Цемент

Цемент: Виды и классификация

Редкое строительство или ремонт зданий обходится без использования готовых изделий или растворов, полученных на основе цементно-песчаных смесей. Эта статья посвящена классификации цементов по их техническим характеристикам, компонентному составу и назначению. Полученная информация поможет вам лучше подготовиться к предстоящим работам, закупив подходящие материалы.

Цемент является самым распространенным связующим компонентом, который входит в состав растворов для кирпичной или каменной кладки, штукатурных смесей, стандартных железобетонных изделий, разных видов искусственного камня, возводимых по месту строительства монолитных конструкций.

В процессе его производства сначала получают основной полуфабрикат – клинкер. Он представляет собой обожженную при температурах более 1450оС смесь известняка и глины. После остывания его перемалывают до мелкодисперсного состояния.

Свойства готового продукта во многом зависят не только от минерального состава исходного сырья, но и от дополнительных добавок, которые подмешивают на завершающей технологической стадии.

Общестроительный цемент

Цементы общестроительного назначения производят на основе смеси из примерно 75% известняка и 25% глины. Полученный из такого сырья клинкер состоит в основном из окиси кальция CaO. Именно она при контакте с водой вступает в реакцию гидратации с образованием прочного гидроксида кальция Ca(OH)2.

Специальный цемент

Специальные марки цемента применимы к определенным видам работ или входят в состав монолитных конструкций, эксплуатируемых в специфических условиях. Они отличаются от обыкновенного портландцемента наличием в клинкере модифицирующих добавок.

Для быстротвердеющих смесей повышают процент содержания трехкальциевого силиката C3S и трехкальциевого алюмината C3A.

При производстве сульфатостойких цементов для гидротехнических конструкций, работающих в постоянном взаимодействии с водой, доля C3A наоборот снижается до минимума.

Цементы по виду клинкера

Поскольку свойства цемента во многом определяются химическим составом клинкера, именно он лег в основу классификации данного строительного материала.

Портландцемент

Портландцемент – это основной вид цемента, который применяется при общестроительных работах и производстве стандартных железобетонных изделий. Он является универсальным вяжущим компонентом, обычно используемым в смеси с разнообразными минеральными наполнителями. Его получают помолом цементного клинкера с гипсом и незначительным количеством других добавок.

Исходным сырьем для портландцементного клинкера служит смесь известняка и глины, в которую допускается добавлять мергель, доменный шлак и прочие компоненты. Уже на стадии перемалывания клинкера в него добавляют от 1,5 до 3,5% двуводного гипса, который влияет на время схватывания цементных растворов.

Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент – быстро набирающее твердость вяжущее вещество, применяемое при изготовлении бетонных конструкций повышенной плотности и водонепроницаемости.

Смеси на его основе быстро схватываются, выделяя при этом заметное количество тепла. Полученные монолитные детали характеризуются высокой огнеупорностью и стойкостью к воздействию коррозионно-активной среды.

Клинкер для глиноземистого цемента получают обжигом смеси известняка с бокситами. В зависимости от содержания в продукте оксида алюминия Al2O3 принято подразделять цементы этого класса на обычные (до 55%) и высокоглиноземистые (до 70%). Основная стадия их производства происходит во вращающихся электропечах при температурах соответственно 1450-1480оС или 1700-1750оС.

Сульфатостойкий портландцемент

Бетоны, полученные с использованием обычного портландцемента, разрушаются от длительного контакта с сульфатной водой. Это происходит из-за взаимодействия во влажной среде сернокислого кальция с трехкальциевым алюминатом.

Продуктом реакции является гидросульфоалюминат кальция, резко увеличивающийся в объеме. Рост его кристаллов приводит к появлению внутренних напряжений и растрескиванию монолита.

Сульфатостойкий цемент значительно более устойчив к эксплуатации в водной среде с растворенными в ней сульфатами. Это объясняется пониженным содержанием в нем трехкальциевого алюмината (не более 5%) за счет повышения доли трехкальциевого силиката (до 50%).

Типы цементов на основе портландцементного клинкера

Отдельные марки портландцемента существенно различаются по компонентному составу.

По данному параметру их разделяют на пять типов:

1. Тип I – портландцемент, состоит только из портландцементного клинкера без дополнительных минеральных примесей.

Применение. Его применяют при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций общего назначения, работающих в наземном, подземном или подводном состоянии.

1. Тип II/А – портландцемент с минеральными добавками, производится из портландцементного клинкера с минеральными добавками, доля которых может составлять от 6 до 20%.

Тип II/В – портландцемент с минеральными добавками, включает в себя смесь портландцементного клинкера с минеральными компонентами и шлаком в количестве от 21 до 35%.

Применение. Цементы этих двух подтипов используются при создании бетонных и железобетонных монолитов.

1. Тип III – шлакопортландцемент, такое название получил из-за того, что кроме портландцементного клинкера в него добавляют от 36 до 65% доменных, электротермофосфорных или топливных шлаков.

Применение. Его можно использовать при изготовлении армированных монолитных конструкций, эксплуатируемых в условиях стабильной влажности. Цемент этой категории нельзя применять в производстве морозостойкого бетона.

1. Тип IV – пуццолановый цемент, содержит добавки минералов вулканического происхождения (пепла, пемзы, туфа), имеющих общее название «пуццолан». Их массовая доля ограничивается интервалом 21-35%.

Применение. Пуццолановый цемент неплохо работает в составе монолитов подземного или подводного расположения. Его не применяют в составе морозостойких бетонов. Из него не производят конструкций, которые должны набирать твердость в условиях недостаточной влажности или эксплуатироваться с чередованием периодов увлажнения и сушки.

