Гидравлический цемент

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННЫХ ПЛОТИН

Цементы для бетонных гидротехнических сооружений

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При проектировании гидротехнических объектов для железобетонных конструкций применяются различные виды цементов. Это связано с тем, что гидротехнические сооружения эксплуатируются в разнообразных условиях (часто — очень тяжелых). Данное обстоятельство приводит к различным требованиям, предъявляемым в проектной документации к цементам, например:
– прочность,
– водонепроницаемость,
– морозостойкось,
– сульфатостойкость,
– тепловыделение,
– скорость твердения,
– истираемость.
На нижеприведённом рисунке указаны ориентировочные требования, предъявляемые к бетонной смеси на примере проекта ГЭС русловой компоновки.

2 ВИДЫ ЦЕМЕНТОВ

Рассмотрим виды цементов, наиболее часто встречающиеся при проектировании гидротехнических объектов:

Портландцемент (силикатцемент) — наиболее популярный цемент. Цементный камень бетона на портландцементе прочнее, чем на пуццолановом цементе или шлакопортландцементе, и имеет меньшую усадку. Однако портландцемент неприменим для цементации при наличии сульфатной агрессии.

Шлакопортландцемент — представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое измельчением смеси из портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса. Шлакопортландцемент применяется в конструкциях, находящихся в условиях влажной среды, для подводных конструкций, или во внутренних зонах массивных гидротехнических сооружений. При этом шлакопортландцемент нельзя использовать в зонах переменного уровня воды. Основными характерными свойствами шлакопортландцемента являются: высокая сульфатостойкость, несколько повышенная кислотостойкость, хорошая трещиностойкость (благодаря пониженным тепловыделениям), низкая щёлочестойкость, несколько пониженная морозостойкость, невысокая способность по защите арматуры, замедленное схватывание и набор прочности (особенно — при низких температурах), по коррозионной стойкости занимает промежуточное положение между обычным и пуццолановым цементом.

Пуццолановый цемент — является гидравлическим вяжущим, получаемым посредством измельчения портландцементного клинкера, гипса и активной минеральной добавки. Пуццолановый цемент обладает следующими свойствами: высокая водостойкость (особенно в мягкой воде), водонепроницаемость, сульфатостойкость (выше, чему у обычного портландцемента, но хуже, чем у сульфатостойкого портландцемента), несколько повышенная кислотостойкость, меньшее выделение тепла при твердении (что особенно полезно для массивных гидротехнических сооружений), пониженная щёлочестойкость, несколько пониженная морозостойкость, большая усадка на воздухе. Пуццолановый цемент непригоден при попеременном увлажнении (т.е. в зонах переменного уровня), а также для цементации (несмотря на хорошую стойкость против сернокислых вод). Поэтому в проектах плотин наибольшее применение этот вид цемента нашел в конструкциях, находящихся в условиях влажной среды — в подводных частях плотин, в подземных сооружениях, во внутренних зонах массивных гидротехнических сооружений, для цементации основания при наличии агрессивных вод.

Сульфатостойкий цемент — характеризуется очень высокой сульфатостойкостью, несколько пониженной щёлочестойкостью. Как и в других областях строительства, в гидротехнике сульфатостойкий цемент применяется для конструкций, работающих в условиях агрессивной среды, в том числе — в зоне переменного уровня воды. Такой цемент не используется для набрызг-бетона, что связано с большим сроком схватывания.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое измельчением портландцементного клинкера, глинозёмистого шлака, гипса и гранулированного доменного шлака. Важнейшим свойством ВРЦ, очень важное при проектировании, является очень быстрое схватывание: начало схватывания происходит через 5 мин, окончание — через 10 мин.

Глинозёмистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое измельчением обожжённой до спекания смеси бокситов и извести. Глинозёмистый цемент применяется при срочных восстановительных работах, тампонировании нефтяных скважин, для приготовления жаростойких бетонов. Также этот цемент применяется в проектах обделок туннелей и цементации основания в условиях агрессивных вод, сооружения бетонных конструкций в зоне переменного уровня воды. Основными свойствам глиноземистого цемента являются: водостойкость (в пресных и сульфатных водах), морозостойкость, стойкость при высоких температурах, значительные сульфатостойкость и кислотостойкость, низкая щелочестойкость. Следует отметить, что глинозёмистый цемент примерно в четыре 4 раза дороже портландцемента.

