76.Цементы на основе портландцементного клинкера. Классификация по вещественному составу (типы цементов).

Портландцементом называется порошкообразное гидравлическое вяжущее вещество получаемое обжигом смеси известняка и глины и некоторых других материалов с последующим тонким измельчением с гипсом а иногда и со специальными добавками. Спекшаяся смесь известняка и глины называется клинкером. Для его изготовления кроме глины и известняка могут быть использованы меле, шлаки и другие материалы. При этом 70–80 % должны составлять высокоосновные силикаты кальция. Для замедления сроков схватывания при помоле клинкера вводится двуводный гипс. Для их регулирования вводятся добавки. Общестроительные портландцементы классифицируются на следующие типы и виды.– портландцемент (без минеральных добавок);– портландцемент с добавками (активными минеральными добавками не более 20 %);– шлакопортландцемент (с добавками гранулированного шлака более 20 %), Портландцемент с добавками и шлакопортландцемент выпускаются быстротвердеющими. Все общестроительные портландцементы могут улучшаться введением пластифицирующих или гидрофобизирующих поверхностно активных добавок. По специальным свойствам портландцементы подразделяются на сульфатостойкие, расширяющиеся и для производства отделочных изделий, для строительных растворов и др. Основным составляющим портландцемента является клинкер. От его качества и в первую очередь от химического и минералогического состава зависят свойства цемента. Химический состав клинкера характеризуется содержанием основных оксидов в следующих количествах, %:Оксид кальция CaO (63-67),кремнезем SiO₂ (19-24),глинозем Al₂O₂ (4-7),оксид железа Fe₂O₃ (2-6),оксид магния MgO (< 5),сернистый ангидрит (0,3-0,1),оксиды щелочных металлов Na₂О+K₂O (0,4-1,0), оксид хрома и оксид титана TiO₂+Cr₂O₃ (0,2-0,5), фосфорный ангидрид P₂O₅ (0,1- 0,3).

Минералогический состав клинкера. Перечисленные оксиды образуют силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция в виде твердых растворов. Силикаты – преимущественно в виде кристаллов, между которыми размещается промежуточное вещество, состоящее из алюминатов и алюмоферритов кальция в кристаллическом и аморфном виде. Относительное содержание этих минералов, %: трехкальцевый силикат (алит) 3CaO · SiO₂ (C₃S)– –45–60; двухкальциевый силикат (белит) 2CaO · SiO₂ (C₂A) – 15–35; трехкальциевый алюми-нат 3СаО· Al₂O₃ (С₃А) –4–14; четырехкальциевый алюмоферрит (целит) 4CaO Al₂O₃Fe₂O₃(C₄AF) – 10–18. Свойства портландцементов оценивают по минералогическому составу клинкера. Алит C₃S состоит из кристаллов размером 3–20 мкм, быстро твердеет, много выделяет тепла и имеет высокую прочность. Белит C₂S состоит из плотных округлых кристаллов размером 20–50 мкм. Он медленно твердеет и достигает высокой прочности через длительное время. Трехкальциевый алюминат C₃А находится в клинкере в виде кубических кристаллов размером 10–15 мкм. Быстро гидратируется и твердеет, много выделяет тепла, имеет небольшую прочность, которая через 180 суток уменьшается до нуля. При этом обеспечивает начальную прочность цементного камня в результате образования крупных кристаллов гидросульфоалюмината кальция 3CaO· Al₂O₃·3CaSO₄·(31–32) H₂O. Он является причиной сульфатной коррозии цементного камня и понижает морозостойкость. Целит C₄АF по скорости гидратации занимает промежуточное положение между алитом и белитом , твердеет медленней, чем алит, и быстрее, чем, белит. Портландцементы с высоким содержанием в клинкере минерала С₃S и умеренным содержанием минерала C₃А быстро твердеют, такой состав характерен для быстротвердеющих портландцементов. Цементы с повышенным содержанием в клинкере минералов C₂S и C₄AF твердеют медленно и мало выделяют тепла. Это низкотермичные портландцементы. Повышенное содержание в клинкере минерала C₃А позволяет получить быстросхватывающиеся и твердеющие в ранние сроки цементы. Однако они имеют пониженную морозостойкость и сульфатостойкость.

77.Специальные виды цементов. Состав, свойства, область применения. 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. 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 %. Выпускают его классов В30 и В40. Для него дополнительно нормируется прочность в возрасте 3 суток. 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. 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. Быстро теряет активность при хранении. Сульфатостойкий портландцемент (ССПЦ) отличается от обычного ПЦ более высокой стойкостью против сульфатной агрессии, а также большей морозостойкостью, пониженным тепловыделением и замедленным набором прочности. Для изготовления ССПЦ используется клинкер с ограниченным содержанием алюминатов. Для повышения стойкости цементного камня против коррозии выщелачивания содержание алита не должно превышать 50%. Сульфатостойкий портландцемент выпускают только марки 400.Применяют ССПЦ в тех случаях, когда одновременно требуются высокая сульфатостойкость и морозостойкость или стойкость против попеременного увлажнения, в том числе слабоминерализованной водой, и высушивания. Белый и цветной портландцементы — это вяжущие материалы для приготовления декоративных бетонов, растворов, отделочных смесей и цементных красок, позволяет повысить архитектурную выразительность зданий и сооружений. Серый или зеленовато-серый цвет обычного портландцемента вызван присутствием в сырьевых материалах оксидов железа, марганца, хрома. Клинкер белого портландцемента (ПЦБ) изготавливают из белых каолиновых глин и чистых известняков с минимальным содержанием красящих оксидов. При помоле цемент предохраняют от попадания в него частиц железа. В ПЦБ кроме клинкера и гипсового камня белых сортов допускается вводить минеральные добавки нормированной белизны в количестве до 20% массы цемента, в том числе активные минеральные осадочного происхождения до 10% и добавки-наполнители до 10%. Декоративность ПЦБ характеризуется белизной. По степени белизны белый портландцемент делят на три сорта. Для цемента 1-го сорта коэффициент отражения должен быть не менее 80 %, 2-го сорта — не менее 75 % и 3-го сорта — не менее 70%. По пределу прочности при сжатии в возрасте 28 сут выпускают классом В30 и В40. Цветной портландцемент получают совместным помолом белого клинкера, минерального или органического пигмента, гипса и активной минеральной добавки. Содержание компонентов в % массы цемента должно быть: клинкера — не менее 80; минерального искусственного или природного пигмента — не более 15; органического пигмента — не более 0,5; активной минеральной добавки — не более 6. Стандартом предусмотрен выпуск цемента следующих цветов: красного, желтого, зеленого, голубого, розового, коричневого и черного. Цвет цемента должен соответствовать утвержденному эталону. Цветной портландцемент выпускают классов В25, В30, В40. Вяжущее должно быть однородным по цвету и сохранять цвет при тепловлажностной обработке и воздействии ультрафиолетовых лучей. Белый и цветной цементы схватываются и твердеют медленнее обычного ПЦ. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин, а конец — не позднее 12 ч с момента затворения. К недостаткам декоративных цементов относятся повышенная усадка при твердении и пониженные морозостойкость и коррозионная стойкость.