Ускоренные методы определения активности и алюминатности цемента
Для наиболее полного использования возможности цемента и получения при минимальных его расходах бетона по высшими показателями качества необходимо знание строительно-технологических свойств применяемых цементов — не только его марки, но и содержания С3А, влияющего на скорость гвердения, отношение к тепловой обработке, экзотермию, морозо- и сульфатостойкость.
Данные на поставляемые цементы, содержащиеся в заводских паспортах, недостаточны, и зачастую требуют проверки. Использование цемента с неизвестными свойствами приводит или к его перерасходу, или к снижению качества бетона. Поэтому рациональное использование цемента непосредственно связано с разработкой и внедрением методов ускоренных испытаний, которые не подменяя стандартных, могут дать надежную информацию о его свойствах.
В основу методов ускоренного определения активности цемента и его алюминатности положено представление об истинном минералогическом составе поверхности зерен клинкера в момент затворения цемента водой [1]. В этом понятии выражен целый комплекс свойств цемента: тонкость помола и гранулометрия зерен, петрография и с-руктура клинкера, а также его фактическая гидратационная активность.
Известно, Нто кристаллы активных минералов в клинкерах могут экранироваться пленками менее активных соединений, а сами кристаллы обладать различной степенью искажения решетки л содержать различные количества других компонентов в виде твердых растворов. Все это существенно влияет на активность цемента, четко отражается на действующем составе. Гак как гидратация идет на поверхности цементных зерен, не затрагивая сердцевину более крупных частиц, действующее количество минералов в цементе всегда меньше валового. Предлагаемые методы предназначены для ускоренного определения активности и алюмииатности всех портландцементов, регламентируемых ГОСТ 10178—76, за исключением шлакопортландцемента.
Метод определения активности (марки) цемента основан на выявлении действующего количества силикатных фаз — главных носителей его прочности. В качестве показателя этого количества принята концентрация гидролизной извести Са(ОН)2, выделяемой цементом после первых 5 ч гидратации в суспензии (В/Ц е20) при температуре 20°С; так как, кроме силикатов кальция, другие минералы клинкера извести не выделяют.
Согласно данным, гидролиз силикатов в цементном тесте за 5 ч происходит достаточно глубоко, а в разбавленных суспензиях ход его значительно ускоряется. По нашим данным, портландцемент Вольского завода марки М 400 за б ч гидратации выделяет в разбавленной суспензии около 27% всей извести, которая выделяется к 28-м сут. Аналогичные данные получены и для других портландцементов.
По интенсивности гидролиза силикатов в суспензии можно судить о действующем их количестве и истинном химическом потенциале силикатных фаз в данном цементе. В работе также отмечается, что, по мнению многих исследователей; свойства цементного камня в большой степени определяются в первые минуты и часы гидратации трехкальциевого силиката, поэтому отобранную по ГОСТ 22236—76 от поступившей партии цемента среднююю пробу перед испытанием обрабатывают, согласно указаниям ГОСТ 310.1—76, для устранения возможной неоднородности цемента в пределах партии — определяются нормальная густота теста, сроки схватывания и равномероность изменения объема. Затем в стеклянную колбу с притертой пробкой отмеряют В (мл) дистиллированной воды, рассчитанной по эмпиричеокой формуле:
От средней пробы отвешивают 10 г цемента и всыпают в воду, отметив в журнале время затворения. Колбу закрывают и при постоянном взбалтывании гидратируют цемент в течение 5 мин, после чего в течение следующих 5 мин суспензии дают отстаяться. Осветленную жидкость осторожно сливают в мерный цилиндр объемом 250 мл. Замечают количество слитой жидкости, удаляют ее, отмеряют в колбу такое же количество дистиллированной воды и добавляют 0,5 г тонкомолотого полуводного гипса. Колбу плотно закрывают и гидратируют цемент в течение 5 ч с момента затворения. Суспензия должна иметь температуру 20±1°С, каждые 15 мин ее Необходимо взбалтывать. Отступления от режима испытания искажают его результаты. Описанная операция способствует быстрому удалению растворившихся щелочей и свободной извести, поэтому необходимо стараться слить как можно больше жидкости, не допуская потери цемента. Через 5 ч часть суспензии (60—70 мл) быстро пропускают через бумажный фильтр, пипеткой отбирают 25 мл фильтрата, переносят в коническую колбу с 25 мл дистиллированной воды, добавляют 2— 3 капли метилоранжа и сразу титруют точно 0,1 н. раствором HC1 до перехода окраски из желтой в оранжевую. Отмечают объем в мл кислоты.
Активность цемента А, МПа, рассчитывают по формуле
Эмпирическая формула получена путем обработки экспериментальных данных по одновременному определению фактической активности портландцементов по ГОСТ 310.4.76 и показателя и для каждого из испытанных цементов. Сопоставление результатов испытаний портландцементов разных заводов, выполненных по ГОСТ 310.4.76 и по предлагаемому методу, показывает, что расхождение между ними не превышает 4—6% (см. таблицу).
Сущность метода определения алюминат ности заключается в селективной гидратации алюминатных фаз при одновременном блокировании силикатов кальция. Последнее достигается введением в цементное тесто с водой затворения свекловичного сахара в количестве 1% массы цемента. Исследования показали, что сахароза тормозит гидролиз силикатов, но значительно ускоряет гидратацию алюминатов и связывание их с гипсом в эттрингит. Вскоре после затворения цемента раствором сахара наблюдается рост температуры теста—оно схватывается и затвердевает. Можно предположить, что прочность затвердевшего теста в этих условиях является индикатором действующего числа фаз в данном цементе, так как только они и участвуют в твердении.