Специальные портландцементы

Сульфатостойкие портландцементы. К этой группе относят: сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент.

Сульфатостойкий портландцемент получают из клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Содержание C₃S не должно превышать 50 %, C₃A – 5 %, сумма C₃A + C₄AF – 22 %, Al₂O₃ до 5 %, MgO до 5 %. Высокая сульфатостойкость этого цемента объясняется ограниченным содержанием минералов C₃A, C₃S и C₄AF. Он имеет также высокую морозостойкость. Выпускают его марки 400. Применяют для бетонов, подвергающихся воздействию агрессивных сульфатных вод, в том числе при попеременном замораживании и оттаивании, увлажнении и высыхании, в зоне переменного уровня воды гидротехнических сооружений, подвергающихся воздействию отрицательных температур в суровых климатических условиях.

Допускается применять для бетона зоны переменного уровня воды гидротехнических сооружений в умеренных климатических условиях, эксплуатируемого внутри здания с любой относительной влажностью воздуха, на открытом воздухе при действии атмосферных факторов.

По экономическим соображениям сульфатостойкий портлпндцемент нецелесообразно применять для бетонов, к которым не предъявляются требования по сульфатостойкости и морозостойкости.

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками получают помолом сульфатостойкого портландцементного клинкера, доменного или электротермофосфорного гранулированного шлака или активных минеральных добавок и гипса. Содержание C₃S в клинкере не нормируется, C₃A до 5 %, сумма C₃A + C₄AF до 22 %, Al₂O₃ и MgO не более 5 % каждого. Добавок вводится от 10 до 20 %. Добавки значительно повышают сульфатостойкость цемента, морозостойкость же понижается.

Выпускают его марок 400 и 500. Применяют там же, где и сульфатостойкий портландцемент без минеральных добавок, за исключением гидротехнических бетонов зоны переменного уровня воды, эксплуатируемых в суровых климатических условиях.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент получают из портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, доменного или электротермофосфорного гранулированного шлака и гипса.

Содержание минерала C₃A в клинкере не должно быть более 8 %, содержание C₃S и суммы C₃A + C₄AF не нормируется, Al₂O₃ и MgO не должно превышать 5 % каждого. Шлака в цемент вводится от 40 до 60 %.

Выпускают марок 300 и 400. Применяют для изготовления сульфатостойких бетонов.

Цемент марки 400 с добавками поверхностно-активных веществ, повышающих морозостойкость бетона, разрешается применять в конструкциях, эксплуатируемых в сульфатных агрессивных средах при одновременном замораживании и оттаивании или увлажнении и высыхании.

Пуццолановый портландцемент – вяжущее вещество, получаемое совместным измельчением портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, активной минеральной добавки и гипса. Добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) берется от 20 до 30 %, вулканического происхождения (зол, глиежей) – от 25 до 40 %.

Содержание в клинкере минерала C₃A допускается до 8 %, других – не нормируется. Содержание Al₂O₃ и MgO не должно превышать 5 % каждого.

Добавки оказывают влияние на свойства пуццоланового портландцемента, и он отличается от портландцемента.

Истинная плотность его составляет 2,7–2,9 г/см³, насыпная – 900–1100 кг/м³, что меньше, чем у портландцемента.

Он имеет повышенную нормальную густоту цементного теста до 30–40 %, вследствие чего его расход в бетонах по сравнению с портландцементом увеличивается на 15–20 %.

По прочности пуццолановый портландцемент подразделяется на марки 300 и 400. Рост прочности в начальный период замедленный. При твердении выделяется меньше тепла, чем у портландцемента, поэтому его не следует применять при пониженных температурах и рекомендуется для массивных конструкций. Наиболее интенсивно он набирает прочность при автоклавной обработке.

При длительном хранении на складах пуццолановый портландцемент теряет активность быстрее портландцемента из-за поверхностной гидратации зерен цемента в связи с гигроскопичностью добавок.

Пуццолановые портландцементы с добавками осадочного происхождения имеют пониженную воздухостойкость. Малая влажность среды может привести к образованию усадочных трещин в бетоне. Их не следует применять для бетонов с относительной влажностью воздуха менее 60 % и на открытом воздухе при действии атмосферных факторов.

При эксплуатации во влажной среде гелеобразные составляющие цементного камня набухают. Водонепроницаемость его повышается, поэтому его рекомендуют применять для водонепроницаемых бетонов.

В связи с высокой водопотребностью бетоны на пуццолановых портландцементах имеют пониженную морозостойкость. Они выдерживают всего 25–50 циклов испытаний. Поэтому их не следует применять в гидротехнических сооружениях зоны переменного уровня воды, подверженных воздействию знакопеременных температур, для дорожных бетонов.

Декоративные портландцементы. К ним относят белые и цветные портландцементы.

Портландцементы белые получают совместным помолом маложелезистого клинкера с гипсом, с добавками или без них.

