Чем отличается марка цемента 400 от 500. Основные характеристики и виды портланд цемента. Чем отличается цемент м400 от м500

Для бетонных смесей - портландцемент. Что это, как его используют, какими свойствами он обладает, рассмотрим эти и другие вопросы далее.

Состав

Как и к любому строительному материалу, высокие требования выдвигают к компонентам, из которых производят портландцемент. ГОСТ 10178-85 "Портландцемент и шлакопортландцемент" регламентирует состав и качество ингредиентов для данного типа вяжущего:

• Цементный клинкер с массовой долей не более 5%.
• Гипс, соответствующий ГОСТ 4013-82. Допускается наличие соединений фосфора, бора и фтора в количестве, не противоречащем нормативной документации.
• Минеральные добавки определенного свойства, необходимые для создания смесей нужного вида.

Все составляющие совместно перемалываются до однородного состояния.

Для разных видов портландцемента могут быть использованы различные составляющие, к которым также предъявляют определенные технические требования, прописанные в ГОСТе.

На заводах, где ведется производство, все компоненты проходят необходимые испытания на соответствие, четко соблюдаются пропорции создания сухих и рабочих смесей.

Выпускаемый портландцемент ГОСТ и его обозначение содержит на упаковке и в сопроводительной документации. Если такового нет, то продукт изготовлен по ТУ, его свойства могут отличаться от общепринятых.

Производство

Чтобы понимать, портландцемент - что это, стоит рассмотреть процесс его производства, который состоит из нескольких этапов:

Особенности изготовления

Все виды портландцемента (ПЦ) изготавливают из разного сырья, общим компонентом для всех является только цементный клинкер. Остальные составляющие могут обладать различными свойствами: влажность, прочность, минеральный состав. Учитывая эти факторы, невозможно обработать все виды сырья одним способом, поэтому существует несколько способов реализации второго этапа производства:

Свойства

Как уже сказано, бетон приобретает определенные качества, когда в него добавляют тот или иной портландцемент. Характеристики каждого из них по-своему уникальны, но существуют общие для всех параметры:

• Абсолютная плотность в пределах 3050-3150 кг/м 3 , насыпная для разных видов ПЦ будет отличаться.
• Тонкость помола портландцемента должна быть определена по ситу №008 проходимостью порошка не менее 85%.
• Удельный размер поверхности после отсева 2500-3000 см 2 /г.
• Сроки схватывания: начало - 45 минут, конец - 12 часов. Определяют по шкале Вита.

Прочность измеряют испытанием образцов с габаритами 4х4х16 см, сделанных из цементно-песчаного раствора в соотношении 1:3 при отношении воды к цементу 0,4, через 28 суток твердения. Готовые призмы подвергают изгибу и сжатию, определяя их значение и соответствие показателям марки.

Виды

В зависимости от вида используемых добавок портландцемент может иметь несколько разновидностей:

• быстротвердеющий;
• сульфатостойкий;
• гидрофобный;
• пластифицированный;
• с умеренной экзотермией;
• шлакопортландцемент;
• кислотоупорный;
• глиноземистый;
• белый и цветной;
• пуццолановый.

Каждый из видов наделяет бетонный камень определёнными свойствами, необходимыми для применения в определенном месте или области.

Быстротвердеющий ПЦ содержит большое количество соединений кальция и способен интенсивно наращивать прочность при твердении.

Имеет в своем составе добавки, повышающие стойкость бетона к воздействию химических агрессивных веществ.

Гидрофобный вид вяжущего содержит добавки, способствующие медленному испарению воды, что делает его применение целесообразным в засушливых местностях, где необходимо постепенное застывание камня без потери прочности.

Пластифицированный вид вяжущего, введенный в бетонную смесь, повышает ее пластичность и удобоукладываемость.

Портландцемент с умеренной экзотермией при гидратации выделяет сравнительно небольшое количество тепла.

Шлакопортландцемент имеет в своем составе что значительно снижает его стоимость.

Кислотоупорный ПЦ имеет в составе чистый и кремнефтористый натрий, стойкие к агрессивным химическим средам;

Глиноземистый портландцемент содержит высокую концентрацию окиси алюминия, способствующую быстрому твердению.

Пуццолановый ПЦ обогащен минеральными добавками вулканического и осадочного происхождения (до 40% от общей массы). Они увеличивают водонепроницаемость и не образуют высолов на поверхности готового бетона.

Белый и цветной виды вяжущего содержат различные соединения металлов, способные окрашивать камень в определенные цвета.

Классификация по прочности

На марки портландцемент разделяют, исходя из показателя его активности - предела прочности при осевом сжатии половин образцов возрастом 28 суток. Соответственно, различают марки 400, 500, 550, 600.

Любой вид портландцемента марки 400 применяют для создания обычных и стандартных конструкций, не подвергающихся увеличенным нагрузкам.

Более высокие значения марок стоят значительно дороже, используют их для ответственных сооружений и их элементов.

Применение

Портландцемент - что улучшенный вид вяжущего для бетона. Соответственно, в зависимости от типа наполнителя, камень имеет те или иные усиленные характеристики. Например, быстротвердеющий портландцемент 500 и 600 отличается высокой скоростью твердения, потому его добавляют в бетон для производства ответственных и массивных конструкций как подземных, так и наземных сооружений. Также его часто используют в тех случаях, когда есть необходимость в быстром наборе прочности, например, для заливки опалубки фундамента.

Наиболее распространенным является портландцемент 400. Он универсален в применении: для создания монолитных и сборных железобетонных элементов с повышенными требованиями прочности, при этом значительно не уступает характеристикам ПЦ500, но имеет меньшую стоимость.

Сульфатостойкий вид вяжущего используют для приготовления смесей, которые участвуют в создании подводных конструкций. Такие наиболее подвержены разрушающим воздействиям агрессивных сульфатных вод.

Пластифицированный портландцемент марки 300-600 значительно улучшает пластичные свойства раствора, его прочностные характеристики, позволяет экономить 5-8% вяжущего, по сравнению с обычным цементом.

Специальные виды ПЦ редко применяют в малом строительстве, поскольку такое сырье имеет большую стоимость, да и не каждый обыватель знает о таком виде активного вещества. Чаще портландцементы используют для бетонных смесей, применяемых в особо крупных и ответственных объектах.

Когда применять не стоит

Портландцемент - активный компонент, который наделяет бетон особыми свойствами. Но никакой его вид не следует использовать в сильно проточных руслах рек, в соленых водоемах, в воде с повышенным содержанием минералов. Сульфатостойкий вид в данных условиях не справляется со своими функциями, он предназначен для работы в статичных умеренных водах. Для устройства дамб, плотин, гидравлических конструкций, которые служат в среде водного напора, используют специальные виды цементов.

Как выбрать и купить

При покупке стоит понимать, портландцемент - что это? В первую очередь вяжущее для создания бетонной смеси. Как и обычный цемент, он продается в фасовочных мешках, бумажных пакетах по 50 кг, иногда по 30, 40.

При выборе обращайте внимание на обозначения на пакете. Обязательно должен быть указан вид (портландцемент, шлакопортландцемент и т. д.), соответствие ГОСТ или ТУ, количество минеральных добавок. Также нужно обратить внимание на дату изготовления: чем свежее сырье, тем лучше его качества.

На стоимость цемента специального может влиять как производитель, так и торговый посредник. Одна и та же технология изготовления не подразумевает большой разницы в цене. Поэтому выбирайте материал того завода, которому доверяете, какой имеет лучшую репутацию.

Сколько стоит портландцемент? Цена на самый популярный П 400 за мешок 50 кг стартует от 200 руб., ПЦ500 (50 кг) - от 230 руб. Казалось бы, разница небольшая, но для создания конструкций требуется большое количество смеси, основу которой составляет вяжущее. В результате ошибка в выборе может обойтись в немалую копеечку.

Для изготовления бетона применяются неорганические вяжущие вещества, которые при смешивании с водой образуют тестообразный раствор, набирающий прочность по мере застывания. Разновидностью такого вяжущего состава является портландцемент.

Особенности и изготовление

О портландцементе нередко ведут разговор, когда речь заходит о необходимости прочного и устойчивого к негативным воздействиям среды раствора. Портландцемент представляет собой разновидность вяжущего вещества для бетонных растворов.

Он является сухой смесью, которую разводят водой. Спустя определенное время происходит схватывание продукта при взаимодействии с воздухом.

Портландцемент в основе имеет мелко смолотый клинкер, а также гипс, ускоряющий схватывание смеси. В зависимости от вида и марки изделия его формула может включать те или иные добавки и примеси.

Смесь была изобретена еще в 1824 году американским каменщиком, а своим названием обязана внешнему сходству с известняком Портленда, который добывался в одном из английских графств.

Известняк Портленд

Для получения данного состава используются карбонатные горные породы (известняк, мел, глинозем и кремнезем), а также мергелий (смесь карбонатных пород и глины, переходная порода от известняковых к глинистым). Процесс производства начинается с тщательного измельчения сырья и смешивания его в определенных пропорциях. Следующий этап – обжиг сырья в печах при температуре 1300-1400°С. Результатом оплавления становится материал, называемый клинкером.

Клинкер вновь измельчается и смешивается с гипсом. При необходимости добавляются прочие элементы, повышающие эксплуатационные характеристики готового продукта. Данная смесь проходит контроль качества и при соответствии принятым стандартам получает сертификат соответствия.

Существует несколько вариантов обжига сырья:

• Мокрый . Сначала происходит измельчение компонентов, затем глина замачивается до тех пор, пока показатель влажности не достигнет 70%. После этого она в мельницах смешивается с известняком.

• Сухой . Процесс перемалывания и сушки смеси происходит одновременно, что позволяет сократить трудозатраты и расходы производства. В результате обработки в мельницах получают порошкообразное сырье.

• Комбинированный . При данной технологии совмещаются 2 типа производства – сухой и мокрый. Влагонасыщение сырья поднимается до 14%, после чего продукция измельчается и высушивается в специальных мельницах.

Мокрый

Сухой

Комбинированный

Состав и свойства

Как уже говорилось, портландцемент состоит из клинкера. В природе готовые гранулы встречаются достаточно редко, поэтому клинкерную крошку получают искусственным методом путем смешивания и обжига карбоновых и глинистых смесей.

Готовый клинкер смешивают с гипсом, содержание которого в составе не превышает 5%. Его вводят для того, чтобы обеспечить подвижность раствора в течение 45 минут, что необходимо при формовке изделий или выполнении некоторых видов работ.

Состав и процентное содержание компонентов смеси регулирует ГОСТ 10178 85 «Портландцемент и шлакопортландцемент». Именно соблюдение гостребований при производстве гарантирует высокие технические и эксплуатационные характеристики продукта.

На его упаковке обязательно должно быть указание на производство по ГОСТу. При отсутствии последнего имеется ввиду, что портландцемент изготовлен в соответствии с ТУ (технические условия), а это значит, что его свойства отличаются от принятых.

Для придания портландцементу определенных технических характеристик, в состав вводят минеральные добавки, содержание которых не превышает 20-25%.

Наиболее востребованными являются следующие:

• Алюминат увеличивает сроки схватывания цемента, но имеет невысокие показатели прочности (возможное содержание в портландцементе – не более 15%).
• Алюмоферрит имеет те же свойства, что и предыдущая добавка, однако его содержание в готовом продукте уменьшается до 10-18%.
• Белит оказывает вяжущее действие, способствует увеличению времени затвердевания, однако чрезмерное содержание способно негативным образом сказываться на прочностных характеристиках состава (допустимое содержание – не более 15-37%).
• Алит широко используется (процентное соотношение может достигать 60%) в составах высоких марок, поскольку обеспечивает быстрое их отвердение.

Свойства портландцемента определяются его составом. Основными критериями, по которым производится оценка качества продукта, являются следующие:

• Период схватывания . Схватывание смеси при соблюдении технических требований ее разведения должно происходить спустя 40-45 минут. Минералогический состав, тонкость помола и температура, при которой ведутся работы – именно эти факторы в первую очередь влияют на скорость схватывания изделия.

• Водопотребность . Под данным термином понимается количество воды, требуемое для получения густого, подходящего для работы цементного теста. Обычно влага не должна превышать 25% от состава смеси. С целью снижения требуемого количества воды применяется сульфитно-дрожжевая бражка или пластификаторы.

• Водоотделение . Данный термин обозначает отжим воды в готовом растворе, возникновение которого обусловлено оседанием более тяжелых цементных частиц. Снизить этот показатель позволяют минеральные добавки.

• Морозостойкость – способность продукта переносить определенное количество циклов заморозки и разморозки без потери своих эксплуатационных характеристик.

Для повышения морозостойкости в состав добавляют абиетат натрия или смыленный древесный пек.

• Коррозийная стойкость . Данная характеристика связана с тонкостью помола смеси и степенью пористости готового бетона.

• Тепловыделение . Имеется в виду способность бетона выделять тепло в процессе затвердения. Стремительно отдающий тепло состав оптимизируют путем добавления в него активных минеральных компонентов.

Характеристики

Портландцемент имеет более высокие прочностные характеристики по сравнению с другими видами цемента, что обусловлено особенностями состава. Те или иные добавки могут вступать в реакции, изменяя технические свойства материала. Последние же связаны с его механической стойкостью и возможностями эксплуатации.

Нельзя говорить о том, что одна из технических характеристик является более приоритетной. Так, например, прочный, но слишком медленно застывающий портландцемент может увеличить сроки строительства. А морозостойкий, но подверженный коррозии состав может применяться лишь для решения узкого круга задач.

Сегодня производители стремятся создавать универсальные составы, в которых одинаково сильно проявляются наиболее важные для цемента свойства.

В то же время существуют специализированные составы, имеющие особое назначение. Таковым можно считать пуццолановый портландцемент, имеющий максимальные показатели коррозийной стойкости и влагопрочности, но достаточно низкие показатели прочности на начальных этапах работы (в первые дни схватывания).

Технические

Среди технических характеристик следует выделить:

• Удельный вес продукта – 1100 кг/м³ для насыпных смесей, 1600 кг/м³ для уплотненных.
• Тонкость помола в среднем составляет 40 микрон (определяется способностью смеси проходить через сито № 008), что обеспечивает необходимую прочность цемента и время его отвердения, а также влияет на его эксплуатационные качества.
• Потребление воды , оптимальное содержание жидкости в составе не должно превышать 25-28%, поскольку этот показатель влияет на прочность состава (при излишках происходит расслаивание бетонного теста, при недостатке на готовом изделии появляются трещины).

• Плотность зависит от марки и наличия определенных добавок в составе. В рыхлом состоянии смесь имеет плотность 1,1 т/м³, в уплотненном – 1,5-1,7 т/м³.

• Продолжительность схватывания после смешивания с водой не превышает 40-45 минут, дальнейшее отвердение зависит от особенностей состава и условий среды (в зимнее время процесс замедляется), но не превышает 10-12 часов (измеряется с помощью прибора Вика).
• Изменение объема при застывании означает уменьшение цементного тела в объеме на 0,5-1 мм/м на открытом воздухе и его набухание до 0,5 мм/м в воде. Важным моментом является равномерность изменений по всему объему раствора.

Физические

• Антикоррозийная устойчивость достигается благодаря введению в состав гидроактивных материалов, препятствующих химической активности солей, а также добавлению примесей, уменьшающих пористость бетона.
• Длительность хранения составляет не более 12 месяцев при условии сохранения заводской упаковки (3-4-х слойные, герметично закрытые бумажные мешки), поскольку уже через 3 месяца хранения теряется до 20% активности состава, через год – до 40%. Вернуть такому цементу былые качества можно только путем вторичного перемалывания.
• Прочность на сжатие. В соответствии с данной характеристикой выделяют 4 класса прочности – 22,5; 42,5; 42,5; 52,5. Этот показатель напрямую связан со скоростью схватывания раствора.

