Какими физическими и механическими свойствами обладает портландцемент и цементный камень

Цемент: характеристики, виды и свойства

Цементом называют порошкообразное вяжущее вещество, обладающее гидравлическими свойствами. Производится на основе клинкера, в который в качестве присадок добавляются минеральные добавки, содержащие сульфат кальция. Применяется в основном для приготовления строительных растворов и различных бетонов, которые имеют широкую сферу применения. Принципиальное отличие цементного раствора от других минеральных вяжущих – возможность набирания прочности даже во влажной среде, в то время как другим растворам (например, гипсовому), нужен сухой воздух.

Характеристики и свойства цементов

Для различных видов цемента присущи свои, уникальные характеристики, общими из которых считаются следующие свойства:

• Стойкость цементного камня к коррозии – способность отвердевшего бетона противостоять агрессивному воздействию химических и щелочных сред. Для улучшения коррозиестойкости, при производстве в состав вводятся полимерные компоненты, снижающие пористость бетона.
• Водопотребность: потребность сухого материала в определённом количестве воды для набирания необходимой подвижности готового раствора, обусловленной техническими условиями применения. При излишках воды в растворе, его поверхность получается недостаточно прочной, склонной к разрушению.
• Тонкость помола – основная характеристика дисперсности цемента. Определяется количеством сухого остатка на сите после контрольного просеивания. Тонкость помола влияет на прочностные характеристики цементного камня и себестоимость производства.
• Морозостойкость: устойчивость к отрицательным температурам, а также многоразовому замораживанию и оттаиванию. Качество цемента зависит от количества циклов, которое может выдержать отвердевший раствор без видимых разрушений. Для увеличения долговечности бетона используются различные минеральные присадки, увеличивающие его морозостойкость.
• Прочность и предел прочности раствора определяется усилиями (измеряются в МПа), которые необходимо приложить для разрушения опытного образца. В зависимости от этого показателя цемент подразделяется на марки от М300 до М600. Для специальных объектов применяется продукция марки 700 или 1000.
• Время схватывания определяется началом и окончанием отвердевания раствора. Этот показатель зависит от вида цемента, минеральных компонентов и модификаторов, входящих в состав, а также температурных и влажностных условий.

Выбор цемента: на какие характеристики обратить особое внимание

Все строительно-технические свойства цементов важны при проведении любых работ. Поэтому с уверенностью обозначить наиболее важные характеристики невозможно. Выбор производится по совокупности свойств и характеристик, наиболее полно подходящих для выполнения конкретных строительных или других задач. Именно поэтому существует довольно большое количество различных цементов, как общего, так и специального назначения.

ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ЦЕМЕНТЫ

Совет! При выборе цемента обращайте внимание на дату изготовления и фасовки, так как со временем порошкообразный материал слёживается до образования комков, вследствие чего ухудшаются его свойства.

Виды цементов

Классификация цементов на виды осуществляется в зависимости от вида клинкера и дополнительных компонентов, использующихся при изготовлении. Состав также влияет и на основную сферу применения.

КАК ВЫБРАТЬСЯ ИЗ БАССЕЙНА НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТИ?

Портландцемент

ПЦ – самый распространённый вид строительного материала, имеющий несколько разновидностей. Изготавливается из портландцементного клинкера, основой которого является двух и трёхкальциевый силикат, а также оксиды кремния и кальция.

ПЦ применяется в строительстве для изготовления отделочных и кладочных растворов, приготовления пенобетона, производства ж/б сборных и монолитных конструкций общего назначения.

Быстротвердеющий портландцемент

Одной из разновидностей ПЦ считается быстротвердеющий (БПЦ) материал, в состав которого кроме портландцементного клинкера входят минеральные компоненты, обеспечивающие интенсивный набор прочности на начальном этапе отвердения.

БПЦ применяется при производстве ж/б конструкций без пропаривающих камер, а также при скоростном (безостановочном) темпе строительства для приготовления кладочного раствора.

С гидрофобирующими добавками

Разновидность ПЦ с высокими водонепроницаемыми свойствами, которые достигаются путём введения в состав таких гидрофобных компонентов, как олеиновая кислота, асидол, мылонафт и так далее. Благодаря этим добавкам на поверхности цементного камня образуется гидрофобная плёнка, которая уменьшает гигроскопичность а, следовательно, влагопоглощающие свойства бетона.

Такие присадки используются при изготовлении раствора для фундаментов, ж/б конструкций, эксплуатируемых во влажных и мокрых условиях, в воде или когда есть угроза подтопления.

