Цемент портланд (портландцемент)

Минералогический состав клинкера портландцемента

Клинкер состоит преимущественно из силикатов кальция (70…80 %) CaOSiO2.

В результате процессов, протекающих при получении клинкера, образуются четыре основных минерала, преимущественное содержание которых определяет название цементов.

Алит – 3CaO · SiO2 (сокращенно C3S) – трехкальциевый силикат, его в цементе более 60 %. Алитовый цемент быстро набирает прочность с выделением тепла, поэтому его целесообразно применять в холодное время года, но нельзя использовать в массивных конструкциях (во избежание трещинообразования).

Белит – 2CaO·SiO2 (сокращенно C2S) – двухкальциевый силикат, его в цементе более 37 %. Белитовый цемент медленно схватывается и твердеет, особенно при температуре ниже +10 ºС. Выделяет мало тепла.

Алюминат – 3CaO·Aℓ2O3 (сокращенно С3А) – трехкальциевый алюминат; в цементе – до 15 %, быстро схватывается и набирает прочность. При твердении выделяет много тепла.

Целит – 4CaO·Aℓ2O3·Fe2O3 (сокращенно С4АF) – четырехкальциевый алюмоферрит, в цементе содержится 10-20 %. Твердеет достаточно быстро, дает высокую прочность и мало выделяет тепла. Не оказывает существенного влияния на свойства портландцемента.

Качество клинкера определяет главные свойства цемента: прочность и скорость ее увеличения, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 1:3, т.е. на 1 мас. часть глины приходится 3 мас. части известняка. К такому составу очень близок мергель – осадочная горная порода, представляющая собой природную смесь известняка с глиной.

В сырьевую смесь вводят корректирующие добавки. При этом недостаток кремнезема компенсируют введением диатомита, трепела, опоки; содержание оксидов железа увеличивают добавкой руды или колчеданных огарков.

Портландцемент наиболее распространенное и важнейшее вяжущее вещество, являющееся одним из основных строительных материалов, без которого невозможно получить различные бетоны, железобетонные конструкции, а также кладочные и штукатурные растворы.

Химический состав портландцемента

Портландцемент характеризуется постоянством химического состава. Содержание оксидов изменяется в небольших пределах (%):

CaO – 63…67

SiO2 – 21…24

Aℓ2O3·– 4…7

Fe2O3 – 2…5

MgO – не более 5

SO3 – не менее 1,5 и не более 3,5.

Перечисленные оксиды не находятся в клинкере в свободном виде, а образуют указанные выше минералы кристаллической структуры, а также некоторые химические соединения, входящие в состав клинкера в виде стекловидной фазы.

Относительное постоянство химического состава портландцемента обусловливает и постоянство его физико-механических свойств, что является важным его преимуществом перед некоторыми другими гидравлическими вяжущими (гидравлической известью, романцементом).

Сырьевые материалы

В природе редко встречаются горные породы, химический состав которых после обжига соответствовал бы требуемому химическому составу портландцемента. Поэтому при получении портландцемента сырьевую смесь составляют из двух и более исходных компонентов.

В качестве основных сырьевых материалов, с которыми в приготовленный клинкер вводится оксид кальция СаО, применяют все виды известняков и мела. Вторым компонентом является глина, с которой вводится кремнезем SiO2, глинозем Aℓ2O3 и оксид железа Fe2O3. Практически, в совокупности, СаО, а также указанные компоненты и определяют образование основных клинкерообразующих минералов.

При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной к обжигу сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободный оксид кальция СаО, так как пережженная (при температуре около 1500 ºС) известь, также как и магнезия MgО, очень медленно гасятся, увеличиваясь в объеме, что может привести в последующем к растрескиванию уже затвердевшего бетона.

Минералогический состав клинкера – одна из наиболее полных и надежных его характеристик. Установлено, что почти все строительные свойства портландцемента зависят от минералогического состава клинкера. Именно он дает возможность прогнозировать свойства портландцемента и спроектировать его состав для бетонов, работающих в конкретных эксплуатационных условиях. 

