Srub-stroi58.ru

Сруб Строй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Когда стали использовать цемент

Когда стали использовать цемент

Российская история цемента и бетона

Возрождение бетона, вернее, вторичное его открытие, относится к концу XVIII в. На какой-то период лидером была Англия, вставшая раньше других стран на путь промышленного развития. Джон Смит применил бетон для строительства плотины на р. Колдер (1760) и в фундаментах некоторых зданий Вестминстера.

В настоящий момент, есть некоторые споры о начале использования и производства бетона в России. Так уже в 1825 году Е. Г. Челиев, ведущий архитектор России издаёт книгу о производстве цемента и бетона. То есть лишь через год после патента Дж. Аспдина. Однако есть данные, что уже при востановлении Москвы после пожара 1812 года, Е. Г. Челиев использовал бетон для строительства фундаментов зданий и как связующий элемент кладки кирпича. Есть так же данные, что в России цемент и бетон на его основе появился уже в начале XVIII в. В 1728 — 1729 гг. на строительстве Ладожского канала был использован цемент, изготовленный на Конорском цементном заводе (Петербургской губернии). Так же гидравлические вяжущие на основе извести и измельченного слабообожженного кирпича использовались еще во времена Киевской Руси.

Однако, стоит отметить, что Челищев строго говоря использовал и создавал селикатный бетон. А при строительстве Ладожского канала использовался слабо обожжённый (до 900 градусов) материал, сравнимый по свойствам с бетоном на основе цемента Дж. Паркера (1796 год). То есть такая смесь не является полноценным бетоном, который приобретает свои полные свойства лишь после 1400 градусов обжига. И патент на современный стандарт бетона (портланд цемент) без условно принадлежит Дж. Аспдину и был получен в 1824 году.

Создание отечественной цементной промышленности позволило уже в 1900 г. производить в год 577 тыс. т бетона, а в 1913 г. — до 1,8 млн. т бетона, что послужило одним из главных материальных условий для развития бетона и железобетона и внедрения их в практику. Можно сказать что в истории отечественного бетона начался новый этап, который можно назвать «этапом научно-промышленного освоения» .

В 1856 г. в г. Гроздеце был запущен 1-ый русский завод по производству портландцемента, далее в 1866 году появился цементный завод в Риге, в 1870 году – в Щурове, в 1871 году — в Пунане-Кунда, в 1874 году — в Подольске, в 1882 году — в Новороссийске.

Большой вклад в науку о цементе и бетоне, и в освоение его производства внесли русские ученые Н. А. Белелюбский, Н. Н. Лямин, И. Г. Малюга, В. И. Чарномский, А Р. Шуляченко, А. А. Байков, П. П. Будников, Ю. М. Бутт, А. В. Волженский. Как только ученые взялись за изучение цементного бетона, они столкнулись с массой проблем, которые потребовали от них проникновения в тайны химических процессов и физического строения материала

В освоении и научном познании бетона в конце XIX — начале XX в. уверенно можно сказать, что СССР и Россия занимала в 20 веке одно из ведущих мест.Бетон широко используется при строительстве портов (Одесса, 1870-е годы) , канализационных коллекторов (Петербург) , фортификационных сооружений (Севастополь, 1885; Кронштадт, 1900). О крупных масштабах применения бетона в России свидетельствует тот факт, что к 1900 г. здесь работало уже более 66 бетонных заводов и полигонов, в 1913 г. в строительстве было использовано около 3,5 млн. м3 бетона.

По данным на 1914 год в нашей стране существовало около 60 заводов по производству цемента, которые производили приблизительно 1,6 миллиона тонн продукции. В 1962 г. СССР лидировал по производству цемента во всем мире.

Цемент. История возникновения. Разновидности. Портландцемент, белый цемент, шлакопортландцемент, другие виды. Состав.

