Сульфатостойкий портландцемент

Сульфатостойкий портландцемент

На конструкции и изделия из бетона и железобетона при эксплуатации происходит постоянное воздействие множества внешних факторов, способных привести к повреждению и даже разрушению. Одним из средств защиты по праву считается использование для приготовления бетонной смеси сульфатостойкого портландцемента .

Производство

Теперь вы сможете ответить на вопрос: «Портландцемент – что это такое?» Настало время коснуться производства. Его можно разбить на следующие этапы:

1. Добыча сырья. Таковым является известняк, залегающий на глубине около 10 метров. Из-за этого, получение сырья не связано с большими расходами.
2. Подготовка. Известняк направляется на первичный помол, где к нему добавляют некоторые материалы для создания рабочей смеси. Доля таких добавок отражается на маркировке числовым индексом после буквы «Д». Например, в цементе с маркировкой Д10 – 10% объема занимают различные модификаторы.
3. Обжиг. В результате термической обработки рабочей смеси, получается клинкер – основной компонент рассматриваемого материала.
4. Измельчение. На этом этапе клинкер перемалывают буквально в труху, параллельно добавляя различные модификаторы.
5. Фасовка. Полученный состав упаковывают в мешки, и портландцемент – готов.

Чем портландцемент отличается от цемента?

Не только новички, но и более опытные строители часто не могут ответить на вопрос «Чем отличается портландцемент от обычного цемента?». Тут в ход идут общие фразы вроде «‎Чем-чем? Составом!». А кто-то и вовсе скажет, что ничем таким они не отличаются, а производитель по своему усмотрению либо дописывает на упаковке «‎портланд», либо нет. То есть по сути это одно и то же?

Так ли это? В нашей статье разберем все по полочкам и дадим верный ответ.

Разбираемся в терминологии

На самом деле сравнивать понятия «портландцемент» и «цемент» не совсем правильно. Заглянем в толковый словарь.

ЦЕМЕНТ — порошкообразный вяжущий материал, входящий в состав бетона, железобетона и строительных растворов.

По словарю Ожегова

ЦЕМЕНТ — порошкообразный строительный вяжущий материал, который обладает гидравлическими свойствами, состоит из клинкера и, при необходимости, гипса или его производных и добавок.

По словарю строительной терминологии

Таким образом, цементом называется сыпучее вещество, имеющее свойство затвердевать и скреплять между собой конструкции.

Обозначение «цемент» является общим термином для всех разновидностей строительных смесей, обладающих данными свойствами. Портландцемент — это разновидность цемента!

Цемент цементу рознь: посмотрим на состав

В настоящее время различают 6 основных разновидностей цемента в соответствии с преобладающим в его составе веществом или существенными различиями в технологии производства:

• романцемент (основное вещество — белит);
• магнезиальный цемент (основное вещество — магнезит);
• глинозёмистый цемент (основное вещество — алюминатная фаза);
• кислотоупорный цемент (основное вещество — гидросиликат натрия);
• биоцемент (производится с использованием биотехнологий);
• портландцемент (основное вещество — алит).

Последний благодаря своей прочности, скорости затвердевания и ценовой доступности является самым известным и востребованным видом цемента во всем мире.

Именно добавление алита — главное отличие портландцемента от других разновидностей.

Портландцемент настолько популярен, что этот термин в народе стал синонимом к общему понятию «цемент».

Немного истории

Портландцемент был изобретен и в 1824 г. запатентован английским каменщиком Джозефом Аспдином. Он обнаружил, что смесь получаемая путем обжига извести и глины, с последующим добавлением гипса, имеет отличные показатели прочности пластичности. Смесь получила название «портландцемент» за сходство по цвету (в твердом состоянии) с породой, добываемой на острове Портленд (Англия).

