Виды цементов на основе портландцементного клинкера

Основным вяжущим веществом современного строительст­ва является портландцемент.

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Его получают путем совместного тонкого измельчения клин­кера с добавкой гипса (3-5%).

Гипс добавляется к клинкеру для регулирования сроков схватывания. Количество гипса выбирается в соответствии с минералогическим составом клинкера. Содержание ангидрида серной кислоты (SОз) в цементе не должно быть менее 1 % и более 4%.

Чистоклинкерный цемент применяют для высокопрочных бетонов и при строительстве в особых условиях, например, на Крайнем Севере. Его выпускают марок 400, 500, 550 и 600.

Более 60% от общего объема выпускаемых цементов приходится на портландцемент с минеральными добавками.

Портландцемент с минеральными добавками отличается от портландцемента наличием активной минеральной добав­ки, которая добавляется к клинкеру в количестве до 20% (от массы цемента) при помоле.

Активными минеральными добавками называют природ­ные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воз­духе продолжать твердеть и под водой.

Активные минеральные добавки могут быть природными и искусственными. В качестве природных активных добавок широко используют горные породы (диатомит, трепел, опоку, горелые глинистые породы - глиежи), а также породы вул­канического происхождения (вулканический пепел, туф, пем­зу, трасс). Содержание трепела, опоки или диатомита в портландцементе допускается до 10%.

Искусственные активные минеральные добавки представляют собой побочные продукты и отходы промыш­ленности: гранулированные доменные шлаки, нефелиновый (белитовый) шлам - отход глиноземного производства, содер­жащий в своем составе до 80% минерала белита (двухкаль­циевого силиката); зола-унос - отход, получившийся при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии и улав­ливаемый электрофильтрами и другими устройствами.

В портландцементе допускается содержание гранулированного доменного шлака до 20%, нефелинового шлама или золы-унос до 15%.

Активная минеральная добавка химически связывает растворенный в воде Са(ОН)₂, выделяющийся при твердении портландцемента, при этом повышается плотность цементно­го камня, возрастает его сопротивление коррозии. Поэтому эти добавки применяют для повышения плотности, водо­стойкости и солестойкости бетонов и растворов.

Марки портландцемента с минеральными добавками – 400, 500, 550 и 600.

Портландцемент быстротвердеющий (разновидность портландцемента с добавками) получают путем тонкого измельчения клинкера нормированного состава (C₃S более 50%, сумма C₃S и С₃А в клинкере обычно составляет 60-65%) и гипса.

Этот цемент измельчается более тонко, до удельной по­верхности не менее 350 м²/кг (вместо 280-300 м²/кг для обычного портландцемента) и отличается более быстрым на­растанием прочности в первые сроки твердения. В его состав вводят гранулированный доменный шлак (до 20%) или активные минеральные добавки: трепел, опоки, диатомит до 10%, а другие до 15%. Быстротвердеющий портландцемент выпускают марок 400 и 500, через 3 суток твердения он должен иметь прочность не менее 25 МПа.

Шлакопортландцемент получают путем совместного тон­кого помола клинкера и гранулированного доменного шлака с необходимым количеством гипса (3-5%). Допускается раздельный помол компонентов и их последующее смешивание. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе дол­жно быть не менее 21 и не более 60% (от массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой добавкой.

Шлак, применяемый в качестве добавки к этому цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром. Эта операция называется грануляцией, так как в про­цессе быстрого охлаждения шлаковый расплав распадается на отдельные зерна (гранулы). Быстрое охлаждение препят­ствует кристаллизации шлака, и он получается в стеклооб­разном и тонкозернистом химически активном состоянии. Поэтому гранулированный шлак является активным компо­нентом шлакопортландцемента; он .взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликата (CaO•SiO₂•2,5H₂O) и гидроалюмината (2СаО•А1₂О₃•8Н₂О) кальция.

Шлакопортландцемент (при одинаковом составе клинкера) схватывается и твердеет в первые 7-10 суток медленнее, чем портландцемент и выпускается марок 300, 400 и 500. При тепловлажностной обработке твердение шлакопортландцемента ускоряется в большей степени, чем портландцемента. Если содержание С₃А в клинкере шлакопортландцемента менее 8%, то бетон на таком вяжущем оказывается более стойким в сульфатных средах и в морской воде.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент отличается бо­лее интенсивным нарастанием прочности, чем шлакопорт­ландцемент. Клинкер, входящий в его состав, содержит по­вышенное количество минералов трехкальциевого силиката (3CaO•SiO₂) и трехкальциевого алюмината (ЗСаО • А1₂О_з). Этот цемент имеет большую удельную поверхность, чем обычный шлакопортландцемент.

