Прочность портландцемента

Согласно ДСТУ, прочность портландцемента характеризуют пределами прочности при сжатии и изгибе. Марку цемента устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов балочек 40х40х160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из раствора состава 1:3 (по массе) с нормальным песком при водоцементном отношении В/Ц= 0,4 и испытанных через 28 сут; образцы в течение этого времени хранят во влажных условиях при температуре (20±2)°С. Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут называется активностью цемента.

Рис. 4.14. Формы для изготовления образцов балочек 40х40х160 мм

Для приготовления образцов применяют чистый кварцевый песок постоянного зернового и химического составов, что позволяет исключить влияние качества песка на прочность цемента и получить сравнимые результаты. Прочность портландцемента нарастает неравномерно: на третий день она достигает примерно 40...50% марки цемента, а на седьмой — 60...70%. В последующий период рост прочности цемента еще более замедляется, и на 28 день цемент набирает марочную прочность. Однако при благоприятных условиях твердение портландцемента может продолжаться месяцы и даже годы, в 2...3 раза превысив марочную (суточную) прочность. Можно считать, что в среднем прирост прочности портландцемента подчиняется логарифмическому закону.

Рис. 4.15. Определение предела прочности на изгиб

Теоретический предел прочности цементного камня при сжатии очень велик, составляет более 240...340 МПа. Практически при формовании бетонов прессованием была получена прочность 280 МПа и более.

Прочность цементного камня и скорость его твердения зависят от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента, содержания воды, влажности, температуры среды и продолжительности хранения. Влияние минералогического состава на прочность портландцемента. Процесс нарастания прочности клинкерных минералов портландцемента различен. Наиболее быстро набирает прочность трехкальциевый силикат: за 7 сут твердения он набирает около 70% от 28-суточной прочности, дальнейшее нарастание прочности значительно замедляется.

Другая картина твердения духкальциевого силиката. В начальный период твердения (до 28-суточного возраста) C₂S набирает всего до 15% прочности C₃S, но и в последующий период твердения двухкальциевый силикат начинает повышать свою прочность и в какой-то период достигает и даже может превысить прочность C₃S. Это явление объясняется тем, что трехкальциевый силикат гидратирует быстрее, чем двухкальциевый. К 28-суточному возрасту гидратации C₃S почти заканчивается, а гидратация C₂S к этому времени начинает развиваться. Поэтому при необходимости получить бетон высокой прочности в короткие сроки применяют цемент с большим содержанием трехкальциевого силиката — так называемый алитовый цемент, и, наоборот, если требуется высокая прочность в более, позднее время (например, в гидротехнических сооружениях), то можно применять белитовый цемент. Трехкальциевый алюминат сам по себе имеет низкую прочность, однако значительно ускоряет твердение цемента в начальный период. Этим свойством С₃А пользуются, получая быстротвердеющий портландцемент. По минералогическому составу он отличается высоким содержанием С₃А и C₃S (около 60...70%, в том числе до 10% С₃А).