4. Портландцемент
1. Общие сведения
Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с необходимым количеством двуводного гипса CaS04·2Н20, а также специальных и технологических добавок.
Портландцемент (ПЦ) после затворения водой (смешивания с водой) образует цементное тесто, способное схватываться, твердеть и набирать прочность как на воздухе, так и в воде.
Измельченный клинкер после затворения водой схватывается в течение нескольких минут, что затрудняет изготовление изделий. Для замедления схватывания (до 3-5 ч) в состав ПЦ вводят гипсовый камень CaS04·2Н20 или другие материалы, содержащие сульфат кальция (фосфогипс, борогипс, фторогипс и др.).
Портландцементный клинкер – продукт, получаемый путем обжига до спекания (т.е. частичного плавления) при температуре 1450 °С сырьевой смеси, состоящей из кальциево-карбонатных (известняк, мел, мрамор) и алюмосиликатных (глина) горных пород или из природных смесей известняка и глины (их называют мергели) при соотношении 3:1 по массе.
Внешне клинкер представляет собой спекшуюся сырьевую массу в виде зерен размером 10-60 мм.
В современном строительстве основными минеральными вяжущими веществами (в зависимости от вещественного состава) являются следующие типы цементов (ГОСТ 30515-97, ГОСТ 31108-2003):
портландцемент ЦЕМ I, в том числе портландцемент бездобавочный (без активных минеральных добавок) (ПЦ 500-Д0) по ГОСТ 10178-85;
портландцемент ЦЕМ II с активными минеральными добавками (ПЦ 500-Д20);
шлакопортландцемент ЦЕМ III (ШПЦ 400);
пуццолановый цемент ЦЕМ IV;
композиционный цемент ЦЕМ V.
В соответствии с ГОСТ 10178-85 ПЦ по механической прочности подразделяются на марки: М400, М500, М550 и М600 (допускается выпускать ПЦ марки М300), каждой из которых соответствует предел прочности при изгибе и при сжатии образцов в возрасте 28 сут.
По ГОСТ 30515-97, ГОСТ 31108-2003, СТБ EN 197-1-2007 цементы по прочности на сжатие в возрасте 28 сут. и среднему значению нормируемой стандартной прочности (МПа) подразделяются на классы: 22,5, 32,5, 42,5, 52,5. Эти классы примерно соответствуют маркам М300, М400, М500 и М600. Они определяются параллельно или вместо марки цемента.
По скорости набора прочности (прочности на сжатие в возрасте 2 (7) сут.) каждый класс цементов (кроме класса 22,5) подразделяется на два подкласса: Н (нормальнотвердеющий) и Б (быстротвердеющий) (22,5Н; 32,5Н, 32,5Б; 42,5Н, 42,5Б; 52,5Н, 52,5Б). Цемент подкласса Н(N) имеет обычную прочность в раннем возрасте (2 сут.); подкласса Б (R) – высокую прочность.
По срокам схватывания цементы подразделяют на:
- медленносхватывающиеся - с нормируемым сроком начала схватывания более 2 ч;
- нормальносхватывающиеся - с нормируемым сроком начала схватывания от 45 мин до 2 ч;
- быстросхватывающиеся - с нормируемым сроком начала схватывания менее 45 мин.
Свойства цементов, изготавливаемые на основе портландцементного клинкера, регулируют различными способами, в том числе введением активных минеральных добавок (АМД). Такие добавки применяют для повышения плотности, водо-, жаро- и коррозионной стойкости цементного камня, а следовательно, бетонов и растворов на основе портландцементов. АМД являются основными компонентами цемента.
В зависимости от вводимых добавок различают:
портландцемент с минеральными добавками (золы уноса теплоэлектростанции, шлак, известняк, микрокремнезем);
шлакопортландцемент (гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки в количестве 36-65 % и гипс не более 5%);
пуццолановый портландцемент (активная минеральная пуццолановая добавка 21-35 % – диатомиты, трепелы, опоки, вулканические пеплы, туфы, и небольшое количество гипса). Обладает высокой коррозионной стойкостью.