Промышленность выпускает быстротвердеющий шлакопортланцемент марок 400 и 500.

Общестроительные сульфатостойкие цементы имеют строго нормированный состав клинкера с содержанием:

C₃S-50%, C₃A-5%, (C₃A + C₄AF) – до 22%.

Цементная промышленность выпускает следующие виды сульфатостойких цементов:

- суьфатостойкий портландцемент марки 400, содержание в нем минеральных добавок не допускается;

- сульфатостойкий портландцемент с добавками марок 400 и 500 с содержанием гранулированного доменного шлака 10…20%, трепела, опоки или диатомита 5…10%;

- сульфатостойкий шлакопортландцемент марок 300 и 400 содержит гранулированный доменный шлак в количестве 21…60%, какие-либо другие добавки не допускаются;

- пуццолановый портландцемент марок 300 и 400 содержит добавки трепела, опоки или диатомита в количестве 20…30% или других минеральных добавок, например, туфа, пемзы 25-40%, при этом не допускается введение гранулированного доменного шлака.

Сульфатостойкие цементы применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, обла­дающих коррозионной стойкостью при воздействии аг­рессивных сред, содержащих сульфаты.

Белый и цветные портландцементы.Основой декоратив­ных цементов является белый клинкер. Клинкер белого цвета изготовляют из чистых известняков и белых глин, поч­ти не содержащих оксидов железа и марганца, которые при­дают обычному портландцементу зеленовато-серый цвет. Об­жигают сырьевую смесь на беззольном (газовом) топливе. При помоле клинкера предохраняют цемент от попадания в него частиц железа.

Одним из основных показателей качества белого портландцемента является степень его белизны. В качестве эта­лона для определения степени белизны применяют молочное матовое стекло МС-14 с коэффициентом отражения не менее 95%. Степень белизны, определяемая коэффициентом отра­жения (в процентах абсолютной шкалы), должна быть для белого портландцемента первого сорта не ниже 80, второго сорта - 75, третьего сорта - 68. Такой цемент выпускают двух марок: 400 и 500.

Цветные цементы получают путем совместного помола белого клинкера со свето- и щелочестойкими минеральными пигментами (охрой, железным суриком, мытой марганцевой рудой, ультрамарином и т. д.).

По согласованию с потребителем при помоле в цементы могут быть введены пластифицирующие или гидрофобизирующие поверхностно-активные добавки в количестве не более 0,3% от массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки.

К пластифицирующим поверхностно-активным добавкам относится сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), получаемая из сульфитных щелоков, образующихся при сульфатной вар­ке целлюлозы. Поэтому СДБ, представляет собой в основ­ном кальциевую соль лигносульфоновой кислоты - лигно-сульфонат кальция. При адсорбции цементом лигносульфонат кальция гидрофилизирует частицы цемента, т. е. улучша­ет их смачивание водой. Одновременно ослабляются силы взаимного сцепления между частицами вяжущего. В резуль­тате этого добавка СДБ повышает пластичность цементного теста и подвижность бетонных смесей.

Гидрофобизующими добавками являются: мылонафт, аси­дол, асидол-мылонафт, синтетические жирные кислоты и их соли и кремнийорганические жидкости (ГКЖ-10, ГКЖ-11, 136-41).

Адсорбируясь на частицах цемента, эти добавки не сма­чиваются водой и придают цементу гидрофобные свойства. Цементы с гидрофобизующими добавками при хранении дли­тельное время не снижают своей активности.

В соответствии с ГОСТ 10178 для цементов введено условное обозначение, состоящее из наименования его ви­да- ПЦ (портландцемент), ШПЦ (шлакопортландцемент); марки (в соответствии с табл. 4.2) и максимального содер­жания в нем добавок, а именно: ДО (бездобавочный), Д5 (до 5% активных минеральных добавок), Д20 (свыше 5, но не более 20% активных минеральных добавок). Кроме того, дополнительно вводятся обозначения: для быстротвердеющего цемента - Б; для пластифицированного и гидрофобного соответственно -ПЛ и ГФ; для цемента, полученного на ос­нове клинкера нормированного состава,- Н.

Пример условного обозначения портландцемента марки 400, содержащего до 20% минеральных добавок, быстротвердеющего: ПЦ 400-Д20-Б ГОСТ 10178 или портландцемента марки 500 пластифицированного: ПЦ 500-ДО-ПЛ.