Напрягающий цемент (НЦ) — по сути является смесью портландцемента, глинозёмистого цемента и гипса. Применяется напрягающий цемент для изготовления напорных труб, резервуаров.

Гидрофобный цемент — цемент, аналогичный по прочности портландцементу, но сохраняющий активность при длительном хранении — он не слёживается и не комкуется. Гидрофобный цемент придаёт бетонной смеси повышенную пластичность, удобоукладываемость, а готовому бетону — морозостойкость.

Водонепроницаемый безусадочный (ВБЦ) — специальный вид цемента, применяемый для изготовления торкретбетона.

3 РАСХОД ЦЕМЕНТА

Типичное содержание цемента в бетонной смеси, применяемое в проектах гидротехнических сооружений, составляет 250—320 кг/м 3 . Минимальное содержание — около 200—220 кг/м 3 , максимальное — 400―500 кг/м 3 . С повышением содержания цемента растет прочность бетона, однако при превышении величины 500 кг/м 3 прочность бетона начинает снижаться.

Приведем некоторые примеры количества цемента в бетонной смеси:
– подводное бетонирование методом ВПТ (метод вертикально-перемещаемой трубы): 300—350 кг/м 3 ,
– подводное бетонирование методом ВР (метод восходящего раствора): 300—370 кг/м 3 ,
– основание бетонных плотин: до 230 кг/м 2 ,
– подводная зона бетонных плотин: не менее 240 кг/м 3 ,
– зона переменного уровня воды: 300—450 кг/м3, не менее 275 кг/м 3 ,
– внутренняя зона бетонных плотин: не менее 160 кг/м 3 ,
– наружные зоны, не подвергающиеся воздействию воды: до 240 кг/м 3 ,
– наружные зоны, подвергающиеся воздействию воды: до 260 кг/м 3 ,
– рисбермы бетонных плотин: от 210 кг/м 3 ,
– донья шлюзов: 250 кг/м 3 ,
– обделка гидротехнических туннелей: 240—330 кг/м 3 , при подаче бетона бетононасосами — от 280—300 кг/м 3 ,
– ремонтный бетон: от 300 кг/м 3 .

На современном рынке представлено множество специальных цементов от крупных мировых производителей. Гидротехническое строительство часто характеризуется большими объемами бетонных работ. Поэтому из-за высокой стоимости специальных цементов их в основном применяют в проектной документации на ремонт и реконструкцию гидротехнических сооружений. К очень популярным маркам, часто закладываемым в проектах, можно отнести следующие продукты: пластифицированный расширяющийся портландцемент Macflow (производитель BASF), расширяющийся высокоподвижный цемент Stabilcem (производитель MAPEI), цементы линейки Sikacrete (производитель Sika). Все перечисленные цементы, являясь иностранными брендами, сейчас изготавливаются на заводах, действующих в России. Однако существует множество менее известных российских производителей специальных цементов, часто не уступающих по качеству иностранным брендам. Их применение позволяет несколько уменьшить сметную стоимость работ, получаемую в проектной документации.

Гидравлическое вяжущее. Цемент и портландцемент

Презентация к уроку

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

План урока

По предмету: “Основы материаловедения”

Цели урока:

образовательные:

• формирование у учащихся первичных знаний о цементе и портландцементе, применяемых для приготовления строительных растворов,
• обеспечение условий для формирования общеучебных компетенций (учебно-познавательной и информационно-коммуникативной),
• создание условий для устойчивого познавательного интереса к изучению предмета.

развивающие:

1. развитие умения обобщать и систематизировать теоретические знания,
2. создание условий для организации самостоятельной работы.

воспитательные:

• обеспечение условий для осмысления значимости изучаемого материала для становления основ профессионального мастерства.

Тип урока: урок изучения нового материала

Формы: фронтальная, парная, индивидуальная

Оборудование: компьютеры, проектор, экран, колонки, учебники.

Межпредметные связи:

— Химия — использование химических формул

— Информатика — работа с компьютером

— Технология — “Штукатурные работы”

— История — “Развитие науки и техники в 17-18 веках”

Ход урока

1. Постановка темы и целей урока

Сегодня на уроке мы познакомиться с видами и производством цемента и портландцемента, выполним виртуальную лабораторную работу. (слайд 1)

Ответьте на вопрос:

Зачем нам необходимо знать о цементе? Но для успешного достижения нашей цели необходимо повторить пройденный материал из изученных вами ранее тем.(слайд 2)

2. Актуализация опорных знаний

Одни будут работать у доски по карточкам, другие отвечать на вопросы теста (выдача заданий теста по теме “Гипс”, выдача карточек “Расшифровать марки гипса”) (Приложение 1 и Приложение 2).

