Виды цемента

- Портландцемент и его разновидности - являются основными вяжущими веществами в строительстве. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцемнтного клинкера (нем. klinker: известняково-глинистая смесь, осн. минералы клинкера: алит 40-60%, алюминат 5-14%, алюмоферрит 10-16%, белит 15-35%, феррит) с гипсом, а также со специальными добавками.

- Порталандцементный клинкер - продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых материалов (мергеля, доменного шлака и прочие). При обжиге обеспечивается преимущественное содержание в клинкере высокоосновных силикатов кальция. Для регулирования сроков схватывания портландцемента в клинкер при помоле добавляют двуводный гипс в количестве 1,5-3,5% (по массе цемента в пересчете на SO3).

По составу различают:

  • портландцемент без добавок
  • портландцемент с минеральными добавками

- Портландцемент с умеренной экзотермией - изготовляют из клинкера, который должен содержать не более 50% трехкальциевого силиката и не более 8% трехкальциевого алюмината. Такой цемент при умеренной экзотермии отличается также несколько повышенной сульфатостойкостью, поскольку в нем обычно содержится умеренное количество трехкальциевого алюмината. Этот вид портландцемента применяют в гидротехническом строительстве в массивных бетонных конструкциях, подвергающихся частому попеременному замораживанию и оттаиванию в пресной или слабо минерализованной воде. Марка по прочности обычно 300 и 400.

- Белый цемент изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах).

- Цветные цементы получают на основе белого портландцементного клинкера путем совместного помола с пигментами различных цветов, например с охрой, железным суриком, окисью хрома. Можно также получать цветные цементы смешивая белый цемент с пигментами.

Применение белого и цветных цементов, способствующее архитектурно-декоративному оформлению сооружений, имеет большое значение в индустриальной отделке крупноэлементных зданий. Эти цементы применяют также для цветных цементно-бетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений. Кроме перечисленных, имеются еще некоторые специальные сорта портландцемента, например тампонажный цемент, который применяется для производства асбестоцементных изделий.

- Быстротвердеющий портландцемент - содержит много трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината и очень тонко измельчен. Поэтому такой цемент характеризуется интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения. Выпускается также особо быстротвердеющий цемент. Он показывает через трое суток прочность при сжатии 450-500 кг/см2 (при испытании в жестких растворах).

- Гидрофобный цемент - изготовляют, вводя при помоле клинкера 0,1-0,2% мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих поверхностно-активных добавок. Эти вещества, адсорбируясь на частицах цемента, образуют тончайшую (в среднем мономолекулярную, т. е. толщиной в одну молекулу), оболочку. Но эта тончайшая оболочка придает цементу особые свойства. В этом сущность гидрофобизации цемента как метода, позволяющего в определенной степени управлять свойствами цемента в отношении действия воды на различных этапах его использования.

Как известно, взаимодействие цемента с водой есть двуединый противоречивый процесс. Сродство к воде органически присуще цементу, без этого свойства он не мог бы служить вяжущим веществом. Но вместе с тем на определенных стадиях применения цемента вода для него вредна. Так, при хранении и перевозках цемент портится от влаги, вода с содержащимися в ней примесями вызывает коррозию цементного камня и при частом попеременном замораживании и оттаивании цементных материалов разрушает их. Задача преодоления противоречий, заложенных в самой природе цемента, в известной мере решается его гидрофобизацией. Гидрофобный цемент при перевозках и хранении даже в очень влажных условиях не портится. Поверхностно-активные вещества, содержащиеся в нем, оказывают пластифицирующее действие на бетонные (растворные) смеси, а также уменьшают водопроницаемость и повышают коррозионную стойкость и морозостойкость бетона. Например, если обычный бетон выдерживает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания, то гидрофобизированный может выдержать 1000 и более циклов. Марки гидрофобного цемента те же, что и портландского. Гидрофобный цемент впервые был синтезирован в нашей стране, а затем, на основе отечественных разработок, было начато производство цемента и за рубежом.

- Глиноземистый цемент - представляет собой быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом (до плавления или спекания) сырьевой смеси, состоящей из бокситов и известняков. Обжиг и плавление сырьевой смеси производят в доменных, электрических, вращающихся печах или в вагранках. По содержанию Al2O2 в готовом продукте различают:

  • обычный глинозёмистый цемент (до 55%)
  • высокоглинозёмистый цемент (до 70%)
Температура плавления сырьевой шихты обычного глинозёмистого цемента порядка 1450-1480°С, а высокоглинозёмистого цемента порядка 1700-1750°С. Глинозёмистый цемент характеризуется быстрым нарастанием прочности, высокой экзотермией при твердении, повышенной стойкостью против коррозии в сульфатных средах и высокой огнеупорностью. По сравнению с портландцементом, глинозёмистый цемент обеспечивает получение бетонов и растворов большей плотности и водонепроницаемости.

