Технические требования к маркам и составу сульфатостойкого шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента

Цемент	Марка цемента	Предел прочности через 28 сут, МПа, не менее		Содержание добавок, % от массы цемента			Минералогические состав, % по массе, не более
				гранулированные доменные шлаки и т.п.	АМД осадочного происхождения	АМД прочие	C3S	C3A+C1AF	С3А
		при изгибе	при сжатии
Сульфатостойкий шлакопортланцемент	300 400	4,4 5,4	29,3 39,2	21-60	-	-	Не нормируется		8
Пуццолановый портланцемент	300 400	4,4 5,4	29,3 39,2	-	20-30	25-40			8

Пуццолановый портландцемент получают на основе клинкера сульфатостойкого цемента, активных минеральных добавок и гипса. Смешивание исходных компонентов осуществляют при совместном помоле или после предварительного измельчения – раздельно. Основные требования в табл. 2.

При твердении пуццоланового портландцемента наряду с гидратацией клинкерных минералов происходит процесс связывания Ca(OH)₂ активным кремнеземом и глиноземом добавок по реакциям, приведенным выше. В конечном продукте твердения отсутствует гидроксид кальция. Поэтому более высокая водостойкость и коррозионная стойкость в пресных и минерализованных водах, а также повышенная водонепроницаемость. Цемент имеет малое тепловыделение.

Недостатки:

- медленный рост прочности в начальные сроки и при пониженных температурах,

- повышенные водопотребность (28-40%) и усадка,

- низкая морозостойкость и недостаточная воздухостойкость.

Применяют для бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкций, подвергающихся действию пресных и минерализованных вод с учетом норм агрессивности среды.

Не допускается применять пуццолановый портландцемент для конструкций, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию, в частях гидротехнических вооружений, расположенных в зоне переменного уровня воды и в районах с жарким и сухим климатом, без тщательного соблюдения влажностного режима твердения.

б) глиноземистый цемент

Представляет собой быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчение клинкера, в котором преобладают низкоосновные алюминаты кальция.

Основу глиноземистого цемента составляют четыре главных оксида: CaO, Al₂O₃, SiO₂ и Fe₂O₃. Химический состав сырьевой смеси, состоящей из бокситов и известняков, может изменяться в относительно широких пределах: 35-45% CaO, 35-50% Al₂O₃, 5-15% SiO₂ и 5-15% Fe₂O₃.

Цемент получают двумя способами: первый – обжиг до спекания сырьевой смеси, второй – плавление сырьевой смеси. В процессе обжига химические реакции приводят к образованию ряда искусственных минералов. Минералогический состав цемента меняется в зависимости от хим. состава сырьевой смеси и способа производства. Основными минералами являются алюминаты кальция (преобладающий по количеству однокальциевый алюминат CaO·Al₂O₃ (CA). Качество цемента определяется содержанием СА.

Свойства глиноземистого цемента зависят от его состава и условий твердения. Его пониженная водопотребность (23-26%) обусловливает образование цементного камня высокой плотности. Глиноземистый цемент более чувствителен к недостатку воды затворения , что ведет преждевременному схватыванию. Твердение однокальциевого алюмината происходит по реакции

2(CaO·Al₂O₃) + 11H₂O = 2CaO·Al₂O₃·8H₂O + 2Al(OH)₃.

Глиноземистый цемент хорошо твердеет (через сутки достигает около 90% марочной прочности) и набирает прочность при умеренных (до +25⁰С) температурах. Обладает высоким тепловыделением. Пористость цементного камня в 2 раза меньше, чем портландцемента. Имеет высокую коррозионную стойкость при воздействии сульфатных вод из-за отсутствия C₃A и стойкость к слабым растворам минеральных кислот и некоторых органических веществ. Стоек в условиях попеременного замораживания и оттаивания или увлажнения и высыхания. Специфическое свойство – жаростойкость.

Марки глиноземистого цемента: М 400, 500, 600.

Глиноземистый цемент – дорогостоящее вещество, следует применять при аварийно-восстановительных работах, скоростном возведении железобетонных конструкций, для получения жаростойких бетонов и различных видов расширяющихся цементов.

Нельзя применять в конструкциях, где температура во время твердения выше 25⁰С, а также в условиях возможного воздействия вод, содержащих щелочи.

в) расширяющиеся цементы

Большинство цементов при твердении на воздухе дает значительную усадку. Усадочные деформации приводят к появлению напряжений в конструкциях из цементных бетонов и растворов и к возникновению трещин, что повышает их водопроницаемость и снижает долговечность. В строительстве применяют различные виды расширяющихся цементов. Их твердение сопровождается увеличением объема цементного камня – объемной деформацией.

При объемной деформации цементы подразделяют на:

- безусадочные – линейное расширение до 0,1% в трехсуточном возрасте;

- расширяющиеся – линейное расширение более 0,1% в том же возрасте;

- напрягающиеся – нормируется энергия самонапряжения.

Расширяющиеся цементы получают тщательным смешиванием портландцемента или глиноземистого цемента с расширяющейся добавкой. Процесс происходит вследствие образования в твердеющей системе эттрингита 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·31H₂O, который обеспечивает увеличение объема цементного камня до 4-5%.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают совместным помолом или смешиванием раздельно измельченных высокоглиноземистых доменных шлаков и гипса. Цемент обладает быстрым схватыванием и твердением в водной и воздушной среде. Гипсоглиноземистый цемент в возрасте 3 сут должен иметь прочность не менее 28 МПа, начало схватывания – не ранее 10 мин., а конец – не позднее 4 ч. Бетоны и растворы на гипсоглиноземистом цементе обладают высокой прочностью сцепления со старым бетоном, морозостойкостью и сульфатостойкостью.

