5. Портландцемент. Активность и марки цемента. Строительные свойтва

Свойства:

• Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердею­щее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измель­чения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер получается в результате обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в ней силикатов кальция.

• Внешний вид: тонкий порошок серовато-зеленого цвета

• Сырьевые компоненты:

1. все виды известняков независимо от содержания в них глины (например, известняк, глини­стый известняк, известковый мергель, мергель).

2. глина, с которой вводится в цемент кремнезем Si0₂, глинозем А1₂О₃ и окись железа Fe₂0₃.

3. корректирующие добавки, чтобы довести до требуемой нормы содержание того или иного кислотного окисла или одновременно двух. Например, для повышения содержания Si0₂ добавляют трепел, опоку, маршалит, кварцевый песок, для повышения содержания Fe₂0₃ — железные руды, для повы­шения содержания А1₂0₃ — глины, богатые глиноземом, и боксит.

• Получают измельчением клинкера (3/4 известняка и ¼ глины) с гипсом (3%), может выпускаться с активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента.

• По производству и применению портландцемент занимает 1 место среди всех других вяжущих веществ.

Схватывание и твердение:

Твердение - это процесс постепенного нарастания меха­нической прочности цементного камня. В результате твердения в це­ментном камне образуются новые соединения, отсутствующие в цемент­ном клинкере.

Различают 3 периода твердения портландцемента:

1— растворение или подготовительный период.

При воздействии воды на поверхность зерен цемента вначале происходит растворение клинкерных минералов. Клинкерные соединения обладают весьма малой растворимостью, и поэтому водный раствор очень быстро оказывается насыщенным. В момент полного насыщения молекулы воды взаимодействуют с твердыми состав­ляющими цемента без перехода последних в раствор. При этом происходят химические реакции гидролиза и гидратации.

2 — все новые вещества образуют коллоидную систему, в которой высокодисперсная твердая фаза адсорбционио оказывает значительное количество воды. Этот период взаимодействия цемента с водой, когда образуется кол­лоидная система.и цементное тесто начинает загустевать (период схватывания), назы­вают периодом коллоидации..

3 — Вслед за периодом схватывания (от начала его до конца) наступает твердение — переход цементного теста в камневидное состояние с посте­пенным повышением прочности цементного камня. Период, в течение которого про­исходит твердение цементного камня назыв. периодом кристал­лизации.

Твердение цементного камня протекает интенсивнее во влажной среде и положительной температуре.

Портландцемент твердеет тем быстрее, чем больше в нем трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината, но в дальнейшем прирост прочности такого це­мента замедляется. Цементы, содержащие много двухкальциевого силиката, наоборот, в раннем возрасте твердеют медленно, а затем нарастание прочности продолжается длительно и равномерно. При благоприятных условиях твердения (положительная темпе­ратура и влажность среды) время нарастания прочности значительно сокращается.

Использование: Его широко используют для получения сборного и монолитного бетона и железобетона в про­мышленном, жилищном, гидротехническом, дорожном и других отраслях строительства.

Предел прочности цементного раствора при сжатии в возрасте 28 суток называют активностью цемента.

Физические и механические свойства цемента

Удельный вес портландцемента в зависимости от химиче­ского и фазового состава, а также различных добавок колеблется в пре­делах 3,0—3,2 г/см⁸.

Насыпной объемный вес П в рыхлом состоянии составляет 900—1100 кг/м\ а в уплотненном — 1400—1700 кг/м³.

Водопотребность и нормальная густота теста.

Под водопотребностью вяжущего вещества понимают то количество воды, которое необходимо ввести в него для получения теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста ус­ловно называется такая консистенция, при которой на приборе Вика пестик погружается, в него на определенную, нормированную стандар­том глубину. Водопотребность портландцементов колеблется обычно в пределах 24—28%. Он обладает низкой водопотребностью по сравне­нию с другими вяжущими веществами.

Сроки схватывания цемента. Процесс схватывания цемента заключается в потере подвижности цементного теста. Под началом схватывания подразумевается начало загустевания теста, что практически определяется по погружению иглы на приборе Вика с нагрузкой на нее 300 г на глубину, предусмотренную ГОСТом.

За конец схватывания принимается такое состояние теста, когда подвижность его полностью потеряна, т. е. тесто приобрело твердое состояние, но прочность его незначительна.

Равномерность изменения объема. При неравномерном изменении объема снижается не только предел прочности, но и разрушается цементный камень.

Тонкость помола цемента влияет на скорость схватыва­ния и твердения, а также на прочность цементного камня. Чем тоньше измельчен цементный клинкер, тем быстрее и полнее протекает взаимо­действие цемента с водой и тем выше будет его прочность, однако очень мелкий помол приводит к снижению некоторых свойств цемента.

Тонкость помола цемента можно определите двумя способами: ситовым анализом или определением его удельной поверхности. В первом случае через сито должно проходить не менее 85% портландцемента от веса пробы. Средний размер зерен цемента равен примерно 15—20 мк.

Тепловыделение при схватывании и твер­дении цемента. Взаимодействие портландцемента с водой сопровождается выделением тепла. Количество тепла, выделяемое портландцементом при его гидратации, зависит от ряда факторов. В первую очередь от его минералогического состава. Практически 1 кг портландцемента в бетоне выделяет за 7 су­ток 30—65 ккал тепла в зависимости от марки цемента.

Механическая прочность портландцемента характеризуется пределом прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек размером 40x40x160 мм из цементного раствора состава 11 : 3 (одна весовая часть цемента и три части нормального вольского песка) при водоцементном отношении не менее 0,40. Испытание образ­цов производится после 28-суточного хранения в воде.

Марки портландцемента 300, 400, 500, 600. Марки цемента определяют по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов цементно-песчаного раствора после 28 суток твердения во влажных условиях.

Активность и марку Ц определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4X4X16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1 :3 (по массе) и ВЦ = 0,4, через 28 сут твердения (первые сутки образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 сут — в воде комнатной температуры). Образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие.   Активностью называют предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности с учетом предела прочности при изгибе портландцементы подразделяют на марки М400, М500, М550 и М600.  У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-суточная прочность, но и начальная, 3-суточ-ная. Цемент, которому присвоен государственный Знак качества, должен обладать стабильными показателями прочности при сжатии, коэффициент вариации прочности для цемента М300 и М400 — не более 5 %, М500, М550 и М600 — не более 3 %.