Основные свойства цемента

Состав и свойства цемента

Цементом называется вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса и добавок.

Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых других материалов (мергеля, нефелинового шлама, доменного шлака), взятых в соотношении, которое обеспечивает образование в клинкере силикатов кальция, алюминатной и алюмоферритной фаз.

Клинкер – один из важнейших компонентов цемента, от его состава зависят основные свойства цемента, полученного на его основе.

Введение в состав цемента до 15% активных минеральных добавок, предусмотренных стандартом, влияет на его свойства сравнительно в небольшой степени.

Предусмотренный стандартом разрыв в дозировке гидравлических добавок от 15 до 20% сделан для того, чтобы более отчетливо различать цемент и пуццолановый цемент.

Удельный вес портландцемента колеблется в пределах 3,0-3,2. Объемный вес цемента в рыхлонасыпанном состоянии 900-1300 кг/м3, а в уплотненном 1400-2000 кг/м3. При расчете емкости складов объемный вес принимают равным 1200 кг/м3, а при объемной дозировке материалов для приготовления бетонной смеси 1300 кг/м3.

Цемент (ГОСТ 10178-76) выпускают без добавок или активными минеральными добавками, отвечающими требованиям ОСТ 21-9-74. К основным свойствам цемента относятся: прочность (активность), сроки схватывания, равномерность изменения объема, тонкость помола, плотность, водопотребность, водоотделение, морозостойкость, тепловыделение, сцепление со стальной арматурой.

Прочность – свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки.

Прочность цемента зависит от его потребности затвердевать при смешивании водой в прочное камневидное тело. По механической прочности цемент подразделяется на четыре марки: 400, 500, 550 и 600.

Марка прочности определяется пределом прочности при изгибе образцов.
Подробнее — прочность цемента.

Сроки схватывания цемента определяют при испытании теста нормально густоты. Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента.

Равномерность изменения объема цемента определяют при испытании образцов кипячением в воде. Если цемент после вылеживания не обладает равномерностью изменения объема, то его нельзя применять в строительстве, так как могут появиться вредные напряжения и бетон разрушится.

Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения. Чем тоньше измельчен цемент, тем выше его прочность, особенно в начальный период твердения. Тонкость помола характеризуется также удельной поверхностью, т.е. суммарной поверхностью всех частиц, содержащихся в 1 кг цемента.

Плотность цемента колеблется в пределах от 3000 до 3200 кг/м3.
Подробнее — скорость схватывания цемента.

Изменение объема цемента при твердении. По стандарту приготовленные из цемента лепешки при испытании кипячением в воде должны равномерно изменяться в объеме. Цемент, не удовлетворяющий этому требованию, применять в строительстве нельзя, так как это приводит к появлению вредных напряжений и даже разрушению бетона.
Подробнее — твердение цемента.

Водопотребность цементного теста.

Вода добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального течения химических процессов, происходящих при твердении цемента, и для придания свежеприготовленному цементному раствору или бетону подвижности (пластичности, текучести), что обеспечивает плотность его укладки в форму или опалубку.

Водоотделение цементного теста – процесс отжима воды в затворенном цементном тесте, растворе или бетоне под действием силы тяжести зерен заполнителя и частиц цемента.

Некоторое количество воды при этом выступает на поверхность уложенной бетонной смеси (наружное водоотделение), а часть воды скапливается под поверхностями зерен крупного наполнителя (внутреннее водоотделение).

Подробнее — водоотделение и водоудерживающая способность цементного теста.

Морозостойкость цементных растворов и бетонов – способность сопротивляться попеременному их замораживанию и оттаиванию в пресной или морской воде.

Вода при замерзании превращается в лед, при этом она увеличивается в объеме примерно на 8 %. Это создает давление на стенки пор, нарушает структуру раствора или бетона и в конечном результате приводит к его разрушению.

Подробнее — влияние пониженных и повышенных температур на твердеющий цемент.

Тепловыделение. В процессе твердения цемент выделяет тепло. Если тепло выделяется очень медленно, то это обычно не вызывает возникновения трещин в бетоне.

Если же этот процесс протекает сравнительно быстро, то применять данный цемент для возведения массивных сооружений не следует.

Коррозионная стойкость цемента в основном зависит от плотности бетона или раствора и минералогического состава цемента. Коррозионная стойкость бетона уменьшается с увеличением его пористости и с повышением тонкости помола цемента.
Подробнее — коррозия цемента, виды коррозии и борьба цементной коррозией.

Источник: https://www.VosCem.ru/articles/cement-sostav/

Химический состав, свойства и порядок производства цемента

Итак, что такое цемент? Этот материал представляет собой порошок, в основу которого входят неорганические соединения. Взаимодействуя с водой, этот порошок начинает твердеть и приобретать прочность монолитного, крепкого материала, заполняя заранее приготовленную форму.