Применяют для приготовления расширяющихся водонепроницаемых бетонов и растворов, при аварийно-восстановительных работах, для гидроизоляции стыков сборной обделки тоннелей и шахт, зачеканки раструбов стыковых соединений труб, при строительстве перемычек в емкостях для хранения топлива и др.

Не допускается использовать при температуре выше 80⁰С.

Напрягающий цемент (НЦ) получают путем тонкого помола смеси, состоящей из 65-70% портландцементного клинкера, 16-20% высокоглиноземистого шлака или глиноземистого цемента и 14-16% гипса.

Обладают большой химической энергией расширения и способны при затвердевании растягивать арматуру и передавать усилия обжатия на бетон без нарушения сцепления между ними. Быстросхватывающееся (начало через 2-8 мин, конец – через 6-15 мин) и быстротвердеющее вяжущее вещество.

Расширяющиеся цементы увеличиваются в объеме только в начальный период твердения. В отличие от них НЦ способен расширяться в затвердевшем состоянии при достижении прочности на сжатие более 15 МПа.

Подразделяют на три марки: НЦ-20, НЦ-40 и НЦ-60 – в зависимости от энергии самонапряжения (2, 4, 6 МПа). Длительное выдерживание образцов из НЦ в воде при нормальной температуре приводит к увеличению прочности до 85 МПа. Образцы обладают полной водонепроницаемостью при давлении воды до 2,1 МПа.

Напрягающие цементы предназначены для железобетонных конструкций, арматура которых должна быть напряжена в нескольких направлениях (двух- и трехосное напряженное состояние). Применяют для производства напорных железобетонных труб и некоторых других тонкостенных железобетонных сооружений (резервуаров, емкостей и т.п.).

г) декоративные цементы (белый и цветные)

Отличаются от портландцемента белым цветом или иной окраской чистых тонов.

Белый портландцемент получают путем тонкого помола белого маложелезистого клинкера и необходимого количества гипса в специальных мельницах, оборудованных футеровкой и мелющими телами из трудноистираемых или неметаллических материалов. Белый клинкер получают обжигом до спекания наиболее чистых разновидностей карбонатного и песчано-глинистого сырья с малым содержание красящих оксидов (прежде всего, оксида железа).

Белый портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками выпускают двух марок: М 400, М 500. По степени белизны подразделяют на три сорта, в зависимости от коэффициента отражении: I – 80%, II – 75%, III – 68%.

Цветные портландцементы получают совместным измельчением белого клинкера со свето- и щелочестойкими пигментами (железным суриком, охрой, ультрамарином и др.) либо окрашиванием клинкера в процессе обжига путем введения в сырьевую смесь хромофоров (оксиды хрома, марганца, кобальта и др.) в количестве 0,05-1% по массе.

Декоративные цементы предназначены для получения цветных цементных растворов, бетонов и красок, применяемых для архитектурно-художественного оформления зданий и сооружений в жилищном, гражданском и промышленном строительстве.

д) шлакощелочной цемент

Впервые идея создания шлакощелочных вяжущих (IOD) возникла в Киевском инженерно-строительном институте в 1956 г. и принадлежала профессору В.Д.Глуховскому. ШЩВ – гидравлические вяжущие вещества, получаемые путем тонкого измельчения гранулированного шлака совместно с щелочным компонентом или затворением молотого шлака растворами щелочей. ШЩВ – это многокомпонентные щелочные алюмосиликатные системы.

В общем случае твердение ШЩВ на растворе поташа выглядит так:

_.

Для изготовления ШЩВ применяют доменные и электротермофосфорные гранулированные шлаки с удельной поверхностью не ниже 3000 см²/г. Также могут использоваться шлаки других производств, не служащие для производства шлакопортландцемента: горелые глинистые породы, золы ТЭЦ и пр.

Щелочным компонентом являются три группы солей:

- несиликатные (сода Na₂CO₃, поташ K₂CO₃);

- силикатные (жидкое стекло, метасиликат натрия N₂O·SiO₂, дисиликат натрия Na₂O·2SiO₂);

- едкие щелочи (едкий натр NaOH, едкий калий KOH).

Кроме химически чистых щелочей могут использоваться и попутные продукты химического производства: содощелочной плав, капролактам и т.д.

Обычно щелочные компоненты вводятся в количестве 5-15% от массы шлака в пересчете на сухое веществе; при этом образуются высококонцентрированные водные растворы плотностью 1,15-1,3 г/см³. ШЩВ подразделяют на марки: М 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000.

Бетоны на ШЩВ по сравнению с цементными обладают рядом преимуществ:

- повышенной прочностью, водонепроницаемость, морозостойкость,

- стойкостью в агрессивных средах,

- пониженным тепловыделением и усадкой,

- возможностью использования некондиционных заполнителей,

- себестоимость ШЩВ (в 1,7-2,9 раза), удельный расход топлива (в 3-5 раз) ниже, чем при производстве портландцемента марки 600.

Диапазон использования весьма широк.