Механические

Показатели механической прочности портландцемента составляют не менее 42,5 мПа на 28 сутки после заливки. Определение проводится в лабораторных условиях на примере образца. В соответствии с полученными результатами цемент маркируется (например, М 500). Коэффициент при этом указывает на то, какое давление способен выдержать образец (измеряется в кг/см³).

Чем выше данный коэффициент, тем больше прочностные показатели состава. Прочностные характеристики зависят от степени помола (чем она мельче, тем большей активностью обладает раствор), наличия присадок и добавок.

Показатели прочности, в свою очередь, влияют на степень схватывания раствора (определяется с помощью иглы Вика).

Отличия от простого цемента

Портландцементом считается разновидность цемента, который чаще всего используется при заливке бетона. Последний, в свою очередь, используется в монолитном и железобетонном строительстве, при возведении объектов, к которым предъявляются повышенные прочностные характеристики.

Благодаря наличию клинкерных гранул и прочих добавок, портландцемент обладает большим запасом прочности, имеет более высокие показатели морозостойкости, устойчивости к воздействию агрессивных сред. Это делает портландцемент востребованным материалом при строительстве объектов нефтяной и газовой отраслей .

Он подходит для возведения фундамента на сложных неустойчивых грунтах, в таком случае рекомендуется применять сульфатостойкую смесь. Такой состав почти не дает усадки зданий, на его поверхности не образуются трещины.

Вопрос о различиях между цементом и портландцементом несколько некорректен, поскольку последний является разновидностью цемента. Иначе говоря, цемент – это общее название, портландцемент является его разновидностью с определенным набором прочности.

Различия логичнее проводить, опираясь на марочную прочность цементов. Так, например, портландцемент М 400 уступает в своей прочности цементу М 600 . Сам по себе портландцемент мало отличим от цемента (по способу монтажа, технологии схватывания, особенностям использования), разница тех или иных отличительных характеристик обусловлена присутствием добавок.

Виды

Все виды цемента делятся на бездобавочные и добавочные. Бездобавочный состав не содержит минеральных добавок, помимо гипса. Он подходит для надземных, подземных и подводных объектов монолитного характера, а также сборных бетонных и железобетонных конструкций , которые эксплуатируются в условиях отсутствия агрессивной среды.

Наличие минеральных добавок улучшает технические свойства портландцементов, благодаря чему их можно применять в агрессивных условиях, при длительном контакте конструкции с водой . Среди наиболее распространенных добавок минерального происхождения выделяют: доменный шлак, активные минеральные добавки и природные активные миндобавки.

За счет введения той или иной добавки происходит улучшение таких показателей, как водонепроницаемость, коррозийная стойкость, однако их присутствие способствует снижению морозостойкости.

В зависимости от особенностей состава выделяют следующие разновидности портландцемента:

• Быстросохнущий . Отвердение смеси происходит уже в первые 3 дня заливки благодаря входящим в состав шлакам и специальным минералам. Немаловажно, чтобы степень помола смеси была минимальной. Выпускается в марке М400 и М500. Использование данного состава позволяет снизить время выдержки смеси в опалубке и существенно увеличить темпы строительных работ.

Применяется в основном для быстровозводимых и железобетонных объектов.

• Нормальноотвердевающий . Он не содержит специальных добавок, не столь требователен к степени помола смеси. Выпускается в соответствии с ГОСТом 31108-2003.

• Гидрофобный вариант характеризуется способностью не впитывать влагу и уменьшенным временем схватывания. Подобные свойства обеспечивают входящие в раствор мылонафты, асидолы. Находит применение при возведении объектов, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности, а также расположенных на подтопляемых участках.

• Пластифицированный . Характерной особенностью продукта является наличие в нем пластификаторов, обеспечивающих необходимую подвижность, снижение водопоглощения, термостойкость. Пластификаторы закладываются при помоле смеси, благодаря чему они словно обволакивают частицы цемента, предотвращая их склеивание. В результате получается подвижный, удобный в нанесении состав, который широко применяется для возведения сложных по форме архитектурных конструкций.

Гидрофобный

Пластифицированный

• Тампонажный . Обладает способностью тампонировать, то есть защищать скважины от воздействия грунтовых вод. Широко используется в нефтяной и газовой отраслях, поскольку не зависит от давления и температуры и надежно удерживает колонны в скважинах даже на начальных этапах застывания. Существует еще одна разновидность данного вида цемента – тампонажный облегченный портландцемен, имеющий в составе «облегченные» добавки.

• Расширяющийся . Подобные смеси могут иметь различный состав, но все их объединяет способность увеличиваться в объеме при замешивании раствора. Это обусловлено тем, что между основным и добавочным компонентами начинается химическая реакция, которая и дает приращение объема.

Как правило, такие составы применяются для заполнения швов и трещин на поверхностях, подверженных воздействию повышенной влажности.

• Сульфатостойкий . Такой бетон противостоит воздействию сульфатных вод, вызывающих развитие коррозии. Как правило, сульфатостойким делается морозопрочный цемент марки М300,400, иногда – М 500.