Цемент с ПАД

Поверхностно-активные добавки вводятся в состав в процессе помола. При перемешивании, ПАД образуют на зёрнах цемента тончайшую плёнку, предотвращающую сцепление частиц между собой. Это придаёт готовому раствору хорошую подвижность и пластичность, делает его удобоукладываемым.

Такой раствор применяется при создании сложных архитектурных конструкций, рельефных композиций, отлива декоративных элементов.

Тампонажный

Белитокремнезёмистый и низкогигроскопичный цементы изготавливаются с применением различных присадок, увеличивающих текучесть жидкого раствора, скорость схватывания и его прочность после окончательного застывания.

Применяются для защиты от грунтовых вод нефте- и газодобычных скважин методом их тампонирования.

Белый

Белый цемент используется при производстве искусственного камня, различных декоративных сухих смесей, изготовлении скульптур и других декоративных изделий, а также для устройства наливного пола.

Цветной

Если в белый цемент добавить сухой цветовой пигмент, получается цветной материал. Этот способ позволяет добиться практически любого оттенка и насыщенности раствора. Ещё один способ получения цветного портландцемента – технологический обжиг сырья. При определённой температуре клинкер меняет цвет на зелёный, жёлтый и чёрный.

Особенность цветного продукта – большая усадка, выпадение солей и медленное затвердевание. Поэтому в раствор обычно добавляются пластификаторы и наполнители.

Применение цветных составов – оформление скульптур, декоративная штукатурка, производство цветной плитки и другие сферы.

Пуццолановый

Этот вид продукции включает в свой состав до 30% минеральных добавок и активные компоненты, которые вступают в химическую реакцию с цементом. Такие добавки делают готовый бетон стойким к сульфатам и пресной воде, а при изготовлении изделий автоклавным методом – очень прочным.

Изделия их пуццоланового цемента чаще всего используются при строительстве подземных или подводных коммуникаций и сооружений, так как они обладают слабой морозостойкостью.

Шлаковый

Гидравлические вяжущие, входящие в этот вид материала, изготавливаются из помолотых шлаков доменных печей и некоторых активизаторов. Железобетонные конструкции, изготовленные из шлакового цемента, отличаются высокой прочностью, а раствор применяется для кладки фундаментов и других конструкций с несущими функциями.

В зависимости от применяемых активизаторов, выделяют два основных вида продукции на основе доменного шлака:

Глинозёмистый

Изготовляется из известняка и других видов сырья, богатых глинозёмом. Помолотое сырьё подвергается термической обработке, поэтому цемент имеет тёмно-коричневый и даже чёрный оттенок. При приготовлении раствора требуется на 10% больше воды, чем для обычного портландцемента. При застывании выделяет тепло.

Глинозёмистый материал используется при проведении зимних строительных работ, аварийного строительства, ремонта мостов, подземных и других коммуникаций. Благодаря высокой огнестойкости, применяется в качестве кладочного раствора при возведении печей, каминов, дымоотводных и вентиляционных каналов.

Расширяющийся

Этот вид цемента обладает уникальной способностью расширяться в процессе твердения. Приращение объёма происходит благодаря химической реакции между вяжущим веществом и специальной добавки. В качестве вяжущего применяется глинозёмистый цемент, гипс, портландцемент и алюминат кальция. Раствор отличается быстрой схватываемостью (в зависимости от вяжущего, от 10 до 30 минут), отличной водонепроницаемостью и прочностью.

Расширяющиеся цементы применяются для изготовления ж/б труб и других изделий, эксплуатация которых предусматривает постоянный контакт с влагой, а также при ремонте различных гидротехнических сооружений и для создания водонепроницаемых швов в строительных конструкциях.

Особенности маркировки

Чаще всего цемент фасуется в мешки по 25 и 50 кг из крафт-бумаги, на которые наносится соответствующая маркировка.

1. Прежде всего, указывается нормативный документ, согласно которому произведён данный вид цемента.

2. Класс цемента по прочности на сжатие: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5, означающий максимальное давление в МПа, которое может выдержать опытный образец.

3. Состав входящих компонентов обозначается римскими цифрами:

• I – портландцемент;
• II – портландцемент с минеральными добавками;
• III – шлакопортландцемент;
• IV – пуццолановый;
• V – композиционный цемент.

4. Маркировка цемента по видам производится следующими буквенными обозначениями:

• ПЦ – портландцемент;
• БЦ – белый;
• ВРЦ – водонепроницаемый расширяемый;
• СС – сульфатостойкий;
• ПЛ – пластифицированный;
• ШПЦ – шлакопортландцемент;
• ГФ – гидрофобный.

