Применение цемента

Среди строительных материалов цемент по праву занимает лидирующее место. В современной строительной практике роль его в выпуске новых прогрессивных материалов и изделий для полносборного домостроения неуклонно возрастает. Цемент применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбестоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных материалов, скрепления отдельных элементов конструкций и сооружений, жароизоляции и др. Крупными потребителями цемента являются нефтяная и газовая промышленность. Цемент и получаемые на его основе современные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие обычные материалы. Существует множество разновидностей цемента и все они, в той или иной степени, отличаются по своим технологическим свойствам. Следовательно, существуют и особенности применения каждого вида цемента, области строительства и отделки, для которых какой-то определенный вид цемента подходит наилучшим образом. Рассмотрим данный вопрос более подробно.

Показатели качества и основные разновидности цементов

По вещественному составу (ГОСТ 10178-85) цемент подразделяют на следующие виды:

• портландцемент без минеральных добавок
• портландцемент с добавками (с актив. минерал. добавками не более 20 %)
• шлакопортландцемент с добавками гранулированного шлака более 20 %

В качестве разновидностей могут рассматриваться портландцементы без минеральных добавок: Штерн 500-ДО, Штерн 500-Д20, Штерн 500-ДО-Н и портландцементы с минеральными добавками: Штерн 400-Д0, Штерн 400-Д20.

По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемент подразделяют на марки:

• портландцемент - 400, 500, 550 и 600
• шлакопортландцемент - 300, 400 и 500
• портландцемент быстротвердеющий - 400 и 500
• шлакопортландцемент быстротвердеющий - 400

Допускается выпускать портландцемент с минеральными добавками марки 300.

При производстве цементов применяют: клинкер; гипсовый камень по ГОСТ 4013-82 (допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса); гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки (ГОСТ 3476-74) и другие активные минеральные добавки, добавки, регулирующие основные свойства цемента, и технологические добавки по соответствующей нормативно-технической документации. Во всех типах цемента допускается замена части минеральных добавок добавками, ускоряющими твердение или повышающими прочность цемента и не ухудшающими его строительно-технические свой-ства (кренты, сульфоалюминатные и сульфоферритные продукты, обожженные алуниты и каолины). Суммарная массовая доля этих добавок не должна быть более 5% массы цемента.

Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде, а при содержании МдО в клинкере, более 5% - в автоклаве. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец - не позднее 10 ч от начала затворения. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой N 008 по ГОСТ 6613-86 проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы. Массовая доля ангидрида серной кислоты (SO₃) в цементе не должна превышать 3-4%. Допускается введение в цемент, при его помоле, специальных пластифицирующих или гидрофо-бизирующих поверхностно-активных добавок, в количестве не более 0,3% массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки. Подвижность цементно-песчаного раствора, состава 1:3 из пластифицированных цементов всех типов, должна быть такой, чтобы при водоцементном отношении, равном 0,4, расплыв стандартного конуса был не менее 135 мм. Гидрофобный цемент не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин от момента нанесения капли воды на поверхность цемента.

Свойства и применение белого портландцемента

Белый портландцемент применяют в качестве вяжущего компонента в декоративных бетонах на цветном и фракционированном заполнителе, в составе декоративных растворов, и как компонент цветного портландцемента.

По вещественному составу белые портландцемента (ГОСТ 965-89) подразделяют на: портландцемент белый (без минеральных добавок и добавок-наполнителей), портландцемент белый с добавками (с активными минеральными добавками и добавками-наполнителями не более 20%).

По белизне белые портландцемента подразделяют на три сорта: 1, 2 и 3-й.

По прочности, при сжатии в 28-суточном возрасте, белые портландцемента подразделяют на марки: 400 и 500. Предел прочности белых портландцементов, при сжатии в возрасте 28 суток, должен быть не менее: 39,2 МПа - для гарантированной марки 400; 49,0 МПа для 500.

При производстве белых портландцементов применяют: белый портландцементный клинкер, по химическому составу соответствующий технологическому регламенту; гипсовый камень по ГОСТ 4013. Допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса и добавок. Белый портландцемент не содержит активных минеральных добавок и добавок-наполнителей. А вот в белом портландцементе с добавками допускается их суммарное содержание до 20% массы цемента, в том числе активных минеральных добавок осадочного происхождения и добавок-наполнителей не более 10%, а также специальных добавок до 2% массы цемента. Процент технологических добавок, не ухудшающих строительно-технические свойства, не должен превышать 1%, в том числе органических - не более 0,15% массы цемента.