Применяется для создания свайного и других типов фундамента на болотистых и кислых почвах.

• Шлакопортландцемент . В составе изделия присутствуют доменные шлаки, чем и обусловлено высокое содержание в нем частиц металла. Смесь используется для получения жароустойчивого бетона, а также при сооружении объектов под землей, водой, на высоте. Имеет невысокую морозостойкость.

Сульфатостойкий

Шлакопортландцемент

• Шлакощелочной состав отличается более высокими, по сравнению с портландцементом, характеристиками. Он устойчив к воздействию агрессивных сред, перепадам температур, имеет высокую морозостойкость и низкий показатель поглощения влаги. Подобные способности достигаются благодаря включению в состав молотого шлака и щелочи, иногда – глины.

• Белый портландцемент . Сфера применения смеси – отделочные и архитектурные работы, также она выступает в качестве основы для цветных цементов. Белоснежный оттенок получают благодаря изготовлению продукта из чистых известняков и белых глин, а также путем дополнительного охлаждения клинкера водой.

Шлакощелочной

Белый

• Магнезиальный – состав на основе оксидов магния (нагревается до температуры 800С) и 30% водного раствора хлорида магния. Благодаря входящим в него компонентам и особенностям технологии производства удается получать прочную белую массу, которая легко поддается обработке (легко полируется, не подвержена воздействию плесени, грибка).

Материал применяется в качестве отделочного покрытия, а также для создания сложных с точки зрения форм конструкций. Бетон на основе магнезиального цемента, по сути, является разновидностью искусственного камня.

• Цветной портландцемент также используется для декоративных работ. Получается он путем смешивания белой модификации и пигмента. В качестве последнего могут выступать железный сурик, охра, окись хрома. Главное, чтобы пигменты были свето- и щелочестойкие.

Магнезиальный

Цветной

• ​​​​​​Пуццолановый . В составе смеси находятся цветной портландцемент, гипс и добавки, имеющие вулканическое или осадочное происхождение. 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.

Цемент – основной материал в строительной отрасли. Используется вместе с песком для формирования раствора или с другими инертными материалами, такими как щебень. Качество цемента и производные продукты зависят от сырья и пропорций составляющих компонентов, особенно в процентном отношении к воде. Соотношение вода/цемент имеет значение во избежание ухудшения сопротивления и механических свойств массы.

Цемент может быть улучшен по технологическим показателям и связано это не только с влагонепроницаемостью. Применяя добавки, цемент становиться более текучим, что особенно хорошо при отделочных работах или для заполнения конкретных форм. Если необходимо использовать цементный раствор в качестве клея – применяют специальные материалы, делающие его похожим на пасту. Добавка представляет собой вид смолы, при замешивании с цементом в небольших количествах преобразует его совершенно в другой материал. Цемент очень щедрый материал, дешевый и простой в использовании.

Определение портландцемента

Портландцемент – широко применяемый тип цемента, употребляется в качестве связующей основы для получения раствора.

Был изобретен в 1824 году в Англии каменщиком Джозефом Аспдином и получил свое название по сходству и внешнему виду с известняком Портленда, острова в графстве Дорсет (Англия).

Портландцемент получают путем измельчения клинкера с добавлением мела в необходимом количестве для упорядочения процесса гидратации. Проведя микроскопический анализ на куске цемента можно обнаружить присутствие четырех основных компонентов, а именно L алита (трехкальциевого силиката), белита (дикальция силикат), целита (трехкальциевого алюмината) и браунмиллерита (алюминат феррита).

Производство портландцемента происходит в три стадии:

1. Приготовление сырой смеси из сырья.
2. Производства клинкера.
3. Подготовка цемента.

В качестве сырья для производства Портланд материалов применяют минералы содержащие оксиды:

• Кальция СаО (44%)
• Кремния SiO 2 (14,5%)
• Алюминия Al2O3 (3,5%)
• Железа Fe2O3 (2%)
• Магния MgO (1,6%)

Добыча происходит в шахтах, под землей или открытым небом в непосредственной близости от завода, которые, как правило, уже имеют требуемую композицию, а в некоторых случаях необходимо добавить глину, известняк, железную руду, бокситы или остатки литейных материалов.

Смесь нагревают в специальной цилиндрической печи, расположенной горизонтально с небольшим наклоном и медленно вращающейся. Температура поднимается вдоль цилиндра примерно до 1480°С.

Градус нагрева определяется таким образом, что минералы агрегируют, но не плавятся. В нижней секции карбонат кальция (известняк) распадается на оксид кальция и двуокись углерода (CO2).

В высокотемпературной зоне оксид кальция вступает в реакцию с силикатами, образуя силикат кальция (CaSiO3 и Ca2Si2O5), небольшое количество трехкальциевого алюмината (Ca3Al2O6) и алюминат феррита (C4AF, результат реакции 4CaO + Al2O3 + Fe2O3).

Полученный материал называют клинкер. Клинкер может храниться в течение многих лет, прежде чем поступит в производство при условии – избегать контакта с водой.

Теоретическая энергия необходимая для производства клинкера составляет около 1700 джоуль на грамм, величина дисперсии намного выше и может достигать до 3000 джоулей на грамм. Это предполагает большую потребность в энергии и значительное высвобождение двуокиси углерода в атмосферу – парниковых газов.

Количество углекислого газа в атмосфере в среднем равно 1,05 кг CO2 на 1 кг портландцементного клинкера.

Для улучшения характеристики готового продукта в клинкер добавляют около 2% гипса или сульфата кальция и смесь тонко измельчают. Полученный порошок фасуется и готов к использованию.

Цементный состав:

• 64% оксид кальция.
• 21% оксид кремния.
• 6,5% оксид алюминия.
• 4,5% оксид железа.
• 1,5% оксид магния.
• 1,6% сульфат.
• 1% других материалов, в том числе воды.

Портландцемент смешивают с водой, полученная смесь затвердевает в течение нескольких часов. Первоначальное упрочнение обусловлено реакцией между водой, гипсом и трехкальциевым алюминатом формируя кристаллическую структуру алюмината кальция гидрата (CAH), эттрингита (AFT) и моносульфата (AFM).

Последующее затвердение и развитие внутренних сил натяжения получено из медленной реакции воды с трех кальциевым силикатом с образованием силиката кальция аморфной структуры под названием гидрат (CSH гель). В обоих случаях, структуры обволакивают и связывают присутствующие отдельные гранулы материала.

Завершающая реакция производит силикагель (SiO2). Все три реакции вырабатывают тепло.

Путем добавления к цементу конкретных материалов (известняк и известь) получают пластический бетон быстрой установки и высокой технологичности. Строительный раствор с использованием смеси портландцемента и извести известен как известковый раствор. Этот материал используется для покрытия наружных поверхностей зданий (гипс). Обычный бетон фактически не поддается размазыванию.

Чем отличаются эти вида цемента

наиболее распространенный тип цемента общедоступного пользования, используется в качестве основного ингредиента – бетона, строительного раствора, штукатурки, затирки. Был создан на основе других видов гидравлической извести в Англии в середине 19 века. Происходит из известняка.

Порошок получают путем нагрева материалов в печи, чтобы сформировать то, что называется клинкером, при добавлении небольшого количества других добавок.

Плюсы и минусы:

• Портландцемент может вызвать химические ожоги, раздражение, при длительном контакте – рак легких. Содержит некоторые вредные компоненты, такие как кристаллический диоксид кремния и шестивалентный хром.
• Экологические проблемы связаны с высоким потреблением энергии, необходимым для шахты, производства и транспортировки цемента, загрязнением воздуха диоксидом и твердыми частицами.
• Низкая стоимость и широкая доступность известняка, сланцев и других природных материалов, используемых в портландцементе, делают его одним из самых низко затратных материалов, широко применяемых по всему миру. Бетон изготавливается из портландцемента и известен как универсальный строительный материал.

Что такое Портландцемент?

Невозможно представить производство строительных работ без вяжущих материалов, соединяющих в монолитную конструкцию блоки, плиты, кирпич. Самым распространенным и востребованным в данной категории материалов является портландцемент.

Смешиваясь с водой или растворами различных солей, цемент образует эластичную массу, которая в процессе высыхания преобразуется в цементный камень. Без применения растворов на основе портландцемента невозможно изготовление железобетонных конструкций, монолитных сооружений, высококачественных смесей для каменных кладок и отделочных мероприятий.

Портландцемент получают путем соединения мелкоизмельченного клинкера с небольшим объемом гипса, который ускоряет процесс схватывания смеси. При производстве, в зависимости от предъявляемых к смеси требований, добавляются различные добавки, повышающие устойчивость материала к воздействиям негативных факторов.

Один из наиболее распространенных видов вяжущего вещества для бетонных смесей - портландцемент

Виды

Для придания готовому изделию определенных свойств, портландцемент обогащают минеральными добавками – белитом, алитом, целитом, браунмиллеритом. В зависимости от используемых минеральных составляющих портландцемент делится на следующие виды:

• Характеризующийся средней скоростью схватывания.
• Быстротвердеющий состав.
• Пластифицированный.
• Устойчивый к влаге, гидрофобный.
• С повышенной тепловой отдачей.
• Особо стойкий по отношению к химическим реагентам.
• Декоративный (цветной или белый), применяемый при отделочных работах.

Марки цемента

Опираясь на требования нормативной документации, предъявляемые к цементному образцу, подвергающемуся испытаниям на сжатие и изгиб, можно выделить основные марки портландцемента:

• М700 – особо прочный состав. Область применения ограничена изготовлением бетона с увеличенными прочностными характеристиками для возведения напряженных конструкций. Цена такого цемента высока, что делает его нерентабельным при ведении обычных строительных мероприятий;

Любой вид портландцемента марки 400 применяют для создания обычных и стандартных конструкций, не подвергающихся увеличенным нагрузкам

• М600 – состав увеличенной прочности. Область применения – производство ответственных железобетонных изделий и конструкций;
• М500 – цемент, обладающий достаточно хорошими прочностными показателями, что позволяет использовать его при реконструкции зданий и сооружений после аварий, возведении военно-технических объектов, укладке дорожного покрытия;
• М400 – самая доступная и широко используемая марка. Объясняется это тем, что заложенные показатели морозоустойчивости, влагостойкости позволяют применять его при возведении объектов любого назначения.

Предприятия-изготовители выпускают портландцемент марок М200 и М300, но в довольно ограниченном количестве. Такое ограничение закономерно, поскольку спрос на эти марки невелик.

