Свежесть цемента, выраженная показателем потерь при прокаливании
Качество поверхности зерен цемента, выпущенного из помольных агрегатов, в зависимости от относительной влажности воздуха, всегда отличается от качества поверхности только что образовавшихся частиц. При применении цемента в строительстве это надо учитывать. Как известно, степень корродирования поверхности парами воздуха и газами, составляющими воздух и вступающими в реакцию с минералами цемента (например, с СО2 воздуха), или степень ее «неповрежденное — свежести» определяется путем прокаливания проб цемента. Значение показателя потерь при прокаливании (п. п. п.) цемента или его свежести имеет важное значение для любых строительно-технических свойств бетона, изготовленного на цементе, подвергавшемся «атмосферной» коррозии.
К сожалению, указанное обстоятельство очень часто не учитывают, что ведет не только к снижению строительных свойств смесей и технических свойств бетонов на цементах с корродированной поверхностью зерен, но и к значительному перерасходу цемента. Из опытов видно, что цемент теряет свою активность по мере увеличения сроков хранения на складах. Относительная влажность воздуха в данном случае имеет решающее значение — хранение цемента около бассейнов рек, озер, морей, так же как и в дождливый период, приводит к росту показателя п.п.п. С течением времени этот показатель растет, следовательно, систематически снижается и реакционная способность цемента.
Показатель п. п. п. показывает суммарное количество влаги и С02, вступивших в реакцию с зернами цемента. При этом числовое увеличение показателя п. п. п. отражает локальный характер углубления гидратирующихся слоев на зернах цемента именно по активным, а не всем минералам цемента. Особое значение для слеживания цемента имеет его дисперсность, что можно проследить на цементах любого минералогического состава.
Так, для тонкости помола, выраженной через условную удельную поверхность s = 2450 и 2600 см2/г, исходные цементы после приготовления в лабораторной мельнице в условиях дождливой осени в неотапливаемом помещении имели п.п.п.=2,53—3,6%, а для топкости помола s = 4040 и 4300 см2/г соответственно 2,34 и 3,73%. Через 1 год вылеживания эти же цементы при исходной тонкости помола s = 2450 см2/г имеют п.п.п. = 3,86%, а при тонкости помола s = 2600 см2/г п. п. п. = 4,94%. Различие в измерениях п.п.п. здесь также связано и с минералогическим составом цементов. Из опытов по определению скорости гидратации цемента при разных водоцементных отношениях следует, что эта скорость практически не зависит от количества воды, но прямым образом связана с минералогическим и гранулометрическим составами цемента. Эти опыты проводились на цементах разного состава.
Необходимо иметь в виду, что, несмотря на сушку цемента чистым спиртом после водной сепарации, химический процесс присоединения воды к цементу все же имеет место, что установлено в опытах в химической лаборатории на кафедре дорожно-строитель-ных материалов в МАДИ. По этой причине, а также из-за неоднородности в гранулометрии анализируемых проб, взятых в виде навесок цементного теста из сосуда, в котором производится сепарация цемента, показатели условной удельной поверхности в ряде проб не стабильны. Анализ данных показывает следующее:
1. Портландцемент Белгородского завода с условной удельной поверхностью, несколько меньшей, чем портландцемент Криворожского завода, имеющий большую поверхность зерен, гидратируется за первые сутки быстрее, что важно для условий формирования структуры цементного Камня при тепловлажностной обработке бетона и назначении сроков ухода за твердеющим бетоном (у исходного цемента Белгородского завода п. п. п. = 0,93, у исходного цемента Криворожского завода п. п. п.=2,44).
2. Глубина гидратации мелких фракций цемента одно- и двухразовой сепарации даже к 90 сут. твердения в условиях, оптимальных по влажности воздуха, значительно выше глубины гидратации портландцемента заводского помола и тем более крупных фракций того же цемента (для мелких фракций одноразовой сепарации п.п.п. = 21,2%, мелких фракций одноразовой сепарации п.п.п.= = 21,2%, мелких фракций двухразовой сепарации п.п.п. = 23,14%, исходного портландцемента заводского помола п. п. п. = 16,87%), Приведенные показатели подтверждают ранее сказанное о различии в слеживании цементов, отличающихся тонкостью помола, а также о резком различии в сроках твердения бетонов (растворов) при производстве работ.
