Види цементу
Швидкотвердіючий портландцемент (БТЦ) відрізняється від звичайного інтенсивнішим наростанням міцності в початковий період твердіння.
Отримати його можна або більш тонкого помелу звичайного клінкеру, або застосуванням клінкеру певного мінералогічного складу. Однак підвищувати тонкість помелу цементу невигідно, оскільки це знижує продуктивність помольного обладнання та збільшує витрату електроенергії. Тому вигідніший шлях отримання швидкотвердіючого цементу - регулювання мінералогічного складу клінкеру.
За ГОСТ 10178-62 БТЦ через 3 доби твердіння в стандартних умовах у розчині 1:3 повинен мати межу міцності при згинанні не менше 40 кгс/см2. 28-добова міцність портландцементу, що швидко твердне, не регламентована і характеризується приблизною маркою 400. Тонкість помелу БТЦ вище, ніж у звичайного портландцементу (2500-3000 см/г2), і становить 3500-4000 см/г2.
Різновидом швидкотвердіючого портландцементу є особливо швидкотвердіючий портландцемент (ОБТЦ). Відрізняється він від БТЦ ще інтенсивнішим темпом наростання міцності у початковий період твердіння.
Високоміцний портландцемент (ВПЦ) повинен мати у 28-добовому віці межу міцності при стисканні 600 кгс/см2 і більше.
При використанні швидкотвердіючого портландцементу та високоміцного портландцементу для виготовлення будівельних деталей знижується витрата цементу, зменшується розмір елементів та маса конструкцій.
Шлакопортландцемент і пуццолановий портландцемент, що мають подібні фізико-механічні властивості, одержують тонким подрібненням портландцементного клінкеру з підвищеною кількістю активних мінеральних добавок. Відмінність цих цементів визначається видом добавки: пуццолановий портландцемент одержують тонким.подрібненням клінкеру з природною активною мінеральною добавкою, а шлакопортландцемент із доменними гранульованими шлаками. Міцність шлакопортландцементу і пуццоланового портландцементу дещо нижча за міцність звичайного портландцементу; пуцоланові та шлакопортландцементи мають марки 200, 300, 400 та 500.
Можливість застосування у портландцементі активних мінеральних добавок у великій кількості без суттєвого зниження міцності цементу обумовлюється процесами взаємодії добавки з продуктами гідратації клінкерних мінералів. Серед цих продуктів основна роль належить гідрату окису кальцію Са (ОН)2, що виділяється у вільному вигляді при гідратації трикальцієвого силікату.
Активні мінеральні добавки складаються, як зазначалося, з речовин, що легко вступають у хімічну взаємодію з Са (ОН)2 , при цьому утворюються гідросилікати та гідроалюмінати кальцію, подібні за складом з продуктами гідратації клінкерних мінералів і володіють здатністю, що клеїть.
природних добавок у пуцоланових портландцементах: вулканічного походження (пемза, туф, попіл) – не менше 25 і не більше 40%; осадового походження (діатоміти, трепели, опоки) – не менше 20 і не більше 30%;
доменних гранульованих шлаків у шлакопортландцементних не менше 30 і не більше 60%.
Заміна найдорожчої частини портландцементу – клінкеру – природною добавкою або промисловими відходами – шлаками на 10-12% знижує вартість цементу, що має велике економічне значення.
У той же час слід враховувати, що при введенні добавки в цемент його властивості змінюються і на краще і в гірший бік. Так, пуцоланові портландцементи і шлакопортландцементи мають підвищену водостійкість і низьке тепловиділення, що важливо при зведенні гідротехнічних.споруд та масивних бетонних конструкцій. Але вони повільно тверднуть у початковий період (хоча до 28 діб міцність їх наближається до міцності звичайного портландцементу) і мають дещо меншу морозостійкість і стійкість до повітря.
Різновидами пуццоланового портландцементу та шлакопортландцементу є:
сульфатостійкий пуццолановий портландцемент, що отримується тонким подрібненням клінкеру, що містить трикальцієвого алюмінату не більше 8% і природну гідравлічну добавку; кількість добавки приймається те саме, що й для пуцоланового портландцементу. Цей цемент випускається марок 200300400; в іншому його властивості аналогічні пуццоланового портландцементу;
Швидкотвердіючий шлакопортландцемент має більш інтенсивний, ніж звичайний шлакопортландцемент, наростанням міцності в початковий період твердіння. Це досягається застосуванням клінкеру портландцементу швидкотвердіючого і шлаків високої основності в кількості не менше 30 і не більше 50% по масі.
