Расскажите о разновидностях портландцемента кратко

Обновлено: 06.07.2024

Цемент портланд – современный ремонтно-строительный материал общего назначения, который используется в самых разных сферах и работах. Разновидностей цемента существует огромное множество, все они отличаются по характеристикам и свойствам, обусловленным особенностями производства и входящими в состав компонентами.

Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее, произведенное на базе силиката кальция и его производных.

Основная особенность материала – быстрое застывание, а также хорошие эксплуатационные свойства и параметры. Для выполнения тех или иных работ подбирают цемент с нужным составом и показателями, предварительно тщательно изучив все характеристики и выполнив расчеты.

Раствор портландцемента – это эластичная масса, в процессе высыхания превращающаяся в цементный камень. В современном строительстве без применения таких растворов невозможно создание монолитных зданий/конструкций, железобетонных изделий, качественных кладочных и отделочных смесей.

Особенности и изготовление

Портландцемент используют там, где нужно приготовить прочный и стойкий к различным воздействиям раствор. Это один из видов вяжущего, применяемый для замеса бетона.

Портландцемент – это сухой порошок, который необходимо затворять водой. Через некоторое время он схватывается, застывает и превращается в прочный и способный противодействовать немалым нагрузкам монолит. В зависимости от состава и их пропорций портландцемент бывает разных видов, демонстрируя соответствующие параметры.

В основе сухого порошка работает клинкер мелкого помола с добавлением гипса, призванного ускорить схватывание раствора. Марки и виды материала предполагают введение в состав различных добавок, примесей, присадок.

Чтобы получить состав, используют разные карбонатные породы горного происхождения (кремнезем, глинозем, мел, известняк) и мергелий (специальная смесь глины и карбонатных пород, представляющая собой переходную породу от известнякового типа к глинистому).

Тщательное измельчение сырья, создание смеси из разных компонентов, взятых в определенных пропорциях.
Обжиг сырья в специальных печах при очень высокой температуре (около +1400 градусов) – получение клинкера.
Тщательное измельчение клинкера, смешивание его с гипсом.
Добавление различных элементов для повышения эксплуатационных характеристик и свойств, установленных ГОСТом и подтверждаемых соответствующими сертификатами.

Сухой – смесь мелется и сушится одновременно, что существенно сокращает расходы производства и труда. Мельницы выдают готовый порошок.
Мокрый – сначала компоненты мелют, потом замачивают глину до повышения уровня влажности, равного 70%. Далее глину смешивают с известняком в мельнице.
Комбинированный – способы производства совмещены: сырье насыщают влагой до 14% и измельчают, сушат в мельницах.

Виды и марки портландцемента могут быть разными. Производство и параметры материала регламентируются нормативными документами:

Свойства портландцемента по маркам указаны также тут. Но нужно учитывать, что более свежий документ указывает еще и марку 900, в ГОСТе 1985 года ее нет. Правда, этот нюанс интересен больше проектировщикам и инженерам, выполняющим обоснование возведения военных объектов, так как в других сферах материал не применяют.

Состав и свойства

Портландцемент производят из клинкера. Ввиду того, что в природе готовые гранулы практически невозможно найти, клинкерная крошка создается искусственно из смеси глинистых и карбоновых смесей. Готовым клинкер смешивается с гипсом (его доля не превышает 5%), чтобы сделать раствор подвижным.

Если на таре указано ТУ (технические условия) вместо ГОСТа, это говорит о том, что свойства материала могут отличаться от регламентированных.

Чтобы придать цементу те или иные свойства, в порошок добавляют разнообразные минеральные добавки (в объеме, равном максимум 20-25% общего веса). Их взаимодействие влияет на химический состав портландцемента, во многом определяет характеристики и параметры.

Алюминат – продлевает время схватывания, но демонстрирует низкую прочность, в связи с чем вводится в смесь в объеме, не превышающем 15%.
Алюмоферрит – обладает идентичными свойствами алюминату, но его в составе не должно быть больше 10-18%.
Белит – вяжет, продлевает время затвердевания, но в больших объемах понижает прочность (добавляют не более 37%).
Алит – чаще всего вводится в составы жидких марок для ускорения твердения (до 60%).

Основные свойства портландцемента определяются его составом. При выборе порошка для приготовления раствора необходимо сразу определиться со сферой применения и требуемыми (желаемыми) характеристиками, оптимальными параметрами.

Скорость схватывания – стандартным считается время в 40-45 минут. На данный показатель влияют тонкость помола, состав минеральных добавок, температура на объекте.
Водопотребность – нужный для затворения объем воды (обычно не больше 25% общей массы раствора). Для понижения нужного объема воды могут применяться пластификаторы, сульфитно-дрожжевая бражка.
Морозостойкость – определяется количеством циклов замораживания/оттаивания, которые способен перенести камень без потери качеств и деформаций. С целью повышения уровня морозостойкости часто в смесь вводят смыленный древесный пек или абиетат натрия, специальные присадки.
Водоотделение – отжим воды в замешанном растворе, который появляется из-за оседания тяжелых частиц цемента. Для понижения показателя используют минеральные добавки.
Тепловыделение – в процессе гидратации (затвердения). Если состав очень быстро отдает тепло, он может деформироваться. Чтобы этого избежать, используют активные минеральные добавки.
Стойкость к коррозии – определяется степенью пористости застывшего монолита (тонкостью помола смеси).

