ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2019
Просмотров: 4295
Скачиваний: 9
18
Таблица 2.2
Свойства минералов цементного клинкера
Мине-
ралы
Актив-
ность
Тепловыде-
ление при
взаимодейст-
вии с водой
Прочность,
создавае-
мая при
твердении
Стойкость
к коррозии
С
3
S
алит
Взаимо-
действует
с водой ак-
тивно, бы-
стро твер-
деет
Высокое
Высокая
Понижен-
ная
-С
2
S
белит
Медленно
взаимо-
действует
с
водой,
медленно
твердеет
Низкое
В
ранние
сроки
–
низкая, при
длительном
твердении –
высокая
Высокая
С
3
А
Очень ак-
тивно
взаимо-
действует
с
водой,
быстро
твердеет
Очень
высокое
Низкая
Низкая
С
4
АF
Средняя
Среднее
Средняя
Высокая
Изменяя химический состав сырьевой смеси, можно изме-
нять содержание того или иного минерала в клинкере и изме-
нять тем самым свойства цемента. Таким образом получают бы-
стротвердеющие, высокопрочные портландцементы, цементы с
низким и высоким тепловыделением, сульфатостойкие и др.
Фазовый состав – это содержание и соотношение кристал-
лических и аморфных веществ, воздушных пор, микротрещин и
пор, заполненных водой. Фазой называют однородную часть
системы, обладающую одинаковым составом, физическими и
химическими свойствами и отделенную от других частей систе-
19
мы поверхностью раздела, т.е. любой минерал можно рассмат-
ривать как отдельную фазу.
Для многих материалов говорить о химическом или мине-
ральном составе не имеет смысла, поскольку они состоят из не-
скольких веществ, каждое из которых может иметь свой доста-
точно сложный химический и минеральный состав.
Вещественный состав характеризует содержание различ-
ных веществ в композиционном материале, получаемом смеши-
ванием нескольких веществ (материалов), каждый из которых
при этом не будет изменять ни своего состава, ни строения.
Например, портландцемент кроме клинкера содержит до-
бавку природного гипса (двуводного сульфата кальция
СаSО
4
·2Н
2
О) – для регулирования сроков схватывания, а также
очень часто активную минеральную добавку (доменный грану-
лированный шлак, вулканические пеплы, пемзы, осадочные
горные породы диатомит, трепел). Добавки позволяют сэконо-
мить клинкер и повысить стойкость бетонов на таких цементах
к коррозии. Содержание трех компонентов – это и есть вещест-
венный состав цемента. Например:
Портландцемент ПЦ Д0 (без актив-
ных минеральных добавок)
клинкер
– 95–93 %
гипс
– 5–7 %
Портландцемент ПЦ Д20 (с актив-
ными минеральными добавками)
клинкер
– 90–73 %
гипс
– 5–7 %
АМД
– 5–20 %
Шлакопортландцемент ШПЦ
клинкер
– 75–15 %
гипс
– 5–7 %
АМД
– 20–80 %
Вещественный состав бетонной смеси показывает содержа-
ние в ней цемента, мелкого (песка) и крупного (щебня или гра-
вия) заполнителя и воды. Состав бетонной смеси часто выража-
ют не в процентах, а в частях по массе, где за единицу принима-
ется масса цемента. Например:
20
1:2,3:4 при В/Ц = 0,5 – т.е. масса песка в 2,3 раза больше
массы цемента, а щебня – в 4 раза больше массы цемента, соот-
ношение воды и цемента – 0,5, т.е. масса воды в два раза меньше
массы цемента.
В натуральных единицах состав бетонной смеси на 1 м
3
бетона может быть: цемент – 300 кг, песок – 690 кг, щебень –
1200 кг, вода – 150 кг.
2.2. Строение материалов
Под строением строительного материала, как и любого фи-
зического тела, понимают пространственное расположение от-
дельных частей, частиц, пор, микротрещин, а также соотноше-
ние компонентов, фаз и поверхностей раздела.
Строение материалов изучают на разных уровнях.
Внутреннее строение вещества – это строение на молеку-
лярно-ионном уровне, это расположение, взаимоотношение и
взаимосвязь атомов, ионов и молекул, из которых слагаются
вещества.
Типы связей между атомами, группами атомов, молекула-
ми: ионные, ковалентные, молекулярные (связи Ван-дер-Вааль-
са), водородные и металлические.
