Виды цементов и их применение

Материалы

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество — продукт тонкого измельчения цементного клинкера, который получают путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного состава, обеспечивающей в цементе преобладание силикатов кальция. Для регулирования сроков схватывания этого цемента при помоле клинкера добавляют до 5% гипса. Для получения специальных свойств портландцемента и снижения его стоимости при измельчении клинкера вводят до 15% активной минеральной добавки. Особые виды портландцемента применяют только тогда, когда их свойства могут быть использованы с максимальным эффектом.

Пластифицированный портландцемент
Пластифицированный портландцемент изготовляют путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера и пластифицирующей добавки. В качестве такой добавки применяют концентраты сульфитно-спиртовой барды в количестве 0,15…0,25% от веса цемента. Коллоидные адсорбционные пленки гидрофильного характера, образующиеся на поверхности частиц цемента, способствуют более полному смачиванию их водой, уменьшают трение между зернами и повышают пластичность бетонной смеси. Применяя пластифицированный портландцемент, можно уменьшать водоцементное отношение, что повышает прочность бетона, или можно снизить расход цемента на 8…10%.

Гидрофобный портландцемент
Гидрофобный портландцемент представляет собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гипсом и гидрофобизирующей добавкой. В качестве гидрофобизирующих добавок применяют асидолы, асидол-мылонафт, мылонафт, олеиновую кислоту или окисленный петролатум. Добавки вводят в зависимости от их вида в количестве 0,06…0,30% от веса цемента в пересчете на сухое вещество. При введении гидрофобизирующей добавки на поверхности зерен цемента образуются тончайшие гидрофобные пленки, которые понижают гигроскопичность цемента. Гидрофобный цемент не боится увлажнения; он не слеживается, не превращается в комья и в течение длительного времени почти не теряет активности. Гидрофобные добавки являются также пластификаторами, т. е. способствуют повышению пластичности цементного теста. При перемешивании растворных и бетонных смесей гидрофобные пленки снимаются с частиц цемента при механическом воздействии на них заполнителей и не оказывают отрицательного влияния на прочность растворов и бетона. Бетоны на пластифицированном и гидрофобном цементах отличаются меньшей водопроницаемостью и повышенной морозостойкостью. Эти цементы применяют наряду с обычным портландцементом. Они имеют марки 300, 400, 500 и 600.

Быстротвердеющий портландцемент
Быстротвердеющий портландцемент отличается от обычного быстрым нарастанием прочности. При такой же активности, что и у портландцемента, он уже через 24 ч твердения имеет предел прочности при сжатии 20 МПа, а и возрасте 3 дней не менее 25 МПа. При одинаковой технологии получения (тонкий помол сырьевой смеси, сильный и равномерный обжиг, достаточно быстрое охлаждение клинкера) для быстрого нарастания прочности портландцемента предусматривают следующие дополнительные мероприятия:

соответствующий подбор химического состава сырьевой смеси с целью получения в цементном клинкере 50…60% трехкальциевого силиката и 8…10% трех кальциевого алюмината;
увеличивают добавку гипса при помоле цементного клинкера;
более тонко ведут помол клинкера.
Быстротвердеющий портландцемент применяют наряду с обыкновенным портландцементом для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, не подвергающихся действию агрессивных вод. Особенно широко применяют его для производства сборных железобетонных изделий, изготовляемых без тепловлажностной обработки.

Сульфатостойкий портландцемент
Сульфатостойкий портландцемент получают путем тонкого измельчения портландцементного клинкера, содержащего не более 5% трехкальциевого алюмината. При помоле клинкера не нужно вводить в него активных или инертных минеральных добавок. В связи с тем, что в этом цементе имеется небольшое количество трехкальциевого алюмината, он отличается повышенной стойкостью к действию сульфатных вод, но замедленной интенсивностью твердения в начальные сроки. Сульфатостойкий портландцемент выпускают двух марок — 300 и 400. Широко применяют сульфатостойкий портландцемент в гидротехническом строительстве, а также для производства бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию сульфатных вод при систематическом увлажнении и высыхании или замораживании и оттаивании, что позволяет повысить их коррозионную стойкость