5. В зависимости от скорости набирания цементом прочности, наносится следующая маркировка:

• ЦЕМ I – цемент с максимальной скоростью набора прочности. 50% от проектной прочности набирается меньше чем за 48 часов. Может содержать не более 5% добавок.
• ЦЕМ II – содержит от 6 до 35% добавок, влияющих на скорость затвердевания раствора. Чем больше добавок, тем медленнее происходит схватывания.
• ЦЕМ III – шлакопортландцемент с нормальной скоростью схватывания. Содержит добавок от 36 до 65%.
• ЦЕМ IV – цемент пуццолановый. Имеет среднюю скорость твердения. Содержит различных добавок от 21 до 35% от общей массы.
• ЦЕМ V – цемент на основе композиционного сырья со средней скоростью твердения. Содержит небольшое количество дополнительных компонентов (11–30%).

Способы производства цемента

Технология получения цемента включает в себя два этапа:

1. Получение клинкера. Минеральное сырьё, добытое различными методами, проходит дробилку, где разбивается на куски около 10 см в диаметре. После этого все компоненты, необходимые для производства смешиваются и обжигаются до получения однородной спёкшейся массы: клинкерных шариков.
2. Перемалывание клинкера в порошок. В клинкерный порошок вводятся дополнительные компоненты, входящие в состав данного вида цемента, после чего производится их перемешивание и дополнительный помол.

В зависимости от физическо-технических характеристик исходного сырья, производство цемента осуществляется по одной из трёх технологий:

1. Мокрый метод используется при изготовлении цемента из глины, мела и железосодержащих наполнителей. В результате помола сырья в воде, образуется шихта, которая подаётся в барабанные печи. В начальной стадии лишняя влага из шихты испаряется, после чего производится высокотемпературный обжиг. На выходе из печи получают клинкерные шарики, которые затем перемалываются в порошок.
2. Сухая технология отличается тем, что сырьё перемалывается и подаётся в печь в сухом состоянии.
3. Комбинированный способ производства может осуществляться двумя методами:

1. сырьё готовится в воде, а полученная шихта фильтруется от воды, после чего подаётся в печь на обжиг;
2. сухое сырьё измельчается, после чего увлажняется до образования влажной шихты, которая и отправляется на обжиг.

В связи с высокими энергозатратами при использовании мокрого метода, большинство производителей применяют сухую технологию производства цементного порошка.

Технические стандарты

Технические условия, свойства, характеристики, сферы применения, классификация и другие аспекты регламентируются следующими документами:

• ГОСТ 30515–2013;
• ГОСТ Р 56588–2015;
• ГОСТ Р 56727–2015;
• ГОСТ 31108–2016;
• ГОСТ Р 57293–2016/EN 197–1:2011;
• ГОСТ 24640–91 (СТ СЭВ 6824–89);
• ИТС 6-2015 Производство цемента;
• ГОСТ 969–91;
• ГОСТ 22266–2013;
• ГОСТ Р 56196–2014;
• ГОСТ 32803–2014;
• ГОСТ 11052–74;
• ГОСТ 25328–82;
• ГОСТ Р 55224–2012;
• ГОСТ 26798.1–96;
• ГОСТ 26798.2–96.

Основные производители

Цемент является востребованным строительным материалом, поэтому его производство налажено практически во всех крупных промышленных регионах России. Рассмотрим наиболее крупные предприятия.

«Евроцемент груп» – крупнейший в России холдинг, специализирующийся на производстве строительных материалов. Холдинг насчитывает 16 заводов по производству цемента, расположенных в различных регионах России, а также в странах ближнего зарубежья.

ОАО «Новоросцемент» – крупный отечественный производитель цемента, в 2017 году отмечающий 135 лет со дня образования. Мощности завода позволяют выпускать около 5,7 миллиона тонн цемента, отвечающего международным стандартам качества.

ОАО «ХК „Сибирский цемент“» – цементная компания, входящая в пятёрку крупнейших производителей России. Несмотря на молодость компании (основана в 2004 году), мощности позволяют производить до 5,3 млн тонн цемента.

«Себряковцемент» – компания начала свою историю с ввода в эксплуатацию цементного завода в г. Михайловке в 1953 году, проектная мощность которого составляла 600 тысяч тонн продукции. В наши дни завод полностью модернизирован и рассчитан на выпуск 4,06 млн. т./год, что составляет около 5% всего производства цемента в России.

Источник: stroy-inform.ru

Физические и механические свойства портландцемента

Плотность портландцемента колеблется в пределах 3000-3200 кг/м 3 . Насыпная плотность цемента составляет 900-1300 кг/м 3 , а в уплотненном — 1500-2000 кг/м 3 . При расчете вместимости складов объемную массу принимают равной 1200 кг/м 3 , а при объемной дозировке материалов для приготовления бетонных смесей — 1300 кг/м 3 .