Зразки, виготовлені з 1 ч. цього цементу і 3 ч. піску, через три доби твердіння повинні мати межу міцності при згинанні не менше 35 кгс/см2 і при стисканні не менше 200 кгс/см2, у віці 28 діб межа міцності при стисканні повинна бути не менше 400 кгс/см2. В іншому властивості швидкотвердіючого шлакопортландцементу аналогічні властивостям звичайного шлакопортландцементу.
Сульфатостійкий портландцемент відрізняється від звичайного більш високою стійкістю у сульфатних водах.
Причиною руйнування цементу, що затвердів у воді, що містить розчинені сульфати, є взаємодія сірчанокислого кальцію з трикальцієвим алюмінатом по реакції
C3AH6 + 3CaSO4 * 2H2O + 19H2OC3A * 3CaSO4 * 31H2O.
гідросульфоалюмінат кальцію, Що Утворюється, званийчерез свою руйнівну дію "сульфоалюмінатною бацилою", значно збільшується в обсязі порівняно із загальним обсягом вихідних матеріалів - трикальцієвого алюмінату та гіпсу - за рахунок приєднання великої кількості води. Це викликає появу в цементному камені напруг, що розтягують, і подальше його руйнування.
Одним з основних шляхів отримання сульфатостійкого цементу є зменшення вмісту клінкеру трикальцієвого алюмінату, на першому етапі взаємодії якого з водою утворюється при нестачі гіпсу трикальцієвий гідроалюмінат.
Сульфатостійкість і водостійкість портландцементу знижуються при високому вмісті в клінкер трикальцієвого силікату, який при гідрації виділяє легкорозчинний гідрат окису кальцію. З вказаних причин клінкер сульфатостійкого портландцементу повинен містити трикальцієвого силікату не більше 50%; трикальцієвого алюмінату не більше 5%, а сума трикальцієвого алюмінату та чотирикальцієвого алюмофериту повинна становити не більше 22%.
Сульфатостійкий портландцемент випускають двох марок - 300 і 400. Введення активних мінеральних добавок у цемент не допускається, оскільки вони знижують морозостійкість бетону.
Портландцемент із помірною екзотермією. Близьким сульфатостійким цементом за мінералогічним складом клінкеру та властивостями виявляється портландцемент з помірною екзотермією (тепловиділенням). Він при твердінні має в порівнянні зі звичайним портландцементом зниженою екзотермією і дещо підвищеною сульфатостійкістю та водостійкістю.
Низькотермічні цементи необхідні для будівництва масивних бетонних споруд, інакше в останніх утворюються тріщини. Відбувається це з тієї причини, що при великому виділенні тепла твердіючим цементом внутрішнішари масивної бетонної конструкції виявляються нагрітими, а зовнішні охолоджуються навколишнім повітрям. При нагріванні кожна речовина збільшується обсягом, а при охолодженні стискається. При високій екзотермії цементу внутрішні нагріті шари бетонної конструкції внаслідок розширення розриватимуть зовнішні холодні шари, утворюючи в них тріщини.
Портландцемент з помірною екзотермією випускають марок 300 і 400. цей цемент, як і сульфатостойкий, повинен містити активних мінеральних добавок; в іншому його властивості ті ж, що й у звичайного портландцементу.
Пластифікований портландцемент отримують введенням при помелі звичайного портландцементу пластифікуючих поверхнево-активних добавок. Як поверхнево-активні добавки застосовують концентрати сульфітно-спиртової бражки (СДБ), що задовольняє вимогам МРТУ 13-04-35-66.
Основні властивості пластифікованого портландцементу та вимоги, що пред'являються до них стандартом, ті ж, що й у звичайного портландцементу, за винятком вимоги до його пластичності.
Розчин із суміші пластифікованого портландцементу з нормальним піском складу 1 : 3 при водоцементному відношенні, що дорівнює 0,40, повинен мати таку пластичність, при якій розплив конуса з цього розчину після 30 струшування становить не менше 125 мм. Простий портландцемент за цих умов дає розплив конуса 105-110 мм.
Гідрофобний портландцемент отримують введенням при помелі звичайного портландцементу гідрофобізуючої добавки. До таких добавок відносяться: асидол, асидол-милонафт, милонафт (ГОСТ 13302-67), олеїнова кислота або окислений петролатум.
Вимоги стандарту до гідрофобного портландцементу залишаються тими самими, що й до звичайного, але, крім того,гідрофобний цемент повинен мати спеціальну властивість - він не повинен вбирати воду протягом 5 хв.
Гідрофобний портландцемент відрізняється від звичайного зниженої гігроскопічності. Знижена гігроскопічність дозволяє зберігати активність цементу при тривалому транспортуванні та зберіганні навіть у вологому середовищі та запобігає злипанню у грудки при короткочасній дії води. Крім того, гідрофобні цементи надають бетонам підвищеної морозостійкості та водонепроникності. При використанні гідрофобного портландцементу дещо підвищується рухливість і зручність бетонних сумішей.
