- Особливості та виготовлення
- Склад і властивості
- Характеристики
- Відмінності від простого цементу
- види
- марки
- В каких случаях не подходит?
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Для виготовлення бетону застосовуються неорганічні в'яжучі речовини, які при змішуванні з водою утворюють тістоподібний розчин, що набирає міцність в міру застигання. Різновидом такого в'яжучого складу є портландцемент.
Особливості та виготовлення
Про портландцементе нерідко ведуть розмову, коли мова заходить про необхідність міцного і стійкого до негативних впливів середовища розчину. Портландцемент являє собою різновид в'яжучого речовини для бетонних розчинів.
Він є сухою сумішшю, яку розводять водою. Через певний час відбувається схоплювання продукту при взаємодії з повітрям.
Портландцемент в основі має дрібно змелений клінкер, а також гіпс, прискорює схоплювання суміші. Залежно від виду і марки вироби його формула може включати ті чи інші добавки і домішки.
Суміш була винайдена ще в 1824 році американським каменярем, а своєю назвою зобов'язана зовнішньою подібністю з вапняком Портленда, який добувався в одному з англійських графств.
Для отримання даного складу використовуються карбонатні гірські породи (вапняк, крейда, глинозем і кремнезем), а також мергелю (суміш карбонатних порід і глини, перехідна порода від вапнякових до глинистих). Процес виробництва починається з ретельного подрібнення сировини і змішування його в певних пропорціях. Наступний етап - випалення сировини в печах при температурі 1300-1400 ° С. Результатом оплавлення стає матеріал, званий клінкером.
Клінкер знову подрібнюється і змішується з гіпсом. При необхідності додаються інші елементи, що підвищують експлуатаційні характеристики готового продукту. Дана суміш проходить контроль якості і при відповідності прийнятим стандартам отримує сертифікат відповідності.
Існує кілька варіантів випалу сировини:
- Мокрий. Спочатку відбувається подрібнення компонентів, потім глина замочується до тих пір, поки показник вологості не досягне 70%. Після цього вона в млинах змішується з вапняком.
- Сухий. Процес перемелювання і сушки суміші відбувається одночасно, що дозволяє скоротити трудомісткість і витрати виробництва. В результаті обробки в млинах отримують порошкоподібний сировину.
- Комбінований. При даній технології поєднуються 2 типу виробництва - сухий і мокрий. Вологонасичення сировини піднімається до 14%, після чого продукція подрібнюється і висушується в спеціальних млинах.
Склад і властивості
Як вже говорилося, портландцемент складається з клінкеру. У природі готові гранули зустрічаються досить рідко, тому клінкерну крихту отримують штучним методом шляхом змішування і випалу карбонових і глинистих сумішей.
Готовий клінкер змішують з гіпсом, зміст якого в складі не перевищує 5%. Його вводять для того, щоб забезпечити рухливість розчину протягом 45 хвилин, що необхідно при формуванні виробів або виконанні деяких видів робіт.
Склад і процентний вміст компонентів суміші регулює ГОСТ 10178 85 «Портландцемент і шлакопортландцемент». Саме дотримання гостребованій при виробництві гарантує високі технічні та експлуатаційні характеристики продукту.
На його упаковці обов'язково має бути вказівка на виробництво по ГОСТу. При відсутності останнього мається на увазі, що портландцемент виготовлений відповідно до ТУ (технічні умови), а це означає, що його властивості відрізняються від прийнятих.
Для додання портландцементу певних технічних характеристик, до складу вводять мінеральні добавки, зміст яких не перевищує 20-25%.
Найбільш затребуваними є наступні:
- Алюмінат збільшує терміни схоплювання цементу, але має невисокі показники міцності (можливий зміст в портландцементі - не більше 15%).
- Алюмоферріт має ті ж властивості, що і попередня добавка, проте його зміст в готовому продукті зменшується до 10-18%.
- Білить має в'яжучу дію, сприяє збільшенню часу затвердіння, проте надмірний вміст здатне негативно позначатися на міцності складу (допустимий вміст - не більше 15-37%).