Характеристики

Портландцемент характеристики предполагает более высокие в сравнении с другими типами цемента. Но многое зависит от добавок. При выборе вяжущего обращают внимание на все основные показатели и цифры, важные при выполнении расчетов. Редко какая-то одна характеристика становится основополагающей и влияет на выбор цемента – как правило, для выполнения тех или иных работ важен комплекс параметров.

Современные производители все чаще предлагают составы универсального типа, по максимуму улучшая свойства материала. Но есть и специализированные порошки, актуальные для тех или иных задач: например, пуццолановый цемент демонстрирует наилучшие показатели стойкости ко влаге и коррозии, но не слишком прочный в первые дни после заливки. Также могут отличаться и другие разновидности портландцемента.

Технические

Именно на эти свойства обращают внимание в первую очередь. Они определяют эксплуатационные качества готового раствора. Во многом влияет на то, какие качества проявляет портландцемент, марка. Многие показатели указаны на упаковке.

Удельный вес – около 1100 кг/м3 (насыпной) и 1600 кг/м3 (уплотненный).
Потребление воды – максимум 25-28%, в противном случае бетон будет расслаиваться, покрываться трещинами в процессе застывания.
Тонкость помола – стандартное значение равно 40 микронам (проходит сквозь сито №008), что дает нужную прочность и скорость твердения.
Плотность – напрямую зависит от марки цемента и добавок в составе: плотность цемента в рыхлом виде составляет 1.1 т/м3, в уплотненном виде около 1.6 т/м3.
Скорость схватывания – от 45 минут до 12 часов.
Изменение объема в процессе застывания – когда цементное тело уменьшается на 0.5-1 мм/м на свежем воздухе и набухает до 0.5 мм/м в водной среде. Изменения должны быть равномерными по текстуре раствора.

Физические

Применение портландцемента во многом обусловлено его физическими свойствами.

Стойкость к коррозии – за счет добавок для уменьшения пористости и гидроактивных материалов, не позволяющих солям химически взаимодействовать.
Срок хранения – максимум 12 месяцев без нарушения заводской тары (бумажные мешки с 3-4 слоями), но нужно помнить, что через 3 месяца порошок теряет около 20% активности, через 12 – все 40%.
Прочность на сжатие – определяется маркой, может соответствовать одному из четырех показателей (22.5 и 32.5, 42.5 и 52.5), зависит от скорости схватывания смеси.

Механические

Механическая прочность портландцемента равна минимум 42.5 мПа через 28 суток после замеса. Определяют параметр обычно в условиях лаборатории, после чего выдают сертификат с указанием марки. Коэффициент марки (М500, М600) говорит о том, какое давление свободно выдерживает образец (измерения производятся в кг/м3). Прочность зависит от тонкости помола и присадок в составе.

Отличия от простого цемента

Портландцемент – это вид цемента, который считается наиболее подходящим и оправданным для заливки бетона. Бетон используют в монолитном/железобетонном строительстве, в процессе возведения разных объектов, предполагающих повышенные требования по прочности и способности противостоять нагрузкам.

Гранулы клинкера и другие добавки в составе портландцемента делают его более прочным, стойким к морозу, воздействию внешних негативных факторов и агрессивных сред. Нужно отметить, что такое описание подходит практически ко всем видам портландцемента, что делает его востребованным в процессе строительства объектов газовой, нефтяной промышленности.

Также данный тип вяжущего подходит для заливки фундамента на неустойчивых сложных почвах – обычно выбирают сульфатостойкий портландцемент, который исключает усадку и распространение трещин по монолиту.

Пытаясь определить, чем отличается цемент от портландцемента, нужно помнить, что они соотносятся как общий класс вяжущего и один из его видов. Портландцемент – более прочный тип цемента. И явные отличия можно определить, рассматривая конкретные марки и виды портландцемента по составу. Такие же аспекты, как технология схватывания, особенности замеса, способ монтажа, применение и т.д. схожи.

Портландцемент бывает чистым и с добавками. Вяжущее без добавок не включает в состав минеральных веществ, только гипс. Такой материал используют в монтаже подземных/наземных и подводных монолитных объектов, сборных бетонных/железобетонных конструкций, эксплуатируемых при отсутствии явно выраженной агрессивной среды.

Минеральные добавки способны значительно улучшить определенные свойства материала, который может применяться в воде, агрессивных условиях. Самые популярные добавки: активные минеральные вещества, доменный шлак. Они улучшают стойкость к коррозии, воде, морозу, химии и т.д.

Марки

Марка портландцемента базируется на показателе прочности опытного образца при исследовании его на сжатие и изгиб. Образец делают из цемента и песка в соотношении 1:3, размер тестового камня составляет 4х4х16 сантиметров. Ему дают застыть за 28 суток при высокой влажности, могут пропаривать, а потом проводят исследования.

Самыми популярными сегодня считаются марки от М400 до М600, но в Москве и регионах можно найти и иные виды материала.

М400 – самая востребованная смесь с актуальными показателями.
М500 – смесь с большим запасом прочности, применяется в ремонтно-дорожных работах, реконструкции, ремонте, строительстве военно-технических объектов и т.д.
М600 – прочность повышена, раствор актуален для создания ответственных ЖБИ, инженерных сооружений, конструкций.
М700 – максимальная прочность, смеси для напряженных конструкций. В индивидуальном строительстве не применяется из-за высокой цены и неактуальности высоких показателей.
М900 – цемент сверхпрочного типа, его выбирают исключительно для создания сложных военных объектов (бункеров, к примеру).