- Магнезиальный цемент - используют для устройства магнезиальных полов, как магнезиальное вяжущее, представляющее собой тонкодисперсный порошок, активной частью которого является оксид магния. Оксид магния, в свою очередь, есть продукт умеренного обжига природных карбонатных пород магнезита или доломита. При затворении водой оксид магния гидратируется очень медленно, проявляя при этом слабые вяжущие свойства. Однако, при затворении водными растворами некоторых солей образуется прочный цементный камень. В частности, при затворении хлористым магнием (бишофитом) получается вяжущее, именуемое цементом Сореля.

По многим свойствам магнезиальные цементы превосходят портландцемент: они обладают эластичностью, стойкостью к действию масел, смазок, органических растворителей, щелочей и солей, не требуют влажного хранения в процессе твердения, обеспечивают высокую огнестойкость и низкую теплопроводность, хорошие износостойкость и прочность при сжатии и изгибе в раннем возрасте. Очень существенным является то обстоятельство, что магнезиальные вяжущие вещества характеризуются повышенной прочностью сцепления с различными видами заполнителей как неорганических, так и органических. Все эти качества обусловливают их применение в абразивном производстве (жерноточильные круги), для изготовления теплоизоляционных изделий (пено- и газомагнезит) и перегородок, подоконных плит, лестничных ступеней, реже - для облицовочных плиток внутренней части помещения и малых архитектурных форм. Однако, главным их использованием было и остается устройство бесшовных монолитных полов. Используя различные полимеры, производители полов имеют возможность таким образом отгрунтовать поверхность основания, на которое укладывается магнезиальный бетон, чтобы грунтовка одновременно служила и гидроизоляцией, и была паропроницаемой. Полимерная пропитка верхнего слоя ( на толщину 2-Змм) позволяет оградить от проникновения внутрь бетона влаги сверху. Кроме того, используя новые технологии и материалы, как органические, так и неорганические, можно получить водостойкое магнезиальное вяжущее.

- Пластифицированный цемент - получают, вводя при помоле клинкера около 0,25% сульфитно-спиртовой барды (считая на сухое вещество) от веса цемента. Это поверхностно-активное вещество пластифицирует бетонные смеси, преимущественно жирные, позволяет снижать водоцементное отношение без ухудшения подвижности смесей и в ряде случаев дает возможность уменьшать расход цемента. Вместе с тем повышается морозостойкость отвердевшего бетона.

- Пуццолановый цемент - собирательное название группы цементов, в состав которых входит не менее 20% активных минеральных добавок. Термин "пуццолановый цемент" происходит от названия рыхлой вулканической породы - пуццоланы, применявшейся ещё в Древнем Риме в качестве добавки к извести для получения гидравлического вяжущего, т.н. известково-пуццоланового цемента. В современном строительстве основной вид пуццоланового цемента - пуццолановый портландцемент, получаемый совместным помолом портландцементного клинкера (60-80%), активной минеральной добавки (20-40%) и небольшого количества гипса. От обычного портландцемента он отличается повышенной коррозионной стойкостью (особенно в мягких и сульфатных водах), меньшей скоростью твердения и пониженной морозостойкостью. Пуццолановый цемент применяют в основном для получения бетонов, используемых в подводных и подземных сооружениях.

- Расширяющийся цемент - собирательное название группы цементов, обладающих способностью увеличиваться в объёме в процессе твердения. У большинства расширяющихся цементов расширение происходит в результате образования в среде гидратирующегося вяжущего вещества высокоосновных гидросульфоалюминатов кальция, объём которых вследствие большого количества химически связанной воды значительно (в 1,5-2,5 раза) превышает объём исходных твёрдых компонентов. Полное расширение расширяющегося цемента составляет 0,2-2%. Прочность расширяющегося цемента 30-50 Мн/м2. В России наибольшее распространение среди расширяющихся цементов получили:

Все расширяющиеся цементы лучше твердеют и показывают большее расширение во влажных условиях. Благодаря высокой водонепроницаемости расширяющиеся цементы применяются для заделки стыков сборных железобетонных конструкций, создания надёжной гидроизоляции при возведении некоторых гидротехнических сооружений, производстве напорных железобетонных труб и т.п.