- Алит широко використовується (процентне співвідношення може досягати 60%) у складах високих марок, оскільки забезпечує швидке їх затвердіння.
Властивості портландцементу визначаються його складом. Основними критеріями, за якими проводиться оцінка якості продукту, є наступні:
- Період схоплювання. Схоплювання суміші при дотриманні технічних вимог її розведення повинно відбуватися через 40-45 хвилин. Мінералогічний склад, тонкість помелу і температура, при якій ведуться роботи - саме ці чинники в першу чергу впливають на швидкість схоплювання вироби.
- Водопотребность. Під даним терміном розуміється кількість води, необхідну для отримання густого, придатного для роботи цементного тесту. Зазвичай волога не повинна перевищувати 25% від складу суміші. З метою зниження необхідної кількості води застосовується сульфітно-дріжджова брага або пластифікатори.
- Водовідділення. Даний термін позначає віджимання води в готовому розчині, виникнення якого обумовлено осіданням більше важких цементних частинок. Знизити цей показник дозволяють мінеральні добавки.
- Морозостійкість - здатність продукту переносити певну кількість циклів заморожування і розморожування без втрати своїх експлуатаційних характеристик.
Для підвищення морозостійкості до складу додають абіетат натрію або смиленний деревне пек.
- Корозійна стійкість. Дана характеристика пов'язана з тонкістю помелу суміші і ступенем пористості готового бетону.
- Тепловиділення. Мається на увазі здатність бетону виділяти тепло в процесі затвердіння. Стрімко віддає тепло склад оптимізують шляхом додавання в нього активних мінеральних компонентів.
Характеристики
Портландцемент має більш високі характеристики в порівнянні з іншими видами цементу, що зумовлено особливостями складу. Ті чи інші добавки можуть вступати в реакції, змінюючи технічні властивості матеріалу. Останні ж пов'язані з його механічною стійкістю і можливостями експлуатації.
Не можна говорити про те, що одна з технічних характеристик є більш пріоритетним. Так, наприклад, міцний, але дуже повільно застигає портландцемент може збільшити терміни будівництва. А морозостійкий, але схильний до корозії склад може застосовуватися лише для вирішення вузького кола завдань.
Сьогодні виробники прагнуть створювати універсальні склади, в яких однаково сильно проявляються найбільш важливі для цементу властивості.
У той же час існують спеціалізовані склади, що мають особливе призначення. Таким можна вважати пуццолановий портландцемент, який має максимальні показники корозійної стійкості і вологостійкості, але досить низькі показники міцності на початкових етапах роботи (в перші дні схоплювання).
Технічні
Серед технічних характеристик слід виділити:
- Питома вага продукту - 1100 кг / м³ для насипних сумішей, 1600 кг / м³ для ущільнених.
- Тонкість помелу в середньому становить 40 мікрон (визначається здатністю суміші проходити через сито № 008), що забезпечує необхідну міцність цементу і час його затвердіння, а також впливає на його експлуатаційні якості.
- Споживання води, оптимальний вміст рідини в складі не повинно перевищувати 25-28%, оскільки цей показник впливає на міцність складу (при надлишках відбувається розшарування бетонної тесту, при нестачі на готовому виробі з'являються тріщини).
- Щільність залежить від марки і наявності певних добавок в складі. У пухкому стані суміш має щільність 1, 1 т / м³, в ущільненому - 1, 5-1, 7 т / м³.
- Тривалість схоплювання після змішування з водою не перевищує 40-45 хвилин, подальше затвердіння залежить від особливостей складу і умов середовища (в зимовий час процес сповільнюється), але не перевищує 10-12 годин (вимірюється за допомогою приладу Віка).
- Зміна обсягу при застиганні означає зменшення цементного тіла в обсязі на 0, 5-1 мм / м на відкритому повітрі і його набухання до 0, 5 мм / м в воді. Важливим моментом є рівномірність змін по всьому об'єму розчину.