Одним из главных свойств портландцемента является способность его затвердевать при затворении водой, превращаясь в прочное камневидное тело. ГОСТ 10178-76 предусматривает четыре марки портландцемента: 400, 500, 550 и 600.

Указанное деление цемента по маркам является условной и приблизительной характеристикой его прочности. Фактическая прочность цемента называется активностью. Так, любая партия цемента с активностью от 381 до 475 кгс/см 2 будет считаться по ГОСТ цементом марки 400, соответственно, от 476 до 522,5 — марки 500 и т.д.

Процесс твердения цемента является затухающим процессом. Наиболее быстрый рост прочности у портландцемента наблюдается в начальный период и в основном завершается в первый месяц твердения. В дальнейшем прочность увеличивается незначительно и все более и более замедленно. Цементы, для которых характерно быстрое нарастание прочности в первые сутки после затворения водой, называются быстротвердеющими.

Водостойкость цементного камня

Как и все природные каменные материалы, цементный камень (соответственно, затвердевший раствор или бетон) в высушенном состоянии имеет более высокую прочность, чем в насыщенном водой. Отношение прочности водонасыщенных образцов к прочности высушенных образцов называется коэффициентом размягчения. Для портландцемента он составляет 0,8-0,9. Для воздушных вяжущих, которые являются неводостойкими, коэффициент размягчения значительно меньше (для строительного гипса он составляет 0,3-0,4).

Периодом схватывания цемента называется отрезок времени, в течение которого цементное тесто переходит из пластического (подвижного) в непластическое (жесткое) состояние. Промежуточные состояния этого периода характеризуются прогрессирующим ухудшением подвижности смеси, а в своей завершающей стадии -полной ее утратой.

В физико-химическом отношении процесс схватывания состоит в превращении цементного теста в коллоидно-коагуляционную пространственную структуру, которая в конце этого периода утрачивает способность к обратимому тиксотропному восстановлению после механического разрушения. По стандарту начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее 45 мин., а конец — не позднее 10 час. от начала затворения.

Как слишком быстрое, так и чересчур медленное схватывание — существенный недостаток цемента. Если цемент слишком быстро схватывается, то бетонная смесь превращается в камневидное тело прежде, чем ее успевают уложить в формы и подвергнуть уплотнению. Использование же медленно-схватывающихся цементов замедляет формирование структуры и упрочнение бетона. Наибольшую опасность представляет получение быстросхватывающихся цементов — «быстряков». Скорость схватывания портландцемента зависит от ряда факторов.

Серьезное значение при рассмотрении вопроса о скорости схватывания портландцемента имеет нагревание цемента при помоле, достигающее 80-140 С. При таком повышении температуры двуводный гипс частично, а иногда и полностью переходит в полуводный, который обладает большей растворимостью в воде и быстрее вступает во взаимодействие с гидроалюминатом кальция. При этом наблюдается ложное схватывание цемента, которое заключается в том, что при смешении цемента с водой тесто очень быстро загустевает и схватывается.

Использовать такой цемент для приготовления бетонных смесей нельзя. При некоторой выдержке такого цемента на складе он может приобрести нормальные сроки схватывания за счет охлаждения и превращения полуводного гипса в двуводный за счет влаги воздуха. Процесс этот может быть ускорен перекачиванием цемента в другой силос.

За оптимальную дозировку гипса, в случае твердения при обычных температурах, принимается такое его количество, которое практически может быть химически связано в твердеющем портландцементе в течение первых 24 часов после затворения цемента водой. Добавками-ускорителями сроков схватывания являются СаСЬ, НС1, глиноземистый цемент, растворимое стекло, Na2CO3 (сода) и др. Добавками-замедлителями сроков схватывания наряду с гипсом являются слабый раствор H2SO4, Fe2(SO4)3 и ряд других.

Изменение объема портландцемента при твердении. По стандарту приготовленные из портландцементного теста лепешки при испытании кипячением в воде должны равномерно изменяться в объеме, т.е. не давать радиальных, доходящих до краев трещин, не искривляться и не разрушаться. Портландцемент, не удовлетворяющий этому требованию, применять в строительстве нельзя, так как это приводит к появлению внутренних напряжений и даже разрушению бетона. Неравномерность изменения объема может быть вызвана избытком свободного оксида кальция в цементе, а также оксида магния и гипса при их содержании, превышающем допустимые стандартом. Чаще всего неравномерность изменения объема вызывается присутствием свободного оксида кальция.

