Портландцемент и его разновидности: Разновидности портландцемента – Портландцемент — Википедия

Разновидности портландцемента

Особые свойства портландцементу можно придать:

1. регулированием минерального состава.

2. введением минеральных или органических добавок

3. регулированием тонкости помола.

1. Быстротвердеющие портландцементы.

   1. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ), характеризуется повышенной прочностью в 3-х суточном возрасте

R_cж= 25 –28 МПа

Это достигается во первых регулированием минерального состава

C₃S+C₃A= 60-65%, т.е. увеличением содержания быстротвердеющих минералов алита и трехкальциевого алюмината и во вторых, увеличением тонкости помола. Удельная поверхность БТЦ равна 3500-4000 см²/г.

Выпускают БТЦ двух марок: М400 и М500.

1.2

Особо быстротвердеющий цемент (ОБТЦ), имеет прочность через одни сутки твердения порядка 20 МПа (R_cж= 20 – 25 МПа). Это достигается еще большим содержанием быстротвердеющих минералов:

C₃S– 65%

C₃A– 8% и ещё более тонким помолом от 4000 до 6000 см²/г. Выпускают ОБТЦ марки 600.

1.3 Сверх быстротвердеющий цемент (СБТЦ),имеет высокую прочность на сжатие через 6 часов

R_cж = 10 –15 МПа

По химическому составу и тонкости помола такой же как ОБТЦ, но дополнительно содержит ускорители твердения хлориды CaCl₂ и фторидыCaF₂

Применение.

Эти цементы применяют для бетонов сборных конструкций с повышенной отпускной прочностью, в основном в зимних работах и для ремонта. Коррозионная стойкость у этих цементов пониженная.

2. Сульфатостойкий портландцемент.

Этот цемент способный противостоять сульфоалюминатной коррозии ( коррозии 3-его вида). Он характеризуется пониженным содержанием 3-х кальциевого алюмината С₃А 5%. Кроме того, характеризуется пониженным тепловыделением и более замедленным твердением, но более высокой морозостойкостью. Выпускают марок 300,400 и 500.

3. Портладцементы с поверхностно-активными веществами (пав).

ПАВ – это вещества понижающие поверхностное натяжение на границе раздела фаз и состоящие в основном из длительных углеводородных молекул и полярных круг. ( Рассмотрим на примере олеиновой кислоты С₁₇Н₃₃СООН. Если нарисуем схематично эту молекулу, то она будет представлена в следующем виде

не смачивается водой,

смачивается водой, гидрофобное состояния гидрофильное состояние С₁₇Н₃₃

В зависимости от того, гидрофобными или гидрофильными концами ориентируется ПАВ на цементе, он придаёт ему либо гидрофильное, либо гидрофобное состояние.

Гидрофобное свойство

Гидрофильное свойство

3.1 Пластифицированный портландцемент.

Его получают совместным помолом ПЦ клинкера с гипсом и пластифицирующей добавкой.

В качестве пластифицирующей добавки применяют ЛСТ – лигносульфанат технический.

Эта добавка адсорбируется на цементных зёрнах гидрофильными концами наружу и притягивает к себе молекулы Н₂О образуя вокруг твёрдых частиц адсорбционно водные прослойки, которые снижают силы трения между частицами, повышая пластичность цементного теста.

Введение от 0,15 до 0,25% этой добавки позволяют уменьшить расход воды на 10-15% при сохранении заданной подвижности, повысить прочность и морозостойкость бетонов и растворов.

Применение.

Применяется в основном в дорожном строительстве и аэродромном.

3.2 Гидрофобный портландцемент.

Он представляет собой продукт совместного помола портландцементного клинкера с гипсом и гидрофобной добавкой.

В качестве гидрофобной добавки применяют олеиновую кислоту, мылонафт и асидол (продукт переработки нефти).

Они ориентируются на цементе гидрофобными концами наружу и отталкивают воду, замедляя протекание реакции гидратации. Эти добавки необходимы при длительной транспортировки и хранении цемента.

При перемешивании гидрофобного цемента с водой и заполнителями ПАВ сдирается с цементных зерён и переходит в состав бетона или раствора. Поэтому бетонные и растворные смеси на гидрофобном цементе отличаются повышенной пластичностью, а после затвердевания – повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью.

3. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ С УМЕРЕННОЙ ЭКЗОТЕРМИЕЙ.

Его изготавливают регулированием минерального состава таким образом, чтобы минералов, выделяющих большое количество тепла было меньше алита

C₃S <50% и целита C₃A < 8%

Этот портландцемент используют для массивных гидротехнических сооружений. Кроме того, он обладает несколько повышенной сульфатостойкостью за счёт ограничения C₃A.

4. ТАМПОНАЖНЫЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ.

Их применяют для тампонирования (цементирования) нефтяных и газовых скважин для изоляции их от грунтовых вод, поскольку тампонажные растворы содержат много воды (40 – 60%), то тампонажные портландцементы для ускорения твердения содержат в большом количестве C

3S.

5. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ДОРОЖНЫЙ.

Получают совместным помолом ПЦ клинкера, в котором повышенное содержание С₃S, но ограниченное С₃А – до 8%, а также гипса – до 3,5% по SО₃. Пластифицирующих добавок при помоле добавляют не более 0,3%. Присутствие гранулированного доменного шлака допускается до 15% массы цемента. Выпускается этот цемент двух марок: 400 и 500. Начало схватывания не ранее 2 ч после затворения водой. Это позволяет перевозить пластичную бетонную смесь к месту её укладки.

Дорожный ПЦ предназначен для устройства бетонных покрытий автомагистралей, придавая им повышенную морозостойкость, деформативность, прочность при изгибе и ударной нагрузке, а также низкие показатели истираемости и усадки.

Основные разновидности портландцемента и их характеристика.

Портландцемент общестроительного назна­чения выпускается четырех марок — 400, 500, 550 и 600.

Портландцемент общестроительного назначения выпускают:

1) без добавок, кроме гипса,

2) с активными минеральными до­бавками до 5 % (допускается содержание любых активных ми­неральных добавок не более 5%),

3) с минеральными добав­ками (гранулированные доменные шлаки 5-20%, активные минеральные добавки осадочного происхождения до 5-10%, другие активные минеральные добавки 5-15 %).

Если вводится смесь различных активных минеральных до­бавок, то ее содержание в портландцементе с минеральными до­бавками не превышает 15 %, при этом в смеси не должно быть более 10 % активных минеральных добавок осадочного проис­хождения.

Высокопрочный портландцемент характеризуется маркой 600, 700 и 800, повышенным расчетным содержанием C₃S в клинкере (до 75%), более тонким измельчением цемент­ного порошка, небольшим (до 5 %) содержанием активных ми­неральных добавок.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) ха­рактеризуется быстрым нарастанием прочности в начальные сроки твердения до 7 сут. Выпускают БТЦ марок 400 и 500 и особобыстротвердеющий цемент (ОБТЦ) марки 700. Эти це­менты содержат повышенное количество C₃S и С₃А в клинкере, имеют большую по сравнению с обычным портландцементом тонкость измельчения.

Сульфатостойкий портландцемент отличается нормированным составом клинкера, в котором содержание трехкальциевого алюмината не должно быть выше 5%, а сумма расчетного содержания минералов-плавней C₃A + C₄AF не дол­жна превышать 22%. Он выпускается как с минеральными до­бавками, так и без добавок, в последнем случае в его клинкере расчетное содержание трехкальциевого силиката ограничено 50%. Поэтому прочностные свойства у сульфатостойкого порт­ландцемента без добавок обычно хуже, чем с минеральными до­бавками

Дорожный портландцемент отличается высоким содержанием трехкальциевого силиката и ограниченным рас­четным содержанием трехкальциевого алюмината (до 10%). Из активных минеральных добавок он содержит обычно только доменный шлак, может содержать пластифицирующие до­бавки.

Портландцемент для асбестоцементых из­делий имеет нормированный состав клинкера: >50 %3CaO-SiO₂, <8 % ЗСаО -А1₂О₃, массовая доля минеральных до­бавок не превышает 3 %, степень дисперсности несколько выше, чем у обычного портландцемента.

Белый портландцемент имеет декоративное назна­чение, выпускается в незначительных масштабах и представляет интерес вследствие небольшого содержания железа (Fe₂O₃< <0,45%), высокого содержания трехкальциевого алюмината (<17%), низкого содержания трехкальциевого силиката (35 — 50 % ЗСаО • SiO₂ и 35-50 % 2СаО • SiO₂). Это объясняется трудностью обжига смеси, имеющей одновременно высокие гли­ноземный модуль и коэффициент насыщения.

