Швидкотвердіючі портландцементи - сульфалюмінатно-білітовий цемент - бесаліт
Швидкотвердіючий портландцемент (БТЦ) отримують спільним тонким подрібненням спеціального портландцементного клінкеру та гіпсу. При помелі допускається введення не більше 10% активних мінеральних добавок осадового походження та не більше 15% доменних та електротермофосфорних гранульованих шлаків, глієжів.
Клінкер швидкотвердіючого портландцементу містить зазвичай 60-65% трикальцієвого силікату і трикальцієвого алюмінату і обмежена (до 0,5%) кількість СаОсвоб. Зміст MgO у ньому має перевищувати 5 %.
При виробництвіБТЦсировинні суміші готують з підвищеним порівняно зі звичайним портландцементом коефіцієнтом насичення кремнезему оксидом кальцію (/(# = 0,9. 0,92), їх більш тонко подрібнюють і ретельно гомогенізують. більш високих температурах, застосовуючи по можливості малозольне висококалорійне кам'яне вугілля.
Підвищена міцність цементу швидкотвердіє в перші терміни твердіння значною мірою обумовлена не тільки мінеральним складом, але і тонкістю подрібнення цементу. Швидкотвердіючий цемент розмелюють до питомої поверхні 3500-4000 см2/г (замість 2800-3000 см2/г для портландцементу).
Через 3 добу твердіння в нормальних умовах міцність БТЦ зазвичай сягає 60-70% марочної. У наступні терміни твердіння інтенсивність наростання міцності уповільнюється і через 28 діб і більше показники міцності швидкотвердне цементу стають такими ж, як і у звичайних високоякісних порт-ландцементів. По ГОСТ 10178-76 (з ізм.) Межа міцності БТЦ при випробуванні балок з малопластичних розчинів через 3 діб повинен бути при згині не менше 4 і 4,5, а при стисканні не менше 25 і 28 МПа відповідно длямарок 400 та 500.
Інтенсивність зростання міцності виробів з бетонів на цементах, що швидко твердіють, зростає в умовах теплової обробки при 70—80 °С. При цьому через 4-6 год міцність зростає до 70-80% тієї, яку набуває бетон протягом 28 діб твердіння в нормальних умовах. Більше тривале пропарювання, а також тепло-влажностная обробка при температурах вище 80 °С приводять зазвичай у подальшому до уповільненого зростання міцності та її недобору. Вона нижча за міцність виробів, що твердіють при звичайних температурах протягом 28 діб, тому бетони на таких нементах слід пропарювати при температурі не вище 70—80 °С з короткою витримкою.
При зберіганні на складі портландцемент швидкотвердіє порівняно швидко втрачає активність, і використовувати його слід в міру надходження на завод.
Швидкотвердіючі портландцементи доцільно застосовувати при виготовленні високоміцних, звичайних та переднапружених залізобетонних виробів та конструкцій. Це дає можливість значно скоротити потребу в металевих формах, а в окремих випадках відмовитись і від теплової обробки виробів. Застосування цементів для зведення споруд з монолітного бетону дозволяє різко скоротити терміни витримки конструкцій в опалубці.
В даний час в СРСР, США, Японії, ФРН розроблено склади та технології надшвидкотвердіючих цементів екстра-класу, а також організовано їх промислове виробництво, хоча і в обмежених поки що масштабах.
Застосування таких цементів у будівництві має винятково важливе значення. Вони дозволяють відмовитися від найтривалішого і найдорожчого процесу — теплолажіостійної обробки залізобетонних виробів на заводах, що потребує значної витрати пального та великих виробничих площ для розміщеннятеплових установок (камер, котельних установок та ін.). Вони дозволяють особливо ефективно вирішувати проблеми зведення будівель та споруд із монолітного бетону із застосуванням ковзних та переставних опалубок.
При їх використанні значно економічніше повинні вирішуватись завдання зимового бетонування. Причиною для цього є та обставина, що бетони на цементах екстра-класу вже через 4-10 годин твердіння при 10-15 ° С можуть набирати до 30-50% марочної міцності. Як відомо, наступне замерзання бетону майже не відбивається на кінцевій його міцності після розморожування.
