что такое расширяющий цемент

Что такое расширяющиеся цементные смеси?

Понятие расширяющийся цемент включает в себя целую группу смесей, которые в процессе гидратации не только приобретают прочность, но и увеличиваются в объеме. Принцип их действия напоминает «работу» монтажной пены, хотя, конечно, степень расширения куда скромнее.

Расширяющиеся смеси производятся на разных основах, но чаще вяжущее в их составе представляет собой несколько компонентов. В их роли выступают:

Увеличение объема классическим цементным растворам обеспечивает введение от 5 до 20% расширяющегося компонента. Как правило, это различные соединения алюминия, кальция, реже – магния. При контакте с водой они распадаются и изменяют свой объем. Вместе с ними происходит и расширение цемента, причем без потери прочности, как это бывает при порообразовании в ячеистых бетонах.

Отличаются высокой стоимостью, а технические характеристики цемента разного происхождения при этом могут значительно различаться. Поэтому перед покупкой очень важно определить сферу применения стройматериала и условия его работы, так как большинство смесей являются узкопрофильными и могут оказаться малоэффективными.

В индивидуальном строительстве есть смысл купить РЦ для ремонта и склейки частей железобетонных конструкций (фундаментные блоки, плиты перекрытий), а также цементного оштукатуривания поверхностей. Но основными потребителями таких смесей остаются крупные строительные объекты, гидросооружения и заводы по производству ЖБИ. Причина – узкая «специализация» безусадочных цементов и высокие цены на них.

Практически все виды бетонов в процессе застывания дают некоторую усадку. Это происходит, когда из свежезалитого монолита постепенно выходят остатки воздуха, а заполнители под собственным весом проседают и уплотняются. Избежать изменения размеров конструкции помогает вибрационное воздействие, но это не всегда удобно. В таких случаях можно купить расширяющиеся смеси, которые, благодаря своим свойствам, компенсируют усадку жидкого раствора.

Большинство составов, способных расширяться, обладают водоотталкивающими характеристиками. Отсюда и еще одна возможность – гидроизоляция сооружений. Свойство же расширяющегося раствора заполнять собой пустоты обусловило широкое применение таких цементов для ремонтных и восстановительных работ.

1. Расширяющийся портландцемент.

Маркируется как РПЦ и изготавливается с применением доменного шлака, который значительно увеличивает прочность бетона. Изменения в объеме происходят только в водной среде, для чего его следует пропаривать – от простого полива эффекта не будет.

В зависимости от интенсивности ТВО бетон на основе портландцемента застывает через 30-80 ч. Однако изменение его объема происходит нелинейно, отчего нарушается геометрия поверхностей. По этой причине не следует использовать РПЦ в качестве финишной штукатурки.

2. Гипсоглиноземистый.

Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся (маркируется ГГРЦ) на 70% состоит из шлака и на 30% – из гипса. Он не просто увеличивает свой объем, но и способен сохранять его. Причина в том, что двуводный гипс обеспечивает раствору очень быстрое схватывание.

Однако в работе с гипсовой смесью следует помнить, что этот материал не дружит с водой. Расширяющийся глиноземистый цемент утрачивает часть своих характеристик в одновременно жарких (свыше +35 °С) и влажных условиях. Но после окончательного застывания бетона эта проблема исчезает.

Из гипсоглиноземистых вариантов запрещено возводить любые конструкции, которые будут испытывать высокие тепловые нагрузки от +80 °С.

Наиболее молодой вид РЦ, изготовленный путем смешивания портландцемента с пластифицирующими добавками без участия шлака. От обычного РПЦ отличается высокими прочностными характеристиками и вполне прогнозируемым линейным расширением. Такие свойства позволяют применять портландцемент там, где требуется получить ровную поверхность: в дорожном строительстве, при устройстве выравнивающих стяжек.

В большинстве случаев его использование экономически целесообразно, так как нет необходимости применять пластифицированную смесь в чистом виде. Достаточно просто внести какую-то ее часть в основной рабочий раствор.

Расширяющийся цемент, обладающий высокой водоотталкивающей способностью, нашел широкое применение как гидроизоляционный строительный материал. Он востребован там, где ж/б конструкции находятся под постоянным воздействием воды: шлюзы, резервуары различного назначения, тоннели, подземные канализационные системы.

К этой группе относятся два вида РЦ, разделенного по степени усадки:

Расширяющийся (ВРЦ) производят на основе глиноземистого цемента (его содержание в массе – около 70%) и 20% гипса. Остальные 10% – это гидроалюминат кальция. Относится водонепроницаемый РЦ к быстротвердеющим составам, так как начинает схватываться уже через 5-10 мин.

