Цемент портланд

Портландцемент — это современный ремонтно-строительный материал общего назначения, который широко используется и применяется в работах. Существует множество разновидностей цемента, каждая из которых имеет различные характеристики и свойства, обусловленные методом производства и входящими в состав ингредиентами.

Портландцемент — это гидравлическое вяжущее вещество на основе силиката кальция и его производных. Основными характеристиками материала являются быстрое схватывание, а также хорошие свойства и эксплуатационные характеристики. Для выполнения определенных работ цемент с нужным составом и показателями выбирается после тщательного изучения всех характеристик и расчетов.

Портландцементный раствор представляет собой эластичную массу, которая в процессе высыхания превращается в цементный камень. В современном строительстве без использования таких растворов невозможно создание монолитных зданий/сооружений, железобетонных изделий, высококачественных кладочных и отделочных смесей.

Особенности и изготовление

Портландцемент используется везде, где необходимо приготовить раствор, прочный и устойчивый к воздействию различных факторов. Это тип вяжущего вещества, используемого для схватывания бетона.

Портландцемент представляет собой сухой порошок, который необходимо смешать с водой. Через некоторое время он застывает и твердеет, превращаясь в прочный и стойкий монолит. В зависимости от своего состава и их пропорций портландцемент бывает разных типов, демонстрируя соответствующие параметры.

В основе сухого порошка лежит клинкер тонкого помола с добавлением гипса для ускорения схватывания раствора. Марки и типы материалов предполагают введение различных добавок, примесей и дополнений.

Цемент («портландцемент») назван по месту производства. Впервые смесь была создана в 1824 году американским каменщиком. По внешнему виду материал похож на портландский известняк, добываемый в одном из английских графств.

Для получения состава используются различные карбонатные породы горного происхождения (кремнезем, глина, мел, известняк) и мергели (особая смесь глины и карбонатных пород, представляющая собой переходную породу от известкового к глинистому типу).

Процесс производства портландцемента:

• Тщательное измельчение сырья, создание смеси из различных ингредиентов, взятых в определенных пропорциях.
• Обжиг сырья в специальных печах при очень высоких температурах (около +1400 градусов Цельсия) — получение клинкера.
• Тонкий помол клинкера, смешивание его с гипсом.
• Добавление различных элементов для улучшения характеристик и свойств в соответствии с требованиями ГОСТ и подтверждено соответствующими сертификатами.

Методы обжига сырья для производства портландцемента:

• Сухой — смесь измельчается и сушится одновременно, что значительно снижает производственные и трудовые затраты. Мельницы производят готовый порошок.
• Мокрый — ингредиенты сначала измельчаются, затем глина замачивается до достижения влажности 70%. Затем глина смешивается с известняком в мельнице.
• Комбинированный — методы производства комбинированные: сырье насыщается влагой до 14%, измельчается и сушится в мельницах.

ГОСТ

Типы и марки портландцемента могут быть различными. Производство и параметры материала регламентируются нормативными документами:

• ГОСТ Р 31108-2003
• ГОСТ 10178-85

Здесь также представлены свойства портландцемента по маркам. Но стоит отметить, что в более современном документе указана марка 900, ее нет в ГОСТе 1985 г. Однако этот нюанс больше интересует проектировщиков и инженеров, выполняющих обоснование для строительства военных объектов, так как в других областях данный материал не используется.

Состав и свойства

Портландцемент производится из клинкера. Поскольку в природе практически невозможно найти готовые гранулы, клинкер изготавливается искусственно из смеси глины и угольной смеси. Готовый клинкер смешивается с гипсом (его доля не превышает 5 %) для получения подвижного раствора.

Высокие эксплуатационные и технические характеристики определяются пропорцией и типом введенных компонентов портландцемента. Этот аспект регулируется ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент». На упаковке порошка обязательно должны быть указаны особенности производства, соответствие ГОСТу.

Если на упаковке вместо ГОСТа указаны ТУ (технические условия), это означает, что свойства материала могут отличаться от регламентированных.

Для придания цементу тех или иных свойств в порошок добавляют различные минеральные добавки (в количестве до 20-25% от общего веса). Их взаимодействие влияет на химический состав портландцемента и в значительной степени определяет его свойства и параметры.

Наиболее распространенными минеральными добавками являются:

• Алюминат — увеличивает время схватывания, но показывает низкую прочность, в этом диапазоне он вводится в смесь в объеме не более 15%.
• Алюмоферрит — обладает свойствами, идентичными алюминату, но не должен превышать 10-18%.
• Белит — связывает, увеличивает время затвердевания, но в больших количествах снижает прочность (добавляется не более 37%).
• Алит чаще всего добавляют в жидкие сорта для ускорения затвердевания (до 60%).

Основные свойства портландцемента определяются его составом. При выборе порошка для приготовления строительного раствора необходимо сразу определиться со сферой применения и требуемыми (желаемыми) характеристиками, оптимальными параметрами.

Основные критерии при выборе портландцемента:

• Скорость установки — стандартным считается время 40-45 минут. На этот параметр влияют тонкость помола, состав минеральных добавок, температура на стенде.
• Водопотребление — это количество воды, необходимое для смешивания (обычно не более 25% от общего веса раствора). Для уменьшения необходимого объема воды можно использовать пластификаторы, настой сульфита.
• Морозостойкость определяется количеством циклов замораживания/оттаивания, которые камень может выдержать без потери качества или деформации. Для повышения уровня морозостойкости в смесь часто добавляют специальные добавки — древесную муку печную или абиетат натрия.
• Водоудержание — это вытеснение воды из смешанного раствора, которое происходит из-за осаждения тяжелых частиц цемента. Для снижения этого показателя используются минеральные добавки.
• Выделение тепла — во время гидратации (затвердевания). Если состав очень быстро отдает тепло, он может деформироваться. Чтобы избежать этого, используются активные минеральные добавки.
• Коррозионная стойкость определяется степенью пористости затвердевшего монолита (тонкостью смеси).

Характеристики

Свойства портландцемента предполагают более высокие характеристики по сравнению с другими видами цемента. Однако многое зависит от добавок. При выборе переплета обращают внимание на все основные индексы и цифры, которые важны при проведении расчетов. Редко какая-либо одна характеристика становится основополагающей и влияет на выбор цемента — как правило, для выполнения конкретной работы важен комплекс параметров.

Современные производители все чаще предлагают универсальные составы, максимально улучшающие свойства материала. Но есть и специализированные порошки, подходящие для конкретных задач: например, пуццолановый цемент демонстрирует наилучшую устойчивость к влаге и коррозии, но не очень прочен в первые несколько дней после заливки. Другие виды портландцемента также могут различаться.

Технические

Именно этим свойствам уделяется наибольшее внимание. Они определяют эксплуатационные свойства готового раствора. Во многом свойства, проявляемые портландцементом, зависят от его марки. Многие показатели указаны на упаковке.

Основные технические свойства портландцемента:

• Удельный вес — приблизительно 1100 кг/м3 (насыпной) и 1600 кг/м3 (уплотненный).
• Расход воды — не более 25-28%, иначе бетон расслаивается, покрывается трещинами во время схватывания.
• Тонкость помола — стандартное значение составляет 40 микрон (проходит через сито №008), что обеспечивает необходимую прочность и степень закалки.
• Плотность — напрямую зависит от марки цемента и добавок в рецептуре: плотность цемента в сыпучем виде составляет 1,1 т/м3, в уплотненном виде около 1,6 т/м3.
• Время установки от 45 минут до 12 часов.
• Изменение объема во время схватывания — когда тело цемента сжимается на 0,5-1 мм/м на свежем воздухе и набухает до 0,5 мм/м в водной среде. Изменения должны быть равномерными по всей текстуре раствора.

Физические

Применение портландцемента в значительной степени определяется его физическими свойствами.

Важные физические параметры портландцемента:

• Коррозионная стойкость — за счет уменьшающих пористость добавок и гидроактивных материалов, не допускающих химического воздействия солей.
• Срок хранения — максимум 12 месяцев без нарушения оригинальной упаковки (бумажные пакеты с 3-4 слоями), но помните, что через 3 месяца порошок теряет около 20% своей активности, через 12 месяцев целых 40%.
• Прочность на сжатие определяется маркой и может соответствовать одному из четырех значений (22,5 и 32,5, 42,5 и 52,5), в зависимости от скорости схватывания смеси.

Механические

Механическая прочность портландцемента составляет не менее 42,5 мПа через 28 дней после смешивания. Обычно это определяется в лаборатории, и выдается сертификат с указанием сорта. Коэффициент марки (M500, M600) показывает, какое давление может легко выдержать образец (измеряется в кг/м3). Прочность зависит от тонкости помола и добавок в составе.

Отличия от простого цемента

Портландцемент — это тип цемента, который считается наиболее подходящим и оправданным для заливки бетона. Бетон используется в монолитном/армированном строительстве для различных проектов, требующих высокой прочности и несущей способности.

Клинкерные гранулы и другие добавки к портландцементу делают его более прочным, устойчивым к морозам, негативным внешним факторам и агрессивным средам. Следует отметить, что это описание относится практически ко всем видам портландцемента, что делает его востребованным для строительства в газовой и нефтяной промышленности.

Также этот тип вяжущего подходит для заливки фундамента на неустойчивых, сложных грунтах — обычно выбирается сульфатостойкий портландцемент, чтобы исключить усадку и растрескивание вдоль монолита.

Пытаясь определить разницу между цементом и портландцементом, важно помнить, что они относятся к общему классу вяжущих веществ и одному типу цемента. Портландцемент — это более прочный тип цемента. А очевидные различия можно выявить, рассмотрев конкретные марки и виды портландцемента по составу. Такие аспекты, как технология схватывания, свойства замешивания, способ укладки, применение и т.д. аналогичны.

Виды

Портландцемент может быть чистым и с добавками. Вяжущее без добавок не содержит минералов, только гипс. Данный материал используется при монтаже подземных/подземных и подводных монолитных конструкций, сборных бетонных/железобетонных конструкций, эксплуатируемых при отсутствии выраженной агрессивности окружающей среды.

Минеральные добавки могут значительно улучшить определенные свойства материала, который можно использовать в водных, агрессивных средах. Наиболее распространенными добавками являются активные минералы и доменный шлак. Они повышают устойчивость к коррозии, воде, морозу, химикатам и т.д. Виды портландцемента по добавкам (из чего состоит вяжущее вещество):

• Нормальная закалка — без добавок.
• Быстротвердеющий — затвердевает в течение 3 дней после заливки за счет проникновения минералов и шлака. Измельчение смеси должно быть минимальным, существуют обозначения М400 и М500. С помощью вещества можно ускорить выполнение работ, оно действует для быстровозводимых и железобетонных конструкций.
• Пластифицированный — в состав входят специальные добавки для снижения водопоглощения, повышения подвижности и теплостойкости. Пластификаторы добавляются в порошок на стадии помола, обволакивая частицы цемента и не позволяя им слипаться. Состав удобен в работе, подходит для работы со сложными архитектурными сооружениями.
• Гидрофобный — не впитывает влагу, быстро связывается благодаря наличию в составе асидола, мыльного масла. Применяется в условиях повышенной влажности, на конструкциях, подверженных риску увлажнения.
• Портландцемент — защищает скважины от грунтовых вод, актуально в газонефтяной сфере, так как не боится температуры и давления, держит структуру даже в начале схватывания. Это легкая тампонная композиция, содержащая подходящие добавки.

• Экспансивный — увеличивает свой объем при смешивании. Он используется для заполнения трещин и швов, а также при различных видах ремонтных работ.
• Шлакопортландцемент с добавлением доменного шлака, который увеличивает объем металлических частиц в составе и делает затвердевший камень устойчивым к огню. Так создается огнестойкий бетон, который используется для создания конструкций под водой, в земле и на значительной высоте. Но морозостойкость состава невысока.
• Сульфатостойкий не боится сульфатной воды, которая провоцирует коррозию. Чаще всего определенный вид цемента также обладает морозостойкостью и производится в марках М300-М500.
• Белый портландцемент используется в декоративных целях в архитектурных и отделочных работах, часто окрашивается различными пигментами. Производитель получает белый цемент, используя белую глину, чистый известняк и охлаждая клинкер водой.
• Шлакощелочной цемент — показывает еще более высокие характеристики и свойства по сравнению с обычным портландцементом. Он устойчив к агрессивным воздействиям, средам, перепадам температур, жаре и морозу, влаге. Такие свойства могут быть достигнуты путем введения щелочи и молотого шлака, реже — глины.
• Цветной — актуален для декоративных работ и получается путем добавления пигментов (охры, железного сурика, оксида хрома и т.д.) к белому портландцементу.
• Магнезия — производится путем нагревания оксидов магния до высоких температур и добавления 30% водного раствора хлорида магния. Технология и ингредиенты делают цемент прочным и устойчивым к отделке (полировка, антибактериальные средства и т.д.). Его часто используют для отделки, для изготовления сложных конструкций.