фізичні
- Антикорозійна стійкість досягається завдяки введенню до складу гідроактівні матеріалів, що перешкоджають хімічної активності солей, а також додаванню домішок, що зменшують пористість бетону.
- Тривалість зберігання становить не більше 12 місяців за умови збереження заводської упаковки (3-4-х шарові, герметично закриті паперові мішки), оскільки вже через 3 місяці зберігання втрачається до 20% активності складу, через рік - до 40%. Повернути такому цементу колишні якості можна тільки шляхом вторинного перемелювання.
- Міцність на стискання. Відповідно до даної характеристикою виділяють 4 класу міцності - 22, 5; 42, 5; 42, 5; 52, 5. Цей показник безпосередньо пов'язаний зі швидкістю схоплювання розчину.
механічні
Показники механічної міцності портландцементу складають не менше 42, 5 мПа на 28 добу після заливки. Визначення проводиться в лабораторних умовах на прикладі зразка. Відповідно до отриманих результатів цемент маркується (наприклад, М 500). Коефіцієнт при цьому вказує на те, який тиск здатний витримати зразок (вимірюється в кг / см).
Чим вище даний коефіцієнт, тим більше показники міцності складу. Характеристики міцності залежать від ступеня помелу (чим вона дрібніша, тим більшою активністю володіє розчин), наявності присадок і добавок.
Показники міцності, в свою чергу, впливають на ступінь схоплювання розчину (визначається за допомогою голки Віка).
Відмінності від простого цементу
Портландцементом вважається різновид цементу, який найчастіше використовується при заливці бетону. Останній, в свою чергу, використовується в монолітному і залізобетонному будівництві, при зведенні об'єктів, до яких пред'являються підвищені характеристики.
Завдяки наявності клінкерних гранул і інших добавок, портландцемент володіє великим запасом міцності, має більш високі показники морозостійкості, стійкості до дії агресивних середовищ. Це робить портландцемент затребуваним матеріалом при будівництві об'єктів нафтової і газової галузей.
Він підходить для зведення фундаменту на складних нестійких грунтах, в такому випадку рекомендується застосовувати сульфатостійкий суміш. Такий склад майже не дає усадки будівель, на його поверхні не утворюються тріщини.
Питання про відмінності між цементом і портландцементом кілька некоректний, оскільки останній є різновидом цементу. Інакше кажучи, цемент - це загальна назва, портландцемент є його різновидом з певним набором міцності.
Відмінності логічніше проводити, спираючись на марочну міцність цементів. Так, наприклад, портландцемент М 400 поступається в своїй міцності цементу М 600. Сам по собі портландцемент мало відрізняється від цементу (за способом монтажу, технології схоплювання, особливостям використання), різниця тих чи інших відмінних характеристик обумовлена присутністю добавок.
види
Всі види цементу діляться на бездобавочні і додаткові. Бездобавочний склад не містить мінеральних добавок, крім гіпсу. Він підходить для надземних, підземних і підводних об'єктів монолітного характеру, а також збірних бетонних та залізобетонних конструкцій, які експлуатуються в умовах відсутності агресивного середовища.
Наявність мінеральних добавок поліпшує технічні властивості портландцементів, завдяки чому їх можна застосовувати в агресивних умовах, при тривалому контакті конструкції з водою. Серед найбільш поширених добавок мінерального походження виділяють: доменний шлак, активні мінеральні добавки і природні активні міндобавками.
За рахунок введення тієї чи іншої добавки відбувається поліпшення таких показників, як водонепроникність, корозійна стійкість, проте їх присутність сприяє зниженню морозостійкості.
Залежно від особливостей складу виділяють такі різновиди портландцементу:
- Швидкосохнучий. Затвердіння суміші відбувається вже в перші 3 дні заливки завдяки що входять до складу шлакам і спеціальним мінералів. Важливо, щоб ступінь помелу суміші була мінімальною. Випускається в марці М400 і М500. Використання даного складу дозволяє знизити час витримки суміші в опалубці і істотно збільшити темпи будівельних робіт.
Застосовується в основному для швидкомонтованих і залізобетонних об'єктів.