Реакция происходит при обеспечении достаточной влажности. После набора прочности, конструкции из цемента могут служить длительное время без изменения основных свойств. Заводы, занимающиеся производством данного материала, стараются располагать в непосредственной близости к источнику добычи сырья, так как объемы переработки и перевозки материалов для изготовления цемента достаточно высоки.

Чтобы понять, из чего состоит цемент, достаточно показать химический состав цемента, самого используемого в строительстве, — портландцемент. Его изготавливают, применяя следующие пропорции:

• оксид кальция – не менее 60%;
• диоксид кремния – не менее 20%;
• глинозем – не менее 4%;
• оксид железа – не менее 2%;
• оксид магния – не менее 1%.

Формулы других видов цемента схожи, корректируется лишь количество каждого ингредиента.

Основные характеристики цемента

Строительные материалы, в том числе и цемент, чаще всего проверяют на соответствие следующим характеристикам:

• Прочность. Для проверки данной характеристики потребуется изготовить бетонный цилиндр, который впоследствии подвергают испытаниям на сжатие. Длительность воздействия на образец &mdsah; не менее 28 дней. Именно этот срок требуется для полного набора прочности материалу. После проверки и сравнения показателей в МПа, можно установить марку данного цемента, которые обозначаются: М200, М300, М400, М500, М600;

• Стойкость материала к воздействию коррозии. Находясь во влажной среде, бетонные конструкции, не обработанные специальными составами, подвергаются коррозии. Для устранения этого процесса рекомендуется использовать специальные добавки при формировании раствора для бетонирования. Тоже касается защиты от воздействия активных веществ и различной бытовой химии. Для работы в агрессивных средах и при повышенной влажности разработана специальная марка – пуццолановый цемент;
• Морозоустойчивость. Данная характеристика определяется в циклах заморозки и разморозки материала, при которых он способен сохранять свои изначальные свойства. При замерзании влаги в порах и микротрещинах бетонного основания происходит расширение, что влияет на качество бетона и приводит к его разрушению. Для усиления структуры бетона, необходимо использовать специальные присадки, которые позволяют бетону выдерживать резкие температурные перепады. Также присадки используются для организации работы в зимнее время;
• Водопотребность. Выражается в процентах по отношению к общему объему раствора требуемой пластичности. Максимальное значение водопотребности в портландцементе составляет 28%. Следует понимать, что смесь, которой требуется минимальное количество воды, дает более прочный и надежный бетон, а раствор, насыщенный водой, дает пористую структуру бетона, что характеризуется более низкой прочностью;
• Срок схватывания. Данный показатель важен для организации работ. Он не должен быть слишком длительным или коротким, чтобы не нарушать процесс выполнения заливки основания или кладки. Данная характеристика регулируется количеством гипса в сухой смеси. Если объем гипса выше – схватывание происходит быстрее, если ниже – медленнее. Оптимально процесс вставания цемента происходит в течение 10 часов, а начало схватывания находится в пределах 40-50 минут.

Типы продукции по сфере использования

Для проведения различных видов работ требуются определенные качества раствора. Широкое применение получил портландцемент, который может использоваться для производства большинства видов работ. Но для специальных условий требуются другие марки:

• Белый портландцемент. Данный материал отличает более тонкий помол и повышенное содержание гипса. Его применяют для оборудования наливных полов, так как белый цемент позволяет достичь высокого качества основания и привлекательного внешнего вида. При необходимости в состав цемента могут добавляться различные пигменты, что позволяет получать цветной раствор.
• Сульфатостойкий портландцемент. Предназначен для сооружения конструкций, подвергающихся многократным воздействиям агрессивной и влажной среды. Этот материал используют при изготовлении свай и быков для мостов.
• Шлаковый цемент. Используется для отливки конструкций и элементов, предназначенных для работы под водой или в земле.
• Пуццолановый цемент. Характеризуется отличным сопротивлением к воздействию пресных вод и используется для монтажа гидротехнических конструкций.
• Глиноземистый цемент. Данный материал применяется для возведения конструкций, работающих в морской воде, а также для производства ремонтных работ при отрицательных температурах.