Пока ребята работают самостоятельно. Давайте ответим на несколько вопросов:

1. На какие группы по составу делят вяжущие вещества?

2. Дайте определение минеральным вяжущим.

3. Для какой цели служат минеральные вяжущие вещества

4. Перечислите известные вам минеральные вяжущие.

3. Изучение нового материала:

А сейчас мы узнаем откуда к нам пришло данное вяжущее.

(Выступление учащегося с докладом “История цемента”) (Приложение 3). (слайд 3)

Большой вклад в изучение вяжущих, внесли ученые (Выступление учащегося с докладом “Русские и советские ученые изучавшие твердение вяжущих веществ”). (Приложение 4) (слайд 4)

3. Объяснение преподавателя

1. Среди строительных материалов цементу принадлежит ведущее место. Цемент относится к группе минерального вяжущего, поскольку материал, используемый для его получения минеральной породы. Также цемент — это гидравлическое вяжущее. Поскольку набор прочности и затвердевания происходит в присутствии воды, полученные твердые соединения нерастворимы в воде. Портландцемент — это гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением клинкера и небольшого количества гипса, твердеющее как на воздухе, так и в воде.

Кроме портландцемента на основе портландцементного клинкера выпускают много других видов цементов. (слайд 5)

Промышленность выпускает разнообразные виды цементов: портландцемент, быстротвердеющий, белый, сульфатостойкий, гидрофобный, с минеральными добавками, тампонажный и многие другие.

2. Характеристика цемента. (слайд 6)

Все вяжущие обладают рядом свойств. Так и цементы имеют свои свойства

Плотность в зависимости от вида и количества добавок составляет 2900. 3200 кг/мЗ, насыпная плотность в рыхлом состоянии 1000. 1100 кг/мЗ, в уплотненном — до 1700 кг/мЗ.

Тонкость помола характеризуется количеством цемента, проходящим через сито (размер отверстий 0,08 мм). Согласно ГОСТу через сито с сеткой № 008 должно проходить не менее 95 % цемента.

Сроки схватывания, рассчитываемые от момента затворения, должны быть: начало — не ранее 45 мин, конец — не позднее 10 ч. Эти показатели определяют при температуре 20°С. Если цемент затворяют горячей водой (более 40°С), может произойти очень быстрое схватывание.

При твердении на воздухе цементное тесто уменьшается в объеме. Усадка на воздухе составляет около 1 мм/м, а в воде цемент немного набухает увеличивается в объме до 0,5 мм/м. Однако изменение объема при твердении должно быть равномерным. Это свойство проверяют на лепешках из цементного теста, которые не должны растрескиваться после пропаривания в течение 3 ч (до пропаривания лепешки 24 ч твердеют на воздухе).

Прочность портландцемента характеризуется его маркой. Делят на высокопрочные, повышенной прочности, рядовые и низкомарочные.

3. Марки выражаются в числах 1 кг/см 2 (слайд 7)

Марку определяют по пределу прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек 40x40x160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора (состава 1 : 3) стандартной консистенции и твердевших 28 суток (первые сутки в формах на влажном воздухе и 27 сут. в воде при 20°С). Промышленность выпускает портландцемент четырех марок: 400, 500, 550 и 600, которые обозначают прочность при сжатии соответственно в пределах от 100-600МПа

Цемент марки М-600 благодаря своей прочности называют “Военным”

В зависимости от способа приготовления смеси различают сырой, мокрый и комбинированный. (слайд 8)

— Как вы думаете, какой из способов получения портландцемента самый дешевый?

— Объясните, почему вы так считаете?

Производство портландцемента складывается в основном из следующих операций:

— приготовление сырьевой смеси,

— обжиг ее до получения цементного клинкера

— помол клинкера совместно с добавками.

