Предисловие Цементы — это большая группа гидравлических вяжущих веществ. Большая их часть — это силикаты и алюминаты кальция, которые образуются в результате обжига до состояния спекания сырьевой смеси соответствующего состава.

Все виды цементов являются одними из основных стройматериалов, получаемый путем измельчения минерала гипса и клинкера. В зависимости от прочности этот материал маркируют по ГОСТу. Основополагающая роль в русской цементной промышленности принадлежит химику Шуляченко А. Р. Также большой вклад в развитие этой важной строительной отрасли внесли ученые Торопов, Бутт, Пономарев, Рояк, и многие другие специалисты.

Что такое цемент и что значит его марка

Что же такое цемент, и какие его виды применяются наиболее часто? Цементы — это большая группа гидравлических вяжущих веществ. Большая их часть — это силикаты и алюминаты кальция, которые образуются в результате обжига до состояния спекания сырьевой смеси соответствующего состава.

Самое большое распространение получили такие виды строительного цемента, как портландцемент, шлакопортландцемент и глиноземистый. Они применяются для приготовления строительных растворов, бетонных смесей, асбестоцементных изделий.

Что значит марка цемента, и от чего она зависит? Марка цемента – это условный показатель для обозначения максимальных прочностных качеств вещества. То есть, марка цемента зависит от его прочности. Для всех основных видов цемента, кроме глиноземистых, расширяющихся и безусадочных, марка соответствует пределу прочности при изгибе образцов-балочек размером 40x40x160 мм и сжатии их половинок из пластичного раствора состава 1:3 (по массе) в возрасте 28 суток.

Марку для глиноземистого цемента устанавливают по результатам испытания через 3 суток.

Тонкость помола цементов — это величина остатка на сите с сеткой, которая установлена в соответствии с утвержденными стандартами и техническими условиями номера. На скорость схватывания и твердения как раз и влияет тонкость помола. Такое свойство всех видов цемента, как прочность, особенно в начальные периоды твердения, повышается, если клинкер мелко измолот.

Механизм процесса твердения цемента и коррозия цементного камня

Процесс твердения цемента заключается в том, что цементное тесто, которое изготовлено из вяжущего вещества, постепенно утрачивает подвижность и переходит из полужидкого состояния в плотное.

В механизме твердения цемента различают три периода:

1. Растворение — растворимые продукты реакции переходят в раствор, обнажая следующие слои цементных зерен, в свою очередь реагирующие с водой. Этот период длится до полного насыщения жидкой фазы продуктами реакции.

2. Коллоидация — схватывание, во время которого твердые продукты реакции уже не могут растворяться в насыщенной жидкой фазе, вследствие чего они образуют коллоидальную систему в форме геля или студня. В этот момент цементное тесто утрачивает свою подвижность.

3. Кристаллизация — период, когда образовавшиеся гели переходят в укрупненные, менее растворимые кристаллы, которые дают так называемый кристаллический сросток. Именно этим и объясняются высокие механические свойства затвердевшего цемента.

Чтобы ускорить твердение цемента, выбирают надлежащий минералогический состав цемента, используют специальные добавки, применяют электро-прогрев или тепло-влажностную обработку. В качестве замедлителей используют нитраты натрия, калия и аммония, увеличивающие растворимость свободной извести в воде.

Коррозия раствора (бетона) чаще всего начинается с коррозии цементного камня. Его стойкость значительно меньше скорости заполнителей. Выделяют три вида коррозии, которая поражает раствор: растворение и вымывание (выщелачивание) гидроокиси кальция из цементного камня пресной водой; образование легкорастворимых солей при взаимодействии составляющих цементного камня с веществами окружающей среды и вымывание этих солей; образование в цементном камне (под влиянием проникающих в него веществ) соединений, имеющих больший объем, чем исходные продукты реакции, что приводит к образованию трещин в бетоне.

Методы защиты от коррозии цемента разнообразны и разделяются на следующие группы: выбор соответствующего цемента; изготовление более плотного бетона; применение защитных покрытий и облицовок, которые исключают воздействие агрессивной среды на бетон.