Что касается промежуточных марок (М550, к примеру), то они не очень сильно отличаются от ближайших (в данном случае это М500 и М600) и не предполагают уникальных свойств. Обычно такие марки близки по параметрам к меньшему коэффициенту (М500), но с повышенным запасом прочности.

В каких случаях не подходит

Портландцемент на рынке представлен в большом ассортименте, поэтому подходит практически для всех задач, объектов, зданий, конструкций. Самое важное при расчетах – точно определить предполагаемые нагрузки и ожидаемые свойства, а потом в соответствии с ними приобретать материал.

Но нужно помнить, что разные добавки могут взаимоисключать одна другую и просто сводить к нулю полезные свойства.

К примеру, если одновременно вводить присадки для стойкости ко влаге и морозу, первые ухудшат второе качество. То есть, цемент с добавками лучше не использовать в условиях существенно пониженной температуры окружающей среды. А вот пуццолановый цемент не стоит эксплуатировать при сильном морозе.

Применение материала определяется и его назначением. Для создания монолитных конструкций и объектов гражданского назначения (мосты, высоковольтные линии и т.д.) лучше брать цемент минимум М500, а вот для возведения частного дома нет смысла применять М600 или М700 – это будет пустая трата финансов.

Все виды портландцемента нельзя использовать в соленых водоемах, текучих водах, руслах рек проточного типа, водах с повышенным содержанием разных минералов. Так, даже сульфатостойкий цемент может эксплуатироваться лишь в умеренных статичных водах, а вот для плотин, дамб и других подобных сооружений выбирают специальные виды цемента.

Ввиду того, что в портландцементе содержится много силикатов кальция, не стоит выбирать данный тип смеси для создания конструкций и блоков специального назначения.

Цемент портланд – качественный и прочный материал, позволяющий создавать бетонные растворы с различными характеристиками для реализации тех или иных задач. При условии верного выбора и использования в соответствии с технологией портландцемент обеспечит наилучший результат.

Разновидности ПЦ получают за счет частичного изменения минерального состава клинкера, введения активных минеральных добавок до 20 %, а также небольшого количества органических добавок (ПАВ). Эти меры позволяют изготовить более эффективный цемент для той или иной области строительства, защиты сооружений от определенных видов коррозии.

Быстротвердеющие портландцементы (БТЦ) марок ПЦ400(500)-Б отличаются повышенной скоростью твердения (через 3 суток набирают 40-50 % марочной прочности). Скорость твердения обеспечивается бóльшим содержанием C₃S (алита) и C₃А, чем у обычного цемента (суммарное содержание этих минералов обычно не менее 60-65 %), а также более тонким помолом. Быстротвердеющие портландцементы применяют в производстве сборных бетонных и железобетонных конструкций (позволяют сократить или полностью отказаться от тепловой обработки бетона), а также при зимних бетонных работах.

Высокопрочныепортландцементы (ВПЦ) марок 550 и 600 одновременно являются быстротвердеющими, так как их прочность во все сроки твердения выше, чем у рядового ПЦ. Эти цементы получают за счет применения однородного сырья, увеличенного содержания в клинкере C₃S (до 65-68 %) при ограничении С₃А (не более 8 %), повышенной тонкости помола. Высокопрочные портландцементы используются для возведения ответственных сооружений. Следует иметь в виду повышенное тепловыделение БТЦ и ВПЦ, которое исключает их применение для массивных конструкций.

Сульфатостойкий портландцемент (ССПЦ) отличается повышенной стойкостью к сульфатной коррозии. Этот цемент получают на основе клинкера нормированного минерального состава, содержащего не более 50 % C₃S, 5 % С₃А и 22 % (С₃А + С₄АF). ССПЦ медленно твердеет и имеет марки по прочности 300 и 400. Ускоренного твердения добиваются тепловой обработкой. ССПЦ применяется для строительства гидротехнических сооружений (зоны переменного уровня воды, где необходима одновременно высокая сульфатостойкость и морозостойкость), а также для изготовления коррозионностойких массивных конструкций (из-за малого тепловыделения).

Портландцементы с органическими добавками. Пластифицированный ПЦ-ПЛ и гидрофобный ПЦ-ГФ получают введением в ПЦ при помоле водных растворов соответственно пластифицирующих (0,15-0,25 % ЛСТ) или гидрофобизирующих (0,05-0,15 % мылонафта, асидола и др.) добавок. Эти цементы требуют меньшее количество воды затворения, что повышает плотность и морозостойкость цементного камня. При одинаковом с обычным цементом содержании воды затворения увеличивается пластичность сырьевой смеси (ПЦ-ПЛ дает больший эффект в жирных смесях, ПЦ-ГФ – в тощих). Кроме того, применение ПЦ-ГФ позволяет получить дополнительный эффект – водоотталкивающие свойства у готовых изделий, а сам цемент лучше хранится.