Цемент начали производить в прошлом столетии. В начале 20-х годов XIX в. Е. Челиев получил обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей работы в книге, изданной в Москве в 1825 г. В 1856 г. был пущен первый в России завод портландцемента.

Читайте так же:
Орфография цемент каталог документ премировать

Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах.

Цемент — это собирательное название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.

В группу цемента входят все виды портландцемента, пуццоланового портландцемента, шлакопортландцемента, глиноземистый цемент, расширяющиеся цементы и некоторые другие.

Цемент каждого вида может при твердении развивать различную прочность, характеризуемую маркой. Марки цемента регламентированы строительными нормами и правилами (СНиП) и ГОСТом. Выпускают цементы преимущественно марок 200, 300, 400, 500 и 600 (по показателям испытания в пластичных растворах).

С повышением марки цемента эффективность его применения в бетонах часто возрастает за счет уменьшения удельного расхода вяжущего.

Из числа цементов разных видов наиболее важное значение имеет портландцемент.

Портландцемент не всегда удовлетворяет отдельным специальным требованиям, которые предъявляют к бетонам и строительным растворам при различных условиях их применения. Поэтому промышленность выпускает некоторые разновидности портландцемента: сульфатостойкий, с умеренной экзотермией, быстротвердеющий, гидрофобный, пластифицированный и некоторые другие цементы.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава: в клинкере должно быть не более 5% трехкальциевого алюмината и не более 50% трехкальциевого силиката.

Низкое предельное содержание трехкальциевого алюмината требуется потому, что сульфатная коррозия развивается в результате взаимодействия сульфатов, находящихся в окружающей среде, с трехкальциевым гидроалюминатом цементного камня. Если в цементном камне С3А присутствует в малых количествах, то образуется незначительное количество гидросульфоалюмината кальция. Тогда он не опасен, так как распределяется в порах бетона, вытесняя оттуда воду или воздух, и внутренних напряжений в бетоне не вызывает. В небольших количествах гидросульфоалюминат кальция даже иногда полезен, так как уплотняет бетон.

В клинкере сульфатостойкого портландцемента ограничивается также содержание трехкальциевого силиката для уменьшения величины тепловыделения цемента. Поэтому сульфатостойкий портландцемент обладает повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией, т.е. качествами, необходимыми при изготовлении бетонов для отдельных зон гидротехнических и иных сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии. Сульфатостойкий портландцемент обычно выпускают двух марок — 300 и 400.

Портландцемент с умеренной экзотермией изготовляют из клинкера, который должен содержать не более 50% трехкальциевого силиката и не более 8% трехкальциевого алюмината. Такой цемент при умеренной экзотермии отличается также несколько повышенной сульфатостойкостью, поскольку в нем обычно содержится умеренное количество трехкальциевого алюмината.

Этот вид портландцемента применяют в гидротехническом строительстве в массивных бетонных конструкциях, подвергающихся частому попеременному замораживанию и оттаиванию в пресной или слабо минерализованной воде. Марка по прочности обычно 300 и 400.

Быстротвердеющий портландцемент содержит много трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината и очень тонко измельчен. Поэтому такой цемент характеризуется интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения — через 1 и 3 суток. Выпускается также особо быстротвердеющий цемент. Он показывает через трое суток прочность при сжатии 450- 500 кГ/кв. см (при испытании в жестких растворах).

Гидрофобный портландцемент изготовляют, вводя при помоле клинкера 0,1 — 0,2% мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих поверхностно-активных добавок.

Эти вещества, адсорбируясь на частицах цемента, образуют тончайшую — в среднем мономолекулярную, т. е. толщиной в одну молекулу, оболочку. Но эта тончайшая оболочка придает цементу особые свойства. В этом сущность гидрофобизации цемента как метода, позволяющего в определенной степени управлять свойствами цемента в отношении действия воды на различных этапах его использования.

