Наименование клинкера

С₃А – напоминает С₃S, но, в отличие от него, низкопрочен и не морозостоек. В соединении с гипсом дает более прочные соединения (эттрингит). Для алюминатных цементов опасны сульфатные воды в период эксплуатации.

В зависимости от содержания минерала С₃А выделяют следующие виды портландцементного клинкера:

- алюминатный, содержащий более 15 % С₃А;

- нормальный, содержащий 7…15 % С₃А;

- целитовый, содержащий менее 7 % С₃А.

Ферритовый портландцемент при отсутствии алюминатов содержит более 7 % С₂F.

С₄АF и С₂F – менее прочны чем С₃S, медленнее набирают прочность и выделяют меньше тепла при твердении. Они придают цементу пластичность, положительно относятся к пропариванию и стойки к коррозии.

Минеральные добавки в портландцементе как правило снижают интенсивность нарастания прочности, увеличивают водопотребность, понижают тепловыделение, повышают стойкость к коррозии, лучше служат во влажной среде, снижают стойкость к увлажнению и высушиванию.

Свойства портландцемента

Технические требования к портландцементу изложены в ГОСТ 10178-85. - Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия. Портландцемент имеет плотность 3…3,2 г/см³, насыпную плотность 900…1100 кг/м³, а в уплотненном состоянии 1400…1700 кг/м³. Удельная поверхность цемента – 250…300 м²/кг, нормальная густота 24…30 %.

Начало схватывания – не ранее 45 мин, конец – не позднее 10 ч.

Причины вызывающие неравномерность изменения объема при твердении обусловлены наличием свободных СаО и MgО, способных к взаимодействию с водой:

СаО+Н₂О=Са(ОН)₂;

MgО+Н₂О=Mg(ОН)₂;

Взаимодействие их с водой в схватившемся цементном камне приводит к увеличению объема и, как следствие, к появлению трещин.

По пределу прочности при сжатии образцов размером 40х40х160 мм изготовленных из цементно-песчаного раствора нормальной густоты состава Ц:П=1:3 портландцемент делят на марки: ПЦ400, ПЦ500, ПЦ550, ПЦ600.

2.3.3. Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент

Пуццолановый портландцемент получают совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и активных минеральных добавок. Активные минеральные добавки придают вяжущему гидравлические свойства. Степень активности добавки определяют по количеству связываемого ими оксида кальция на 1 г добавки.

Активные минеральные добавки делят на естественные (вулканические пеплы, туфы, вмитофиры), состоящие в основном из вулканического стекла, осадочные, а также искусственные (доменные гранулированные шлаки, топливные шлаки, нефелиновый шлам - отход глиноземистого производства, зола-унос, обожженные глинистые материалы).

Добавки осадочного происхождения (диатомиты, трепелы, опоки, глиежи) вводят в количестве 20…30 %, добавки вулканического про-исхождения и искусственные – в количестве 25…40 %.

При твердении пуццоланового портландцемента происходят процессы гидратации минералов портландцементного клинкера, а также взаимодействие активной минеральной добавки с гидроксидом кальция, выделяющемся при твердении клинкера:

Са(ОН)₂ + SiО₂ + (n-1) Н₂О = СаОSiO₂ nН₂О.

Связывание гидроксида кальция в гидросиликат кальция повышает водостойкость.

Средняя плотность пуццоланового портландцемента 2,7…2,9 г/см³, нормальная густота 30…35.

Пуццолановый цемент повышает стойкость бетонов к коррозии первого и второго вида и его применяют для подводного и подземного бетонирования. В сравнении с обычным портландцементом он имеет более низкую воздухостойкость и медленнее твердеет. Его не рекомендуют применять для надземных конструкций, в зоне переменного уровня воды и для зимнего бетонирования.

Шлакопортландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и доменного (или электротермофосфорного) гранулированного шлака. Содержание шлака должно быть в пределах 21…80 %.