- Нормальноотвердевающій. Він не містить спеціальних добавок, не настільки вимогливий до ступеня помелу суміші. Випускається у відповідності з ГОСТом 31108-2003.
- Гідрофобний варіант характеризується здатністю не вбирати вологу і зменшеним часом схоплювання. Подібні властивості забезпечують входять в розчин милонафт, асидолу. Знаходить застосування при зведенні об'єктів, що експлуатуються в умовах підвищеної вологості, а також розташованих на підтоплених ділянках.
- Пластифікований. Характерною особливістю продукту є наявність в ньому пластифікаторів, що забезпечують необхідну рухливість, зниження водопоглинання, термостійкість. Пластифікатори закладаються при помелі суміші, завдяки чому вони немов обволікають частинки цементу, запобігаючи їх склеювання. В результаті виходить рухливий, зручний в нанесенні складу, який широко застосовується для зведення складних за формою архітектурних конструкцій.
- Тампонажний. Має здатність тампонувати, тобто захищати свердловини від впливу грунтових вод. Широко використовується в нафтовій і газовій галузях, оскільки не залежить від тиску і температури і надійно утримує колони в свердловинах навіть на початкових етапах застигання. Існує ще один різновид даного виду цементу - тампонажний полегшений портландцемен, що має в складі «полегшені» добавки.
- Розширюється. Подібні суміші можуть мати різний склад, але всіх їх поєднує здатність збільшуватися в об'ємі при замішуванні розчину. Це обумовлено тим, що між основним і додатковим компонентами починається хімічна реакція, яка і дає приріст обсягу.
Як правило, такі склади застосовуються для заповнення швів і тріщин на поверхнях, із високою вологістю.
- Сульфатостойкий. Такий бетон протистоїть впливу сульфатних вод, що викликають розвиток корозії. Як правило, сульфатостійкий робиться морозопрочний цемент марки М300, 400, іноді - М 500.
Застосовується для створення пальового і інших типів фундаменту на болотистих і кислих грунтах.
- Шлакопортландцемент. У складі вироби присутні доменні шлаки, що навіть зумовлено високий вміст в ньому частинок металу. Суміш використовується для отримання жаростійким бетону, а також при спорудженні об'єктів під землею, водою, на висоті. Має невисоку морозостійкість.
- Шлаколужне склад відрізняється більш високими, порівняно з портландцементом, характеристиками. Він стійкий до впливу агресивних середовищ, перепадів температур, має високу морозостійкість і низький показник поглинання вологи. Подібні здатності досягаються завдяки включенню до складу меленого шлаку і луги, іноді - глини.
- Білий портландцемент. Сфера застосування суміші - оздоблювальні та архітектурні роботи, також вона виступає в якості основи для кольорових цементів. Білосніжний відтінок отримують завдяки виготовленню продукту з чистих вапняків і білих глин, а також шляхом додаткового охолодження клінкеру водою.
- Магнезійний - склад на основі оксидів магнію (нагрівається до температури 800С) і 30% водного розчину хлориду магнію. Завдяки входять до нього компонентів та особливостей технології виробництва вдається отримувати міцну білу масу, яка легко піддається обробці (легко полірується, не схильна до впливу цвілі, грибка).
Матеріал застосовується в якості оздоблювального покриття, а також для створення складних з точки зору форм конструкцій. Бетон на основі магнезиального цементу, по суті, є різновидом штучного каменю.
- Кольоровий портландцемент також використовується для декоративних робіт. Виходить він шляхом змішування білої модифікації і пігменту. В якості останнього можуть виступати залізний сурик, охра, окис хрому. Головне, щоб пігменти були світло-і лугостійкі.
- Пуцолановий. У складі суміші знаходяться кольоровий портландцемент, гіпс і добавки, що мають вулканічне або осадочні походження. Полученный раствор имеет повышенную гидростойкость, он застывает не только в условиях повышенной влажности, но и под водой. Это позволяет применять его при организации гидротехнических сооружений, облицовке бассейнов и прочих резервуаров для хранения воды, поверхностей (в том числе наклонных), контактирующих с морской или хлорированной водой. Застывшая поверхность характеризуется прочностью, химической инертностью, отсутствием высолов.
