Портландцемент — разновидности, характеристики, производители

Цемент — порошкообразный материал, используемый в качестве связующего вещества при изготовлении строительных растворов. При смешивании с жидкостью из цемента образуется вязкая масса, твердеющая на воздухе в течении нескольких часов.

В сфере жилищного и промышленного строительства распространено использования портландцемента, о котором мы поговорим в данной статье. Будут рассмотрены виды портландцемента, его технические характеристики, технология производства и особенности твердения.

1 Состав и эксплуатационные характеристики

Наиболее распространенная марка цемента - нормальнотвердеющий портландцемент состоит из двух компонентов: гипса и клинкера, размер фракций которых варьируется в пределах 20-100 мкм. Клинкер представляет собой спекшуюся смесь из известняка и глины, содержащей в составе 75-90% силиката кальция. Помимо основного сырья в состав могут добавляться разнообразные модификаторы (отвердители, гидрофобизаторы) — примеси, благодаря которым итоговая смесь получает требуемые характеристики.

Среди ключевых характеристик портландцемента, влияющих на его эксплуатационные свойства, наиболее важными являются:

1. Коррозийная устойчивость. Коррозия является главной причиной разрушения арматурных каркасов, замоноличенных внутри бетонных конструкций. С целью предотвращения развития коррозийных процессов в состав цемента вводятся специальные присадки, уменьшающие выделение извести в процессе отвердевания кальция, что в свою очередь значительно снижает химическую активность солей. Также коррозия может уменьшаться посредством добавления в состав полимерных гидрофобизаторов, закупоривающих поры бетона, что препятствует проникновению влаги внутрь материала.
   
   

   Коррозия бетона

2. Гидрофобность (впитывание воды). От данного фактора зависит соотношение жидкости и  сухой цементной смеси, которое позволяет получить раствор оптимальной густоты. Согласно справочным данным, портландцементу необходимо около 23-27% воды от изначального объема.
3. Размер фракций. Тонкость помола определяет цену материала, чем меньше фракции — тем дороже цемент. Это обуславливается тем, что раствор из порошка мелкого помола значительно быстрее отвердевает. Недостатком тут является чрезмерная водопотребность фракций мелкого помола, поэтому оптимальным считается использование частиц как мелкого (до 40), так и крупного (до 90 мкм) размера.
4. Морозостойкость. Именно от данного параметра зависит долговечность цемента после отвердевания, поскольку проникшая в материал влага способна при замерзании увеличивается в размерах и разрывает его изнутри. По этой причине в состав добавляется специальное сырье — натрий, абиетат, древесный пек, увеличивающее его устойчивость к температурным колебаниям.
5. Срок отвердевания и итоговая прочность. Механическая прочность раствора определяется спустя 28 дней после его отвердевания. Данная величина измеряется в МПа, для портландцемента она варьируется в пределах 30-60 МПа. В строительстве широко используются быстротвердеющие марки портландцемента, набирающие прочность за 3-4 дня.

Портландцемент в порошковом состоянии

При выборе цемента в первую очередь необходимо учитывать условия окружающей среды, в которой бетон будет эксплуатироваться. Вам нужно точность знать такие параметры как средняя температура воздуха и границы ее колебаний, влажность, частота и обильность осадков.

1.1 Технология производства

Производство портландцемента может вестись по мокрому либо сухому методу, которые отличаются между собой способом смешивания сырья — мокрый метод предполагает смешивание компонентов в виде раствора, сухой — в виде порошка.

Мокрая технология производства портландцемента используется для приготовления составов на основе глины, мела и железосодержащих добавок. Данные компоненты смешиваются между собой в водной среде, в результате чего образуется шлам влажностью около 40%. Материал загружается в цилиндрическую печь обжига, длина которой может доходить до 200 м, где в течении 3-4 часов прогревается при температуре 1500 градусов. В процессе обжига печь непрерывно вращается вокруг своей оси. Нагрев способствуют выделению из шлама углекислоты, благодаря чему образовывается портландцементный клинкер, который измельчается до порошка требуемого размера. Далее портландцементный клинкер смешивается с гипсом, таким образом и получают итоговый материал.

Линия производства портландцемента

Также существуют комбинированная способы производства портландцемента, имеющие две разновидности:

• способ №1: в смешанное сухое сырье добавляется вода и состав доволится до влажности 17% (для корректировки влажности используются специальные фильтры), затем материал поступает в печь, обжигается и измельчается;
• способ №2: компоненты смешиваются в сухом виде, затем в шлам добавляется 10% воды, материал гранулируется и поступает в печь обжига, по завершению прогревы выполняется помол гранул.