3. Различие в скорости гидратации цементов с неодинаковым зерновым составом имеет непосредственное отношение к таким важным техническим свойствам бетонной смеси и бетона, как сроки ее схватывания, кинетика экзотермического процесса, ползучесть и т. д. Появляется возможность на крупных фракциях цемента укладывать каждый очередной слой в массивной кладке значительно более медленно (с большими сроками перекрытия новым слоем смеси), что позволяет проектировать бетоносмесительные узлы с меньшей максимальной часовой производительностью и резко-снижать тепловыделение в массивном бетоне.
4. При совместном рассмотрении роста показателя п. п. п. и снижения В/Ц цементного теста и бетонной (растворной) смеси следует сделать вывод о значении для качества формирующегося цементного камня недопущения испарения воды из цементного теста. Действительно, уход воды из теста связан с прекращением в этих местах дальнейшего твердения цемента, в частности, в силу их карбонизации углекислотой воздуха и снижения технических свойств бетона (раствора), изготовленного на таком цементном тесте, в котором увеличивается количество крупных пор. Так, цемент с s = 2600 см2/г в лабораторном помещении с меняющейся относительной влажностью воздуха в пределах от 50 до 80% за 6 мес. хранения имеет п. п. п., равное п. п. п. после 5—6 ч гидратации при затворения цемента водой, а за 1 год — примерно равное 18—20 ч гидратации, за 7 сут. — 4—5 годам хранения в мешках в неотапливаемом помещении.
Гидратация цемента парами воздуха в стандартных крафт-меш-ках имеет непрерывный, все возрастающий характер, что связано с длительностью действия этих паров и высокой адсорбционной способностью цемента. Опыты по изменению п. п. п. и прочности цементов позволяют сделать вывод, что каждый слой цемента в этом стандартном мешке в 50 кг, начиная со слоя с п. п. п. = 8,95% и ниже, является материалом с разными вяжущими свойствами. Домол резко улучшит свойства этих цементов, так как вскроет еще непроре-агировавшие с водой минералы цемента. Для полной гидратации цемента п. п. п. должны быть около 28%.
Однако любой домол, способствующий увеличению прочности цементов одной прочности, но принципиально различного химико-минералогического состава, не дает цементного камня одного качества, так как в одном из цементов часть минералов представлена размолотыми продуктами гидратации. Действительно, продукты гидратации минералов цемента — это технический камень, в котором прошли процессы твердения и сопутствующий им процесс контракции. В таком цементном камне имеется микронаполнитель, не участвующий в последующем твердении свежих, не гид-ратированных зерен цемента, что и создает иные структурные связи, и следовательно, технические свойства цементного камня вне зависимости от их прочности.
Следует отметить, что кинетика изменения п. п. п. во времени (в частности, от лежания цемента, процессов гидролиза и гидратации его в бетоне) служит косвенным показателем соотношения минералов C3S и C2S в силикатах кальция. Чем выше содержание минерала C2S, тем меньше изменяется во времени показатель п. п. п. Сказанное о снижении свойств цемента после его помола вызывает необходимость защиты поверхности цементных зерен ПАВ.
Вылеживание на открытом складе одиннадцати клинкеров перед их последующим мокрым измельчением вскрывает действительную причину различия в водопотребноети цементов, которая при прочих равных условиях определяется минералом С3А. Клинкеры различного химико-минералогического и петрографического составов с одиннадцати цементных заводов, пролежавшие один год на поверхности земли (на досках) в условиях климата Москвы (под дождем, снегом, при многократном высыхании зерен клинкера и последующем смачивании).
Следует отметить, что если на лежалых цементах резко снижается морозостойкость бетонов, то бетоны на цементах из размолотых лежалых клинкеров повышают строительно-технические свойства, что, по-видимому, в первом случае связано с гидратацией всех минералов, а во втором— с преимущественной гидратацией только глиноподобного по свойствам минерала СзА. 15 лет пребывания нескольких сортов клинкера в естественных условиях показали, что нормальная густота цемента резко снизилась, а свойства его повысились. В МАДИ на кафедре дорожно-строительных материалов при определении экзотермического тепловыделения в адиабатическом калориметре в бетонных образцах объемом в 30 л определено значительное снижение тепловыделения на лежалых цементах, что, в первую очередь, связано с гидратацией минерала СзА, выделяющего наибольшее количество тепла.