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 и строительных 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 при твердении 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