К современной разновидности портландцементов с органическими добавками следует отнести вяжущее (цемент) низкой водопотребности (ВНВ или ЦНВ), которое получают помолом портландцементного клинкера совместно с добавками гипса, сухого суперпластификатора и минеральными добавками, или домолом заводского цемента совместно с суперпластификатором (и минеральными добавками). При помоле цемента в присутствии суперпластификатора, обычно С-3 в количестве до 3 %, происходит микрокапсулирование цементных частиц тончайшими оболочками из суперпластификатора. При этом достигаются чрезвычайно низкая водопотребность (15-18 %), быстрый набор прочности в ранние сроки (через сутки 25-30 МПа), высокая конечная прочность (до 80-100 МПа). Марки ВНВ характеризуют содержание клинкера (остальное – минеральные добавки): ВНВ-100 (100 % клинкера), ВНВ-80 (80 % клинкера), ВНВ-50 (50 % клинкера), ВНВ-30 (30 % клинкера). С увеличением содержания минеральных добавок прочность ВНВ снижается, оставаясь тем не менее достаточно высокой (для ВНВ-30 – на уровне рядового портландцемента), что объясняется механохимической активацией составляющих ВНВ в процессе их совместного сухого помола совместно с суперпластификатором. Использование ВНВ позволяет существенно сократить сроки строительства при возведении монолитных сооружений, изготовлять железобетонные конструкции в заводских условиях без использования термообработки.

Дорожный портландцемент получают на основе клинкера нормированного минерального состава (ПЦ-Н). Минеральный состав клинкера характеризуется ограниченным содержанием С₃А (до 8 %) и меньшим содержанием С₃Ѕ. В цемент вводят добавки ПАВ и прежде всего пластифицирующие и воздухововлекающие добавки. Дорожный ПЦ отличается замедленным схватыванием (начало схватывания не ранее 1,5 часа), высокой морозо- и химической стойкостью, повышенной прочностью на изгиб.

Белый и цветные портландцементы (декоративные) изготовляют на основе белого клинкера, который почти не содержит оксидов железа и марганца, придающих обычному цементу зеленовато-серый цвет. При помоле клинкера в качестве добавки используют белый диатомит и предохраняют цемент от попадания в него частиц железа. Этот цемент выпускают марок 400 и 500. Цветные портландцементы получают, примешивая к белому цементу щелочестойкие пигменты (оксид хрома, железный сурик, охру и др.). Белый и цветные портландцементы применяются для придания растворам и бетонам декоративных свойств.

Портландцемент является одной из разновидностей цемента. Он имеет достаточно большое количество подвидов, которые отличаются сферой применения, ценовой политикой и своими свойствами.

Быстротвердеющий (быстросохнущий)

Главной особенностью цемента — быстрота его твердения на первые три дня. Этот результат достигается путем введения гранул шлака или активных минералов. При этом клинкер рекомендуется более тщательно измельчить.Выпускаемые марки М400 и М500 предназначены для напряженных конструкций и сооружений.

Благодаря быстроте схватывания цемента, уменьшается время выдержки монолита в съемной опалубке.Важно помнить, что быстротвердеющий цемент не может подлежать длительному хранению. Уже через несколько месяцев он может полностью потерять свои главные преимущества.

Быстротвердеющий портландцемент марки М500

Нормальнотвердеющий

Пластифицированный

В процессе его производства проходит измельчение клинкера и дальнейшее добавление в него гипса, и пластифицирующих добавок (сульфитно-спиртовой барды, лигносульфоновой кислоты и прочих). Существует цемент 400 и 500 марки.

Он придает смеси и раствору увеличенную подвижность и требует меньшее количество воды. Такой цемент обладает повышенной плотностью, устойчивостью к температурным перепадам и не поглощает влагу. Используется в производстве бетона для гидротехнического строительства и возведения дорог.

Раствор из пластифицированного портландцемента

Гидрофобный

Гидрофобный портландцемент получается путем применения гидрофобизирующих добавок (асидола, мылонафта и др.). Цемент предназначен для длительного хранения в любых условиях, поскольку не способен впитывать в себя влагу.

Имеет несколько замедленную скорость схватывания. Применяется в гидротехническом строительстве и возведении аэропортов, дорог.

Сульфатостойкий

Фото упаковки сульфатостойкого портландцемента

Белый портландцемент

Сырьевой базой для белого цемента являются белые глины и чистые известняки. Смесь проходит обжиг на газовом топливе. Дополнительный процесс отбеливания проходит путем резкого охлаждения клинкера при помощи воды.

Выпускается двух марок (400 и 500). Начинает твердеть на 45 мин и заканчивается процесс на 12 час. Активно применяется в архитектурных и отделочных работах, а также является основой для производства цветного портландцемента.

Пуццолановый

Кроме стандартных компонентов, в его состав входят: трепел, туфа, опока, пуццоланы и прочие, в определенном соотношении. Общей составляющей является кремнезем, находящийся в аморфном состоянии.

Материал отличается улучшенными свойствами и показателями водостойкости, гидравлических свойств и устойчивости к коррозии. Выпускается 300 и 400 марки. Сфера использования портландцементов с пуццоланой: возведение масштабных конструкций из бетона, находящиеся в воде, земле, а также в других условиях, где преобладает повышенная влажность.

Портландцемент с минеральными добавками

В процессе производства требуется тонкое измельчение цементного клинкера и введения минеральных добавок до 1/5 части от объема. В качестве добавок могут выступать: доменные гранулированные шлаки и минеральные добавки, имеющие осадочное происхождение.

Такой цемент отличается улучшенной водоустойчивостью и меньшим выделением тепла. Марки выпускаются такие же, как и у портландцемента без добавок.

Шлакопортландцемент

Включает в себя тонкоизмельченный клинкер, гипс и доменный шлак, прошедший процесс грануляции. Выпускается тремя марками: 300, 400, 500 и имеет вид серого материала с голубым оттенком. В состав входит большое количество частичек металла, которые можно выявить с помощью магнита.