При твердении на воздухе цементы всегда обнаруживают усадочные деформации, т.е. уменьшаются в объеме, а при хранении в воде набухают, т.е. увеличиваются в объеме. Величина усадки и набухания цементных растворов и бетонов зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента, количества заполнителей и воды в растворах и бетонах.

Усадочные деформации возрастают: при повышении содержания минералов — плавней (С3А и C4AF), при увеличении содержания белита сверх определенного предела.

Водопотребность и связующая способность цементного теста. Вода, добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального течения химических процессов, происходящих при твердении цемента, и для придания раствору или бетону подвижности, что обеспечивает плотность его укладки в форму.

Количество воды, необходимое для получения удобообрабатываемого раствора или бетона, значительно превосходит нужное для гидратации и гидролиза. Этот избыток воды остается в затвердевшем цементном камне, снижает его прочность и при испарении вызывает усадочные деформации.

Поэтому чем меньше водопотребность, т.е. количество воды, необходимое для получения раствора или бетона заданной подвижности, тем выше прочность цементного камня и качество бетона. Водопотребность портландцемента характеризуют нормальной густотой цементного теста, которая колеблется в пределах 21-28%. Водопотребность зависит от минералогического состава цемента, тонкости помола, наличия активных минеральных добавок и ряда других факторов. Так, наибольшей водопотребностью обладает С3А, а наименьшей — C2S.

Одно из ценных свойств цемента — его способность после затворения водой давать пластичное тесто, позволяющее вводить в его состав без существенного понижения этой пластичности довольно большое количество заполнителей (связующая способность). Чтобы увеличить пластичность, к портландцементу иногда добавляют известковое тесто, глину, бентонит, трепел и ряд измельченных активных и инертных добавок (как правило, при изготовлении кладочных и штукатурных растворов).

Для снижения водопотребности вводят пластифицирующие, поверхностно-активные органические добавки.

Щелочность жидкой фазы цементного камня. В воде, находящейся в капиллярах и крупных порах цементного камня, содержится в растворенном состоянии гидрат оксида кальция, а также некоторые другие вещества (например, гидраты оксидов натрия и калия).

Наличие этих соединений в поровой воде обуславливает высокую ее щелочность, характеризуемую показателем концентрации ионов водорода, pH, равным 12-13. Сталь подвержена коррозии при значении рН=5-10, а при pH более 10 скорость коррозии значительно падает. При рН=14 ее практически нет.

Это связано с тем, что в щелочных средах на поверхности стали образуется тонкая защитная пленка из нерастворимых окисных соединений железа (например, Fe(OH)3 , и др.), которые предохраняют металл от дальнейшей коррозии. Чем выше щелочность окружающей водной среды, тем меньше растворимость окисной пленки и тем выше ее защитные свойства. Происходит так называемое пассивирование железа.

В обычном железобетоне, находящемся в воздушной среде с влажностью не более 60%, коррозии арматуры нет. Если создаются условия для снижения щелочности водной среды в цементном камне до pH менее 11,5-12, то возникает опасность коррозии. Одной из причин снижения щелочности является карбонизация Са(ОН)3 в бетоне под действием углекислоты воздуха. В этом случае pH снижается до 9 и арматуру следует защищать слоем плотного бетона толщиной 1,5-2 см.

Отношение к действию высоких температур. Затвердевшие бетоны и растворы на портландцементах не могут считаться вполне огнестойкими, а тем более огнеупорными, так как Са(ОН)2 обезвоживается при 547 С, а гидросиликат кальция начинает терять гидратную воду при температуре 180-200 С. Тем не менее, бетон оказывается достаточно стойким при пожарах, так как в этом случае высокие температуры возникают только в поверхностных слоях, внутри же него температура не доходит до критических пределов.

Стойкость портландцементных растворов и бетонов по отношению к длительному действию высоких температур может быть повышена путем введения некоторых тонкомолотых минеральных добавок в сочетании с огнеупорными заполнителями. Обычный бетон на портландцементе используют при температуре не более 200 С. Бетон на портландцементе или ШПЦ с заполнителями в виде боя глиняного кирпича, вулканического туфа, базальта, диабаза и андезита без тонкомолотых добавок может применяться при температуре до 350 С. При введении в эти бетоны тонкомолотых добавок цемянки, золы-уноса, пемзы они могут выдерживать температуру до 700 С.

При добавке к портландцементу шамота (тонкомолотого или в виде мелкого и крупного заполнителя) получают жаростойкий бетон, который может служить до 1200 С. Если в портландцемент ввести фосфорный ангидрит (в виде фосфоритной муки), а в бетон -тонкомолотые хромит и магнезит и в виде заполнителя — хромит, то температура службы такого бетона повышается до 1700С.

