Портландцементы с добавками поверхностно-активных веществ. К этой группе относят пластифицированный и гидрофобный портландцементы.

Портландцемент пластифицированный получают введением в цемент пластифицирующих добавок, чаще всего – лигносульфонатов технических (ЛСТ) – отходов сульфатной варки целлюлозы. Их добавляют при помоле в количестве 0,1–0,3 % от массы цемента. Адсорбируясь на поверхности зерен цемента, добавка улучшает смачиваемость их водой. Трение между зернами становится меньше, водопотребность цемента уменьшается.

Пластифицирующее действие добавки должно быть такой, чтобы расплыв стандартного конуса из цементно-песчаного раствора состава 1:3 при водоцементном отношении 0,4 составил не менее 135 мм против 106-115 мм для цемента без добавки.

Применение пластифицированного цемента повышает удобоукладываемость бетонных смесей. За счет уменьшения расхода воды можно повысить плотность бетона и, как следствие, его прочность, водонепроницаемость и морозостойкость. При сохранении удобоукладываемости бетонной смеси на заданном уровне можно сократить расход цемента на 5–10 %.

Вместе с тем пластифицирующая добавка замедляет гидратацию клинкерных минералов цемента в начальный период. Это ограничивает его применение при отрицательных температурах и заводском изготовлении изделий без ускорителей твердения.

Портландцемент гидрофобный получают введением в цемент при помоле гидрофобизирующих добавок в количестве 0,06–0,3 %. Это мылонафт и асидол, получаемые из отходов очистки дистиллятов нефти, метилсиликонат и этилсиликонат натрия (ГКЖ-10 и ГКЖ-11) и др. Адсорбируясь на поверхности зерен, добавки образуют водоотталкивающую пленку, которая изменяет свойства цемента. Понижается гигроскопичность. Цемент не впитывает капель воды в течение 5 мин., в отличие от обычного, когда вода впитывается через 1–2 с. Он не теряет активности при хранении 1–2 года, не комкуется. При перемешивании бетонных смесей пленка срывается, и гидрофобные цементы набирают прочность так же, как и обычные. Удобоукладываемость бетонных смесей и их однородность увеличивается, повышается водонепроницаемость и морозостойкость бетона, уменьшается водопоглощение и капиллярный подсос. Его рекомендуется применять для гидротехнических и дорожных бетонов, при длительном хранении цемента.

Быстротвердеющие портландцементы – цементы общестроительного назначения. К ним относят: быстротвердеющий портландцемент и быстротвердеющий шлакопортландцемент.

Портландцемент быстротвердеющий получают совместным измельчением портландцементного клинкера нормированного минералогического состава с гипсом и минеральными добавками. Допускается вводить от 5 до 20 % активных минеральных добавок. В том числе – доменных и электротермофосфорных гранулированных шлаков до 20 %, добавок осадочного происхождения кроме глиежа, до 10 % и прочих активных, включая глиеж до 20 %. До 5 % активных добавок может быть заменено на кренты, сульфоалюминатные и сульфоферритные продукты, обожженные алуниты и каолины.

Выпускают его марок 400 и 500 (ПЦ 400-Д20-Б, ПЦ 500-Д20-Б). Для него дополнительно нормируется прочность в возрасте 3 суток. Предел прочности на изгиб и сжатие приведен в таблице 3.2.

Интенсивный рост прочности в начальный период происходит за счет повышенного содержания в клинкере быстротвердеющих минералов и тонкости помола. Сумма минералов С₃S и С₃А должна быть не менее 60–65 %, удельная поверхность зерен 3500–4500 см²/г.

