Свойства и характеристики портландцемента

Что такое портландцемент, его характеристики и производство

Портландцемент – это разновидность цемента, который представляет собой гидравлическое вяжущее вещество. Он состоит в большей степени из силиката кальция (белита и алита). Этот компонент достигает около 70-80% от общего состава. Этот вид цемента наиболее популярен во всем мире. Свое название он получил от острова, находящегося на территории Великобритании, поскольку каменные породы с Портланда имеют идентичный цвет.

Характеристики

В состав портландцемента входит измельченный клинкер, гипс и, при необходимости, минеральные добавки. Эти компоненты обеспечивают ему быстрый процесс затвердевания в воде и на воздухе. Клинкер получается в специальных печах, где все составляющие компоненты проходят процесс обжига и плавления.

Когда процесс обжига завершен и клинкер полностью остыл, производят его тщательное измельчение. И далее добавляется гипс в определенном количестве, чтобы оксид серы в готовом продукте содержался в определенных пределах (1,5-3,5%).

Они отличаются по сфере применения:

1. М400 — изготовление железобетона, для конструкций любого типа.
2. М500 и М550 — сборные конструкции из железобетона; изделия из асбестоцемента; дорожная сфера строительства.
3. М600 — изготовление железобетона для сборных конструкций, когда требуется сырье высоких марок.
4. М700 — для строительства напряженных конструкций; изготовление высокопрочного бетона.

На примере портландцемента марки М400 можно выделить основные свойства и характеристики,присущие данному строительному материалу:

• Состав клинкера насчитывает следующие химические составляющие: CaO, FeO, AlO, МgО, ТiO и SiO. Он также имеет сложный минеральный состав: алит, белит, алюмоферрит и алюминат. Суммарное содержание минеральных компонентов достигает 95-97%.
• Удельный вес данного цемента – это относительная величина, поскольку материал имеет сыпучую структуру. Между его частичками расположено пространство воздуха. В данном случае на удельный вес будет влиять несколько факторов: транспортировка, условия хранения, марка цемента и т. д. Средний показатель веса может колебаться от 1200 до 1300 кг/куб. м.
• Плотность отличается в зависимости от марки стройматериала и имеющихся в нем добавок (2,9-3,2 т/куб. м). В рыхлом состоянии он имеет плотность 1-1,1 т/куб. м, а в уплотненном – 1,5-1,7 т/куб. м.
• Скорость и сроки схватывания фиксируется на специальном приборе с температурными показателями 18-22оС. Обычно этот процесс приходит в действие спустя два часа и заканчивается на 4-6 час. На данный показатель может влиять ряд факторов: степень помола, наличие минералов, требуемая густота раствора и прочее. Полное затвердевание происходит на 25-27 день.
• Средняя цена на портландцемент будет зависеть от завода и страны-производителя, объема упаковки и марки продукции. Для портландцемента М400 цена может варьироваться от 150 до 250 рублей.

Как уже говорилось, портландцемент является одной из разновидностей цемента. В свою очередь он имеет достаточно большое количество подвидов , которые отличаются сферой применения, ценовой политикой и своими свойствами.

Особенности производства

Для того чтобы изготовить портландцемент необходимы такие карбонатные горные породы, как мел, известняк, кремнезем и глинозем. Не исключено использование мергелей (смеси глинистых и карбонатных пород).

Сам процесс заключается в измельчении сырья, тщательного его перемешивании в особых пропорциях и обжиг в печах. Температура 1300-1400оС обеспечивает обжиг и оплавление сырья. Продукт, получаемый на данном этапе производства, называется клинкером. Для получения готовой продукции, цементный клинкер хорошо измельчается и в него добавляется гипс.

Готовая продукция обязательно должна проходить проверку качества и иметь сертификат соответствия установленного образца.

Чтобы в конечном итоге получить портландцемент, существует четыре способа его производства:

1. сухой;
2. полусухой;
3. смешанный;
4. мокрый.

Наиболее востребованными являются два способа: мокрый и сухой. В конечном итоге сырье, произведенное таким образом, будет отличаться по физическим свойствам и характером его дальнейшей переработки.

Получение портландцемента на заводе:

Чем отличается портландцемент от цемента

Портландцемент – определяется как один из видов цемента. В большинстве случаев его используют при производстве бетона. А он, в свою очередь, необходим в строительстве конструкций монолитного и сборного типа из железобетона, высоковольтных линий, в покрытии дорог и аэродромов.

Отличия от обычного цемента состоят во внешнем виде, свойствах и характеристиках. Так портландцемент за счет добавок может иметь более высокую степень морозоустойчивости и прочности. У остальных разновидностей цемента эти показатели немного ниже.

Разница в оценочных характеристиках материала представлена в таблице:

Области применения

Бездобавочный портландцемент общестроительного назначения является неотъемлемым материалом в любой строительной области. И его крупнейшими потребителями считается нефтяная и газовая промышленность. Материалы, которые из него изготавливаются, успешно заменяют дерево, камень, известь и прочие природные компоненты, имеющие ограниченное количество.

Как разводить портландцемент

Данный вид цемента продается в любых строительных магазинах. Процесс приготовления раствора достаточно прост, чтобы самостоятельно его выполнить. Для этого потребуется от 1,4 до 2,1 литра воды на каждые 10 кг цементной смеси. Более точный объем воды рассчитывается в зависимости от необходимой густоты раствора.

Преимущества и недостатки

Главными преимуществами материала является его высокая прочность, устойчивость к низким температурным показателям и водонепроницаемость. Для малоэтажного строительства чаще всего применяется его марка М400 с минеральными добавками, а без добавок ее сферой использования являются железобетонные конструкции и монолитные строения.

Портландцемент имеет высокую скорость схватывания и устойчивости к воде. Этот показатель определяется тонкостью помола цементного клинкера и минеральным составом. Высококачественный цемент имеет низкий показатель водопотребности при создании раствора. Также этот фактор обеспечивает отсутствие осадочной деформации и образования мелких трещин.

Если в состав портландцемента входят дополнительные добавки для улучшения водостойкости и коррозии, то при этом у него уменьшается морозоустойчивость. Для влажного климата обычный портландцемент не подходит, возможно использование шлакопортландцемента.

Видео расскажет о том, как правильно выбрать качественный портландцемент для строительных работ:

Свойства и характеристики портландцемента

В строительстве активно применяются искусственные вяжущие материалы – цементы, которые при затворении водой образуют пластичные массы. Их можно наносить на любую горизонтальную и вертикальную поверхность, а через несколько часов смесь затвердевает и превращается в прочный камень. Наиболее активно используемый во всех строительных сферах вид – портландцемент. Столь широкую востребованность и популярность портландцемента обеспечили уникальные свойства, о которых пойдет речь ниже.

Отличительные черты портландцемента

Портландцемент – это неорганический вяжущий материал тонкого помола, в составе которого:

1. Цементный клинкер – комплекс искусственных минералов, который образуется при сжигании сырьевой смеси из высокоосновных кальциевых силикатов, высоко- или низкоосновных алюминатов и алюмоферритов кальция. Полученный продукт перемалывается, размер гранул не превышает 40 мкм. Это базовое составляющее – около 60-80 %.

2. Гипс – сульфатный минерал из осадочных пород. Относится к категории быстротвердеющей мелкопористой продукции с равномерной микрокристалической структурой. Массовая доля в смеси не превышает 3,5 %. Ускоряет процесс схватывания и отверждения.

3. Минеральные добавки и наполнители: доменные шлаки, глиежи, диатомиты и прочие аналогичные вещества, увеличивающие объем, изменяющие скорость отверждения, влагопоглощения и другие характеристики.

Название портландцемента произошло от наименования города Портланд (Великобритания) и было введено в 1824 году после оформления патента.

Чистая продукция, содержащая только клинкер и гипс, выделяется цифро-буквенной маркировкой Д0. Другое дело – присадки, благодаря современному разнообразию вводимых в состав минеральных и модифицирующих добавок получается портландцемент белый, высокопрочный, гидрофобный, безусадочный, тампонажный, дорожный, кислотоупорный, пуццолановый, композитный и многие другие. Каждый вид обладает особыми преимуществами и недостатками, применяется в разных случаях. Маркировка соответствующая: Д20, ПЦ, ВБЦ, ВРЦ и так далее.

Как и любой другой материал, портландцементу присваивается определенная марка по классу прочности на сжатие – М300, М400, М500, М550 и М600. Фасуется и реализуется в бумажных мешках по 25 и 50 кг.