Виды

Портландцемент бывает чистым и с добавками. Вяжущее без добавок не включает в состав минеральных веществ, только гипс. Такой материал используют в монтаже подземных/наземных и подводных монолитных объектов, сборных бетонных/железобетонных конструкций, эксплуатируемых при отсутствии явно выраженной агрессивной среды.

Минеральные добавки способны значительно улучшить определенные свойства материала, который может применяться в воде, агрессивных условиях. Самые популярные добавки: активные минеральные вещества, доменный шлак. Они улучшают стойкость к коррозии, воде, морозу, химии и т.д.
Виды портландцемента по добавкам (из чего сделано вяжущее):

• Нормально твердеющий – без добавок.
• Быстросохнущий – твердеет в течение 3 суток после заливки за счет вхождения в состав миндобавок и шлака. Помол смеси должен быть минимальным, есть марки М400 и М500. Благодаря применению вещества можно ускорить выполнение работ, актуально для быстровозводимых и ЖБ объектов.
• Пластифицированный – в составе есть специальные добавки для уменьшения водопоглощения, повышения подвижности и термостойкости. Пластификаторы вводятся в порошок на этапе помола, они обволакивают частицы цемента, не позволяя им склеиваться. Состав получается комфортным в работе, актуален для работы со сложными архитектурными конструкциями.
• Гидрофобный – не впитывает влагу, быстро схватывается благодаря наличию в составе асидолов, мылонафт. Используется в условиях повышенной влажности, на объектах с риском подтопления.
• Портландцемент тампонажный – защищает скважины от грунтовых вод, актуален в газовой/нефтяной сферах, так как не боится температуры и давления, держит конструкцию даже в начале застывания. Есть тампонажный облегченный состав, содержащий соответствующие добавки.

• Расширяющийся – увеличивается в объеме при замесе. Используется при заполнении трещин и швов, в разного типа ремонтных работах.
• Портландцемент со шлаком – с добавлением доменных шлаков, повышающих объем частиц металла в составе и делающих застывший камень стойким к огню. Так получают жаропрочный бетон, который используется при создании объектов под водой, землей, на значительной высоте. А вот морозостойкость у состава невысокая.
• Сульфатостойкий – не боится сульфатных вод, провоцирующих коррозию. Чаще всего данный тип цемента также обладает стойкостью к морозу и выполняется в марках М300-М500.
• Белый портландцемент – используется в декоративных целях при проведении архитектурных и отделочных работ, часто окрашивается разными пигментами. Белый цемент производитель получает за счет использования белых глин, чистых известняков, а также охлаждения клинкера водой.
• Шлакощелочной цемент – демонстрирует еще более высокие показатели и свойства в сравнении с обычным портландцементом. Стоек к агрессивным воздействиям, средам, температурным перепадам, жаре и морозу, влаге. Такие характеристики удается получить благодаря введению в состав щелочи и молотого шлака, реже – глины.
• Цветной – актуален для декоративных работ, получают путем добавления к белому портландцементу пигментов (охра, железный сурик, оксид хрома и т.д.).
• Магнезиальный – производится на базе нагрева оксидов магния до высокой температуры и добавления водного раствора хлорида магния 30%. Технология создания и компоненты делают цемент прочным и хорошо поддающимся отделке (полировка, противодействие микроорганизмам и т.д.). Часто применяют для отделки, выполнения сложных конструкций.

• Пуццолановый портландцемент – создают из цветного цемента, гипса, добавок осадочного либо вулканического происхождения. Раствор стоек к воде, застывает даже под водой, поэтому применяется в сооружении гидротехнических конструкций, для облицовки разного типа резервуаров, поверхностей, пребывающих в контакте с хлорированной либо морской водой. Застывший камень получается прочным, стойким к воде и химикатам, не дающим высолов.
• Глиноземистый – прочный, быстро твердеющий цемент на базе клинкера и известняков в расплавленном виде. В порошке содержится много алюминатов кальция (низкоосновных). Застывает при +25С и ниже, иначе теряет половину прочности. Материал с другими видами цемента и добавками смешивать запрещено. Обычно порошок используют для создания стойких к кислоте растворов, заполнения гранита, бештаунита и иных кислостойких пород. Схватывается такая смесь в течение 8 суток.

Состав и общестроительное назначение

Представленный вид цемента сегодня очень востребован в области строительства. Причина такой популярности связана с техническими характеристиками, которым может похвастаться это изделие. Даже по внешним признакам цемент М400 очень просто отличить от обычного материала.

Классический портландцемент подразумевает под собой материал, в составе которого присутствует вяжущее вещество, полученное из клинкера с гипсом и особыми добавками. Клинкер служит результатом обжига известняка и глины с добавлением остальных компонентов. Что касается гипса, то этот ингредиент необходим для того, чтобы можно было регулировать время сцепки. 

Портландцемент

Портландцемент М400 ГОСТ 31108 2003 – это очень распространенный строительный материал. Для получения этой марки цемента также используется гипс и клинкер, а вот в качестве добавок используют активные минеральные компоненты. Для такого изделия характерна высокая стойкость к влиянию сульфатсодержащих вод. При использовании М400 достигается очень прочная сцепка раствора с материалом. Цементный клинкер, необходимый для производства М400, получают методом обжига.

Как использовать цемент марки 400 можно из данной статьи.

Бездобавочные марки

На сегодняшний день бездобавочная марка цемента бывает трех видов:

• М400 Д0, 
• М400 Д20Б 
• М400 Д20. 

Для каждой из них свойственны свои свойства, состав, а также сфера использования и общестроительное назначение. Если вам необходимо, чтобы раствор побыстрее затвердевал, то стоит воспользоваться М400 Д0. Для такого изделия характерна высокая водостойкость, что позволяет применять его при сооружении подводных и подземных конструкций. Еще эта марка цемента хорошо себя зарекомендовала при получении сборных бетонных, железобетонных конструкций.

Каковы пропорции цемента и песка для стяжки пола можно узнать из статьи.

Как применить правильно раствор готовый кладочный цементный марки 100 гост можно узнать в данной статье.

Следующая марка цемента – М400 Д20Б. Материал относится к быстротвердеющей смеси. Его активно задействуют при строительстве промышленных строений. Главной особенностью этот марки остается большая прочность, которую заметно уже по прошествии нескольких минут затвердевания.

Из чего состоит цемент можно из данной статьи.

Виды

Мы уже немного затронули вопрос о видах портландцемента, которые отличаются по минеральному содержимому. Еще есть несколько классификаций, по которым различают порошковые составы с приставкой «портланд».

Так, составы делят на цементы с добавками и без. Смеси без добавок используют при строительстве в неагрессивных условиях. А присадки применяют для улучшения качеств бетона. Если нужна водонепроницаемость, обрабатывают гидрофобными средствами

Если важно, чтобы бетон был прочный, застывал быстро без усадки с растрескиванием – используют армирующие волокна

Другая классификация делит составы по скорости схватывания, а также характеристикам стойкости к разным агрессивным воздействиям:

• Быстросхватывающийся раствор. Здесь используют марки М400 и М500. Такой состав твердеет через 3 дня. Это качество подходит российскому менталитету, когда хочется уже построить и отдыхать.
• Пластифицированный цемент с добавками, которые замедляют твердение, улучшают текучесть. Такие растворы делают для транспортировки или для удобства заливки.
• Раствор нормального схватывания. Это бездобавочная смесь, которую готовят в соответствии с ГОСТом.
• Гидрофобный портландцемент используют в местах повышенной влажности. Это может быть строительство гидросооружений, подтопляемых фундаментов или бассейнов. Добавки помогают бетонному составу противостоять воздействию воды.
• Сульфатостойкий. Такой материал хорош для строительства на кислых почвах. Из него изготавливают сваи, фундаменты. Специальные химические присадки делают постройки устойчивыми к коррозии.
• Специальный раствор, который позволяет тампонировать (защищать) нефтедобывающие скважины в период их строительства от воздействия грунтовых вод.
• Расширяющийся раствор нужен там, где трудно сделать заливку механическим путем. Он заполняет трещины самостоятельно, при расширении. Увеличение объема строительного состава происходит за счет внутренних химических реакций.
• Шлокопортландцемент имеет повышенное содержание металлических частиц из доменных шлаков. Бетон получается жаростойкий, но не устойчив к морозам. Этот вид стройматериала подходит для подземного, подводного строительства или на высоте.
• Белый «портланд» изготавливают из белых минералов (каолиновой глины, мела, чистого известняка). Этот тип подходит для производства цветных бетонных изделий, для архитектурного строительства. Белый «портланд» обладает уникальным свойством создавать идеально гладкую поверхность.
• Шлакощелочной имеет в составе щелочи, шлаки, глину. Он устойчив к температурным колебаниям, агрессивным средами. Шлакощелочной бетон отличается гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами.
• Пуццолановый. Этот вид обладает повышенной апатией к воде. Вернее, он ее вообще игнорирует. С легкостью застывает даже в ее присутствии. Этот вид используется для постройки бассейнов, емкостей для воды, объектов, которые контактируют с морской, хлорированной водой.

На мешках портландцемента, разные его виды маркируют буквами. Например:

• ШПЦ – шлокопортландцемент.
• БЦ – белый цемент.
• СС – сульфатостойкий.
• ПЛ – пластифицированный и т.д.

Что такое портландцемент? Где можно использовать?

Если вы решили начать строить свой дом, один из наиболее важных вопросов это вопрос о цементе, который будет использоваться. В самом деле, распространенный тип цемента, является портландцемент. Основная причина этого глобального общего пользования является его состав. Состоящий из клинкера, строительного раствора, штукатурки и затирки, он выпускается в виде мелкого порошка путем измельчения клинкера портландцемента с сульфатом кальция. Истоки цемента можно проследить в первые годы 19 века. Портландцемент сегодня нашел свой путь как основной ингредиент для бетона. Это утверждение было проведено только после того, как успешно прошли испытания и признан тот факт, что, он создает сильную связь по сравнению с другими видами производства бетона. С увеличением количества производства, которое непрерывно связано с ним, портландцементу, особенно когда он входит в состав бетона, могут быть поставлены следующие задачи:

Использование:

1. Наиболее важным применением портландцемента является производство бетона. Он играет ключевую роль в установлении и затвердевания бетона. 2. При смешивании с другими составами, портландцемент начинает служить двум целям. Один из них, предусматривает создание бетона, чтобы быть прочным в сухом состоянии. А второй – превращение жидкого состояния в прочный камень. 3. Он широко используется для подпорных стен и сборных железобетонных блоков в стенах и в качестве основного компонента для создания прочного фундамента из бетона. 4. При смешивании с водой, портландцемент буквально превращается в пластичный камень и, таким образом он может быть использован для целей и в местах, где Вы захотите, даже в труднодоступных. 5. Он может быть сформирован для получения жестких и огнеупорных материалов, которые могут, далее, использованы при проектировании зданий, цехов, резервуаров и других сооружений. 6. Любая структура железа или дерева подвергается коррозии либо по воздуху или по воде. Но в бетонной оболочке, сделанной с использованием цемента, они могут быть эффективно защищены. 7. Любая структура, которая предназначена для поддержки огромного количества веса и сделанная с применением цемента свою задачу выполнит. Этими структурами могут быть: от первых этажей многоэтажных зданий и до пролетов мостов и плотины. 8. Благодаря своей способности для предотвращения коррозии, он используется на судах, танков и бункеров. 9 Пожар может оставить любое здание или сооружение полностью сожженным, но с использованием портландцемента, это может быть предотвращено. 10. Он также отлично используется в строительных растворах, штукатурках, стяжках для полов, как материал, который может быть, втиснут в пробелы химических формул, чтобы консолидировать структуры, и скрепит их воедино.

Использование цемента имеет колоссальное значение для бетонного производства. Благодаря известности, которая уже многое время привязана к нему, этот цемент, как говорят, уже сделали и оставили свой след.

