Цемент - порошкоподібний матеріал, який використовується в якості сполучного речовини при виготовленні будівельних розчинів. При змішуванні з рідиною з цементу утворюється в'язка маса, твердіючих на повітрі протягом декількох годин.
У сфері житлового і промислового будівництва поширене використання портландцементу, про який ми поговоримо в даній статті. Будуть розглянуті види портландцементу, його технічні характеристики, технологія виробництва і особливості твердіння.
Склад і експлуатаційні характеристики Найбільш поширена марка цементу - нормальнотвердеющій портландцемент складається з двох компонентів: гіпсу і клінкера, розмір фракцій яких варіюється в межах 20-100 мкм. Клінкер є спечену суміш з вапняку і глини, що містить в складі 75-90% силікату кальцію. Крім основної сировини до складу можуть додаватися різноманітні модифікатори (отвердители, гідрофобізатори) - домішки, завдяки яким підсумкова суміш отримує необхідні характеристики.
Серед ключових характеристик портландцементу, що впливають на його експлуатаційні властивості, найбільш важливими є: 1. Корозійна стійкість. Корозія є головною причиною руйнування арматурних каркасів, замонолічених всередині бетонних конструкцій. З метою запобігання розвитку корозійних процесів до складу цементу вводяться спеціальні присадки, які зменшують виділення вапна в процесі затвердіння кальцію, що в свою чергу значно знижує хімічну активність солей. Також корозія може зменшуватися за допомогою додавання до складу полімерних гидрофобизаторов, що закупорюють пори бетону, що перешкоджає проникненню вологи всередину матеріалу.
2. Гидрофобность (вбирання води). Від даного чинника залежить співвідношення рідини і сухої цементної суміші, яке дозволяє отримати розчин оптимальної густоти. Згідно з довідковими даними, портландцементу необхідно близько 23-27% води від початкового об'єму. 3. Розмір фракцій. Тонкість помелу визначає ціну матеріалу, чим менше фракції - тим дорожче цемент. Це обумовлюється тим, що розчин з порошку дрібного помелу значно швидше твердне. Недоліком тут є надмірна водопотребность фракцій дрібного помелу, тому оптимальним вважається використання частинок як дрібного (до 40), так і великого (до 90 мкм) розміру.
4. Морозостійкість. Саме від цього параметра залежить довговічність цементу після затвердіння, оскільки проникла в матеріал волога здатна при замерзанні збільшується в розмірах і розриває його зсередини. З цієї причини до складу додається спеціальне сировину - натрій, абіетат, деревне пек, що збільшує його стійкість до температурних коливань. 5. Термін затвердіння і підсумкова міцність. Механічна міцність розчину визначається через 28 днів після його затвердіння. Дана величина вимірюється в МПа, для портландцементу вона варіюється в межах 30-60 МПа. У будівництві широко використовуються швидкотверднучі марки портландцементу, що набирають міцність за 3-4 дня.
При виборі цементу в першу чергу необхідно враховувати умови навколишнього середовища, в якій бетон буде експлуатуватися. Вам потрібно точність знати такі параметри як середня температура повітря і межі її коливань, вологість, частота і щедрість опадів. Технологія виробництва Виробництво портландцементу може вестися по мокрому або сухому методу, які відрізняються між собою способом змішування сировини - мокрий метод передбачає змішування компонентів у вигляді розчину, сухий - у вигляді порошку.
Мокра технологія виробництва портландцементу використовується для приготування складів на основі глини, крейди і залізовмісних добавок. Дані компоненти змішуються між собою в водному середовищі, в результаті чого утворюється шлам вологістю близько 40%. Матеріал завантажується в циліндричну піч випалу, довжина якої може доходити до 200 м, де протягом 3-4 годин прогрівається при температурі 1500 градусів. У процесі випалу піч безперервно обертається навколо своєї осі. Нагрівання сприяють виділенню з шламу вуглекислоти, завдяки чому утворюється портландцементний клінкер, який подрібнюється до порошку необхідного розміру. Далі портландцементний клінкер змішується з гіпсом, таким чином і отримують підсумковий матеріал.