Портландцемент со шлаком применяется в производстве жароустойчивого бетона, в строительстве сооружений, находящихся на земле, под землей или водой. Не обладает высоким коэффициентом морозоустойчивости.

Тампонажный портландцемент

Имеет высокую степень твердения в первые несколько суток. Остальные его характеристики схожи с другими видами цемента и регламентируюися ГОСТом 1581 96.

Шлакощелочной

Он состоит из молотого шлака и щелочи. Процесс схватывания аналогичен с обыкновенным портландцементом. Используется при строительстве зданий и сооружений с повышенной устойчивостью к агрессивным средам. Наполнители могут использоваться с глинистыми включениями.

С использованием данного вида цемента бетон получается с меньшим количеством пор. Таким образом, конечный материал увеличивает устойчивость к низким температурам и уменьшает поглощение влаги.

На видео, оборудование процесс производства шлакощелочного портландцемента:

Сравнение портландцемента и шлакопортландцемента

Портландцемент имеет зеленовато-серый цвет и является искусственно созданным материалом. Шлакопортландцемент — это его разновидность. Состав кроме клинкера и гипса включает в себя доменный шлак. Эти два материала имеют схожие сферы применения и отличаются по некоторым свойствам.

Отличия:

Более медленная скорость схватывания.
Высокий показатель прочности в будущем, которая заметна спустя два месяца.
Чувствительность к температурным перепадам. Процесс твердения замедляется при низкой температуре.
Меньшее значение объемного и удельного веса.
Более доступная ценовая политика.
Значительное ухудшение свойств в процессе длительного хранения.

Бетон на сульфатостойком портландцементе

Бетон является популярным стройматериалом. Однако подземная часть дома и его фундамент из бетона подвержены негативному влиянию влаги и грунтовых вод. Вода состоит из высокого количества сульфатов и различных солей, которые наносят вред структуре материала.

Поэтому для увеличения срока службы и надежности строения рекомендуется остановить свой выбор на таком цементе. Чтобы приготовить раствор лучше брать пластифицированный и гидрофобный цемент. Все добавки должны быть проверены, чтобы не отражаться негативно на бетоне.

Обязательное условие: в процессе кипячения образца в воде, его объем должен изменяться в равной степени. Процесс схватывания начинается минимум через 45 минут, а завершение — до 10 ч.

По цене он выше остальных, однако имеет превосходство в своих характеристиках.

Цемент – один из основных материалов, применяемых во всех отраслях строительства. Используется в качестве гидравлического вяжущего в растворах и смесях, необходимых для строительства монолитных сооружений и сборных конструкций, проведения ремонтных работ и отделочных мероприятий. Портландцемент – наиболее популярный тип цемента, получаемый путем тонкого помола клинкера с добавкой двуводного гипса в количестве 1,5…3,5%, необходимого для изменения сроков схватывания вяжущего.

Особенности производства

Изготовление портландцемента происходит в три стадии:

Приготовление сырьевой смеси. Минералогический состав сырьевой смеси для изготовления портландцемента – карбонатные горные породы (мел, известняк, глинозем, кремнезем) и мергелий, содержащие оксиды кальция, кремния, железа, алюминия, магния. Сырье измельчают и смешивают в оптимальных пропорциях.
Производство клинкера. Его получают обжигом подготовленной сырьевой массы в высокотемпературных печах при +1300…+1400°C.
Приготовление портландцемента для поставки потребителям. Клинкер измельчают и смешивают с гипсом. При необходимости в материал добавляют другие компоненты, позволяющие получить определенные свойства готового продукта.

В зависимости от состава сырьевой смеси, меняется истинная плотность портландцемента. Максимальный показатель у бездобавочного цемента – 3100 кг/м 3 , у шлакопортландцемента и пуццоланового вяжущего она ниже и составляет – 2700-2900 кг/м 3 .

Основные реакции при затворении цемента водой

После смешивания портландцемента и составов на его основе происходят следующие химические реакции:

Первоначальное упрочнение материала. Осуществляется, благодаря взаимодействию с водой гипса и трехкальциевого алюмината. В результате такой реакции формируется кристаллическая структура эттрингита, моносульфата и алюмината кальция гидрата.
Вторая реакция – медленная. Она протекает между водой и трехкальциевым силикатом. При этом образуется силикат кальция, имеющий аморфную структуру. Иначе он называется CSH-гель. В ходе этого этапа продолжается твердение смеси или раствора на основе портландцемента и развитие внутренних сил натяжения. Образующиеся цементные структуры обволакивают и прочно связывают между собой отдельные зерна мелкого и крупного заполнителей.
В результате третьей стадии в структуре появляется силикагельSiO₂.

Разновидности портландцемента и области их применения

Бездобавочный

Обозначение – ЦЕМ I. В составе присутствуют только клинкер и гипс. Допустимое содержание минеральных добавок – до 5%. Основная особенность бездобавочного портландцемента – свойство быстро схватываться и набирать прочностные характеристики. Уже на следующий день после заливки бетон или цементно-песчаный раствор приобретают примерно 50% от марочной прочности. Бездобавочное вяжущее применяется при строительстве монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций. Не рекомендуется для использования в особых условиях, отличающихся от нормальных.

С активными минеральными добавками

Маркировка – ЦЕМ II. Портландцементный клинкер и активные минеральные добавки могут перемалываться совместно или по отдельности. Количество добавок – 6-35%. Чем выше их содержание в портландцементе, тем медленнее бетон или цементно-песчаный раствор набирают марочную прочность. В качестве таких добавок используют горные породы – диатомит, опоку, трепел, пемзу, вулканический пепел и другие.