Безусадочный цемент (ВБЦ) по своему химсоставу очень похож на описанный выше, только пропорции выглядят несколько иначе:

Второй тип гидроцемента характеризуется незначительным увеличением объема.

Отличается от прочих видов материалов повышенной непроницаемостью для воды и различных газов. Кроме того, он очень быстро набирает высокую прочность, уже в первые сутки его класс прочности соответствует В15, а по истечении срока полного твердения – В50. Состав у напрягающего раствора примерно такой:

Свое название напрягающий цемент получил из-за особого действия на арматуру в ж/б конструкциях. В процессе расширения бетона на основе НЦ в стальных прутьях возникает предварительное напряжение. Цементный напрягающий камень, все больше увеличиваясь в объеме, как бы растягивает их, создавая немалое усилие от 700 до 4000 кПа. Это и обеспечивает ЖБИ улучшенные эксплуатационные характеристики: особую прочность, устойчивость к появлению трещин и воздействию воды.

Такие свойства оказались полезны для изготовления и омоноличивания особо ответственных конструкций; плит перекрытий и стеновых панелей, резервуаров, сборных ж/б элементов мостов.

Напрягающий цемент имеет свою внутреннюю классификацию, где каждая марка в разной степени влияет на арматуру. Чем больше цифра в обозначении, тем выше в стержнях будет уровень самонапряжения:

Самой популярной из перечисленных марок является напрягающий цемент с обозначением НЦ 40, достойный отдельных слов в нашем описании. Ведь при строительстве или облицовке различных объектов, применение НЦ 40 позволяет вовсе отказаться от гидроизоляционных мероприятий. А это уже отличный способ сэкономить на стоимости гидрозащиты и приблизить срок окончания работ. Цементы напрягающего действия способны расширяться до 1-2 % от своего первоначального объема.

Источник

Как применять расширяющийся (саморасширяющийся) цемент для заделки трещин, характеристики, проиводители

Расширяющийся цемент — это инновационный связующий материал, который отличается особыми свойствами и преимуществами. Его разрабатывали для узкопрофильных строительных работ, поэтому применение в частном строительстве неоправданно.

Классификация по свойствам

Расширяющиеся цементы представляют собой группу стройматериалов, которым свойственны отличительные технические характеристики и качества. Их можно классифицировать по свойствам и используемому исходному сырью, определяющим конечные свойства и поведение смеси:

Для достижения расширяющего эффекта используются следующие присадки:

Увеличение в объеме обусловлено и наличием гипса, который вступает в реакцию с жидкостью. Расширяющийся портландцемент сохраняет прочность и даже становится более плотным. Это придает ему ряд преимуществ над традиционными пористыми бетонами.

Напрягающий тип выполняет роль растяжителя, поскольку он способен удлинять армированные каркасы в процессе гидратации, обеспечивая внутреннее напряжение стали и поднимая несущие способности конструкции.

Преимущества

Цемент саморасширяющийся пользуется спросом за счет следующих эксплуатационных преимуществ:

Недостатки

Однако кроме плюсов, цемент расширяющий может иметь и негативные качества. К ним относят:

Классификация по составу

Цементные составы с саморасширяющими свойствами, продающиеся в Москве, могут отличаться типом исходного сырья и присадок, на основе которых они изготовлены. С учетом этих особенностей существует классификация по составу.

Глиноземный цемент

Глиноземистые цементы являются наиболее востребованными в группе вяжущих материалов с расширяющими свойствами. Их называют алюминатными.

По специфике состава и эксплуатационным характеристикам они практически идентичны, но некоторые особенности отличаются.

Портландцементы

РЦ-смесь на основе портландцемента содержит в своем составе массу присадок и основополагающих компонентов:

Дополнительные требования

Требования к расширяющим составам на базе ПЦ и глинозема регламентируются нормами ГОСТ 30515-97. Согласно установленным требованиям, материал должен соответствовать качеству и проходить ряд тестов.

Применение

Существует широкий спектр задач, для которых может применяться РЦ. К ним относится:

Ремонт бетона

Использование РЦ для ремонта бетонных конструкций выполняется по тем же принципам, что и в случае с простым цементным раствором. Однако есть некоторые особенности и правила, которых нужно придерживаться:

Для заделки трещин

С помощью расширяющего состава можно заделать трещины или места щелей. Чтобы провести такую работу, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

Компании-производители

На рынке цементных составов продается продукция от некоторых отечественных брендов, выпускаемых Пашийским металлургическим цементным заводом и MasterEmaco.