В настоящее время ведутся дискуссии по поводу первенства Д. Аспдина, так как было найдено множество подтверждений, что подобную смесь на тот момент уже использовали при строительстве различных сооружений в России. Военный техник Е.Г.Челиев в 1817-1825 г. вел исследования в этой области, результаты которых в 1825 году описал в своей книге. В ней же привел состав знакомого нам портландцемента и технологию его изготовления.

Так или иначе, мы благодарны обоим изобретателям за то, что можем сегодня пользоваться плодами их трудов.

Такой знакомый и такой особенный: в чем преимущества портландцемента

Чем же портландцемент так завоевал расположение строителей во всем мире? Для ответа на этот вопрос нам нужно рассмотреть состав смеси и ее характеристики.

Состав портландцемента

Основным материалом для изготовления портландцемента являются, как и 200 лет назад, известняк (мел, мергель) и глина. Для уравновешивания химического состава к этим компонентам добавляют песок, шлак, сланцы, бокситы, золу, пирит, железную руду.

Все компоненты смешиваются в строгих пропорциях для приобретения смесью нужных физических свойств.

Далее все минералы измельчаются и отправляются в печь. Здесь при температуре в 1450 С⁰ происходит плавление руды и образование гранул клинкера (по сути, клинкер — это сплав исходных минералов).

Именно полученные клинкерные гранулы обуславливают те самые особые свойства:

• трехкальциевый и двухкальциевый силикат (алит) — основной материал портландцемента, обеспечивает прочность материала;
• трехкальциевый алюминат (целит) — формирует устойчивость к деформации и коррозии;
• четырехкальциевый алюмоферрит — придает смеси определенный цвет (чем больше алюмоферрита в составе, тем цвет насыщеннее).

На следующем этапе клинкер охлаждается и измельчается, после чего смешивается в нужных пропорциях с гипсом. Гипс необходим для регулирования сроков схватывания цемента. Трехкальциевый алюминат — очень активный компонент, при взаимодействии с водой затвердевает в считанные минуты. Гипс обволакивает молекулы алюмината и не дает смеси так быстро схватываться.

Портландцемент готов к использованию!

В зависимости от различных добавок к основным компонентам различают несколько видов портландцемента: шлаковый портландцемент, пуццолановый, сульфатостойкий, гидрофобный, белый, цветной и другие.

Преимущества и области применения

Портландцемент обладает целым рядом положительных качеств:

• высокая прочность (от 30 до 60 МПа);
• скорость схватывания (от 30 до 45 минут);
• устойчивость к коррозии;
• морозостойкость.

Так как по сравнению с другими видами в составе портландцемента преобладает алит, он является наиболее прочным из всех цементных смесей.

В целом портландцемент имеет оптимальный набор качеств для проведения строительных работ различного уровня сложности:

• отделочно-строительных работ;
• установки несущих конструкций;
• возведении фундамента;
• укладки плитки и возведении кирпичных и железобетонных перекрытий;
• гидротехнического и дорожного строительства;
• изготовления железобетонных изделий;
• строительства дорог и мостов и других видах строительных работ.

Еще одним неоспоримым преимуществом портландцемента является стоимость смеси. В производстве используются недорогие материалы, что положительно сказывается на ценообразовании.

Заключение

Портландцемент — одна из 6 разновидностей цемента, имеющая в своем составе наибольшее количество алита. Это один из самых прочных, практичных и недорогих видов цементной смеси. Удобство в использовании и широта применения по праву делают портландцемент самым востребованным в мире.

Что такое портландцемент, его характеристики и производство

Портландцемент – это разновидность цемента, который представляет собой гидравлическое вяжущее вещество. Он состоит в большей степени из силиката кальция (белита и алита). Этот компонент достигает около 70-80% от общего состава. Этот вид цемента наиболее популярен во всем мире. Свое название он получил от острова, находящегося на территории Великобритании, поскольку каменные породы с Портланда имеют идентичный цвет.

