Быстротвердеющий и высокопрочный портландцементы: марки, минералогический

состав, тонкость помола. Рост прочности во времени, область применения. Быстротвердеющий портландцемент - цемент на основе портландцементного клинкера, обеспечивающий получение (в нормальных условиях твердения) нормативных значений прочности образцов в ранние сроки (2-3 суток), наряду с прочностью в возрасте 28 суток. По ГОСТ 10178 к быстротвердеющим цементам (Б) относят портландцементы с минеральными добавками (ПЦД20-Б) и шлакопортландцементы (ШПЦ-Б), соответствующие следующим показателям прочности: Цемент Предел прочности, МПа

При изгибе При сжатии

3 суток 28 суток 3 суток 28 суток

ПЦ 400 Д20-Б 3, 9 5, 4 24, 5 39, 2

ГШ 500 Д20-Б 4, 4 5, 9 27, 5 49, 0

ШТТЦ 400-Б 3, 4 5, 4 21, 5 39, 2

В ряде случаев, требованиям повышенной начальной прочности, характерной для быстротвердеющих цементов, отвечают рядовые высокопрочные цементы.По проектам российских стандартов (ГОСТ 31108-2003), приближенных к европейским нормам (EN), для быстротвердеющих цементов нормируется повышенная, по сравнению с нормально твердеющими цементами, прочность при сжатии в возрасте 2 сут., а также прочность при сжатии в 28 сут. По стандарту EN-197 начальная прочность (2 сут.) для быстротвердеющего цемента R класса прочности 32, 5 R должна превышать 10 МПа, для класса прочности 42, 5 R - 20 МПа, а для 52, 5 R - 30 МПа.По уровню строительно-технических свойств быстротвердеющие цементы, кроме темпа набора прочности (обеспечение прочности в 2-3 сут.), не отличаются от рядовых портландцементов той же марки (класса прочности).К специфическим особенностям таких цементов можно отнести лишь их пониженную воздухостойкость (атмосферостойкость), обусловленную их высокой удельной поверхностью. Производство этого типа цементов основывается на обеспечении более высокой тонкости помола (по сравнению с рядовыми) цементов, нормировании вещественного состава (содержание и вид гидравлических добавок) и оптимизации минералогического состава клинкеров. Применительно к составам сухих строительных смесей использование быстротвердеющих цементов может быть предпочтительнее применения рядовых цементов тех же марок (класса прочности) для многих рецептур: шпатлёвок, клеёв, ремонтных, гидроизоляционных и др., однако производитель сухих смесей при разработке рецептур и регламентации сроков хранения смесей должен учесть вероятность более быстрой потери активности таких цементов во времени.Применение быстротвердеющего цемента целесообразно там, где желателен быстрый рост прочности. Например, когда необходимо быстрее освободить формы и подготовить их для повторного использования или когда для дальнейшего строительства требуется максимально быстро достигнуть требуемой прочности. Однако, поскольку высокая интенсивность роста прочности сопровождается и высокой скоростью тепловыделения, быстротвердеющий портландцемент не следует применять в массивных сооружениях и конструкциях. С другой стороны, применение цемента с высокой скоростью тепловыделения при строительстве в условиях низких температур может обеспечить удовлетворительную стойкость к воздействию мороза в раннем возрасте. Высокопрочные портландцементы - цементы на основе портландцементного клинкера, обеспечивающие получение в нормальных условиях твердения значения предела прочности при сжатии стандартных образцов в возрасте 28 суток твердения, превышающие 50 МПа, что соответствует марке 500 и выше (ГОСТ 10178) или классу прочности 52, 5 и выше (ГОСТ 30515).Такая оценка цементов по прочности достаточно условна: она характеризует только потенциальную способность цемента образовывать высокопрочный камень (раствор, бетон). Следует иметь в виду, что прямая зависимость прочности раствора и бетона от значения прочности (активности) цемента наблюдается только при особых условиях. Кроме активности цемента, прочность искусственного камня зависит от многих факторов: содержания, вида и свойств заполнителей, значения В/Ц и др., и, например, на основе цемента марки 500 может быть приготовлен бетон как марки 200, так и марки 700. Высокопрочные портландцементы чаще всего являются бездобавочными, или содержат небольшое количество активной гидравлической добавки (5-7%). Условия получения таких цементов: нормирование минералогического состава клинкера (применение алитово-алюминатных клинкеров), обеспечение высокой удельной поверхности цемента (450 мг/кг и более), обеспечение оптимального гранулометрического состава, получение клинкеров определённого структурного типа и др. Высокопрочные цементы, характеризующиеся активностью, превышающей нормированные показатели (например, по ГОСТ 10178), могут выпускаться производителем цемента по техническим условиям (ТУ), в соответствии с которыми может предусматриваться выпуск цементов марок 700 и выше. Свойства высокопрочных портландцементе в отличаются от свойств рядовых портландцементов; помимо более высокой прочности в 28 суток, в большинстве случаев такие цементы характеризуются более высокой прочностью в ранние сроки твердения, быстрым темпом набора прочности, а также, при правильном подборе состава растворов и бетонов, более высокой морозостойкостью, коррозионной устойчивостью, низкой водопроницаемостью. Для высокопрочных цементов (500, 550 и 600) по ГОСТ 10178 прочность в ранние сроки твердения не нормируется, однако в проектах стандартов, приближённых к европейским нормам (ГОСТ 31108-2003), для них нормируется значение прочности в ранние сроки твердения (2 или 7 сут.). Цементы, характеризующиеся более высокой ранней прочностью, чем это предусмотрено для рядовых цементов, относят к быстротвердеющим.

57. Пластифицированный портландцемент, свойства, особенности применения. некоторые свойства портландцементов могут быть улучшены, если ввести в них небольшое количество органических ПАВ. При этом, в частности, удается уменьшить потерю активности цемента при длительном хранении, снизить водопотребность, повысить пластичность растворных и бетонных смесей, уменьшить их расслаивание, водоотделение. Кроме того, введение ПАВ позволяет улучшить некоторые свойства затвердевших растворов и бетонов (морозостойкость, коррозионную стойкость и др.).

Все виды органических поверхностно-активных добавок в зависимости от их влияния на поверхностные свойства цементов и цементного камня разделяют на две основные группы: повышающие смачиваемость цементного порошка водой — гидрофильные, и понижающие ее — гидрофобные. В соответствии с этим портландцемеиты с гидрофильными добавками называют пластифицированными, а с гидрофобными добавками — гидрофобными. Изготовляют также пластифицированно-гидрофобиые цементы.

Пластифицирующие добавки можно вводить в различные виды портландцемента как при помоле клинкера с гипсом, так и при изготовлении растворных и бетонных смесей. По ГОСТ 10178—76 (с изм.) разрешается выпускать портландцемеиты различных видов и марок с пластифицирующими или гидрофобизирующими добавками по согласованию с потребителями. Предельное количество этих добавок в портландцемеитах—0, 3% по массе вяжущего.

До недавнего времени в качестве пластифицирующей добавки чаще всего применяли концентраты ССБ. Сейчас применяют СДБ. Она, как и ССБ, состоит в основном из кальциевых солей лигносульфоновых кислот с примесью редуцирующих и минеральных веществ и воды. Свойства СДБ практически не отличаются от свойств ранее применявшейся ССБ. СДБ выпускают, подобно ССБ, в виде концентратов: жидких (КДЖ — концентрат дрожжевой жидкий) и твердых (КДТ — концентрат дрожжевой твердый). Свойства СДБ регламентированы ОСТ 81-79-74.

По ГОСТ 10178—76 (с изм.) раствор из смеси пластифицированного цемента с нормальным песком состава 1: 3 и В/Ц — 0, 4 должен обладать такой пластичностью, при которой расплыв образца в виде конуса из этого раствора после 30 встряхиваний на встряхивающем столике был бы не менее 125 мм. Расплыв конуса из такого же раствора на портландцементе не превышает обычно 106—115 мм. Пластифицирующее действие различных добавок на портландцементы целесообразно также устанавливать при расплыве конуса 105—ПО мм, но при пониженном водоцементном отношении, что дает возможность оценивать влияние добавки на прочность вяжущего.