1. Тип V – композитный цемент, смешанный из измельченного портландцементного клинкера, шлака, пуццолана или мелкодисперсной золы-уноса, количество которых может составлять 22-60%.

Применение. Область применения такого строительного материала сильно зависит от компонентного состава.

Примечание. При разработке новых марок цемента их состав и принадлежность к конкретному типу уточняется в нормативной документации.

Классы цемента по прочности на сжатие

Готовое бетонное изделие набирает до 98% своей твердости за 28 суток с момента изготовления. Именно по истечении данного периода лабораторными методами определяют ее прочностные характеристики.

По ГОСТ 30515-2013 цементы подразделяются на следующие классы, соответствующие прочности при испытаниях на сжатие, которая выражается в МПа: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

Допускается при изготовлении отдельных видов продукции устанавливать дополнительные классы прочности, что должно отражаться в технической нормативной документации.

В соответствии с действовавшим ранее ГОСТ 10178-85 разновидности цемента маркировались последовательностью букв и цифр, например М200.

Численное значение устанавливалось с интервалом 100 единиц и могло находиться в диапазоне от 100 до 700. Чем оно больше, тем выше предел прочности материала. Старое обозначение все еще остается в употреблении.

Цементы по скорости твердения

Возможность начала эксплуатации под нагрузкой монолитной бетонной или железобетонной конструкции зависит от срока набора твердости.

По этому показателю различают несколько категорий цемента:

Нормальнотвердеющий цемент (обозначается - Н) почти полностью отвердевает в течение месяца. Лабораторные испытания контрольных образцов для него производят через 2(7) и 28 суток со дня изготовления детали.

Быстротвердеющие цементы (обозначаются - Б) твердеют быстрей нормального, что особенно заметно в первые дни. Уже через трое суток они обладают значительной прочностью. Контрольные испытания для них также проводят в возрасте 2 и 28 суток. Для цемента этого типа, как и для марок М500 и выше, характерна высокая однородность готовой смеси и очень тонкий помол.

Особо быстротвердеющий портландцемент (обозначается - ОБТЦ) характеризуется еще более быстрыми темпами набора твердости в первые сутки с момента замеса.

Медленнотввердеющие цементы (обозначаются - М) применяются в ситуациях, когда скорость твердения не имеет существенного значения. Их проверяют на прочность в возрасте 7(2) и 28 суток. При этом полученные показатели значительно уступают образцам нормальных марок.

Цементы по срокам схватывания

Сразу после приготовления цементно-песчаного раствора или жидкой бетонной смеси начинает протекать реакция гидратации, в ходе которой входящие в состав цемента вещества взаимодействуют с водой с образованием твердого продукта и выделением некоторого количества тепла.

ПРОЦЕСС ГИДРАТАЦИИ ЦЕМЕНТА:

1. Цемент с водой образуют цементный клей вокруг зерен заполнителя.
2. Цемент вступает в химическую реакцию с водой, из цементного клея образуются кристаллы.
3. Кристаллизирующиеся зерна цемента срастаются друг с другом и образуют цементный камень.

Процесс происходит не мгновенно, а с течением длительного времени. Его скорость зависит от компонентного состава заверителя, степени его измельчения, температуры, влажности воздуха и других параметров. В современных материалах время схватывания регулируется введением соответствующих добавок.

При понижении на строительной площадке температуры воздуха ниже +5оС реакция гидратации останавливается. По этой причине в холодное время года над возводимыми монолитными конструкциями воздвигают шатры, обкладывают их теплоизоляционными материалами и устраивают обогрев с использованием энергии пара, теплофикационной воды или электричества.

Переход раствора в твердое состояние происходит в течение нескольких часов, а на полный набор твердости требуются недели.

По срокам схватывания все цементы делятся на:

медленносхватывающиеся со сроком начала отвердевания более 2 часов;

нормальносхватывающиеся, у которых на этот процесс уходит от 45 минут до 2 часов;

быстросхватывающиеся, переходящие в твердое состояние менее чем за 45 минут.

ГОСТ 30515-2013 допускает возможность отклонений отдельных партий товара от нормативного времени начала схватывания, которые для первых двух категорий из приведенного списка не должно отклоняться далее минус 15 минут, а для последнего – плюс 5 минут.

Марки и маркировка цемента

Свойства полученного бетона сильно зависят от марки использованного цемента. Его обычно фасуют в плотные бумажные мешки, а основную техническую информацию размещают на их наружных поверхностях. Правила маркировки упаковки изложены в ГОСТ 10178-85 и ГОСТ 30515-2013.

По старому стандарту сведения о цементе должны содержать:

Сокращенное название материала. Общепринятые буквенные обозначения для портландцемента – ПЦ, белого цемента – БЦ, шлакопортландцемента – ШПЦ.

Марку прочности, определяемую на 28 сутки с момента приготовления раствора. Она начинается с прописной буквы М, за которой следует числовое выражение прочности на сжатие, выраженное в кгс/см2: М200, М300, М400 и далее.

Количество дополнительных примесей. Обозначение состоит из заглавной буквы Д и цифр, расположенных за ним. Надпись Д0 означает отсутствие добавок, Д15 – в смеси есть 15% шлаков, Д20 – доля минеральных добавок составляет 20%.

Особые качества вяжущего вещества, обозначаемые буквами ГФ для гидрофобных и ПЛ для пластифицированных марок.

Ссылку на нормативный документ, по которому изготовлен материал.

По новому стандарту маркировка должна включать сведения о полном названии строительного материала, код из букв и цифр, характеризующий состав цемента. Группы смесей по типу использованных добавок обозначаются буквами А, В, С.

После названия группы идет буквенный код присадки. Затем указывается класс прочности и принадлежность к одной из категорий по скорости набора твердости. В конце следует ссылка на ГОСТ, по нормам которого был изготовлен цемент.