Пластифицированный портландцемент содер­жит пластифицирующую добавку, в качестве которой приме­няют различные поверхностно-активные вещества, являющиеся понизителями вязкости суспензий. Массовая доля пластифици­рующей добавки, как правило, составляет 0,1-0,4%. Обычно применяют спиртово-дрожжевую бражку и другие препараты на основе солей лигносульфоновых кислот.

Пластифицированные портландцементы образуют более по­движные водоцементные суспензии, характеризующиеся замед­ленным твердением. Приготовление растворов из них в гидро­смесителе может сопровождаться пенообразованием.

Гидрофобный портландцемент содержит гидрофобизирующую добавку для уменьшения гидратации поверхно­сти цементных зерен в результате взаимодействия с влагой воздуха (или увлажнения) при длительном хранении и предот­вращения вызываемого этим ухудшения качества цемента. Гидрофобизирующими добавками чаще других являются олеино­вая кислота, асидол, мылонафт в количестве 0,1-0,3 % от массы цемента.

Гидротехнический портландцемент отличается пониженным расчетным содержанием ЗСаО • SiO₂ (<50%) и ЗСаО-А1₂0₃ (<7%), замедленным схватыванием, повышенной стойкостью к сульфатам и уменьшенным тепловыделением.

Песчанистый портландцемент содержит 25—40 % кварцевого песка, размолотого совместно с портландцементным клинкером и гипсом Он характеризуется замедленными тверде­нием и тепловыделением, плохой седиментационной устойчиво­стью. При содержании песка более 30 % термостоек при дли­тельном твердении в гидротермальных условиях.

Шлакопортландцемент содержит, кроме клинкера и гипса, измельченный доменный гранулированный или электро-термофосфорный шлак обычно в количестве 30-60%. Шлако­портландцемент обладает повышенной коррозионной стойкостью к солям магния и сульфатам, замедленными схватыванием, твердением и тепловыделением, особенно при невысоких темпе­ратурах. При высоких температурах скорости схватывания и твердения значительно повышаются, приближаясь к таковым для портландцемента Шлакопортландцемент имеет худшую по сравнению с портландцементом седиментационную устойчивость. Он имеет ряд разновидностей.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент содержит менее 50 % шлака и тоньше обычного измельчен.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент со­держит клинкер с ограниченным до 8 % количеством трехкальциевого алюмината.

Гидротехнический шлакопортландцемент со­держит клинкер с ограниченным количеством трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината.

Пуццолановый портландцемент содержит совме­стно с клинкером и гипсом измельченные минеральные добавки осадочного (20-30 %) или вулканического (25-40 %) проис­хождения. Из числа добавок осадочного происхождения чаще других вводят опоку, трепел, диатомит и глиеж (глина естест­венно жженая), из числа добавок вулканического происхожде­ния— пемзу, вулканический шлак, вулканический пепел, туф, порфироид.

Пуццолановый портландцемент обладает замедленными схватыванием и твердением при пониженных температурах и ускоренными — при повышенных, замедленным тепловыделе­нием, повышенной сульфатостойкостью. Скорость схватывания плохо поддается регулированию замедлителями. Для получения растворов равной подвижности требуется значительно большее количество воды по сравнению с другими видами портландце­мента. При содержании активных минеральных добавок более 30 % он имеет повышенную термостойкость при длительном твердении в гидротермальных условиях.

Сульфатостойкий и гидротехнический пуц­цолановые портландцементы — разновидности пуццоланового портландцемента, содержащие в клинкере ограничен­ное количество трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината.

Разновидности портландцементов — ТехЛиб СПБ УВТ

Наряду с обычным портландцементом выпускают большое количество его разновидностей: быстротвердеющий, пластифи­цированный, гидрофобный, сульфатостойкий, белый и цветной. Эти цементы более дорогие и рекомендуются только в тех слу­чаях, когда их специальные свойства могут быть использованы с максимальной эффективностью.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) характеризу­ется более быстрым нарастанием прочности в первые 3 сут. твердения. Более быстрое твердение цемента достигается за счет содержания в клинкере активных минералов (С₃S + С₃А = 60…65 %), а также за счет повышения тонкости помола клинкера до удельной поверхности 3500…4000 см/г. При помоле БТЦ допускается введение активных минеральных добавок (не более 15 %) или доменных гранулированных шлаков (до 20 % по массе цемента).

Быстротвердеющие портландцементы марок 400 и 500 целе­сообразно применять при изготовлении сборных высокопрочных обычных и предварительно напряженных железобетонных изде­лий и конструкций. Применение быстротвердеющего портланд­цемента при возведении сооружений из монолитного бетона по­зволяет значительно сократить сроки выдержки конструкций в опалубке. При хранении в течение 1…2 месяца БТЦ утрачивает свойство быстро твердеть и набирает прочность, как обычный портландцемент. Следовательно, хранить БТЦ длительное время нецелесообразно.

В ряде случаев применять БТЦ нельзя. Из-за высокого со­держания в клинкере С₃S и С₃А при гидратации образуется большое количество Са(ОН)₂ и гидроалюминатов кальция, что делает цементный камень не стойким к химической коррозии. Поэтому БТЦ применяют лишь для конструкций, работающих в неагрессивной среде.

Из бетона, изготовленного на БТЦ, не выполняют массивные конструкции. Чрезмерное тепловыделение вызывает сильный разогрев ядра таких конструкций, в то время как внешние по­верхности охлаждаются. Из-за большого перепада температур в теле бетона могут возникнуть термические напряжения, что приводит к растрескиванию конструкции.

Для ускорения твердения бетона применяют также цементы с добавками — крентами. Они содержат безводный трехкальцие-вый сульфоалюминат, сульфоферрит, смесь сернокислого алю­миния и сернокислого железа. При помоле клинкера обычно­го портландцемента вводят 2…5 % добавок. Они не только ус­коряют твердение, но и повышают прочность цемента на 5… …10 МПа, т. е. на целую ступень. Применение таких цементов на заводах и стройках позволит отказаться от пропаривания из­делий и тем самым сократить затраты топлива и электроэнергии.

Пластифицированный портландцемент (ППЦ) получают помолом портландцементного клинкера вместе с гипсом и пла­стифицирующими добавками в виде концентрата сульфитно-спиртовой барды (ССБ) или кальциевой соли лигносульфоновой кислоты (ЛСТ) и других добавок в количестве 0,15…0,25 % от массы цемента. Марки этого цемента 400 и 500. Пластифициро­ванный цемент придает растворным и бетонным смесям повы­шенную подвижность по сравнению с обычным портландцемен­том при одинаковом расходе воды. Эффект пластификации ис­пользуют для уменьшения воды в бетоне и растворе, повышения их плотности, морозостойкости и водонепроницаемости. ППЦ рекомендуется для изготовления бетонов, используемых в до­рожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.

Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают путем введения при измельчении клинкера 0,1…0,3 % мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот и других гидрофобизирующих добавок.

Цементные зерна, покрытые с поверхности тонким слоем гидрофобного вещества, не поглощают влагу из атмосферы, и, следовательно, при хранении на воздухе не происходит гидрата­ция зерен цемента. При длительном хранении портландцемента с гидрофобизирующей добавкой активность его снижается не­значительно.

ГПЦ должен удовлетворять тем же требованиям, что и обыч­ный портландцемент. Дополнительное требование — невпитыва­ние капли воды, нанесенной на поверхность пробы цемента, в течение 5 мин. При перемешивании с водой гидрофобные обо­лочки на зернах цемента разрушаются. Однако портландце­мент этого вида несколько замедленно схватывается и набирает прочность по сравнению с обычным портландцементом. Его применяют в гидротехническом, дорожном и аэродромном строительстве.

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) изготовляют тонким помолом из клинкера следующего минералогического состава: С₃S — не более 50 %; С₃А — не более 5; С₃А + С₄АF— не более 22; МgО — 5 %. Введение в цемент инертных и активных минеральных добавок не допускается. При таком минералогиче­ском составе уменьшается возможность образования в цемент­ном камне (бетоне) под действием сульфатных вод гидросуль-фоалюмината кальция — «цементной бациллы». Его выпускают марки 400. СПЦ применяют при изготовлении конструкций, подверженных действию сульфатных вод, а также морозостой­кого бетона.