Читайте так же:
Замес цемента с пгс пропорции

Как известно, взаимодействие цемента с водой есть двуединый противоречивый процесс. Сродство к воде органически присуще цементу, без этого свойства он не мог бы служить вяжущим веществом. Но вместе с тем на определенных стадиях применения цемента вода для него вредна. Так, при хранении и перевозках цемент портится от влаги, вода с содержащимися в ней примесями вызывает коррозию цементного камня и при частом попеременном замораживании и оттаивании цементных материалов разрушает их.

Задача преодоления противоречий, заложенных в самой природе цемента, в известной мере решается его гидрофобизацией.

Гидрофобный цемент при перевозках и хранении даже в очень влажных условиях не портится. Поверхностно-активные вещества, содержащиеся в нем, оказывают пластифицирующее действие на бетонные (растворные) смеси, а также уменьшают водопроницаемость и повышают коррозионную стойкость и морозостойкость бетона. Например, если обычный бетон выдерживает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания, то гидрофобизированный может выдержать 1000 и более циклов.

Марки гидрофобного цемента те же, что и портландского. Гидрофобный цемент был создан в СССР. На основе советского опыта было начато изготовление этого цемента и за границей (например, в Англии).

Пластифицированный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера около 0,25% сульфитно-спиртовой барды (считая на сухое вещество) от веса цемента. Это поверхностно-активное вещество пластифицирует бетонные смеси, преимущественно жирные, позволяет снижать водоцементное отношение без ухудшения подвижности смесей и в ряде случаев дает возможность уменьшать расход цемента. Вместе с тем повышается морозостойкость отвердевшего бетона.

Белый портландцемент изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах).

Цветные цементы получают на основе белого портландцементного клинкера путем совместного помола с пигментами различных цветов, например с охрой, железным суриком, окисью хрома. Можно также получать цветные цементы смешиванием белого цемента с пигментами. Применение белого и цветных портландцементов, способствующее архитектурно-декоративному оформлению сооружений, имеет большое значение в индустриальной отделке крупноэлементных зданий. Эти цементы применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений. Кроме перечисленных, имеются еще некоторые специальные сорта портландцемента, например тампонажный, для производства асбестоцементных изделий.

Все о бетоне

История бетона

К сожалению, ученые не знают, когда и кто начал смешивать размоченную землю или глину с камнями. Есть только данные археологов — возраст построек, в которых обнаружили бетон, приблизительно 6000 лет. Первые образцы обнаружили в Древней Месопотамии, а в Древнем Риме бетон применяли во многих строениях.

Согласно археологическим исследованиям, история бетона началась со смеси гравия и красной природной извести: в древней хижине на берегу Дуная нашли пол толщиной 25 см. Причем такой извести в этой местности не было, ее доставляли по реке на расстояние до 400 км. Это свидетельствует о том, что древние строители хорошо знали о бетоне, его преимуществах, свойствах и способе изготовления, и специально изготавливали его, несмотря на сложности.

Интересна история бетона в странах Азии — Великую Китайскую стену и многие древние храмы Индии возводили с применением бетона. Потом в качестве связующего начали применять известь, что существенно улучшило его физические показатели. Наиболее «оригинальные» и богатые строители добавляли в бетон яичные желтки. В африканских странах для изготовления бетона использовали глину.

Многие ученые утверждают, что применять материал начали задолго до даты, определенной археологами. Но эти строения не сохранились до наших дней.

Настоящий расцвет бетон получил с появлением портландцемента — поистине уникального строительного материала. Одно из наиболее привлекательных свойств портландцемента — прочность бетона из него со временем увеличивается. Около 50% максимальной прочности он набирает за первые 10–14 дней, дальше набор прочности может продолжаться десятилетиями.

Читайте так же:
Как правильно сделать раствор цемента для дорожки

Портландцемент начали массово использовать с середины 19 века. Изобретение вибраторов позволило существенно увеличить прочность бетона и расширить сферы применения.