• Пуццолановый портландцемент изготавливается из цветного цемента, гипса, добавок осадочного или вулканического происхождения. Раствор водостойкий, твердеет даже под водой, поэтому его используют при строительстве гидротехнических сооружений, для облицовки различных типов резервуаров, поверхностей, контактирующих с хлорированной или морской водой. Закаленный камень долговечен, устойчив к воздействию воды и химических веществ и не вызывает эффлоресценции.
• Alum — это прочный, быстротвердеющий цемент на основе клинкера и известняка в расплавленном виде. Порошок содержит высокую долю алюминатов кальция (низкая щелочность). Затвердевает при температуре +25C и ниже, в противном случае теряет половину своей прочности. Не смешивайте материал с другими видами цемента и добавками. Как правило, порошок используется для формирования кислотостойких растворов, заполнения гранита, бештаунита и других кислотостойких пород. Такая смесь затвердевает в течение 8 дней.

Марки

Марка портландцемента определяется в зависимости от прочности образца на сжатие и изгиб. Образец изготавливается из цемента и песка в соотношении 1:3, размер пробного камня составляет 4х4х16 сантиметров. Образец оставляют для отверждения на 28 дней при высокой влажности, можно пропаривать, а затем испытывать.

Наиболее популярными марками сегодня считаются М400 — М600, но в Москве и регионах можно найти и другие виды материала.

Марки портландцемента:

• M400 — наиболее желательная смесь с текущими индексами.
• М500 — высокопрочная смесь, используется при ремонтных и дорожных работах, реконструкции, ремонте, строительстве военно-технических объектов и т.д.
• М600 — прочность повышена, раствор современный для создания ответственных железобетонных конструкций, инженерных сооружений.
• M700 — максимальная прочность, смеси для нагруженных конструкций. Он не используется в индивидуальном строительстве из-за своей высокой цены и неактуальности высоких коэффициентов.
• М900 — это сверхпрочный цемент, его выбирают только для создания сложных военных сооружений (например, бункеров).

Что касается промежуточных марок (например, М550), то они не сильно отличаются от ближайших (в данном случае это М500 и М600) и не предполагают уникальных свойств. Как правило, такие марки близки по характеристикам к более низкой марке (M500), но с увеличенным запасом прочности.

В каких случаях не подходит

Портландцемент представлен на рынке в большом ассортименте, что делает его пригодным практически для всех задач, объектов, зданий, сооружений. Самое главное при расчете — точно определить ожидаемые нагрузки и ожидаемые свойства, а затем приобрести материал в соответствии с ними.

Однако следует помнить, что различные добавки могут быть взаимоисключающими и просто сводить эксплуатационные свойства к нулю.

Например, если вы смешиваете добавки для влагостойкости и морозостойкости, первые будут ухудшать вторые. То есть, цемент с добавками лучше не использовать в условиях значительно пониженных температур окружающей среды. Однако пуццолановый цемент не следует использовать в условиях сильных морозов.

Использование материала также определяется его назначением. Для монолитных конструкций и гражданских сооружений (мосты, высоковольтные линии и т.д.) лучше использовать цемент не ниже М500, но в частном домостроении нет смысла использовать М600 или М700, так как это будет пустой тратой денег.

Все виды портландцемента не следует использовать в засоленных водоемах, проточной воде, руслах рек проточного типа, воде с высоким содержанием различных минералов. Поэтому даже сульфатостойкий цемент можно использовать только в умеренно статичных водах, а для плотин, дамб и других подобных сооружений выбирают специальные виды цемента.

Поскольку портландцемент содержит много силикатов кальция, этот тип смеси не следует выбирать для конструкций и блоков специального назначения.

Портландцемент — материал высокого качества и прочности, что позволяет создавать бетонные растворы с различными характеристиками для решения различных задач. Портландцемент обеспечивает наилучшие результаты при использовании в соответствии с технологией.