Дорожній портландцемент призначається для бетонних покриттів автомобільних шляхів та аеродромів.
Вимоги до цього цементу випливають із вимог до бетонних доріг та умов виконання дорожніх робіт. Дорожній цемент повинен мати високу міцність і морозостійкість, стирання і ударну в'язкість.
При будівництві доріг виникає потреба транспортувати бетонні суміші на значну відстань. При цьому причин схоплення дорожнього портландцементу має наступати не раніше 2 годин (звичайного портландцементу не раніше 45 хв.).
В іншому властивості дорожнього портландцементу аналогічні властивостям звичайного цементу.
Білий портландцемент, на відміну від звичайного, має підвищений силікатний модуль (3,0-3,8) і дуже високий глиноземистий модуль (10 і більше), а коефіцієнт насичення нижче, ніж у звичайного, - 0,80-0,87. відповідно до цього клінкер білого портландцементу має наступний мінералогічний склад: C3S 38-44%; C2S 35-37%; C3A 15-16%; C4AF 1-2%, тобто. він практично не містить алюмоферитів кальцію. Випалювання клінкеру білого портландцементу проводиться при більшвисокій температурі внаслідок малого вмісту плавнів.
Для підвищення білизни цементу клінкер при виході з печі "відбілюють", різко охолоджуючи водою до температури 500-6000 С, або впливають відновлювальним безкисневим середовищем при температурі 800-10000 С з наступним охолодженням в безкисневому середовищі до 0.
При різкому охолодженні та в результаті дії відновлювального середовища збільшується ступінь білизни клінкеру за рахунок переходу частини окисного заліза в закисне, а також внаслідок утворення алюмофериту кальцію, що зв'язує більше Fe2O3, C6AF2.
Відповідно до вимог ГОСТ 965-66 білий портландцемент ділиться на марки 300, 400 і 500, а за ступенем білизни поділяється на три сорти: вищий, БЦ-1 та БЦ-2, що визначаються за коефіцієнтом яскравості щодо BaSO4. Білий портландцемент повинен містити не більше 6% білого діатоміту та не більше 10% інертної мінеральної добавки (вапняку, кварцового піску). Окису магнію в клінкері має бути не більше 4%. Інші вимоги ті ж, що й для звичайного портландцементу.
На основі білого цементу готують кольорові цементи, додаючи при помелі білого клінкеру пігменти - тонкоподрібнені мінеральні барвники: мумію (червоний пігмент), умбру (коричневий), охру (жовтий), окис хрому (зелений), сажу (чорний), ультрама .
Портландцемент для виробництва азбестоцементних виробів. Азбестоцементні вироби у вигляді труб, плиток та листів для покрівель, облицювальних матеріалів отримують шляхом формування з вологої азбестоцементної маси, що складається в середньому з 10-20% азбесту та 90-80% портландцементу. Ці вироби мають високу міцність і вигин (250 кгс/см2 і більше) в порівнянні з іншими штучними кам'яними матеріалами. Досягається воназавдяки дуже високій міцності волокон азбесту на розтягування (до 8-10 тис. кгс/см2) та дуже сильному зчепленню азбестових волокон з цементом.
Відповідно до ГОСТ 9835-66 портландцемент для азбестоцементних виробів повинен містити C3S не менше 50%, а C3А не більше 3%. Випускаються дві марки цього цементу 400 і 500 - початок схоплювання має наступати не раніше 1 год. 30 хв., а кінець - не пізніше 12 год. від початку замішування. Тонкість помелу цементу повинна бути такою, щоб при просіюванні крізь сито - 008 проходило не менше 88% і не більше 93% маси проби. Інші властивості та показники цього цементу аналогічні показникам звичайного портландцементу.
Портландцемент для виробництва азбестоцементних виробів не повинен містити активних або інертних мінеральних добавок. Вміст добавок допускається за згодою споживача і лише у кількості не більше 3% для покращення властивостей цементу, а також не більше 0,5% спеціальних добавок, що полегшують помел та не погіршують властивостей цементу. Введення великої кількості добавок забороняється у зв'язку з погіршенням фільтрації азбестоцементної плівки в їх присутності.
Піщанистий портландцемент виходить шляхом сумісного спільного помелу клінкеру, добавки гіпсу і приблизно 40% кварцового піску. Відмінною особливістю цього цементу є знижене тепловиділення при гідратації.
При твердінні карбонатного портландцементу виділяється менша кількість тепла, ніж при гідратації звичайного портландцементу. Крім того, він характеризується підвищеною стійкістю у вуглекислих середовищах внаслідок захисної дії вуглекислого кальцію.