Портландцемент: види, характеристики, виробництво

Цемент – один із основних матеріалів, що застосовуються у всіх галузях будівництва. Використовується як гідравлічний в’яжучий у розчинах і сумішах, необхідних для будівництва монолітних споруд та збірних конструкцій, проведення ремонтних робіт та оздоблювальних заходів. Портландцемент — найбільш популярний тип цементу, що отримується шляхом тонкого помелу клінкеру з добавкою двоводного гіпсу в кількості 1,5 … 3,5%, необхідного для зміни термінів схоплювання в’яжучого.

Особливості виробництва

Виготовлення портландцементу відбувається у три стадії:

• Приготування сировинної суміші. Мінералогічний склад сировинної суміші для виготовлення портландцементу – карбонатні гірські породи (крейда, вапняк, глинозем, кремнезем) та мергелій, що містять оксиди кальцію, кремнію, заліза, алюмінію, магнію. Сировину подрібнюють та змішують у оптимальних пропорціях.
• Виробництво клінкеру. Його одержують випалом підготовленої сировинної маси у високотемпературних печах при +1300…+1400°C.
• Підготовка портландцементу для постачання споживачам. Клінкер подрібнюють та змішують з гіпсом. При необхідності в матеріал додають інші компоненти, що дають змогу отримати певні властивості готового продукту.

Залежно від складу сировинної суміші змінюється справжня щільність портландцементу. Максимальний показник у бездодаткового цементу – 3100 кг/м3, у шлакопортландцементу та пуцоланового в’яжучого вона нижча і становить – 2700-2900 кг/м3.

Основні реакції при замішуванні цементу водою

Після змішування портландцементу та складів на його основі відбуваються такі хімічні реакції:

• Початкове зміцнення матеріалу. Здійснюється завдяки взаємодії з водою гіпсу і трикальцієвого алюмінату. Внаслідок такої реакції формується кристалічна структура еттрингіту, моносульфату та алюмінату кальцію гідрату.
• Друга реакція – повільна. Вона протікає між водою та трикальцієвим силікатом. Утворюється силікат кальцію, що має аморфну ​​структуру. Інакше він називається CSH-гель. У ході цього етапу продовжується твердіння суміші або розчину на основі портландцементу та розвиток внутрішніх сил натягу. Цементні структури, що утворюються, обволікають і міцно пов’язують між собою окремі зерна дрібного і великого заповнювачів.
• В результаті третьої стадії у структурі з’являється силікагельSiO2.

Різновиди портландцементу та області їх застосування

Відповідно до ГОСТу 31108-2016 портландцемент за складом, а отже, за фізичними та технічними характеристиками поділяють на 5 основних видів.

Бездобавочний

Позначення – ЦЕМ I. У складі присутні лише клінкер та гіпс. Допустимий вміст мінеральних добавок – до 5%. Основна особливість бездодаткового портландцементу — властивість швидко схоплюватися та набирати характеристики міцності. Вже наступного дня після заливання бетон або цементно-піщаний розчин набувають приблизно 50% від марочної міцності. Бездодаткове в’яжуче застосовується при будівництві монолітних та збірних бетонних та залізобетонних конструкцій. Не рекомендується для використання в особливих умовах, що відрізняються від нормальних.

З активними мінеральними добавками

Маркування — ЦЕМ II. Портландцементний клінкер та активні мінеральні добавки можуть перемелюватись спільно або окремо. Кількість добавок – 6-35%. Чим вище їх вміст у портландцементі, тим повільніше бетон або цементно-піщаний розчин набирають марочну міцність. Як такі добавки використовують гірські породи – діатоміт, опоку, трепел, пемзу, вулканічний попіл та інші.

Введення цих компонентів до складу портландцементу дозволяє зменшити собівартість, але при цьому трохи погіршуються міцність та інші технічні властивості кінцевого продукту. Є ще один позитивний момент використання активних мінеральних добавок, основу яких становить аморфний кремнезем. Цей компонент легко реагує з гідроксидом кальцію, який утворюється під час гідратації цементу. При цьому відбувається утворення важкорозчинних гідроксидів кальцію, що не вимиваються з цементного каменю. Їхня присутність значно підвищує водонепроникність кінцевого продукту.

Шлакопортландцемент

Позначення — ЦЕМ III. В’яжуче, що містить гранульований шлак у кількості 6-35%, відноситься до нормально твердіє. Його отримують спільним помелом клінкеру, шлаку та гіпсу. У шлаках, як і активних мінеральних добавках, міститься амфорний кремнезем. Шлакопортландцемент коштує дешевше за звичайний цемент приблизно на 15%. Він повільніше набирає міцність, але через 2-3 місяці за цим показником випереджає портландцемент такої самої марки. Мінус шлаковмісного в’яжучого — низька морозостійкість. Тому воно використовується при будівництві масивних наземних, підземних та підводних конструкцій, які не піддаються частим циклам заморожування-відтавання.

Пуццолановий

Позначається як ЦЕМ IV. Його отримують спільним помелом клінкеру, мінеральної добавки та гіпсу. Можна перемелювати їх окремо, а потім ретельно змішувати. Обмеження за вмістом трикальцієвого алюмінату – трохи більше 8%. Для нього характерно повільне твердіння в перші терміни схоплювання. У вологих умовах бетон із пуцоланового цементу наздоганяє бетон із звичайного портландцементу через 3-6 місяців.

Завдяки повільному твердінню, пуцоланові цементи виділяють меншу кількість тепла, тому вони застосовуються при будівництві масивних конструкцій, для яких важливим моментом є відсутність термічних деформацій. ППЦ добре набирають міцність при підвищених температурах, тому вони використовуються при виготовленні виробів, які піддаються тепловій та вологій обробці в автоклавах. Бетони на ППЦ мають високу водонепроникність та сульфатостійкість, але низьку морозостійкість. Тому вони використовуються при будівництві підводних та підземних об’єктів або підводної та підземної частин наземних об’єктів, які знаходяться в контакті з м’якими та сульфатмісткими водами. Кількість циклів заморожування-відтавання для таких бетонних конструкцій має бути зведена до мінімуму.

Таблиця пропорцій компонентів портландцементів різних типів

Відповідність класів міцності та марок портландцементу за ГОСТами 31108-2016 та 10178-85

Маркування та властивості цементу в даний час регламентують два діючі ГОСТи, що призводить до деякої плутанини:

• ГОСТ 31108-2016 – зовсім новий, і він приведений у відповідність до європейських стандартів. Згідно з цим нормативом у маркуванні застосовується буквосполучення ЦЕМ з буквено-цифровими позначеннями, які ми показали в таблиці, розташованій вище. Міцність цього ГОСТу позначається класами.
• ГОСТ 10178-85. Відповідно до цього стандарту значення міцності позначається маркою.

Таблиця відповідності марок та класів міцності портландцементу

Додаткові корисні статті:

Який цемент краще для фундаменту: марка, як вибрати Марка бетону для фундаменту приватного будинку: вибір сорту і пропорції Арболит своїми руками в домашніх умовах-пропорції Стеклофибробетон для фасаду: виробництво, характеристики, Склад