РАЗНОВИДНОСТИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Для удовлетворения требований современного строительства к цементам промышленность на основе портландцементного клинкера выпускает различные виды портландцемента.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается быстрым ростом прочности в первые дни твердения. Выпускают БТЦ двух марок:

400 и 500, которые в трехсуточном возрасте должны иметь предел прочности при сжатии соответственно не ниже 25 и 28 МПа.

В составе БТЦ преобладают активные минералы: трехкальциевый силикат C₃S — 50...55 % и трехкальциевый алюминат С-А— 5... 10 %. Тонкость помола у БТЦ выше, чем у обычного портландцемента (удельная поверхность до 5000 см²/г), поэтому при хранении он, впитывая пары воды из воздуха, комкуется и быстро теряет активность. БТЦ применяют для бетонов сборных конструкций с повышенной отпускной прочностью и монолитных конструкций. Коррозионная стойкость у БТЦ пониженная.

Пластифицированный портландцемент получают, добавляя к клин­керу при помоле гидрофильные поверхностно-активные вещества (на­пример, сульфитно-спиртовую барду ССБ) в количестве 0,15...0,25 %. Такой цемент повышает пластичность бетонных и растворных смесей по сравнению с обычным портландцементом при одинаковом расходе воды. Это позволяет уменьшить расход портландцемента, повысить прочность и морозостойкость бетонов и растворов.

Гидрофобный портландцемент получают, добавляя к клинкеру при помоле гидрофобные поверхностно-активные вещества ПАВ (0,05...0,5 % от массы цемента), образующие на зернах цемента водоотталкивающие пленки. В качестве таких добавок используют главным образом отходы переработки нефти (мылонафт, асидол).

Гидрофобный портландцемент благодаря наличию защитных пленок при хранении и транспортировании даже во влажных условиях не намокает, не комкуется и почти не теряет своей активности.

При перемешивании гидрофобного цемента с водой и заполните­лями ПАВ сдирается с цементных зерен и переходит в состав бетона или раствора. Поэтому бетонные и растворные смеси на гидрофобном цементе отличаются повышенной пластичностью, а после затвердева­ния — повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью.

Применяется гидрофобный цемент в тех случаях, когда трудно обеспечить необходимые условия хранения обычного цемента.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера с пониженным содержанием трехкальциевого силиката C₃S (не более 50 %) и трехкальциевого алюмината СА (не более 5 %). При таком составе цемента уменьшается возможность образования в цементном камне гидросульфоалюмината кальция («цементной бациллы») и тем самым повышается стойкость бетона к сульфатной коррозии. Кроме того, сульфатостойкий цемент характеризуется пониженным тепловыделе­нием при твердении. Сульфатостойкий цемент выпускают марок 300, 400, 500.

Белый портландцемент получают из белых каолиновых глин и Чистых известняков или мела с минимальным содержанием окислов

железа, марганца и хрома. В таком цементе практически нет алюмо-феррита кальция QAF, имеющего серо-зеленый цвет. На основе белого цемента и щелочестойких пигментов (сурика, ультрамарина и др.) получают цветные цементы. Марки таких цементов 300, 400 и 500. Применяют белый и цветные цементы для отделочных работ.

8.10. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ С МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ

Цементный клинкер — энергоемкий в производстве и дорогостоя­щий продукт. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо, его заменяют более дешевыми природными продуктами или промышлен­ными отходами. К таким смешанным цементам относятся шлакопор-тландцемент, пуццолоновый цемент и кладочные цементы.

Шлакопортландцемент получают путем совместного помола до­менного гранулированного шлака (21...80 %), портландцементного клинкера (79...20 %) и гипса (не более 5 %).

Доменный шлак — отход производства чугуна (на 1 т чугуна при­ходится около 0,6 т шлака), поэтому шлакопортландцемент экономи­чески выгоднее, чем портландцемент. Выщ'ск шлакопортландцемента в России составляет около '/з °т общего выпуска цемента. Химический состав доменного гранулированного шлака близок к составу клинкера. К самостоятельному твердению шлак не способен, но в присутствии портландцемента и гипса он проявляет вяжущие свойства.

Шлакопортландцемент выпускают трех марок: 300, 400 и 500. По коррозионной стойкости и водостойкости он превосходит обычный портландцемент, но твердеет несколько медленнее и при этом выделяет меньше теплоты. Недостаток шлакопортландцемента — пониженная по сравнению с обычным портландцементом морозостойкость.

Пуццолановый портландцемент получают либо путем совместного помола портландцементного клинкера (79...60 %), активной минераль­ной добавки (21...40 %) и небольшого количества гипса, либо тщатель­ным смешиванием этих же компонентов, но предварительно каждый из них измельчают.

К активным минеральным добавкам относятся: вулканические туфы, пеплы и пемзы, диатомит, трепел, опока, золы ТЭС и другие вещества. Активные добавки связывают выделяющийся при твердении цемента Са(ОН)₂ в нерастворимые гидросиликаты (см. с. 77), благодаря чему повышаются водостойкость и коррозионная стойкость цемент­ного камня. Пуццолановые цементы отличаются низким тепловыде­лением при твердении и пониженной скоростью твердения. Морозо-и воздухостойкость пуццолановых цементов ниже, чем портландце­мента. Пуццолановый портландцемент выпускают марок: 300 и 400.

