Портландцемент — різновиди, характеристики, виробники

Цемент — порошкоподібний матеріал, що використовується в якості сполучного речовини при виготовленні будівельних розчинів. При змішуванні з рідиною з цементу утворюється в’язка маса, що твердіє на повітрі протягом декількох годин.

У сфері житлового і промислового будівництва поширене використання портландцементу, про який ми поговоримо в цій статті. Будуть розглянуті види портландцементу, його технічні характеристики, технологія виробництва та особливості тверднення.

Зміст

Склад і експлуатаційні характеристики

Найбільш поширена марка цементу — нормальнотвердеющій портландцемент складається з двох компонентів: гіпсу і клінкеру, розмір фракцій яких варіюється в межах 20-100 мкм. Клінкер являє собою спечену суміш з вапняку і глини, що містить в складі 75-90% силікату кальцію. Крім основної сировини в склад можуть додаватися різноманітні модифікатори (отверджувачі, гідрофобізатори) — домішки, завдяки яким підсумкова суміш отримує необхідні характеристики.

Серед ключових характеристик портландцементу, що впливають на його експлуатаційні властивості, найбільш важливими є:

Корозійна стійкість. Корозія є головною причиною руйнування арматурних каркасів, замонолічених усередині бетонних конструкцій. З метою запобігання розвитку корозійних процесів в склад цементу вводяться спеціальні присадки, які зменшують виділення вапна в процесі твердіння кальцію, що в свою чергу значно знижує хімічну активність солей. Також корозія може зменшуватися за допомогою додавання до складу полімерних гідрофобізаторів, що закупорюють пори бетону, що перешкоджає проникненню вологи всередину матеріалу.

Портландцемент — різновиди, характеристики, виробники

Корозія бетону

Гідрофобність (вбирання води). Від цього фактора залежить співвідношення рідини і сухої цементної суміші, яка дозволяє отримати розчин оптимальної густоти. Згідно з довідковими даними, портландцементу необхідно близько 23-27% води від початкового об’єму.

Розмір фракцій. Тонкість помелу визначає ціну матеріалу, чим менше фракції — тим дорожче цемент. Це обумовлюється тим, що розчин з порошку дрібного помелу твердне значно швидше. Недоліком тут є надмірна витрата фракцій дрібного помелу, тому оптимальним вважається використання часток як дрібного (до 40), так і великого (до 90 мкм) розміру.

Морозостійкість. Саме від цього параметра залежить довговічність після тужавіння цементу, оскільки проникла в матеріал волога здатна при замерзанні збільшується в розмірах і розриває його зсередини. З цієї причини в склад додається спеціальне сировина — натрій, абіетат, деревний пек, збільшує його стійкість до температурних коливань.

Термін тужавіння і підсумкова міцність. Механічна міцність розчину визначається через 28 днів після його твердіння. Ця 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 дні.

Портландцемент в порошковому стані

При виборі цементу в першу чергу необхідно враховувати умови навколишнього середовища, у якій бетон буде експлуатуватися. Вам потрібно точність знати такі параметри як середня температура повітря та межі її коливань, вологість, частота та інтенсивність 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 сумішей на основі глини, крейди і залізовмісних добавок. Дані компоненти змішуються між собою у 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.

Лінія виробництва портландцементу

Існують також комбіновані способи виробництва портландцементу, мають два різновиди:

спосіб №1: змішане суху сировину додається вода і склад доволится до вологості 17% (для коригування вологості використовуються спеціальні фільтри), потім матеріал надходить у піч, обпалюється і подрібнюється;
спосіб №2: компоненти змішують в сухому вигляді, потім в шлам додається 10% води, матеріал гранулюється і надходить у піч випалу, по завершенню прогріви виконується помел гранул.

Виробничий цех

Мокрий метод виробництва портландцементу застосовується частіше, оскільки він забезпечує більш високу якість підсумкового матеріалу, а також відрізняється меншою витратою електроенергії на подрібнення шламу.

Огляд маркувань портландцементу згідно ГОСТ (відео)

Різновиди портландцемента

На будівельному ринку представлено понад 10 різновидів цементу, що відрізняються між собою складом та технічними характеристиками. Розглянемо основні з них:

Сульфатостійкий портландцемент. Стійкість до сульфатів у ньому досягається завдяки зменшенню у складі клінкеру алюмінатів кальцію. Існує два види сульфатостойкой суміші: портландцемент з мінеральними добавками і без них, складу з добавками відрізняється збільшеною морозостійкістю.

Швидкотвердіючий портландцемент (БТЦ) — до складу входить безліч модифікаторів, які забезпечують підвищену швидкість набору матеріалом міцності на першому етапі тужавіння. Швидкотвердіючий портландцемент, як правило, використовується при промисловому виробництві залізобетонних конструкцій — паль, плит перекриттів, блоків.

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 у свердловині.

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 тужавіння. Гідрофобний портландцемент застосовується при будівництві будівель і споруд на воді.

Білий портландцемент. До складу суміші не входять додають колір оксиди (марганець, залізо), із-за чого вона відрізняється від інших марок своїм світлим відтінком. Використовується білий портландцемент не тільки в будівництві, але і для оздоблювальних робіт. Поширено його застосування і при створенні скульптур. Також існують кольорові суміші портландцементу, в яких присутні фарбувальні пігменти, що додають розчину потрібний відтінок.

Білий портландцемент

Пуцолановий портландцемент. Одна з найбільш міцних марок, що відрізняється високою стійкістю до сульфатів і низькою гідрофобністю. Пуцолановий портландцемент широко застосовується при виробництві ЗБВ, конструкції з даного складу після випалу в автоклаві по міцності перевершують аналоги з інших різновидів цементу. Однак має пуцолановий портландцемент і недоліки, основним з яких є значне зменшення темпів твердіння 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, замонолічування шахт, свердловин та з метою гідроізоляції. Розширюється портландцемент схоплюється по закінченню 30 хвилин після заливки.

Теорія твердіння портландцементу

Твердіння портландцементу можна розділити на три послідовних 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 перекристализация клінкерних мінералів, в результаті якої дрібні частинки з’єднуються і формують у порівняно великі новоутворення. В результаті кристалізації відбувається залишкове твердіння цементного розчину і його перехід в кам’яне стан.

Готовий до застосування розчин

За перші 3 доби після заливки розчину твердіння портландцементу не перевищує 30% від кінцевої 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 твердіння розчину значно уповільнюються.