Характеристики

В состав портландцемента входит измельченный клинкер, гипс и, при необходимости, минеральные добавки. Эти компоненты обеспечивают ему быстрый процесс затвердевания в воде и на воздухе. Клинкер получается в специальных печах, где все составляющие компоненты проходят процесс обжига и плавления.

Когда процесс обжига завершен и клинкер полностью остыл, производят его тщательное измельчение. И далее добавляется гипс в определенном количестве, чтобы оксид серы в готовом продукте содержался в определенных пределах (1,5-3,5%).

Они отличаются по сфере применения:

1. М400 — изготовление железобетона, для конструкций любого типа.
2. М500 и М550 — сборные конструкции из железобетона; изделия из асбестоцемента; дорожная сфера строительства.
3. М600 — изготовление железобетона для сборных конструкций, когда требуется сырье высоких марок.
4. М700 — для строительства напряженных конструкций; изготовление высокопрочного бетона.

На примере портландцемента марки М400 можно выделить основные свойства и характеристики,присущие данному строительному материалу:

• Состав клинкера насчитывает следующие химические составляющие: CaO, FeO, AlO, МgО, ТiO и SiO. Он также имеет сложный минеральный состав: алит, белит, алюмоферрит и алюминат. Суммарное содержание минеральных компонентов достигает 95-97%.
• Удельный вес данного цемента – это относительная величина, поскольку материал имеет сыпучую структуру. Между его частичками расположено пространство воздуха. В данном случае на удельный вес будет влиять несколько факторов: транспортировка, условия хранения, марка цемента и т. д. Средний показатель веса может колебаться от 1200 до 1300 кг/куб. м.
• Плотность отличается в зависимости от марки стройматериала и имеющихся в нем добавок (2,9-3,2 т/куб. м). В рыхлом состоянии он имеет плотность 1-1,1 т/куб. м, а в уплотненном – 1,5-1,7 т/куб. м.
• Скорость и сроки схватывания фиксируется на специальном приборе с температурными показателями 18-22оС. Обычно этот процесс приходит в действие спустя два часа и заканчивается на 4-6 час. На данный показатель может влиять ряд факторов: степень помола, наличие минералов, требуемая густота раствора и прочее. Полное затвердевание происходит на 25-27 день.
• Средняя цена на портландцемент будет зависеть от завода и страны-производителя, объема упаковки и марки продукции. Для портландцемента М400 цена может варьироваться от 150 до 250 рублей.

Как уже говорилось, портландцемент является одной из разновидностей цемента. В свою очередь он имеет достаточно большое количество подвидов , которые отличаются сферой применения, ценовой политикой и своими свойствами.

Особенности производства

Для того чтобы изготовить портландцемент необходимы такие карбонатные горные породы, как мел, известняк, кремнезем и глинозем. Не исключено использование мергелей (смеси глинистых и карбонатных пород).

Минералогический состав

Портландцемент получают путем тонкого помола клинкера, гипса и разнообразных добавок.

В большинстве случаев клинкер получают из искусственных смесей, потому что в природе сырье, содержащее примерно 75% карбоната кальция и 25% глины, встречается довольно редко. Большинство цементных заводов работают на специально приготовленных сырьевых смесях с оптимальным соотношением компонентов для получения качественного продукта.

Клинкерную смесь обжигают при высоких температурах (до 1500°С), получая на выходе гранулы, которые потом измельчаются. Процентное содержание гипса не превышает 5%. Его вводят в рабочую смесь для обеспечения подвижности цементного теста в течение 45 минут, требуемых для формовки изделий или выполнения определенных работ.

Схема производства цемента.