При медленном остывании шлака формируется малоактивная кристаллическая структура. Грануляция – процесс резкого охлаждения шлака водой или воздухом с целью получения активной стекловидной фазы. При грануляции жидкий шлак ковшом сливают в приемную ванну, а далее на наклонный грануляционный желоб, в который через специальные сопла подается вода под давление 0,6 МПа из расчета 0,7…1,5 м³/т. Охлажденный шлак дробится на грануляционном барабане, с которого отбрасывается на площадку склада. Гранулированный шлак – активная минеральная добавка к портландцементу, способная к самостоятельному взаимодействию с водой. В среде твердеющего цемента активность его возрастает. В сравнении с портландцементом шлакопортландцемент медленно твердеет, обладает повышенной стойкостью к коррозии, эффективно твердеет при пропаривании, менее воздухостоек. Истинная плотность составляет 2,8…3,0 г/см³, насыпная плотность 1100…1300 кг/м³, нормальная густота 26…30 %. Рекомендуется применять для подводного и подземного бетонирования, в условиях действия пресных и минерализованных вод, для производства сборного железобетона с применением пропаривания. Быстротвердеющий шлакопортланд-цемент изготавливают на основе алито-алюминатного клинкера, с ограниченным содержанием шлака и при помоле до удельной поверхности 400 м²/кг.

2.3.4. Специальные виды портландцемента

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения: прочность при сжатии через 3 суток составляет 25,0 МПа, а через 28 суток – 40,0 МПа. Это достигается более тонким помолом клинкера и регулированием его минералогического состава: С₃S больше 50 %, С₃А больше 8 %. Интенсификацию процесса твердения БТЦ обеспечивают помолом клинкера до удельной поверхности частиц 350…450 м²/кг. Помол обычного портландцемента ведут до удельной площади поверхности 250…300 м²/кг. В процессе помола в БТЦ вводят повышенное содержание гипса. Содержание активных минеральных добавок должно составлять не более 10 %. Обжиг клинкера ведут при повышенной температуре, а в сырьевую смесь вводят плавни, обеспечивающие лучшее спекание. Стоимость БТЦ выше, чем обычного портландцемента и его рекомендуют применять для случаев, когда это технически и экономически целесообразно: для зимнего бетонирования, для аварийно-восстановительных работ и т.п.

Пластифицированный портландцемент отличается пониженной водопотребностью в условиях равноподвижности. Изделия из него, вследствие повышения плотности отличаются высокой морозо-стойкостью. Его получают путем введения в обычный портландцемент при помоле клинкера поверхностно-активной пластифицирующей добавки, например 0,15…0,25 % от массы цемента пластифицирующей добавки СДБ. Применяют наряду с обычным портландцементом для получения морозостойких бетонов, повышения прочности, экономии цемента, получения удобоукладываемых бетонных смесей.

Гидрофобный портландцемент отличается пониженной гигроскопичностью при хранении и перевозках, а также способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность и удобоукладываемость, а завтвердевшим изделиям повышенную морозостойкость. Гидрофобный портландцемент получают введением при помоле клинкера гидрофобной добавки (асидола, мылонафта. олеиновой кислоты, окисленного петролатума). Гидрофобный портландцемент в течение 5 мин не должен впитывать воду. Он применяется наряду с обычным для условий, когда требуется длительное хранение.

Гидрофобные добавки придают бетонным смесям воздухововлекающий эффект, что повышает их удобоукладываемость. В затвердевшем цементном камне формируется особая категория воздушных пор с размером 20…50 мкм, придающих изделиям высокую морозостойкость.

Гидрофобный портландцемент наряду с пластифицированным повышают морозостойкость и плотность цементного камня. Их применяют в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.

Сульфатостойкий портландцемент обладает повышенной сульфатостойкостью, пониженной экзотермией, замедленным твердением в начальные сроки. Его получают нормированием минералогического состава портландцементного клинкера: C₃S < 50 %, С₃А< 5 %, С₃А + С₄АF < 22 %. По минералогическому составу – это белитовый цемент. Активных и инертных добавок в состав этого цемента не вводят. Предназначен для подводных и подземных сооружений в условиях сульфатной агрессии.