4. Сейчас мы с вами проследим процесс производства цемента и портландцемента. (слайд 9)

Учитель: В природе есть горная порода, обеспечивающая получение клинкера такого состава,- мергель, который представляет собой тесную смесь известняка с глиной. Но чаще используют известняк и глину (добываемые отдельно) в соотношении 3 : 1 (по массе). Кроме основных компонентов в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки содержащие оксиды кремния, алюминия и железа, и промышленные отходы, обеспечивающие требуемый состав клинкера.

Добытое в карьерах природное («первичное») сырье. Доставляют на завод. (слайд 10)

Доставлять сырье можно не только автомобильным, но железнодорожным транспортом

Учитель: Измельчение твердых сырьевых материалов, транспортируемых с помощью специальных питателей и дозаторов в сырьевое отделение со склада, осуществляется в щековых дробилках. (слайд 11)

Учитель: Затем помольных агрегатах — шаровых трубных мельницах.

Учитель: Одновременно с измельчением до определенной тонкости помола сырьевых материалов в мельнице происходит смешивание известняковых и глинистых компонентов, а также добавок (огарков). (слайд 12)

Подготовленная сырьевая смесь заданного химического состава, определенной влажности и тонкости помола подается в обжиговую вращающуюся печь, которая представляет собой стальную трубу диаметром до 7 м и длиной до 185 м. Изнутри труба выложена огнеупорным кирпичом. Печь установлена под небольшим (3 0 . 4 0 ) углом к горизонту и вращается (0,8. 1,3 мин), благодаря чему сырьевая смесь перемещается в ней от верхнего конца к нижнему, куда подается топливо. (слайд 12)

Учитель: В состав портландцементного клинкера входят четыре основных минерала (таблица) (Приложение 5) и небольшое количество стеклообразного вещества. Как видно из таблицы, портландцементный клинкер в основном (на 60. 80%) состоит из силикатов кальция, из-за чего портландцемент также называют силикатным цементом.

После выхода из печи клинкер охлаждается и подается на клинкерный склад, а затем — на помол. (слайд 13)

Завершающий этап получения цемента — это измельчение и смешивание клинкера с добавками (гипс, песок и др.) в цементных мельницах. (слайд 14)

Свойства портландцемента зависят от его минерального состава и тонкости помола клинкера.

Полученный цемент после мельниц подается пневмокамерными или пневмовинтовыми насосами в силосы запаса.

При взаимодействии с влагой воздуха активность портландцемента падает, поэтому его предохраняют от действия влаги. Портландцемент хранят в силосах (высоких цилиндрических емкостях из бетона или металла). (слайд 15)

На строительство его доставляют в специальных вагонах, автомобилях-цементовозах или упакованный в многослойные бумажные или полиэтиленовые мешки. (слайд 16)

Применяют портландцемент для изготовления бетона, железобетона, кладочных, штукатурных и специальных растворов. При возведении подземных и подводных частей зданий и сооружений. Портландцемент не рекомендуют использовать для конструкций, подвергающихся действию морской, грунтовых, а также проточной пресной воды. В этих случаях применяют сульфатостойкие , с минеральными добавками. Портландский цемент, который является высококачественным и достаточно дорогим материалом, необходимо расходовать экономично, заменяя, где это возможно, более дешевыми вяжущими известью, гипсовыми вяжущими, смешанными цементами. (слайд 17)

4. Закрепление изученного материала

Задание группе выполнение лабораторной работы (виртуальная) [3]

Учитель: А теперь для закрепления материала мы разделимся по 2 человека. Вы садитесь за компьютеры для выполнения лабораторной работы “Определение марки портландцемента”. После выполнения лабораторной работы необходимо заполнить листы рабочей тетради [2] (Приложение 6) пользуясь учебником [1] .

5. Рефлексия

Учитель: А сейчас с учетом ваших письменных и устных ответов, лабораторной работы поставьте себе оценки за урок. А я проанализирую ваши работы и на следующем уроке поставлю вам оценки. Но сегодня мне хочется отметить работу.

6. Домашнее задание

Написать мини-сочинение на тему “Влияние цементного производства на экологию”. (слайд 19)

Список литературы.

1. Пузанкова В.Ф. Материалы для штукатурных и облицовочных работ.- М.: “Академия”, 2005. -174 с.

2. Е.Е.Главатских. Рабочая тетрадь по учебной дисциплине “Основы материаловедения”, 2011.-80с.

3. Диск с лабораторной работой “Материаловедение. практикум для строителей-отделочников”.