73 Портландцемент, сырье, производство, основные свойства, применение

Портландцементом называют порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера, продукта спекания смеси известняка и глины при температуре 1400-1500°С, гипса и минеральных добавок.

В качестве сырья при производстве портландцемента используют чистые известняки и глину в соотношении 3:1, а также мергели с корректировкой состава до заданного.

Производство портландцемента состоит из следующих основных технологических процессов: добычи известняка, глины или мергеля; измельчения сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава; обжига подготовленной массы до спекания с получением клинкера; охлаждения и помола клинкера с гипсом (3 - 5 %) и минеральными добавками.

К основным свойствам портландцемента относятся средняя плотность, истинная плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, тепловыделение, равномерность изменения объема и прочность. Средняя плотность портландцемента в рыхлом состоянии равна 1000...1100 кг/м3, в уплотненном — 1400...1700 кг/м3. Истинная плотность составляет 3050...3150 кг/м. Тонкость помола определяется остатком на сите № 008 (размер ячейки в свету — 0,08 мм) не более 15% от общей навески или удельной поверхностью — площадью поверхности зерен (в квадратных сантиметрах) в 3 г цемента. Удельная поверхность портландцемента должна быть 2500...3000 см /г. С увеличением тонкости помола цемента до 4000...4500 см2/г возрастает скорость твердения и повышается прочность цементного камня. Водопотребность определяется количеством воды (в процентах), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т.е. заданной стандартной пластичности. Нормальной густотой цементного теста считается его консистенция, при которой пестик стандартного прибора не доходит до пластинки на 5...7 мм, что составляет 22...28% воды от массы цемента. Повышение водопотребности плохо сказывается на свойствах цемента: уменьшаются прочность и морозостойкость, увеличиваются усадочные деформации и т.д. Снижают водопотребность цемента добавки-пластификаторы. Сроки схватывания цементного теста нормальной густоты определяют на приборе Вика по глубине проникания иглы. Начало схватывания должно наступить не ранее чем через 45 мин, заканчивается оно не позднее чем через 10 ч от начала затворения. Эти показатели определяют при температуре (20 ± 2) °С. Схватывание портламендцемента обычно наступает через 1...2 ч, а заканчивается через 4...6 ч. На сроки схватывания портландцемента влияют его минералогический состав, тонкость помола и другие факторы. Тепловыделение при твердении цемента происходит длительное время, поэтому сильный разогрев бетона и раствора не происходит. Если же объем укладываемого в конструкцию бетона велик (например, при возведении плотин или массивных фундаментов), то разогрев достигает 80 °С, что опасно: бетон растрескивается, разрушается. Равномерность изменения объема цемента при твердении — признак его высокого качества. При твердении на воздухе цемент уменьшается в объеме — дает усадку. Линейная воздушная усадка цемента достигает 1 мм/м. При твердении в воде, особенно в начале твердения, цемент увеличивается в объеме — набухает. Линейное набухание его достигает 0,5 мм/м. В конце твердения цемент даже в воде уменьшается в объеме. Прочность портландцемента характеризуют маркой, которую устанавливают по пределу прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек размерами 40x40x160 мм, испытанных в возрасте 28 суток твердения. Балочки изготавливают из цемент-ио-песчаного раствора состава 1 : 3 (цемент : нормальный песок) стандартной консистенции при водоцементном отношении В/Ц = 0,4. На воздухе (над водой) образцы твердеют в течение суток, а в воде комнатной температуры (без форм) — 27 суток. Портландцементы разделяют на марки 400, 500, 550 и 600.