Разновидности портлантцемента

Виды портландцемента и область их применения

Цемент - это порошкообразная группа веществ, отличающаяся вязкостью и способностью при смешивании с водой или ее солевыми растворами превращаться в пластичную массу, приобретающую при высыхании вид и свойства камня. Это односторонний процесс - затвердев, цемент никогда не вернется в свое исходное состояние. Основными составляющими цемента являются глинистые, известковые, мергелистые породы, а также различные добавки. Эти сырьевые материалы после высокотехнологичной и высокотемпературной обработки полностью или частично расплавляются. Так образуются алюминаты кальция и силикаты, а цемент приобретает достаточно высокую прочность - важнейшее свое качество. Портландцемент – это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением клинкера и гипса (до 3,5%). При помоле возможно введение минеральных добавок: шлаков (до 20%), глиежей (до 10%) и прочих активных минеральных – до 15%. Разновидности портландцемента: Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава: в клинкере должно быть не более 5% трехкальциевого алюмината и не более ₅ 0% 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. Нарастание прочности его в отдаленные сроки твердения (до 28 суток) замедляется, а через более длительный период прочностные показатели быстротвердеющего портландцемента могут быть теми же, что и у обычного высококачественного портландцемента 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. Гидрофобный цемент отличается от обыкновенного портландцемента содержанием специальной гидрофобной добавки. Изготовляют его совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и гидрофобной добавки. Портландцемент становится гидрофобным, одновременно сохраняя все остальные присущие цементам свойства, если в его состав введено оптимальное количество гидрофобной добавки. Следует иметь в виду, что при недостаточном количестве вводимой гидрофобной добавки цемент (качество которого практически не ухудшается) не будет обладать гидрофобностью. При введении же излишнего количества гидрофобной добавки растворы будут характеризоваться повышенной пористостью, так как в них вовлекается увеличенное количество воздуха. Как следствие этого — прочность их уменьшится. При перевозках и хранении даже в очень влажных условиях он 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. Гидрофобный портландцемент применяют в первую очередь в тех случаях, когда приходится длительное время хранить цемент до его использования или перевозить его на дальние расстояния. Весьма целесообразно применение его для облицовки и штукатурки зданий, так как он предотвращает образование выцветов на поверхности штукатурки. Гидрофобный портландцемент можно рационально использовать при изготовлении бетонов для дорожного, аэродромного строительства и строительства гидротехнических сооружении. Марки гидрофобного цемента те же, что и портландского. 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. Согласно ГОСТ 970–61 пластифицированный портландцемент в зависимости от прочности делится на пять марок: 300. 400, 500, 600 и 700. Требования к прочности пластифицированного портландцемента такие же, как и для портландцемента соответствующих марок. Белый портландцемент изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах). Обыкновенный портландцемент имеет зеленовато-серый цвет из-за относительно высокого содержания в нем окрашивающих окислов: окиси железа и окиси марганца. Клинкер же, не содержащий этих окислов или содержащий их в незначительном количестве (Fe₂O₃ 0,3-0,5%, M_nO до 0,03%), имеет белый цвет. Это достигается применением соответствующего сырья-. белых частиц глин, каолинов и известняков с минимальным содержанием указанных окислов. Белый портландцемент в отличие от обыкновенного имеет повышенный силикатный модуль (3,0-3,8) и весьма высокий глиноземистый модуль (10 и более), а коэффициент насыщения ниже, чем у обыкновенного, - 0,80-0,87. в соответствии с этим клинкер белого портландцемента имеет следующий минералогический состав: C₃S 38-44%; C₂S 35-37%; C₃A 15-16%; C₄AF 1-2%,љ т.е. он практически не содержит алюмоферритов кальция. Обжиг клинкера белого портландцемента производится при более высокой температуре вследствие малого содержания плавней. Для повышения белизны цемента клинкер при выходе из печи "отбеливают", резко охлаждая водой до температуры 500-6000 С, или воздействуют бескислородной восстановительной средой при температуре 800-10000 С с последующим охлаждением в бескислородной среде до 200-3000 С. При резком охлаждении и в результате действия восстановительной среды увеличивается степень белизны клинкера за счет перехода части окисного железа в закисное а также вследствие образования алюмоферрита кальция, связывающего большее количество Fe₂O₃, C₆AF₂.В соответствии с требованиями ГОСТ 965-66 белый портландцемент делится на марки 300,400 и 500, а по степени белизны подразделяется на три сорта: высший, БЦ-1 и БЦ-2, определяемые по коэффициенту яркости относительно BaSO₄. Белый портландцемент должен содержать не более 6% белого диатомита и не более 10% инертной минеральной добавки (известняка, кварцевого песка). Окиси магния в клинкере должно быть не более 4%. Остальные требования те же, что и для обыкновенного портландцемента. Белый цемент подходит для производства любого вида бетона и раствора, способствует удобной их укладке, дает цвету высокую насыщенность и точно воспроизводит тона при окрашивании, идеален для производства высокопрочного и самоуплотняющигося бетона, так как имеет низкую потребность в воде и прочность при сжатии. 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. Напрягающий цемент обладает способностью растягивать введенную в него арматуру в процессе затвердевания. Это дает возможность использовать напрягающий цемент при изготовлении бетонный труб и различных емкостей. Карбонатный цемент отличается повышенной стойкостью в углекислой среде. Кроме того, при затвердевании карбонатного цемента выделяется меньше тепла по сравнению с тем, если использовать обычный цемент 500. Песчанистый цемент обладает самым низким выделением тепла при затвердевании. Но введение тонко размолотого песка незначительно снижает качественный характеристики цемента. Магнезиальный цемент назван по одному из своих компонентов – магнезиту (доломиту). Используется в основном для заливки огнестойких полов. Магнезиты нашли свое основное применение при изготовлении огнеупоров. Оксид магния в свою очередь есть продукт умеренного обжига природных карбонатных пород магнезита или доломита. Многие свойства магнезиальных цементов лучше чем у портландцемента: стойкость к действию различных смазок, масел, солей, щелочей, органических растворителей; эластичность; высокая огнестойкость; низкая теплопроводность; хорошая износостойкость; прочность при изгибе и сжатии в раннем возрасте. Магнезиальные вяжущие вещества характеризуются повышенной прочностью сцепления с различными видами неорганических и органических заполнителей. Эти качества обусловливают их применение в абразивном производстве, для теплоизоляционных изделий (пено- и газомагнезит), перегородок, лестничных пролетов, подоконных плит, для облицовочных плиток, для внутренней отделки помещений. Тампонажный цемент состоит из клинкера и большого количества гипса в качестве добавки. Тампонажный цемент используют для консервации газовых и нефтяных скважин. Тампонажный цемент 500 купить можно только по специальному заказу, хотя на тампонажный цемент 500 цена значительно ниже, чем на цемент без добавок. Это объясняется тем, что гипс (добавка в тампонажный цемент) стоит значительно дешевле клинкера. Глиноземистый цемент получается, если вместо обычной глины в качестве сырья использовать бокситы. Глиноземистый цемент по прочности значительно превосходит портландцемент. Глиноземистый цемент — быстротвердеющее в воде и на воздухе высокопрочное вяжущее вещество, получаемое путем обжига до спекания или плавления смеси материалов, богатых глиноземом и окисью кальция, и последующего тонкого помола продукта обжига. В отличие от портландцемента, клинкер которого состоит в основном из силикатов кальция, глиноземистый цемент содержит преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Применение в строительстве. Поскольку глиноземистый цемент в 3—4 раза дороже портландцемента, в строительстве он применяется только в тех случаях, когда его специфические особенности: высокая прочность в короткие сроки твердения, стойкость против 6–1621 агрессивного воздействия таких веществ, которые разрушают обычный портландцемент, большое тепловыделение за короткий отрезок времени, огнеупорность, а также хорошее сцепление с арматурой — экономически оправдывают его применение вместо обычного портландцемента. Глиноземистый цемент целесообразно применять: 1) для строительства бетонных и железобетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, при ликвидации аварий, ремонте после пожаров, быстром возведении фундаментов под действующие машины;2) для возведения оборонительных и военно-транспортных сооружений; 3) для проведения бетонных и железобетонных работ в условиях низких температур, 4) для возведения сооружении, находящихся а минерализованных водах или подвергающихся действию сернистых газов; 5) для изготовления огнеупорных бетонов и растворов. Шлакопортландцемент — вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса или путем тщательного смешения тех же, но раздельно измельченных компонентов. Шлакопортландиемент твердеет несколько медленнее, чем портландцемент, в особенности при пониженных положительных температурах. Это объясняется значительным содержанием шлака. Однако при тончайшем помоле, в особенности двухступенчатом, и содержании шлака около 30–35% скорость твердения шлакопортландцемента такая же.Шлакопортландцемент отличается от портландцемента, приготовленного из такого же клинкера и имеющего ту же тонкость помола, несколько меньшей прочностью. Согласно ГОСТ 970–61 в зависимости от прочности на сжатие выпускают шлакопортландцемент четырех марок: 300, 400, 500 и 600. Шлакопортлаидцемент характеризуется пониженным или умеренным тепловыделением при твердении, а также меньшими объемными деформациями в растворе и бетоне — усадкой (на воздухе) и набуханием в воде. Шлакопортландцемент предназначен в основном для бетонных и железобетонных наземных, а также подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных, а также минерализованных вод с учетом норм агрессивности воды — среды. Известково-шлаковый цемент и сульфатно-шлаковый цемент. Шлаковый цемент применяют для получения строительных растворов и бетонов используемых преимущественно в подземных и подводных сооружениях. Известково-шлаковый цемент наиболее эффективен в производстве автоклавных материалов и изделий. Расширяющиеся цементы. Отличительным свойством расширяющихся цементов является их способность к расширению в процессе схватывания и твердения, которое происходит в результате образования быстрорастущих кри-сталлов гидросульфоалюминатоа кальция на определенной стадии развития кристаллизационной структуры твердеющего цементного камня. В промышленном масштабе выпускают расширяющиеся цементы двух видов, водонепроницаемый расширяющийся цемент и гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент, отличающиеся один от другого по составу и строительно-техническим свойствам. Водонепроницаемый цемент – быстро схватывающееся и твердющее вяжущее гидравлическое вещество. Получается этот цемент путем смешанного помола в шаровой мельнице мелко-мелко измельченного гипса, высокоосновного алюмината кальция и глиноземистого цемента. Цемент быстро схватывается от 4 до 10 минут. Используется для гидроизоляции и зачеканки швов, заделки трещин и стыков в железобетонных строениях и т.д. Водонепроницаемый безусадочный цемент— получается при тщательном смешивании гашеной извести, полуводного гипса и глиноземистого цемента. Схватывается от 1 до 5 минут с момента смешивания с водой. Водонепроницаемый безусадочный цемент применяется для устройства гидроизолирующей оболочки железобетонных и бетонных сооружений, используемых во влажных условиях. Водонепроницаемый расширяющийся цемент представляет собой быстросхватывающее и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество получаемое путем совместного помола и тщательного смешивания измельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Начало процесса схватывания – не менее 4 минут, а окончание не более 10 минут с момента затворения. Линейное расширение образцов из цементного теста твердеющих в воде в течении 1 суток должно быть в пределах 0,3-1%. Применяют такой цемент для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов раструбных соединений создания гидроизоляционных покрытий, заделки стыков и трещин в железобетонных конструкциях и т.д. Карбонатный портландцемент представляет собой продукт тонкого помола клинкера вместе с 25-30% карбонатных пород. Начало схватывания наступает не ранее чем через 30 минут, а конец - не позднее чем через 5 ч. Во время твердения этого цемента выделяется тепла меньше, чем при соприкосновении с водой обыкновенного портландцемента. Кроме того, он характеризуется повышенной стойкостью в углекислых средах благодаря защитному действию углекислого кальция. Пуццолановый цемент собирательное название группы цементов в состав которых входит более 20% активных минеральных добавок. Название " пуццолановый цемент" происходит от названия рыхлой вулканической породы применявшейся в Древнем Риме в качестве добавки к извести. Пуццолановый портландцемент, получаемый при помоле портландцементного клинкера, гипса (небольшого количества) и минеральной активной добавки. От обычного портландцемента он отличается повышенной коррозионной стойкостью (особенно в мягких и сульфатных водах) меньшей скоростью твердения и пониженной морозостойкостью. Применяют его в основном для получения бетонов используемых в подводных и подземных сооруженияхи в наземных конструкциях, находящихся во влажных условиях. Не используется в конструкциях, подвергающихся быстрому высыханию или испытывающих попеременное увлажнение и высушивание, а так же для морозостойкого бетона.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обыкновенного более интенсивным нарастанием прочности в начальной период твердения.

Получить его можно либо путем более тонкого помола обычного клинкера, либо применением клинкера определенного минералогического состава. Однако повышать тонкость помола цемента невыгодно, так как это снижает производительность помольного оборудования и увеличивает расход электроэнергии. Поэтому более выгодный путь получения быстротвердеющего цемента - регулирование минералогического состава клинкера.
Цементы с высоким суммарным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (не менее 60%) оказываются, как правило, быстротвердеющими. При этом содержание C₃S должно быть не менее 50-52%, а С₃А - 8-10%.
Ускорению твердения цемента в начальный период способствует также уменьшениељ содержания в нем активных минеральных добавок. Содержание последних в быстротвердеющем портландцементе не должно превышать 10%; исключение составляют доменные гранулированные шлаки, которые обладают некоторыми вяжущими свойствами, а потому их содержание в быстротвердеющем портландцементе допускается не более 15%.
По ГОСТ 10178-62 БТЦ через 3 суток твердения в стандартных условиях в растворе 1: 3 должен иметь предел прочности при изгибе не менее 40 кгс/см². 28-суточная прочность быстротвердеющего портландцемента не регламентированная и характеризуется примерной маркой 400. Тонкость помола БТЦ выше, чем у обычного портландцемента (2500-3000 см/г²), и составляет 3500-4000 см/г².
Разновидностью быстротвердеющего портландцемента является особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ). Отличается он отљ БТЦ еще более интенсивным темпом нарастания прочности в начальной период твердения.
Получают особо быстротвердеющий портландцемент так же, как и БТЦ. Минералогический состав клинкера особо быстротвердеющего портландцемента ОБТЦ должен быть таким, чтобы содержание трехкальциевого силиката в нем было 60% и более, а трехкальциевого алюмината - не более 8%. Особо быстротвердеющий портландцемент марки 600 должен в односуточном возрасте иметь предел прочности при сжатии 200-250 кгс/см², а в трехсуточном - 300-350 кгс/см².
ОБТЦ измельчают до удельной поверхности 4000-4500 см/г². При весьма тонком измельчении содержание гипса в этом цементе желательно довести до 4% (в расчете на SO₃), т.е. несколько выше предела, допускаемого стандартом (3,5%). Добавка 5-8% трепела способствует равномерному росту прочности к 28-суточному возрасту, хотя при этом несколько снижается односуточная прочность.

Особобыстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ) характеризуется не только большой скоростью твердения в начальный период, но и высокими марками — 600 и более. БТЦ и ОБТЦ применяют при изготовлении высокопрочных строительных конструкций, а также при ремонтных и восстановительных работах.

Вопрос № 21