Цемент – порошкообразный строительный вяжущий материал, который состоит из клинкера и, при необходимости, гипса или его производных и добавок. При взаимодействии с водой или другими жидкостями цемент образует пластичную массу (цементное тесто), которая, затвердевая, превращается в прочный и долговечный цементный камень.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Цемент м500

О многом говорит название цемента. Но еще больше информации скрывается в его маркировке.

«М» – буква, означающая максимальную степень нагрузки, что будет способен выдержать цемент после высыхания.
Например, м400 показывает, что его максимальная нагрузка составляет 400 кг/м3. Широко используются цемент м400, м500.
Для строительных работ применяются м400 и цемент м500.
«Д» – буква, обозначающая процент содержащихся в цементе добавок. Их количество и состав определяют прочностные характеристики и его дополнительные свойства.
Маркировка м400 Д20 сообщает о том, выдерживающий нагрузку до 400кг/м3 цемент содержит 20% примесей. Используется такой бетон и в строительстве и для изготовления железобетона. Он обладает отличными морозостойкими и водостойкими показателями. Тонкость помола цемента определяется величиной остатка на сите, оснащенного сеткой установленного стандартами и техническими требованиями номера. Чем тоньше помол, тем выше скорость его схватывания и твердения, а так же прочность. Особенно это касается начального этапа твердения.

Цемент ПЦ500 Д0

Цемент марки ПЦ500 Д0 применяется при производстве ответственных бетонных и железобетонных конструкций в промышленном строительстве, где предъявляются высокие требования к водостойкости, морозостойкости, долговечности. Цемент этой марки эффективен при проведении аварийных ремонтных и восстановительных работ ввиду высокой начальной прочности бетона.

Цемент ПЦ500 Д20

Цемент марки ПЦ500 Д20 применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства сборного железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий и др., а так же успешно используется для изготовления бетонных и строительных растворов, штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ. Цемент этой марки обладает водостойкостью, морозостойкостью, пониженной сопротивляемостью коррозионным воздействиям по сравнению с обычным портландцементом.

Цемент ПЦ400 Д0

Цемент марки ПЦ400 Д0 используется для производства сборных бетонных и железобетонных конструкций с применением термовлажностной обработки, а также для бетонных, железобетонных подземных, надземных и подводных сооружений, подвергающихся действию пресных и минерализированных вод. Цемент этой марки успешно зарекомендовал себя для изготовления бетонных и строительных растворов.

Цемент ПЦ400 Д20

Цемент марки ПЦ400 Д20 применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства сборного железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий, стеновых панелей и др. Цемент этой марки обладает хорошей водостойкостью и морозостойкостью.

МАРКИРОВКИ ЦЕМЕНТОВ

Основная характеристика прочности цемента – его марка. Для всех видов цемента, кроме глиноземистых, быстротвердеющих и шлакопортландцемента, марка соответствует пределу прочности при изгибе образцов-балок размером 40?40?160 мм и сжатии их половинок из пластичного раствора состава 1:3 (по массе) в возрасте 28 сут, а быстротвердеющих портландцемента и шлакопортландцемента – через 3 и 28 сут. Марку для глиноземистого цемента устанавливают по результатам испытания через 3 сут.

Цемент, как и любой другой материал, применяемый в строительстве, различается по своим физико-техническим характеристикам в зависимости от того, в каких условиях предполагается его эксплуатация.

Цемент маркируется по двум характеристикам – это способность выдерживать определенную нагрузку и процентное соотношение к общему объему цемента различных добавок.

Первый параметр обозначается буквами «М» или «ПЦ» со стоящей рядом цифрой. Цифра будет указывать максимальные прочностные качества цемента.

Например маркировка «цемент М-500» указывает, что данный вид цемента способен выдержать нагрузку в 500 кг/см. Наиболее популярны цементы с маркировкой от 350 до 500, однако встречаются и цементы с отметкой 700. Здесь кстати можно цемент М500 купить цена его невысокая.

Второй параметр цемента, отраженной в его маркировке, является процентное содержание добавок. Оно обозначается буквой «Д». Например, цемент с маркировкой «Д20» будет содержать 20% добавок. Эта характеристика важна потому, что процент добавок влияет на пластичность и прочность цемента. Если цемент обладает какими-либо дополнительными специфическими свойствами, то на это указывают специальные обозначения.