Темно-серый цвет обычного цемента зависит от содержания в нем оксидов железа, марганца и др. Лучшие белые портландцементы не должны содержать Fe₂O₃ более 0,25–0,35 %, а MnO – 0,05–0,15 %. Это достигается применением мела или известняка с Fe₂O₃ до 0,15 % и каолина с Fe₂O₃ до 1 %.

Для повышения белизны клинкер обжигают в восстановительной атмосфере (газ, мазут) при температуре 1600–1650 °С и отбеливают быстрым охлаждением водой.

По вещественному составу различают портландцемент белый без минеральных добавок и портландцемент белый с активными минеральными добавками и добавками-наполнителями не более 20 %. В качестве активной минеральной добавки применяется белый диатомит.

По белизне эти цементы имеют три сорта, по прочности – две марки 400 и 500. Применяют их для декоративных белых бетонов и растворов при наружной и внутренней архитектурной отделке зданий, сооружений, для приготовления цементных красок.

Портландцементы цветные получают совместным измельчением белого или цветного клинкера, минеральных или органических красителей, гипса и активной минеральной добавки. Пигмента вводится не более 15 %, органического красителя – не более 0,5 %. Добавкой служит белый диатомит (до 6 %). Выпускают красного, желтого, зеленого, голубого, розового и черного цветов.

По прочности разделяются на марки 300, 400 и 500. Применяют для изготовления цветных бетонов и растворов, цементных красок.

Безусадочный и расширяющийся портландцементы. К этой группе относят безусадочный, расширяющийся и напрягающийся цементы.

Портландцемент безусадочный получают помолом портландцементного клинкера, гипса, доменного шлака и добавок. Добавками служат сульфатированный клинкер или глиноземистый шлак регулирующие объемные деформации. Содержание Al₂O₃ не должно превышать 7,0 %. Для него нормируется линейное расширение в 28-суточном возрасте, которое должно составлять не менее 0,2 % и не более 0,5 %.

Выпускают его марок 400 и 500. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин и конец не позднее 8 часов.

Безусадочный портландцемент предназначен для изготовления водонепроницаемых бетонов и растворов. Его рекомендуют для строительства тоннелей и станций метрополитенов.

Расширяющийся портландцемент получают помолом 58–65 % портландцементного клинкера, 5–7 % высокоглиноземистого шлака, 7–10 % двуводного гипса и 20–28 % активной минеральной добавки.

Степень расширения в трехсуточном возрасте должна быть не менее 0,1 %. Гипс и высокоглиноземистый шлак при взаимодействии с водой образуют трехкальциевый гидросульфоалюминат, который приводит к расширению цементного камня. Гидравлическая добавка является стабилизатором.

Начало схватывания расширяющегося портландцемента должно наступать не ранее 30 мин, конец – не позднее 12 ч.

Выпускают его марок 400, 500 и 600. На этом цементе получаются бетонные и железобетонные изделия повышенной водонепроницаемости, он быстро набирает прочность при пропаривании.

Применяют для безусадочных, расширяющихся и водонепроницаемых бетонов и растворов, а также для сборных изделий заводского изготовления.

Цемент напрягающий получают помолом 65–70 % портландцементного клинкера, 16–20 % высокоглиноземистого шлака и 14–16 % гипса.

По величине самонапряжения цементы подразделяются на марки НЦ-1, НЦ-2, НЦ-3 и НЦ-4, где 1, 2, 3, 4 – величины самонапряжения, МПа.

Линейное расширение составляет 3–4 %. Как и у расширяющегося портландцемента, оно вызывается образованием трехкальциевого гидросульфоалюмината. Энергии расширения достаточно для натяжения арматуры в железобетонных конструкциях.

Начало схватывания НЦ должно наступать не ранее 30 мин, конец – не позднее 4 ч. Замедлителями служат декстрин, борная кислота, ЛСТ и др.

По прочности на сжатие в возрасте 28 суток этот цемент подразделяется на классы 32,5 и 42,5.

Применяют напрягающий цемент для изготовления самонапряженных железобетонных изделий: труб, резервуаров высокой водонепроницаемости, для дорожных и аэродромных покрытий.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий. Этот цемент получают из клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Содержание минерала C₃A допускается не менее 3 и не более 9 %, свободных CaO не более 1 %, MgO – 5 %.

Прочность на изгиб в возрасте 2 сут должна быть не меньше 2,8 МПа, на сжатие – 16 МПа, прочность в возрасте 7 сут на изгиб не менее 4,2 МПа и на сжатие – 27 МПа.

Начало схватывания этого цемента должно наступать не ранее 90 мин и не позже 6 ч, тонкость помола составлять от 2300 до 3200 см²/г.

Применяют цемент для изготовления асбестоцементных изделий.

Цементы для строительных растворов. Их изготавливают совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок, наполнителей и гипса.

Клинкера должно быть не менее 20 %. Активными минеральными добавками служат гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки, наполнителями – кварцевый песок, известняк или мрамор. Выпускают его марки 200. Применяют для изготовления строительных растворов и неармированных бетонов классов В12,5 и ниже. В связи с замедленным твердением его не рекомендуют применять при температуре воздуха ниже + 10 °С.