Пуццолановый портландцемент применяют для гидротехнического гтппительства. а также для подземных и подводных сооружений-

Пуццолановый портландцемент еще в большей степени, чем шлако­портландцемент, требует увлажнения во время твердения. > Цементы длястроительных растворов (кладочные цементы) —

гэто как бы разбавленный портландцемент. Содержание клинкера в •таких цементах 20...30 %, а остальная часть цемента состоит из молотых i активных и инертных (известняк, песок) добавок. Марка кладочных цементов 200. Такие цементы применяют для кладочных и штукатур­ных растворов и неармированных бетонов классов В 12,5 и ниже. Использование кладочных цементов дает экономию цементного клин­кера — наиболее дорогой части цементов.

8.11. ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция (СаО • А1₂О₃). Свое название этот цемент получил от технического названия оксида алюминия А1₂О₃ — «глинозем».

Промышленное производство глиноземистого цемента началось во Франции в 1912 г. под названием «цемент Фондю» (в Европе этот цемент до сих пор носит это название). Глиноземистый цемент с успехом использовался французами в ходе первой мировой войны для срочного восстановления мостов и других инженерных сооружений. В других европейских странах его производство началось только в 20-е годы. Причина этого не только в том, что производство глиноземистого ' цемента было строго засекречено, но и в том, что Франция в то время была одной из немногих стран, имеющих залежи бокситов и дешевую электроэнергию ГЭС — два фактора, необходимых для производства глиноземистого цемента.

Получение.Сырьем для глиноземистого цемента служат, как уже было сказано, бокситы и чистые известняки. Бокситы — горная поро­да, состоящая из гидратов глинозема (А1₂Оз * пН₂О) и примесей (в основном Fe₂O₃, SiO₂, СаО и др.). Бокситы широко используются в различных отраслях промышленности: для получения алюминия, аб­разивов, огнеупоров, адсорбентов и т. п., а месторождений с высоким содержанием А1₂О₃ очень немного.

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем про­изводство портландцемента. Клинкер глиноземистого цемента полу­чают либо плавлением в электрических или доменных печах (при 1500... 1600° С), либо спеканием (при 1200... 1300° С). Размол клинкера затруднен из-за его высокой твердости. В целом из-за того, что производство глиноземистого цемента очень энергоемко, а сырье (бокситы) — дефицитно, его стоимость в несколько раз выше, чем Ьтоимость портландцемента.

Состав.Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, находится в следующих пределах: СаО — 35...45 %;

Суммарное тепловыделение (Q) у глиноземистого цемента немного ниже, чем у портландцемента (около 300 ..400 кДж/кг), но протекает оно в очень короткие сроки (в первые сутки выделяется 70...80 % от общего количества теплоты). Поэтому возможен перегрев бетонов на глиноземистом цементе в случае больших объемов бетонирования.

Если же температура твердеющего глиноземистого цемента превы­сит 25...30° С, то изменяется химизм твердения, и вместо С₂АН₈ образуется СзАН₆; при этом прочность цементного камня будет ниже в 2...2,5 раза. Поэтому глиноземистый цемент не рекомендуется ис­пользовать для бетонирования массивных конструкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата. Нельзя также его пропаривать. При работах в зимних условиях, напротив, самора­зогрев и быстрое твердение делают глиноземистый цемент очень перспективным.

Свойства.У глиноземистого цемента удивительное сочетание свойств.

Сроки схватывания почти такие же, как у портландцемента: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч (реально 4...5 ч).

После окончания схватывания прочность нарастает очень быстро (лавинообразно). Уже через сутки глиноземистый цемент набирает до 90 % от марочной прочности, которая у него определяется в 3-суточном возрасте. Марки у глиноземистого цемента такие же, как у портланд­цемента: 400; 500 и 600 (табл. 8.2).

I

i Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже,

I чем у портландцемента, в 3...5 раз. Пористость цементного камня также I ниже (приблизительно в 1,5 раза). Это связано с тем, что при одина-I ковой с портландцементом водопотребности глиноземистый цемент | при твердении химически связывает 30...45 % воды от массы цемента I (портландцемент — около 20 %).

VL Среда в процессе твердения и в затвердевшем цементном камне у

Цлиноземистого цемента слабощелочная. Свободного Са(ОН)₂ цемен-

Црный камень не содержит. Это обстоятельство в сочетании с понижен-

ийой пористостью делает бетоны на глиноземистом цементе более

■устойчивыми к коррозии в пресной и минерализованной воде.

К Области применения.Глиноземистый цемент целесообразно ис-

■гользовать при аварийных и срочных работах, при зимних работах и

m тех случаях, когда от бетона требуется высокая водостойкость и

тоодонепроницаемость. Кроме того, глиноземистый цемент является

■компонентом многих расширяющихся цементов (см. § 8.1).

W Специальная область использования глиноземистых цементов —

жаростойкие бетоны. Объясняется это тем, что, во-первых, в продуктах

твердения этого цемента нет Са(ОН)₂, и, во-вторых, при температуре

700...800° С между продуктами твердения цемента и заполнителями

бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере протекания

которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон

Превращается в керамический материал (опасность присутствия

|Са(ОН)2 заключается в том, что при нагреве он переходит в СаО,

который при любом контакте с водой гасится, разрушая при этом

■ретон).

F