Все, что касается его производства, проверки, определения параметров, хранения, фасовки и реализации, регламентируется действующими на выпускаемый портландцемент ГОСТ:

• 30515-97 от 01.10.1998 г. «Цементы».
• 310.4-81 от 01.07.1983 г. «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии».
• 2226-88 от 01.01.1990 г. «Мешки бумажные. Технические условия».
• 5382-91 от 01.07.1991 г. «Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа».
• 10178-85 ль 01.01.1987 г. «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».
• 14192-96 от 01.01.1998 г. «Маркировка грузов».

Основные свойства портландцемента

Параметры цементно вяжущей смеси определяют способность к схватыванию и образованию высокопрочного, твердого состава. Особая ценность цемента в том, что он позволяет связать воедино разнородные по качествам и габаритам материалы.

Важнейшие характеристики портландцемента:

Различают 2 типа коэффициентов плотности:

• Истинный, 3050 – 3150 кг/м 3 .
• Средний или насыпной. Зависит от степени фасовочного уплотнения: рыхлонасыпанному соответствует ρ = 1 100 кг/м 3 , а сильно уплотненному – 1 600 кг/м 3 .

2. Тонкость помола.

От этого свойства цемента зависит скорость отверждения состава и прочность. В среднем размер зерна не превышает 40 мкм, но есть специальные массы с более тонким помолом.

Характеризует способность частиц портландцемента адсорбировать определенное количество жидкости. То есть при недостаточном количестве раствор не наберет заданную прочность, а при излишнем наступит расслоение, часть воды выступит на поверхность, из-за чего конечный продукт получится рыхлым, пористым. Для бетона подобное состояние грозит быстрым разрушением и осыпанием.

Для замешивания цементного теста требуется не более 22-28 % воды от общей массы. Для пуццолановой смеси необходимо более 40 % влаги.

4. Сроки схватывания.

Период отверждения регламентируется ГОСТ 10178-85 и установлен в пределах 45 минут после затворения жидкостью. Окончательно затвердеть конструкция должна через 10 часов.

На скорость схватывания влияют погодные условия: чем выше текущая температура воздуха, тем быстрее происходит процесс. Зимой портландцемент редко набирает установленную крепость, так как часть воды даже при нагреве бетона превращается в лед. Это грозит преждевременным разрушением, появлением трещин, разрывов и других дефектов.

Характеризуется предельной нагрузкой на сжатие и отражается в маркировке. Например, портландцемент М400 выдерживает давление не менее 400 кг/см 2 . Чем выше данный показатель, тем дороже стоит продукция.

Перед покупкой нужно ознакомиться с составом, указанным на этикетке. Так, если в смеси присутствуют противоморозные пластификаторы, значит, с этим материалом можно работать в минусовые температуры; ускорители отверждения уменьшают подвижность бетона, соответственно жидкости потребуется меньше. Инструкция по разведению и пользованию подобным портландцементом всегда есть на упаковке.

Свойства и характеристики портландцемента

ВОДОПОТРЕБНОСТЬ. Указанные процессы твердения портландцемента могут протекать при определенном количестве воды. Для прохождения химических реакций необходимое количество воды колеблется в пределах 15-18 % от веса цемента, однако с точки зрения технологии производства работ такого количества воды недостаточно, чтобы получить пластичное тесто, которое можно было бы уложить в дело. Поэтому на практике к цементу добавляют больше воды, нежели это требуется для химических реакций.

Естественно, что излишняя вода будет испаряться и образовывать в затвердевшем цементном камне поры тем больше, чем больше будет несвязанной воды в тесте или растворе, а это, в свою очередь, будет сказываться отрицательно на прочности материала. Как видно, здесь возникает два противоречия: с одной стороны, чтобы получить тесто с высокой пластичностью, удобное в работе, необходимо большее количество воды, с другой стороны, чтобы была высокая прочность структуры, следует брать меньшее количество воды. В связи с этим практически берется такое оптимальное количество воды, чтобы удовлетворить этим двум условиям.

Это количество воды для цемента определяется показателем «нормальная густота» цементного теста. «Нормальная густота» цементного теста — это такое состояние теста с оптимальным содержанием воды, при котором пестик стандартного прибора погружается в него на определенную глубину (точнее, не доходит до пластинки на 5-7 мм). Ряд свойств цемента определяется на тесте «нормальной густоты», что служит одновременно и для сравнимости результатов испытаний. Нормальная густота цементного теста выражается в процентах и для портландцемента находится в пределах от 25 до 28 %.

Твердение цемента сопровождается изменением его объема. Если процесс протекает на воздухе, то происходит усадка за счет испарения воды, а при твердении в воде происходит обратное явление — набухание. Особенно опасна усадка, в результате которой в отвердевшем бетоне или растворе могут появляться трещины. Для предупреждения усадочных деформаций твердение бетона, особенно в первый период, должно проходить во влажных условиях. Если вода испарится, то твердение цемента практически прекращается.

СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ. По сути, это технологическое свойство, которое характеризует период коллоидации цементного теста при твердении. В этот период тесто начинает терять свою пластичность (удобоукладываемость). В практике строительства, чтобы уложить бетонные или растворные смеси с наименьшими затратами труда, сделать это необходимо до потери цементным тестом его пластических свойств. Различают начало схватывания и конец.

За начало принимается время от момента затворения цемента водой до того момента, когда игла стандартного прибора не доходит до пластинки при испытании на 1-2 мм. Обычно это время наступает для портландцемента не ранее 45 мин. Конец схватывания характеризуется временем от момента затворения до того времени, когда игла будет входить в тесто не более 1 мм. Это время согласно стандарту должно наступать не позднее 10 ч.

На сроки схватывания могут оказывать влияние различные факторы. Так, например, с понижением температуры окружающей среды сроки схватывания замедляются, а при повышении — наоборот. Количество воды затворения также оказывает замедляющее действие на сроки схватывания при ее увеличении. Замедление схватывания происходит при введении в цемент пластифицирующих и гидрофобных добавок. Добавки же ускорители твердения, напротив, сокращают сроки схватывания.

ВОДОУДЕРЖИВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ. При затирании цемента водой можно наблюдать, что некоторые цементы полностью удерживают воду в период схватывания, у других же отделяется небольшой слой разной толщины. Если учесть, что водоцементное отношение (В/Ц) в бетонах всегда превышает установленное при определении нормальной густоты цементного теста, то станет ясно, что величина водоотделения может быть значительной. От него во многом зависит однородность бетона и сцепление раствора с крупным заполнителем.

При послойной укладке бетона в верхней части слоев будет скапливаться большое количество свободной воды, что приведет к неоднородности бетона по толщине и как следствие — неравномерной прочности, явлению нежелательному, особенно проявляющемуся в массивных сооружениях. Кроме того, сцепление между слоями такого бетона будет пониженным. Испарения этой воды из бетона вызывают дополнительное образование пор, способствующих диффузии агрессивной воды вглубь бетона.

Уменьшение водоотделения может быть достигнуто за счет введения в цемент при помоле клинкера гидравлических добавок (трепелы, опоки и др.) и поверхностно-активных веществ (сульфитно-спиртовая барда (ССБ) и др.).

Следует отметить, что водоотделение в цементах иногда играет положительную роль. Например, при уплотнении тонкостенных конструкций методом вакуумирования или изготовлении железобетонных труб методом центрифугирования.

РАВНОМЕРНОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ОБЪЕМА. При твердении цементных образцов происходят различные изменения их объема. Как было сказано ранее, если образцы твердеют на воздухе, то появляется воздушная усадка, а при твердении в воде, наоборот, происходит набухание. Впрочем, эти явления практически не вызывают неравномерного изменения объема образцов. Другое дело, когда в цементе содержится много свободной извести, которая находится в состоянии пережога и вызывает при гидратации искривление поверхности образцов и появление в них волосяных трещин.

Неравномерность изменения объема цемента может также вызываться наличием в цементе зерен периклаза (оксида магния), а также большого количества добавки гипса. Следует отметить, что проявление неравномерного изменения объема при твердении цемента частично устраняется при выдерживании клинкера на складе перед помолом. Кроме того, неравномерность снижается или вовсе исчезает при введении в портландцемент активных гидравлических добавок.

ПРОЧНОСТЬ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА. До сих пор мы говорили о процессах, происходящих при твердении портландцемента, тем не менее, строителя в основном интересует вопрос прочности в абсолютных единицах и изменение ее во времени.

Прочность портландцемента характеризуется маркой цемента, которая оценивается пределами прочности при сжатии и изгибе. По этим двум показателям цемент разделяется на марки. Марка цемента устанавливается по пределу прочности при изгибе образцов балочек 4 х 4 х 1 6 см и при сжатии их половинок, изготовленных из пластичного раствора состава 1 : 3 (одна часть цемента и три части нормального песка по массе) и хранившихся во влажных условиях при температуре 20±3 °С до момента испытания в течение 28 суток.