Составы первой компании продаются в 2 типах: глиноземистый цемент и напрягающий. Вторая торговая марка разрабатывает пластифицированные материалы. Мешок весом 25 кг такой продукции обойдется в 1,6 тыс. руб.

Источник

Расширяющиеся цементы: описание,фото

Портландцемент и материалы на его основе при твердении на воздухе обнаруживают усадку. Так, тесто на портландцементе при В/Ц = 0,45 имеет усадку на воздухе около 2,5 мм/м, а раствор на том же цементе «1 мм/м. Из-за этого при бетонировании протяженных конструкций, например, покрытий полов, на них появляются трещины. В то же время растрескивание бетона абсолютно недопустимо, напри­мер, для конструкций, работающих под давлением воды, таких, как трубы, резервуары и т. п. Для этих целей применяют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы (рис, 8.5).

Расширяющиеся цементы даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме при твердении. Безусадочные цементы — это расширяющиеся цементы, у которых расширение только ком­пенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым. А в случае, если расширяющиеся • Цементы используются в железобетонных конструкциях, эффект рас-

ширения вяжущего может вы­зывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что до­полнительно защитит бетон от образования трещин (подроб­нее см. § 13.1). Такие цементы называют напрягающими.

Эффект расширения вяжу­щего может быть достигнут раз­личными методами. Например, путем образования газовых пу­зырьков в твердеющем тесте вя­жущего или с помощью реак­ции гашения добавляемого в цемент СаО при переходе в Са(ОН)₂ (см. § 8.6). Эти методы применяют при решении раз­личных задач. Например, метод гашения СаО используют при

добыче крупных каменных блоков с помощью так называемого «тихого взрыва».

Для строительных целей в основном используют цементы, в которых расширение достигается с помощью образования эттрингита — гидросульфоалюмината кальция ЗСаО А1₂О₃ • 3CaSO₄ (31 — 32) Н₂О. Образование эттрингита возможно при взаимодействии алюми­натов и сульфатов кальция в водной среде; оно было рассмотрено при описании сульфатной коррозии портландцементного камня (см. § 8.8).

Как видно из формулы, в состав эттрингита входит большое количество воды. Именно это обстоятельство обеспечивает эффект расширения: исходные твердые продукты, взаимодействуя друг с дру­гом и гидратируясь (т. е присоединяя воду), увеличиваются в объеме в 2…2,5 раза.

В твердеющем материале на расширяющемся цементе протекают два процесса — расширение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита с увеличением объема новообразований и ростом внутрен­них растягивающих напряжений, и препятствующий расширению процесс — рост прочности самого цементного камня.

Если образование эттрингита будет протекать раньше, чем у це­ментного камня появится хотя бы небольшая прочность, то эттрингит будет сжимать податливую гелеобразную массу и заметного расшире­ния не произойдет.

Если эттрингит будет образовываться в то время, когда цементный камень набрал достаточно высокую прочность, то напряжения, обус-

иювленные ростом кристаллов эттрингита в ограниченном объеме, шогут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного ‘камня, как это имеет место при сульфатной коррозии (см. § 8.8).

Таким образом, главная задача при разработке составов расширя­ющихся и безусадочных вяжущих — правильный выбор не только количества образующегося эттрингита, но и момента его образования относительно процесса формирования структуры цементного камня. Дчя различных видов расширяющихся цементов период наиболее интенсивного и безопасного расширения цементного камня составляет от 12 ч до 3…7 сут в зависимости от свойств основного структурооб­разующего вяжущего.

Основными вяжущими в расширяющихся цементах могут быть:

• алюминатные цементы (глиноземистый и др.);

• силикатные цементы (портландцемент и др.);

• сама расширяющаяся система (эттрингит).

Ниже приведены главнейшие виды расширяющихся и безусадоч­ных цементов.

I На основе портландцемента получают: 1 расширяющийся портландцемент (РПЦ), получаемый совместным ромолом клинкера портландцемента (60…65 %), высокоглиноземистьгх ■доменных шлаков (5..7 %), двуводного гипса (7…10 %) и активных (минеральных добавок. Сроки схватывания и прочностные характери­стики соответствуют портландцементу (марки 400,500 и 600). Линейное расширение на воздухе через 28 сут — не менее 0,1 %;

напрягающий цемент (НЦ), разработанный В.В. Михайловым, по­лучают совместным помолом клинкера портландцемента (65…75 %), двуводного гипса (6… 10%) и высокоглиноземистого компонента (13…20 %). Сроки схватывания: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 4 ч. Прочность через 1 сут — не менее 15 МПа; через 28 сут — не менее 50 МПа.

