Портландцемент и его свойства

Высокопрочные цементы, характеризующиеся  активностью, превышающей нормированные показатели, 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидратация портландцемента

Твердение портландцемента, т. е. его последовательное превращение  после смешивания с водой (затворения) в начале в пластичное тесто, затем потеря тестом пластичности (схватывание) и его последующее твердение (формирование искусственного камня) является сложным и многостадийным физико-химическим процессом, основанным на химическом взаимодействии фазовых составляющих цемента и воды (гидратации цемента). В ходе гидратации цемента безводные клинкерные минералы - силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция превращаются в соответствующие кристаллогидраты - гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты кальция, гидроксид кальция. Например, гидратация основной фазы портландцемента - алита, являющегося носителем основных свойств и определённым «символом» портландцемента, происходит по следующей условной схеме реакции гидролитического разложения:

2Ca3SiO5 + 6Н2О -> Ca3Si2O*3H2O + ЗСа(ОН)2.

 

При обычных условиях твердения -70% C3S гидратируется за 28 сут., а полная гидратация этой фазовой составляющей цемента может наступить за 1 год и более. По аналогичной схеме гидратируется второй силикат портландцемента - белит (СЭ5), однако, его гидратация протекает медленнее (степень гидратации за 28 сут. -30%), и в результате гидролиза образуется меньшее количество гидроксида кальция (СН). Продуктами реакций гидратации являются слабозакристаллизованные (почти аморфные) гидросиликаты кальция, обладающие свойствами геля, и гидроксид кальция (СН). Гидросиликаты кальция (аморфные или слабозакристаллизованные), образующиеся при гидратации C2S и C3S, фактически не соответствуют какому-либо определённому соединению, а имеют обширную область составов, обозначаемую общим понятием - гель С-S-H. Поскольку портландцемент полиминерален и, кроме силикатов кальция, содержит алюминатные, ферритные и сульфатные фазы, реальные продукты гидратации цемента ещё более сложны, они представляют собой тонкую смесь C-S-H геля с продуктами гидратации и взаимодействия алюминатных, ферритных и сульфатных фаз (фазы AFm и AFt). Иногда продукты гидратации цемента обобщают и называют цементным гелем, хотя фактически, кроме действительно слабозакристаллизованных (гелевидных) гидросиликатных и гидроалюминатных фаз, они включают достаточно крупные кристаллы портландита Са(ОН)2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сроки схватывания портландцемента

Сроки схватывания портландцемента - время потери пластичности цементного теста нормальной густоты, определяемое по погружению иглы прибора Вика (ГОСТ 310). Этот показатель нормируется по ГОСТ 10178 как начало схватывания (не ранее 45 мин.) и конец схватывания (не позднее 10 ч) и является важным параметром, поскольку он связан с таким свойством растворных смесей, как живучесть. Цементы, сроки схватывания которых выходят за нормируемые пределы, относятся к быстросхватывающимся ил и, в некоторых случаях, к цементам с «ложным схватыванием». Определённые неудобства вызывает применение медленно схватывающихся цементов (начало схватывания более 4-5 ч).

Быстрое схватывание цементов упрощённо можно свести к практически  мгновенной гидратации фазы С3А, которая  замедляется при взаимодействии с гипсом, присутствующим в цементе. При недостатке гипса быстрое  схватывание цементного теста приводит к необратимым последствиям - загустеванию смеси, что делает её непригодной для использования.

Факторами, определяющими  сроки схватывания портландцемента, являются:

·вещественный состав цемента (присутствие в цементе гидравлических или инертных добавок замедляет  схватывание);

·минералогический состав клинкера (цементы на основе высокоалюминатных  клинкеров схватываются быстрее);

·тонкость помола цемента (чем  тоньше размолот цемент, тем, при прочих равных условиях, он быстрее схватывается);

·содержание в цементе  щелочей (Na2O+0,658K20) = R20. При высоком  содержании щелочей (> 1,0%) сроки схватывания  сокращаются, что может быть причиной быстрого схватывания даже при предельно  допустимом содержании гипса (4% SO3);

·сроки схватывания удлиняются при повышении В/Ц и при снижении температуры твердения.

При использовании сухих  строительных смесей может возникнуть необходимость дополнительного  регулирования сроков схватывания  и обеспечения заданной живучести смеси. В этом случае применяют систему специально разработанных добавок, как ускорителей, так и замедлителей схватывания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строительно-технические  свойства портландцемента

Строительно-технические  свойства портландцемента - комплекс характеристик, определяющих условия (способы) применения портландцемента, а также технические  характеристики и долговечность  цементного камня. Поскольку цемент при его практическом применении претерпевает фазово-минералогические превращения в ряду: цемент (порошок) - цементное тесто - цементный камень, свойства портландцемента удобно рассматривать  отдельно для каждого из этих трёх состояний материала.

Так, к свойствам цементного порошка относят его состав, дисперсность (тонкость помола), эффективную и  насыпную плотность, воздухостойкость, температуру при отгрузке, цвет.

Характеристиками цементного теста являются его водопотребность, соответствующая нормальной густоте цементного теста (1:0), плотность цементного теста, водоотделение (седиментация), водоудерживающая способность, сроки схватывания, живучесть, время загустевания, возможность проявления «ложного схватывания», тепловыделение при гидратации цемента. В ряде случаев определяют пластифицируемость цементного теста

Цементный камень характеризуют  по абсолютному значению скорости (типу) набора прочности (сжатие, изгиб, прочность  сцепления с основанием), деформациям  при твердении (равномерность изменения  объёма, расширение, усадка при высыхании (трещиностойкость), химическая усадка (контракция), ползучесть).

Одной из главных характеристик  цементного камня является характеристика его поровой структуры (общая  пористость, распределение пор по размерам). С ней связаны основные свойства цементного камня, определяющие его долговечность: проницаемость, химическая и биологическая коррозия, морозостойкость, склонность к высолообразованию. В число характеристик цементного камня входят также его термические свойства: теплопроводность, коэффициент термического расширения (КТР), огнестойкость, жаростойкость.

Вышеприведённый перечень свойств  портландцемента не является исчерпывающим, т.к. каждой области применения цемента  соответствует свой набор технических  характеристик.

Перечисленные свойства портландцемента  могут быть отнесены: к свойствам, нормируемым по нормативным документам на общестроительные или специальные цементы или к свойствам, определяемым факультативно (рекомендуемым), Соотношение нормируемых и факультативных свойств цемента может периодически меняться при изменении нормативных документов на цементы. Так, например, по ГОСТ 30515 к обязательным показателям качества общестроительных цементов относят: прочность при сжатии (изгибе), вещественный состав, равномерность изменения объёма, содержание MgO, SO3, Сl- в клинкере, а также активность естественных радионуклидов. Все остальные показатели качества, например: сроки схватывания, тонкость помола, подвижность цементного теста и др. является рекомендуемыми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Воробьев В.А., Комар  А.Г. «Стройиздат» 1971 г.

2. Домокеев А.Г. «Строительные материалы» 1988 г.

3. Рыбьев И.А. «Строительное материаловедение» 2004 г.

4. ГОСТ 30515

5. ГОСТ 10178

6. ГОСТ 31108

7. ГОСТ 310

8. ГОСТ 30515

9. ГОСТ 30744