Области применения портландцемента

Портландцемент используют главным образом для бетонных и железобетонных конструкций в надземных, подземных и подводных сооружениях, в том числе и в таких, которые подвергаются попеременному воздействию воды и мороза.

Портландцемент марки 400 рекомендуется для монолитных бетонных и железобетонных конструкций, сборных железобетонных деталей, обычных и пластифицированных строительных растворов, с жаростойкими заполнителями — для изготовления жароупорных бетонов и растворов.

Портландцемент марок 500, 550, 600 рекомендуется для высокопрочных сборных обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций, монолитных железобетонных сооружений, аварийных ремонтных и восстановительных работ при высокой начальной прочности и марке бетона.

Источник: ozlib.com

Состав и свойства цемента.

Цементом называется вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса и добавок. Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых других материалов (мергеля, нефелинового шлама, доменного шлака), взятых в соотношении, которое обеспечивает образование в клинкере силикатов кальция, алюминатной и алюмоферритной фаз. Клинкер – один из важнейших компонентов цемента, от его состава зависят основные свойства цемента, полученного на его основе.

Смотрите интересные видео-ролики и читайте статьи от ВосЦем на канале Яндекс Дзен.

Введение в состав цемента до 15% активных минеральных добавок, предусмотренных стандартом, влияет на его свойства сравнительно в небольшой степени. Если ввести таких добавок больше (выше 20%), свойства получаемого продукта будут уже заметно отличаться от свойств цемента. Такой продукт называют пуццолановым цементом. Предусмотренный стандартом разрыв в дозировке гидравлических добавок от 15 до 20% сделан для того, чтобы более отчетливо различать цемент и пуццолановый цемент.

Удельный вес портландцемента колеблется в пределах 3,0-3,2. Объемный вес цемента в рыхлонасыпанном состоянии 900-1300 кг/м3, а в уплотненном 1400-2000 кг/м 3 . При расчете емкости складов объемный вес принимают равным 1200 кг/м 3 , а при объемной дозировке материалов для приготовления бетонной смеси 1300 кг/м 3 .

Цемент (ГОСТ 10178-76) выпускают без добавок или активными минеральными добавками, отвечающими требованиям ОСТ 21-9-74. К основным свойствам цемента относятся: прочность (активность), сроки схватывания, равномерность изменения объема, тонкость помола, плотность, водопотребность, водоотделение, морозостойкость, тепловыделение, сцепление со стальной арматурой.

Прочность – свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки. Прочность цемента зависит от его потребности затвердевать при смешивании водой в прочное камневидное тело. По механической прочности цемент подразделяется на четыре марки: 400, 500, 550 и 600. Марка прочности определяется пределом прочности при изгибе образцов.
Подробнее — прочность цемента.

Сроки схватывания цемента определяют при испытании теста нормально густоты. Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента. Равномерность изменения объема цемента определяют при испытании образцов кипячением в воде.

Если цемент после вылеживания не обладает равномерностью изменения объема, то его нельзя применять в строительстве, так как могут появиться вредные напряжения и бетон разрушится. Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения. Чем тоньше измельчен цемент, тем выше его прочность, особенно в начальный период твердения. Тонкость помола характеризуется также удельной поверхностью, т.е. суммарной поверхностью всех частиц, содержащихся в 1 кг цемента. Плотность цемента колеблется в пределах от 3000 до 3200 кг/м3.
Подробнее — скорость схватывания цемента.

Изменение объема цемента при твердении. По стандарту приготовленные из цемента лепешки при испытании кипячением в воде должны равномерно изменяться в объеме. Цемент, не удовлетворяющий этому требованию, применять в строительстве нельзя, так как это приводит к появлению вредных напряжений и даже разрушению бетона.
Подробнее — твердение цемента.

Водопотребность цементного теста. Вода добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального течения химических процессов, происходящих при твердении цемента, и для придания свежеприготовленному цементному раствору или бетону подвижности (пластичности, текучести), что обеспечивает плотность его укладки в форму или опалубку. Уменьшить водопотребность и увеличить пластичность цемента можно путем введения пластифицирующих органических и неорганических поверхностно-активных веществ, например сульфитно-дрожжевой бражки.
Подробнее — водопотребность и связующая способность цементного теста.

Водоотделение цементного теста – процесс отжима воды в затворенном цементном тесте, растворе или бетоне под действием силы тяжести зерен заполнителя и частиц цемента. Некоторое количество воды при этом выступает на поверхность уложенной бетонной смеси (наружное водоотделение), а часть воды скапливается под поверхностями зерен крупного наполнителя (внутреннее водоотделение).
Подробнее — водоотделение и водоудерживающая способность цементного теста.

Морозостойкость цементных растворов и бетонов – способность сопротивляться попеременному их замораживанию и оттаиванию в пресной или морской воде. Вода при замерзании превращается в лед, при этом она увеличивается в объеме примерно на 8 %. Это создает давление на стенки пор, нарушает структуру раствора или бетона и в конечном результате приводит к его разрушению.
Подробнее — влияние пониженных и повышенных температур на твердеющий цемент.

Тепловыделение. В процессе твердения цемент выделяет тепло. Если тепло выделяется очень медленно, то это обычно не вызывает возникновения трещин в бетоне. Если же этот процесс протекает сравнительно быстро, то применять данный цемент для возведения массивных сооружений не следует. Количество выделяющегося при твердении тепла можно уменьшить путем подбора соответствующего минералогического состава цемента, а также посредство введения некоторых измельченных активных минеральных и инертных добавок.
Подробнее — выделение тепла при твердении цемента.

Коррозионная стойкость цемента в основном зависит от плотности бетона или раствора и минералогического состава цемента. Коррозионная стойкость бетона уменьшается с увеличением его пористости и с повышением тонкости помола цемента.
Подробнее — коррозия цемента, виды коррозии и борьба цементной коррозией.

КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ

• Строительные смеси в биг-бегах
• Сухие смеси в морских биг-бегах
• Строительные смеси в мешках
• Теплоизоляционные сухие смеси
• Клей для укладки блоков
• Цемент (в мешках, биг-бегах)
• Товары по акции
• Расход сухих смесей

Источник: www.voscem.ru

4.3.2. Портландцемент, свойства цемента и цементного камня

Портландцементом называют порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера, продукта спекания смеси известняка и глины при температуре 1400 – 1500 о С, гипса и минеральных добавок.

В качестве сырья при производстве портландцемента используют чистые известняки и глину в соотношении 3:1, а также мергели с корректировкой состава до заданного.

В настоящее время применяют два способа подготовки сырьевой смеси: мокрый – помол и перемешивание сырья производят в воде до получения однородного шлама, содержащего до 45 % воды, и сухой – исходные материалы измельчают, подсушивают и смешивают в сухом состоянии. Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны.

В водной среде облегчается измельчение и перемешивание материалов. При их совместном помоле быстро достигается высокая степень однородности смеси, состав которой легко корректируется, снижается запыленность, но расход топлива на обжиг в 1,5 – 2 раза выше, чем при сухом. Кроме того, значительно увеличиваются размеры вращающихся горизонтальных печей для обжига, так как на начальной стадии процесса эти тепловые агрегаты в значительной мере выполняют функции испарителей воды. Энергозатраты на получение клинкера представлены в табл. 4.1.

Энергозатраты на получение клинкера

Удельный расход тепла для получения клинкера, ккал/кг

Снизить энергоемкость при производстве цемента по мокрому способу, а, следовательно, и его себестоимость, в которой энергозатраты составляют 50 – 75 %, можно прежде всего за счет уменьшения влажности шлама на 9 – 15 % введением специальных пластифицирующих добавок.

Эффективно также заменить часть топлива высококалорийными отходами – изношенными автомобильными покрышками. Это позволяет частично решить экологические и экономические вопросы. Их применение не только экономит энергоресурсы, но и позволяет снизить температуру обжига на 100 о С без ухудшения свойств клинкера.

Сухой способ, который целесообразен только в том случае, если влажность сырья не более 15 %, благодаря его технико-экономическим преимуществам по сравнению с мокрым, несмотря на сложность перемешивания сухих порошкообразных материалов до заданной однородности и сложности пылеулавливающего оборудования, находит все большее распространение. Так в Беларуси из трех действующих цементных заводов два работают по мокрому способу и один – Белорусский цементный завод в г. Костюковичи по сухому способу.

В последние годы ведутся исследования возможности применения новых видов энергии и в целом технологий для получения клинкера. Это в частности радиационная обработка сырья в микроволновой печи, обжиг в кипящем слое. Одним из перспективных методов, который может найти широкое практическое применение, является получение клинкера способом плавления, которое проводят как с использованием конверторов, так и плазменных печей.