- Глинозёмистый состав представляет собой быстротвердеющий и прочный цемент на основе клинкера и расплавленных известняков. Готовая смесь содержит большое количества низко-основных алюминатов кальция.
Для обеспечения качественного сцепления и набора необходимой прочности застывание должно вестись при температуре ниже 25%С. В противном случае теряется до 50% прочности бетона.
Еще одной особенностью глинозёма является недопустимость его смешивания с другими цементами и известью, составами, даже в небольшом количестве содержащими щелочи. Глинозёмный портландцемент подходит для изготовления кислостойких бетонных растворов, заполнения кислостойких пород (гранита, бештаунита). Скорость схватывания – около 8 дней.
марки
Марка определяется как прочность образца при испытании его на изгиб и сжатие. Для изготовления образца применяются портландцемент и песок, взятые в пропорции 1: 3. Из данного раствора изготавливается образец размером 4х4х16 см, который застывает в течение 28 суток, твердение происходит в условиях повышенной влажности. Для ускорения застывания разрешается прибегать к технике пропаривания образца.
Наиболее распространенными сегодня являются марки портландцемента М 400, 500, 600:
- М 400 – наиболее востребованная марка цемента. Заложенные в ней технические характеристики (прочности, морозостойкости) подходят для возведения большинства объектов.
- М 500 – цемент, обладающий несколько большим запасом прочности, что позволяет применять его в работах по реконструкции или восстановлению объектов после аварии, использовать для ремонтно-дорожных работ, строительства объектов военно-технического назначения, сооружений из асбестоцемента.
- М 600 . Состав имеет повышенную прочность, что делает возможным его применение при возведении ответственных железобетонных конструкций, инженерных сооружений.
- М 700 – портландцемент максимальной прочности, применяемый для бетонной смеси для возведения напряженных конструкций. Использование его при обычном строительстве (например, в частном домовладении) нерационально из-за высокой стоимости.
- М 900 – сверхпрочный цемент, используемый только для военных объектов, например, для создания бункеров.
Существуют также «промежуточные» марки цемента, например М 550 (по своим техническим характеристикам близки к М500, но отличаются чуть большей прочностью).
В каких случаях не подходит?
Благодаря многообразию составов портландцемента он подходит практически для любого типа строений. Главное – верно определить наиболее важное свойство цемента и подобрать соответствующую добавку. Некоторые из них при совместном использовании нивелируют свойства друг друга. Так происходит, например, при одновременном добавлении компонентов для улучшения влагостойкости и морозоустойчивости. Первые (повышающие влагостойкость) ощутимо снижают морозостойкость состава.
Иначе говоря, портландцементы с добавками не подходят для условий, в которых происходит значительное снижение температуры эксплуатации. В данном случае должны применяться портландцементы без добавок. Для влажных климатов не подходит стандартная смесь портландцементов, лучше выбрать шлакопортландцемент.
Немаловажно учитывать и назначение материала. Так, для возведения монолитных объектов и конструкций гражданского назначения (например, мостов, высоковольтных линий) не подходит портландцемент М400. Для решения указанных задач допустимо применять смесь с марочной прочностью не менее М 500 .
Ни один из видов портландцемента не подходит для использования в текучих водах, соленых водоемах, проточных руслах рек, водах с высоким содержанием минералов.
Даже сульфатостойкая разновидность портландцемента, обладающая повышенными показателями влагопрочности, применяется только в статичных умеренных водах. В остальных случаях (например, для организации плотин, дамб и прочих инженерных сооружений) применяют особые виды цемента.
Приставка «портланд» обозначает присутствие в смеси большого количества силикатов кальция, поэтому она не рекомендована для блоков и конструкций специального назначения . Пуццолановый цемент не подходит для эксплуатации в условиях значительного снижения температуры.
О том, как происходит получение портландцемента смотрите в следующем видео.