Белый портландцемент — вяжущее вещество, твердеющее на воздухе и в воде, получаемое измельчением белого маложеле­зистого клинкера, белых минеральных добавок и гипса. Выпус­кают марок 400 и 500. По степени белизны белый портландце­мент подразделяют на три сорта с коэффициентом отражения соответственно не менее 80, 75 и 68 %. Начало схватывания це­мента должно наступать не ранее чем через 45 мин, конец — не позднее чем через 12ч после затворения водой. Тонкость помо­ла: через сито с сеткой N 008 должно проходить не менее 88 % массы просеиваемой пробы цемента.

Применяют белый портландцемент для архитектурно-отделочных работ, а также в качестве вяжущего при приготов­лении окрасочных составов. На его основе при тщательном смешивании или совместном помоле со щелочестоикими пиг­ментами получают цветные портландцементы.

Цветной портландцемент — вяжущее вещество, твердеющее на воздухе и в воде, получаемое путем совместного помола бе­лого или цветного клинкера (не менее 80 %), минеральных (не более 15 %) и органических красителей, гипса и активной мине­ральной добавки (не более 6 %). Органические пигменты вводят в количестве не более 0,5 % от массы цемента. Красящие добав­ки должны быть свето- и щелочестоикими. Введение пигментов и красителей снижает активность портландцемента.

Цветной портландцемент выпускают марок 300, 400 и 500 желтого, розового, красного, коричневого, зеленого, голубого и черного цветов. Красный, желтый, коричневый цементы полу­чают с использованием оксидов железа (охры, железного сурика, гематита), черный — диоксида марганца, углеродистых пигмен­тов, зеленый — оксида хрома, фталоцианового пигмента, голу­бой — ультрамарина.

Цветной портландцемент применяют для архитектурно-отде­лочных работ, а также в качестве вяжущего при приготовлении окрасочных составов, для индустриальной отделки стеновых панелей, подоконников, лестничных ступеней, в дорожных работах.

Портландцементы с активными минеральными добавками

Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД20) из­готовляют тонким измельчением клинкера и минеральных доба­вок. В качестве добавок вводят доменные гранулированные шлаки или активные минеральные добавки осадочного проис­хождения, но не более 20 % массы цемента. Портландцемент с минеральными добавками в отличие от портландцемента без Добавок (ГЩДО) обладает повышенной водостойкостью, мень­шими тепловыделением и морозостойкостью. Выпускают его тех же марок, что и портландцемент.

Пуццолановый портландцемент получают путем совмест­ного помола или раздельного помола и последующего смешива­ния клинкера портландцемента (75…60 %), активной минераль­ной добавки (20…40 %) и небольшого количества природного гипса. В качестве активных минеральных добавок применяют вулканические пеплы (пуццоланы) и туфы, пемзу, диатомит, опоку, трепел, золу ТЭС и др. Такие добавки содержат кремне­зем в аморфном состоянии. Активными минеральными добавка­ми называют вещества, которые при смешивании с известью придают ей водостойкость или гидравлические свойства.

Активные добавки связывают образующийся при твердении цемента гидроксид кальция Са(ОН)₂ в нерастворимые в воде гидросиликаты кальция, благодаря чему повышаются коррози­онная стойкость и водостойкость цементного камня, бетона и раствора. Пуццолановый портландцемент выпускают марок 300 и 400.

Он рекомендуется для сооружения массивных бетонных кон­струкций, которые постоянно находятся во влажных условиях (под водой, в земле), а также для надземных сооружений, нахо­дящихся в условиях повышенной влажности. Его не следует применять при зимнем бетонировании (медленно твердеет) и для конструкций, подвергающихся попеременному заморажива­нию и оттаиванию (из-за низкой морозостойкости).

Шлакопортландцемент (ШПЦ) получают тонким измель­чением портландцементного клинкера (20…79 %), природного гипса (до 5 %) и доменного гранулированного (быстроохлаждснного, содержащего кремнезем в аморфном виде) шлака (20…80 %). Доменные шлаки — массовые побочные продукты при выплавке чугуна. Шлак переводят из огненно-жидкого в твердое состояние путем быстрого охлаждения в воде или с по­мощью водяного пара. Эта операция называется грануляцией, так как шлаковый расплав распадается на отдельные гранулы. Самостоятельно шлаки не твердеют, но в присутствии гипса и портландцемента они проявляют вяжущие свойства.

Шлакопортландцемент выпускают марок 300, 400 и 500. Он сероватого цвета с голубоватым оттенком, отличается от других видов цемента тем, что содержит большое количество металли­ческих частиц, выявляемых магнитом.

Шлакопортландцемент применяют для бетонных и железобе­тонных надземных, подземных и подводных конструкций, сборных конструкций с использованием тепловлажностной об­работки, приготовления кладочных и штукатурных растворов. Его не рекомендуется применять для конструкций, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, а также подвергающихся систематическому увлажнению -и высушива­нию, для зимнего бетонирования.

Цемент для строительных растворов изготовляют путем совместного помола портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и добавок-наполнителей. Содержание клинкера в цементе должно быть не менее 20 % (считая от мас­сы всего вяжущего). Для регулирования сроков схватывания при помоле компонентов вводят 3…5 % природного гипса.

Добавки-наполнители не обладают гидравлическими свойст­вами, или эти свойства выражены у них в очень слабой степени (кварцевый песок, мрамор, кристаллический известняк). Такие добавки необходимы для снижения активности вяжущего (про­порционально количеству введенной добавки), поскольку в строительных растворах применять высокомарочные цементы экономически не выгодно.

Для улучшения качества цемента допускается вводить при его помоле пластифицирующие (не более 0,5 %) или гидрофоби-зирующие (до 0,3 %) добавки. Такой цемент характеризуется следующими сроками схваты­вания: начало — не ранее 45 мин, конец — не позднее 12 ч от мо­мента затворения. Цемент должен хорошо удерживать воду: водоотделение теста, изготовленного из равных количеств цемента и воды, должно быть не более 30 % по объему. Выпускают це­мент марки 200.

В связи с замедленным твердением этот цемент используют, как правило, при температуре окружающей среды не ниже плюс 10 °С для изготовления кладочных и штукатурных растворов, а также низкомарочных неармированных бетонов, к которым не предъявляются требования по морозостойкости.

Глиноземистый цемент и его разновидности

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината каль­ция (СаО — Аl₂О₃). Свое название этот цемент получил от техни­ческого названия оксида алюминия Аl₂О₃ — глинозем. Однако для его получения требуется иной клинкер (не портландцемент-ный). Этот цемент является быстротвердеющим вяжущим веще­ством, набирающим через сутки твердения прочность, которая составляет свыше 85 % марочной.

Получение. Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и известняки. Бокситы — горная порода, состоящая из гидратов глинозема (А1₂О₃•nН₂О) и примесей (в основном Fе₂О₃, SiO₂, СаО и др.). Бокситы широко используются в раз­личных отраслях промышленности: для получения алюминия, абразивов, огнеупоров, адсорбентов и т. п., а месторождений с высоким содержанием А1₂О₃ очень немного.

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем производство портландцемента. Клинкер глиноземистого цемента получают либо обжигом до плавления брикетов в элек­трических или доменных печах при температуре 1400…1500 °С, либо обжигом шихты до спекания во вращающихся печах при температуре 1200…1300 °С. Затем следует тонкий размол продукта, который сильно затруднен из-за его высокой твер­дости.

Состав. Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, следующий: СаО — 35…45 %; Аl₂О₃ — 30…50; Fе₂О₃ — О..15; SiO₂ — 5…15 %. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает одно-кальциевый алюминат СаО•Аl₂О₃(СА), определяющий основ­ные свойства этого вяжущего. Кроме того, в нем присутствуют: СА₂, С₁₂А₇; двухкальциевый силикат С₂S, отличающийся, как известно, медленным твердением; в качестве неизбежной балла­стной примеси — геленит 2СаО • Аl₂О₃ • 2SiO₂.

Твердение. Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося цементного камня существенно за­висят от температуры твердения. При нормальной температуре(до +25 °С) основной минерал цемента СА взаимодействует с водой с образованием кристаллического гидроалюмината каль­ция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы

2(СаО • Аl₂О₃) + 11H₂О= 2СаО • Аl₂О₃ • 8Н₂О + 2Аl(ОН)₃+Q

Суммарное тепловыделение у глиноземистого цемента не­много ниже, чем у портландцемента (около 300…400 кДж/кг), но протекает оно в очень короткие сроки (в первые сутки выде­ляется 70… 80 % от общего количества теплоты). Поэтому воз­можен перегрев бетонов на глиноземистом цементе в случае больших объемов бетонирования.

