> Техника, страница 37 > Гидравлические растворы

Гидравлические растворы

Гидравлические растворы, строительные растворы, употребляемые в строительной технике для образования монолитов каменной и бетонной кладки из естественных или искусственных каменных материалов. Строительные растворы бывают воздушные и гидравлические. Гидравлические растворы состоят из смеси гидравлического вя-жугцего вещества (смотрите), песка и воды; смесь же только вяжущего вещества с водой носит название теста.

В виду того, что гидравлическое тесто обладает избыточной механическ. прочностью, а также при твердении в больших массивах может давать трещины усыхания как очень жирный состав, то к нему в качестве инертного отощающего вещества добавляют песок, который устраняет возможность появления трещин усыхания и значительно понижает стоимость раствора; в то же время раствор дает достаточную механическую прочность. Так как пески по своему гранулометрическому составу различны, то и "ко личество вяжущего вещества для достижения той пли иной механич. прочности меняется. Наибольшая прочность раствора при наименьшей его стоимости будет достигнута тогда, когда раствор содержит столько вяжущего вещества, что им заполнены все пустоты между зернами песка и имеется еще нек-рый избыток для обволакивания зерен. Отношение d объёма теста к объёму пустот дает масштаб плотности раствора. В зависимости от рода сооружения выбирается соответственная величина d. При заготовлении раствора для больших массивов бетона d выбирают не меньше 1,1, а в тонких железобетон. плитах d доходит до 1,25. Обозначим: S—общий объём песка, h_s—отношение объёма пустот в песке к общему его объёму &. г—объём теста вяжущего вещества; тогда

d =, V ·

h_sS

Если объём пустот в вяжущем веществе обозначим через /<-, то из одной объёмной единицы вяжущего вещества и w объёмы, единиц поды получим объём плоти, теста раствора г=1 — /г, + и

При удельном весе вяжущего вещества р и объёмном весе q получим:

1 — к_г=®=v, след., s=v + к·.

Т. о., для плотного раствора допускается объёмных единиц песка:

_ z _ v + w

“ dhs ~ dh„

Из одной объёмной единицы вяжущего вещества, w объёмн. единиц воды и S объёмы, единиц песка получим следующее количество объёмных единиц плотного раствора: т=г+ (1 — 7/,) S.

Т. о., для единицы объёма раствора необходимо: ^ объёмных частей вяжущего вещества, ^w воды, ^s песка. Выход раствора а т 771

есть отношение полученного объёма раствора к сумме затраченных объёмов вяжущего вещества и песка, то есть т

^α= Ϊ+ S

Напр., если вяжущее вещество—цемент с 75=3,13 и <7=1,4, то, выбирая <7=1,15 и для воды опытную величину to — 0,40 + 0,08£,

ПОЛУЧИМ: _с, ₀,85

* 1,15/ig —0,08 ’

На основании этих ф-л можно рассчитать пропорции составных частей раствора для песков различной плотности. В табл. 1 приведены данные для песков, имеющих плотность h_s от 0,45 до 0,20.

Тайл. 1.—Объемы элементов гидравлических раствор о η в зависимости от плотности носка 7ι„.

Плотность песка hs	Объемные единицы				На 1 м“ готового раствора требуется				Выход раствора а
	цемент	песок S	э а о	раствор т	цемента		воды W а м“ т	песка *«· т
					1, —At* m	1100 КЗ т
0,45	1	1,95	0,55	2.07	0,485	680	0,207	0,945	0.70
0,40	1	2,23	0,58	2,37	0.423	590	0.245	0,945	0,73
0,35	1	2,63	0,61	2,78	0,360	503	0.219	0,950	0,77
0,30	1	3,21	0,66	3.36	0,298	117	0,196	0,955	0,80
0,25	1	4,12	0,73	4.26	0,2.35	328	0,171	0,965	0,83
0,20	1	5,67	0,85	5,83	0,171	240	0,145	0,970	0,88

Объем пустот в песке и гравии м. б. определен следующ. образом: берут какой-нибудь сосуд определенного объёма, наприм., в 1 л, наполняют его испытуемым песком или гравием н взвешивают, затем материал высыпают в запасный сосуд, а в литр наливают Vs л воды и осторожно всыпают в воду из запасного сосуда весь песок, доливают литр с песком до верха (вровень с краями) водой и взвешивают. Разность между последним весом и первым, деленная на 10, то есть отнесенная к 100 см³, и диет объёмный процент пустот в испытуемом песке.