Быстротвердеющий портландцемент рекомендуется применять для изготовления бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях, в особенности предварительно напряженных. Через 4–6 часов тепловой обработки бетон набирает прочность, равную 70–80 % от заданной. Это позволяет ускорить оборачиваемость форм и камер тепловой обработки. Целесообразно применять его при пониженных температурах. Бетон быстрее набирает прочность за счет высокого тепловыделения цемента. Этот цемент не следует применять в гидротехнических сооружениях для подводной зоны в связи с пониженной водостойкостью, для зоны переменного уровня воды в связи с недостаточной морозостойкостью, для внутренней зоны массивных сооружений в связи с большим тепловыделением. Тонкость помола его высокая, и он быстро теряет активность при хранении.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент получают совместным помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава с гипсом и доменным или электротермофосфорным гранулированными шлаками. Шлака вводится от 20 до 80 %. До 10 % шлака может быть заменено активными минеральными добавками и до 5 % крентами, обожженными алунитами и каолинами, сульфоалюминатными и сульфоферритными продуктами.

В клинкере должны содержаться быстротвердеющие минералы: C₃S – 55–65 % и C₃А – 8–12 %. Тонкость помола должна составлять 4000–5000 см²/г. Выпускают его марки 400 (ШПЦ 400-Б). Для него дополнительно нормируется прочность в возрасте 3 суток. Пределы прочности на изгиб и сжатие приведены в таблице 3.2.

Применяют быстротвердеющий шлакопортландцемент для изготовления сборных и монолитных конструкций с повышенной начальной прочностью.

Завод-изготовитель должен гарантировать соответствие цемента требованиям ГОСТ 10178–85 при поставке в таре – в течение 45 суток после отгрузки для быстротвердеющих цементов и 60 суток для остальных, при поставке навалом – на момент поступления цемента потребителю, но не более 45 суток после отгрузки для быстротвердеющих и 60 суток для остальных.

Специальные портландцементы

Сульфатостойкие портландцементы.К этой группе относят: сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент.

Сульфатостойкий портландцемент получают из клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Содержание C₃S не должно превышать 50 %, C₃A – 5 %, сумма C₃A + C₄AF – 22 %, Al₂O₃ до 5 %, MgO до 5 %. Высокая сульфатостойкость этого цемента объясняется ограниченным содержанием минералов C₃A, C₃S и C₄AF. Он имеет также высокую морозостойкость. Выпускают его марки 400. Применяют для бетонов, подвергающихся воздействию агрессивных сульфатных вод, в том числе при попеременном замораживании и оттаивании, увлажнении и высыхании, в зоне переменного уровня воды гидротехнических сооружений, подвергающихся воздействию отрицательных температур в суровых климатических условиях.

Допускается применять для бетона зоны переменного уровня воды гидротехнических сооружений в умеренных климатических условиях, эксплуатируемого внутри здания с любой относительной влажностью воздуха, на открытом воздухе при действии атмосферных факторов.

По экономическим соображениям сульфатостойкий портлпндцемент нецелесообразно применять для бетонов, к которым не предъявляются требования по сульфатостойкости и морозостойкости.

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками получают помолом сульфатостойкого портландцементного клинкера, доменного или электротермофосфорного гранулированного шлака или активных минеральных добавок и гипса. Содержание C₃S в клинкере не нормируется, C₃A до 5 %, сумма C₃A + C₄AF до 22 %, Al₂O₃ и MgO не более 5 % каждого. Добавок вводится от 10 до 20 %. Добавки значительно повышают сульфатостойкость цемента, морозостойкость же понижается.

Выпускают его марок 400 и 500. Применяют там же, где и сульфатостойкий портландцемент без минеральных добавок, за исключением гидротехнических бетонов зоны переменного уровня воды, эксплуатируемых в суровых климатических условиях.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент получают из портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, доменного или электротермофосфорного гранулированного шлака и гипса.

Содержание минерала C₃A в клинкере не должно быть более 8 %, содержание C₃S и суммы C₃A + C₄AF не нормируется, Al₂O₃ и MgO не должно превышать 5 % каждого. Шлака в цемент вводится от 40 до 60 %.

Выпускают марок 300 и 400. Применяют для изготовления сульфатостойких бетонов.