В дальнейшем история бетона тесно связана с использованием арматуры — появилась возможность создавать очень прочные и относительно легкие строительные и инженерные конструкции. Первым начал применять железные прутья для усиления бетона британец Уилкинсон (1854 год), в дальнейшем многие строители совершенствовали технологию изготовления железобетона.

В 20-м веке разработали технологию производства предварительно нагруженных железобетонных конструкций, после чего бетон стали применять во всех наиболее ответственных строительных конструкциях. Железобетон и сейчас занимает одну из лидирующих позиций среди всех существующих строительных материалов.

Усадка бетона

Процесс уменьшения линейных размеров (объема) бетона с течением времени в результате химических, физических, физико-химических процессов называется усадкой.

  • до затвердевания, или пластическая — усадка свежеуложенной уплотненной бетонной смеси;
  • твердеющего бетона — до достижения проектного возраста;
  • бетона зрелого возраста — после достижения проектного возраста.
  • Контракционная — усадка в результате физических и химических процессов при реагировании исходных веществ в цементном камне (гидратация);
  • Карбонизационная — усадка, появляющаяся в результате химических процессов между продуктами гидратации и компонентами, проникающими из внешней среды;
  • Радиационная и влажностная при высыхании — усадка, образующаяся в результате физических и физико-химических процессов, приводящих к обезвоживанию, то есть удалению воды из структуры бетона.

Деформации усадки при постоянных условиях внешней среды развиваются длительное время. В процессе химической реакции гидроксида кальция с углекислым газом образуется карбонит кальция, а образующиеся гидросиликаты кальция впоследствии разлагаются. Это и служит причиной усадки, поскольку первоначальный объем реагирующих веществ больше объема получившихся новообразований. Эти процессы идут до установления гигрометрического равновесия промежуточных значений.

Явление, в результате которого объем результирующих новообразований становится меньше суммарного объема веществ, вступающих в реакцию, называется контракцией. Обычно она составляет около 3-5 мл на 100 г цемента.

  • контракционная пористость представляет собой появление внутри цементного камня сферических пор в результате его гидратации.
  • контракционная усадка — уменьшение объема цементного камня в целом.

Армирование монолитной бетонной плиты

На нормативную прочность бетона при растяжении (R н р) влияют те же факторы, что и на прочность при сжатии, причем особенно существенное значение здесь имеет неоднородность структуры бетона. Хотя разные факторы сказываются на величинах R и R н р по-разному. Увеличение расхода цемента увеличивает прочность R н р значительно меньше, чем R. Повышение расхода цемента на 33% увеличивает R на 28,5%, а R н р всего на 12,5%. С ростом В/Ц (водоцеметное соотношение) сопротивление разрыву уменьшается меньше, чем сопротивление сжатию.

Кроме того, величина R н р зависит от зернового состава заполнителя и видов зерен. Песок и гравий с округленными зернами обуславливают меньшую величину прочности нежели песок и щебень с шероховатыми угловатыми зернами. А на величину R эти факторы влияния не оказывают.

При сравнении показателей прочности у бетонов разных марок выясняется, что отношение R н р/R уменьшается с повышением марки, то есть получается, что бетоны высоких марок обладают относительно меньшей прочностью на растяжение.

Стандарты не требуют специальных испытаний бетона на растяжение и не дают никаких указаний о размерах и форме образцов. Однако, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки по сечению образца, он должен иметь длину, превышающую поперечный размер не менее чем в 3 раза. Разрывное усилие, как правило, передается через специальные заплечики на концах образца. Важно перед испытанием предохранить образцы от резких перепадов влажности и температуры, так как это оказывает большое влияние на результат. Также окончательный результат испытаний зависит от точности установки в машине и правильной геометрической формы образца. Эксцентрицитет и самый незначительный перекос могут сильно отразиться на показателе R н р.