Фактический предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток называется активностью цемента. По стандарту портландцемент выпускается четырех марок: 400, 500, 550 и 600, для которых установлены определенные пределы прочности при сжатии и изгибе.

СТОЙКОСТЬ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА ПО ОТНОШЕНИЮ К ДЕЙСТВИЮ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ АГРЕССИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА, или коррозия поортландцеменьного кам. Открытие портландцемента способствовало бурному строительству гидротехнических сооружений, однако вскоре было замечено, что бетонные сооружения на основе портландцемента стали разрушаться, разрушался цементный камень. Этот вид разрушений был назван «коррозией портландцементного камня», которая происходила при действии на бетон различных вод. Большие исследования по выявлению причин коррозии и разработке мероприятий по борьбе с ней были проведены французом Ле Шателье, немецким ученым Михаэлисом и русским В. М. Москвиным. По предложению проф. В. М. Москвина коррозия портландцементного камня разделена на три вида:
1) разрушение цементного камня пресными проточными водами;
2) разрушение в кислой среде;
3) разрушение минерализованными водами (морская среда).

Разрушение цементного камня в проточной воде происходит при фильтрации воды через поры камня, которая растворяет и вымывает гидроксид кальция из камня, делая последний сильно пористым телом с резким понижением прочности цементной связки в бетоне.

Образование в цементном камне гидроксида кальция — основной сотставляющеи воздушной извести — происходит в результате гидролиза пригидратации C₃S и C₂S по реакциям:
2(3CaO·SiО₂) + 6Н₂О = 3CaO·2SiО₂·3H₂О + 3Ca(OH)₂.
2(2CaO·SiО₂) + 4Н₂О = 3CaO·2SiО₂·3H₂О + Са(ОН)₂.
Если учесть, что в портландцементе суммарное содержание C₃S и C₂S в среднем колеблется около 60 %, то содержание гидроксида кальция в цементном камне будет составлять около 25 % по массе, т. е. четверть всей массы цементной связки бетона, поэтому и неудивительно, что бетон может в результате выщелачивания прийти в негодность.

Внешне проявление первого вида коррозии заключается в появлении на поверхности бетона белого налета в виде высолов. Профессор В. П. Скрыльников в связи с этим удачно назвал этот вид коррозии — «белая смерть цемента».

Проявление выщелачивания извести из камня можно определить и обработкой поверхности фенолфталеином, в результате чего обработанная поверхность окрасится в малиновый цвет. — Наиболее эффективным способом борьбы с этим видом коррозии является использование для бетонов специальных видов цементов, содержащих активные минеральные добавки, например пуццолановый цемент и др.

Второй вид коррозии может проявляться в различных формах. В виде общекислотной, углекислотной, магнезиальной, органо-кислотной коррозии и коррозии под действием минеральных удобрений. Общим для этого вида разрушений является то, что различные кислоты, вступая во взаимо действие с продуктами гидратации цемента, образуют водорастворимые соли, которые еще легче растворяются и вымываются из цементного камня, чем гидроксид кальция.

Остановимся подробнее на углекислотной коррозии и коррозии от минеральных удобрений как наиболее распространенных и опасных.

Углекислотная коррозия возникает в основном от действия углекислоты воздуха, содержание которой значительно превышает другие виды кислот. При затвердевании бетона до проектной прочности на воздухе углекислота, содержащаяся в воздухе, взаимодействует с гидроксидом кальция, переводя последний в карбонат кальция. То же самое может происходить и в затвердевшем бетоне при эксплуатации в водах, содержащих углекислоту (например, в болотистых или грунтовых). В дальнейшем при изменении концентрации углекислоты в среде работы бетона происходит процесс взаимодействия карбоната кальция с углекислотой по реакции СаСО₃ + СО₂+Н₂О = Са(НСО₃)₂ с образованием соли кислого углекислого кальция, которая еще легче растворяется и выщелачивается, чем сам гидроксид кальция. Примером такого разрушения бетона может служить случай с малым искусственным дорожным сооружением в Улан-Удэ, пришедшим в негодность после годичной
эксплуатации.

Если учесть, что в бетонах возможно использование и заполнителей из карбонатных пород, то создаются дополнительные условия для образования легкорастворимой соли, и тогда применение только специальных цементов в бетонах не обеспечит надежной защиты от разрушения. Необходимым в этом случае будет дополнительная обработка поверхности бетона водозащитными слоями, например, пропитка битумными или полимерными составами поверхностных слоев бетона, соприкасающихся с агрессивной средой.

Теперь о коррозии под действием минеральных удобрений. Из всех видов минеральных удобрений наиболее вредными являются аммиачные удобрения — аммиачная силитрат и сульфат аммония, которые в своем составе содержат нитрат аммония NH₄NO₃, который действует на гидроксид кальция по реакции
Са(ОН)₂ + 2NH₄NO₃ + 2Н₂О = Ca(NО3)₂·4H₂О + 2NО₃,
образуя нитрит кальция, хорошо растворимый в воде и легко вымываемый
из бетона.

Третий вид коррозии портландцементного камня наблюдается при действии грунтовых вод, содержащих минеральные соли, или в морской воде. Этот вид коррозии часто называют сульфатной коррозией, т. к. морская вода содержит в своем составе обязательное количество сернокислых соединений типа RSO₄. Сульфатные соединения вступают в реакции с гидроксидом кальция, образуя сернокислый кальций по уравнению RSО₄ + Са(ОН)₂ = CaSО₄ + R(OH)₂.

Сернокислый кальций помимо образования по реакции непосредственно может содержаться как в морских, так и в грунтовых водах. При насыщении пор цементного камня водой, насыщенной сернокислым кальцием, последний вступает во взаимодействие с С3АН6, образуя гидросульфоалюминат кальция по следующей реакции:
3CaSО₄ + ЗСаО·А1₂О₃·6Н₂О + 25Н₂О = 3CaO·Al₂О₃·3CaSО₄·31H₂О.

Образуясь в порах цементного камня, это соединение при определенных пределах концентрации переходит в перенасыщенное состояние и начинает выкристаллизовываться: при этом увеличивается в объеме в 3,0-3,5 раза, создает большие давления на стенки пор, разрушает цементный камень. Образующиеся кристаллы гидросульфоалюмината кальция по виду напоминают бациллу, что и дало название этому виду коррозии — «цементная бацилла».

Третий вид коррозии является наиболее опасным, т.к. разрушение бетона происходит сразу по всему объему изделия. Примером разрушения от действия минерализованных вод может служить Баку — Шолларский водопровод протяженностью 182 км, построенный в 1917 г. В результате воздействия грунтовых вод, содержащих большое количество сульфата кальция, 147 км его уже в 1925 г. полностью вышло из строя.

Поскольку причиной разрушения в цементном камне является наличие гидроксида кальция и трехкальциевого гидроалюмината, то, казалось бы, — убрать эти соединения из цемента и этим решится вопрос коррозии сам по себе. Тем не менее, практически этого добиться невозможно, т. к. это повлекло бы за собой полное отсутствие C₃S. Поэтому наука пошла по другому пути в борьбе с коррозией, а именно по пути, как указывалось раньше, создания специальных видов цементов, стойких против указанных видов коррозии. К таким цементам относятся пуццолановый и сульфатостойкий портландцементы.

Особенности портландцемента, изготовленного по ГОСТу. Роль в современном строительстве

Чтобы выпустить бетонный раствор с отличными качественными характеристиками некоторые производители внедряют вяжущие компоненты, которые, взаимодействуя с жидкостью, достигают камнеобразное состояние. Затем они твердеют, повышая тем самым уровень своей надежности и прочностные параметры.

Возведение сооружений монолитного типа из бетонного раствора в последнее время сопряжено с использованием портландцемента — универсального гидравлического сырья, отличающегося своими вяжущими свойствами и способностью наращивать предел своей твердости на воздухе под действием всей совокупности протекающих многообразных химически-физических процессов. Скачать ГОСТ 10178-85 «ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ И ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ» можно в конце статьи.

Портландцемент. Минералогический состав

Внешне портландцемент, произведенный согласно ГОСТу, выглядит как порошковая смесь серого оттенка, выработанная посредством тончайшего помола гипсовых составляющих и клинкера. Сразу напомним, что же такое клинкер. Это обожженная смесь с существенным процентным содержанием силиката кальция. Каждый опытный строитель знает, чтобы изготовить цемент с отличными эксплуатационными параметрами нужно быть уверенным в соблюдении пропорций составляющих ингредиентов. При перемалывании к рабочей смеси рекомендуется прибавлять до 20-25% активных минеральных добавок.