Цифровой индекс, указанный в маркировке портландцемента, обозначает величину давления, которую способен воспринять эталонный образец материала. Например, портландцемент, маркируемый М500, воспринимает давление, превышающее 500 кг/см².

Используемое основное сырье

При изготовлении портландцемента используют известковые и глинистые породы в определенной пропорции, обеспечивающей требуемый химический состав для обжига.

Все виды портландцемента (ПЦ) изготавливают из разного сырья, общим компонентом для всех является только цементный клинкер

Из известковых пород наиболее часто применяют:

• Известняк, не содержащий включений кремния. Плотная порода с мелкокристаллической структурой.
• Мергель – переходная от известняковых к глинистым порода. Включает в свой состав мелкие частицы солей кальция с примесью полевого шпата, доломита и пр.
• Мел – податливая, легко измельчаемая осадочная порода.
• Ракушечный известняк.

К глинистой составляющей относятся:

• Глинистые сланцы. Благодаря своей слоистой структуре легко раскалываются, что значительно облегчает обработку.
• Лесс. Рыхлая мелкозернистая порода, содержащая большое количество карбоната кальция.
• Глина. Представляет собой смесь основного глинистого вещества – гидроалюмосиликата с соединениями железа, магния и других элементов.
• Суглинки. Отличаются от глины увеличенным содержанием песка.

Для экономии природных сырьевых ресурсов и удешевления производства цемента все чаще используются отходы металлургической промышленности (шлам, зола).

Минеральные составляющие клинкера

Для получения основного компонента портландцемента – клинкера, проводится обжиг сырьевой смеси (известняк + глина). В результате этой операции образуются минеральные соединения, процентное содержание которых не должно превышать допустимые значения.

В большинстве случаев клинкер получают из искусственных смесей, потому что в природе сырье, содержащее примерно 75% карбоната кальция и 25% глины, встречается довольно редко

К основным минералам, определяющим свойства получаемого клинкера относятся:

• быстро твердеющий алит. Этот компонент отвечает за скорость твердения состава и нарастание эксплуатационной прочности. Его количество регламентировано в пределах 45-60 процентов;
• медленно твердеющий белит. Его присутствие позволяет цементным составам достигать высоких прочностных показателей при длительном твердении. Чтобы белит не потерял вяжущих свойств, клинкер максимально быстро охлаждают. Количество минерала выдерживается в рамках 20-35 процентов, что позволяет достичь оптимальных сроков твердения;
• быстро гидратирующий трехкальциевый алюминат, ускоряет процесс гидратации, но параллельно с этим снижает прочностные характеристики и увеличивает возможность появления коррозии. Поэтому содержание ограничено 4-10 процентами;
• образующийся на определенной фазе обжига алюмоферрит, значительно не влияет на процессы твердения и тепловыделения. Его содержание в клинкере находится в пределе 10-18 процентов.

Поскольку портланд цемент получают из разного по химическому и минералогическому составу сырья, то на выходе получают цемент, отличающийся свойствами. Используя испытанные технологии производства, придерживаясь разработанных рекомендаций по процентному содержанию минеральных включений, предприятия-изготовители получат на выходе качественный продукт, отвечающий требуемым параметрам.

Технология производства

Споры по поводу, какой метод производства цементного состава лучше, не утихают долгие годы. Существует мнение, что, используя неоднородное по составу сырье повышенной влажности, предпочтительно воспользоваться мокрым способом. Параллельно с этим отстаивается позиция о применении сухого метода, как более экономически целесообразного, если предварительно подготовить должным образом шихту.

Клинкерную смесь обжигают при высоких температурах (до 1500°С), получая на выходе гранулы, которые потом измельчаются

Попытаемся разобраться в основных различиях существующих способов изготовления клинкера, из которого получают портландцемент. Известны три варианта получения смеси для обжига:

• Мокрый. Изначально проводят измельчение компонентов до нужной величины (известняк – размер частиц 8-10 мм, глина – куски до 10 см). Глину отмачивают до приобретения 70% влажности и отправляют в мельницы с известняком, где происходит смешивание.
• Сухой. Технология позволяет при уменьшенных затратах изготавливать портландцемент по сокращенному методу. Это обусловлено совмещением технологических стадий, обеспечивающих возможность одновременного выполнения сушки ингредиентов и их помола в специальных мельницах, в которые поступают горячие газы. Полученный шихтовый материал характеризуется порошкообразным составом.
• Полусухой (комбинированный). В данном методе совмещаются элементы сухой и мокрой технологии изготовления, которые используют производители цементных смесей. Допускается уменьшать влажность шихтового материала, произведенного мокрым методом, и получать шихтовой состав, влажность которого не превышает 18%. Согласно второму способу, готовится сухая смесь, которая насыщается водой до 14-процентной влажности, подвергается гранулированию и обжигается.