Если же температура твердеющего глиноземистого цемента превысит 25…30 °С, то процесс твердения изменяется, и вместо С₂АН₈ образуется С₃АН₆; при этом прочность цементного камня будет ниже в 2…2,5 раза. Поэтому глиноземистый цемент не рекомендуется использовать для бетонирования массивных кон­струкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата. Изделия на глиноземистом цементе нельзя подвергать тепловой обработке. При работах в зимних условиях, напротив, саморазогрев и быстрое твердение делают глиноземи­стый цемент очень перспективным.

Свойства. Сроки схватывания глиноземистого цемента поч­ти такие же, как у портландцемента: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 12ч (реально 4…5 ч). После окончания схва­тывания прочность нарастает очень быстро (лавинообразно).

Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600, оп­ределенных в трехсуточном возрасте, но уже через одни сутки образцы набирают прочность при сжатии соответственно не ме­нее 23, 28 и 33 МПа.

Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента в 3…5 раз; пористость цементного камня ниже примерно в 1,5 раза. Это связано с тем, что при оди­наковой с портландцементом водопотребности глиноземистый цемент при твердении химически связывает 30… 45 % воды от массы цемента (портландцемент — около 20 %).

Среда в процессе твердения и в затвердевшем цементном камне у глиноземистого цемента слабощелочная. Свободного Са(ОН)₂ цементный камень не содержит. Это обстоятельство в сочетании с пониженной пористостью делает бетоны на глино­земистом цементе более устойчивыми к коррозии в пресной и минерализованной воде.

Применение. Глиноземистый цемент целесообразно исполь­зовать при аварийных и срочных работах, при зимнем бетониро­вании и в тех случаях, когда от бетона требуется высокая водо­стойкость и водонепроницаемость.

Специальная область применения глиноземистых цементов -жаростойкие бетоны. Объясняется это тем, что, во-первых, в продуктах твердения этого цемента отсутствует Са(ОН)₂ (при нагреве переходит в СаО, который при контакте с водой гасится с увеличением объема) и, во-вторых, при высокой температуре (700…800 °С) между продуктами твердения цемента и заполни­телями бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере про­текания которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал.

Кроме того, глиноземистый цемент является компонентом многих расширяющихся цементов, которые даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме. Безусадоч­ные цементы — это расширяющиеся цементы, у которых расши­рение только компенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым. Если расширяющиеся цементы используются в железобетонных кон­струкциях, то эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что дополнительно защитит его от образования трещин. Такие це­менты называют напрягающими.

Эффект расширения вяжущего может быть достигнут раз­личными методами, например путем гашения свободного СаО, добавляемого в твердеющее вяжущее, либо с помощью образо­вания эттрингита — гидросульфоалюмината кальция ЗСаО•А1₂О₃•ЗСаSО₄•(31…32)Н₂О. Последнее возможно при взаимо­действии алюминатов и сульфатов кальция в водной среде.

В твердеющем материале протекают два процесса — расши­рение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита (или гашения СаО) с увеличением объема новообразований и ростом внутренних растягивающих напряжений, и препятст­вующий расширению процесс — рост прочности самого цементного камня. Если рост расширяющихся новообразований будет протекать при недостаточной прочности цементного камня, то податливая гелеобразная масса будет сжиматься и заметного расширения не произойдет. И наоборот, если рост расширяю­щихся новообразований будет продолжаться, когда цементный камень набрал достаточно высокую прочность, то напряжения, обусловленные ростом кристаллов в ограниченном объеме, мо­гут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного камня.

В свою очередь деформации расширения могут быть свобод­ными и связанными, т. е. когда расширение цементного камня ограничено арматурой или кондуктором (формой). Деформации бетона при свободном расширении выше, чем при связанном, что обусловлено низкой прочностью цементного камня в раннем возрасте и его неспособностью напрягать кондуктор, а в более позднем возрасте — появлением микро- и макротрещин, которые увеличивают свободное расширение, но не вызывают дополни­тельного самонапряжения.

Связанные деформации вызывают самонапряжение, проти­водействуют развитию усадочных деформаций и способствуют самоуплотнению цементного камня, усилению контакта камня с заполнителем и кристаллизационных контактов. При изготовле­нии преднапряженных железобетонных конструкций в этом слу­чае меньше потери преднапряжения и выше трещиностойкость получаемых изделий.

Главной задачей при разработке составов расширяющихся и безусадочных вяжущих является правильный выбор не толь­ко вида и количества расширяющихся компонентов, но и момен­та их образования относительно процесса формирования струк­туры цементного камня. Для различных видов расширяющих­ся цементов период наиболее интенсивного и безопасного рас­ширения цементного камня составляет от 12 ч до 3…7 сут. в зависимости от свойств основного структурообразующего вяжущего.

Для обеспечения образования эттрингита в смесях с безуса­дочными и расширяющимися цементами должна присутствовать вода в продолжение всего периода твердения. Кроме того, эти Цементы нельзя применять при работе конструкций при температурах выше 80 °С, так как постепенно разрушается важный кристаллический компонент цементного камня — эттрингит: он отдает кристаллизационную воду, что сопровождается падением прочности.

Расширяющийся водонепроницаемый цемент получают со­вместным помолом глиноземистого цемента (70 %), гипса (20 %) и высокоосновного гидроалюмината кальция С₄АН1₃ (10 %). Он является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидрав­лическим вяжущим веществом (Л_сж через 6 ч — не менее 7,5 МПа, через 3 сух. — не ниже 30 МПа).

Линейное расширение твердеющего цемента на воздухе со­ставляет в возрасте 1 сут. не менее 0,05 %, в возрасте 28 сут. — не менее 0,02 %. Цемент используют при восстановлении желе­зобетонных конструкций, для гидроизоляции подземных сооружений, зачеканки трещин и стыков.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают со­вместным помолом высокоглиноземистых шлаков (70 %) и двуводного гипса (30 %). Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент имеет начало схватывания не ранее 20 мин и конец схва­тывания не позднее 4 ч от начала затворения. При необходимо­сти могут использоваться замедлители сроков схватывания -ЛСТ, бура, уксусная кислота и др. Линейное расширение твер­деющего цемента в состоянии теста нормальной густоты при твердении на воздухе составляет в возрасте 28 сут. не менее 0,1 %. Предел прочности при сжатии через 1 сут. твердения со­ставляет 35 МПа для марки 400 и 45 МПа — для марки 500. Мар­ки цемента соответствуют трехдневному возрасту. Гипсоглино­земистый расширяющийся цемент применяют для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, гидроизоляционных штукатурных растворов, при бурении сква­жин и т. п. Он обладает морозо- и атмосферостойкостью в рас­творах и бетонах, изготовляемых на его основе.

Напрягающийся цемент (НЦ) получают совместным помо­лом клинкера портландцемента (65…75 %), двуводного гипса (6… 10 %) и высокоглиноземистого компонента (13…20 %). Сроки схватывания: начало — не ранее 30 мин, конец — не по­зднее 4 ч. Прочность через 1 сут. — не менее 15 МПа, через 28 сут. — не менее 50 МПа.

Напрягающий цемент обладает способностью к значитель­ному расширению (до 4 %) при твердении в состоянии цемент­ного теста нормальной густоты. В железобетоне НЦ создает по­сле отвердевания в арматуре предварительное напряжение. Этим свойством как функцией химической энергии цемента пользу­ются при изготовлении предварительно напряженных железобе­тонных конструкций. С учетом величины достигаемой энергии самонапряжения, т. е. удельного давления в МПа, развиваемого при твердении НЦ в условиях ограничения свободного расши­рения, выделяют его разновидности НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6. Напря­гающий цемент отличается также повышенными показателями водо- и газонепроницаемости, морозостойкости, прочности при растяжении и изгибе. Марки цемента (400 и 500) определяются испытанием образцов — балочек из цементно-песчаного раствора состава 1 : 1 в возрасте 28 сут.

Напрягающий цемент применяют для изготовления конст­рукций из самонапряженного железобетона, а также для гидро­изоляции шахт, подвалов, зачеканки швов и т. д.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющихся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкос­лойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовыравнивания, а эффект безусадочности гаранти­рует трещиностойкость покрытия. Быстрое твердение и защит­ные полимерные добавки обеспечивают необходимое количест­во воды для протекания полной гидратации без какого-либо специального ухода.