Как уже было сказано выше, самыми популярными марками цемента являются марки от 350 до 500. Рассмотрим основные характеристики и применение некоторых из них.

Марка цемента «М (ПЦ) 400 – Д20» указывает на то, что этот вид цемента обладает повышенной морозостойкостью и водостойкостью. Основная сфера применения такого цемента – строительство. Его используют при изготовлении сборного железобетона, стеновых перекрытий, фундамента и т. д.

Практически аналогичными свойствами и сферой применения обладает цемент марки «М 500 – Д20», помимо хорошей водостойкости и морозостойкости данный вид цемента обладает пониженной сопротивляемостью коррозийным воздействиям. Его применяют, как и цемент марки «ПЦ 400 – Д20» для строительства, а так же он подходит для штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ и изготовления различных строительных растворов.

Цемент марки «М 500 – Д0» введенный в состав бетона, придает последнему такие характеристики, как: повышенная морозостойкость, водостойкость, долговечность. Он незаменим в промышленном строительстве, особенно при выполнении аварийных и восстановительных работ.

При строительстве сооружений, так или иначе связанных с воздействием пресной или минерализованной водой, надо использовать цемент марки «ПЦ (М) 400 – Д0». Без него не обойтись при изготовлении бетонных конструкций с применением термовлажностной обработки. Так же этот цемент хорош для изготовления бетонных и строительных растворов. Ещё одной важной характеристикой цемента является его время твердения. Этот процесс проходит в два этапа: первый – схватывание (начало твердения) цемента. Он занимает 40 – 50 минут. Второй – конец твердения. Он наступает через 10 – 12 часов.

ВИДЫ ЦЕМЕНТОВ

Белый цемент;
Водонепроницаемый расширяющийся цемент;
Водонепроницаемый безусадочный цемент;
Быстротвердеющий портландцемент;
Пластифицированный портландцемент;
Гидрофобный цемент;
Глиноземистый цемент;
Магнезиальный цемент;
Портландцемент;
Евроцемент;
Сульфатостойкий цемент;
Пуццолановый портландцемент;
Тампонажный цемент;
Шлаковый цемент;
Цветной цемент;
Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент.

Белый цемент (БЦ) (ГОСТ 965-78) изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах). Для повышения белизны и устранения зеленоватых оттенков клинкер подвергается отбеливанию.

По вещественному составу подразделяют на белый портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками. Выпускают марок 400 и 500. Содержание минеральных добавок в белом портландцементе не допускается, а в портландцементе с минеральными добавками не должно быть более 20%, в том числе инертных — более 10% от массы портландцемента.

Белый цемент является материалом с уникальными характеристиками, которые позволяют использовать его в изготовлении скульптурных элементов, колонн, а также при отделочных работах, например, фасада здания. Эстетические требования, предъявляемые к фасадам и другим парадным строительным элементам, делают применение белого цемента особенно эффективным.

Белый цемент применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой быстросхватывающее и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного помола и тщательного смешивания измельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало процесса – ранее 4 мин., окончание – не позднее 10 мин. с момента затворения.

Линейное расширение образцов из цементного теста, твердеющих в воде в течении 1 сут., должно быть в пределах 0,3-1%.

ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбных соединений создания гидроизоляционных покрытий, заделки стыков и трещин в железобетонных конструкциях и т.д.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) – быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тщательного смешивания глиноземистого цемента, полуводного гипса и гашеной извести. Начало схватывания не ранее 1мин., а конец не позднее 5мин. с момента затворенеия.

Цемент применяют для устройства гидроизолирующей торкретной оболочки бетонных и железобетонных сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности (туннели, фундаменты и т.д.).

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) (ГОСТ 10178-85) очень тонко измельчен, поэтому интенсивнее, чем обычный портландцемент, набирает прочность в начальный период твердения – через 1-3 сут. Этот цемент следует применять при ремонтных работах.

Пластифицированный портландцемент (ГОСТ 10178-85) получают, вводя при помоле клинкера около 0,25 % концентрата сульфитно-спиртовой бражки. Это поверхностно-активное вещество пластифицирует растворные смеси и повышает их морозостойкость.
Пластифицированный портландцемент применяют наравне с обычным портландцементом. Выпускают марок 300, 400 и 500.

Гидрофобный цемент (ГФЦ) (ГОСТ 10178-85) получают в результате тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гипсом и гидрофобизующей добавкой (асидол, мылонафт, олеиновая кислота, окисленный петролатум, кубовые остатки синтетических жирных кислот и др.).

Данный цемент обладает меньшим водопоглощением, большей морозостойкостью и водонепроницаемостью, чем обычный портландцемент; способен длительное время храниться даже во влажной среде без потери активности. Повышенное воздухововлечение данного цемента снижает прочность тяжелых бетонов, однако, при производстве легких и ячеистых бетонов это свойство играет положительную роль.
Гидрофобный портландцемент не комкуется и практически не теряет прочности при длительных перевозках и хранении. Выпускают марок 300 и 400.

Бетонные смеси на гидрофобном цементе подвергаются меньшему расслаиванию, стойки к попеременному увлажнению и высыханию.

Глиноземистый цемент (ГЛЦ) (ГОСТ 969-77) – быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания или сплавления сырьевой смеси, богатой глиноземом. В качестве сырьевых материалов для получения глиноземистого цемента используют известняк или известь и породы с высоким содержанием глинозема Al2O3, например бокситы.
Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных алюминатов кальция, главным из которых является однокальциевый алюминат CaO и Al2O3 .

Химический состав глиноземистого цемента характеризуется следующим содержанием оксидов, %:

Оксид алюминия Al2O3 40
Оксид кальция СаО 40
Оксид кремния SiO2 10
Оксид железа F2O3 10

Смешивать глиноземистый цемент с другими видами цемент с и известью нельзя, так как он разрушается даже слабыми растворами щелочей.

Обязательное условие нормального твердения глиноземистого цемента и длительного сохранения его прочности – пониженная положительная температура (ниже 25 °С) раствора (бетона) в пери, од твердения и при эксплуатации. В противном случае раствор (бетон) может потерять до 50 % прочности. Поэтому глиноземистый цемент не применяют в условиях жаркого климата, а изделия из него нельзя пропаривать.

Прочность глиноземистого цементного камня нарастает с большой скоростью. Уже через сутки сопротивление сжатию и растяжению достигает более 50 % проектной прочности.

Применение глиноземистого цемента ограничено его высокой стоимостью. Его используют при срочных ремонтных и аварийных работах, производстве работ в зимних условиях, для бетонных и железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию сильно минерализованных вод, получения жаростойких бетонов, а также изготовления расширяющихся и безусадочных цементов. Глиноземистый цемент используют для получения некоторых кислотостойких растворов, а также расширяющихся и безусадочных цементов.

Магнезиальный цемент (МГЦ) используют для устройства магнезиальных полов, как магнезиальное вяжущее, представляющее собой тонкодисперсный порошок, активной частью которого является оксид магния. Оксид магния, в свою очередь, есть продукт умеренного обжига природных карбонатных пород магнезита или доломита.

Портландцемент (ГОСТ 10178-85) и его разновидности являются основными вяжущими веществами в строительстве. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера с гипсом, а также со специальными добавками.

Портландцементный клинкер – продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых материалов (мергеля, доменного шлака и прочие). При обжиге обеспечивается преимущественное содержание в клинкере высокоосновных силикатов кальция. Для регулирования сроков схватывания портландцемента в клинкер при помоле добавляют двуводный гипс в количестве 1,5-3,5% (по массе цемента в пересчете на SO3).

По составу различают: портландцемент без добавок; портландцемент с минеральными добавками; шлакопортландцемент и другие.
Химический состав клинкера портландцемента определяют по содержанию важнейших оксидов, которые должны находиться в следующих пределах, %:

Оксид кальция СаО 62-68
Оксид кремния SiO2 8-26
Оксид алюминия А12О3 4-9
Оксид железа Fe2O3 0,3-6

Этому условию отвечают природные мергели и искусственные смеси известняка с глиной в соотношении примерно 3:1 (по массе). Вместо известняка можно использовать мел. Примерный минералогический состав портландцементного клинкера следующий, %:

Трехкальциевый силикат (алит) 3CaOSiO2 40-65
Двухкальциевый силикат (белит) 2СаО SiO2 15-40
Трехкальциевый алюминат ЗСаОАlО3 15
Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаОА12О3Ре2О3 10-20

Трехкальциевый силикат химически очень активен в реакции с водой и обладает способностью быстро твердеть, развивая при этом высокую прочность. Двухкальциевый силикат значительно менее активен. Твердеет он очень медленно. Продукт твердения обладает невысокой прочностью. Трехкальциевый алюминат – наиболее активный минерал. Очень быстро твердеет, но продукт твердения имеет низкую прочность. Четырехкальциевый алюмоферрит по активности в реакции с водой, скорости твердения и прочности занимает промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами.

Взаимодействие цементного порошка с водой сопровождается выделением теплоты. Величина тепловыделения определяется в первую очередь минералогическим составом цемента и скоростью гидратации; меньшее влияние оказывают тонкость помола, сроки и условия хранения цемента.

При испытании кипячением в воде образцы, изготовленные из портландцемента, должны равномерно изменять объем. Поэтому количество ангидрида серной кислоты SO3 в портландцементе и его разновидностях должно быть не менее 1,0 и не более 3,5 %, а в портландцементах и портландцементах с минеральными добавками марок 550 и 600 — не менее 1,5 и не более 4%. Содержание оксида магния MgO в исходном клинкере — не более 5%. Портландцемент с минеральными добавками может содержать до 20 % гранулированного шлака или прочих активных добавок, включая глиежи, или до 10 % активных добавок осадочного происхождения (кроме глиежей).

Сульфатостойкий цемент (ГОСТ 22266-76) изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава: в клинкере должно быть не более 5% трехкальциевого алюмината и не более 50% трехкальциевого силиката. Низкое предельное содержание трехкальциевого алюмината требуется потому, что сульфатная коррозия развивается в результате взаимодействия сульфатов, находящихся в окружающей среде, с трехкальциевым гидроалюминатом цементного камня. Если в цементном камне С3А присутствует в малых количествах, то образуется незначительное количество гидросульфоалюмината кальция. Тогда он не опасен, так как распределяется в порах бетона, вытесняя оттуда воду или воздух, и внутренних напряжений в бетоне не вызывает.
Сульфатостойкий цемент обычно выпускают двух марок: 300 и 400.

Пуццолановый портландцемент (ГОСТ 22266-76) получают путем совместного помола цементного клинкера нормированного минералогического состава, необходимого количества гипса и активной минеральной добавки вулканического (25…40 % от массы цемента) или осадочного (20…30 %) происхождения. Пуццолановый портландцемент хорошо твердеет в воде и во влажных условиях. Растворные смеси, изготовленные на этом цементе, не дают высолов и отличаются повышенной водостойкостью и водонепроницаемостью. Применяют пуццолановый портландцемент преимущественно в гидротехническом строительстве и при облицовке плавательных бассейнов, где плоскости подвержены воздействию морской воды.

Тампонажный цемент – разновидность портландцемента, и предназначенный для цементирования нефтяных и газовых скважин. Тампонажный цемент изготовляют совместным тонким измельчением клинкера и гипса. В России выпускают тампонажный цемент двух видов: для так называемых холодных (с температурой до -40°С) и горячих (до +75°С) скважин. Тампонажный цемент применяют в виде цементного теста, содержащего 40-50% воды.

Шлаковый цемент (ГОСТ 10178-85) – общее название цементов, получаемых совместным помолом гранулированных доменных шлаков с добавками-активизаторами (известь, строительный гипс, ангидрит и другие) или смешением этих, раздельно измельченных, компонентов.
Шлакопортландцемент изготовляют совместным помолом портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака 21…80% и необходимого количества гипса. К разновидности этого цемента относится быстротвердеющий шлакопортландцемент.