После проведения мероприятий по обжигу при температуре приблизительно 1400-1500˚С производитель получает клинкерные минералы следующих типов:

Алит. Оказывает воздействие на эксплуатационные параметры сырья. Благодаря его высокому процентному содержанию в составе стенового стройматериала (37-60%) можно изготовить цементную быстротвердеющую смесь высокой марки.

Белит. Медленно твердеющий и вяжущий гидравлический элемент с весьма усредненными прочностными характеристиками. Содержание в растворе цемента 15-37% белита позволяет замедлить процесс твердения, но в тоже время негативно влияет на прочность, нарастающую лишь со временем.

Алюминат. Привлекает отличной скоростью затвердения, однако прочностные параметры алюмината весьма скромны. Его процентное содержание в цементном материале не превышает 15%.

Алюмоферрит с содержанием 10-18% позволяет изготовить бетон со скоростью затвердения превышающей темпы затвердения силиката, но не дотягивающиеся до алюмината.

Портландцемент по ГОСТу: марка и прочность

В роли основополагающих параметров, определяющих базовые эксплуатационные показатели цементного материала, безусловно, выступают его прочностные показатели. Марка присваивается лишь после успешного прохождения тестирования, при этом габариты исследуемых образцов должны достигать 4*4*16 см, а для их последующего затвердения требуется 4 недели в условиях высокой влажности. Успешно прошедшим испытания на сжатие и изгиб изделиям присваивается та или иная марка сырья. Наиболее распространен сегодня цемент марки 400, 500, 600.

Помимо данной характеристики немаловажна и активность сырья. К примеру, если после прочностных испытаний на сжатие образец достиг отметки в 45МПа, то его активность – 45МПа (450 кгс/см²), и пусть при этом марка будет 400. Поэтому чтобы достигнуть более точных результатов, лучше ориентироваться именно на этот показатель, густоту сырья, а также период, в течение которого оно схватывается.

Базовые свойства портландцемента. Цена

Среди прочих немаловажных характеристик, которыми наделен портландцемент, цена которого за мешок варьируется в пределах 210-250 рублей в зависимости от состава и марки, можно выделить:

1. период, за который сырье схватывается;
2. плотность;
3. тепловыведение;
4. тонкость помола;
5. водоотделение и водопотребность;
6. морозоустойчивость;
7. степень сцепления с арматурой.

Период схватывания фиксируется с помощью испытаний и тестирований. Согласно положениям ГОСТа 10178 портландцемент, выпущенный из качественных ингредиентов в нужном пропорциональном соотношении, схватывается всего за 40 минут после смешивания с водой. Слишком стремительный процесс может привести к тому, что Вы просто не успеете использовать сырье до момента затвердения. В тоже время чрезмерно медленное схватывание также неблагоприятно, ведь может увеличить период возведения объекта.

Уровень равномерности изменения объема портландцемен¬та проверяется также посредством тестирования образцов при взаимодействии их с кипящей жидкостью.

На скорость схватывания доступного по цене любому строителю портландцемента сказывается тонкость его измельчения. Так, перемолотая тщательным образом масса имеет высокую прочность. Традиционный портландцемент, выпущенный с соблюдением всех стандартов ГОСТа, обладает удельной поверхностью 250-300 мг/кг.

Водопотребность. Жидкость выступает в роли важнейшего катализатора всей совокупности химических процессов при затвердении материала, наделяет его подвижностью и пластичностью. Чтобы изготовить цемент отличного качества и нормальной густоты Вам потребуется примерно 25% жидкости. Для снижения водопотребности достаточно воспользоваться сульфитно-дрожжевой бражкой, некоторыми пластификаторами, которые могут незначительно повышать цену портландцемента.

Степень водоотделения устанавливается в момент отжима воды в готовом растворе под воздействием силы тяжести его частиц. Что снизить этот показатель нужно воспользоваться активными минеральными добавками.

Морозостойкость характеризуется способностью сопротивляться поочередному замораживанию, а затем и оттаиванию в водной среде. Исходя из законов физики, замерзшая вода превышает свой обычный объем на 10%, что создает дополнительное давление и безжалостно разрушает структуру бетона. Для повышения показателя морозостойкости традиционно применяют воздухововлекающие вещества, среди которых абиетат натрия, смыленный древесный пек и прочие.

Тепловыделение. Портландцемент, изготовленный с учетом всех требований ГОСТа, в период затвердения выделяет тепло. Если выделение тепла происходит слишком стремительно, то использовать подобный стеновой материал не следует. Чтобы оптимизировать степень выделения тепла нужно особое внимание уделить минералогическому составу, использовать дополнительные активные минеральные ингредиенты и добавки, объем которых оказывает влияние не только на качественные показатели готового портландцемента, но и на его цену.

Коррозионная устойчивость определяется плотностью сырья и его минералогическим составом. Чтобы повысить этот показатель следует увеличить пористость бетона и тонкость помола.

Сфера применения портландцемента

Изготовленный по ГОСТу портландцемент выступает в качестве идеального стройматериала для сооружения железобетонных объектов. Из портландцемента марки 400 можно получить надежные монолитные бе¬тонные изделия, а вот сырье, марка которого 500, 550 и 600, лучше использовать для конструирования высокопрочных сборных объектов из железобетона и монолитных сооружений.

Скачать ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент технические условия» можно тут.

Свойства и особенности портландцемента

Портландцемент представляет собой вяжущее, необходимое для приготовления ряда бетонов (ячеистых, легких, тяжелых), высококачественных строительных и теплоизоляционных смесей. Технические условия применения и маркировка разных видов цемента регулируются ГОСТ 10178-85 и 31108-2003, эти же стандарты определяют их основные свойства. К ним относят: тонкость помола, марку, водопотребность, время схватывания и окончательного затвердевания, величину объемных деформаций. Изменение свойств зависит от содержимого портландцемента (сырья для клинкера и добавок), обжига и измельчения, срока хранения. Эти же факторы напрямую контролируют сферу применения и определение пропорций вяжущего, при покупке важно выбрать состав с нужной маркировкой.

Основные свойства и ГОСТ

Портландцемент изготавливается путем тонкого помола силикатного клинкера и гипса, доля минеральных составляющих достигает 97 %. Внешне он напоминает серо-зеленый порошок, качества искусственного камня он приобретает после контакта с водой и затвердевания. В зависимости от наличия активных минеральных веществ, различают бездобавочные составы (маркировка такого цемента по ГОСТ 10178-85 включает расширение Д0) или с полезными примесями (до 20 %, Д20, соответственно). Буквенные обозначения используются для указания разновидности сухой смеси: быстро- или нормальнотвердеющей, пластифицированной, сульфато- или влагостойкой. Также от минерального состава зависят такие качества портландцемента, как морозостойкость и противодействие коррозии.

Несмотря на разные обозначения марок цемента, ГОСТ 10178-85 и 31108 не противоречат, а дополняют друг друга, более современный стандарт содержит разделение на классы, согласно срокам твердения. Оба норматива регулируют такие свойства портландцемента:

• Плотность: средняя (1000–1300 кг/м3) и истинная (1400–1700).
• Тонкость помола, зависит от способа обработки клинкера и размера ячеек просеивающего сита. Чем ниже этот показатель, тем более высококачественным считается цемент.
• Тепловыделение — свойство, характерное для всех групп портландцементов.
• Сроки схватывания (начальные от 45 мин до 10 часов, окончательные — до 28 суток).
• Равномерность изменения объема, данное свойство определяет величину набухания при затвердевании в воде или усадки — при контакте с воздухом.
• Прочность или активность — показатель, от которого зависит основная маркировка цемента и его сфера применения.
• Водопотребность, характеризующая необходимый объем воды для затворения портландцемента. Минимальное значение — 24 %, чем больше этот показатель, тем ниже будет прочность застывшего цементного раствора.

1. Тонкость помола.

Измельчение клинкерного камня с гипсом проходит на последней стадии изготовления портландцемента. Размер частиц определяет скорость гидратации (а значит — и такие свойства цемента, как прочность и сроки затвердевания). Это связано с увеличением суммарной площади поглощающего воду материала. Поэтому портландцементы тонкого помола считаются самыми высококачественными. Но есть и отрицательная сторона: помимо увеличения затрат на измельчение, оно влияет на сроки хранения вяжущего и скорость вступления в химическую реакцию с минеральными компонентами и водой (что не всегда хорошо). По этой причине размер зерен цемента тщательно контролируется.

Под этим параметром понимается необходимое количество воды в процентах от содержания вяжущего, для получения раствора с нормальной консистенцией (последняя регулируется ГОСТ 310.3-76). У портландцементов этот показатель самый низкий — 24–28 %, но на практике для затворения используется больше жидкости — от 40. От этого свойства зависит процесс гидратации: избыток приводит к излишней пористости искусственного камня и ухудшает его прочность, недостаток сказывается на удобоукладываемости и качестве замеса. Водопотребность напрямую связана с процентным содержанием алюминатов кальция (чем больше, тем лучше), косвенно — с тонкостью помола, и регулируется путем ввода активных пластифицирующих добавок.