Вяжущие вещества, которые применяются для гидравлических растворов, представляют собою:

1. Гидравлическая известь — продукт, получаемый умеренным обжигом, не доводимым до спекания, мергелистых известняков, не доломитизироваиных или до-ломитизированных, обладающий свойством при смачивании его водой полностью или частью рассыпаться в порошок (гаситься) и твердеть в воде; изготовляется в виде кусков негашеной извести (кипел к а) или в виде тонкого порошка гашеной извести (п у-шонка). В зависимости от содержания глинистых примесей гидравлическая известь называется слабой или сильной. Негашеная гидравлическая известь, будучи достаточно смочена водой, должна гаситься. Срок твердения, определяемый лабораторным путем, для слабо гидравлической извести должен быть не более 7 дней. Раствор состава—по весу 1 часть гидравлической извести и 5 частей нормального песка— должен обладать механическими свойствами не ниже указанных в таблице 2.

Т а б л. 2.—М еханпчсские свойства гидравлической извести состава 1:5.

Условия твердения (число дней)		Временное сопротивление (в кг/см1)
в воздухе	в воде	на растяжение	на сжатие
Слабая гидравлическая известь
21	7	2	6
21	35	3	10
28		10	30
66		15	45
Сильная гидравлическая известь
7	7	5	12
7	59	S	20
28	—	15	45
со		20	60

2. Рома н-ц е м е н т—продукт, получаемый механическим измельчением в тонкий порошок предварительно обожженных при /°, не доводящей материал до спекания, естественных глинистых или магнезиальных мергелей или же искусствен, смесей магнезиальных известняков или доломитов с глинистыми материалами; продукт этот после обжига при смачивании водой не гасится, но тесто из роман-цемента твердеет в воде. Раствор роман-цемента с песком в пропорции по весу 1 : 5 должен через 28 дней после затворения с водой удовлетворять след, мехапич. условиям: но нормам 1925 г., образ цы роман-цемепта, хранившиеся на воздухе, должны иметь временное сопротивление на растяжение в килограммах/см², на сжатие—48 килограмм/см²; образцы, хранившиеся в воде, должны дать врем, сопротивление на растяжение 4 килограмма/см², па сжатие—32 килограмма/см².

3. Портланд-цемент—продукт тончайшего перемола клинкера, получаемого равномерным и сильным обжигом до спекания тщательно дозированных искусственных смесей материалов, содержащих углекислую известь и глину, или естественных материалов (глинистых известняков—мергелей) надлежащего состава; при применении искусственных смесей глина может быть заменена полностью или частично доменным шлаком надлежащего состава. Количество посторонних веществ, прибавляемых к продукту после обжига для урегулирования его свойств, не должно превышать 3% повесу. Отношение % содержания по весу окиси кальция (СаО) к сумме % содержания по весу кремнезема, глинозема и окиси железа (Si0₂ + А1,0₃ + Ке₂0₃), то есть значение величины основного или гидравлического модуля

СаО

SiO, -i^- AljOj + FGjOj

в готовом продукте должно заключаться в пределах от 1,7 до 2,4. Портланд-цемент, в котором отношение % содержания по весу кремнезема (ЬЮ₂) к сумме % содержания по весу полуторных окислов (Al₂0₃+Fe₃0₃), называемое кремнеземным модулем, превышает 3,5,—называется кремнеземистым. Количество ангидрида серной кислоты (S0₃) в готовом продукте после прибавления регулирунощих примесей не должно превышать 2,5%, а количество MgO—3%. Чистый портланд-цемент должен дать врем, сопротивление на растяжение через 7 ди. не менее 25 килограмм/см², через 28 дн.—35 килограмм/см². Раствор портланд-цемента с нормальным песком в пропорции 1:3 но весу должен дать врем, сопротивление на растяжение через 7 дней не менее 10 килограмм/см², через 28 дн.·—14 килограмма/см², а временное сопротивление на сжатие через 28 дней—не менее 140 килограмм/см².

