Бетон на алинитовом цементе

При введении в портландцементную сырьевую шихту значительных количеств плавня – хлористого кальция – удалось снизить температуру синтеза клинкера с 1450 до 1150°С, но продуктом обжига оказался не портландцементный клинкер, а новое вяжущее вещество – алинитовый (хлорсиликатный) цемент, фазовый состав которого отличается от аналогичного состава портландцемента.

Для опытов с бетонами в НИЛ ФХММ и ТП в 1976-1980 гг. были использованы алинитовые цементы четырех партий с условной маркировкой ТС-2, ТС-З, и ТС-4 и ТС-7, стандартные показатели которых приведены в табл. 1.

Были приготовлены бетонные смеси с расходами алинитового цемента от 210 до 600 кг/м3 и содержанием воды от 140 до 220 л/м3. Цементно-водные отношения составляли 1,5; 2; 2,5; 3 и 3,5. В качестве заполнителей использовали пески средней крупности (МН = 2) Тучковского и Откского месторождений и гранитный щебень наибольшей крупностью зерен 20 мм.

Опыты показали, что вязкость цементного клея, косвенно характеризуемая величиной цементно-водного отношения, существенно влияет на водопотребность бетонной смеси заданной консистенции. При Ц/В, равном 1,5 и 2, вязкость клея практически одинакова, а зависимость консистенции смеси от расхода воды – функция C = f(В) может быть представлена единой кривой (рис. 1). Для Ц/В, равном 2,5 и 3, построили отдельные кривые, для Ц/В=3,5 провести кривую функции С = f(В) не удалось из-за отсутствия достаточного числа экспериментальных точек.

Величины водопотребности бетонной смеси (см. кривую 2 на рис. 1, а) на 10-15 л меньше водопотребности равноподвижной бетонной смеси на портландцемент, изготовленной на песке средней крупности и щебне с предельной крупностью зерен 20 мм. Таким образом, при том же Ц/В расход алинитового цемента на 1 м3 бетона меньше расхода портландцемента.

Бетонные смеси, послужившие для установления зависимости С = f(В), были затем использованы для формования образцов-кубов с размером ребра 10 см, часть которых была подвергнута пропариванию, а другая хранилась в камере нормального твердения. Все образцы были испытаны в возрасте 28 сут. Для бетонов нормального твердения на всех цементах были получены довольно близкие прочностные показатели, что позволило нанести на график (рис. 2) обобщенную кривую зависимости R28 = f(Ц/В). Как это часто делают на практике, эта кривая заменена двумя прямыми, пересекающимися в точке, соответствующей Ц/В = 3.

Прямые 2 и 3, нанесенные на график, соответствуют значениям R28 при марке алинитового цемента 400.

Как видно из графика, бетоны нормального твердения на алинитовом и портландцементе при одинаковых марках цемента и значениях Ц/В практически равнопрочны.

При пропаривании бетоны на алинитовом цементе ведут себя примерно так же, как и бетоны на портландцементе с активными минеральными добавками, но коэффициент эффективности паротепловой обработки КЭП них несколько выше.

Среднее значение КЭП для бетонов на алинитовом цементе равно 1,25, в отдельных случаях оно поднимается до 1,4 (цемент ТС-4) и даже до 1,49 (цемент ТС-З). Лишь в партии цемента ТС-7 отношение колебалось в пределах 0,88-1,15.

Таким образом, можно считать установленным, что пропаривание более эффективно для бетона на алинитовом‚ чем на портландцементе. Более того, бетон на алинитовом цементе приобретает требуемую прочность именно при сокращенных режимах изотермического прогрева, что видно из данных табл. 2. Бетонные образцы при Ц/В = 2,5 пропаривали по режиму 2+3+(2-6)+2 при температуре 80±5°С.

На рис. 3 приведены удельные расходы цемента в кг/м3 на единицу прочности бетона (1 МПа) для различных по консистенции бетонов на алинитовом и портландцементе. Использовали портландцемент Воскресенского завода, исходя из того, что почти все виды алинитового цемента изготовлялись также без активных минеральных добавок. Из графика видно, насколько бетоны на алинитовом цементе экономичнее портландцементных.

Расход цемента на единицу прочности бетона

Исследование бетона на алинитовом цементе показало, что это вяжущее имеет повышенную склонность к усадочным деформациям. Отмечено, что уже через 24 ч образцы из алинитового цемента имели усадку 0,31% по ГОСТ 11052-74, а контрольные образцы из портландцемента завода «Гигант» – только 0,025%. Через 5 сут величины усадки возросли соответственно до 0,42 и 0,09%. Повышенная усадка алинитового цемента была подтверждена опытами на бетонных образцах: усадка балочек через 10 сут достигла 0,055%, а через 30 сут – 0,063. Важно отметить, что усадка пропаренного бетона на алинитовом цементе существенно ниже усадки бетона нормального твердения.

Повышенная усадка, с одной стороны, улучшает сцепление цементного камня с заполнителями и бетона с арматурной сталью, но, с другой, может вызвать появление усадочных трещин. Эти предположения подтвердились в экспериментах. Для исследования сцепления цементного камня ТС-7 с арматурной, сталью были изготовлены кубы с ребрами размером 7,07 см с заделанными по оси образца прутками арматуры. При воздушном хранении вследствие повышенной усадки кубы получили глубокую трещину вдоль арматурного стержня. При хранении в камере нормального твердения и в воде трещин не было.

В табл. 3 приведены результаты определения влияния возраста и различных режимов твердения на анкеровку гладкой стержневой арматуры в цементном камне и бетоне на алинитовом цементе ТС-7, а также в портландцементных образцах. Сцепление с арматурой оценивалось величиной условного сопротивления скалыванию RСК при выдергивании стержня из образца.

Из табл. 3 видно, что при нормальных условиях, а также при твердении в воде RСК для образцов на алинитовом цементе превышает аналогичный показатель для портландцементных образцов во все сроки твердения; особенно заметно это на образцах в возрасте 6 мес. При воздушно-сухом хранении алинитовый цемент теряет свои преимущества. Более того, в возрасте 7 сут в образцах были обнаружены неглубокие усадочные трещины, которые к 6 мес расширились и даже дошли до арматурного стержня.

Арматурные стержни после выдергивания были подвергнуты визуальному осмотру. При воздушно-сухом хранении образцов на поверхности стержней ясно видны следы коррозии, при хранении в камере нормального твердения на поверхности металла эти следы были существенно меньше, а на стержнях образцов водного хранения коррозия вообще не обнаружена.