Введение этих компонентов в состав портландцемента позволяет снизить себестоимость, но при этом немного ухудшаются прочность и другие технические свойства конечного продукта. Есть еще один положительный момент использования активных минеральных добавок, основу которых составляет аморфный кремнезем. Этот компонент легко реагирует с гидроксидом кальция, который образуется при гидратации цемента. При этом происходит образование труднорастворимых гидроксидов кальция, не вымывающихся из цементного камня. Их присутствие значительно повышает водонепроницаемость конечного продукта.

Шлакопортландцемент

Обозначение – ЦЕМ III. Вяжущее, содержащее гранулированный шлак в количестве 6-35%, относится к нормально твердеющим. Его получают совместным помолом клинкера, шлака и гипса. В шлаках, как и в активных минеральных добавках, содержится амфорный кремнезем. Шлакопортландцемент стоит дешевле обычного цемента примерно на 15%. Он медленнее набирает прочность, но через 2-3 месяца по этому показателю опережает портландцемент такой же марки. Минус шлакосодержащего вяжущего – низкая морозостойкость. Поэтому оно используется при строительстве массивных наземных, подземных и подводных конструкций, которые не подвергаются частым циклам замораживания-оттаивания.

Пуццолановый

Обозначается как ЦЕМ IV. Его получают совместным помолом клинкера, минеральной добавки и гипса. Возможно перемалывать их отдельно, а затем тщательно смешивать. Ограничение по содержанию трехкальциевого алюмината – не более 8%. Для него характерно медленное твердение в первые сроки схватывания. Во влажных условиях бетон из пуццоланового цемента догоняет бетон из обычного портландцемента через 3-6 месяцев.

Благодаря медленному твердению, пуццолановые цементы выделяют меньшее количество тепла, поэтому они применяются при строительстве массивных конструкций, для которых важным моментом является отсутствие термических деформаций. ППЦ хорошо набирают прочность при повышенных температурах, поэтому они используются при изготовлении изделий, которые подвергаются тепловой и влажностной обработке в автоклавах. Бетоны на ППЦ имеют высокую водонепроницаемость и сульфатостойкость, но низкую морозостойкость. Поэтому они используются при строительстве подводных и подземных объектов или подводной и подземной частей наземных объектов, которые находятся в контакте с мягкими и сульфатсодержащими водами. Количество циклов замораживания-оттаивания для таких бетонных конструкций должно быть сведено к минимуму.

Портландцемент – стройматериал, о котором многие знают или слышали. А известно ли вам почему он носит такое название, знаете ли его качества, состав, где он используется? Интересно? Тогда вперед!

Портландцемент – один из немногих стройматериалов, которое имеет такое благородное имя. Знаете, как оно появилось, и почему цемент называют портланд? Минеральную смесь, которую изобрел и запатентовал Джозеф Аспдин в начале 19 века, назвали портландский цемент. К слову сказать, свое изобретение господин Аспдин сделал на кухне. Он нагрел смесь измельченной извести с глиной в печи, а затем растер комки в порошок. После смешивания с водой состав приобрел твердость натурального камня. По цвету, полученный бетон, был похож на те самые камни с карьера острова Портланд. Именно поэтому цемент обрел такое красивое имя и сокращенно стал называться портландцемент.

Особенности и изготовление

— Доктор, мой ребенок наелся песка, и я дала ему немного воды. Что мне теперь делать?
— Следите, чтобы он не подходил к цементу!

Примерно так выглядит создание песчано-цементной смеси. Интересно, а кто-то пробовал так делать? Любопытно, это работает внутри человека? Кажется, ничего не получится, мы внутри очень кислотные. Хотя… Нет, только пожалуйста не пробуйте повторить. Это всего лишь анекдот.

Так вот, портландцемент – это вяжущее вещество, которое связывает воедино все, что попадает в его объятия. Его имя должно вызывать прямые ассоциации с прочными монолитными конструкциями. Дальше, между делом, расскажу, как работает внутренняя химия при сотворении рукотворного камня.

Что касается состава строительного порошка. В него входят натуральные неорганические вещества, запеченные при высоких температурах:

глина;
известняк;
мел;
кремнезем;
глинозем.

Минеральные зерна, которые состоят из перечисленных веществ, называют клинкером. Их перемалывают вместе с гипсом, получая гидравлический цемент.

Клинкер на 97 % состоит из минералов. В него входят оксиды кальция, железа, алюминия, титана, кремния.

Чтобы что-то продать, нужно сначала что-то купить. А чтобы что-то сделать, нужно сначала что-то добыть. Так и здесь. Главным этапом производства портландцемента является добыча правильных ископаемых. Известняк с характерным желто-зеленым цветом добывают открытым способом. Самые нижние его слои расположены на глубине 10 м. Добытый материал перевозят к месту производства. После первичного дробления приступают к его обработке.

Теперь самое интересное. Записывайте (вдруг пригодится). Процесс изготовления портландцемента такой:

Сначала минералы перемалывают в порошок.
Затем полученную смесь тщательно пропекают при температуре 1400 градусов Цельсия. Домашняя печка, как у Аспдина уже не поможет. Нужен специальный вращающийся тепловой агрегат с барабаном. После обжига получаются минеральные гранулы.
Полученный клинкер снова измельчают. Порошок перемешивают в нужной пропорции с гипсом, вносят добавки.