4. Глиноземистый, или бокситовый, цемент — продукт тонкого перемола вещества, получаемого сильным обжигом до сплавления или спекания смесей материалов, богатых глиноземом (бокситы) с известью или известняком. Этот цемент характеризуется быстрым возрастанием мехапич. сопротивления изготовленных на нем растворов, причем времен, сопротивление на сжатие и растяжение должен быть не ниже, чем у портланд-цемента.

5. И з в е с т к о в о-ш л аковые ц е м е н-т ы—продукты совместного перемола или теснейшего смешения порошкообразной гашеной извести с предварительно измолотыми в тонкий порошок гранулированными основными доменными шлаками; весовое содержание гашеной извести в готовом продукте—от 10 до 30%.

6. Нзвестково - пуццолановые цементы—иродукты совместного перемола или теснейшего смешения порошкообразной гашеной извести с предварительно измолотыми в тонкий порошок естественными гидравлическими дооавками; весовое содержание гашеной извести в готовом продукте-от 10 до 30%.

7. Шлако-портлапд-цемеиты -продукты, получаемые путем тщательного механического смешения заводским путем портланд-цемента с тонко измельченным основным гранулированным доменным шлаком надлежащего состава; весовое содержание шлака—от 30 до 70% всей смеси. Состав основного доменного шлака, получаемого при плавке чугуна на минеральном топливе, должен удовлетворять требованию, чтобы весовое отношение основных окислов (СаО-|-

MgO) к кислотным (Si0₂-f А1₂0₃) было во всяком случае более 1. Количество S0₃ в готовом продукте не должно превышать 3%, MgO—4%. Раствор шлако-портланд-цемен-та с нормальным песком в пропорции 1 : 3 по весу должен дать времен, сопротивление на растяжение через 7 дней не менее 10 килограмм/см², через 28 дней—14 килограмма/см², а временное сопротивление на сжатие через 28 дней—не менее 140 килограмм/см².

8. Пу ццоланов ые портлаяд-це-м е н т ы—продукты, получаемые путем тщательного механическ. смешения заводским путем портланд-цемента с тонко измельченными гидравлическими добавками. Весовой % содержания портланд-цемента в продукте определяется в зависимости от состава и свойств добавок. Раствор цуццоланового портланд-цемента с нормальным песком в пропорции 1 :3 по весу должен дать времен, ‘«противление на растяжение через 7 дней не менее 10 к г/см², через 28 дней—14 килограмма/см·², а временное сопротивление на снсатне через 28 дней—не менее 140 килограмм/см².

Гидравлические добавки в порошкообразном состоянии, затворенные с водой, неспособны самостоятельно отвердевать, но в смеси с известью образуют тесто, способное отвердевать в воде; те же добавки применяются и в смеси с портланд-цементом. Гидравлически добавки разделяются на: естественные, встречающиеся в готовом виде и не требующие для своего применения никакой обработки, кроме отсеивания и измельчения, и искусственные, получающиеся после термической и механической обработка! естественных материалов.

К естественным г и д р а в л и ч о-с к и м добавка м относятся: 1) п у ц ц о-л а н ы, встречающиеся в природе в виде измельченных порошкообразных пород; это— рыхлые вулканич. туфы, например, римская п неаполитанская пуццолана, санторинская земля; 2) трасы, встречающиеся в виде б. или м. твердых пород, требующих для своего употребления мехапич. измельчения; это—твердые вулканич. туфы. например, ан-дернахскнн трас, карадагский трас, находящийся на горе Кара-Даге в Крыму; 3) к р е м-неземистые осадочные пород ы рыхлого сложения: диатомовая (инфузорная) земля, кизельгур, трепел.