Далее вы подробно узнаете об основных видах и характеристиках цемента, используемого в строительстве.

Что такое портландцемент и шлакопортландцемент, для чего их используют

Что такое портландцемент, и чем он отличается от шлакопортландцемента? Портландцемент — это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое при совместном тонком измельчении клинкера и необходимого количества гипса, добавляемого для регулирования сроков схватывания.

Портландцемент используют для закладки фундамента, приготовления штукатурных растворов.

Для получения портландцемента такие технологические операции, как изготовление сырьевой смеси; превращение ее путем обжига до спекания в клинкер и помол последнего в тонкий порошок, являются основными.

Химический состав клинкера портландцемента определяется по содержанию важнейших окислов, которые должны находиться в следующих пределах.

Этому условию отвечают природные мергели, а также смеси известняка с глиной в соотношении 3:1 (по массе). Можно заменить известняк мелом.

Трехкальциевый силикат (алит) в реакции с водой химически активен. Он способен быстро твердеть, имея при этом высокую прочность.

Двухкалъциевый силикат (белит) менее активен, твердеет медленнее, и продукт твердения обладает невысокой прочностью.

Трехкальциевый алюминат — химически активный минерал. Он быстро твердеет, но продукт твердения обладает низкой прочностью.

Промежуточное положение по активности в реакции с водой, по скорости твердения и прочности между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами занимает четырехкальциевый алюмоферрит.

Процесс взаимодействия цементного порошка с водой сопровождается выделением тепла. Количество теплоты зависит от скорости гидратации и минералогического состава цемента. Тонкость помола, сроки и условия хранения оказывают на этот показатель меньшее влияние.

Изготовленные из портландцемента образцы при кипячении в воде должны равномерно изменять объем, поэтому количество ангидрида серной кислоты SO3 в портландцементе и его разновидностях должно быть не менее 1,5 и не более 3,5%, а содержание окиси магния MgO в исходном клинкере — не более 5%. Портландцемент с минеральными добавками может содержать до 20% гранулированного шлака, или до 10% активных добавок осадочного происхождения (кроме глиежей), или до 15% прочих активных добавок, включая глиежи.

А что такое шлакопортландцемент и где он применяется? Это гидравлическое вяжущее вещество изготовляется путем совместного помола портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака (21-60%) и необходимого количества гипса. Быстротвердеющий шлакопортландцемент — основная разновидность этого цемента. Основное отличие шлакопортландцемента от портландцемента – более медленная скорость схватывания и твердения. Применяется там же, где и портландцемент.

Какие бывают цементы: виды портландцементов

Этот раздел статьи посвящен тому, какие бывают цементы их категории портландцементов, и где их используют.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава. Клинкер состоит максимум из 5% трехкальциевого алюмината и трехкальциевого силиката, содержание которого не должно превышать 50%. Сумма трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита — не более 22%. Сульфатостойкий портландцемент не должен содержать каких-либо добавок, кроме гипса. Он обладает повышенной стойкостью при взаимодействии с водой, содержащей сульфаты (соединения серы), и морозостойкостью. Основная область применения этого вида цемента – изготовление облицовочных растворов, находящихся в условиях сульфатной среды, при одновременном систематическом попеременном замораживании и оттаивании.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) перед использованием мелко измельчается, вследствие чего интенсивно набирает прочность в начальный период твердения. На этот процесс уходит 1-2 суток. БТЦ применяется при ремонтных работах.

Гидрофобный портландцемент. При его изготовлении в мельницу при помоле клинкера вводится по 0,1-0,2% мылонафта и других гидрофобизирующих добавок (асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков). Добавки снижают гигроскопичность этого вида портландцемента при его хранении, но повышают подвижность, удобоукладываемость растворных (бетонных) смесей и морозостойкость затвердевших материалов. Гидрофобный портландцемент при длительных перевозках и хранении практически не теряет своих свойств. Выпускаются марки 300 и 400.

