Свойства портландцемента

Истинная плотность. Истинная плотность портландцемента составляет 3, 0…3, 2 г/см³.

Средняя плотность. Средняя плотность портландцемента составляет 900…1100 кг/м³.

Тонкость помола. Она устанавливается ситовым анализом при просеивании через сито №008 с размером ячеек 0, 08 мм. Через него должно проходить не менее 85% пробы.

Достаточно часто тонкость помола оценивают удельной поверхностью – суммарной площадью поверхности зерен цемента, содержащихся в 1 г. Для большинства цементов она составляет 2800…3000 см²/г.

Сроки схватывания. Сроки схватывания портландцемента составляют: начало схватывания – не ранее 45 минут, конец – не позднее 10 часов. Они определяются на приборе Вика, снабженном иглой.

Водопотребность. Вода, добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального течения реакций гидратации, а также для придания цементному тесту необходимой подвижности. Для обеспечения процессов гидратации необходимо ~ 15% воды от массы цемента, однако для обеспечения требуемой подвижности цементного теста воды берут гораздо больше (21…28%).

Влияние температуры на твердение цемента. Понижение температуры замедляет твердение цемента, так как скорость реакций гидратации уменьшается. При температуре ниже 0 твердение цемента практически прекращается, так как вода превращается в химически инертный лед. Если после замерзания твердеющий цемент оттаивает, то твердение возобновляется, но конечная прочность цементного камня при этом становится значительно меньшей, чем была бы без замораживания.

Повышение температуры ускоряет процесс твердения цемента, так как скорость реакций гидратации, как и других химических реакций, возрастает в 2…4 раза при повышении температуры на каждые 10 °С. Но увеличение прочности будет только в том случае, если твердение цемента протекает в атмосфере повышенной влажности. Иначе повышение температуры может привести к пересыханию цементного камня и значительно снизить его прочность.

Прочность. Прочность портландцемента характеризуется его маркой, которую устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов-балочек размером 4·4·16 см и сжатии их половинок. Образцы изготавливают из цементно-песчаного раствора состава цемент: песок как 1: 3 с В/Ц, определяемым стандартным испытанием на расплыв конуса, и испытывают через 28 суток нормального твердения (т.е. при комнатной температуре и влажности, близкой к 100%.). Марка портландцемента обозначается М. Выпускают цементы следующих марок: М 300, М 400, М 500, М 600 (R_сж. = 30-60 МПа).

Марка – это прочностная характеристика, с которой портландцемент отпускается цементным заводом. Но с течением времени, особенно при небрежном или длительном хранении и транспортировке на большие расстояния, происходит частичная гидратация цемента и прочность его уменьшается.

19 Быстротвердеющие и декоративные цементы

Быстротвердеющие цементы. Быстротвердеющий цемент– это цемент, отличающийся повышенной прочностью при сжатии в 3-суточном возрасте (R_сж.= 25…28 МПа). Это достигается регулировкой минерального состава (в нем содержатся наиболее быстротвердеющие минералыС₃S + С₃А= 60…65%) и более тонким помолом (до удельной поверхности 3500…4000 см²/г).

Особо быстротвердеющий портландцемент содержит еще больше быстротвердеющих минералов (С₃S = 65% и С₃А= 8%) и еще более тонко размолот до 4000…4500 см²/г. Он характеризуется повышенной прочностью при сжатии через одни сутки твердения (R_сж.=20…25 МПа).

Сверхбыстротвердеющий цемент по химическому составу и тонкости помола аналогичен особо быстротвердеющему цементу, но дополнительно содержит ускоритель твердения портландцемента – хлористый кальций CaCl₂. Сверхбыстротвердеющий цемент характеризуется повышенной прочностью при сжатии в возрасте 6 часов после затворения (R_сж.= 10…15 МПа).

Белый и цветные цементы. Белый цемент изготавливают из сырьевых материалов с минимальным содержанием окрашивающих примесей – белых известняков и белых каолиновых глин. Для обжига применяют топливо, не загрязняющее его золой (газовое). Белый портландцемент по степени белизны выпускают 3 сортов. В качестве эталона для определения степени белизны применяют молочное матовое стекло с коэффициентом отражения не менее 95%. Степень белизны по коэффициенту отражения должна быть для 1 сорта (БЦ-1) – не ниже 80, для 2 сорта (БЦ-2) – не ниже 75 и для 3 сорта (БЦ-3) – не ниже 68%.