Чтобы обеспечить портландцементу необходимые технические характеристики, часто используют активные клинкерные минеральные добавки, доля которых может составлять 20 — 25% от общей массы сырья:

1. Алюминат — характеризуется высокой скоростью затвердевания и довольно низкими показателями прочности. Такие качества обуславливают его содержание в цементе не больше 15%.
2. Алюмоферрит — его добавка в пределах 10 — 18 % позволяет сократить время затвердевания. Действие этого минерала аналогично алюминату.
3. Белит — медленно твердеет и оказывает вяжущее воздействие, имеет средние характеристики прочности. Добавки белита позволяют регулировать время затвердевания (замедлить), однако слишком большое количество этого вещества может негативно сказаться на прочности цемента. В разных марках портландцемента его может содержаться от 15 до 37%.
4. Алит — его содержание в готовом портландцементе самое высокое — до 60%. Он обеспечивает быстрое твердение цементам высоких марок.

Пуццолановый портландцемент

Пуццолановый портландцемент относится к группе сульфатостойких цементов. Технология сульфатостойких цементов отличается от обычной: во-первых, при помоле в портландцементный клинкер вводят активную минеральную добавку в намного большем количестве, чем в обычный ПЦ. Процент этой добавки определяется в зависимости от ее вида (это могут быть трассовые вещества и минеральные гидравлические вяжущие). На упаковке цемента всегда есть сведения о добавке и ее проценте: например, ДО 20 – этот цемент «почти» бездобавочный. Трепел, опока, диатомит добавляются в цементы в малых количествах, поскольку этим добавкам свойственна не только высокая гидравлическая активность, но и повышенная потребность в воде затворения, в результате чего готовая бетонная смесь будет иметь густоту выше нормы, что делает укладку сложной и может привести к снижению качества бетонирования. А вот у трасса, туфа, пемзы и у всех остальных пуццоланов нет этих «побочных» эффектов, поэтому процент этих добавок в цемент может быть намного выше – до 40%. На упаковке цемента все это написано.

Пуццолановый портландцемент можно отличить даже визуально – порошок отличается светлым цветом, светлее чем обыкновенный цемент. Плотность пуццоланового ПЦ меньше – всего 2,8-2,9 т/м3. (Имеется в виду истинная плотность, без учета воздушных пор; для сравнения: истинная плотность портландцемента бездобавочного М500 равна 3,2 т/м3). Поэтому при одной и той же рецептуре смеси и количеству введенного в замес цемента бетон и раствор на пуццолановом ПЦ будет более плотным, выход смеси также будет больше – но и плотность получится слишком высокой, что препятствует эффективной укладке смеси.

К пуццолановым цементам требуется особый подход: их добавляют в растворы количественно больше по сравнению с обычными (расход цемента увеличивают на 5-10%), и/или вводят пластификатор для повышения удобоукладываемости смеси. Теперь о приятном: хотя первые трое-шесть суток твердения бетоны на пуццолановом ПЦ «отстают» от классических, не имеющих в своем составе гидравлической добавки, зато после полугода набора прочности в воде изделия приобретают прочность цементного камня, а их поверхность уже через 28 суток нормального твердения приобретает уникальные качества: не происходит выщелачивания в пресной воде, не наблюдается разрушений даже в жесткой минерализованной, агрессивной, сульфатной и морской воде. Таким образом, применение пуццоланового ПЦ и бетонов на его основе оптимально для конструкций, от которых требуется повышенная химико-физическая стойкость и возможен набор марочной прочности в воде и влажных средах. Одна из перспектив для пуццолановых цементов связана с развитием технологии экобетона.

Из истории пуццолановых добавок

Известковые растворы способны твердеть, поглощая диоксид углерода из воздуха, а без доступа воздуха твердение прекращается. В части прочности известковые штукатурки без добавок малостабильны, но добавка природного трасса резко меняет их химию и физику. Об этом знали еще в глубокой древности: ученые подтверждают невероятный исторический возраст первых известковых штукатурок — порядка 7,5 тысяч лет.