Пластифицированный портландцемент получают путем введения при помоле клинкера около 0,25% концентрата сульфитно-спиртовой бражки. Она пластифицирует растворные смеси и повышает их морозостойкость. Применяется наравне с портландцементом и выпускаются марки 300, 400 и 500.

Говоря о том, какие виды цемента существуют, особо выделяют белый и цветной портландцемент.

Белый портландцемент изготавливается из белого маложелезистого клинкера, минеральных добавок и гипса. Используется в архитектурно-отделочных работах. Существует два вида такого цемента: белый портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками. Выпускается 400 и 500 марок.

Цветной портландцемент получается из клинкера белого цемента и цветного клинкера, из отбеленных клинкеров — при тщательном смешивании или совместном помоле с различными пигментами (например, с охрой, железным суриком, окисью хрома). Пигменты должны быть щелоче- и светостойкими.

Белый и цветной портландцементы применяются при устройстве мозаичных, плиточных, террацциевых и брекчиевидных покрытий полов.

Пуццолановый портландцемент изготовляется путем совместного помола цементного клинкера нормированного минералогического состава, гипса и активной минеральной добавки вулканического или осадочного происхождения. Он хорошо твердеет в воде и в любых влажных условиях. Растворные смеси на основе этого цемента не дают высолов и обладают повышенной водостойкостью и водонепроницаемостью. Пуццолановый портландцемент используется при строительстве гидротехнических сооружений и при облицовке плавательных бассейнов, плоскости которых подвержены воздействию морской и хлорированной воды.

Что такое глиноземистый цемент, его состав, свойства, особенности и применение

Что такое глиноземистый цемент и каковы его характеристики? Глиноземистый цемент — быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Получается путем измельчения клинкера или сплава, изготавливаемого путем расплавления (реже обжигом до спекания) сырьевой смеси (бокситов и известняков) надлежащего состава. В готовом продукте преобладают низко-основные алюминаты кальция.

Нельзя смешивать глиноземистый цемент с другими цементами и известью. Он разрушается при взаимодействии даже со слабыми растворами щелочей. Одно из основных условий нормального твердения этого цемента и длительного сохранения его прочности — пониженная (ниже 25 °С) положительна температура раствора (бетона) в период твердения и при эксплуатации. В противном случае он теряет до 50% прочности. Из-за особенностей глиноземистого цемента применение этого вяжущего вещества в условиях жаркого климата исключено. По этой же причине изделия из него нельзя пропаривать.

Прочность сопротивления сжатию и растяжению глиноземистого цементного камня нарастает с большой скоростью и уже через сутки достигает 50% проектной прочности. Он используется для получения кислотостойких растворов расширяющихся и безусадочных цементов. Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент получается путем совместного помола кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Кислотоупорный цемент затворяется водным раствором натриевого жидкого стекла. Цементный камень может быть устойчив к действию некоторых минеральных и органических кислот, но при взаимодействии с водой он теряет прочность. В едких щелочах он полностью разрушается.

Благодаря своему составу и свойствам, основное применение глиноземистого цемента – это изготовление кислотостойких бетонов (растворов). Для такого цемента используются заполнители из кислотостойких пород: гранит, андезит, бештаунит. Свежеуложенная в конструкцию кислотоупорная бетонная (растворная) смесь в период твердения обрабатывается минеральной кислотой (откисловывается), например соляной. При этом бетонная (растворная) смесь уплотняется за счет выделения новых количеств геля кремниевой кислоты и обезвоживания дигидрата Si(OH)4 концентрированной кислотой. Гель кремниевой кислоты переходит в твердый опаловидный кремнезем Si02-H20. Прочность при сжатии обработанного концентрированной кислотой кислотоупорного бетона достигает 50-60 МПа.

Сроки схватывания цементного теста: начало — не ранее чем через 20-40 мин, окончание — не позднее чем через 8 ч.

При применении глиноземистого цемента содержание окиси кремния не должно быть в процентном отношении менее 92%, кислотостойкость — не ниже 93%.