Главный параметр цемента, определяющий его основную маркировку. Чем быстрее и тверже застынет цементный камень, тем качественнее считается вяжущее и универсальнее его сфера применения. Предел прочности на сжатие и изгиб у одной и той же марки изменяется, в зависимости от этапа гидратации. На 28 сутки портландцемент достигает указанного в марке значения (к примеру, для М400 — 40 МПа). Это свойство, как и предыдущие, зависит от состава и способа изготовления и является контролируемым. Прочность ухудшается по мере хранения даже в запакованном виде, указанная маркировка теряет силу уже через 2 месяца после выпуска.

Гидратация цемента сопровождается процессом выделения теплоты. Чистые ПЦ являются самыми экзотермическими, составы с помолами доменных шлаков имеют пониженное тепловыделение. Чем массивнее заливаемая конструкция, тем больше тепла отдает цемент, возможно повышение температуры до 50 °C и возникновение перепадов. Это не самое полезное свойство, нередко оно служит причиной образования трещин в бетоне. Как следствие, применение составов с интенсивным тепловыделением ограничено для массивных конструкций и ответственных объектов. Но этот показатель положительно сказывается на гидратации при ведении строительных работ в зимнее время.

Технические характеристики

Определяются стандартами ГОСТ 10178-85 и 31108-2003, граничные значения зависят от марки цемента. В целом, различают такие технические характеристики портландцемента, как: вещественный состав, удельный вес, плотность, предел прочности на сжатие и изгиб, скорость и время схватывания, активность при пропаривании. Практически все они связаны с процентным содержанием силикатов, гипсового камня и оксидов железа, алюминия, магния и более сложных минералов. Доля гипса строго ограничена строительными стандартами и не превышает 4 %, эта добавка регулирует скорость схватывания цемента.

Удельный вес и плотность материала являются условными показателями. Портландцемент имеет сыпучую структуру, между зернами всегда находится воздух. На эти характеристики также влияет маркировка, у видов с добавками плотность варьируется от 2900 до 3200 кг/м3, при этом средний удельный вес составляет 1200–1300. От степени уплотненности цемента зависят в первую очередь пропорции замешиваемого раствора, поэтому данная величина учитывается при покупке, наряду с прочностью.

Определение сроков схватывания проводится специальными приборами Вика. Без ввода ускоряющих добавок портландцемент начинает схватываться на второй час и через 4–6 переходит на следующую стадию затвердевания (гидратации). Окончательный набор прочности происходит через 28 суток. На этот показатель оказывает влияние не только состав, но и тонкость помола, выбранное соотношение В/Ц. Данная характеристика важна для определения времени нахождения бетона в опалубке, при необходимости быстрого проведения работ покупают быстрозатвердевающие составы на основе портландцемента (с буквенным обозначением БТЦ в маркировке).

Важно знать: при всех преимуществах применения (сокращении времени на бетонирование) эта группа уступает в прочности стандартным маркам, за исключением дорогостоящих строительных смесей с укрепляющими добавками.

Свойства и характеристики портландцемента

Портландцемент – это строительный материал в виде порошка, применяемый для бетонных и железобетонных конструкций и для возведения различных сооружений. Маркировка, область применения, свойства контролируются по ГОСТ, так как от всех технических характеристик зависит надежность постройки. Если во время производства была нарушена технология изготовления, то он может иметь слабую прочность или плохую устойчивость к агрессивным средам и низким температурам. Определение марки и других параметров проводится только в лабораториях.

Свойства и технические характеристики

Для производства используется клинкер и гипс. В результате получается однородный порошок с серым оттенком. При взаимодействии с водой он расширяется и затвердевает. По прочности готовая бетонная конструкция сравнима с камнем.

Свойства портландцементов, по которым их определяют и маркируют:

• Размер фракций.
• Марка (прочность).
• Водопотребность.
• Скорость схватывания и время затвердевания.
• Тепловыделение.

Характеристики изменяются в зависимости от пропорций компонентов и состава, а также от тонкости помола частиц, условий и сроков хранения. От основных свойств вяжущего порошка полностью зависит его область применения.

Тонкость помола влияет на качество: чем меньше фракции, тем лучше материал, и тем выше его стоимость. Размер частиц зависит от метода производства. Измельчается цемент на последней стадии изготовления. От величины фракций зависит и область применения, так как это влияет на прочность и время затвердевания раствора. Для определения их размера порошок просеивается через сито. Если он качественный, то должно пройти не менее 85% цемента.

Водопотребность – это объем воды, который необходим для замешивания раствора нормальной консистенции, измеряется в процентах. Минимальным считается 24%. Чем больше вливается воды в портландцемент, тем ниже выйдет прочность бетонной конструкции. Из-за излишков жидкости появляется много пор. Если воды влить мало, то укладывать смесь будет неудобно, и промешивание получится некачественным.

Водопотребность зависит от количества алюмината кальция в вяжущем порошке: чем больше его, тем лучше. Регулировать эту характеристику портландцемента можно с помощью пластифицирующих добавок, также влияет размер фракций.

Прочность – это основной параметр, по которому различаются цементы. Максимальный процент этой характеристики достигается бетонной конструкцией на 28 сутки. Для определения марки вяжущего компонента изготавливаются пробные образцы в виде кубов или брусков. Их помещают под пресс и давят. Давление, под которым материал начал разрушаться, и считается маркой прочности.

Чем дольше хранится цемент, тем хуже становятся его прочностные характеристики. Уже через 2 месяца с момента производства это свойство значительно снижается. От марки прочности зависит область применения. Чем выше этот показатель, тем сложнее и тяжелее может быть построена из него конструкция.

Для обозначения прочности используется буква М и число после нее, например, М400. Означает, что материал выдерживает нагрузку 400 кг/см2. Выпускается портландцемент марок М400, М500, М550 и М600. Также может быть другая маркировка только числом – 22,5, 32,5 и так далее. В этом случае прочность измерена в МПа. 22,5 означает, что выдерживается давление равное 22,5 МПа.

Сроки схватывания вяжущего компонента зависят от наличия добавок, температуры раствора и воздуха, а также от влажности. Оптимальным временем начала этого процесса по ГОСТ считается 45 минут, максимальное – 10 ч. Окончательное затвердевание достигается на 28 день. Ускорить схватывание можно с помощью добавок или же приобретается быстро застывающий портландцемент. Сокращают время хлористый кальций и карбонат калия, а замедляет сульфат железа.

Когда раствор замешивают, начинается процесс гидратации. В результате этой реакции выделяется тепло. Если возводится особо крупная конструкция, как, например, плотина, то смесь может нагреться +50°С. Из-за избыточной температуры в бетоне могут появиться трещины. Портландцемент без примесей является одним из самых экзотермических, его реже используют для больших сооружений, но благодаря этому его удобно применять при низких температурах. Наименьшее количества тепла выделяет шлакопортландцемент.

Маркировка цемента

Маркировка выглядит следующим образом: Д0 – бездобавочный, Д20 – содержит около 20% примесей ото всего объема вяжущего порошка. С помощью минеральных добавок регулируются характеристики морозостойкости и устойчивости к коррозии.

Для маркировки видов используются буквы. Так, например, обозначение ПЦ – портландцемент, ШПЦ – шлакопортландцемент, БЦ – белый цемент, СС – сульфатостойкий, ПЛ – пластифицированный.

Маркировка разных видов:

• ЦЕМ I – портландцемент.
• ЦЕМ II – портландцемент с минеральными добавками.
• ЦЕМ III – шлакопортландцемент.
• ЦЕМ IV – пуццолановый.
• ЦЕМ V – композиционный.

Каждый из типов имеет свою область применения. Пуццолановые и шлаковые вяжущие порошки могут быть использованы для строительств конструкций под землей и в воде, так как устойчивы к агрессивной среде грунта.

Наличие добавок указывается буквой А или В. А означает, что их количество – не более 20% от всего объема порошка, В – 21-35%. Для обозначения скорости схватывания используется литера Н – нормально твердеющий и Р – быстрый ранний.

М400 благодаря высокой устойчивости к морозам и воде и доступности по цене является одним из самых распространенных. Его используют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, в том числе под землей и на земле. М500 применяется для строительства опор, мостов и военно-технических сооружений.

Для сооружений, которые будут находиться под большой нагрузкой, следует приобретать материал высоких марок. Для строительства под землей подбирается вяжущий компонент с соответствующими добавками. Благодаря им бетон будет устойчив и к влаге, и к различным солям.