Белый портландцемент
Белый портландцемент изготовляют путем тонкого помола белого клинкера, получаемого обжигом чистых известняков и белых глин, с малым содержанием красящих окислов и, прежде всего, окиси железа. Обжигают сырье на беззолыюм топливе — жидком или газообразном. Белый портландцемент вырабатывают трех марок 300, 400 и 500. По степени белизны его подразделяют на 3 сорта, белизну которых определяют по коэффициенту яркости по отношению к белизне сернокислого бария в %, не менее: высший сорт — 80; первый сорт — 76 и второго сорта — 72.

Цветные портландцементы
Цветные портландцементы получают совместным помолом белого клинкера с минеральными свето- и щелочестойкими пигментами (охра, железный сурик и др.). Цветные портландцементы должны содержать не менее 80% клинкера, не более 6% белого доломита и не более 15% минерального природного или синтетического пигмента. Органические пигменты вводят в количестве не более 0,3% от массы цемента. Марки этого цемента и его прочностные характеристики аналогичны маркам белого цемента. Применяют белый и цветные портландцементы для внутренней и наружной отделки зданий и помещений и для изготовления скульптурных изделий. Транспортируют эти материалы в таре; при хранении их нужно надежно защищать от загрязнения. Они широко применяются при изготовлении тротуарной плитки

Портландцемент с минеральными добавками
Портландцемент с минеральными добавками получают измельчением клинкера, минеральных добавок и гипса. Предельно допустимое содержание минеральных добавок в цементе не должно превышать 20%. При этом практически сохраняются все свойства портландцемента, кроме морозостойкости (она несколько ниже), а некоторые свойства улучшаются (больше водостойкость, меньше тепловыделение, более высокая сопротивляемость коррозии первого вида). При его получении экономится портландцементный клинкер, что способствует снижению себестоимости цемента. Марки такого цемента те же, что и у портландцемента: 400, 500, 550 и 600. Такой цемент успешно применяют в строительстве вместо портландцемента, за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость.

Пуццолановый портландцемент
Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного тонкого помола клинкера, содержащего не более 8 % трехкальциевого алюмината, необходимого количества гипса и активной минеральной добавки 20…40 %, или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Содержание активных минеральных добавок устанавливают с учетом активности минеральной добавки и минерального состава клинкера.

Шлакопортландцемент
Шлакопортландцемент изготовляют так же, как и пуццолановый портландцемент, но в качестве активной минеральной добавки используют доменные гранулированные шлаки, содержание которых должно быть не менее 21 % и не более 80 % от массы цемента. Шлакопортландцемент выпускают трех марок: 300, 400 500. Он имеет две разновидности: быстротвердеющий шлакопортландцемент и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Глиноземистый цемент
Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, обеспечивающее получение цементного камня высокой прочности в очень короткие сроки (1…3сут). Этот цемент иногда называют алюминатным, так как в его составе преобладают низкоосновные алюминаты кальция (80…85%). Глиноземистый цемент должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 008 не более 10 %. Марки глиноземистого цемента через 3 сут 400, 500, 600. Сроки схватывания глиноземистого цемента: начало — не ранее 30 мин конец — не позднее 12 ч.

Расширяющиеся и безусадочные цементы.
Расширяющиеся и безусадочные цементы. Твердение всех гидравлических вяжущих веществ в воздушной среде сопровождается уменьшением объема цементного камня (усадкой). Усадочные деформации могут привести к образованию трещин в бетонах, что нарушает монолитность конструкций и снижает их долговечность. Для расширяющихся и безусадочных цементов характерно равномерное приращение объема цементного камня в начальный период твердения, что компенсирует усадочные явления. Линейное расширение у расширяющихся цементов обычно составляет 0,3…1%, у безусадочных 0,01…0,1 %. Многочисленные виды расширяющихся цементов представляют собой смешанные цементы, состоящие из основного вяжущего вещества (глиноземистый или портландцемент) и компонентов, обеспечивающих увеличение объема цементного камня в начальный период твердения (в большинстве случаев гипс, высокоосновные гидроалюминаты кальция, глиноземистые шлаки). Наибольшее нашли следующие расширяющиеся цементы: на основе глиноземистого цемента — водонепроницаемый расширяющийся цемент, водонепроницаемый безусадочный цемент, гипсоглиноземистый цемент; на основе портландцемента — расширяющийся портландцемент, а на основе портландцемента и глиноземистого цемента — напрягающий цемент. Напрягающий цемент быстро схватывается (через 2…7 мин) и быстро твердеет, приобретая через сутки нормального твердения прочность до 20 МПа. Характерной особенностью этого цемента являются не только значительная величина, но и большая энергия расширения, обеспечивающие самонапряжение камня до 3…4 МПа. Это свойство позволяет использовать его для изготовления самонапряженных железобетонных конструкций, в которых натяжение арматуры возникает при расширении твердеющего цемента. При этом арматура может получить двух- и трехосное напряжение, чего трудно добиться обычными приемами натяжения арматуры.

Свойства цементов
Стойкость пуццоланового и шлакопортландцементов при воздействии пресных, особенно мягких, и сульфатных вод выше, чем портландцементов. В кислых и углекислых водах эти цементы, как и портландцементы, недостаточно стойки.

Водопотребность пуццолановых портландцементов выше, чем у портландцементов, так как на смачивание развитой поверхности минеральных добавок требуется значительный объем воды (нормальная густота пуццоланового портландцемента 28…35%, а обычного портландцемента 22…26 %). Вследствие повышенной водопотребности и, следовательно, пористости цементного камня бетоны на пуццолановом портландцементе менее морозостойки, чем на портландцементе.

Водопотребность шлакопортландцемента существенно не отличается от водопотребности обычных портландцементов, но химически связывается воды меньше, чем при гидратации портландцемента. Это приводит к снижению плотности бетона на шлакопортландцементе и, как правило, морозостойкости по сравнению с бетоном на портландцементе.

Бетоны на пуццолановых цементах характеризуются значительными деформациями усадки и набухания, что связано с повышенным содержанием в цементном камне гелевидных новообразований и развитой сетью мельчайших капилляров. При твердении в воздушно-сухих условиях бетон на пуццолановом портландцементе теряет прочность, что объясняется большой усадкой и «выветриванием» воды из гидратных соединений, т. е. он обладает пониженной воздухостойкостью.

Усадка и набухание шлакопортландцемента приблизительно такие же, как и у портландцемента. Воздухостойкость шлакопортландцемента выше, чем пуццоланового портландцемента, но уступает портландцементу.

Жаростойкость бетонов на шлакопортландцементе значительно выше, чем на портландцементе. Это объясняется пониженным содержанием в них свободного гидроксида кальция и наличием шлаков.

Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент применяют для массивных бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений (плотин, шлюзов туннелей, канализационных и водопроводных сетей, фундаментов и т. п.). Широко используют эти цементы в производстве сборных изделий с тепловлажностной обработкой. Не эффективны эти цементы в наземных конструкциях в районах с сухим климатом или в цехах с пониженной влажностью воздуха, а также в частях сооружений, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию.

Бетоны на глиноземистом цементе морозостойки и более стойки по сравнению с портландцементом против выщелачивания, а также к растворам сульфата кальция и магния, морской и болотной воде, растворам сахара, животным и растительным маслам. Однако глиноземистый цемент быстро разрушается даже слабыми растворами солей аммония и щелочей. Его нельзя применять в щелочных средах и смешивать с известью или портландцементом. Учитывая дефицитность сырья (бокситов) и значительную стоимость глиноземистого цемента, его выпускают в сравнительно небольших количествах (менее 1 % от общего выпуска цемента), а применяют при возведении бетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин, футеровки шахтных колодцев и туннелей и т. п. На основе глиноземистого цемента в смеси с жаростойкими заполнителями изготовляют бетоны, которые хорошо сопротивляются действию высоких температур (1000°С и выше). Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов.