладает сенсибилизирующими свойствами, не оказывает кожно-резорбтивного и местно-раздражающего действия.

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны аэрозоля масляной основы Эмульсола – 5 мг/м³ (ГОСТ 12.1.005–88).

Эмульсол ЭКС-АТ – горючая жидкость. Температура вспышки в закрытом тигле 170^оС, температура вспышки в открытом тигле 190^оС, температура воспламенения – 208^оС, температура самовоспламенения 290^оС, температурные пределы воспламенения нижний 170^оС, верхний -215^оС.

При возникновении пожара тушить тонкораспыленной водой.

Запрещается пользоваться открытым огнем в помещениях, где производятся работы с Эмульсолом.

При попадании Эмульсола на кожу необходимо удалить его ветошью, а затем промыть водой с мылом. В случаи попадания продукта на слизистые глаз необходимо промыть глаза обильным количеством воды и закапать раствором альбуцина.

Производственные помещения, в которых производятся работы с эмульсолом, оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией и отопление по СНиП 2.04.05–86, водопроводной системой и канализацией по СНиП 2.04.01–85, искусственным освещением по СНиП 11–4–79. Оборудование должно быть заземлено от статического электричества по ГОСТ 12.1.018–86.

Расход комплексной смазки: 200 г/м².