К искусственным г и д р а в л и ч е-«•ким добавка м относятся: 1) г р а-

нулирова н н ы е основные долепи ы е ш л ак и — обладают слабыми гидравлическ. свойствами и могут отвердевать самостоятельно, но в виду того, что пуццолаиич. свой ства в них выражены очень резко, относятся к гидравлич. добавкам; 2) г л и н и стые м а-т е р и а л ы, надлежащим образом обожженные и измельченные в тонкий порошок, также называемые цемянками (смотрите)·—’Обожженная глина, битый кирпич; 3) гезы или аналогичные нм природные богатые кремнеземом материалы, предварительно подвергнутые обжигу и затем измельченные.

Основной процесс, придающий Г. р. устойчивость и обусловливающий их долговечность, есть процесс карбонизации, то есть превращения Са(ОН)₂ в СаС0₃. Главными составными частями гидравлич. цементов, применяемых для Г. р., являются: кремнезем Si0₂, глинозем А1,0₃ и известь СаО; поэтому Г. р. могут дать устойчивые в природных водах системы лишь в том случае, если значительная часть извести успеет превратиться в СаС0₃ прежде, чем произойдет выщелачивание извести как свободной Са(ОН)₂, так и связанной в виде силикатов и алюминатов. При затворенни обыкновенного портланд-цемента ограниченным количеством воды протекают следующие реакции:

3 CaO SiO.+ !,.·> H,0=Ca0 Si0,.2.5 II.О 1-2 Оа(ОП).:

2 СаОSIO.+3,5 11,0 CaO-siO.,2,5 M,О М’а(ОП).;

3 СаО-А1,0, гСа(ОН),+11 11,0=4 СаО· AI,О,.12 11,0.

В результате этих реакций образовываются студни Ca(OH)s, Ca0-Si0₂.2,5 Н₂0 и 4 Са0А1₂0₃.12 Н₂0, перекристаллизовыва-ющиеся со временем и превращающие тестообразный раствор в прочное камневидное тело. Эта прочность главным образом зависит от кристаллизации Са(ОН)_г. При действии неограниченных масс воды на отвердевший раствор с течением времени происходят дальнейшие реакции, а именно:

CfO-Si0.2.5 II,0 + nIT,0=Ca(0H),-: SiO, fnill.O;

1 Ca0 Al,0,.I2 H,0 + nlI,0==

= 4 Ca(OH),+Al,0,.3 Η,Ο+ηι,Η,Ο.

T. к. кристаллы Ca(OH)₂ переходят в раствор, то в результате образуются коллоидальные рыхлые массы кремнезема, глинозема и водного раствора гидрата извести, то есть происходит полное разрушение затвердевшего раствора. Развитие и течение этих процессов обусловливается тем, что силикаты и алюминаты извести, образующиеся в первые периоды действия воды на цемент, нерастворимы и устойчивы только тогда, когда окружающая их вода содержит в растворе определенное количество гидрата извести. Если вода содержит меньшее количество извести, то она разлагает вышеупомянутые силикаты и алюминаты и вымывает из них известь до тех пор, пока концентрация последней в растворе не достигнет определенной величины. Предельная концентрация гидрата извести вводном растворе, при которой затвердевшие части гидравлического раствора могут сохраняться в твердом кристаллическом состоянии без разложения, следующие:

Для Са(ОН),.1,30 г СаО а л раствора

» 1 СаО -А 1,0,. 12 11,0. 1 .OR г * и ·> »

» CaO*SiO_s.l,5 Н*0. 0.05 г » η » »

Т. к. воды морей, рек и озер никогда не содержат в растворе такого количества гидрата извести, то обыкновенные растворы из портланд-цемента в этих водах должны неизбежно выщелачиваться и со временем окончательно разрушиться. Но благодаря содержащейся в природных водах и воздухе (Ч)₂ образуется на поверхности раствора нерастворимая корка СаС0₃, которая постепенно распространяется вглубь и создает наружную стойкость раствора. .)то обстоятельство замедляет выщелачивание извести, по при действии природных вод на массу раствора разрушение все же будет продолжаться. И пресных или мало соленых водах разрушение раствора происходит более медленно, а в морских или минерализованных водах этот процесс значительно ускоряется благодаря присутствию сернокислых и магнезиальных солей, образующих с алюминатом извести 1 СаО-А1₂О_аЛ2 Н₂0 сульфоалю-минат извести 3 Са0-А1₂0₃-3 CaSO₄.30 Н₂0 при большом увеличении объёма, что вызывает растрескивание раствора, облегчает доступ воды в массу его и выщелачивание; магнезиальные же соли вступают во взаимодействие с Са(ОН)₂ и дают растворимый СаС1₂ по ур-ию:

MgCl,+Ca(OH),=CaCI,+ .Mi?<OIl),.

Для устранения выщелачивания извести и предупреждения разрушения раствора при твердении под водой к цементам необходимо добавлять в известной пропорции нек-рые добавки, содержащие активный кремнезем, связывающий свободную известь Са(ОН)₂. растворимость которой в присутствии таких добавок падает до 0,05 г СаО на л, то есть уменьшается почти в 30 раз. Вследствие итого процесс карбонизации успеет распространиться па всю массу раствора прежде, чем произойдет сколько-нибудь заметное выщелачивание водой. Такими являются пуц-цоланич. добавки, которые делают раствор портланд-цемента устойчивым также и в морских или минерализованных водах, так-как в присутствии добавок алюминат извести 1 CaO-Al.,0,.12 Н₂0, могущий под влиянием сернокислых солей морской воды перейти в опасный сульфоалюминат извести 3 Са0-А1₂0₃-3 СаЖД.ЗО Н₂0, поможет существовать в присутствии активного кремнезема вследствие малой возможной концентрации извести (не более 0,05 г на л). Так. обр., для получения стойкого Г. р. необходимо к обыкновенным цементам прибавлять добавки, содержащие активный кремнезем.

Наиболее изученные в настоящее время гидравлические добавки содержат:

Римская пуццолана—он. 30% актив, кремнезема

Неаполитанская »> » 20% » »

Карадагскии трас » 30% » *

Глиноземистый (бокситовый) цемент также дает Г. р., почти совершенно не разрушающиеся в пресных, морских или минерализованных водах. Это свойство объясняется тем, что отвердевшая масса глиноземистого цемента, представляющая смесь А1₂0₃-2 СаО.7 Н₂0 и А1₂0₃.пН„0, не содержит растворимого гидрата извести. Концентрация нее извести, отвечающая равновесию при гидролитической диссоциации алюмината извести А1₂0₃-2 СаО.7 ПО,₂ незначительна (всего 0,10г СаО нал); поэтому процесс карбонизации совершится ранее, чем произойдет заметное выщелачивание. Действие минерализован, вод также не вызывает разрушения при твердении раствора из гли ноземистого цемента, т. к. в данном случае образование сульфоалюмината извести не сопровождается опасным увеличением объёма. Т. о., наиболее устойчивыми Г. р. являются растворы на пуццолановом или глиноземистом (бокситовом) цементе.

Носок для Г. р. применяется предпочтительно кварцевый или из других твердых изверженных пород, речной или из сухих россыпей. Перед употреблением песок должен быть просеян и очищен от илистых, глинистых, органических и других вредных примесей. Содержание глины в песке не должно превышать 5% объёма песка. При большом количестве примесей требуется промывка. Примесь серного колчедана, гипса и вообще сернокислых солей в песке не допускается. По крупности зерен наилучшим будет песок, представляющий равномерную смесь крупнозернистых частиц (от 5 до 2 миллиметров) и мелкозернистых (от 2 до 0,25 миллиметров). Вода для затворепия раствора должен быть пресная и чистая. В приморских работах допускается применение морской воды. Болотная и торфянико-вая вода не допускается. Составление раствора с песком в требуемой пропорции производится насухо; после получения равномерной смеси добавляют воду и раствор снова тщательно и быстро перемешивают. Весь приготовленный раствор должен быть употреблен в дело по возможности до начала схватывания. Для всех вышеуказанных цементов начало схватывания должно быть не ранее 20 минут, а конец—не позднее 12 часов.