В случае изготовления железобетонной конструкции на напрягаю­щем цементе энергия расширения вяжущего частично идет на создание растягивающих напряжений в арматуре. Реакция арматуры вызывает в бетоне сжимающие напряжения. Таким образом, получаются само­напряженные железобетонные конструкции высокой плотности и тре-щиностойкости. Такой метод самонапряжения используется при бетонировании емкостей для хранения газов и жидкостей, устройстве гидроизоляционных слоев. Например, при бетонировании чаши ста­диона в Лужниках, которая одновременно является и крышей для помещений внизу, и полом, на котором находятся скамьи для зрителей, для обеспечения водонепроницаемости использовалась смесь на осно-1 ве напрягающего цемента. I На основе алюминатных вяжущих производят:

водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ), получаемый со-‘вместным помолом глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и высокоосновного гидроалюмината кальция (10 %). РЦ — быстросхва-тывающееся (минуты) и быстротвердеющее вяжущее (Д^ через 6ч-не менее 7,5 МПа; через 3 сут — не ниже 30 МПа). Расширение на воздухе через 1 сут — не менее 0,05 %, через 28 сут — не менее 0,02 %,

гипсоглиноземистый цемент (разработан И.В. Кравченко) получают совместным помолом высокоглиноземистых шлаков (70 %) и двувод-ного гипса (30 %). Этот цемент схватывается в течение 2…4 ч и быстро твердеет; Л_сж через 3 сут — 40…50 МПа. Расширение через 28 сут при твердении на воздухе —- не менее 0,1 %.

В последнее время в роли безусадочных и расширяющихся вяжущих стали использовать гипсоалюминатные системы, основным и часто единственным продуктом твердения которых является эттрингит. Бе­тоны и растворы на таких вяжущих быстро твердеют, достигая проч­ности 30…50 МПа через 1…3 сут в воздушно-сухих условиях. Прототипом таких смесей является гипсоглиноземистый цемент И.В. Кравченко.

Для обеспечения образования эттрингита в смесях с безусадоч­ными и расширяющимися цементами должна присутствовать вода в продолжение всего времени твердения. Эттрингит при нагреве выше 80… 100° С начинает отдавать кристаллизационную воду, что сопровождается снижением прочности. Эти обстоятельства необ­ходимо учитывать при использовании расширяющихся цементов.

Перспективная область применения бетонов и растворов на рас­ширяющихся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовы­равнивания, а эффект безусадочное™ гарантирует трещиностойкость. Быстрое твердение и защитные полимерные добавки обеспечивают необходимое количество воды для протекания полной гидратации без какого-либо специального ухода.

Гипсоглиноземистый расширяющийсяцемент получают, измельчая совместно высокоглиноземистый клинкер (сплав) 70% и природный гипс (30%). Сроки схватывания цемента удобны для строительных работ: начало должно быть не ранее 20 мин., конец — не позднее 4 ч. Прочность стандартных растворных образцов после трех суток твердения составляет не менее 28 МПа. Расширение проявляется только при твердении в воде; набухание через трое суток твердения находится в пределах 0,1-0,7%.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают совместным помолом портландцементного клинкера (60-65%), высокоглиноземистого доменного шлака или глиноземистого клинкера (5-7%), двуводного гипса (7-10%) и активной минеральной добавки – диатомита или трепела (20-25%). Введение последних ускоряет образование гидросульфоалюмината кальция до схватывания цементного теста и обеспечивает расширение твердеющей системы в пластическом состоянии без возникновения опасных внутренних напряжений.

Отличительные особенности:

1. РПЦ отличается более быстрым нарастанием прочности, чем ПЦ, особенно при кратковременном пропаривании, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня — до 1,2 МПа и более;

2. РПЦ расширяется при твердении в воде и на воздухе при постоянном увлажнении в первые трое суток. Расширение в суточном возрасте составляет 0,2 … 1,0%.