Також існують комбінована способи виробництва портландцементу, що мають два різновиди: • спосіб №1: в змішане суху сировину додається вода і склад задоволений до вологості 17% (для коригування вологості використовуються спеціальні фільтри), потім матеріал надходить в піч, обпалюється і подрібнюється; • спосіб №2: компоненти змішуються в сухому вигляді, потім в шлам додається 10% води, матеріал гранулюється і надходить в піч випалу, по завершенню прогріву виконується помел гранул. Мокрий метод виробництва портландцементу застосовується частіше, оскільки він забезпечує більш високу якість підсумкового матеріалу, а також відрізняється меншою витратою електроенергії на подрібнення шламу.
різновиди портландцементу На будівельному ринку представлено понад 10 різновидів цементу, що відрізняються між собою складом та технічними характеристиками. Розглянемо основні з них: 1. Сульфатостойкий портландцемент. Стійкість до сульфатів в ньому досягається завдяки зменшенню в складі клінкеру алюмінатів кальцію. Існує два види сульфатостійкого суміші: портландцемент з мінеральними добавками і без них, склад з добавками відрізняється збільшеною морозостійкістю.
2. Швидкотвердіючий портландцемент (БТЦ) - до складу входить безліч модифікаторів, які забезпечують підвищену швидкість набору матеріалом міцності на першому етапі затвердіння. Швидкотвердіючий портландцемент, як правило, використовується при промисловому виробництві залізобетонних конструкцій - паль, плит перекриттів, блоків. 3. Портландцемент тампонажний - склад призначений для ізоляції нафтовидобувних і газових свердловин від грунтових вод. Характерною особливістю даної марки є підвищена плинність, яка не залежить від температури і тиску навколишнього середовища. Тампонажні суміші дозволяють надійно зафіксувати обсадних труб в свердловині.
4. Гідрофобний портландцемент. Гідратація даного складу відрізняється від водопоглинання інших марок цементу - він не вбирає вологу протягом перших 5-ти хвилин після замішування і відрізняється мінімальним водопоглинанням після затвердіння. Гідрофобний портландцемент застосовується при будівництві будівель і споруд на воді. 5. Білий портландцемент. До складу суміші не входять надають колір оксиди (марганець, залізо), через що вона відрізняється від інших марок своїм світлим відтінком. Використовується білий портландцемент не тільки в будівництві, але і для оздоблювальних робіт. Поширена його застосування і при створенні скульптур. Також існують кольорові склади портландцементу, в яких присутні фарбувальні пігменти, що додають розчину необхідний відтінок.
6. Пуцолановий портландцемент. Одна з найбільш міцних марок, що відрізняється високою стійкістю до сульфатів і низькою гидрофобностью. Пуцолановий портландцемент широко застосовується при виробництві ЗБВ, конструкції з даного складу після випалу в автоклаві за міцністю перевершують аналоги з інших різновидів цементу. Однак має пуццолановий портландцемент і недоліки, основним з яких є значне зменшення темпів затвердіння при зниженні температури навколишнього середовища, і повна зупинка набору міцності на морозі.
Окремо виділимо розширюється портландцемент, характерною особливістю якого є здатність збільшення обсягу при твердінні. Застосування таких складів затребуване в ремонтних роботах, де вони використовуються для закладення тріщин, замоноличивания шахт, свердловин і з метою гідроізоляції. Розширюється портландцемент схоплюється по закінченню 30 хвилин після заливки.
Теорія твердіння портландцементу Твердіння портландцементу можна розділити на три послідовні етапи. На першій стадії, після змішування складу з водою, клінкерні мінерали змиваються з поверхні цементного зерна і розчиняються у воді, що призводить до утворення насиченого мінералами розчину. Даний процес називається гідратація.
Наступний етап - зростання в'язкості цементного тесту, що провокує початок схоплювання розчину. Далі відбувається перекристалізації клінкерних мінералів, в результаті якої дрібні частинки з'єднуються і формують в порівняно великі новоутворення. В результаті кристалізації відбувається залишкове твердіння цементного розчину і його перехід в кам'яне стан.
За перші 3 доби після заливки розчину твердіння портландцементу не перевищує 30% від підсумкової міцності. Через 2 тижні твердість бетону доходить до 70%, і по закінченню 4 тижнів (28 днів) - камінь отримує повну проектну міцність. Зазначені дані вірні при температурі навколишнього середовища 200, в умовах зниженої температури процеси затвердіння розчину значно сповільнюються.