В измельченном вулканическом туфе содержится свободная кремниевая кислота и ряд минералов, а вода связана химически и физически. Добавка кремнеземистых веществ в бетон придает ему сульфатостойкость, но главное — позволяет строить и на земле, и под землей, и в воде. После добавки активного кремнезема известь способна твердеть без доступа воздуха, и даже под водой. Причем при контакте с водой содержащие трасс растворы твердеют и достигают марочной прочности еще быстрее чем на воздухе.

Трасс и пуццолана в древности

О том, что трасс, пемза, вулканический туф, в мелкоразмолотом виде добавленный к цементной строительной смеси, не только изменяет ее реологию, но и значительно повышает физическую прочность и стойкость в агрессивных средах, знали еще древние римляне. Древние водопроводы и мостовые акведуки были построены из бетона с трассовыми добавками, что дало конструкциям прочность в воздухе и в воде. Добавка трасса к известковому раствору включает сложную цепь химических процессов, в частности: известковый раствор с трассом способен затвердевать не только под действием воздуха, но и полностью погруженным в речную или морскую воду. О вредном воздействии сульфатов и солей на бетон (и о том, как быстро на бетонных конструкциях появляются высолы) — отдельная долгая тема.

Опыт римского бетона датируется первым веком до н.э. Тысячи лет развития технологии отделяют нас от Древней Греции, Финикии, Рима, но гидротехнические сооружения глубочайшей древности не только сохранились (фрагментами), но даже способны работать. А в древних «Справочниках Строителей» есть рекомендации о приготовлении вяжущего из извести, кирпичной муки и трасса. Древние славяне тоже знали об этом, и добавляли молотую обожженную глину в известь, чтобы добавить водостойкости известковым штукатуркам.

В 16 веке римские технологии уже стали повсеместными, а в Европе пуццолану стали звать трассом. Добавляли трасс с той же целью — чтобы бетонные строения стали прочнее и не боялись воды, а название «трасс» историки относят к цементным полам террацо, пришедшим из Италии и также имеющим в корне латинское «терра» – земля.

Современное применение трасса

Трасс в наше время добывают во многих странах: в Германии – берега Рейна и поныне славятся залежами трасса, вулканическая зона добычи известна с глубокой древности и до сих пор не исчерпана. Залежи трасса на Рейне очень мощные, порядка нескольких десятков метров и при этом поверхностные, и разрабатываются открытым способом.

Трасс может храниться сколько угодно, но при добавке в бетонную смесь, где присутствует цемент, вода и гидравлическая известь, начинается реакция, одним из процессов которой является связывание извести и рост плотных молекулярных оболочек на ее частицах. Еще один нюанс: набор прочности трассосодержащего бетона отличается от обычного – график плавнее и медленнее, а это значит, что опасные для массива внутренние напряжения не появятся. Химия трассосодержащих растворов очень сложна и ее нюансы не так уж важны для частного строителя. А вот в современных бетонах мастера разбираются, и покупают цемент с нужным составом: поскольку от фундамента (особенно при высоком УГВ), от эко-парковки или садовой дорожки требуется повышенная стойкость к воде, то практично применить трассосодержащий цементный продукт.

Применение белого цемента

Как нетрудно догадаться, белый цемент в основном применяется в декоративных целях: декоративная штукатурка и шпаклевка, изготовление декоративного камня, плитки, кирпича. Лепнина, разные архитектурные формы и затирки для швов.

Кроме того, белый цемент применяется (хотя и редко) для изготовления растворов для кладки кирпича и блоков. При кладке кирпича металлическую сетку и другие изделия из метала следует утапливать в раствор минимум на 3 сантиметра. Если этого не делать, то на белой поверхности со временем выступят ржавые пятна.

Песок для приготовления декоративных растворов должен быть очень мелким и чистым, инструменты и емкости для смешивания раствора – чистыми. В противном случае добиться белоснежной поверхности будет невозможно.

Так стоит ли покупать белый цемент? Для кладки кирпича – наверное, нет. А вот для декоративной отделки квартиры или дома – безусловно.