Читать по теме:

К разделу

Строительные материалы

Виды портландцемента.

Наряду с портландцементом в соответствии с ГОСТ 10178-62 выпускаются многие другие виды цементов: быстротвердеющие, сульфатостойкие, пластифицированные, гидрофобные, портландцемент с умеренной экзотермией, пуццолановые портландцементы, шлакопортландиементы, шлаковый магнезиальный портландцемент, портландцемент для бетонных покрытий автомобильных дорог. В соответствии с другими стандартами выпускаются тампонажный и белый портландцементы и портландцемент для производства асбестоцементных изделий.

Быстротвердеющий портландцемент. Быстротвердеюший портландцемент характеризуется интенсивным нарастанием механической прочности в первые сроки твердения. Он предназначается, главным образом, для изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей.

Исследования по изучению влияния минералогического состава клинкера на нтенсивность нарастания механической прочности цементов и практика работы цементных заводов показывают, что клинкер быстротвердеющего цемента должен иметь следующие характеристики: расчетное содержание суммы наиболее активных минералов C3S + С3А должно быть не менее 60%, содержание C3S находится в пределах 50 — 53% и С3А — 8-10%. Клинкер такого состава с повышенной добавкой гипса дает цемент, отвечающий требованиям стандарта.

Повышение тонкости помола цемента существенно ускоряет провесе его твердения, поэтому быстротвердеющий цемент можно также получать путем тонкого помола (до удельной поверхности 4000—4500 см2 /г) клинкера обычного минералогического состава, но с несколько повышенным содержанием C3S(не менее 50%) при предельной добавке гипса (содержание SO3 в цементе не должно превышать 3,5%). Необходимо учитывать, что повышение тонкости помола на 1500—2000 см /г сверх обычной вызывает резкое снижение производительности цементных мельниц и повышение удельного расхода электроэнергии на помол. Поэтому в ряде случаев более целесообразно прибегнуть к изменению минералогического состава клинкера, чем к повышению тонкости помола цемента.

При выполнении лабораторных испытаний быстротвердеющего цемента необходимо иметь в виду, что температурные условия затворения и хранения образцов оказывают значительное влияние на показатели суточной прочности цемента. Установлено, что колебание прочностных показателей цемента при односуточных испытаниях по отношению к показателям, полученным при 20° С, находятся в пределах от -23% (при 15°С) до +17% (при 25° С). При трехсуточных испытаниях эти пределы составляют от —4 до +5%, а при семисуточных от —1 до +3%. Стандарт предусматривает, что температура воды для хранения образцов должна быть 20 ±2°С, а температура помещения, где производятся испытания. —20 ± 3° С.

Сульфатостойкий портландцемент. Сульфатостойкий портландцемент обладает по сравнению с обычным повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией при замедленной интенсивности твердения в начальные сроки.

Этот цемент изготовляется из клинкера нормированного минералогического состава и предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии, при одновременном систематическом попеременном увлажнении и высыхании или замораживании и оттаивании. Сульфатостойкий портландцемент готовится из клинкера с коэффициентом насыщения известью не выше 0,85, с глиноземным модулем не менее 0,7 и кремнеземным модулем не ниже 2,1. Содержание С S в клинкере должно быть не более 50%, С А — не более 5%, а сумма С А + С АF не должна превышать 22%.

Пониженное содержание трехкальциевого силиката и трех кальциевого алюмината заметно снижает активность цемента, в связи с чем в течение первых 28 суток твердения механическая прочность нарастает медленно. Введение активных или инертных минеральных добавок при изготовлении сульфатостойкого цемента не допускается.

Тампонажный портландцемент (ГОСТ 1581—42 с изменениями, внесенными в июле 1961 г.). Тампонажный цемент применяется для тампонирования нефтяных и газовых скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Основные требования, предъявляемые к тампонажным портландцементам: придание цементному раствору достаточной подвижности; строгое ограничение сроков схватывания, с тем чтобы начало схватывания наступало не раньше, чем окончится тампонирование; обеспечение достаточно высокой механической прочности через 2 суток твердения.

Для получения подвижного раствора, накачиваемого в скважины насосами, цемент затворяют с большим количеством воды (50% от веса цемента) без добавки песка. Такое количество воды в условиях обычных температур замедляет схватывание цемента и понижает его прочность. Регулирование сроков схватывания тампонажных цементов при обеспечении необходимой механической прочности достигается обычно подбором минералогического состава клинкера и применением добавок.

Решающее влияние на процессы, происходящие в цементном растворе, оказывает температура в скважине. С ее повышением процессы твердения раствора ускоряются, его механическая прочность повышается, а время начала схватывания сокращается. При температуре твердения выше 120°С прочность раствора падает и резко сокращаются сроки схватывания.

Повышенное содержание С А вызывает ускорение процессов схватывания и увеличивает прочность цемента в первые сроки твердения. Сроки схватывания регулируются введением надлежащего количества гипса. Для замедления схватывания тампонажных цементов применяют различные замедлители: казеин, борную кислоту, соли лигносульфоновых кислот , которые усиливают замедляющее действие гипса. В цементах для сверхглубоких скважин эти замедлители, однако, не дают необходимого эффекта.

Белый портландцемент. Этот цемент предназначен для изготовления отделочного бетона, для архитектурно-отделочных, скульптурных и покрасочных работ, а так же для производства цветных растворов. Качество белого портландцемента определяется, прежде всего, его белизной и оценивается коэффициентом яркости, который характеризует белизну данного цемента по отношению к белизне сернокислого бария (BaSO ). По степени белизны белые портландцементы делят на три сорта: БЦ-1, БЦ-2, БЦ-3 с коэффициентами яркости соответственно 76, 73 и 66.

Клинкер высококачественного белого портландцемента обычно характеризуется пониженным коэффициентом насыщения, высоким кремнеземным модулем, низким содержанием С AF(до 1.5%), Fe O (в пределах 0.3-0.5%) и MnO (до 0.03%).

Для производства белого портландцемента применяются сырьевые материалы, по возможности не содержащие соединений, окрашивающих цемент, прежде всего, окиси железа, атак же окислов марганца, окиси хрома и др. При мокром способе производства повышение степени белизны можно достигнуть за счет введения хлористых солей, образующих при обжиге летучее хлорное железо.

Портландцемент для бетонных покрытий автомобильных дорог. Этот портландцемент должен отвечать следующим основным требованиям: иметь малые усадочные деформации, большую эластичность, высокий предел прочности при сжатии, высокую деформативную способность при растяжении и изгибе и обладать повышенной морозостойкостью. Для повышения морозостойкости и уменьшения объемных деформаций в состав цемента при помоле вводят 0.1- 0.25% сульфитноспиртовой барды. Из активных минеральных добавок разрешается вводить только гранулированный доменный шлак в количестве не более 15%.

Прочие разновидности портландцемента. Пластифицированный портландцемент предназначается для изготовлени монолитного бетона гидротехнических сооружений, а так же для дорожных и аэродромных покрытий. Он отличается повышенной морозостойкостью, достигаемой за счет введения при помоле клинкера 0.15-0.25% пластифицирующей поверхностноактивной добавки от веса цемента в пересчете на сухое вещество.

Гидрофобный портландцемент обладает пониженной гидроскопичностью. Это свойство придается цементу путем введения при помоле клинкера гидрофобизирующих поверхностно-активных добавок( асидола, мылонафта, асидола-мылонафта, олеиновой кислоты или окисленного петролатума) в количестве 0.06-0.3%. Цемент гидрофобизируют обычно в тех случаях, когда его необходимо транспортировать на дальние расстояния по водным магистралям.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий получают из клинкера с пониженным содержанием С3А. введение каких-либо добавок, кроме гипса, не допускается. Для более быстрого нарастания прочности асбестоцементных изделий в первые часы после их изготовления цемент измалывают более тонко.

Пуццолановые портландцементы предназначены для бетонных и железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию пресных вод. Приготовляются они из клинкера обычного минералогического состава с обязательным введением при его помоле не менее 25-40% добавок вулканического происхождения, не менее 20% и не более 30% осадочного происхождения.

Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент предназначен для подводных и подземных бетонных и железобетонных сооружений, работающих в условиях постоянного воздействия сульфатных агрессивных вод. Сульфатостойкость достигается за счет понижения в клинкере содержания С3А до величины, не превышающей 8%. Содержание добавок вулканического происхождения должно быть не менее 25% и не более 40%, а осадочного происхождения – не менее 20% и не более 30%.

Шлакопортландцементы предназначены для бетонных и железобетонных надземных и подводных сооружений, подвергающихся воздействию пресных вод. Приготовляются они путём совместного или раздельного помола клинкера обычного минералогического состава и 30-60% доменного гранулированного шлака. Шлакопортландцемент при твердении выделяет значительно меньше гидрата окиси кальция, чем портландцемент, и поэтому он обладает более высокой водостойкостью и характеризуется меньшей теплотой гидратации.

Магнезиальный шлакопортландцемент получают на основе клинкера с повышенным содержанием MgO (до 10%) и применяют для надземных бетонных и железобетонных сооружений. Добавка гранулированного доменного шлака в магнезиальный щлакопортландцемент разрешается в количестве 30-50 %.

К разновидностям портландцемента относится так же рудный или железистый портландцемент. В нем совершенно отсутствуют алюминаты кальция, поэтому он отличается повышенной сульфатостойкостью и кислотостойкостью и замедленным нарастанием механической прочности в первые сроки твердения.

РАЗНОВИДНОСТИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Цементная промышленность выпускает большое количество разновидностей портландцемента, отличающегося строительно-технологическими свойствами.

Пластифицированный портландцемент (ПЦ-ПЛ) получают введением в цемент при помоле клинкера некоторого количества, по­верхностно-активных веществ (ПАВ). Можно вводить СДБ (сульфит­но-дрожжевая бражка) в количестве ОД5…0,25% по массе цемента. Пластифицированный портландцемент имеет марки 400 и 500. По сравнению с обыкновенным портландцементом ПЦ-ПЛ придает рас­творным смесям повышенную пластичность, морозостойкость и водо­непроницаемость. Пластифицирующие добавки повышают прочность бетона, так как они снижают водопотребность бетонной смеси, сни­жают расход цемента. Пластифицированные цементы можно приме­нять наряду с обыкновенными, получая более удобоукладываемые бетонные смеси и морозостойкие бетоны.

Широко используют эти цементы в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.

Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают введением в цемент при помоле клинкера поверхностно-активной гидрофобизирующей добавки в количестве 0,1…0,3% по массе цемента. Гидрофобизирующими добавками являются мылонафт, асидол, синтетические жирные кислоты. Эти добавки образуют на зернах цемента тонкие водоотталкивающие пленки, уменьшающие способность цемента сма­чиваться водой и снижающие его гигроскопичность. Вследствие этого гидрофобный цемент можно долго хранить даже во влажных услови­ях, он не комкуется, сохраняя свою активность. В то же время при пе­ремешивания его с водой водоотталкивающие пленки на зернах це­мента разрушаются, не мешают твердению, пластифицируют цемент. Гидрофобный цемент имеет марки 400 и 500. Применяют его в гидротехническом, дорожном и аэродромном строительстве, а также при перевозке бетонных и растворных смесей на большие расстояния. Быстротвердеющий (БТЦ) и особобыстротвердеющий порт­ландцемент (ОБТЦ). Быстротвердеющий портландцемент отличается от обыкновенного более быстрым нарастанием прочности. Это дос­тигается путем более тонкого помола с добавкой гипса 3…5% алито-алюминатного клинкера: C₃S — 50…55% и С₃А — 5… 10%. Выпус­кают БТЦ двух марок: 400 и 500, ОБТЦ — 600 и 700, которые в трех­суточном возрасте обеспечивают предел прочности при изгибе соот­ветственно не ниже 3,9 и 4,4 МПа, а при сжатии 24,5 и 27,5 МПа. Применяют БТЦ для изготовления сборных обычных и предвари­тельно напряженных железобетонных изделий и конструкций, а так­же в монолитных железобетонных конструкциях для ускорения набо­ра прочности.

Сулъфатостойкий портландцемент (СПЦ) (ГОСТ 22266—76) изготовляют на основе клинкера нормированного минерального со­става C₃S не более 50% и С₃А не более 5%; C₃A + C₄AF не более 22%; MgO не более 5%. Введение инертных и минеральных актив­ных добавок не допускается. Такой состав цемента уменьшает воз­можность образования в цементном камне (бетоне) «цементной ба­циллы», что повышает стойкость бетона к сульфатной коррозии. Цемент марки СПЦ-400 имеет повышенную морозо- и водостойкость и пониженное тепловыделение при твердении.

Сульфатостойкий портландцемент применяют для изготовле­ния бетонных и железобетонных конструкций гидросооружений, ра­ботающих в условиях многократного замораживания и оттаивания в пресной или сульфатсодержащей воде.

Белый и цветные портландцементы.Основой декоративных цементов является белый клинкер, который изготовляют из чистых известняков и белых глин, почти не содержащих окрашивающих ок­сидов железа и марганца. В клинкере практически нет алюмоферрита кальция — C₄AF. Выпускают белый цемент (ГОСТ 965—89) марок 400 и 500, по степени белизны подразделяют на три сорта: БЦ-1, БЦ-2 и БЦ-3.

Цветные цементы (ГОСТ 15825—80), желтый, розовый, красный и др., получают помолом белого клинкера с соответствующими минераль­ными пигментами (охрой, железным суриком, ультрамарином и др.).

Применяют белые и цветные цементы при архитектурно-отделочных работах: отделке стеновых панелей, подоконных плит, в дорожных работах для цементно-бетонных покрытий площадей, раз­делительных полос на автодорожных магистралях, для получения фактурного слоя стеновых панелей, для изготовления искусственного мрамора.

Портландцементы с активными минеральными добавками.

Активные минеральные добавки химически связывают растворимый.

в воде гидроксид кальция, выделяющийся при твердении цемента, при этом повышается плотность цементного камня, возрастает его со­противление коррозии. Активные добавки могут быть природными (диатомит, трепел, вулканический пепел, пемза, глиежи — горные глинистые породы) и искусственными (гранулированные доменные шлаки, золы от сжигания твердого топлива, отходы керамического производства и др.).

Активные минеральные добавки применяли в Древнем Риме для получения гидравлических свойств: к воздушной извести добав­ляли пуццолану — вулканический пепел (пуццолана названа в честь города Поццуоли в Италии, где были залежи вулканического пепла).

К этой группе цементов относят портландцемент с минераль­ными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортланд-цемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавка­ми и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Пуццолановый портландцемент изготовляют тонким помолом портландцементного клинкера, гипса и активных минеральных доба­вок или тщательным смешиванием этих компонентов, измельченных раздельно. Добавками являются: добавки вулканического происхож­дения (пемза, пепел, туфы), обожженных глин или топливной золы — 25…40% массы цемента; добавки осадочного происхождения (диатомит, трепел, опока) — 20…30% массы цемента. Выпускают мар­ки 300 и 400.

Пуццолановый портландцемент характеризуется медленным ростом прочности в начальный период твердения, однако после 6 мес твердения во влажной среде бетоны на этом цементе достигают тре­буемой прочности.

Пуццолановый портландцемент отличается низким тепловыде­лением, морозо- и воздухостойкость у него ниже, чем у портландце­мента. Эти особенности позволяют широко использовать его при бето­нировании больших массивов (гидротехнических сооружений), где опасны температурные деформации конструкций, и не применять при возведении конструкций, подвергающихся попеременному замо­раживанию и оттаиванию, и при зимних бетонных работах. При низ­ких температурах (ниже 10 °С) твердение этого цемента замедляется и даже совсем прекращается, при повышенных — твердеет более ин­тенсивно, чем портландцемент. Поэтому бетоны на пуццолановом портландцементе целесообразно подвергать пропариванию.

Бетоны, приготовленные на пуццолановых портландцементах более водостойки и водонепроницаемы, чем на портландцементах.

Применяют пуццолановый портландцемент для изготовления как сборных, так и монолитных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, подземных и подводных частей сооружений, подвергающихся воздействию сульфатных вод.

В течение первых двух недель бетоны необходимо увлажнять, предохранять от высыхания, так как в сухих условиях твердение бе­тона на этом цементе практически прекращается.

Шлакопортландцемент изготовляют совместным помолом портландцементного клинкера (79…20%), гранулированного домен­ного шлака (21…80%) и гипса (не более 5%). Допускается раздельный помол компонентов и последующее тщательное их смешивание. До­менный шлак по своему химическому составу близок к портландце-ментному клинкеру, поэтому его можно вводить в большом количест­ве, что дает снижение стоимости шлакопортландцемента на 20…25%, он экономически выгоднее, чем портландцемент. Шлакопортландце­мент выпускается трех марок: 300, 400 и 500. Он сероватого цвета с голубым оттенком, отличается от других видов цемента наличием ме­таллических частиц, выявляемых при помощи магнита. Сроки схва­тывания как у портландцемента, он менее экзотермичен, имеет меньшую усадку и набухание, большую стойкость в пресных и суль­фатных водах. Тонкость помола и равномерность изменения объема как у портландцемента, нормальная густота 26…30%.

Плотность в рыхлом состоянии 1000… 1200 кг/м³, в уплотнен­ном — 1400… 1800 кг/м³.

Недостатками являются пониженная по сравнению с обыкно­венным портландцементом морозостойкость и замедленное нараста­ние прочности в начальные сроки твердения. Твердение ускоряется при повышении температуры и влажности. Бетоны на шлакопорт-ландцементе, подвергаемые тепловлажностной обработке при 80…95 °С, набирают более высокую прочность, чем бетоны на порт­ландцементе той же марки, твердеющие в аналогичных условиях.

Шлакопортландцемент применяют для изготовления сборных железобетонных изделий и конструкций, твердеющих в пропарочных камерах, для конструкций горячих цехов, в гидротехнических соору­жениях, подвергающихся сульфатной агрессии. Из него приготовляют кладочные и штукатурные растворы. Не рекомендуется использовать при зимних бетонных работах.

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Специальные цементы отличаются от портландцемента и его разновидностей видом исходного сырья, технологией производства, химическим и минералогическим составами, свойствами и областями применения. В эту группу гидравлических вяжущих входят глинозе­мистый, расширяющийся, безусадочные цементы и гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество, напрягающий цемент.

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969—77). По минералогическо­му составу и техническим свойствам отличается от портландцемента.

Глиноземистый цемент— быстротвердеющее и высокопрочное вяжущее вещество, получаемое обжигом и последующим тонким из­мельчением сырьевой смеси известняков СаСО₃ и бокситов (А₂О₃).

В состав клинкера входит однокальциевый алюминат СаОА₂О₃, оп­ределяющий быстрое твердение и другие свойства глиноземистого цемента. Марки глиноземистого цемента, определяемые по результа­там испытания образцов трехсуточного возраста: 400, 500 и 600. Портландцемент набирает такую прочность только через 28 сут нор­мального твердения. Уже в первые сутки твердения глиноземистый цемент набирает более 50% марочной прочности. При столь быстром твердении он обладает нормальными сроками схватывания: начало схватывания не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч от начала за-творения. Глиноземистый цемент обладает высокой экзотермией — тепловыделение при твердении в 1,5 раза больше тепловыделения портландцемента. Поэтому применять его для бетонирования мас­сивных конструкций не рекомендуется. Однако после полного затвер­дения он может выдерживать нагрев до 900 °С и поэтому его приме­няют для приготовления жаростойких бетонов.

Глиноземистый цемент коррозионно-стоек в сульфатных, мор­ских и углекислых водах. Широкое его применение ограничивается его высокой стоимостью (он в 4 раза дороже портландцемента).

Глиноземистый цемент применяют в специальных сооружени­ях, для изготовления быстротвердеющих и жаростойких бетонов истроительных растворов, при аварийно-ремонтных и монтажных ра­ботах, а также зимнем бетонировании, для изготовления расширяю­щегося и безусадочного цементов.

Смешивать глиноземистый цемент с портландцементом нельзя, так как кроме снижения его прочности, может произойти разрушение этого смешанного вяжущего при твердении.

Расширяющиеся и безусадочные цементы.Цементный ка­мень при твердении на воздухе дает усадку, которая является причи­ной усадочных трещин. Поэтому обычные цементы не могут обеспе­чить водонепроницаемость при заполнении швов между панелями, заделке трещин, гидроизоляции туннелей, стволов шахт и других ра­ботах. Для решения этих проблем созданы безусадочные или расши­ряющиеся цементы (расширение 0,2… 1,0%). Эти цементы отличаются способностью притвердении во влажных условиях незначительно расширяться или не давать усадки при твердении на воздухе.

Выпускают три вида расширяющихся цементов: водонепрони­цаемый расширяющийся цемент, гипсоглиноземистый расширяю­щийся цемент и безусадочный цемент.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — быст-росхватывающий и быстротвердеющий цемент, изготовленный совме­стным помолом глиноземистого цемента — 70…76%, гипса — 20…22% и высокоосновного гидроалюмината кальция (4СаО-А1₂О₃ 12Н₂О) — 10… 11%. Расширяющее воздействие оказывает образующийся при ре­акции с водой минерал эттрингит— ЗСаО- А1₂О₃ -3CaSO₄ -31Н₂О с большим увеличением кристаллической фазы в объеме. Цемент яв­ляется гидравлическим вяжущим, сроки схватывания: начало схва­тывания не ранее 4 мин, окончание — не позднее 12 мин. Он имеет марку 500 через 28 сут, но уже через 6 ч твердения набирает проч­ность не менее 7,5 МПа. Отличается высокой плотностью, водонепро­ницаемостью, пониженной морозостойкостью и может применяться только при положительных температурах.

ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции тюбингов, раструбных соединений, создания гидроизоляционных покрытий, за­делки трещин и стыков в железобетонных конструкциях и т.д.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее. Портландцемент и его разновидности имеют существенный недостаток — они медленно схватываются и медленно твердеют. Гипсовые вяжущие, наоборот, быстро схватываются и быстро твердеют, но обладают низкой водо­стойкостью. Получить смешанное вяжущее из этих разных по своим свойствам вяжущих было заманчиво.

При твердении смеси гипса с цементом получается неустойчи­вый материал, который через несколько месяцев разрушается. В 60-е годы профессор А.В. Волженский предложил смешанное вяжущее, обладающее достоинствами гипса и цемента и в большей степени лишенное их недостатков, — гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ). Его получают тщательным смешиванием 50…75% полувод­ного гипса, 15…25% портландцемента или шлакопортландцемента и 10…25% активной минеральной добавки.

ГЦПВ характеризуется повышенной водостойкостью, быстрым твердением. Через 2…3 ч вяжущее набирает 40% марочной прочно­сти. Растворы на ГЦПВ имеют прочность при сжатии 20 МПа, морозо­стойкость F25…F50.

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие применяют для устрой­ства оснований полов, санитарно-технических кабин, стеновых пане­лей и других изделий.

Напрягающий цемент (НЦ) состоит из 65…75% портландце­мента, 13…20% глиноземистого цемента и 6… 10% гипса. При опреде­ленных условиях твердения в процессе расширения этот цемент создает в арматуре предварительное напряжение, независимо от рас­положения арматуры в железобетонной конструкции. Таким образом, химическая энергия вяжущего вещества используется для получения предварительно напряженных конструкций без применения механи­ческого или термического способов. Расширение НЦ в свободном со­стоянии составляет 3…4%, в ограниченном — 0,25…0,75%. Этот це­мент характеризуется быстрым схватыванием и быстрым твердением: начало схватывания наступает не ранее чем через 30 мин, а оконча­ние — _не позднее чем через 4 ч после затвердения. Прочность НЦ при сжатии через 1 сут не менее 15 МПа, через 28 сут твердения — 50 МПа.

Напрягающий цемент применяют для газонепроницаемых кон­струкций, хранилищ бензина, подводных и подземных напорных со­оружений, спортивных объектов, так как конструкции на НЦ отлича­ются повышенной трещиностойкостью.

 

Контрольные вопросы и задания

1.Что называют минеральным вяжущим веществом, в чем его назначение?

2. Какие вяжущие называют воздушными и гидравличе­скими, в каких условиях их можно применять?

3. Охарактеризуйте глину как вяжущее вещество.

4. Из какого сырья и как получают воз­душную известь?

5. Назовите способы гашения воздушной извести.

6. Какими свойствами обладает воздушная известь и где ее применяют?

7. Дайте классификацию гипсовых вяжущих.

8.Назовите характер­ные свойства строительного гипса и область применения.

9. Что такое гидравлическая известь, что придает ей способность твердеть в воде?
10. Назовите особенности и виды магнезиальных вяжущих.

11. Какие разновидности жидкого стекла вы знаете, где применяют жидкое стекло?

12. Что такое портландцемент и из каких сырьевых материа­лов его изготовляют?

13. Расскажите о способах производства порт­ландцемента.

14. Охарактеризуйте минералы портландцементногоклинкера.

15. Назовите периоды твердения портландцемента и крат­ко охарактеризуйте каждый из них.

