Виды и свойства цементов

В Англии в 1824 году Д. Аспинд зарегистрировал патент на производство цемента. Известковую пыль он смешивал с глиной и обжигал при высокой температуре, при этом получался серый ноздреватый материал – клинкер. После размалывания и смешивания с водой образовывался крепкий материал, названный изобретателем портландцементом из-за его сходства со строительным камнем, который добывают в Англии, в городе под названием Портланд. Производят различные виды из известковых, мергелистых, глинистых пород и различных добавок – шлака, боксита и пр. Главным образом применяют глинистые и карбонатные породы. Можно использовать другое природное сырье и искусственные материалы: отходы переработки горючих сланцев, белитовый шлам, золу, доменные шлаки, отходы производства глинозема.

Это минеральный порошок, который при смешении с водой дает пластичную массу, со временем затвердевающую в воде и на воздухе.

Кроме основного сырья при производстве портландцемента применяют разные корректирующие добавки, что придает ему самые различные свойства.

Существуют портландцемент и шлакопортландцемент. Портландцементы бывают быстротвердеющие, а также с минеральными добавками. Бетонные конструкции, в которых используют ту или иную марку, приобретают уникальные свойства. Это может быть бетон особой прочности для строительства взлетных полос на аэродромах и ракетных стартовых площадок. Обозначают максимальную прочность с помощью маркировки. Марка 400 означает, что на пробном испытании под прессом затвердевший кубик со стороной 100 мм выдержал нагрузку не меньше 400 кг на кв. см. Самые популярные марки – 350-500. Любая марка имеет довольно быстрое время отвердевания. Начинается схватывание от 40-50 минут, а окончательное затвердевание происходит через 10-12 часов.

Разновидности:

• пуццолановый;
• шлакопортландцемент;
• глиноземистый;
• сульфатостойкий ПЦ;
• портландцемент (ПЦ);
• гидравлический ПЦ;
• напрягающий;
• тампонажный ПЦ;
• белый ПЦ (декоративный).

Свойство портландцемента

Прочность – это способность материалов воспринимать нагрузки, не разрушаясь. Прочность определяется его способностью затвердевать после смешивания с водой.

Это вяжущее гидравлическое вещество, главным составляющим которого является силикат кальция. Он наиболее распространен в современном строительстве. Получают его при помощи тонкого измельчения клинкера и гипса (3-7 %); допускается добавление 10-15 % активных минеральных добавок. Клинкер – это результат обжига (1450-1500 градусов) сырьевой смеси, которая состоит на 75 % из карбоната кальция (известняка) и на 25 % из глины. На влияет состав клинкера и степень его измельчения. Важное свойство – способность твердеть, взаимодействуя с водой. Характеризуется оно маркой, которую определяют по выдержке на сжатие и изгиб стандартного образца раствора после 28 суток отвердения при влажных условиях.

Важнейшее свойство – это способность отвердевать при взаимодействии с водой и приобретать камневидное состояние. Чем больше механическая прочность отвердевшего камневидного раствора или бетона и чем быстрее она достигнута, тем лучше качество.

Поэтому различаются:

1. Конечная прочность, которую может приобрести раствор при отвердении.
2. Скорость твердения, которую характеризует интенсивность роста прочности во времени.

Цемент, который отличается высоким ростом прочности, называется быстротвердеющими, а когда при этом еще достигается высокая прочность, то высокопрочными.

Механическую прочность определяют разными способами, к примеру, оценивая предел прочности при растяжении, при сжатии, при изгибе. При этом подборка состава смесей, хранение, изготовление и испытание образцов осуществляются согласно требованиям, устанавливаемым соответствующими стандартами.

Сульфатостойкий

Отличается низкой скоростью затвердевания и устойчивостью к морозу.

Кроме обыкновенного, выпускают разновидности, которые отличаются свойствами, составом и областью применения: сульфатостойкий, гидрофобный, пластифицированный, быстротвердеющий, белый портландцемент (для производства асбестоцементных изделий) и пр.

Сульфатостойкий – это разновидность портландцемента. Обладает высокой стойкостью к воздействию минерализованных вод, которые содержат сульфаты, малым тепловыделением, медленной интенсивностью отвердения и большой морозостойкостью. Сульфатостойкий получают при помощи тонкого измельчения клинкера с нормированным минералогическим составом. Предназначается он для производства железобетонных и бетонных конструкций гидротехнических сооружений, которые испытывают агрессивное воздействие сульфатной среды (к примеру, морской воды), преимущественно в условиях с переменным увлажнением (замерзание и оттаивание).

Исходным сырьем служит глина с малым содержанием глинозема и железа. В этой смеси не должно содержаться ни инертных, ни активных минеральных добавок. Такое сырье не имеет большого распространения, а это препятствует широкому производству сульфатостойкого портландцемента.

Шлаковый – это измельченный доменный гранулированный шлак с примесью активирующих добавок.

Шлаковый – это объединенное название для цементов, получаемых помолом доменных гранулированных шлаков с добавлением активизаторов (извести, строительного гипса, ангидрита) или смешиванием этих отдельно измельченных компонентов. Различается известково-шлаковый цемент, содержащий 10-30 % извести и 5% гипса от массы, и сульфатно-шлаковый, содержащий 15-20 % ангидрита или гипса, а портландцемента 5 % или извести 2 %. Применяют шлаковый для получения строительного раствора и бетона, которые используют в подводных и подземных сооружениях. Наиболее эффективен известково-шлаковый при производстве автоклавных изделий.

Пуццолановый – это название для группы, имеющих в своем составе не менее 20 % минеральных активных добавок. По сравнению с обычным портландцементом он отличается повышенной коррозионной стойкостью, меньшей скоростью твердения и пониженной морозостойкостью. Применяют его для производства бетона, используемого в подземных и подводных сооружениях.

Глиноземистый

Особенностями являются водонепроницаемость, морозостойкость и огнестойкость.

Глиноземистый – гидравлическое, вяжущее вещество быстроотвердевающее; полученное в результате измельчения клинкера, который получен с помощью обжига сырьевой смеси из известняков и бокситов. Плавление и обжиг сырьевой смеси производятся в вагранках или доменных вращающихся печах.

Содержание Al2O3 в конечном продукте определяет вид глиноземистого цемента: высокоглиноземистый (до 70 %) и обычный (до 55 %). Отличается он повышенной устойчивостью к коррозии, быстро нарастающей прочностью, большой экзотермией при затвердении и высокой огнеупорностью. При помощи глиноземистого получают бетон и растворы большей водонепроницаемости и плотности, чем с портландцементом.

Гидрофобный портландцемент получают при измельчении клинкера с гидрофобизирующей добавкой и гипсом. Добавка вводится в количестве 0,1-0,3 % и образует на частицах тонкие гидрофобные пленки, которые уменьшают гигроскопичность и предохраняют его от порчи даже при условиях высокой влажности. Растворы и бетон имеют малое водопоглощение, большую морозостойкость и водонепроницаемость, в отличии обычных растворов.

Напрягающему цементу присуще быстрое схватывание, водонепроницаемость, морозостойкость и трещиностойкость.

Тампонажный – это разновидность портландцемента; который предназначается для цементирования газовых и нефтяных скважин. Изготавливают его при помощи совместного тонкого измельчения гипса и клинкера и применяют в форме теста с содержанием воды 40-50 %.

Напрягающий – это разновидность расширяющего. Его получают при помощи помола 15 % глиноземистого шлака, 65 % портландцементного клинкера и 5 % извести. Он быстро твердеет и быстро схватывается.

После затвердения он имеет высокую водонепроницаемость. Расширяясь при отвердении, достигает высокого давления, которое используют для создания железобетонных конструкций, имеющих натяжение арматуры в нескольких направлениях. Напрягающий применяют в производстве напорных труб, для возведения емкостных сооружений и тонкостенных конструкций из железобетона.

Гарантия качества

Марка – это показатель нагрузки в 28-суточном возрасте, которую должен выдерживать цемент, кг на кв.см.

Важная характеристика – это предел его прочности при сжатии. Цементы разделяют на марки в соответствии прочности на сжатие. Самая распространенная марка в строительстве – 400. Определяется марка только в лабораторных условиях. Существуют марки от 300 до 600. С использованием высокой марки делают наиболее , на цементе 400 марки делают бетон 500 марки и выше, на 500 марки – бетон 300 марки.

Бытует мнение, что качественная, традиционная марка – это гарантия строительного материала. Но любой цемент – это вяжущий искусственный материал. Его редко используют в чистом виде.

Прочность бетона зависит от марки цемента, используемого для замешивания раствора.

Чаще всего цемент различных видов используют для создания бетона. В асбестобетонных изделиях и армированных конструкциях из железобетона применяют определенную марку со специальной характеристикой. Один вид требует особой плотности, другой – и поэтому вопрос, какой наилучший, не совсем уместен. Но знать главные виды и понимать их характеристики можно.

Вяжущие различаются качествами и характеристиками. Об этом информирует маркировка. Она содержит такую информацию, как:

1. Способность выдерживать нагрузку.
2. Процент добавок в составе.

Срок схватывания теста зависит от вида цемента.

Маркировка в буквах, например М400 или М500, указывает на максимальную прочность и функциональное назначение.

М400 расшифровывается так: М – марка, 400 – нагрузка на сжатие, то есть 400 кг на кв. см. Добавки индексирует буква «Д» и информирует об их процентном отношении к общему весу. Д20 означает 20 % добавок. Такой параметр означает эластичность, а также устойчивость к изгибу. Чем больше индекс М, тем цемент прочнее, чем больше индекс Д – тем эластичнее. Существуют и другие обозначения в буквах.

Выбор марки

Буква «М» (или «ПЦ») рядом с цифрой указывает на прочность. Процентное соотношение добавок к общему объему обозначается буквой «Д». Обозначения «Б», «ПЛ», «СС», «ГФ», «Н» показывают назначение цемента.

Портландцемент – это обычный, который применяют для создания бетонных смесей и строительства. К нему относятся марки 400 и 500, они могут еще называться «цемент ПЦ400».

М 500 обеспечивает плотность и высокую прочность монолита. Марка ПЦ I 500 используется для бетонирования поверхности и серьезных нагрузок. Его характеристики – это морозостойкость, водостойкость, а особенно – быстрая схватываемость. Его широко используют в производстве тротуарной плитки и черепицы.

Шлакопортландцемент ПЦ II А-Ш 500 содержит 20 % добавок, он самый подходящий для строительных работ. Хотя он схватывается не так быстро, как ПЦ I 500, но после окончательного застывания приобретает сходные качества.

Цемент 400 применяют для заливки армированных перекрытий фундаментов, несущих балок, железобетонных изделий. Сорт ПЦ II /Б-Ш 400 индекса включает от 20 до 35 % добавок. Плотность этой марки меньше, и поэтому материал имеет большую эластичность.

Сорт с индексом ПЦ II /А-Ш 400 относят к М400, он включает клинкер, хотя с меньшими пропорциями.

Наличие и количество добавок влияет на прочность и пластичность раствора.

Правильно подобрать марку для конкретных условий строительства – не слишком простая задача. Внимание необходимо обратить на активность цемента. Есть некоторые факторы, оказывающие воздействие на его активность.

Один из факторов – это состав, он показывает, какие добавки и примеси использовали в производстве. Часто от применения добавки марка и активность падают, соответственно, снижаются его вяжущие способности. Происходит это, когда добавкой заменяют часть вяжущего активного вещества. Необходимо подбирать добавку, активность у которой высокая, этим сохраняя свойства цементной смеси. К примеру, при добавлении в смесь кварца или кальцита снижается активность.

Тонкость помола цемента определяет активность цементного теста.

Еще один важный фактор активности – тонкость помола. Часто бывает, что две смеси имеют одинаковый состав, но один цемент высокой марки, а второй нет. Помол влияет на площадь вяжущего вещества, и поэтому чем тоньше помол, тем структура у бетона плотнее.

Третьим и одним из главных факторов активности является использование клинкеров. По минеральному составу клинкера определяется активность. Если нужен цемент с особо прочной характеристикой, необходимо добавить клинкер с высоким содержание алюминатов и алитов.

Условия хранения

Хранить следует в сухом помещении непродолжительное время.

Какой выбрать вид и предполагаемый расход, известно на стадии проектирования. Остается лишь приобрести необходимое количество нужной марки. Но всегда ли мешок цемента и нанесенная маркировка соответствует содержимому? Возможен риск приобрести товар плохого качества. Причина тому – неверные условия хранения. Длительное хранение также способствует тому, что цемент теряет активность, так как он терпит воздействие влаги и углекислоты, присутствующей в атмосфере. Как же отражается активность и ее потеря на качествах? В связи с условиями хранения цемент может терять активность до 15 % в месяц. Активность – самый главный параметр, отвечающий за его скрепляющие свойства и марку в целом.

Утраченная активность существенно влияет на торможение процесса гидратации. Чем больше первоначальная активность у цемента, тем скорее теряется гидратация. К примеру, если был приобретен цемент М500, то по прошествии нескольких месяцев, он уже будет М400, через полгода цемент можно выбрасывать.

Не стоит забывать, что цемент, который сохранялся продолжительное время, всегда будет ниже той марки, которая указана на упаковке, и поэтому использовать его для ответственных работ уже нельзя. Чтобы компенсировать потерю качества, при его использовании увеличивают процентное содержание цемента в смеси.