Портландцемент и его свойства

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.).

Портландцемент - вяжущее  вещество, обладающее гидравлическими  свойствами, состоящее из портландцементного клинкера, гипса и добавок.

Портландцемент характеризуют  следующими способами:

·по химическому составу: общему (валовому) содержанию в цементе  химических элементов, представленных в оксидной форме. Обычно в портландцементе  определяют содержание СаО, SiO2, AI2O3, Fe2O3, MgO, К2О, Na2O, SO3, а также ионов Cl-. Такая характеристика является малоинформативной с позиций прогнозирования свойств цемента, поскольку содержание химического элемента не соотносится с определёнными фазовыми составляющими цемента; например, содержание диоксида кремния (SiO2), связанного в силикаты кальция, суммируется с количеством кремнезёма, входящего в состав гидравлической добавки без учёта распределения их в этих составляющих цемента. Тем не менее, при сертификации цемента такую характеристику применяют.

·по вещественному составу: содержанию клинкера, гипса и добавок  в массовых %. При этом обычно указывается  не только содержание добавок, но и  их тип (шлак, зола, трепел и т.д.). Во многих случаях дополнительно приводят химический состав портландцементного клинкера, на основе которого произведён портландцемент. Химический состав клинкера характеризуют содержанием химических элементов в оксидной форме, в  виде модульных характеристик (n, р) и коэффициента насыщения (КН), а также в виде расчётного минералогического состава клинкера.

·по фактическому фазово-минералогическому  составу цемента: содержанию основных минералов и фаз, определённому  инструментальными методами физико-химического  анализа - петрографическим, рентгенофазовым  и др. В этом случае состав цемента, наряду с фазами клинкера (алит, белит, алюмоферрит, алюминат), характеризуется содержанием минералов и фаз, входящих также в состав гипса и добавок. Такой способ характеристики состава цемента наиболее информативен с позиций прогнозирования его свойств, однако ограничено доступен производственным лабораториям.

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%.

При содержании в портландцементе  серного ангидрида SO3 более 3.5% или  MgO более 4.5% наблюдается неравномерность изменения объема. Гидравлический модуль портландцемента 1.7 - 2.7. С целью увеличения содержания в портландцементе того или иного оксида в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки, т.е. вещества, содержащие значительное количество того или иного оксида. При помоле клинкера добавляют до 5% гипса для регулирования сроков схватывания.

Улучшение некоторых свойств  портландцемента и снижение его  стоимости возможно путем введения до 15% активной минеральной добавки  при измельчении клинкера. Портландцемент с активными минеральными добавками  маркируют следующим образом: ПЦ 500Д15. Без добавок: ПЦ 500Д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технология получения  цемента

Основные технологические  операции, выполняющиеся для получения  цемента:

1.Добыча сырья и приготовление  сырьевой смеси.

2.Обжиг сырьевой смеси  и получение цементного клинкера.

3.Помол цементного клинкера с добавкой

Добыча сырья

Добыча сырья является основной в ступени производства цемента. Сырьём для цемента служит слой известняка зеленовато - жёлтого  цвета. Добыча ведётся открытым способом. Залегания цементного известняка располагается  на глубину до 10 м. неравномерными слоями до 0,7 м. Из опыта геологоразведочных работ таких слоёв, как правило, четыре. Первичная обработка

После добычи известняк транспортируют и производят специальную сушку  и первичный помол с добавлением  специальных добавок. В маркировке такого цемента добавляется обозначение  Д20, например ПЦ500 Д0 обозначает 0% добавок, а ПЦ 400Д20 - 20% добавок. В конце прохождения  этой стадии смеси подвергают обжигу - таким образом получается клинкер.

 

 

 

 

 

 

 

 

Конечная обработка

Далее полученный клинкер  ещё раз размалывают и сушат  с добавлением известкового камня  и активными минеральными добавками. Полученный материал является готовым  цементом с заданными свойствами.

Поскольку у каждого вида исходного сырья есть свои особенности: минеральный состав, влажность, прочность  каждое производство имеет свою уникальную технологию, позволяющую добиться необходимых  свойств цемента.В основном при производстве цемента на второй стадии используют одну из трёх отработанных технологий:

·мокрый;

·сухой;

·комбинированный.

Мокрый способ

Применяется при производстве цемента из сырья состоящий из мела, глины, железосодержащих добавок. Требование к глине по влажности  не более 20%, к мелу - не более 29%. Измельчение  сырья производится в воде. Полученная шихта в виде суспензии влажностью до 50% поступает в печь для обжига. Диаметр печи может составлять 7 метров и длиной более 200 метров. В результате обжига получаются небольшие шарики - клинкеры, которые после тонкого помола станут готовым цементом.