Портландцемент с умеренной экзотермией изготавливается нормированием минералогического состава портландцементного клинкера: C₃S < 50 %, С₃А < 8 %. применяется для возведения массивных сооружений, хорошо противостоит коррозии в пресных, слабоминерализованных водах, морозо и воздухостоек. При твердении выделяет меньше тепла, чем обычный портландцемент, медленно твердеет в ранние сроки.

Белый и цветной портландцементы применяются в декоративных целях. В качестве сырья используются чистые известняки и белые каолиновые глины с минимальным содержанием окрашивающих оксидов: Fe, Cr, Mn. Топливо не должно загрязнять клинкер. В качестве топлива применяют газ или мазут. Белый цемент делят на 3 сорта по степени белизны: БЦ1, БЦ-2, БЦ-3. По прочности выпускается марок 250, 300, 400.

Цветные цементы получают совместным помолом белого портландцемента со свето-, щелочестойкими пигментами. Возможно использование оксидов цветных металлов: Mn - от голубого до черного, Cr – желтый, зеленый и т.п.

2.3.5. Коррозия цементного камня

Коррозия цементного камня – это процесс его разрушения под влиянием агрессивных факторов окружающей среды. Принято различать три вида коррозии цементного камня.

Коррозия первого вида – разрушение вследствие растворения и вымывания Са(ОН)₂ в мягких проточных водах.

Коррозия второго вида – разрушение водой, содержащей соединения, способные вступать в обменные реакции с Са(ОН)₂. При этом образуются продукты реакции взаимодействия, либо растворимые в воде, либо выделяющиеся в виде непрочных аморфных масс. Например, магнезиальная коррозия:

Са(ОН)₂ + MgCl₂=CaCl₂ + Mg(OH)₂.

Углекислотная коррозия происходит при воздействии воды, содержащей свободный диоксид углерода на карбонатную пленку на поверхности бетона, в результате чего образуется хорошо растворимый бикарбонат кальция:

СаСО₃ + (СО₂)_своб + Н₂О = Са(НСО₃)₂.

Общекислотная коррозия развивается при действии растворов кислот с образованием растворимых солей. Например:

Са(ОН)₂ + НCl=CaCl₂ + H₂O.

Коррозия третьего вида. Сульфоалюминатная коррозия состоит в накоплении в порах цементного камня отложений малорастворимых соединений с последующей кристаллизацией прочных кристаллов, объем которых может превысить объем пор цементного камня. При этом в цементном камне развивается внутреннее напряжение, приводящее к разрушению. Продуктом коррозии является эттрингит (гидросульфоалюминат кальция) – который образуется при взаимодействии сульфатов и гидроалюмината кальция.

Щелочная коррозия проявляется при взаимодействии щелочей цемента и реакционоспособных модификаций кремнезема заполнителей с образованием набухающих студенистых отложений белого цвета - силикатов калия и натрия, что также сопровождается увеличением объема. Поверхность бетона вспучивается и шелушится. Появляется сеть трещин.

Для защиты от коррозии применяют гидроизоляцию конструкций из бетона, водоотвод, интенсивно уплотняют бетонную смесь, используют смеси с низким водоцементным отношением. Производят соответствующий подбор вида цемента.

2.3.6. Технические условия на цементы общестроительные

В настоящее время технические требования к цементам регламенти-руются двумя параллельно действующими стандартами: ГОСТ 10178 и ГОСТ 31108-2003. Основным отличием стандарта 31108, гармонизированным с европейским стандартом ЕN 197-1 в сравнении с ГОСТ 10178 состоит в том, что вместо марок введены классы. Значения классов имеют вероятностный характер (доверительная вероятность 95 %). Дополнительно введены требования по прочности в возрасте 2 суток а для классов 22,5Н и 32,5Н – в возрасте 7 сут. Стандарт допускает испытание цементов с использованием полифракционного песка по ГОСТ 30744. Введено разделение цементов по скорости твердения, которая оценивается про прочности в возрасте 2 (7) сут, на нормальнотвердеющие (Н) и быстротвердеющие (Б).

В табл. 2.4. приведены требования по прочности к цементам по ГОСТ 31108-2003.

Таблица 2.4