Свойства состава

Портландцемент обладает комплексом положительных характеристик, обеспечивающих его широкое применение в жилищном строительстве, при возведении промышленных конструкций. Главными характеристиками являются:

• удельный вес, зависящий от степени уплотнения состава. Для насыпных смесей составляет 1100 кг/м3, для уплотненных достигает величины 1600 кг/м3;
• гранулометрический состав, характеризующий тонкость цементной фракции и качество помола. Параметры влияют на эксплуатационные характеристики, интенсивность твердения раствора. Усредненный размер частиц цемента составляет порядка 40 микрон, что обеспечивает необходимую прочность и время твердения;

• потребление воды, влияющее на способность массива впитывать определенный объем жидкости. Недостаток влаги снижает прочность, а излишек – вызывает расслоение цементной массы. Согласно проверенной рецептуре, для замеса вводится 25-28 процентов воды от общего объема смеси;
• продолжительность схватывания, регламентированная стандартом, составляющая до 45 минут после смешивания с водой. Продолжительность окончательного твердения зависит от температурного режима и замедляется в зимний период;
• высокие прочностные характеристики, позволяющие воспринимать сжимающие нагрузки, что отражается в обозначении портландцемента.

Заключение

Представленная в статье информация о распространенном в строительной отрасли портландцементе знакомит с особенностями производства, свойствами, маркировкой и технологическими особенностями изготовления. Застройщики подтверждают, что это прочный материал, обеспечивающий высокий ресурс эксплуатации конструкций и сооружений.

Повышенные рабочие характеристики обеспечивают широкую сферу применения популярного материала.

Комментариев:

Цемент используют для выполнения многих строительных работ в качестве вяжущего вещества. Цемент Портланд считается самой распространенной его разновидностью. Этот материал относят к группе гидравлических вяжущих — он затвердевает при добавлении воды. Портланд цемент характеризуется отличными вяжущими свойствами и способностью увеличения предела своей твердости на открытом воздухе в результате совокупности протекающих в нем химических процессов.

Цемент Портланд обладает хорошими вяжущими свойствами и способностью на открытом воздухе увеличивать свой предел твердости.

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.

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.

Вернуться к оглавлению

Марки и основные характеристики

Под маркой подразумевают предел прочности образца, проверяемого на сжатие, изгиб. Для его изготовления используют раствор из песка и цемента в пропорции 1:3, из которого формируют образец 4 х 4 х 16 см. Испытание проводят через 28 суток после заливки, причем его твердение должно происходить в условиях высокой влажности.

В противном случае прочность образца может значительно понизиться. Чтобы ускорить процесс затвердевания, допускается пропаривание образцов. В настоящее время самыми распространенными марками являются 400, 500, 600.

Кроме прочности портландцемент обладает следующими характеристиками:

1. Период схватывания. Качественный портландцемент при соблюдении пропорций после добавления воды должен схватываться за 40 — 45 минут. Прямое влияние на этот показатель оказывает тонкость помола, температура, минералогический состав.
2. Водопотребность — определяет количество жидкости для приготовления раствора оптимальной густоты. Обычно содержание воды находится в пределах 25%. Для понижения водопотребности могут использоваться пластификаторы или сульфитно-дрожжевая бражка.
3. Водоотделение — отжим воды в приготовленном растворе, происходящий под воздействием тяжести цементных частиц. Для снижения водоотделения часто используют специальные минеральные добавки.
4. Морозостойкость — это способность выдерживать определенное количество циклов замораживания и размораживания без потери прочности и целостности. В качестве добавок, способных повысить этот показатель, применяют смыленный древесный пек, абиетат натрия.
5. Тепловыделение — это способность цемента выделять тепло в процессе затвердевания. Цемент, который отличается слишком стремительным выделением тепла, оптимизируют при помощи активных минеральных добавок.
6. Коррозионная устойчивость напрямую зависит от степени пористости готового бетона и тонкости помола цемента.

Вернуться к оглавлению

Разновидности портландцемента

В зависимости от свойств и сферы использования портландцемент можно разделить на несколько основных групп:

1. Быстросохнущий цемент из-за специальных добавок шлаков и минералов твердеет уже в первые 3 дня. Это позволяет существенно сократить период выдержки монолита в опалубке. Марки быстротвердеющего портландцемента — М400, М500.
2. Нормальнотвердеющий цемент не содержит добавок, влияющих на строки затвердевания, и не требует особо тонкого помола. Данный продукт соответствует характеристикам, определенным в ГОСТ 31108-2003.
3. Пластифицированный портландцемент отличают специальные добавки-пластификаторы, обеспечивающие цементному раствору требуемую подвижность, плотность, термоустойчивость, минимальное поглощение влаги.
4. Гидрофобный цемент получают путем введения асидола, мылонафты и других гидрофобизирующих добавок. Его характеризует небольшое увеличение периода схватывания и способность не впитывать влагу.
5. Сульфатостойкий используют для получения морозоустойчивого бетона в строительстве сооружений, испытывающих воздействие сульфатных вод. Этот цемент предотвращает развитие сульфатной коррозии. Производятся марки 300, 400, реже — 500.
6. Портландцемент белый изготавливают из чистых известняков и белых глин. Для дополнительного отбеливания полученного клинкера его охлаждают водой. Цемент производится марок М400, М500. Основная сфера применения — отделочные и архитектурные работы, основа для цветного портландцемента.
7. Шлакопортландцемент используют для получения жароустойчивого бетона. Из-за низкого коэффициента морозоустойчивости его используют при возведении разных сооружений под водой, под землей и на земле. Для него характерно высокое содержание частичек металла из-за добавки доменных шлаков.
8. Шлакощелочной цемент содержит добавки щелочи и молотого шлака, возможно, с глинистыми включениями. Схватывается так же, как и обычный песчанистый портландцемент, но характеризуется высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред, низких температур, имеет низкий показатель поглощения влаги.