Цветные цементы получают совместным помолом белого клинкера с гипсом и свето- и щелочестойкими пигментами в количестве 10…15% от массы цемента. В качестве пигментов используют тонкомолотые цветные порошки, природные и искусственные. К природным пигментам относятся охра (коричнево-желтый цвет), сурик (коричнево-красный цвет), сажа – черный цвет и др. К искусственным пигментам относятся оксиды и соли металлов, например, оксиды хрома – желтый и зеленый цвет, оксиды марганца – голубой и черный цвет и т.д.

Выпускают 7 разновидностей цветных цементов: желтый, розовый, красный, коричневый, голубой, зеленый, черный.

Белые и цветные цементы применяются для индустриальной отделки стеновых панелей, при изготовлении лестничных ступеней, подоконных плит, в дорожном строительстве для устройства разделительных полос, а также в других случаях архитектурно-художественного оформления зданий и сооружений.

20 Цементы с поверхностно активными добавками(пластифицированные и гидрофобные)

Пластифицированный портландцемент. Он представляет собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с гипсом и пластифицирующей добавкой. В качестве пластифицирующей добавки используют побочные продукты производства целлюлозы в количестве 0, 15…0, 25% от массы цемента. Эти добавки адсорбируются на поверхности цементных зерен полярными группами наружу и образуют пленки, которые, будучи гидрофильными, притягивают молекулы воды, обеспечивая гидродинамическую смазку, препятствующую слипанию зерен цемента. В результате повышается пластичность цементного теста. За счет пластифицирующего эффекта можно, сохраняя пластичность цементного теста неизменной, понизить водо-цементное отношение, что приводит к экономии цемента. В основном пластифицированный портландцемент используют в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве, а также при устройстве наливных бесшовных полов.

Гидрофобный портландцемент. Он представляет собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с гипсом и гидрофобной добавкой в количестве 0, 06…0, 3% от массы цемента. В качестве гидрофобных добавок используют поверхностно-активные вещества (мылонафт, асидол и др.). Эти добавки ориентируются на цементном зерне гидрофобными концами наружу и придают цементу гидрофобные свойства. Гидрофобный портландцемент отличается пониженной гигроскопичностью при хранении и перевозке. Гидрофобные добавки образуют на зернах цемента пленки, затрудняющие способность цемента смачиваться водой. Поэтому ему присуще несколько замедленное твердение. Его рекомендуется применять в тех случаях, когда необходимо его длительное хранение или транспортировка на дальние расстояния.

21 Цементы с мин. добавками (пуццолановый и шлакопортландцемент)

Пуццолановый портландцемент. Его изготавливают путем совместного помола портландцементного клинкера с гипсом и активной минеральной добавкой природного происхождения, причем добавок осадочного происхождения должно содержаться 20…30%, а добавок вулканического происхождения – 25…40%.

Пуццолановый портландцемент отличается повышенной стойкостью в сульфатных и пресных водах, высокой водонепроницаемостью, малым тепловыделением при твердении. К недостаткам его относится невысокая морозостойкость, большая усадка при твердении на воздухе, замедленное твердение. Марки по прочности М 300 и 400. Пуццолановый портландцемент применяют для производства бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкций, а также для массивных гидротехнических сооружений.

Шлакопортландцемент. Его получают путем совместного помола портландцементного клинкера с гипсом и доменным гранулированным шлаком в количестве от 21 до 80%.

Шлакопортландцемент характеризуется высокой коррозионной стойкостью, высокой водонепроницаемостью, незначительной усадкой при твердении, а также невысокой стоимостью (~ на 20% дешевле портландцемента). Кроме того, шлакопортландцемент при твердении выделяет в 2…2, 5 раза меньше тепла, что делает его незаменимым вяжущим для массивных конструкций. В отличие от пуццоланового портландцемента, шлакопортландцемент обладает более высокой морозостойкостью и меньшей усадкой на воздухе в процессе твердения, но также замедленно набирает прочность. Его используют в гидротехническом строительстве, а также для конструкций, подвергающихся частому увлажнению и высыханию.