Пластифицирующие добавки позволяют получать бетоны или растворы заданной удобоукладываемости и прочности с пониженным расходом цемента (на 5—10 % меньше) по сравнению с бетонами, получаемыми на портландцементе без добавок. При одинаковом расходе пластифицированного цемента получают бетонные смеси равной подвижности, но при меньшем водоцементном отношении, что способствует увеличению плотности, прочности, морозостойкости и водонепроницаемости бетона.

Вместе с тем введение в цемент органических пластифицирующих добавок отрицательно отражается на скорости гидратации и твердения цемента, особенно в начальные сроки, хотя к 28 сут прочность бетонов на цементах с добавками и без них достигает одинаковых показателей. Это несколько осложняет применение пластифицированного портландцемента в заводском производстве бетонных и железобетонных изделий. Новые исследования показывают, что эффект пластификации в большой мере зависит от подбора той или иной добавки в зависимости от минерального состава и других свойств цемента, а также от количества вводимого пластификатора. Оптимально пластифицированные цементы характеризуются примерно такой же интенсивностью твердения, что и исходные. Это отрицательное влияние некоторых пластифицирующих добавок устраняется также одновременным вводом в бетонные смеси добавок — ускорителей твердения [СаС12) Са(гЮз)г и др.]. Например, по данным Б. Д. Тринкера, введение в бетонные смеси 0, 15 % СДБ по массе цемента совместно с NaN03 или Na2S04 (0, 5—1 %) не только устраняет замедление твердения, но и в несколько раз повышает морозостойкость бетона.

Пластифицированные портландцементы рекомендуются для бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, подвергающихся систематическому замерзанию и оттаиванию или увлажнению в пресной воде и высыханию. При этом необходимо, чтобы цемент по своему химико-минеральному составу удовлетворял требованиям, предъявляемым к специальным видам портландцемента. Эти цементы, наряду с рядовым портландцементом, применяют также при возведении обычных монолитных бетонных и железобетонных конструкций, а также при заводском производстве изделий. Если изделия пропаривают, то режим обработки устанавливают опытным путем.

59. Цемент для дорожных и аэродромных покрытий. Бетон в дорожных покрытиях постоянно подвергается механическим, физическим и химическим воздействиям (температурным и влажностным колебаниям, влиянию дождевых и грунтовых вод и т. п.). Для обеспечения высокой долговечности дорожных бетонов их изготовляют на специальных цементах.

Портландцемент для бетона дорожных и аэродромных покрытий отличается от обычного повышенной морозостойкостью, стойкостью против истирающих и ударных воздействий, малой усадкой, повышенной прочностью на растяжение и изгиб. Эта разновидность портландцемента по своим свойствам должна отвечать требованиям ГОСТ 10178—76 (с изм.) со следующими специальными показателями: содержание трехкальциевого алюмината СзА в клинкере не более 8 %; допускается добавка в этот цемент только доменного гранулированного шлака (ГОСТ 3476—74) в количестве не более 15 % по массе; начало схватывания цемента должно наступать не ранее 2 ч от начала затворения. По механической прочности эта разновидность портландцемента должна соответствовать маркам 400 и 500 ГОСТ 10178—76 (с изм.) и ГОСТ 310.1— 76 — ГОСТ 310.4—81.

Для снижения водопотребности бетонных смесей и повышения морозостойкости бетона на этом цементе полезно вводить в них пластифицирующие, воздухововлекающие и гидрофобизирующие добавки (СДБ, асидол-мылонафт, СНВ, ГКЖ-Ю, ГКЖ-П и др.).

58. Гидрофобный цемент, состав, свойства, область применения. Введение в портландцементы различных гидрофобизирующих добавок предложено М. И. Хигеровичем и Б. Г. Скрамтаевым. В качестве добавок в настоящее время применяют многие вещества, в том числе мылонафт, асидол и др.

Мылонафт — мазеобразное вещество, состоящее преимущественно из натриевых солей нерастворимых в воде органических кислот, извлекаемых из отходов щелочной очистки керосиновых, соляровых и других дистиллятов нефти.