Сухой способ

Основным отличием данного  способа является то, что сырьё  после или во время измельчения  не увлажняется, а наоборот сушится. Таким образом, порошкообразная  шихта поступает на обжиг уже  в сухом виде. Данный вид обработки  является наиболее экономически целесообразным, поскольку позволяет экономить  не только сырьё, но и энергию, которая  при мокром способе тратится на удаления воды из шихты.Комбинированный способ

Данный способ производства совмещает в себе два способа  и предполагает две разновидности  технологий.

Мокрым способом готовят  сырьевую смесь - шлам. После чего шлам пропускают через фильтры, осушая смесь  до 16-18%, а затем отправляют на обжиг.

Сухим способом готовят шлам. Затем добавляют воду до влажности  смеси 10-14% и гранулируют в шарики. После обжига они становятся клинкерами. Размер клинкеров 10-15 мм

Для более полного удовлетворения специфических требований отдельных  видов строительства промышленность выпускает особые виды портландцемента.

При получении портландцементов с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути: 1) регулирование минерального состава  и структуры цементного клинкера, оказывающих решающее влияние на строительно-технические свойства цемента; 2) регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, прочность, тепловыделение и другие важнейшие  свойства вяжущего; 3) изменение вещественного  состава портландцемента введением  в него активных минеральных и  органических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер и расход цемента в бетоне.

 

 

 

 

 

 

 

Классы прочности

Класс прочности - условное обозначение одного из значений параметрического ряда по прочности в максимальные сроки, установленные нормативным  документом.

Как характеристика прочности  цемента класс прочности, например, по ГОСТ 30744, определяется параллельно  или вместо марки цемента. В дальнейшем, при изменении нормативной документации с целью её приближения к европейским  нормам (EN-197), класс прочности полностью  заменит марку цемента. В соответствии с ГОСТ 30515, цементы по прочности  при сжатии и средним значениям  нормируемой стандартной прочности  подразделяют на классы 22,5; 32,5; 42,5; 52,5. Эти  классы прочности примерно соответствуют  маркам 300, 400, 500 и 600 действующего стандарта  ГОСТ 10178. Кроме пределов верхнего и  нижнего значений 28 суточной прочности  при сжатии (прочность при изгибе не определяется), для отнесения  цемента к определённому классу прочности необходимо обеспечить значение ранней прочности (2-х или 7-и суточной). Цементы класса прочности 32,5 и выше могут выпускаться в виде быстро-твердеющих цементов при их соответствии требованиям к быстротвердеющим цементам в ранние сроки (2 сут.): 32,5Б > 10 МПа, 42,5Б >20 МПа и 52,5Б>30 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Марка портландцемента

Марка портландцемента - условное обозначение, выражающее минимальные  требования к пределу прочности  при сжатии образцов из стандартного цементного раствора, изготовленных, твердевших и испытанных в условиях и в  сроки, установленные нормативной  документацией. Марку портландцемента получают путём округления в низшую сторону до целых значений (400, 500, 550 и 600) прочностного ряда в кг/см2, определяемого соответствующим стандартом (например, в данном случае, ГОСТ 10178), величин прочности при сжатии образцов - половинок призм размером 4×4 × 16 см, предварительно испытанных на прочность при изгибе в возрасте 28 сут. Образцы изготавливаются из растворной смеси 1:3 на стандартном нормальном песке при В/Ц близком к 0,40, хранятся до испытаний в течение суток при влажности не менее 90%, а затем до 28 сут. в воде при температуре 20?2°С.

Для отнесения цемента  к определённой марке, кроме нормируемых  значений прочности при сжатии в  возрасте 28 сут, должны быть также определены нормируемые значения прочности при изгибе, а для быстротвердеющего портландцемента и шлакопортландцемента, кроме прочности в 28 сут., также нормируемые значения прочности при сжатии и изгибе в возрасте 3 сут.

Кроме предусмотренных ГОСТ 10178 марок 400, 500, 550 и 600, производитель  цемента по техническим условиям может выпускать цементы более  низких (300, 200) или более высоких  марок (700 и выше).

Наряду с характеристикой  прочности цемента путём отнесения  его к той или иной марке, нормативные  документы предусматривают возможность  отнесения цемента к определённому  классу прочности.

 

 

 

 

Быстротвердеющий портландцемент

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, 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высокопрочные портландцементы

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  или классу прочности 52,5 и выше.

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.