Тип связей между микрочастицами отражается на свойствах
вещества. Например, для веществ с ковалентными связями ха-
рактерна повышенная прочность; ионные связи определяют
способность хорошо растворяться в воде, металлические связи –
способность проводить электрический ток.
Наиболее характерные типы внутреннего строения:
Кристаллическое строение – упорядоченное располо-
жение частиц вещества (атомов, молекул) в простран-
стве, образующее характерную кристаллическую ре-
шетку. Это называют «дальним порядком». Кристалли-
ческое строение характерно для большинства минера-
лов горных пород: кварца, слюды, полевых шпатов.
Аморфное строение (стеклообразное) – неупорядочен-
ное расположение атомов (молекул) в пространстве,
21
отсутствие кристаллической решетки. Может наблю-
даться «ближний порядок» в расположении частиц от-
носительно случайно выбранного центра – упорядо-
ченность в микрообъеме, но отсутствует «дальний по-
рядок». Подобные материалы называют переохлажден-
ными жидкостями. Наиболее распространенные пред-
ставители – вулканические и искусственные стекла
(обсидиан, оконное стекло).
Кроме этого, возможны переходные типы строения, напри-
мер, стеклокристаллическое строение ситаллов: наличие в объ-
еме материала аморфного строения участков кристаллического
строения.
Свойства кристаллических и аморфных веществ значитель-
но различаются.
Для кристаллических веществ характерно наличие опреде-
ленной температуры плавления (фазовый переход из твердого
состояния в жидкое при определенной температуре), опреде-
ленная правильная форма кристаллов.
Для аморфного строения характерно отсутствие температу-
ры плавления как физической константы – при нагревании ма-
териал постепенно размягчается.
Кристаллическое и аморфное строение иногда являются
разными состояниями одного и того же вещества. Например,
минерал кварц и кварцевое стекло имеют одинаковый химиче-
ский состав, они состоят из оксида кремния SiO
2
, но у кварца –
кристаллическое строение, а у кварцевого стекла – аморфное.
Нагревая кварц до полного расплавления, а затем быстро охла-
ждая расплав, можно получить кварцевое стекло. В природе
кроме кристаллического кремнезема – кварца – имеется ряд ми-
нералов аморфного и скрытокристаллического строения, со-
стоящих из кремнезема, – опал, халцедон, агат, яшма.
Как правило, при одинаковом химическом составе вещества
аморфного строения обладают более высокой химической ак-
тивностью (т.е. менее стабильны), чем вещества кристалличе-
ского строения.
22
Очень яркий пример из области строительного материало-
ведения – это взаимодействие оксида кремния с известью.
В принципе, оксид кремния способен взаимодействовать с
известью с образованием гидросиликатов кальция – соединений,
обеспечивающих прочность и водостойкость структуры искус-
ственных материалов:
SiO
2
+ Са(ОН)
2
+ n Н
2
О СаО SiO
2
(n+1)Н
2
О (2.1)
Кварц (вещество кристаллического строения) в обычных
условиях практически не взаимодействует с Са(ОН)
2
. Поэтому
строительные растворы на воздушной извести не имеют высо-
кой прочности. Для того чтобы результат взаимодействия стал
заметен, необходимы десятки и сотни лет; примером служит
прочность кирпичных кладок древних сооружений.
Для ускорения химической реакции между кристалличе-
ским кремнеземом и известью необходимы условия автоклавной
обработки: в среде насыщенного водяного пара при температуре
170–200 °С и давлении 0,8–1,6 МПа материалы достигают проч-
ности в 10–25 МПа за 8–10 часов. Таким образом получают си-
ликатный кирпич.
Кремнезем аморфного строения (например, в составе вул-
канического стекла или в виде горной породы трепела) может
взаимодействовать с известью в обычных условиях (при темпе-
ратуре 15–25 °С), придавая изделиям прочность и водостойкость
за 1–2 месяца.
Аморфная форма вещества при благоприятных условиях
может перейти в более устойчивую кристаллическую форму.
При переходе от аморфного к стеклокристаллическому
строению свойства также изменяются. Примеры изделий разно-
го строения, получаемых из стеклянного расплава, приведены в
табл. 2.3.
Таблица 2.3
Свойства стекломатериалов
Наиме-
нование
Плот-
ность,
Предел
прочно-
Предел
прочно-
Ударная
вязкость,
Исти-
рание,