Различают следующие виды шлакового портландцемента: известково-шлаковый с содержанием извести 10-30% и гипса до 5% от массы цемента и сульфатно-шлаковый с содержанием гипса или ангидрита 15-20%, портландцемента до 5% или извести до 2%. Шлаковый цемент применяют для получения строительных растворов и бетонов, используемых преимущественно в подземных и подводных сооружениях. Известково-шлаковый цемент наиболее эффективен в производстве автоклавных материалов и изделий.
Шлакопортландцемент схватывается и твердеет медленнее, чем портландцемент.

Цветной портландцемент (ГОСТ 15825-80) получают из клинкера белого цемента, цветного клинкера, а также из отбеленных клинкеров путем тщательного смешивания или совместного помола с пигментами различных цветов (например, с охрой, железным суриком, оксидом хрома).
Пигменты должны быть щелоче- и светостойкими. Цветные портландцементы бывают желтые, розовые, красные, коричневые, зеленые, голубые и черные. Белый и цветные портландцемеиты, способствующее архитектурно-декоративному оформлению сооружений, применяют при устройстве мозаичных и плиточных облицовок, террацциевых покрытий полов и полов из мраморной или гранитной брекчии, а также для изготовления мозаичных изделий и бетонных фасадных плит.

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент получают путем совместного помола или тщательного смешивания раздельно молотых кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Затворяют такой цемент водным раствором натриевого жидкого стекла. Цементный камень способен противостоять действию большинства минеральных и органических кислот. Однако он теряет прочность в воде, а в едких щелочах разрушается.

Кислотоупорный цемент используют для изготовления кислотостойких бетонов (растворов). При этом применяют мелкий и крупный заполнитель из кислотостойких пород (гранит, андезит, бештаунит).

Кислотоупорную бетонную (растворную) смесь, уложенную в конструкцию, в процессе твердения необходимо обработать какой-либо крепкой минеральной кислотой (откисловать), например соляной. При этом бетонная (растворная) смесь уплотняется за счет выделения новых количеств геля кремниевой кислоты и обезвоживания дегидрата Si(OH)4 концентрированной кислотой. Гель кремниевой кислоты переходит в твердый опаловидный кремнезем SiO2?Н2О.

Прочность при сжатии кислотоупорного бетона, обработанного концентрированной кислотой, достигает 50…60 МПа.

КОРРОЗИЯ РАСТВОРА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЁ

Коррозия раствора (бетона) почти всегда начинается с коррозии цементного камня, стойкость которого значительно меньше, чем заполнителей. Коррозия, поражающая раствор (бетон), может быть трех видов:

растворение и вымывание (выщелачивание) гидрооксида кальция из цементного камня пресной водой;
образование легкорастворимых солей при взаимодействии составляющих цементного камня с веществами окружающей среды и вымыванием 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 цементного камня от коррозии разнообразны, но всё они могут быть сведены в следующие группы:
выбор надлежащего цемента;
изготовление особо плотного бетона;
применение защитных покрытий и облицовок, практически исключающих воздействие агрессивной среды на бетон.

ТВЕРДЕНИЕ ЦЕМЕНТА

Процесс твердения цемента характеризуется тем, что изготовленное из вяжущего вещества цементное тесто постепенно теряет подвижность, переходя из полужидкого состояния в более плотное.

В процессе твердения цемента различают три этапа:

1) растворение, когда растворимые продукты реакции переходят в раствор, обнажая следующие слои цементных зерен, в свою очередь реагирующие с водой. Так происходит до полного насыщения жидкой фазы продуктами реакции;

2) коллоидация, или схватывание, во время которого твердые продукты реакции не могут растворяться в насыщенной уже жидкой фазе и поэтому образуют коллоидную систему в форме геля или студня. При этом цементное тесто утрачивает свою подвижность и текучесть, т. е. схватывается;

3) кристаллизация, которая характеризуется тем, что образовавшиеся гели преобразовываются в укрупненные, менее растворимые кристаллы, дающие так называемый кристаллический сросток. Тесным переплетением подобных кристаллов и объясняются высокие механические свойства затвердевшего цемента.

Ускорение твердения достигается выбором надлежащего минералогического состава цемента, тепловлажностной обработкой, использованием специальных добавок, а также применением – электропрогрева. Замедлителями схватывания могут служить нитраты кат. лия, натрия, аммония, увеличивающие растворимость свободной извести в воде