Асидол — густая жидкость, смесь нефтяных кислот, извлекаемых из щелочных отходов, образовавшихся при очистке масляных и соляровых дистиллятов нефти.

Асидол-мылонафт — мазеобразное вещество, смесь свободных нерастворимых в воде нефтяных кислот и их натриевых солей.

ГКЖ-94— полиэтилгидросилоксан, также кремнийорганическое вещество. Обычно они поступают потребителям в виде водной эмульсии. Порошковидные материалы имеют обозначение ГКП.

Гидрофобные добавки вводят в количестве 0, 06—0, 3 % по массе цемента, считая на сухое вещество. Точное дозирование добавок обязательно.

Гидрофобные поверхностно-активные добавки адсорбируются на зернах цемента в виде тончайших (мономолекулярных) слоев и образуют на их поверхности водоотталкивающую пленку, придающую цементу ряд особых свойств. При недостаточном количестве вводимой добавки цемент приобретает эти специфические свойства лишь частично, а при избыточном количестве увеличивается пористость цементного камня и снижается его прочность вследствие усиленного вовлечения воздуха в бетонную или растворную смесь. Поэтому при производстве гидро-фобизированного цемента оптимальное количество гидрофобных добавок выявляют опытным путем с учетом их свойств, а также клинкера и минеральных добавок. Гид-рофобизирующий эффект дают и такие вещества, как абиетат натрия (СНВ), омыленный древесный пек. Однако применять их менее целесообразно из-за повышенной способности к ценообразованию и вовлечению воздуха в бетонную смесь.

Цементы с гидрофобными добавками отличаются пониженными гигроскопичностью и капиллярным подсосом, способны длительное время сохранять активность при хранении даже в среде с повышенной влажностью воздуха и не превращаться в комки при кратковременном воздействии воды. По ГОСТ 10178—76 (с изм.), цементы с гидрофобизирующей добавкой не должны впитывать в себя воду в течение 5 мин с момента нанесения капли на поверхность вяжущего. В обычный цемент вода впитывается за 1—2 с.

Во время перемешивания растворной или бетонной смеси гидрофобные пленки легко удаляются с частиц цемента зернами заполнителей, в результате чего смесь приобретает способность нормально схватываться и твердеть. Более того, при этом увеличивается однородность смеси, повышается ее пластичность. Последнее объясняется прежде всего смазывающим действием гидрофобных пленок, уменьшающих трение между частицами смеси.

Пластифицирующий эффект гидрофобных добавок проявляется в большей мере в тощих бетонных или растворных смесях и особенно в смесях, содержащих заполнители с неблагоприятным зерновым составом.

В последние годы с успехом начали использовать комплексные гидрофобно-пластифицирующие добавки, содержащие наряду с гидрофобными функциональными группами также и гидрофильные, что придает им универсальность воздействия и на тощие, и на жирные растворные и бетонные смеси. Гидрофобные добавки влияют и на процессы твердения, способствуют образованию цементного камня с более однородной и мелкозернистой структурой. Растворы и бетоны на портландцементах с этими добавками характеризуются меньшей водопроницаемостью и повышенной морозостойкостью. Гидрофобные пленки на поверхности зерен цемента несколько замедляют процессы твердения, особенно в первые сроки, однако это с избытком компенсируется положительными свойствами гидрофобизмрованных цементов. Некоторое замедление скорости твердения гидрофобизмрованных цементов иногда устраняют вводом в них 0, 5—1 % хлористого магния или сернокислого алюминия. Для этой же цели разработаны многокомпонентные гидрофобно-пластифицирующие добавки, включающие органические вещества, ускоряющие процессы твердения. Свойства таких добавок регламентированы нормативными документами.

Портландцементы с гидрофобными добавками целесообразнее всего применять при изготовлении бетонов для гидротехнического, дорожного, аэродромного и других видов строительства, где наиболее эффективно используются его специальные свойства (повышенная водонепроницаемость, стойкость против попеременного замерзания и оттаивания, увлажнения и высыхания и др.), Весьма рационально применять гидрофобизироваиный цемент для облицовки и оштукатуривания зданий. Это уменьшает опасность появления выцветов.