Важливих результатів у вирішенні теоретичних і практичних питань створення та застосування надшвидкотвердіючих цементів екстра-класу досягли І. В. Кравченко, Т. В. Кузнєцова, А. М. Дмитрієв, М. Т. Власова, Б. Е. Юдович, М. Г. Толочкова, Г. І. Вовчок (НДІцемент) та ін. Ними синтезовано та апробовано у виробництві кілька різновидів таких цементів. Серед них, в першу чергу, можна відзначити цементи, одержувані випалом сумішей компонентів при 1200-1250 ° С, що містять підвищену кількість оксиду алюмінію, а також фтористі речовини. При випалюванні утворюється клінкер, що містить C3S, C2S, СЦА-CaF2, а також скло. Клінкер подрібнюють до дисперсності 4,5-5 тис. см2/г, Інтенсивність твердіння такого цементу обумовлена винятковою активністю алюмінату галогенсодержащего кальцію CnA7-CaF2 при взаємодії з водою.
Цемент, що містить цей мінерал у кількості 20-25% по масі, при випробуванні в розчинах за ГОСТ 310.1-76 характеризується такими показниками міцності: через 6 год-15-20; через 1 добу -20-30 і через 28 діб - 40-45 МПа.
Початок і кінець схоплювання цементу наступають через 15-30 хв після замішування його водою в тісто нормальної густоти (27-30%).
Цей цемент характеризується при твердінні невеликим лінійним розширенням і міцністю при випробуванні за ГОСТ 310.1-76 через 2 год - 15-25; через 7 діб-40-45; через 28 діб-40-60 МПа.
Бетони, виготовлені на бесалітіз витратою його в кількості 450—500 кг/м3 (5/Ц=0,4. 0,5), через 3 години твердіння в нормальних умовах мають міцність 15— 20, а через 28 діб 40-55 МПа.
А. М. Дмитрієвим, Б. Е. Юдовичем та іншими розроблені також цементи, одержуванівведенням у портландцементи високих марок кристалізаційних добавок (крентів). Одна з подібних добавок, що вводиться до 10%, містить аморфний кремнезем, гідроксид і сульфати алюмінію. Ці крети отримують при різних способах випалу крейди та відходів кислотної обробки глин. При додаванні до портландцементу марки 600 креіту в кількості 10% підвищується його міцність через 10 год твердіння з 5 до 18 і через 28 діб з 60 до 85 МПа. Початок схоплювання такого в'яжучого в межах 20-45 хв. Цемент, близький за складом до описаного, запропонований PL Ф. Пономарьовим та В. В. Тимашевим.
Б. І. Нудельмаї, М. Я-Бікбау, А. С. Свєнццький і ін. (НДІстромпроект, Ташкент) розробили склад і технологію алінітового цементу (ТУ 21-20-53-83). Клінкер для його виготовлення одержують випалом сумішей вапняку, глинистого компонента з добавкою розчину хлористого кальцію при 1050-1150 °С. Подрібнюють клінкер з добавкою гіпсу в кількості 2,5-3,5% (за сірчаним ангідридом). У цемент можна вводити активні мінеральні добавки (10-30%) або гранульовані доменні шлаки (30-50%).
Основними мінералами, що визначають швидкість гідратації та твердіння цементу, є основний хлорсилікат кальцію (алініт), хлоралюмінат кальцію з базовою формулою 11Са-4[0,755Ю2-5А(I)] 180C1.
У МІСД ім. В. В. Куйбишева з початку50-х років під керівництвом А. В. Волженського ведуться дослідження, створені задля створення СБТЦ поєднанням традиційних матеріалів оптимальних співвідношеннях. При цьому були отриманігіпсоцементно-пуццолаїові в'яжучі (ГЦПВ)(див. п. 2 глави 15).
У США, Японії, ФРН, Франції та інших країнах також розроблені надшвидкотвердні цементи. У США відомі цементи на основі глиноземистого та лортлаїдського цементів, що дають можливість отримувати бетони зі значною міцністю через 2-3 години твердіння. У Японії випускають цементи, які при випробуванні в розчинах з піском 1:2 при В/Ц = 0,6 через 1 добу твердіння в нормальних умовах дають міцність при стисканні понад 20 МПа.
Таким чином, зараз створено передумови для організації масового виробництва цементів екстра-класу, які забезпечують виняткові можливості для різкого підвищення ефективності будівництва з бетону та залізобетону.