Приобретать порошок рекомендуется либо у заводов, либо у их представителей или в крупных точках продаж. Главное, чтобы он имел полную маркировку и недавно был произведен. Тара должна быть абсолютно целой. Если мешок поврежден, то не рекомендуется его приобретать. В негерметичной таре цемент быстро втягивает влагу из воздуха, в итоге появляются комочки, из-за воды снижается его прочность. Использовать состав нужно только для указанных областей применения.

В мелких торговых точках покупать вяжущий порошок не рекомендуется, так как вместо высокомарочного материала может продаваться портландцемент более низкой марки или же иметь множество примесей.

Что такое Портландцемент?

• Виды
• Марки цемента
• Используемое основное сырье
• Минеральные составляющие клинкера
• Технология производства
• Свойства состава
• Заключение

Невозможно представить производство строительных работ без вяжущих материалов, соединяющих в монолитную конструкцию блоки, плиты, кирпич. Самым распространенным и востребованным в данной категории материалов является портландцемент.

Смешиваясь с водой или растворами различных солей, цемент образует эластичную массу, которая в процессе высыхания преобразуется в цементный камень. Без применения растворов на основе портландцемента невозможно изготовление железобетонных конструкций, монолитных сооружений, высококачественных смесей для каменных кладок и отделочных мероприятий.

Портландцемент получают путем соединения мелкоизмельченного клинкера с небольшим объемом гипса, который ускоряет процесс схватывания смеси. При производстве, в зависимости от предъявляемых к смеси требований, добавляются различные добавки, повышающие устойчивость материала к воздействиям негативных факторов.

Один из наиболее распространенных видов вяжущего вещества для бетонных смесей – портландцемент

Для придания готовому изделию определенных свойств, портландцемент обогащают минеральными добавками – белитом, алитом, целитом, браунмиллеритом. В зависимости от используемых минеральных составляющих портландцемент делится на следующие виды:

• Характеризующийся средней скоростью схватывания.
• Быстротвердеющий состав.
• Пластифицированный.
• Устойчивый к влаге, гидрофобный.
• С повышенной тепловой отдачей.
• Особо стойкий по отношению к химическим реагентам.
• Декоративный (цветной или белый), применяемый при отделочных работах.

Марки цемента

Опираясь на требования нормативной документации, предъявляемые к цементному образцу, подвергающемуся испытаниям на сжатие и изгиб, можно выделить основные марки портландцемента:

• М700 – особо прочный состав. Область применения ограничена изготовлением бетона с увеличенными прочностными характеристиками для возведения напряженных конструкций. Цена такого цемента высока, что делает его нерентабельным при ведении обычных строительных мероприятий;

Любой вид портландцемента марки 400 применяют для создания обычных и стандартных конструкций, не подвергающихся увеличенным нагрузкам

• М600 – состав увеличенной прочности. Область применения – производство ответственных железобетонных изделий и конструкций;
• М500 – цемент, обладающий достаточно хорошими прочностными показателями, что позволяет использовать его при реконструкции зданий и сооружений после аварий, возведении военно-технических объектов, укладке дорожного покрытия;
• М400 – самая доступная и широко используемая марка. Объясняется это тем, что заложенные показатели морозоустойчивости, влагостойкости позволяют применять его при возведении объектов любого назначения.

Предприятия-изготовители выпускают портландцемент марок М200 и М300, но в довольно ограниченном количестве. Такое ограничение закономерно, поскольку спрос на эти марки невелик.

Цифровой индекс, указанный в маркировке портландцемента, обозначает величину давления, которую способен воспринять эталонный образец материала. Например, портландцемент, маркируемый М500, воспринимает давление, превышающее 500 кг/см².

Используемое основное сырье

При изготовлении портландцемента используют известковые и глинистые породы в определенной пропорции, обеспечивающей требуемый химический состав для обжига.

Все виды портландцемента (ПЦ) изготавливают из разного сырья, общим компонентом для всех является только цементный клинкер

Из известковых пород наиболее часто применяют:

• Известняк, не содержащий включений кремния. Плотная порода с мелкокристаллической структурой.
• Мергель – переходная от известняковых к глинистым порода. Включает в свой состав мелкие частицы солей кальция с примесью полевого шпата, доломита и пр.
• Мел – податливая, легко измельчаемая осадочная порода.
• Ракушечный известняк.

К глинистой составляющей относятся:

• Глинистые сланцы. Благодаря своей слоистой структуре легко раскалываются, что значительно облегчает обработку.
• Лесс. Рыхлая мелкозернистая порода, содержащая большое количество карбоната кальция.
• Глина. Представляет собой смесь основного глинистого вещества – гидроалюмосиликата с соединениями железа, магния и других элементов.
• Суглинки. Отличаются от глины увеличенным содержанием песка.

Для экономии природных сырьевых ресурсов и удешевления производства цемента все чаще используются отходы металлургической промышленности (шлам, зола).

Минеральные составляющие клинкера

Для получения основного компонента портландцемента – клинкера, проводится обжиг сырьевой смеси (известняк + глина). В результате этой операции образуются минеральные соединения, процентное содержание которых не должно превышать допустимые значения.

В большинстве случаев клинкер получают из искусственных смесей, потому что в природе сырье, содержащее примерно 75% карбоната кальция и 25% глины, встречается довольно редко

К основным минералам, определяющим свойства получаемого клинкера относятся:

• быстро твердеющий алит. Этот компонент отвечает за скорость твердения состава и нарастание эксплуатационной прочности. Его количество регламентировано в пределах 45-60 процентов;
• медленно твердеющий белит. Его присутствие позволяет цементным составам достигать высоких прочностных показателей при длительном твердении. Чтобы белит не потерял вяжущих свойств, клинкер максимально быстро охлаждают. Количество минерала выдерживается в рамках 20-35 процентов, что позволяет достичь оптимальных сроков твердения;
• быстро гидратирующий трехкальциевый алюминат, ускоряет процесс гидратации, но параллельно с этим снижает прочностные характеристики и увеличивает возможность появления коррозии. Поэтому содержание ограничено 4-10 процентами;
• образующийся на определенной фазе обжига алюмоферрит, значительно не влияет на процессы твердения и тепловыделения. Его содержание в клинкере находится в пределе 10-18 процентов.

Поскольку портланд цемент получают из разного по химическому и минералогическому составу сырья, то на выходе получают цемент, отличающийся свойствами. Используя испытанные технологии производства, придерживаясь разработанных рекомендаций по процентному содержанию минеральных включений, предприятия-изготовители получат на выходе качественный продукт, отвечающий требуемым параметрам.

Технология производства

Споры по поводу, какой метод производства цементного состава лучше, не утихают долгие годы. Существует мнение, что, используя неоднородное по составу сырье повышенной влажности, предпочтительно воспользоваться мокрым способом. Параллельно с этим отстаивается позиция о применении сухого метода, как более экономически целесообразного, если предварительно подготовить должным образом шихту.

Клинкерную смесь обжигают при высоких температурах (до 1500°С), получая на выходе гранулы, которые потом измельчаются

Попытаемся разобраться в основных различиях существующих способов изготовления клинкера, из которого получают портландцемент. Известны три варианта получения смеси для обжига:

• Мокрый. Изначально проводят измельчение компонентов до нужной величины (известняк – размер частиц 8-10 мм, глина – куски до 10 см). Глину отмачивают до приобретения 70% влажности и отправляют в мельницы с известняком, где происходит смешивание.
• Сухой. Технология позволяет при уменьшенных затратах изготавливать портландцемент по сокращенному методу. Это обусловлено совмещением технологических стадий, обеспечивающих возможность одновременного выполнения сушки ингредиентов и их помола в специальных мельницах, в которые поступают горячие газы. Полученный шихтовый материал характеризуется порошкообразным составом.
• Полусухой (комбинированный). В данном методе совмещаются элементы сухой и мокрой технологии изготовления, которые используют производители цементных смесей. Допускается уменьшать влажность шихтового материала, произведенного мокрым методом, и получать шихтовой состав, влажность которого не превышает 18%. Согласно второму способу, готовится сухая смесь, которая насыщается водой до 14-процентной влажности, подвергается гранулированию и обжигается.