При данной методике испытания на растяжение, показатель прочности, вычисленный по формуле Np/Fполучается весьма условным. Нередко образцы разрушаются возле заплечиков, где возникают значительные концентрации напряжения. Но даже при разрыве между заплечиками найденная плотность не менее условна, поскольку разрыв происходит чаще всего по поверхности соприкасания цементного камня с камневидными составляющими. А так как эта поверхность совершенно случайная, то разброс показателей выходит довольно большой.

Читайте так же:
Зачем цемент со шлаком

Как и при сжатии, огромное значение имеет размер поперечного сечения образца: большие значения R н р имеют образцы с меньшим поперечным сечением.

Прочность бетона при растяжении довольно невелика и составляет от 1/8 до 1/17 от его прочности при сжатии.

Есть несколько способов повысить прочность бетона при растяжении. Лучшие увеличивают плотность бетона. Самый простой — правильный подбор состава бетона и применение цементов высокой прочности. Помогает также примесь разных добавок – тонко измельченных каменных материалов, трасов и пуццоланов. Лучшее средство повышения прочности при растяжении — хорошее уплотнение бетона путем вибрирования, вакуумирования, виброштампования или центрифугирования.

Когда стали использовать цемент

История цемента, вяжущих материалов и бетона восходит к древним временам, хотя современный портландцементный бетон появился лишь менее 100 лет назад.

Древнейшими вяжущими материалами, о которых сохранились исторические данные, являются воздушная и гидравлическая известь. Воздушная известь не твердеет под водой. Она представляет собой продукт обжига относительно чистого известняка. Когда негашеная известь гасится водой и смешивается с песком, образуется известковый раствор. Этот раствор обладает способностью твердеть вследствие того, что составляю щая его известь поглощает углекислоту из воздуха. Таким образом, известковый компонент возвращается к своему прежнему состоянию, превращаясь в известняк. Гидравлическая же известь твердеет под водой. Ее получают посредством обжига известняка, содержащего, помимо извести, кремнезем, глинозем и окись железа. При этом образуются новые соединения, обладающие способностью схватываться и твердеть под водой.

Древние египтяне применяли цемент, состоявший из обожженного гипса с примесями. Греки и римляне применяли обожженную известь, а позднее научились получать пуццолановый цемент путем совместного размола извести и вулканического пепла, прозванного пуццоланой (по названию городка Поццуоли в Италии, на берегу Неаполитанского залива, где он был впервые обнаружен). Образец такого пуццоланового бетона, изготовленного из извести и вулканического пепла горы Везувий, был добыт одним из авторов настоящей книги в Италии в 1953 г. Этот бетон был уложен в царствование императора Юлия Цезаря (12—41 годы до н. э.) при сооружении верфи Калигулы. Он пролежал под водой в гавани Поццуоли на глубине 4,8 м больше 2000 лет.

Греки применяли аналогичный материал — санториновый туф с острова Санторин. Эти пуццолановые цементы зачастую изготовлялись путем простой добавки пуццоланового материала к извести в качестве заполнителя. Многие сооружения из пуццо-лановых цементов продолжают стоять и до сих пор, утверждая тем самым превосходство этого вяжущего над известью. Применение пуццолановых цементов свидетельствует о большом прогрессе, достигнутом греками и римлянами в развитии вяжущих материалов.

В средние века наблюдался общий упадок в области применения вяжущих материалов, характеризовавшийся возвратом к глубокой древности. Пуццоланы были забыты, качество известковых растворов и отделочных работ значительно ухудшилось. Однако в XV и XVI веках снова стали использовать пуццолану и тем самым улучшать качество строительных работ.

В 1756 г. английский парламент поручил инженеру Джону Смитону произвести перестройку Эддистонского маяка на Корн-валлийском побережье. Этот маяк подвергался действию частых и сильных бурь и поэтому должен был обладать очень высокой прочностью.

Смитон предпринял ряд опытов с различными видами извести и пуццоланами. Он испытывал их на стойкость в соленой и пресной воде. Важнейшее открытие, которое он сделал, состояло в том, что лучший гидравлический цемент получается из мягкого известняка с примесями преимущественно в виде глинистых материалов. Этот цемент и был применен Смитоном при реконструкции Эддистонского маяка.

Читайте так же:
Отходы цемента код фкко

Спустя 40 лет англичанин Джозеф Паркер из Норсфлита в графстве Кент открыл, что из зерен еще более загрязненного примесями известняка можно получить хороший гидравлический цемент. Он был назван роман-цементом, так как по цвету напоминал старинный римский цемент. В 1802 г. цемент из такого зернистого известняка был впервые получен во Франции. Эта дата знаменует зарождение французской цементной промышленности. В 1810 г. англичанин Эдгар Доббс из Саусуика изготовил цемент из известняка и глины. В 1813 г. Вика во Франции, а в 1822 г. Джеймс Фрост в Англии начали производить цемент из известняка и глины.

Последующим шагом явилось получение натурального цемента. В 1850 г. американец Дэвид Сэйлор открыл, что цементный мергель, найденный вблизи Коплей в штате Пенсильвания, образует при обжиге вяжущий материал. В 1850 г. в Коплей был построен завод для производства натурального цемента. Состав этого цемента зависел от состава мергеля. Сырье обжигалось в шахтных печах типа прежних извеетеобжигательных и затем подвергалось измельчению до желательной тонкости. Натуральный цемент еще до сих пор производится в США и других странах. Он менее прочен, чем портландцемент, но лучше гидравлической извести.

Последним по счету в ряду вяжущих материалов является портландцемент. Изобретателем его считается англичанин Джозеф Аспдин. Но следует отметить, что Смитон еще за 68 лет до

Аспдина сообщил о проведенных им опытах, результаты которых убедили его, что он может получить цемент, «равный по прочности и долговечности лучшему портландскому камню, имеющемуся в продаже». Название «портландский» произошло от сходства затвердевшего портландцемента с известным в ту пору строительным камнем из окрестностей города Портланд в Англии. Из описания, приведенного в патенте Аспдина, можно заключить, что он получил натуральный цемент более высокого качества, чем производившийся до него, но все же не выдерживающий сравнения с современным портландцементом.

Первый в Англии завод по производству портландцемента был построен в 1825 г. Джеймсом Фростом в Сванскомб. В других европейских странах производство портландцемента началось значительно позднее: примерно в 1855 г. были построены первые заводы в Бельгии и Германии. Ввоз портландцемента в США начался около 1865 г. Впервые портландцемент был произведен в США Сэйлором в 1871 г. Он обнаружил, что тонкий размол клинкера, полученного путем обжига цементного мергеля при повышенной температуре, позволяет получать прекрасный цемент, не уступающий по качеству ввозимому из Европы портландцементу.

Интересно привести некоторые сведения о первых американских цементных заводах. Около 1872 г. фирма, известная под названием Игл Симент К°, построила завод близ Каламазо а штате Мичиган. Завод пришлось закрыть в 1882 г. из-за высоких расходов на оплату персонала, хотя цемент продавался по цене около 4 долларов за бочку (примерно 170 кг). В настоящее время от этого завода не сохранилось и следа. В 1875 г. небольшой заводик по производству цемента из известняка и глины начал работать в Вампум, штат Пенсильвания. Около 1887 г. Томас Миллер из Саус Бенд в штате Индиана построил небольшой завод по производству цемента из мергеля и глины.

Из первых 10 американских цементных заводов, возникших до 1881 г., жизнеспособными оказались всего два: в Вампум и Коплей. Но к 1890 г. в США уже насчитывалось 17 заводов, которые производили 56 тыс. т цемента в год. В 1953 г. 156 действующих заводов выпустили 45 млн. г цемэнта. В 1954 г. число заводов осталось прежним, а выпуск цемента возрос до 46,2 млн. т. В 1955 г. было выпущено ’51,7 млн. г, а в 1956 г. — 54 млн. г*.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector