СПОСОБ УСКОРЕНИЯ В ПЕРВЫЕ СРОКИ ПРОЦЕССА ОТВЕРДЕВАНИЯ ПУЦЦОЛАНОВЫХ, ШЛАКОВЫХ И ТОМУ ПОДОБНЫХ СМЕШАННЫХ ПОРТЛАНД-ЦЕМЕНТОВ Советский патент 1934 года по МПК C04B7/54 

Как известно, пуццолановые и шлаковые портланд-цементы характеризуются тем, что они твердеют несколько медленнее, нежели портланд-цемент. Вследствие этого в ранние сроки (4 и 7 дней) они дают более низкие цифры механической прочности.

Быстрота наростания механической прочности пуццолановых портланд-цементов зависит в сильной степени от активности кислых гидравлических добавок, а именно, чем выше активность кислой гидравлической добавки, тем быстрее твердеет пуццолановый портланд-цемент и тем раньше он достигает той механической прочности, которую имеет портланд-цемент без добавок. Быстрота же наростания механической прочности шлаковых портланд-цементов зависит от химического состава шлака и ют того, насколько совершенно был проведен процесс грануляции.

Описанное явление - замедленное твердение пуццолановых и шлаковых портланд-цементов в первые сроки нужно рассматривать как отрицательное их свойство, препятствующее применению их в сооружениях, подлежащих быстрому пуску в эксплоатацию. Из сказанного становится понятными стремление тем или иным способом добиться исправления пуццолановых и шлаковых портланд-цементов в сторону повышения их механической прочности в первые сроки твердения.

Однако, до сих пор, насколько нам известно, каких-либо значительных успехов в этом направлении достигнуть не удалось. В 1929 г. был даже объявлен конкурс на ускорение твердения пуццоланового портланд-цемента, вырабатываемого цементным заводом им. Воровского (б. Мальцевский), но и он никаких положительных результатов не дал.

В 1932 году в лабораторий ВНИЦа авторами было решено вновь поставить работу по получению быстро твердеющих пуццолановых и шлаковых портланд-цементов. При этом, между прочим было намечено изучить, как отражается на свойствах пуццоланового и шлакового портланд-цемента химический состав клинкера, идущего на его изготовление. В частности, авторами был исследован вопрос о влиянии коэфициента насыщения исходного клинкера на скорость твердения пуццоланового и шлакового портланд-цементов.

Для предварительных опытов были использованы два различных портланд-цемента с различными коэфициентами насыщения: один завода А и второй - завода Б. Химические анализы двух указанных портланд-цементов приводятся в табл. 1, в ней же даются и значения модулей и коэфициентов насыщения.

*) См. статью проф. В.А. Кинда - “Химическая характеристика портланд-цемента” в №9 “Строительные материалы” за 1932 г.

Портланд-цемент Ленинградского завода А показывает более высокое содержание окиси кальция при меньшем содержании кислотных окислов, вследствие чего коэфициент насыщения достигает в нем значения 0,96.

При испытании на равномерность изменения объема указанных цементов выяснилось, что портланд-цемент завода Б выдерживает все три установленные стандартом пробы. Портланд-цемент завода А дал удовлетворительные результаты только при хранении в воде комнатной температуры, при испытании же горячими пробами лепешки полностью рассыпались.

В виду предположения, что неравномерность изменения объема объяснялась в данном случае недостаточностью магазинирования клинкера и наличием в последнем свободной извести, испытание на равномерность изменения объема было повторено через 3 месяца после первого, причем в течение этих трех месяцев клинкер выдерживался над бассейнами с водой рассыпанным тонким слоем на железных листах. Повторные испытания дали тот же результат, что и в первом случае.

Портланд-цемент завода Б показывает нормальное наростание механической прочности;. портланд-цемент завода А, наоборот, показывает понижение механической прочности уже к 7 дням хранения. Образцы, приготовленные из этого цемента и предназначенные для испытания на 3 месяца, 6 месяцев и 1 год, развалились полностью через полтора месяца их хранения в воде.

На указанных двух цементах были приготовлены смеси с рядом гидравлических добавок, а именно:

1) с 50% карадагского трасса,

2) с 30% брянского трепела,

3) с 40% брянского трепела,

4) с 30% сиштоффа,

5) с 20% сиштоффа,

6) с 75% керченского гранулированного основного доменного шлака.

Приготовление смеси производилось путем смешения порошкообразных портланд-цемента и гидравлической добавки, в течение часа, в лабораторной шаровой мельнице.

Добавление таких кислых гидравлических добавок, как карадагский трасс, брянский трепел и сиштофф, в процентах, обычных при приготовлении пуццолановых портланд-цементов, дает цементы, равномерные в отношении изменения объема, даже в тех случаях, когда исходный клинкер показывает резкое непостоянство объема. То же самое наблюдается и при добавлении шлака в количестве 75%.

Этот факт имеет чрезвычайно большое значение, ибо он позволяет исправлять и быстро пускать в эксплоатацию портланд-цемент с явной неравномерностью изменения объема, добавляя к нему ту или иную гидравлическую добавку в соответствующем проценте.

Результаты механических испытаний приводятся в табл. 2.

Как видно из опытов, гидравлические добавки и смеси с портланд-цементом завода Б показывают картину, обычную

*) Через 3 суток.

для пуццолановых и шлаковых портланд-цементов. Все смеси в первые сроки - 1, 4 и 7 суток почти во всех случаях уступают по механической прочности чистому портланд-цементу.

К 28-дневному сроку механическую прочность чистого портланд-цемента превышают только смеси с наиболее активными гидравлическими добавками, как сиштофф и трепел. Трасс, как сравнительно малоактивная гидравлическая добавка, и к 28-дневному сроку дает более низкие результаты, нежели чистый портланд-цемент. Эти результаты вполне совпадают с ранее полученными результатами многочисленных испытаний пуццолановых и шлаковых портланд-цементов.

Совершенно иную картину показывает портланд-цемента завода А. Добавление к нему карадагского трасса, брянского трепела, сиштоффа и Керченского шлака не влечет за собою понижения механической прочности в первые сроки твердения, как это обычно наблюдается для пуццолановых и шлаковых портландцементов. Получающиеся в результате смешения цементы нужно рассматривать как быстро твердеющие цементы.

Весьма важен также тот факт, что в то время, как для чистого портландцемента наблюдается резкое снижение механической прочности на 28-е сутки (вызванное неравномерностью изменения объема), пуццолановые и шлаковые портланд-цементы показывают непрерывное и чрезвычайно интенсивное наростание механической прочности вплоть до 6 месяцев.

Сравнение механической прочности пуццолановых и шлаковых портланд-цементов с требованиями технических условий общесоюзных стандартов на портланд-цемент игрок "00" и "000" показывает, что в результате введения гидравлических добавок в портланд-цемент с высоким коэфициентом насыщения и неравномерным изменением объема получаются цементы даже при сравнительна малоактивных добавках (карадагский трасс), удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к марке "00".

При введении в такой цемент весьма активной гидравлической добавки, типа сиштоффа, получаются цементы, для всех сроков превышающие требования к марке "000".

Для экспериментального подтверждения установленных фактов было решено проверить, их еще раз на клинкерах, приготовленных синтетическим путем. Для этой цели были рассчитаны четыре сырых смеси с коэфициентами насыщения: 0.90, 0,95, 1,00 и 1,05. В качестве исходных материалов были использованы гажа (известняк) и глина цементного завода А, Обжиг всех перечисленных четырех цементов производился в электрической криптоловой печи при температурах, соответствующих спеканию каждого из них. Полученные после обжига клинкера измельчались в фарфоровой ступке с добавлением двух процентов гипса до тонкости помола, обычной для портланд цемента. В виду того, что для каждого портланд-цемента были получены очень небольшие количества клинкера, испытание этих цементов на механическую прочность производилось на аппаратуре профессора Кюля, причем определялось только временное сопротивление сжатию. Полученные результаты показывают, что пуццолановые портланд-цементы, приготовленные на клинкерах с коэффициентами насыщения 0,90 и 0,95, показывают картину наростания механической прочности, обычную для пуццолановых портланд-цементов.

Пуццолановые портланд-цементы, приготовленные на к линкерах с коэфициентами насыщения 1,00 и 1,05, показывают, во-первых, чрезвычайно быстрый рост механической прочности в первые сроки твердения и, во-вторых, неуклонное наростание механической прочности в дальнейшем, в то время как чистые (без добавок) портланд-цементы с такими коэфициентами насыщения показывают, наоборот, значительное снижение механической прочности. То обстоятельство, что для пуццоланового портланд-цемента с трепелом обнаружилось понижение механической прочности через 28 дней, нужно, повидимому, объяснить недостаточным процентным содержанием добавки. В настоящее время этот опыт повторяется снова с добавлением трепела в количестве до 50%.

Совершенно аналогичную картину показывают к шлако-портланд-цементы: и здесь можно сделать вывод, что шлако-портланд-цементы, приготовленные на клинкерах с коэфициентами насыщение 0,90 и 0,95, показывают наростание механической прочности, обычное для шлако-портланд-цементов.

Шлако-портланд-цементы, приготовленные на клинкерах с коэфициентами насыщения 1,00 и 1,05, показывают непрерывное наростание механической прочности, в то время, как чистые (без добавок) портланд-цементы показывают значительное понижение механической прочности, объясняемое неизбежным, при таких высоких коэфициентах насыщения, содержанием свободной извести, вызывающим неравномерность изменения объема. Механическая прочность шлако-портланд-цементов в первые сроки, вырастает с увеличением коэфициента насыщения. Тек, например, наивысший результат через четыре дня, для шлако-портланд-цемента с Днепропетровским шлаком, получается при коэфициенте насыщения 1,05, для Керченского же шлака соответствующая наибольшая цифра получается при коэфициенте насыщения 1,00.

То значительное ускорение процесса твердения при изготовлении портланд-цементов, которое наблюдалось нами при изготовлении таких цементов как на заводских, так и на лабораторных (синтетических) клинкерах с высокими, коэфициентами насыщения, позволяет нам с большей уверенностью высказать положение, что проблема получения высокосортных (быстротвердеющих) пуццолановых и шлаковых портланд-цементов решается именно в этом направлении.

Способ ускорения в первые сроки процесса отвердевания пуццолановых, шлаковых и тому подобных смешанных портланд-цементов, приготовленных путем совместного перемола портланд-цементного клинкера с кислыми гидравлическими добавками (трасс, диатомит, трепел, сиштофф и др.) или с гранулированными основными доменными шлаками, отличающийся тем, что употребляемый при этом цементный клинкер изготовляют со столь высоким коэфициентом насыщения, что если бы его перемолоть без прибавления указанных гидравлических добавок, то получился бы цемент, не обладающий равномерностью изменений объема.