По вещественному составу цементы подразделяют на пять типов (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Типы цементов в зависимости от вещественного состава
Примеры условного обозначения цементов:
портландцемент класса прочности 42,5 быстротвердеющий: портландцемент ЦЕМ I 42,5Б ГОСТ 31108-2003;
портландцемент со шлаком (Ш) от 21 до 35 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий: портландцемент со шлаком ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н ГОСТ 31108-2003;
портландцемент с известняком (И) от 6 до 20 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий: портландцемент с известняком ЦЕМ II/А-И 32,5Н ГОСТ 31108-2003;
композиционный (К) портландцемент с суммарным содержанием доменного гранулированного шлака (Ш), золы уноса (3) и известняка (И) от 6 до 20 %, класса прочности 32,5, быстротвердеющий: композиционный портландцемент ЦЕМ II/А-К(Ш-3-И) 32,5Б ГОСТ 31108-2003;
шлакопортландцемент с содержанием доменного гранулированного шлака от 36 до 65 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий: шлакопортландцемент ЦЕМ III/А 32,5Н ГОСТ 31108-2003;
пуццолановый цемент с суммарным содержанием пуццоланы (П), золы уноса (3) и микрокремнезема (МК) от 21 до 35 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий: пуццолановый цемент ЦЕМ IV/A (П-З-МК) 32,5Н ГОСТ 31108-2003;
композиционный цемент с содержанием доменного гранулированного шлака (Ш) от 11 до 30 % и золы уноса (3) от 11 до 30 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий: композиционный цемент ЦЕМ V/A(Ш-3) 32.5Н ГОСТ 31108-2003.
Методы оценки качества (т.е. определения физико-механических и строительно-технических характеристик) портландцемента регламентированы ГОСТ 310.1-76, ГОСТ 310.2-76, ГОСТ 310.3-76, ГОСТ 310.4-81, ГОСТ 30744-2001.
В разных странах используют существенно различающиеся методы определения основных физико-механических характеристик цемента (прочности, водопотребности, сроков схватывания, равномерности изменения объема), которые дают различные результаты при испытаниях одних и тех же цементов.
В настоящее время Европейским комитетом по стандартизации (CEN) приняты европейские стандарты серии EN 196, регламентирующие единые для стран ЕС методы физико-механических испытаний цемента в пластичных растворах с использованием полифракционного песка и специального оборудования. В странах СНГ вся нормативная база строительства была основана на характеристиках цемента, получаемых при испытаниях образцов, изготовленных из более жестких растворов с использованием монофракционного песка.
ГОСТ 30744-2001 разработан в РФ с целью нормативного обеспечения производителей цемента в странах СНГ методиками испытаний своей продукции, позволяющими получить аналогичные со странами ЕС результаты для сопоставимой оценки строительно-технических свойств цемента в процессе научно-технического и экономического сотрудничества.
Для определения прочности цемента этим стандартом предусмотрено использование полифракционного песка по ГОСТ 6139-2003, требования которого соответствуют СТБ EN 195-1-2007. Песок по ГОСТ 6139-2003 производится в промышленных масштабах ООО «Цемсэнд» (г. Подольск, Россия). Оборудование для испытаний цемента по настоящему стандарту выпускает ООО «НИКЦИМ "Точмашприбор"» (г. Армавир, Россия).
Проведенные в России сравнительные испытания цементов на прочность по ГОСТ 30744-2001 и европейским стандартам свидетельствуют о полной идентичности результатов с учетом критериев достоверности, установленных EN 196-1.
ГОСТ 30744-2001 не отменяет ГОСТ 310.1-76, ГОСТ 310.2-76, ГОСТ 310.3-76, ГОСТ 310.4-81, которые следует использовать для оценки соответствия применяемых в странах СНГ цементов межгосударственным стандартам, действующим в настоящее время на территории большинства стран СНГ (ГОСТ 10178-85, ГОСТ 22266-94, ГОСТ 965-89, ГОСТ 11052-74, ГОСТ 25328-82, ГОСТ 969-77, ГОСТ 15825-80).
Далее приводятся методы определения свойств цемента по ГОСТ 310.1-6.