Исследованиями установлено, что алунитовый напрягающий цемент (АНЦ) можно применять для заделки стыков, ниш и швов, в сооружениях гражданского надземного строительства и работающих во влажных и водных условиях, для изготовления напорных труб и др.
Все алунитовые цементы, в том числе напрягающие (АНЦ), обладают короткими (5–30 мин) сроками схватывания. С помощью добавок борной кислоты можно добиться замедления схватывания цемента, и получить бетоны с высокими физико-механическими показателями.
Введение борной кислоты в состав АНЦ в оптимальном количестве (0,1–0,2%) позволяет регулировать сроки схватывания и несколько повышать прочность.
В исследованиях применялся АНЦ марки М400 в состав цемента входил клинкер. Каспского цементного завода — 75 %, двуводный гипс — 10% и обожженный алунит — 15%. Сроки схватывания АНЦ без борной кислоты: начало 21, конец 36 мин; с добавкой 1%-ной борной кислоты: начало 58, конец 75 мин. Линейное свободное расширение АНЦ через 1 сут воздушного твердения без добавки борной кислоты составило 7,63%; после чего образцы твердели в воде.
Предел прочности при сжатии определяли испытанием призм размерами 160*40*40 мм. Образцы цементного камня и растворов, подлежащие испытанию в течение 1 сут, находились в связанном состоянии в формах и твердели на воздухе, а затем в воде в свободном (без форм) состоянии.
Двухосное самонапряжение определяли в медных трубах диаметром 100, длиной 80 и толщиной 0,8 мм, которые заполняли цементным тестом и раствором. Образцы в течение 41 сут твердели на воздухе, а затем в воде. В качестве заполнителей применяли песок Чолабурского карьера с МКР = 2,4 и гранитный щебень фракции 5–20 мм. Исследовали влияние борной кислоты на свойства раствора и бетона.
Результаты показывают, что введение борной кислоты как в тесто, так и в раствор значительно уменьшает их линейное расширение, увеличивая при этом прочность и двухосное самонапряжение по сравнению с образцами без добавок борной кислоты. Это важно, так как при инъецировании каналов преднапряженных железобетонных конструкций и в некоторых других случаях АНЦ в основном применяют в виде растворов.
Увеличение двухосного самонапряжения с добавкой борной кислоты обусловлено большей прочностью раствора. Однако увеличение способности санонапряжения обычных напрягающих цементов (но не АНЦ) связывают не только с ростом линейного расширения цемента. Между расширением и самонапряжением существует почти пропорциональная связь. В экспериментах с АНЦ такой зависимости не наблюдалось, так как растворяющийся на 10–15% (на воздухе) АНЦ может развить меньше самонапряжения, чем цемент с меньшим расширением, но с большей прочностью.
Кроме растворов исследовали бетоны, изготовленные на АНЦ с расходом цемента около 400 и 550 кг/м3 с добавкой борной кислоты и без нее. Выяснилось, что чем больше расход АНЦ и меньше В/Ц, тем больше расширение бетонов. Это положение характерно и для бетонов с добавкой борной кислоты.
Несмотря на значительное расширение бетонов, их прочность повышается уже к 1 сут, что обусловлено уменьшением линейного расширения бетона и уменьшением размеров кристаллов эттрингита с одновременным увеличением их числа.
Таким образом, введение борной кислоты уменьшает линейное расширение цементного камня, раствора и бетона на АНЦ, при этом увеличивая их прочность. При добавке 0,1%-ной борной кислоты в АНЦ увеличивается двухосное самонапряжение цемента. Такие высокие показатели могут быть достигнуты при двухосном ограничении расширения цемента, например, при производстве напорных железобетонных труб, при инъецировании каналов преднапряженных железобетонных конструкций и пр.