Цемент марки 400 с добавками поверхностно-активных веществ, повышающих морозостойкость бетона, разрешается применять в конструкциях, эксплуатируемых в сульфатных агрессивных средах при одновременном замораживании и оттаивании или увлажнении и высыхании.

Пуццолановый портландцемент – вяжущее вещество, получаемое совместным измельчением портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, активной минеральной добавки и гипса. Добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) берется от 20 до 30 %, вулканического происхождения (зол, глиежей) – от 25 до 40 %.

Содержание в клинкере минерала C₃A допускается до 8 %, других – не нормируется. Содержание Al₂O₃ и MgO не должно превышать 5 % каждого.

Добавки оказывают влияние на свойства пуццоланового портландцемента, и он отличается от портландцемента.

Истинная плотность его составляет 2,7–2,9 г/см³, насыпная – 900–1100 кг/м³, что меньше, чем у портландцемента.

Он имеет повышенную нормальную густоту цементного теста до 30–40 %, вследствие чего его расход в бетонах по сравнению с портландцементом увеличивается на 15–20 %.

По прочности пуццолановый портландцемент подразделяется на марки 300 и 400. Рост прочности в начальный период замедленный. При твердении выделяется меньше тепла, чем у портландцемента, поэтому его не следует применять при пониженных температурах и рекомендуется для массивных конструкций. Наиболее интенсивно он набирает прочность при автоклавной обработке.

При длительном хранении на складах пуццолановый портландцемент теряет активность быстрее портландцемента из-за поверхностной гидратации зерен цемента в связи с гигроскопичностью добавок.

Пуццолановые портландцементы с добавками осадочного происхождения имеют пониженную воздухостойкость. Малая влажность среды может привести к образованию усадочных трещин в бетоне. Их не следует применять для бетонов с относительной влажностью воздуха менее 60 % и на открытом воздухе при действии атмосферных факторов.

При эксплуатации во влажной среде гелеобразные составляющие цементного камня набухают. Водонепроницаемость его повышается, поэтому его рекомендуют применять для водонепроницаемых бетонов.

В связи с высокой водопотребностью бетоны на пуццолановых портландцементах имеют пониженную морозостойкость. Они выдерживают всего 25–50 циклов испытаний. Поэтому их не следует применять в гидротехнических сооружениях зоны переменного уровня воды, подверженных воздействию знакопеременных температур, для дорожных бетонов.

Декоративные портландцементы. К ним относят белые и цветные портландцементы.

Портландцементы белые получают совместным помолом маложелезистого клинкера с гипсом, с добавками или без них.

Темно-серый цвет обычного цемента зависит от содержания в нем оксидов железа, марганца и др. Лучшие белые портландцементы не должны содержать Fe₂O₃ более 0,25–0,35 %, а MnO – 0,05–0,15 %. Это достигается применением мела или известняка с Fe₂O₃ до 0,15 % и каолина с Fe₂O₃ до 1 %.

Для повышения белизны клинкер обжигают в восстановительной атмосфере (газ, мазут) при температуре 1600–1650 С и отбеливают быстрым охлаждением водой.

По вещественному составу различают портландцемент белый без минеральных добавок и портландцемент белый с активными минеральными добавками и добавками-наполнителями не более 20 %. В качестве активной минеральной добавки применяется белый диатомит.

По белизне эти цементы имеют три сорта, по прочности – две марки 400 и 500. Применяют их для декоративных белых бетонов и растворов при наружной и внутренней архитектурной отделке зданий, сооружений, для приготовления цементных красок.

Портландцементы цветные получают совместным измельчением белого или цветного клинкера, минеральных или органических красителей, гипса и активной минеральной добавки. Пигмента вводится не более 15 %, органического красителя – не более 0,5 %. Добавкой служит белый диатомит (до 6 %). Выпускают красного, желтого, зеленого, голубого, розового и черного цветов.

