Загальні властивостi будiвельних матеріалів (стр. 7 из 12)

63. Хімічний склад цементного клінкера, %: СаО–65,5; SiO₂ – 22,2; Al₂O₃ – 6,4; Fe₂O₃ – 3,1; MgO – 1,5; SO₃ – 0,4; Na₂O – 0,9. Визначити вміст у клінкері трьохкальцієвого силікату С₃S, двокальцієвого силікату С₂S, трьохкальцієвого алюмінату С₃А, чотирьохкальцієвого алюмофериту С₄АF, а також сульфату кальцію СаSO₄. Встановити по табл. 3.1, до якого виду відноситься клінкер.

Таблиця 3.1

Клінкер	Приблизний вміст, %
	С3S	С2S	С3А	С4АF
Алітовий	Більше 60	Менше 15	—	—
Нормальний(по вмісту аліту)	60 – 37,5	15 – 37,5	—	—
Белітовий	Менше 37,5	Більше 37,5	—	—
Алюмінатний	—	—	Більше 15	Менше 10
Нормальний(за вмістом алюмінату)	—	—	15 – 7	10 – 18
целітовий	—	—	Менше 7	Більше 18

Мінералогічний склад цементних клінкерів, %, можна визначити за формулами, запропонованими В.А.Кіндом:

С₃S=3,8·SiO₂(3КН–2)

С₂S=8,6·SiO₂(1–КН)

де КН – коефіцієнт насичення, що показує відношення кількості оксиду кальцію в клінкері, фактично зв’язаного з кремнеземом. До кількості його, теоретично необхідному для повного зв’язування кремнезему в трьохкальцієвий силікат. Коефіцієнт насичення вираховують по спрощеній формулі:

.

Формули для розрахунку С₃А і С₄АF вибираються в залежності від значення глиноземистого модуля ГМ, рівного відношенню процентного вмісту Al₂O₃ і Fe₂O₃.

При ГМ>0,64: С₃А=2,65·(Al₂O₃–0,64·Fe₂O₃); С₄АF=3,04·Fe₂O₃.

При ГМ<0,64: С₃А=1,7·(Al₂O₃–1,57·Fe₂O₃); С₄АF=4,77·Al₂O₃.

Вміст сульфату кальцію визначають за формулою

СаSO₄=4,77·SO₃.

За допомогою наведених вище формул розрахуємо мінералогічний склад клінкера по даним хімічного аналізу.

,

ГМ=6,4:3,1=2,06;

С₃S=3,8×22,2·(3×0,87–2)=51,4%;

С₂S=8,6×22,2·(1 – 0,87)=24,8%;

С₃А=2,65·(6,4–0,64×3,1)=11,7%;

С₄АF=3,04×3,1=9,42%;

СаSO₄=1,7×0,4=0,68%.

По класифікації, наведеній в табл. 3.1, клінкер можна віднести до нормальних.

64. В якій пропорції потрібно взяти вапняк і глину, щоб отримати цементний клінкер з коефіцієнтом насичення КН=0,88? Хімічний склад вапняку і глини, %, наведений нижче:

SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	MgO	SO3	В.п.п.
вапняк	7,80	1,65	1,04	48,8	0,91	–	39,80
глина	64,55	16,51	8,17	1,90	0,89	0,79	7,09

Визначимо співвідношення глини до вапняку 1:х. Тоді вираз для КН прийме наступний вираз:

.

Звідки х»7 частин по масі вапняку. Сировинна суміш буде складатися на 87,6% із вапна і на 12,4% із глини.

65. Яку кількість Са(ОН)₂ виділиться при повній гідратації 1 кг портландцементу, що містить 95% клінкера і 5% гіпсу? Вміст основних мінералів в клінкері, %: С₃S – 57, С₂S – 22, С₃А – 7, С₄АF – 11. Яку кількість добавки трепелу із вмістом SiO₂=72% необхідно для повного зв’язування виділеного Са(ОН)₂?

Виділення гідроксиду кальцію йде в основному в результаті гідролізу при гідратації С₃S. Найбільш ймовірна при звичайних умовах схема гідратації С₃S:

2·(3СаО×SiO₂)+6Н₂О=3СаО×2SiO₂×2Н₂О+3Са(ОН)₂.

Кількість Са(ОН)₂, який виділяється при гідратації можна знайти із пропорції:

456 г 3СаО×SiO₂ – 222 г Са(ОН)₂.

0,95×0,57×100 г – х г

х_Са(ОН)2=264 г.

При взаємодії Са(ОН)₂ з кремнеземом трепелу можна допустити утворення однокальцієвого гідросилікату СаО×SiO₂×Н₂О.

Тоді для зв’язування 1 моля, тобто 74 г Са(ОН)₂, потрібно 1 моль, тобто 60 г SiO₂, а для 264 г Са(ОН)₂ – х г SiO₂.

х_SiO2=(264×60)/74=214,05 г.

Для повного зв’язування Са(ОН)_2, який виділяється при гідратації 1 кг цементу необхідно 214,05:0,72=297 г трепелу. 66. Потрібно, щоб теплота гідратації цементу для зведення бетонної греблі в трьохдобовий вік була не більше 210 кДж/кг, в семидобовий період 251 кДж/кг. Розрахувати орієнтовно теплоту гідратації цементу в 3 і 7 добовий вік при наступному вмісті мінералів, %: С₃S – 47,5; С₂S – 21,4; С₃А – 7,8; С₄АF – 14,5. Чи може бути застосований цей цемент для зведення бетонної греблі? Теплота гідратації цементу q_п, Дж/кг, при орієнтованому підрахунку може бути визначена за формулою:

q_n=a_nC₃S+b_nC₂S+c_nC₃A+d_nC₄AF,

де a_n, b_n, c_n, d_n – коефіцієнти тепловиділення мінералів, визначенні по табл. 3.2.

Таблиця 3.2

Тривалість тверднення, діб.	an	bn	cn	dn
3	3,89	0,666	6,36	– 0,499
7	4,57	0,967	8,67	– 1,73
28	4,78	0,641	9,63	0,59

q₃=3,89×47,5+0,666×21,4+6,36×7,8–0,499×14,5=178,9 кДж/кг;

q₇=4,57×47,5+0,967×21,4+8,67×7,8–1,78×14,5=280,28 кДж/кг.

Результати розрахунку підказують, що тепловиділення цементу у семидобовий вік виходить за установлені межі. Кінцеве значення про надійність цементу може бути дано після експериментального вивчення його теплоти гідратації.

4. Бетони і розчини

67. На завод залізобетонних виробів поступили два види піску – дрібнозернистий річний(№1) і крупнозернистий гірський(№2).Як видно з рис. 4.1., обидва піски за зерновим складом не задовільняють вимоги ДСТУ БВ.2.7–32–95. Дійсна густина піску №1 r₁=2,62 г/см3 насипна r_н1=1150 кг/м3, піску №2 – відповідно r₂=2,65 г/см3 і r_н2=1450 кг/м3. Визначення водопотреби пісків при нормальній густині цементного тіста (В/Ц)т=0,245 показало, що при однаковому розпливі конуса, який дорівнює 170 мм, водоцементне відношення розчину(В/Ц)_р складу 1:2 на піску №1 складає 0,48, №2 – 0,36. Визначити модуль крупності, питому поверхню, водопотребу і пустотність пісків. Встановити, в якому відношенні потрібно змішати піски №1 і №2, щоб змішаний пісок (№3) задовольняв вимогам ДСТУ БВ.2.7–32–95 до зернового складу пісків для бетонів напірних залізобетонних труб. Модуль крупності піску знаходять як кратне від ділення на 100 суми повних залишків на ситах. За рис. 4.1. можна підрахувати, додаючи повні залишки на ситах з розмірами отворів 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 і 0,14 мм ,що для піску №1: Мк=0+5+17+28+85/100=1,35; піску N 2:Мк=32+60+85+95+100/100=3,7

Питому поверхню піску, м2/кг, можна підрахувати за формулою А.С.Ладинського

,

де k – поправочний коефіцієнт, який залежить від виду піску; для гірського піску k=2, для річних і морських пісків середньої крупності k=1,65, для дрібних морських і річних пісків k=1,3; а, б, в, г, д, е – кратні залишки на ситах з розмірами отворів від 5 до 0,14 мм; ж –прохід через сито 0,14 мм.

Кратні залишки легко знайти за відмінністю повних залишків на ситах.

Для піску №1

,

Для піску №2

,

Водопотребу піску, яку визначають за методом Б.Г.Скрамтаєва і Ю.М.Баженова, визначають за формулою

.

Для піску №1

Для піску №2

Пустотність:

піску №1

;

піску №2

.

Щоб при змішуванні пісків №1 і №2 з повними залишками на контрольному ситі А₁ і А₂ отримати пісок 3 з повним залишком А₃, треба виконати умову

100·А₃=А₁·x+А₂·(100–x),

де x – вміст піску №1 в змішаному піску; (100–x) – вміст піску №2 в змішаному піску.

Звідси x=(А₂–А₃)/(А₂–А₁)·100.

Щоб отримати, наприклад, на ситі з розміром отворів 0,63 мм А₃=60%, треба взяти х=(85–60)/(85–17)·100=36%.

У відповідності з приведеною вище вимогою знайдемо зерновий склад змішаного піску при x=36%, 100–x=64% (табл. 4.1).

Таким чином, змішуванням двох пісків з незадовільним зерновим складом вдалося отримати пісок, зерновий склад якого знаходиться в рекомендованій області (рис. 4.1).

68.На завод залізобетонних виробів надійшов пластифікатор ЛСТ(лігносульфонати технічні) з густиною r_д=1,266 г/см³. Витрата цементу на 1 м³ бетону Ц=350 кг, води В=157 л. Питоме дозування добавки, встановлене дослідним шляхом, c=0,25% маси цементу в перерахунку на суху речовину. Визначити кількість пластифікатора, яка потрібна для приготування водяного розчину пластифікатора і заправки ємності v_p=1000 л, а також витрата його на 1 м³ бетону в тому випадку, коли розчин має: а) робочу концентрацію; б) 10%–ну концентрацію.