- Водонепроницаемый расширяющийся цемент представляет собой быстросхватывающее и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного помола и тщательного смешивания измельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало процесса менее 4 минут, окончание не позднее 10 минут с момента затворения. Линейное расширение образцов из цементного теста, твердеющих в воде в течении 1 суток должно быть в пределах 0,3-1%. Водонепроницаемый расширяющийся цемент применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбных соединений, создания гидроизоляционных покрытий, заделки стыков и трещин в железобетонных конструкциях и т.д.

- Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГОСТ 11052-74) представляет собой смесь тонко измельченных высокоглиноземистых доменных шлаков и природного двуводного гипса в соотношении (70:30). Цемент используется при изготовлении расширяющихся, безусадочных, водонепроницаемых бетонов и растворов, применяемых при замоноличивании стыков сборной отделки тоннелей при водопритоке через швы, при строительстве перемычек в емкостях для хранения топлива и других аналогичных целей. данный вид цемента имеет следующие технические характеристики: предел прочности не менее 280 кгс/см2 (28 МПа). Начало схватывания должно наступить не ранее 10 минут, а конец не позднее 4-х часов. Линейное расширение образцов, изготовленных из цементного теста, через трое суток с момента изготовления должно быть не менее 0,1 % и не более 0,7%. Количество ангидрида серной кислоты (SО3) в цементе не должно превышать 17 %. Бетоны и растворы, приготовленные из гипсоглиноземистого цемента, должны обладать водонепроницаемостью.

- Напрягающий цемент является разновидностью расширяющегося цемента, и получается как результат совместного помола портландцементного клинкера (65%), глинозёмистого шлака (15%), гипсового камня и извести (5%). Напрягающий цемент является быстросхватывающим и быстротвердеющим вяжущем: прочность растворов (состав 1:1) через 1 сутки достигает 20-30 МН/м2 (200-300 кгс/см2). Затвердевший напрягающий цемент обладает высокой водонепроницаемостью. Расширяясь в процессе твердения, напрягающий цемент развивает высокое давление 3-4 МН/м2 (30-40 кгс/см2), которое может быть использовано для получения предварительно напряжённых железобетонных конструкций с натяжением арматуры в одном или нескольких направлениях. Напрягающий цемент целесообразно применять для производства напорных труб, возведения ёмкостных сооружений и некоторых тонкостенных железобетонных конструкций.

- Сульфатостойкий цемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава: в клинкере должно быть не более 5% трехкальциевого алюмината и не более 50% трехкальциевого силиката. Низкое предельное содержание трехкальциевого алюмината требуется потому, что сульфатная коррозия развивается в результате взаимодействия сульфатов, находящихся в окружающей среде, с трехкальциевым гидроалюминатом цементного камня. Если в цементном камне С3 Аl присутствует в малых количествах, то образуется незначительное количество гидросульфоалюмината кальция. Тогда он не опасен, так как распределяется в порах бетона, вытесняя оттуда воду или воздух, и внутренних напряжений в бетоне не вызывает. В небольших количествах гидросульфоалюминат кальция даже иногда полезен, так как уплотняет бетон. В клинкере сульфатостойкого портландцемента ограничивается также содержание трехкальциевого силиката для уменьшения величины тепловыделения цемента. Поэтому сульфатостойкий портландцемент обладает повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией, т.е. качествами, необходимыми при изготовлении бетонов для отдельных зон гидротехнических и иных сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии. Сульфатостойкий портландцемент обычно выпускают двух марок: 300 и 400.

- Тампонажный цемент - разновидность портландцемента, и предназначенный для цементирования нефтяных и газовых скважин. Тампонажный цемент изготовляют совместным тонким измельчением клинкера и гипса. В России выпускают тампонажный цемент двух видов: для так называемых холодных (с температурой до -40°С) и горячих (до +75°С) скважин. Тампонажный цемент применяют в виде цементного теста, содержащего 40-50% воды.

- Шлаковый цемент - общее название цементов, получаемых совместным помолом гранулированных доменных шлаков с добавками-активизаторами (известь, строительный гипс, ангидрит и другие) или смешением этих, раздельно измельченных, компонентов. Различают следующие виды шлакового портландцемента: известково-шлаковый с содержанием извести 10-30% и гипса до 5% от массы цемента и сульфатно-шлаковый с содержанием гипса или ангидрита 15-20%, портландцемента до 5% или извести до 2%. Шлаковый цемент применяют для получения строительных растворов и бетонов, используемых преимущественно в подземных и подводных сооружениях. Известково-шлаковый цемент наиболее эффективен в производстве автоклавных материалов и изделий.