С первого взгляда процесс не такой сложный. Но пытливый ум человека не ищет легких путей. Было изобретено 3 варианта обжига горных минералов. Каждый создан с целью получить бетон с определенными свойствами.

Мокрый тип обработки. Перемалывание минералов происходит в воде. Затем влажную смесь отправляют в печь. На выходе получаются минеральные шарики (клинкер) которые снова перемалывают и смешивают с гипсом.
Сухой способ производства. Минеральные составляющие измельчаются и обжигаются в сухом виде. Этот тип производства считается более экономичным, потому что тратится меньше электричества. При мокром варианте в печах расходуется много электроэнергии на испарение воды.
Смешанный (комбинированный) вариант. Используют мокрый и сухой способ. Сырье немного увлажняют, запекают, а затем смешивают компоненты уже в сухом виде.

Таким способом получают знакомый нашему глазу порошковый состав. Но часто портландцемент обогащают полезными добавками, чтобы улучшить его качества. По их наличию портландцемент делят на марки. Изготовленный продукт проходит контроль качества и получает сертификат.

Особенностью портландцемента является то, что его компоненты в правильных пропорциях позволяют составу быстро схватываться практически при любых условиях, даже под водой.

Состав и свойства

На фотографии вы видите зерна клинкера.

Итак, после обжига минералов в разном соотношении получают:

Белит. Не очень прочный материал, медленно твердеет. Его добавляют в бетон, чтобы уменьшить скорость схватывания. Но при этом бетон теряет свою марочную прочность.
Алит. Если его количество будет составлять около 37%, получится прочный, быстроотвердевающий состав высокой марки.
Алюминат. Быстро схватывается. Его добавляют не больше чем 15%, потому что коэффициент его прочности не очень велик.
Алюмоферрит. Достаточно прочен, быстро схватывается. Добавляют в рабочую смесь в размере 15 %.

Исходя из состава, цемент может быть наделен такими свойствами:

Время, за которое происходит схватывание раствора. Гостовское время для качественной смеси составляет примерно 40 минут. На время затвердевания влияет также качество помола компонентов.
Прочность, которая предписана Гостом (это 250-300 мг/кг) тоже зависит от тонкости помола.
Количество воды, необходимое для получения бетона нужной прочности. Вода – главный компонент, который запускает все химические и физические процессы. Жидкость делает раствор пластичным и подвижным. Ее нормативное количество должно быть около 25% от массы всей смеси. Чтобы по неопытности не перелить воды, для удобства укладки рекомендуется добавлять в растворы пластификаторы.
Водоотделение или объем жидкости, который выделяется при оседании цементных частиц. Чтобы снизить показатель выделения воды, вносят минеральные добавки.
Морозоустойчивость. Эта характеристика показывает, сколько циклов изменений температуры может выдержать бетон без потери своих качеств. Для улучшения стойкости к морозам существуют специальные добавки. Одни исключают проникновение влаги в поры. Другие присадки наоборот делают бетон пористым. Тогда вода при замерзании расширяется не толщу бетона, а в каналы пор.
Устойчивость к коррозии. Коррозия бетона – это разрушение его структуры. Поверхность становится хрупкой из-за воздействия агрессивных сред. Такое же влияние оказывают атмосферные явления. Для повышения коррозионной устойчивости важна тонкость помола компонентов, а также контроль порообразования при укладке.
Тепловыделение. Это показатель повышения температуры при схватывании раствора. Не рекомендуется использовать материал, слишком интенсивно выделяющий тепло. При высокой температуре окружающей среды (выше 25 градусов) такой раствор схватывается в разы быстрее, но наполовину теряет свои качества. Для оптимизации этого процесса вносят специальные присадки.

Процесс гидратации (химическое взаимодействие минеральных частиц с водой) сопровождается выделением тепла. Быстрое возрастание температуры происходит в начале процесса и достигает максимума к окончанию схватывания состава.

Характеристики

Главное, чего все ожидают от портландцемента – это его прочность. Это качество делает его способным противостоять различным физическим, химическим воздействиям. Такой материал долгое время сохраняет форму и внешний вид постройки.

Портландцемент никогда не используют самостоятельно. Его применяют, чтобы связать песок, щебень. Именно в таком сочетании получается прочный бетон или стойкие отделочные материалы.

Технические

На крупный производствах портландцемент и бетон, полученный из него, подвергают разным испытаниям. Его морозят, топят в воде, кладут под пресс, дробят, обрабатывают химией. Всему этому качественный бетон должен гордо противостоять. В этом ему помогает состав нужного помола, разные добавки, правильный замес.

Вот каким должен быть портландцемент, участвующий в изготовлении правильного бетона:

Во-первых, он должен быть нужной плотности. На это влияет тонкость помола и минеральный состав. Одна цементная частичка диаметром 40 микрон должна проходить через сито № 0,008.
Во-вторых, портландцемент, как советский ГТОшник должен укладываться в определенное время схватывания. Увеличение времени или наоборот быстрое схватывание может привести к нарушению процесса строительства. Обычно твердение раствора начинается через 40-45 минут.
Равномерное изменение объема. Важно, чтобы готовая смесь равномерно набухала, а потом оседала во всей своей массе. Такой тест в лаборатории проводят на цементных лепешках.
Водоцементное соотношение или количество впитываемой воды. Тоже важная характеристика. Излишек или недостаток влаги пагубно влияет на прочность бетона.
Для строительных расчетов нужно знать удельный вес материалов. Свежий портландцемент обладает удельной плотностью, меньшей, чем уже слежавшийся. Поэтому разбег по плотности может быть от 1100 кг/м3 до 1300 кг/м3.

Историческая шутка. Исследователями раскрыт секрет небывалой прочности римского бетонного акведука. Оказывается, в начале строительства было казнено более 100 строителей, которые воровали цемент со стройки.

Физические

Вспоминайте курс школьной химии. Что такое физические процессы? Правильно. Это когда одно вещество не превращается в другое, а только меняет свои физические свойства (температуру, плотность, агрегатное состояние). Для портландцемента физические характеристики – это его способность противостоять внешним физическим воздействиям. Например, сжатию или растяжению.

Первая физическая характеристика – это устойчивость к коррозии. Чтобы снизить активность солей, вносят гидроактивные добавки.

Чтобы представить, как действует коррозия, сначала нужно представить, как устроен бетон внутри. Как было обещано в начале, несколько фактов о химии создания бетона. Это сложный процесс, но в общих чертах представить его можно так:

Попав в цемент, вода начинает окружать каждую минеральную частичку. Начинается гидратация (химическая реакция).
Начинают расти игловидные кристаллы алюмината. Это стадия загустевания раствора. Спустя примерно 8 часов иглы заполняют все внутреннее пространство, объединяют частички смеси между собой и не дают им двигаться.
Затем начинается набор прочности. В этот период образуются другие кристаллы, силикатные. Через сутки эти мелкие кристаллы вытесняют иглоподобные структуры алюмината, а через 28 дней полностью заменяют их.

Теперь, понимая строение бетонного камня, легко представить действие коррозии. Эта зловредная штука медленно и постепенно разрушает кристаллы, которые склеивают компоненты бетона и камень начинает крошиться.

Сроки хранения — это сохранение физических и химических свойств какое-то определенное время. Так, качественный портландцемент хранится не более 12 месяцев. При слеживании, нарушении герметичности упаковки, проникновении влаги происходит комкование и частичное схватывание состава. Этот материал уже нельзя использовать. Если только снова не подвергнуть его измельчению в порошок.

Чтобы проверить качество цента в мешке, ударьте по нему кулаком. Вам не должно показаться, что вы ударили по камню. Проверьте углы упаковки. В первую очередь именно там, при неправильном хранении, порошок напитывается влагой и каменеет.

Механические

Не верьте продавцам, которые говорят, что если поковырять бетонную плитку гвоздем и в ней проковыривается дырка, то это нормально. Нет, такого не должно быть, если использован качественный материал. Портландцемент обладает повышенной прочностью, которая даже возрастает со временем. Именно механические характеристики определяют свойства прочности бетона или цементно-песчаной заливки.

Лабораторные испытания говорят о том, что портландцемент должен обладать устойчивостью к давлению не меньше 42,5 мПа. В зависимости от которого, может вынести застывший состав, его маркируют. Марки бывают такие: М400, М500, М600, М700. О характеристиках марок и немного об их применении поговорим чуть ниже.

Как же тестируют бетон в лаборатории? Есть разные приборы. Один из них называется игла Вика. Можете увидеть ее строение на картинке. Ее функция — определять период схватывания смеси. Это тоже играет свою роль в присвоении марочности составу. Происходит процесс так:

Отсчет времени начинают с момента, когда игла еще легко погружается в раствор.
Через пару часов смесь становится неподвижной. Острие проникает уже с усилием.
А когда игла опускается в состав только на 1 мм – это считается окончанием периода схватывания.

Ну и факторы, от которых зависит та самая механическая прочность:

Тонкость помола минералов. Чем она мельче, тем лучше происходит реакция компонентов, тем прочнее получается монолит. Но слишком мелкий помол увеличивает поглощение воды. Поэтому для домашних строительных работ лучше брать порошок фракции от 40 до 80 мкм.
Наличие специфических добавок. Это могут быть армирующие вещества, гидрофобные растворы, пластификаторы.
Способа заливки. К примеру, вибробетон достигает максимальной плотности по сравнению с другими типами.

Чем отличается простой цемент от портландцемента

Если в состав добавлен клинкер алит, то это портландцемент.
При использовании белита получается романцемент.
Глиноземный вид получается с применением алюмината.
Магнезит позволяет сделать магнезиальный цементный состав.
Если в составе присутствует гидросиликат натрия, то это кислотоупорный цемент.

Как видим, портландцемент это лишь разновидность строительных смесей. Благодаря своей прочности, морозостойкости, устойчивости к агрессивным жидкостям этот тип цементной смеси используют для серьезного строительства. Например, с его использованием возводят:

объекты химической, нефтяной, газовой промышленности;
мосты, гидротехнические сооружения;
сооружения в сейсмоопасных зонах;
прочные фундаменты, которые не трескаются даже на неустойчивых почвах.

Одновременно с этим, портландский цемент идет на изготовления разных отделочных материалов, декоративных скульптур и объектов ландшафтного дизайна.

Так, составы делят на цементы с добавками и без. Смеси без добавок используют при строительстве в неагрессивных условиях. А присадки применяют для улучшения качеств бетона. Если нужна водонепроницаемость, обрабатывают гидрофобными средствами. Если важно, чтобы бетон был прочный, застывал быстро без усадки с растрескиванием – используют армирующие волокна.

Другая классификация делит составы по скорости схватывания, а также характеристикам стойкости к разным агрессивным воздействиям:

Читайте также: