Портландцемент. Состав. Свойства. Применение

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и гипса, а иногда и специальных добавок. Гипс добавляют для регулирования скорости схватывания и некоторых других свойств.

В практике строительства портландцемент является основным вяжущим материалом для производства бетона, железобетона и строительных растворов, на нем также изготовляют асбестоцементные, теплоизоляционные и другие материалы.

Клинкер — полуфабрикат, получаемый в виде гранул прн обжиге тонкоизмельченной смесн известняка с глиной.

Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной сырьевой смеси, состоящей из известняка, глины и других материалов (доменных шлаков, мергелей, нефелинового шлама), при этом обеспечивается преобладание в клинкере силикатов, алюминатов и алюмофер- ритов кальция.

Плотность портландцемента 3050—3150 кг/м3. Его насыпная плотность зависит от уплотнения и в среднем составляет 1300 кг/м3.

Тонкость помола — один из факторов, определяющих скорость схватывания и прочность цементного камня.

Водопотребность портландцемента характеризуется количеством воды (в % по массе цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т.е. заданной стандартной пластичности. Нормальную густоту цементного теста измеряют (ГОСТ 310.3—76) погружением пестика, укрепленного на штанге прибора Вика. Она колеблется в пределах 21—28% и зависит от минералогического состава цемента и тонкости помола. Чем меньше нормальная густота цементного теста, тем лучше качество цемента.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема портландцемента определяют на тесте нормальной густоты. На сроки схватывания портландцемента влияют его минералогический состав, тонкость помола, температура окружающей среды и другие факторы.

Прочность портландцемента — важная физико-меха-ническая характеристика, от которой в основном зависит прочность бетонов и растворов в различных условиях твердения.

Активностью называют предел прочности при осевом сжатии половинок призм, испытанных в возрасте 28 сут стандартного твердения. В зависимости от активности с учетом предела прочности при изгибе портландцемент подразделяют на марки 400, 500, 550 и 600. Портландцемент марки 400 рекомендуется для монолитных бетонных и железобетонных деталей, портландцемент марок 500, 550 и 600 — для высокопрочных сборных обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Портландцемент не следует применять для конструкций и сооружений, подвергающихся воздействию морской, минерализованной, а также пресной проточной или работающих под напором воды. В этих случаях используют специальные цементы (цементы с добавками, сульфатостойкие и др.)

30. Портландцемент. Состав. Свойства. Применение.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Его получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшаяся сырьевая смесь в виде зерен размером до 40 мм называется клинкером; от качества его зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Сырье, пригодное для получения портландцемента должно иметь 75-78% карбоната кальция и 22-25% глины. Такое природное сырье встречается крайне редко, поэтому заводы производящие цемент отлично работают на искусственных смесях из карбонатных пород и глины.

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%.

Основные свойства портландцемента и методы их определения нормируются ГОСТами. К ним относятся: плотность и объемная масса, тонкость помола цементного порошка, способность схватываться и приобретать прочность в определенные сроки, равномерность изменения объема при схватывании и твердении, нормальная густота цементного теста.
Кроме того, портландцемент может характеризоваться такими свойствами, как выделение тепла при схватывании и твердении, изменение объема при твердении (усадка на воздухе, набухание в воде) и др.
Плотность портландцемента зависит от минералогического состава и колеблется в пределах 3,0-3,2 т/м³. Объемная масса его в рыхлом состянии 0,9-1,3 т/м³, в уплотненном – 1,5-2,0 т/м³.
Тонкость помола портландцемента существенно влияет на его свойства, она обуславливает суммарную поверхность зерен цемента в единице массы. Чем тоньше помол, тем полнее использован цемент в образовании цементного клея. Тонкость помола определяют просевом высушенной навески цемента 50 г через сито №008. В соответствии с требованиями необходимо, чтобы через сито №008 проходило не менее 85% от веса пробы; при этом важно, чтобы его гранулометрический состав был неоднородный, что улучшает условия твердения. Удельная поверхность для обычного портландцемента колеблется в пределах 2500-3000 см²/г, а для быстротвердеющих – 4000 см²/г, иногда – до 6000 см²/г.

Схватывание и твердение цемента
Скорость схватывания является существенной технологической характеристикой цемента. Скорость схватывания цемента зависит от минералогического состава, тонкости помола, количества воды для затворения, температуры и др.
Для портландцемента начало схватывания должно наступить не ранее 45 мин., а конец – не позднее 12 ч от начала затворения. Обычно же начало схватывания у портландцемента наступает через 2-3 ч, а конец – через 5-8 ч. Как быстрое, так и очень медленное схватывание затрудневает и усложняет организацию производства строительных работ. На сроки схватывания цементного теста большое влияние оказывает температура. Чем выше температура окружающего воздуха и материалов, тем быстрее наступает начало и конец схватывания, и наоборот.
Нормальная густота – условное количество воды, которое необходимо для достижения заданной пластичности. Обычно для портландцемента нормальная густота составляет 20-25%.
Нормальная густота цементного теста определяется при помощи прибора Вика.
Начало и конец схватывания теста нормальной густоты определяют на приборе Вика, но вместо пестика вставляют иглу с подвижным стержнем, которую опускают в тесто через каждые 5 мин до начала схватывания, а затем – через 15 мин до конца схватывания.
За начало схватывания принимают время в часах и минутах, прошедшие от времени затворения до момента, когда игла не дойдет до дна на 1-2 мм. За конец схватывания принимают время от начала, затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более, чем не 1 мм. Для определения начала «конца схватывания я нормальной густоты теста можно использовать автоматический прибор АПСС-6 для шести образцов одновременно.
Портландцемент, применяемый для бетонных покрытий автомобиль-ных дорог, должен иметь начало схватывания не ранее 2 ч с момента его затворения.
Равномерность изменения объема цемента при твердении является одним из главных его свойств. Основной причиной неравномерности изменения объема портландцемента является присутствие свободной, или несоединившейся извести или окиси магния выше известного предела.
Равномерность изменения объема определяется на четырех лепешках, изготовленных из теста нормальной густоты массой до 75 г каждая. Лепешки после 24 ч хранения их в шкафу с повышенной влажностью подвергают кипячению в воде в течение 4 ч. После охлаждения две лепешки подвергают дополнительному испытанию в автоклаве при давлении пара до 2 МПа в течение 3 ч. Цемент считается выдержавшим испытание, если на лицевой стороне всех четырех лепешек не обнаружится радиальных доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, которые видны невооруженным глазом, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешки.
Плотность цемента определяют в объемомере.

Изделия и конструкции, изготовленные с использованием портландцемента, широко используют в надземных, подземных и подводных условиях. Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона и железобетона в жилищном, промышленном, гидротехническом, до-рожлом строительстве и т. д. На нем изготовляют тяжелые и легкие бетоны, ячеистые бетоны, строительные растворы высоких марок, теплоизоляционные материалы и т. д. Портландцемент не следует применять для конструкций, подвергающихся воздействию морской, минерализованной и даже пресной воды проточной или под сильным напором. В этих случаях рекомендуется использовать цементы специальных видов (сульфатостойкие, цементы с добавками).