Свойства состава

Портландцемент обладает комплексом положительных характеристик, обеспечивающих его широкое применение в жилищном строительстве, при возведении промышленных конструкций. Главными характеристиками являются:

• удельный вес, зависящий от степени уплотнения состава. Для насыпных смесей составляет 1100 кг/м3, для уплотненных достигает величины 1600 кг/м3;
• гранулометрический состав, характеризующий тонкость цементной фракции и качество помола. Параметры влияют на эксплуатационные характеристики, интенсивность твердения раствора. Усредненный размер частиц цемента составляет порядка 40 микрон, что обеспечивает необходимую прочность и время твердения;

• потребление воды, влияющее на способность массива впитывать определенный объем жидкости. Недостаток влаги снижает прочность, а излишек – вызывает расслоение цементной массы. Согласно проверенной рецептуре, для замеса вводится 25-28 процентов воды от общего объема смеси;
• продолжительность схватывания, регламентированная стандартом, составляющая до 45 минут после смешивания с водой. Продолжительность окончательного твердения зависит от температурного режима и замедляется в зимний период;
• высокие прочностные характеристики, позволяющие воспринимать сжимающие нагрузки, что отражается в обозначении портландцемента.

Заключение

Представленная в статье информация о распространенном в строительной отрасли портландцементе знакомит с особенностями производства, свойствами, маркировкой и технологическими особенностями изготовления. Застройщики подтверждают, что это прочный материал, обеспечивающий высокий ресурс эксплуатации конструкций и сооружений.

Повышенные рабочие характеристики обеспечивают широкую сферу применения популярного материала.

Свойства и характеристики портландцемента

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ И ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Portland cement and portland blastfurnace slag cement. Specifications

МКС 91.100.10
ОКП 57 3100, 57 3290,
57 3310, 57 3320

Дата введения 1987-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством промышленности строительных материалов СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 10.07.85 N 116

Изменение N 2 принято Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 20.05.98

За принятие изменения проголосовали:

Наименование органа государственного управления строительством

Министерство градостроительства Республики Армения

Минстройархитектуры Республики Беларусь

Агентство строительства и архитектурно-градостроительного контроля Республики Казахстан

Государственная инспекция по архитектуре и строительству при Правительстве Киргизской Республики

Министерство территориального развития, строительства и коммунального хозяйства Республики Молдова

Госстрой Республики Таджикистан

3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 5683-86

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

3.1, приложение А

Вводная часть, 1.2, 4.1

6. ИЗДАНИЕ (декабрь 2004 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в апреле 1988 г., ноябре 1998 г. (ИУС 8-88, 3-99), Поправкой* (ИУС 6-2001)
________________
* Текст поправки см. ярлык «Примечания».

ПЕРЕИЗДАНИЕ (по состоянию на октябрь 2008 г.)

Настоящий стандарт распространяется на цементы общестроительного назначения на основе портландцементного клинкера.

Стандарт не распространяется на цементы, к которым предъявляются специальные требования и которые изготовляются по соответствующим стандартам и техническим условиям.

Классификация, термины и определения — по ГОСТ 30515.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Цемент должен изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утвержденным в порядке, установленном министерством-изготовителем.

1.2. По вещественному составу цемент подразделяют на следующие типы:

— портландцемент (без минеральных добавок);

— портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20%);

— шлакопортландцемент (с добавками гранулированного шлака более 20%).

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1.3. По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемент подразделяют на марки:

— портландцемент — 400, 500, 550 и 600;

— шлакопортландцемент — 300, 400 и 500;

— портландцемент быстротвердеющий — 400 и 500;

— шлакопортландцемент быстротвердеющий — 400.

Примечание. Допускается с разрешения минстройматериалов выпускать портландцемент с минеральными добавками марки 300.

1.4. Условное обозначение цемента должно состоять из:

— наименования типа цемента — портландцемент, шлакопортландцемент. Допускается применять сокращенное обозначение наименования — соответственно ПЦ и ШПЦ;

— марки цемента — по п.1.3;

— обозначения максимального содержания добавок в портландцементе по п.1.6: Д0, Д5, Д20;

— обозначения быстротвердеющего цемента — Б;

— обозначения пластификации и гидрофобизации цемента — ПЛ, ГФ;

— обозначения цемента, полученного на основе клинкера нормированного состава, — Н;

— обозначения настоящего стандарта.

Пример условного обозначения портландцемента марки 400, с добавками до 20%, быстротвердеющего, пластифицированного:

Портландцемент 400-Д20-Б — ПЛ ГОСТ 10178-85

Допускается обозначение (за исключением случаев поставки цемента на экспорт):

ПЦ 400-Д20-Б — ПЛ ГОСТ 10178-85

(Поправка. ИУС N 6-2001).

— гипсовый камень по ГОСТ 4013. Допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса по соответствующей нормативно-технической документации;

— гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки по ГОСТ 3476 и другие активные минеральные добавки по соответствующей нормативно-технической документации;

— добавки, регулирующие основные свойства цемента, и технологические добавки по соответствующей нормативно-технической документации.

1.6. Массовая доля в цементах активных минеральных добавок должна соответствовать значениям, указанным в табл.1.

Активная минеральная добавка, % по массе

доменные гранулированные и электротермофосфорные шлаки

осадочного происхождения, кроме глиежа

прочие активные, включая глиеж

Допускается замена части минеральных добавок в цементах всех типов добавками, ускоряющими твердение или повышающими прочность цемента и не ухудшающими его строительно-технические свойства (кренты, сульфоалюминатные и сульфоферритные продукты, обожженные алуниты и каолины). Суммарная массовая доля этих добавок не должна быть более 5% массы цемента.

(Поправка. ИУС N 6-2001).

1.7. Предел прочности цемента при изгибе и сжатии должен быть не менее значений, указанных в табл.2.

при изгибе в возрасте, сут

при сжатии в возрасте, сут

Изготовитель должен определять активность при пропаривании цемента каждой партии .

1.2-1.7. (Измененная редакция, Изм. N 1).

1.9. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец — не позднее 10 ч от начала затворения.

1.10. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой N 008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

ПЦ 400-Д0, ПЦ 500-Д0, ПЦ 300-Д5, ПЦ 400-Д5,
ПЦ 500-Д5, ПЦ 300-Д20, ПЦ 400-Д20, ПЦ 500-Д20

ПЦ 550-Д0, ПЦ 600-Д0, ПЦ 550-Д5, ПЦ 600-Д5,
ПЦ 550-Д20, ПЦ 600-Д20, ПЦ 400-Д20-Б, ПЦ 500-Д20-Б

ШПЦ 300, ШПЦ 400, ШПЦ 500, ШПЦ 400-Б

1.12. Допускается введение в цемент при его помоле специальных пластифицирующих или гидрофобизирующих поверхностно-активных добавок в количестве не более 0,3% массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки.

Пластифицированный или гидрофобный цемент должен поставляться по согласованию изготовителя с потребителем.

Пластифицированный или гидрофобный цемент не должен поставляться потребителям, использующим суперпластификаторы при приготовлении бетонных смесей.

Подвижность цементно-песчаного раствора состава 1:3 из пластифицированных цементов всех типов должна быть такой, чтобы при водоцементном отношении, равном 0,4, расплыв стандартного конуса был не менее 135 мм.

Гидрофобный цемент не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин от момента нанесения капли воды на поверхность цемента.

(Измененная редакция, Изм. N 1; Поправка. ИУС N 6-2001).

1.13. При производстве цемента для интенсификации процесса помола допускается введение технологических добавок, не ухудшающих качества цемента, в количестве не более 1%, в том числе органических не более 0,15% массы цемента.

Эффективность применения технологических добавок, а также отсутствие отрицательного влияния их на свойства бетона должны быть подтверждены результатами испытаний цемента и бетона.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.14. Для бетона дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных шпал, мостовых конструкций, стоек опор высоковольтных линий электропередач, контактной сети железнодорожного транспорта и освещения должен поставляться цемент, изготовляемый на основе клинкера нормированного состава с содержанием трехкальциевого алюмината ( ) в количестве не более 8% по массе.

Для этих изделий по согласованию с потребителем должен поставляться цемент одного из следующих типов:

— ПЦ 400-Д0-Н, ПЦ 500-Д0-Н — для всех изделий;

— ПЦ 500-Д5-Н — для труб, шпал, опор, мостовых конструкций, независимо от вида добавки (для напорных труб должен поставляться цемент I или II группы по эффективности пропаривания согласно приложению А;

— ПЦ 400-Д20-Н, ПЦ 500-Д20-Н — для бетона дорожных и аэродромных покрытий при применении в качестве добавки гранулированного шлака в количестве не более 15%.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

1.15. Массовая доля щелочных оксидов ( и ) в пересчете на ( +0,658 ) в цементах, предназначенных для изготовления массивных бетонных и железобетонных сооружений с использованием реакционно-способного заполнителя, устанавливается по согласованию с потребителем.

1.18. Изготовитель должен испытывать цемент на наличие признаков ложного схватывания равномерно по мере отгрузки, но не менее чем 20% отгруженных партий.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

2. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ

2.1. Приемку цемента производят по ГОСТ 30515.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.2. Группы цемента по эффективности пропаривания приведены в приложении А.