Определение сроков схватывания цементного теста

Затворенный водой цемент, утрачивая пластичность, постепенно густеет (что соответствует началу схватывания) и переходит в камневидное состояние (наступает конец схватывания)

Сроки схватывания цемента имеют важное значение для проведения работ, так как регламентируют возможные сроки перевозки и укладки растворной или бетонной смеси

Для определения сроков схватывания цемента необходимо оборудование, указанное в предыдущей работе, но в прибор Вика, вместо пестика, в стержень закрепляется игла площадью сечения 1,1 мм2 и на верхнюю часть стержня закрепляется дополнительный груз, чтобы сохранить общую массу стержня с иглой 300 г (рис. 6.2).

Сроки схватывания цемента определяют в следующей последовательности.

Иглу погружают в тесто через каждые 10 мин., передвигая кольцо после каждого погружения, чтобы игла каждый раз попадала в другое место.

После каждого погружения иглу нужно вытирать тряпочкой.

Началом схватывания цементного теста считают время от начала затворения, т.е. доливания воды, до момента, когда игла не будет доходить до дна на 1-2 мм.

Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения до момента, когда игла будет погружаться в тесто не больше, чем на 1-2 мм.

Согласно стандарту начало схватывания цемента должно наступать не раньше 45 мин., а конец схватывания − не позднее 10 ч от начала затворения.

Поскольку определение сроков схватывания цемента подобно определению сроков схватывания гипса, учитывая продолжительность проведения испытания (2-8 часов), эта работа студентами не выполняется. В журнал лабораторных работ заносят необходимые данные и выполняют описание работы. Результаты испытания заносят в лабораторный журнал (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Определение сроков схватывания цементного теста

Норма ДСТУ

а) начало схватывания не раньше 45 мин.

б) конец схватывания не позднее 10 час.

Описание работы

Вывод:

Определение равномерности изменения объема цемента во время твердения

При недостаточной тонкости помола, неправильном хранении и наличии в разных количествах примесей СаО, MgО, CaSO4

может наблюдаться неравномерное изменение объема цемента в процессе твердения цементного теста, растворов и бетонов.

Равномерность изменения объема цемента определяется в следующем порядке.

Из теста нормальной густоты вручную делают четыре шарика (диаметром около 5 см), которые укладываются на стеклянную пластинку, протертую машинным маслом. Потом пластинку встряхивают до расплыва шариков в лепешку диаметром 7-8 см и толщиной в середине около 1 см (рис.6.3).

Для получения гладкой поверхности лепешки сглаживают от внешних краев к центру лабораторным ножом, смоченным водой. Изготовленные лепешки на протяжении 24 (±2) ч. с момента изготовления сохраняют при температуре 20+5° в ванне с гидравлическим затвором, а затем подвергают испытанию.

Четыре цементных лепешки через 24±2 ч. после затворения снимают с пластинок, вынимают из ванны и помещают в бачок с водой на решетку. Воду в бачке доводят до кипения, которое поддерживают на протяжении 4 ч, после чего лепешки в бачке охлаждают и осматривают немедленно после испытания. Цемент считается качественным, если на поверхности лепешек не оказывается радиальных трещин, которые доходят до краев образца, или сетки мелких трещин, видимых в лупу или невооруженным глазом, а также если не оказывается искривления лепешек. Результаты испытаний заносят в лабораторный журнал (табл. 6.3).

Таблица 6.3

Определение равномерности изменения объема цемента при твердении

Описание работы Вывод :

Лабораторная работа 7

Вопросы безопасности

На мешках с цементом обычно напечатаны предупреждения об охране здоровья и безопасности, потому что цемент не только очень щелочной , но и процесс схватывания является экзотермическим . В результате влажный цемент является сильно едким и может легко вызвать серьезные ожоги кожи, если его сразу не смыть водой. Точно так же сухой цементный порошок при контакте со слизистыми оболочками может вызвать сильное раздражение глаз или дыхательных путей. Реакция цементной пыли с влагой в носовых пазухах и легких также может вызвать химический ожог, а также головные боли, усталость и рак легких.

Производство цементов со сравнительно низкой щелочностью (pH <11) является областью постоянных исследований.

В Скандинавии , Франции и Великобритании уровень , который считается токсичным и главным раздражителем кожи, не может превышать 2 частей на миллион (ppm).

В США Управление по охране труда (OSHA) установило законный предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия портландцемента на рабочем месте в размере 50 млн частиц на кубический фут (миллион частиц на кубический фут) в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел рекомендуемой экспозиции (REL) от 10 мг / м 3 общей экспозиции и 5 мг / м 3 дыхательного воздействия в течение 8-часового рабочего дня. При уровнях 5000 мг / м 3 портландцемент сразу же опасен для жизни и здоровья .

Признаки качественного цемента

Определить, насколько цементный состав соответствует заявленной марке, можно по некоторым признакам.

• Помол – наиболее качественным считается помол от 350 до 380. Порошок достаточно мелкий, чтобы раствор из него затвердел через 3 часа, но при этом не впитывает много воды.
• Доля щелочи – по стандарту она не должна превышать 0,6%. При избытке щелочи цемент теряет свои вяжущие качества.
• Однородность – в сухой строительной смеси комки отсутствуют. Плотные образования с острыми кромками указывают на давность продукта или на плохие условия хранения.
• Цвет – от светло- до темно-серого. Допускается зеленоватые оттенки. Затворенный цемент имеет однородный темно-серый цвет без включений.
• Запах – цемент обладает характерным «могильным» запахом. Может ощущаться легкий оттенок аммиака.
• Упаковка – на мешках и пакетах должен быть указан штрих-код, дата и место выпуска, сертификат качества, соответствие ГОСТ. Пакет должен быть целым, желательно с неповрежденным полиэтиленовым слоем.
• Срок годности – составляет 3–6 месяцев от даты производства. Чем свежее цемент, тем лучше. На срок влияют условия хранения и транспортировки. Слежавшаяся смесь требует больше воды, теряет прочность. Чтобы определить, годится материал или нет, нужно ударить рукой по углу мешка или пакета. Старый заполнитель или неправильно хранящийся в углах превращается в камень.

Технология производства

Споры по поводу, какой метод производства цементного состава лучше, не утихают долгие годы. Существует мнение, что, используя неоднородное по составу сырье повышенной влажности, предпочтительно воспользоваться мокрым способом. Параллельно с этим отстаивается позиция о применении сухого метода, как более экономически целесообразного, если предварительно подготовить должным образом шихту.

Клинкерную смесь обжигают при высоких температурах (до 1500°С), получая на выходе гранулы, которые потом измельчаются

Попытаемся разобраться в основных различиях существующих способов изготовления клинкера, из которого получают портландцемент. Известны три варианта получения смеси для обжига:

• Мокрый. Изначально проводят измельчение компонентов до нужной величины (известняк – размер частиц 8-10 мм, глина – куски до 10 см). Глину отмачивают до приобретения 70% влажности и отправляют в мельницы с известняком, где происходит смешивание.
• Сухой. Технология позволяет при уменьшенных затратах изготавливать портландцемент по сокращенному методу. Это обусловлено совмещением технологических стадий, обеспечивающих возможность одновременного выполнения сушки ингредиентов и их помола в специальных мельницах, в которые поступают горячие газы. Полученный шихтовый материал характеризуется порошкообразным составом.
• Полусухой (комбинированный). В данном методе совмещаются элементы сухой и мокрой технологии изготовления, которые используют производители цементных смесей. Допускается уменьшать влажность шихтового материала, произведенного мокрым методом, и получать шихтовой состав, влажность которого не превышает 18%. Согласно второму способу, готовится сухая смесь, которая насыщается водой до 14-процентной влажности, подвергается гранулированию и обжигается.

Похожие записи:

Как правильно установить кондиционер в квартире и комнате Какие трубы для водяного теплого пола лучше выбрать? Видеонаблюдение своими руками Варианты схем отопления двухэтажного дома с газовым котлом Обустройство вентиляции в частном доме своими руками: пошаговая инструкция Строительство гаража: что нужно учитывать