Выпускают три вида расширяющихся цементов:

· водонепроницаемый расширяющийся цемент;

· гипсоглиноземистый расширяющийся цемент;

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — быстросхватывающий и быстротвердеющий цемент, изготовленный совместным помолом глиноземистого цемента 70-76%, гипса – 20-22% и высокоосновного гидроалюмината кальция. Является гидравлическим вяжущим; сроки схватывания: начало схватывания не ранее 4 мин., окончание — не позднее 12 мин. Приобретает марочную прочность 500 через 28 суток, но уже через 6 ч. твердения набирает прочность не менее 7,5 МПа. Отличается высокой плотностью, водонепроницаемостью, пониженной морозостойкостью и может применяться только при положительных температурах для зачеканки и гидроизоляции тюбингов, раструбных соединений, создания гидроизоляционных покрытий, заделки трещин и стыков в железобетонных конструкциях и т.д.

ПЦ и его разновидности имеют существенный недостаток – они медленно схватываются и медленно твердеют. Гипсовые вяжущие, наоборот, быстро схватываются и быстро твердеют, но обладают низкой водостойкостью. В 60-е годы профессором А.В. Волженским было предложено смешанное вяжущее, обладающее достоинствами гипса и цемента – быстрым ростом прочности, характерным для полуводного гипса, и способностью твердеть во влажных условиях подобно гидравлическим цементам – гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ).

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ) – продукт тщательного смешивания гипсового вяжущего – полуводного гипса (50-75%), портландцемента или шлакопортландцемента (15-25%) и активной минеральной добавки – трепел, диатомит, опоку (10-25%). Введение активной минеральной добавки обязательно. При твердении смеси гипса с цементом (без добавки) образуется камень, который может постепенно разрушиться вследствие образования гидросульфоалюмината кальция («цементной бациллы») со значительным увеличением объема. При введении добавки, вяжущее твердеет нормально, т.к. условий для образования «цементной бациллы» не создается.

ГЦПВ характеризуется повышенной водостойкостью, быстрым твердением (начало схватывания наступает не ранее 4 мин, конец — не позднее 20 мин). Марки вяжущего по пределу прочности при сжатии (кгс/см 2 ): 100 и 150. За первые 2-3 ч твердения вяжущее набирает до 40% марочной прочности, что позволяет изготавливать изделия при укороченной тепловлажностной обработке или без нее. Для удлинения сроков схватывания применяются добавки-замедлители. По сульфатостойкости равноценно сульфатостойкому портландцементу. Растворы на ГЦПВ имеют прочность при сжатии 20 МПа, морозостойкость F25…F50, коэффициент водостойкости – 0,6-0,8. Для повышения морозо- и водостойкости в ГЦПВ вводят полимерные добавки (синтетические латексы), которые замедляют схватывание и улучшают условия твердения вяжущего, уменьшая испарение влаги.

Применение – для устройства оснований полов, санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков, стеновых панелей, получения растворов и бетонов с прочностью при сжатии 15-30 МПа в зависимости от марки гипсового вяжущего; в смеси с полимерными добавками – для отделки фасадов.

Напрягающий цемент (НЦ) состоит из 65-75% портландцемента, 13-20% глиноземистого цемента и 6-10% гипса. При определенных условиях твердения в процессе расширения этот цемент создает в арматуре предварительное напряжение, независимо от расположения арматуры в железобетонной конструкции. Таким образом, химическая энергия вяжущего вещества используется для получения предварительно напряженных конструкций без применения механического или термического способов.

Расширение НЦ в свободном состоянии составляет 3…4%, в ограниченном – 0,25…0,75%. Этот цемент характеризуется быстрым схватыванием и быстрым твердением: начало схватывания наступает не ранее чем через 30 мин, а окончание — не позднее чем через 4 ч после затвердения. Прочность НЦ при сжатии через 1 сутки не менее 15 МПа, через 28 суток твердения – 50 МПа.

Применени – для газонепроницаемых конструкций, хранилищ бензина, подводных и подземных напорных сооружений, спортивных объектов, так как конструкции на НЦ отличаются повышенной трещиностойкостью. Портландцементы с добавками поверхностно-активных веществ. К этой группе цементов относят портландцемент с минеральными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Активные минеральные добавки – вещества, которые в тонкоизмельченном состоянии при смешивании с воздушной известью придают ей гидравличность: известковое тесто после затвердевания на воздухе способно набирать прочность в воде. Эти добавки (гидравлические или пуццолановые) содержат кремнезем Si0 2 в аморфной (химически активной) форме, способного связывать гидроксид кальция в извести или при гидратации портландцементного клинкера в практически нерастворимые гидросиликаты кальция. В результате ПЦ приобретает специальные свойства, возрастает его сопротивление коррозии. Кроме того, введение минеральных добавок взамен части клинкера значительно (до 20%) снижает себестоимость цемента за счет сокращения расхода топлива и электроэнергии.

Источник