Электродуговые и электроплазменные печи, имеющие кпд 50 – 70 %, в настоящее время успешно эксплуатируют при производстве огнеупоров, кварцевого стекла, в металлургической промышленности. Работающая опытно-промышленная плазменная установка доказывает эффективность этой технологии для получения цемента и ее преимущества по сравнению с традиционной, которые заключаются, прежде всего, в значительной интенсификации процесса (образование минералов происходит в течение нескольких минут), повышенном содержании в клинкере основополагающего минерала – С3S на 10 %, возможности исключения тонкого измельчения сырьевой смеси в шаровых мельницах в связи с тем, что из-за высокого перепада температур при подаче смеси через канал плазмотрона происходит термическое саморазрушение материала.

Качество клинкера оценивают соотношением кристаллической и аморфной – стекловидной составляющими клинкера, зависящими от скорости охлаждения спекшегося продукта, и степенью его последующего измельчения. Последний процесс вследствие высокой прочности клинкера требует больших энергозатрат – до 20 % расходуемой энергии, снизить которые можно или за счет создания напряженно дефектной структуры путем грануляции расплава на выходе из печи в паровоздушной среде, или введения в мельницы специальных органических добавок (СДБ, мылонафт) в количестве 0,02 – 0,5 %, облегчающих помол.

Уменьшение энергозатрат возможно также в результате вторичного использования тепла отходящих газов из печи обжига и выделяющегося при охлаждении клинкера, а также применения безотходной, комплексной переработки сырья.

Обжиг до спекания подготовленного сырья сопровождается сложными физическими (испарение свободной и кристаллизационной воды) и химическими процессами (разложение минералов на окислы, образование новых соединений), в результате которых из исходных компонентов получается спекшийся материал – клинкер, состоящий в основном из следующих четырех минералов: 3СаОSiО2 (С3S) – трехкальциевого силиката – алит (45 – 60%); 2СаОSiО2 (С2S) – двухкальциевого силиката – белит (10 – 30 %); 3СаОAl2О3 (С3А) – трехкальциевого алюмината – целит (5 – 12 %); 4СаОAl2О3Fe2О3 (С4АF) – четырехкальциевого алюмоферрита – (10 – 20 %) и стекловидной застывшей массы.

После обжига полученный клинкер направляют в специальные холодильники для быстрого охлаждения материала, т.к. скорость охлаждения влияет на количество застывшей стеклофазы, которая обеспечивает повышенную химическую активность, тепловыделение при реакции с водой и сульфатостойкость портландцемента. Охлажденный клинкер, двуводный гипс или гипсосодержащие отходы (фосфогипс, борогипс, фторогипс) в количестве 3 – 5 % (для регулирования схватывания цемента) и в ряде случаев минеральные добавки (шлак и золы, природные осадочные и вулканические породы) поступают в шаровые мельницы, измельчение в которых происходит за счет истирающего и ударного воздействия мелящих тел в виде стальных шаров и цилиндров разного размера.

С увеличением степени размола клинкера повышается активность получаемого цемента, однако надо учитывать тот факт, что в этом случае в значительной степени увеличивается расход электроэнергии. Поэтому определен оптимальный размер цементных зерен от 5 до 40 мкм.

Согласно ГОСТ 30515-97 этот показатель оценивают по тонкости помола (остаток на сите 008 не должен превышать 15 % или удельной поверхности, которая составляет от 2500 до 5000 см 2 /г. Обязательными определяемыми значениями для общестроительных цементов являются также активность цемента, сроки схватывания цементного теста нормальной густоты (начало – не ранее 45 мин, конец – не позднее 10 час), равномерность изменения объема, зависящая от содержания свободной СаО (не более 1 %) и дозировки гипса. На основании полученных результатов цементу присваивают марку (300, 400, 500, 550, 600), численно равную активности – среднеарифметическому значению предела прочности на сжатие в кгс/см 2 с учетом прочности на изгиб образцов-балочек размером 40х40х160 мм, состава по массе Ц : П = 1 : 3 с подобранным количеством воды, твердевших 28 суток во влажных естественных условиях. Классы цемента по гарантированной прочности на сжатие 22,5; 32,5; 42,5 и 52,5 МПа соответственно. Насыпная плотность цемента составляет 1300 кг/м 3 , истинная 3100 – 3200 кг/м 3 .

Качество цементов оценивают по основным и рекомендуемым показателям.

К основным относятся следующие:

• химический вещественный и минералографический состав;
• предел прочности на сжатие и изгиб;
• равномерность изменения объема в процессе гидратации;
• удельная эффективная активность естественных радионуклидов;
• активность цемента при пропаривании для портландцементов с добавками;
• нормальная густота цементного теста (НГ), представляющая водоцементное отношение, выраженное в процентах, при котором достигается заданная (нормируемая) пластичность цементного теста.

Источник: studfile.net