Наибольшее применение в строительном деле имеют растворы на портланд-цементе с песком. Впредь до введения весовых соотношений пропорция составных частей раствора считается по их объёму и при той плотности портланд-цемента, которая получается при пересыпке его в мерный ящик без последующего утряхивания; в таком состоянии объёмный вес портланд-цемента м.б. принимаем в 1 400 килограмм/м³. При производств! каменной кладки искусственных сооружений употребляется цементный раствор следующего состава: а) для бутовой и бетонной кладки фундаментов опор инженерных сооружений ниже горизонта высоких вод, для каменных и бетонных сводов, для прокладных рядов—1 ч. цемента, 3 ч. песка; б) для бутовой и бетонной кладки выше горизонта высоких вод—1 ч. цемента, 4 части песка;

в) для кладки облицовки опор и устоев, карнизов, смазки сводов—1 часть цемента. 2¹/., ч. песка; г) для кладки подферменных камней—1 часть цемента, 1 часть песка;

д) при железобетонных работах в ответст венных сооружениях:

длп составления Сетона марин 1.1 :

» » » » 2.1:2

» » » » 3.1 : 2 j

в прочих сооружениях:

для составления бетона марки 1.1:3

» » » » 5.1:4

е) для кирпичной и каменной кладок при гражданских сооружениях—от 1 : 4 до 1 : 6;

ж) в гражданских сооружениях иногда применяется сложный (смешанный) раствор состава 1 ч. цемента, 2 ч. извести и от 5 до 11 частей песка, причем цемент и песок перемешиваются в сухом виде, а известь добавляется в виде теста или молока; з) для облицовки бетонных полов, для водонепроницаемой штукатурки, для заливки анкерных болтов, для заливки швов—1 : 1. Роман-цемент имеет ограниченное применение—только в гражданских сооружениях. Состав от 1 : 1 до 1 : 5. Глиноземистый цемент применяется в тех случаях, где требуется очень быстрое получение большой прочности (военные сооружения), а также для работ в морских или минерализованных водах. Для гидротехническ. сооружений наиболее подходящими являются пуццола-новые и глиноземистые цементы. Для получения водонепроницаемых растворов в гражданских постройках применяют затворе ние цементного раствора на церезитовом молоке.

При употреблении Г. р. следует принимать особые предосторожности в случае зноя или, наоборот, низкой t° воздуха. При наступлении заморозков с t° ниже —5°, а также при наступлении длительной морозной погоды с t° ниже 0° работа может производиться только в тепляках с температурой не ниже+ 6°. Смешиваемые материалы необходимо прогревать.

Лит.: В ел η хо в II., Механич.свойства строит, матер., бып. з—Цементные растворы, М., 1904; Дементьев К., Технология строит, матер., 2 над., Киев, 1911; Эвальд В. В., Строит, материалы, 2 изд., Л. 1926; Ж и т н е в и ч Η. -А., Бетон и бетонные работы, СПБ, 1912; Д р у ж и н и п С. И., Гидравлич. добавил и пуццолановые портланя-це-менты, «ТРУДЫ НТК НКПС», М., 1927, вып. 71—Иуц-цолановые цементы;Б айнов А. II.,Гидравлич. цементы и гидравлич. добавки, их состав, твердение и разрушение в прнродн. условиях, там же; М е р т п Л. А. и Юнг В. Н., Пуццолан, и кремнеземистый портланд-цемент гос. Мальцовских заводов, там же; Федорович О. М., Каменные работы, М., 1915 (2 сокр. изд., Москва, 1923); Велихов П. А., Новая классификации строительных растворов, «СП». 1923, 1; Белелюбски ii Н. А., Гидравлич. вещества как добавки к известии портланд-цементу, там же, 1924, 5; его же, Действие морской воды и сернокислых водна гидравлич. раствор, там же, 1923, 2; Сборник техническ. условий на материалы н изделия из них, изготовляемые для нужд НКПС, М., 1926; Спи a, Dic Bestimmung rationel. Mcirtelmischungen, Kdln. 1912: Klein logei A. Einflfisse auf Be-ton, B., 1924: Graf O., Der Aufbau dcs MOrtelsund dcs Betons, B., 1927; «В. u. E.», ab 1902; «Zement», Charlottenburg, ab 1911; «GO; «Beton агшё», Paris, all 1898. H. Герливанов.