По прочности разделяются на марки 300, 400 и 500. Применяют для изготовления цветных бетонов и растворов, цементных красок.

Безусадочный и расширяющийся портландцементы. К этой группе относят безусадочный, расширяющийся и напрягающийся цементы.

Портландцемент безусадочный получают помолом портландцементного клинкера, гипса, доменного шлака и добавок. Добавками служат сульфатированный клинкер или глиноземистый шлак регулирующие объемные деформации. Содержание Al₂O₃ не должно превышать 7,0 %. Для него нормируется линейное расширение в 28-суточном возрасте, которое должно составлять не менее 0,2 % и не более 0,5 %.

Выпускают его марок 400 и 500. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин и конец не позднее 8 часов.

Безусадочный портландцемент предназначен для изготовления водонепроницаемых бетонов и растворов. Его рекомендуют для строительства тоннелей и станций метрополитенов.

Расширяющийся портландцемент получают помолом 58–65 % портландцементного клинкера, 5–7 % высокоглиноземистого шлака, 7–10 % двуводного гипса и 20–28 % активной минеральной добавки.

Степень расширения в трехсуточном возрасте должна быть не менее 0,1 %. Гипс и высокоглиноземистый шлак при взаимодействии с водой образуют трехкальциевый гидросульфоалюминат, который приводит к расширению цементного камня. Гидравлическая добавка является стабилизатором.

Начало схватывания расширяющегося портландцемента должно наступать не ранее 30 мин, конец – не позднее 12 ч.

Выпускают его марок 400, 500 и 600. На этом цементе получаются бетонные и железобетонные изделия повышенной водонепроницаемости, он быстро набирает прочность при пропаривании.

Применяют для безусадочных, расширяющихся и водонепроницаемых бетонов и растворов, а также для сборных изделий заводского изготовления.

Цемент напрягающий получают помолом 65–70 % портландцементного клинкера, 16–20 % высокоглиноземистого шлака и 14–16 % гипса.

По величине самонапряжения цементы подразделяются на марки НЦ-1, НЦ-2, НЦ-3 и НЦ-4, где 1, 2, 3, 4 – величины самонапряжения, МПа.

Линейное расширение составляет 3–4 %. Как и у расширяющегося портландцемента, оно вызывается образованием трехкальциевого гидросульфоалюмината. Энергии расширения достаточно для натяжения арматуры в железобетонных конструкциях.

Начало схватывания НЦ должно наступать не ранее 30 мин, конец – не позднее 4 ч. Замедлителями служат декстрин, борная кислота, ЛСТ и др.

По прочности на сжатие в возрасте 28 суток этот цемент подразделяется на классы 32,5 и 42,5.

Применяют напрягающий цемент для изготовления самонапряженных железобетонных изделий: труб, резервуаров высокой водонепроницаемости, для дорожных и аэродромных покрытий.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий. Этот цемент получают из клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Содержание минерала C₃A допускается не менее 3 и не более 9 %, свободных CaO не более 1 %, MgO – 5 %.

Прочность на изгиб в возрасте 2 сут должна быть не меньше 2,8 МПа, на сжатие – 16 МПа, прочность в возрасте 7 сут на изгиб не менее 4,2 МПа и на сжатие – 27 МПа.

Начало схватывания этого цемента должно наступать не ранее 90 мин и не позже 6 ч, тонкость помола составлять от 2300 до 3200 см²/г.

Применяют цемент для изготовления асбестоцементных изделий.

Цементы для строительных растворов. Их изготавливают совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок, наполнителей и гипса.

Клинкера должно быть не менее 20 %. Активными минеральными добавками служат гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки, наполнителями – кварцевый песок, известняк или мрамор. Выпускают его марки 200. Применяют для изготовления строительных растворов и неармированных бетонов классов В12,5 и ниже. В связи с замедленным твердением его не рекомендуют применять при температуре воздуха ниже + 10 С.