Вводятся в белые портландцемента также пластифицирующие или гидрофобизующие добавки. Их количество допустимо в пределах 0,5% массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки. Коэффициент отражения света в процентах абсолютной шкалы должен быть следующим: белыми портландцементами сортов 1 -го - 80% , 2-го - 75%, 3-го - 70%; минеральными добавками: наполнителями - 80%, активными - 75%; гипсом - 70%. Содержание ангидрида серной кислоты (SO₃) в белых портландцементах должно быть не более 3,5% по массе. Содержание в белом портландцементном клинкере оксида магния (МдО) не должно быть более 4%, закиси железа (FeO) - более 0,5%, нерастворимого остатка - более 1,5% по массе. Начало схватывания белых портландцементов должно наступать не ранее 45 мин, а конец - не позднее 10 часов от начала затворения.

Супербелый датский портландцемент применяют для фасадной отделки зданий (декоративность и светоотражение), ступеней лестниц, уличных и тротуарных блоков; для изготовления покрытий «террацо», а также в известковых растворах, красках на цементной основе, штукатурках; и при производстве сухих смесей. Цемент быстротвердеющий: прочность при сжатии марочная - до 71 МПа, прочность в возрасте 1 суток - 19 МПа. Степень белизны 87%. Характеризуется высокой сульфатостойкостью.

Свойства и применение цветного портландцемента

Цветной портландцемент изготавливается путем тонкого измельчения белого и цветного портландцементного клинкера, минеральных и органических красителей, гипса и активной минеральной добавки. Цветной портландцемент применяется для изготовления цветных бетонов, растворов, отделочных смесей и цементных красок.

По цвету портландцемент подразделяют (ГОСТ 15825-80) на красный, желтый, зеленый, голубой, розовый, коричневый и черный.

По механической прочности в возрасте 28 суток его подразделяют на марки: 300, 400 и 500.

Портландцемент должен содержать не менее 80% клинкера, не более 6% активной минеральной добавки и не более 15% минерального, искусственного или природного пигмента, или не более 0,5% органического пигмента от массы цемента. Белый клинкер должен быть белизной не менее 68% абсолютной шкалы по ГОСТ 965-78. Для портландцемента желто-красной гаммы и коричневого цвета допускается применять отбеленный клинкер белизной не менее 40% абсолютной шкалы, для черного - обыкновенный клинкер. Активные минеральные добавки осадочного происхождения белизной не менее 68% абсолютной шкалы должны удовлетворять требованиям ГОСТ 21-9-74. Для портландцемента желто-красной гаммы, коричневого и черного цветов допускается применять добавки, белизной не менее 40% абсолютной шкалы. Красящие пигменты должны обладать щелоче- и светостойкостью, не должны содержать примесей, оказывающих вредное влияние на морозостойкость и прочность цементного камня, и соответствовать нормативно-технической документации на пигменты и красители. Гипсовый камень должен удовлетворять требованиям ГОСТ 4013-74. Допускается введение в портландцемент, при его помоле, поверхностно-активных пластифицирующих и гидрофобизирующих добавок в количестве не более 0,3% его массы, в пересчете на сухое вещество. Допускается вводить в портландцемент специальные добавки, улучшающие его декоративные свойства, в количестве не более 2% массы цемента.

Содержание окиси магния (МдО) в клинкере не должно превышать 5%; свободной окиси кальция (СаО_св) - не более 1,5% по массе, а ангидрида серной кислоты (SO₃) в портландцементе - не более 3,5% массы цемента. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец - не позднее 12 часов от начала затворения. Портландцемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613-86, проходило не менее 90% массы просеиваемой пробы.

Красящие пигменты должны удовлетворять следующим нормативно-техническим документам: для цементов красного и розового цвета - руда железная красковая гематитовая по ТУ 14-9-71-74; для цементов голубого цвета - голубой фталоцианиновый пигмент по ГОСТ 6220-76; для цементов желтого цвета - желтый железоокисный пигмент по ГОСТ 18172-80; для цементов зеленого цвета - зеленый фталоцианиновый пигмент по ТУ 6-14-488-76; для цементов коричневого цвета - смесь руды железной красковой гематитовой по ТУ 14-9-71-74 и пероксида по ТУ 14-9-50-73.

Особенности свойств и применения цемента для строительных растворов

Цемент, получаемый на основе портландцементного клинкера, предназначен для строительных растворов, применяемых при производстве кладочных, облицовочных и штукатурных работ, а также для изготовления неармированных бетонов марок М 50 и ниже, к которым не предъявляются требования по морозостойкости.

Цемент для приготовления растворов - это продукт, получаемый путем совместного измельчения портландцементного клинкера, гипса, активных минеральных добавок и добавок наполнителей. Содержание клинкера в цементе (ГОСТ 25328-82) должно быть не менее 20% массы цемента. Допускается вводить в цемент пластифицирующие или гидрофобизирующие добавки, улучшающие качество цемента. Количество пластифицирующих добавок должно быть не более 0,5%, а гидрофобизирующих не более 0,3% массы цемента. Рекомендуется вводить в цемент воздухововлекающие добавки в количестве до 1% массы цемента. При изготовлении цемента для интенсификации процесса помола, вводятся технологические добавки, не ухудшающие качества цемента, в количестве не более 1% массы цемента.

Прочность цемента при сжатии в 28-суточном возрасте должна быть не менее 19,6 МПа. Начало схватывания цемента наступает не ранее 45 мин, а конец - не позднее 12 часов от начала затворения. Водоотделение цементного теста, изготовленного при В/Ц = 1,0, не должно быть более 30% по объему. Образцы из цемента должны равномерно изменять объем при испытании их кипячением в воде.

Особенности свойств и применения тампонажных цементов

Тампонажные портландцементы изготавливают на основе портландцементного клинкера и предназначаются они для цементирования нефтяных, газовых и других скважин.

По вещественному составу цементы (ГОСТ 1581-91) подразделяют на виды:

• цемент без добавок (ДО)
• цемент с добавками (Д20)
• цемент песчанистый (П50)
• цемент с добавками, регулирующими плотность цементной массы (облегчающими/утяжеляющими)

По плотности цементы подразделяют на виды: облегченный (О); нормальной плотности; утяжеленный (У).

По температуре применения: для низких и нормальных температур (50), для умеренных (100), для повышенных (150).

Разделяются цементы и по сульфатостойкости: на обычный (требования по сульфатостойкости не предъявляют) и сульфатостойкий (ССТ).

Облегчающие и утяжеляющие добавки не должны вызывать деструкцию и коррозию цементного камня. Они обеспечивают получение цементной массы плотностью от 1350 до 1650 и от 1950 до 2350 кг/м³ соответственно. Сроки схватывания: начало не ранее 1 ч 45 минут, конец не позднее 6-18 часов в зависимости от марки.

Особенности свойств и применения сульфатостойких цементов

Сульфатостойкие цементы предназначены для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, обладающих коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию в них сульфатов.

По вещественному составу сульфатостойкие цементы подразделяют (ГОСТ 22266-94) на виды:

• сульфатостойкий портландцемент
• сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками
• сульфатостойкий шлакопортландцемент
• пуццолановый портландцемент

По прочности при сжатии в возрасте 28 суток цементы подразделяют на марки: 300, 400, 500.

В сульфатостойком портландцементе с минеральными добавками допускается использовать смеси шлака и пуццоланы, общее количество которых не должно превышать 20%. В сульфатостойком шлакопортландцементе допускается замена шлака пуццоланой или золой (кислой) в количестве не более 10% массы цемента. Содержание ангидрида серной кислоты в цементе не должно превышать 3-4%.

Допускается вводить в цемент при помоле пластифицирующие и гидрофобизирующие поверхностно-активные добавки в количестве не более 0,3% массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки. Подвижность цементно-песчаного раствора, состава 1:3, из пластифицированных цементов всех видов, должна быть такой, чтобы при водоцементном отношении, равном 0,4, расплыв стандартного конуса был не менее 135 мм. Гидрофобный цемент не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин от момента нанесения капли воды на поверхность цемента.

Цемент для изготовления кислотостойких покрытий

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент применяют при связывании штучных химически стойких материалов, работающих в условиях агрессивных кислых сред, для изготовления кислотостойких покрытий и замазок по бетону и металлу, а также для получения кислотоупорных изделий и конструкций. Тонкоизмельченная смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворенная жидким стеклом, взятым в количестве 25-30% массы песка, позволяет получить цемент, устойчивый к воздействию кислот, который разрушается щелочами и в воде.

Начало схватывания - не ранее 20 мин, конец - не позднее 8 часов. Прочность стандартных образцов при растяжении после дополнительного кипячения в кислоте не менее 2,0 МПа.