5. Гидравлическая известь

Для характеристики химического состава сырья, используемого для производства гидравлической извести (известняков с содержанием 6—20 % глинистых примесей), а также готового продукта, пользуются гидравлическим, или основным, модулем

.

Для гидравлической извести этот модуль имеет значение 1,7—9 (1,7—4,5 — для сильногидравлической, 4,5 — 9 — для слабогидравлической извести). По мере уменьшения гидравлического модуля в продуктах обжига будет меньше свободной СаО и больше силикатов (2CaO-SiO₂), алюминатов (СаО-А1₂О₃) и ферритов (2СаО-Fе₂О₃) кальция, придающих им гидравлические свойства.

Процесс производства гидравлической извести заключается в обжиге сырья в шахтных печах с выносными топками при 900—1100 °С и превращении обожженного продукта в порошок путем гашения, помола и сочетания этих процессов. Чем больше в сырье глинистых и магнезиальных примесей, тем ниже температура обжига.

В ряде случаев гидравлическую известь после обжига гасят, отделяют из нее непогасившиеся частицы, размалывают их и смешивают с погасившейся частью. В других случаях погасившуюся и измельченную части не смешивают, а выпускают порознь, соответственно как слабую и сильную гидравлическую известь. Недожог и пережог снижают качество гидравлической извести. Известь, обожженная до спекания, почти не гасится, а после помола проявляет неравномерность изменения объема.

Расход условного топлива на обжиг гидравлической извести составляет 12—14 % ее массы. Количество воды, теоретически необходимое для ее гашения, составляет 7—17 % ее массы; практически вследствие испарения берут в 1,5 раза больше.

При взаимодействии гидравлической извести с водой протекают процессы, характерные как для воздушного, так и для гидравлического твердения. Первые обусловлены твердением известковой части, вторые — твердением силикатов, алюминатов и ферритов кальция с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция.

Гидравлическая известь начинает твердеть на воздухе и продолжает твердеть и увеличивать свою прочность в воде. Предел прочности при сжатии после 28 суток комбинированного твердения образцов из раствора 1 : 3 по массе (7 суток во влажном воздухе и 21 сутки в воде) для слабогидравлической извести не менее 1,7 МПа, а для сильногидравлической – не ниже 5 МПа. Гидравлическая известь твердеет медленно: начало схватывания 0,5–2 ч; конец схватывания 8–16 ч.

В настоящее время гидравлическую известь выпускают в небольшом количестве. Ее используют в строительных растворах, применяемых для кладки и штукатурки в сухой и влажной среде.

6. Портландцемент

6.1. Общая характеристика и вещественный состав портландцемента

Портландцементом называют порошкообразный строительный вяжущий материал, который обладает гидравлическими свойствами и состоит из клинкера, гипса и при необходимости добавок. Клинкер — это продукт в виде гранул размером 10—60 мм, получаемый обжигом до спекания сырьевой смеси и содержащий главным образом (на 75-80 %) высокоосновные силикаты кальция.

Измельченный клинкер после затворения водой схватывается в течение нескольких минут, что затрудняет изготовление изделий. Для регулирования сроков схватывания (замедления) в состав портландцемента вводят гипс. При этом добавка гипса ускоряет набор прочности цемента в ранние сроки. Содержание гипса в цементе нормируется по содержанию SO₃. Оно должно быть в портландцементе марок 300—500 не менее 1 и не более 3,5 %, в высокопрочных (марок 550 и 600) и быстротвердеющих цементах не менее 1,5 и не более 4,0 %, а в шлакопортландцементе не менее 1 и не более 4 %. Допускается использование в составе портландцемента природного гипсового камня, фосфогипса, борогипса и фторгипса.

По ГОСТ 10178—85 выпускают портландцемент бездобавочный (ПЦ-Д0) и два вида цемента с минеральными добавками: до 5 % (ПЦ-Д5) и до 20 % (ПЦ-Д20). В первый введение активных минеральных добавок не допускается; во второй все их виды могут вводиться в количестве не более 5 %; в третий вводят до 10 % добавок осадочного происхождения (кроме глиежа) и до 20 % прочих активных добавок, а также доменных гранулированных и электротермофосфорных шлаков.

ГОСТ 10178—85 устанавливает условное сокращенное обозначение цементов. Оно состоит: из обозначения вида цемента — портландцемент (ПЦ) и шлакопортландцемент (ШПЦ); марки цемента (300, 400, 500, 550, 600); обозначения максимального содержания добавок в портландцементе (ДО, Д5, Д20), а также дополнительных обозначений цементов — быстротвердеющего (Б), пластифицированного (ПЛ), гидрофобизированного (ГФ), на основе клинкера нормированного состава (Н) и обозначения стандарта. Например, портландцемент с добавками до 20 % быстротвердеющий условно будет обозначен ПЦ 400-Д20-Б, ГОСТ 10178—85.