Производственный цех

Мокрый метод производства портландцемента применяется чаще, поскольку он обеспечивает более высокое качество итогового материала, а также отличается меньшим расходом электроэнергии на измельчение шлама.

1.2 Обзор маркировок портландцемента согласно ГОСТ (видео)

2 Разновидности портландцемента

На строительном рынке представлено свыше 10 разновидностей цемента, отличающихся между собой составом и техническими характеристиками. Рассмотрим основные из них:

1. Сульфатостойкий портландцемент. Устойчивость к сульфатам в нем достигается благодаря уменьшению в составе клинкера алюминатов кальция. Существует два вида сульфатостойкой смеси: портландцемент с минеральными добавками и без них, состав с добавками отличается увеличенной морозоустойчивостью.
2. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) — в состав входит множество модификаторов, обеспечивающих повышенную скорость набора материалом прочности на первом этапе отвердевания. Быстротвердеющий портландцемент, как правило, используется при промышленном производстве железобетонных конструкций — свай, плит перекрытий, блоков.
3. Портландцемент тампонажный — состав предназначенный для изоляции нефтедобывающих и газовых скважин от грунтовых вод. Характерной особенностью данной марки является повышенная текучесть, которая не зависит от температуры и давления окружающей среды. Тампонажные смеси позволяют надежно зафиксировать обсадную трубу в скважине.
4. Гидрофобный портландцемент. Гидратация данного состава отличается от водопоглощения остальных марок цемента — он не впитывает влагу на протяжении первых 5-ти минут после замешивания и отличается минимальным водопоглощением после отвердевания. Гидрофобный портландцемент применяется при строительстве зданий и сооружений на воде.
5. Белый портландцемент. В состав смеси не входят придающие цвет оксиды (марганец, железо), из-за чего она отличается от других марок своим светлым оттенком. Используется белый портландцемент не только в строительстве, но и для отделочных работ. Распространено его применение и при создании скульптур. Также существуют цветные составы портландцемента, в которых присутствуют красящие пигменты, придающие раствору требуемый оттенок.
   
   

   Белый портландцемент

6. Пуццолановый портландцемент. Одна из наиболее прочных марок, отличающаяся высокой устойчивостью к сульфатам и низкой гидрофобностью. Пуццолановый портландцемент широко применяется при производстве ЖБИ, конструкции из данного состава после обжига в автоклаве по прочности превосходят аналоги из других разновидностей цемента. Однако имеет пуццолановый портландцемент и недостатки, основным из которых является значительное уменьшение темпов отвердевания при снижении температуры окружающей среды, и полная остановка набора прочности на морозе.

Отдельно выделим расширяющийся портландцемент, характерной особенностью которого является способность увеличения объема при отвердевании. Применение таких составов востребовано в ремонтных работах, где они используются для заделки трещин, замоноличивания шахт, скважин и с целью гидроизоляции. Расширяющийся портландцемент схватывается по истечению 30 минут после заливки.

2.1 Теория твердения портландцемента

Твердение портландцемента можно разделить на три последовательных этапа. На первой стадии, после смешивания состава с водой, клинкерные минералы смываются с поверхности цементного зерна и растворяются в воде, что приводит к образованию насыщенного минералами раствора. Данный процесс называется гидратация.

Следующий этап — рост вязкости цементного теста, провоцирующий начало схватывания раствора. Далее происходит перекристализация клинкерных минералов, в результате которой мелкие частицы соединяются и формируют в сравнительно крупные новообразования. В результате кристаллизации происходит остаточное твердение цементного раствора и его переход в каменное состояние.

Готовый к применению раствор

За первые 3-е суток после заливки раствора твердение портландцемента не превышает 30% от итоговой прочности. Спустя 2 недели твердость бетона доходит до 70%, и по истечению 4 недель (28 дней) — камень получает полную проектную прочность. Указанные данные верны при температуре окружающей среды 20⁰, в условиях пониженной температуры процессы отвердевания раствора значительно замедляются.

Смотрите также

Современные технологии производства качественного цемента

Обзор установки для производства теплоблоков

Технология производства пеноблоков в домашних условиях

Технология производства арболитовых блоков