16. Расскажите о свойствах и применении портландцемента.

17. Назовите основные разновидности портландцемента.

18. Укажите особенности пластифицированного и гидрофобного портландцементов.

19. Расскажите о цементах с мине­ральными активными добавками: пуццолановом и шлакопортланд-цементе, их достоинства и недостатки.

20. Перечислите специальныевиды цемента.

 

ТЕМА 8. БЕТОНЫ



Виды портландцемента

В строительстве любого объекта главным вяжущим веществом является портландцемент. Это гидравлическое вяжущее вещество из портландцемнтного клинкера, гипса и прочих добавок. По своему составу (с добавками, без добавок) принято различать следующие виды портландцемента:

• шлакопортландцемент;
• быстротвердеющий;
• сульфатостойкий;
• с умеренной экзотермией;
• гидрофорбный;
• пластифицированный;
• белый портландцемент.

Данное вяжущее вещество является обладателем таких положительных качеств, как огнестойкость, морозостойкость и жаростойкость. Помимо этого он отличается высокой твердостью после затвердевания. В силу того, что портландцемент не всегда удовлетворяет отдельным специальным требованиям, предъявляемым к бетонам и строительным растворам при различных условиях их применения, промышленность начала выпуск различных видов портландцемента, имеющих свое предназначение.

Шлакопортланцемент — это бесклинкерный цемент, изготавливаемый при совместном помоле гранулированных доменных шлаков с добавлением активизаторов (строительный гипс, известь, ангидрит и т. д.).

Быстротвердеющий портландцемент — это цемент тонкого помола, содержащий в большом количестве трехкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат. Этот вид портландцемента способен интенсивно наращивать прочность в первый период твердения.

Сульфатостойкий портландцемент — это цемент, изготовленный из клинкера содержащего 5% трехкальциевого алюмината и 50% трехкальциевого силиката.

Портландцемент с умеренной экзотермией — это вид портландцемента, изготавливаемый из клинкера содержащего 50% трехкальциевого силиката и 8% трехкальциевого алюмината.

Гидрофобный портландцемент — это цемент, изготавливаемый из клинкера 0,1 — 0,2% мылонафта, асидола, окисленного петролатума с добавлением синтетических жирных кислот.

Пластифицированный портландцемент — это цемент, получаемый при введении клинкера около 0,25% сульфитно-спиртовой барды от веса цемента.

Белый портландцемент — это вид портландцемента, изготавливаемый из клинкера с малым содержанием железа (серый цвет цемента, как правило, обусловливается присутствием соединений железа в сырье).

Для полного ознакомления с марками, видами и производством портландцемента воспользуйтесь и другими разделами сайта.

Разновидности портландцемента

Категория: Выбор стройматериалов

Разновидности портландцемента

Для удовлетворения требования современного строительства промышленность выпускает на основе портландцементного клинкера разновидности портландцемента.

Для удовлетворения требований современного строительства к цементам промышленность на основе портландцементного клинкера выпускает различные виды портландцемента.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается быстрым ростом прочности в первые дни твердения. Выпускают БТЦ двух марок: 400 и 500, которые в трехсуточном возрасте должны иметь предел прочности при изгибе соответственно не ниже 3,9 и 4,4 МПа, а при сжатии 24,5 и 27,5 МПа.

В составе БТЦ преобладают активные минералы (%): трехкальциевый силикат C3S — 50…55 и трехкальцие- вый алюминат С3А — 5…10. Тонкость помола у БТЦ выше, чем у обычного портландцемента (удельная поверхность до 5000 см2/г), поэтому и при хранении он, впитывая пары воды из воздуха, комкуется и быстро теряет активность. БТЦ применяют для бетонов сборных конструкций с повышенной отпускной прочностью и монолитных конструкций.

Пластифицированный портландцемент получают, добавляя к клинкеру при помоле гидрофильные поверхностно- активные вещества (например, сульфитно-спиртовую бражку ССБ) в количестве 0,15…0,25%. Такой цемент значительно повышает пластичность бетонных и растворных смесей по сравнению с обычным портландцементом при одинаковом расходе воды. Это позволяет уменьшить расход портландцемента, повысить прочность и морозостойкость бетонов и растворов.

Гидрофобный портландцемент получают, добавляя к клинкеру при помоле гидрофобные поверхностно-активные вещества ПАВ (0,05…0,5% от массы цемента), образующие на зернах цемента водоотталкивающие пленки. В качестве таких добавок используют главным образом отходы переработки нефти (мылонафт, асидол). Гидрофобный цемент впервые был предложен в СССР в годы Великой Отечественной войны проф. М. И. Хигеровичем.

Гидрофобный портландцемент благодаря наличию защитных пленок при хранении и транспортировании даже во влажных условиях не намокает, не комкуется и почти не теряет своей активности. При перемешивании гидрофобного цемента с водой и заполнителями ПАВ сдираются с цементных зерен и переходят в состав бетона или раствора. Поэтому бетонные и растворные смеси на гидрофобном цементе отличаются повышенной пластичностью, а после затвердевания — повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью. Применяется гидрофобный цемент в тех случаях, когда трудно обеспечить необходимые условия хранения обычного цемента.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера с пониженным содержанием трехкальциевого силиката C3S (не более 50%) и трехкальциевого алюмината С3А (не более 5%). При таком составе цемента уменьшается возможность образования в цементном камне гидросульфоалю- мината кальция («цементной бациллы») и тем самым повышается стойкость бетона к сульфатной коррозии. Кроме того, сульфатостойкий цемент характеризуется пониженным тепловыделением при твердении. Сульфатостойкий цемент выпускают марки 400.

Белый портландцемент получают из белых каолиновых глин и чистых известняков или мела с минимальным содержанием оксидов железа, марганца и хрома. В таком цементе практически нет алюмоферрита кальция C4AF, имеющего серо-зеленый цвет. На основе белого цемента и ще- лочестойких пигментов (сурика, ультрамарина и др.) получают цветные цементы. Марки таких цементов 400 и 500. Применяют белый и цветные цементы для отделочных работ.

Шлакопортландцемент получают путем совместного помола доменного шлака (21…80%), портландцементного клинкера (79…20%) и гипса (не более 5%).

Доменный шлак — отход производства чугуна (на 1 т чугуна приходится около 0,6 т шлака), поэтому шлакопортландцемент экономически выгоднее, чем портландцемент. Выпуск шлакопортландцемента в СССР составляет около 1/3 от общего выпуска цемента. Химический состав доменного гранулированного шлака близок к составу клинкера. К самостоятельному твердению шлак не способен, но в присутствии портландцемента и гипса он проявляет вяжущие свойства.

Шлакопортландцемент выпускают трех марок: 300, 400 и 500. По коррозионной стойкости и водостойкости он превосходит обычный портландцемент, но твердеет несколько медленнее и при этом выделяет меньше теплоты. Недостаток шлакопортландцемента — пониженная по сравнению с обычным портландцементом морозостойкость.

Пуццолановый портландцемент получают либо путем совместного помола портландцементного клинкера (75…60%), активной минеральной добавки (20…40%) и небольшого количества гипса, либо тщательным смешиванием этих же компонентов, но предварительно каждый из них измельчают.

К активным минеральным добавкам относятся: вулканические туфы, пеплы и пемзы, диатомит, трепел, опока, золы ТЭС и другие вещества. Активные добавки связывают выделяющийся при твердении цемента Са(ОН)а в нерастворимые гидросиликаты, благодаря чему повышается водостойкость и коррозионная стойкость цементного камня. Пуццолановые цементы отличаются низким тепловыделением при твердении и пониженной скоростью твердения.

Морозо- и воздухостойкость пуццолановых цементов ниже, чем портландцемента.

Пуццолановый портландцемент выпускают трех марок: 200, 300 и 400. Применяют его для гидротехнического строительства, а также для подземных и подводных сооружений. Пуццолановый портландцемент еще в большей степени, чем шлакопортландцемент, нуждается в увлажнении во время твердения.

Цементы для строительных растворов (кладочные цементы) — это как бы разбавленный портландцемент. Содержание клинкера в таких цементах 20…30%, а остальная часть цемента состоит из молотых активных и инертных (известняк, песок) добавок. Марка кладочных цементов не ниже 200. Такие цементы применяют для штукатурных и кладочных растворов. Использование кладочных цементов дает экономию цементного клинкера — наиболее дорогой части цементов.

Выбор стройматериалов — Разновидности портландцемента