В соответствии с ГОСТ 30515-97 «Цементы. Общие технические условия» и ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия», которые действуют параллельно с ГОСТ 10178 и применяются в случаях, когда заключенные контракты или другие согласованные условия предусматривают применение цементов с характеристиками, гармонизированными с требованиями международного стандарта EN 197-1, по назначению цементы подразделяют на: общестроительные и специальные. При этом первые цементы (на основе портландцементного клинкера) по вещественному составу подразделяют на пять типов:

- ЦЕМ I – портландцемент (бездобавочный);

- ЦЕМ II - портландцемент с минеральными добавками (в качестве минеральных добавок - основных компонентов цемента применяют гранулированный шлак, активные минеральные добавки - пуццоланы (природные или искусственные пуццоланы, топливные золы, в том числе кислые или основные золы-уноса, микрокремнезем, глиеж и обожженные сланцы) и добавку-наполнитель – известняк);

- ЦЕМ III - шлакопортландцемент;

- ЦЕМ IV - пуццолановый цемент;

- ЦЕМ V - композиционный цемент.

По содержанию портландцементного клинкера и добавок цементы типов ЦЕМ II-ЦЕМ V подразделяют на подтипы А и В.

По прочности на сжатие в возрасте 28 сут цементы подразделяют на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) сут (скорости твердения) каждый класс цементов, кроме класса 22,5, подразделяют на два подкласса: Н (нормальнотвердеющий) и Б (быстротвердеющий).

Вещественный состав цементов согласно ГОСТ 31108-2003 приведен в таблице.

Тип цемен- та	Наименование цемента	Сокра- щенное обозна- чение цемента	Вещественный состав цемента, % от массы*
			Основные компоненты
			Порт- ланд- цемент- ный клинкер	Доменный или электро- термо- фосфорный гранулиро- ванный шлак	Пуццо- лана	Зола- уноса		Глиеж или обож- жен- ный сланец	Микро- крем- не- зем	Из- вест- няк		Вспо- мога- тель- ные компо- ненты
			Кл	Ш	П	З		Г	МК	И
ЦЕМ I	Портландцемент	ЦЕМ I	95-100	-	-	-		-	-	-		0-5
ЦЕМ II	Портландцемент с минеральными добавками**:
	шлаком	ЦЕМ II/А-Ш	80-94	6-20	-	-		-	-	-		0-5
		ЦЕМ II/В-Ш	65-79	21-35	-	-		-	-	-		0-5
	пуццоланой	ЦЕМ II/А-П	80-94	-	6-20	-		-	-	-		0-5
	золой-уноса	ЦЕМ II/A-З	80-94	-	-	6-20		-	-	-		0-5
	глиежем или обожженным сланцем	ЦЕМ II/А-Г	80-94	-	-	-		6-20	-	-		0-5
	микрокремне- земом	ЦЕМ II/A-MК	90-94	-	-	-		-	6-10	-		0-5
	известняком	ЦЕМ II/А-И	80-94	-	-	-		-	-	6-20		0-5
	композиционный портланд- цемент***	ЦЕМ II/А-К	80-94	6-20								0-5
ЦЕМ III	Шлакопортланд- цемент	ЦЕМ III/А	35-64	36-65	-		-	-	-		-	0-5
ЦЕМ IV	Пуццолановый цемент***	ЦЕМ IV/A	65-79	-	21-35						-	0-5
ЦЕМ V	Композиционный цемент ***	ЦЕМ V/A	40-78	11-30	11-30			-	-		-	0-5
* Значения относятся к сумме основных и вспомогательных компонентов цемента, кроме гипса, принятой за 100%. ** В наименовании цементов типа ЦЕМ II (кроме композиционного портландцемента) вместо слов "с минеральными добавками" указывают наименование минеральных добавок - основных компонентов. *** Обозначение вида минеральных добавок - основных компонентов должно быть указано в наименовании цемента.
Примечание - В таблице приведен вещественный состав портландцемента со шлаком подтипов А и В; для остальных цементов типа ЦЕМ II и цементов типов ЦЕМ III-ЦЕМ V приведен вещественный состав подтипа А.

В соответствии с ГОСТ 31108-2003 условное обозначение цементов должно состоять из: наименования цемента; сокращенного обозначения цемента, включающего обозначение типа и подтипа цемента и вида добавки; класса прочности; обозначения подкласса; обозначения настоящего стандарта. Примеры условных обозначений: 1) портландцемент класса 42,5 быстротвердеющий: Портландцемент ЦЕМ I 42,5Б ГОСТ 31108-2003; 2) 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; 3) 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.