(Введен дополнительно, Изм. N 2).

3. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Определение физико-механических свойств цементов производят по ГОСТ 310.1 — ГОСТ 310.4.

3.2. Химический анализ клинкера и цемента производят по ГОСТ 5382.

При этом массовую долю в клинке* оксида магния ( ) устанавливают по данным приемочного контроля производства.
______________________
* Текст документа соответствует оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных.

3.3. Вид и количество добавок в цементе определяют по методике головной организации по государственным испытаниям цемента в пробе, отобранной на заводе-изготовителе.

3.5. Наличие признаков ложного схватывания цемента проверяют по методике головной организации по государственным испытаниям.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.6. (Исключен, Изм. N 1).

4. УПАКОВКА, МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

4.1. Упаковку, маркировку, транспортирование и хранение цемента производят по ГОСТ 30515.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

5. ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ

5.1. Изготовитель гарантирует соответствие цемента всем требованиям настоящего стандарта при соблюдении правил его транспортирования и хранения при поставке в таре в течение 45 сут после отгрузки для быстротвердеющих и 60 сут — для остальных цементов, а при поставке навалом — на дату получения цемента потребителем, но не более чем 45 сут после отгрузки для быстротвердеющих и 60 сут — для остальных цементов.

Разд.5. (Измененная редакция, Изм. N 1).

Портландцемент. Состав. Свойства. Применение.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и гипса, а иногда и специальных добавок. Гипс добавляют для регулирования скорости схватывания и некоторых других свойств.

В практике строительства портландцемент является основным вяжущим материалом для производства бетона, железобетона и строительных растворов, на нем также изготовляют асбестоцементные, теплоизоляционные и другие материалы.

Клинкер — полуфабрикат, получаемый в виде гранул прн обжиге тонкоизмельченной смесн известняка с глиной.

Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной сырьевой смеси, состоящей из известняка, глины и других материалов (доменных шлаков, мергелей, нефелинового шлама), при этом обеспечивается преобладание в клинкере силикатов, алюминатов и алюмофер- ритов кальция.

Плотность портландцемента 3050—3150 кг/м3. Его насыпная плотность зависит от уплотнения и в среднем составляет 1300 кг/м3.

Тонкость помола — один из факторов, определяющих скорость схватывания и прочность цементного камня.

Водопотребность портландцемента характеризуется количеством воды (в % по массе цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т.е. заданной стандартной пластичности. Нормальную густоту цементного теста измеряют (ГОСТ 310.3—76) погружением пестика, укрепленного на штанге прибора Вика. Она колеблется в пределах 21—28% и зависит от минералогического состава цемента и тонкости помола. Чем меньше нормальная густота цементного теста, тем лучше качество цемента.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема портландцемента определяют на тесте нормальной густоты. На сроки схватывания портландцемента влияют его минералогический состав, тонкость помола, температура окружающей среды и другие факторы.

Прочность портландцемента — важная физико-меха-ническая характеристика, от которой в основном зависит прочность бетонов и растворов в различных условиях твердения.

Активностью называют предел прочности при осевом сжатии половинок призм, испытанных в возрасте 28 сут стандартного твердения. В зависимости от активности с учетом предела прочности при изгибе портландцемент подразделяют на марки 400, 500, 550 и 600. Портландцемент марки 400 рекомендуется для монолитных бетонных и железобетонных деталей, портландцемент марок 500, 550 и 600 — для высокопрочных сборных обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Портландцемент не следует применять для конструкций и сооружений, подвергающихся воздействию морской, минерализованной, а также пресной проточной или работающих под напором воды. В этих случаях используют специальные цементы (цементы с добавками, сульфатостойкие и др.)

30. Портландцемент. Состав. Свойства. Применение.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Его получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшаяся сырьевая смесь в виде зерен размером до 40 мм называется клинкером; от качества его зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Сырье, пригодное для получения портландцемента должно иметь 75-78% карбоната кальция и 22-25% глины. Такое природное сырье встречается крайне редко, поэтому заводы производящие цемент отлично работают на искусственных смесях из карбонатных пород и глины.

Получение портландцемента хорошего качества зависит от содержания главнейших оксидов в клинкере, процент которых должен быть в пределах: CaO – 60-68%. SiO₂ – 19-25%, оксида алюминия 4-8%, оксида железа 2-6%.

Основные свойства портландцемента и методы их определения нормируются ГОСТами. К ним относятся: плотность и объемная масса, тонкость помола цементного порошка, способность схватываться и приобретать прочность в определенные сроки, равномерность изменения объема при схватывании и твердении, нормальная густота цементного теста.
Кроме того, портландцемент может характеризоваться такими свойствами, как выделение тепла при схватывании и твердении, изменение объема при твердении (усадка на воздухе, набухание в воде) и др.
Плотность портландцемента зависит от минералогического состава и колеблется в пределах 3,0-3,2 т/м 3 . Объемная масса его в рыхлом состянии 0,9-1,3 т/м 3 , в уплотненном – 1,5-2,0 т/м 3 .
Тонкость помола портландцемента существенно влияет на его свойства, она обуславливает суммарную поверхность зерен цемента в единице массы. Чем тоньше помол, тем полнее использован цемент в образовании цементного клея. Тонкость помола определяют просевом высушенной навески цемента 50 г через сито №008. В соответствии с требованиями необходимо, чтобы через сито №008 проходило не менее 85% от веса пробы; при этом важно, чтобы его гранулометрический состав был неоднородный, что улучшает условия твердения. Удельная поверхность для обычного портландцемента колеблется в пределах 2500-3000 см 2 /г, а для быстротвердеющих – 4000 см 2 /г, иногда – до 6000 см 2 /г.

Схватывание и твердение цемента
Скорость схватывания является существенной технологической характеристикой цемента. Скорость схватывания цемента зависит от минералогического состава, тонкости помола, количества воды для затворения, температуры и др.
Для портландцемента начало схватывания должно наступить не ранее 45 мин., а конец – не позднее 12 ч от начала затворения. Обычно же начало схватывания у портландцемента наступает через 2-3 ч, а конец – через 5-8 ч. Как быстрое, так и очень медленное схватывание затрудневает и усложняет организацию производства строительных работ. На сроки схватывания цементного теста большое влияние оказывает температура. Чем выше температура окружающего воздуха и материалов, тем быстрее наступает начало и конец схватывания, и наоборот.
Нормальная густота – условное количество воды, которое необходимо для достижения заданной пластичности. Обычно для портландцемента нормальная густота составляет 20-25%.
Нормальная густота цементного теста определяется при помощи прибора Вика.
Начало и конец схватывания теста нормальной густоты определяют на приборе Вика, но вместо пестика вставляют иглу с подвижным стержнем, которую опускают в тесто через каждые 5 мин до начала схватывания, а затем – через 15 мин до конца схватывания.
За начало схватывания принимают время в часах и минутах, прошедшие от времени затворения до момента, когда игла не дойдет до дна на 1-2 мм. За конец схватывания принимают время от начала, затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более, чем не 1 мм. Для определения начала « конца схватывания я нормальной густоты теста можно использовать автоматический прибор АПСС-6 для шести образцов одновременно.
Портландцемент, применяемый для бетонных покрытий автомобиль-ных дорог, должен иметь начало схватывания не ранее 2 ч с момента его затворения.
Равномерность изменения объема цемента при твердении является одним из главных его свойств. Основной причиной неравномерности изменения объема портландцемента является присутствие свободной, или несоединившейся извести или окиси магния выше известного предела.
Равномерность изменения объема определяется на четырех лепешках, изготовленных из теста нормальной густоты массой до 75 г каждая. Лепешки после 24 ч хранения их в шкафу с повышенной влажностью подвергают кипячению в воде в течение 4 ч. После охлаждения две лепешки подвергают дополнительному испытанию в автоклаве при давлении пара до 2 МПа в течение 3 ч. Цемент считается выдержавшим испытание, если на лицевой стороне всех четырех лепешек не обнаружится радиальных доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, которые видны невооруженным глазом, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешки.
Плотность цемента определяют в объемомере.

Изделия и конструкции, изготовленные с использованием портландцемента, широко используют в надземных, подземных и подводных условиях. Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона и железобетона в жилищном, промышленном, гидротехническом, до-рожлом строительстве и т. д. На нем изготовляют тяжелые и легкие бетоны, ячеистые бетоны, строительные растворы высоких марок, теплоизоляционные материалы и т. д. Портландцемент не следует применять для конструкций, подвергающихся воздействию морской, минерализованной и даже пресной воды проточной или под сильным напором. В этих случаях рекомендуется использовать цементы специальных видов (сульфатостойкие, цементы с добавками).