Исходные материалы для приготовления

Размещение производства цемента стараются планировать рядом с основными запасами сырья. Сырьем являются природные горные породы, добываемые открытым способом. Итак, из чего производят цемент:

• Карбонатные породы. К ним относят: мел; ракушечник и прочие известняки; доломит; мергель. В промышленном производстве в основном применяются известняковые породы. Данный материал позволяет повысить эффективность взаимодействия в процессе обжига.
• Глинистые породы. К ним относят: глину; глинистые сланцы; суглинки; лесс. Данный материал необходим для обретения пластичности смеси и используется в основном при изготовлении цемента сухим способом.
• Добавки. Для получения определенных качеств цементного раствора, необходимо к основному составу добавлять вещества, которые способны корректировать свойства материала. К добавкам относят: глинозем; кремнезем; плавиковый шпат; апатиты.

Источник: https://DomZastroika.ru/construction/himicheskij-sostav-svojstva-i-poryadok-proizvodstva-tsementa.html

Область применения цемента зависит от его вида и свойств

Цемент является одним из самых востребованных строительных материалов. Область применения цемента практически не ограничена. Его используют при возведении фундаментов и устройстве кровель, укладке напольных покрытий и установке сантехприборов.

Основной функцией цемента является скрепление конструктивных элементов возводимых зданий. Он входит в состав бетонных растворов, применяемых для изготовления строительных конструкций, с его помощью выравнивают различные поверхности.

Любой, даже самый незначительный домашний ремонт не обходится без этого универсального материала.

Что представляет собой цемент

С латинского «caementum» переводится как щебень или битый камень. Этот порошкообразный материал является искусственно созданным вяжущим, состоящим из клинкера, определенного количества гипса, минеральных добавок и различных наполнителей.

При затворении цемента водой или другими жидкостями, образуется пластичная масса, способная при затвердевании превращаться в камневидное тело.

Интересен тот факт, что еще древние римляне к извести подмешивали вулканический пепел или дробленый камень.

Это можно считать началом истории появления цемента.

Свойства цемента

Одной из основных особенностей цемента является отличие его технических характеристик в пределах каждой страны и даже отдельных регионов, где он выпускается.

Причина заключается в том, что любой из заводов связан со своими месторождениями, поставляющими компоненты для изготовления материала.

В связи с этим, производители определили основные показатели, на которые необходимо ориентироваться и по которым производится маркировка цемента:

• морозостойкость – способность выдерживать многочисленные циклы заморозки-разморозки в течение определенного временного периода (обычно – года), что достигается за счет введения в состав цемента модифицирующих добавок;
• стойкость к коррозии – противостояние отрицательному влиянию окружающей среды. Наибольшей стойкостью обладает пуццолановый цемент, который применяют при возведении подводных и подземных объектов;
• прочностные характеристики – зависят от количественного присутствия в составе гипса или измельченного шлака и характеризуются маркой цемента;
• водостойкость – возможность схватывания растворной смеси в течение десяти минут, что крайне важно при заделке стыков, расположенных в водной среде;
• сульфатостойкость – устойчивость к действию воды, содержащей сульфат-ионы. Необходимый показатель при строительстве гидросооружений, соприкасающихся с соленой водой;
• тонкость помола – влияет на период затвердевания и, соответственно, прочностные характеристики. Чем мельче помол – тем прочнее бетон.

Виды цементов и их применение

От содержания минеральных составляющих во многом зависят характеристики цемента и его разновидности. Основными из них являются:

• портланцемент (пластифицированный, быстротвердеющий, пуццолановый) – имеет широкую область применения практически во всех строительных сферах;
• глиноземистый – незаменим при срочных аварийных работах, в зимний период времени и при возможном воздействии минерализованных вод. Он быстро схватывается, но в условиях жаркого климата не применяется;
• магнезиальный – используют при устройстве магнезиальных полов;
• белый – относится к портландцементам, но имеет свои уникальные характеристики, которые позволяют изготавливать из него скульптурные композиции и архитектурные фасадные элементы. При добавлении в состав цветного пигмента белый цемент используют в качестве декоративных покрытий;
• кислотоупорный – предназначается для изготовления бетонов и растворов с кислотоустойчивыми свойствами, но при воздействии воды и едких щелочей он теряет свою прочность;
• гидрофобный – находит применение при производстве ячеистых бетонов, обладает высокой морозостойкостью и малым водопоглощением;
• водонепроницаемый – основополагающий материал, используемый при устройстве гидроизоляции конструкций, испытывающих повышенную влажность, в том числе для заделки раструбов и трещин в железобетонных конструкциях, подвергающихся воздействию влаги;
• шлаковый – применяют в подземных и подводных строениях, при изготовлении автоклавных материалов.

Сфера использования различных видов цемента зависит от его марки, которая выражается в цифрах, обозначающих прочность на сжатие в кг/см2.

Наиболее распространенными являются марки 400 и 500, без которых при возведении любого строительного сооружения обойтись просто невозможно.

Более прочный цемент – М600 – используется для военных объектов. С его помощью строят бункеры и, даже, ракетные шахты.

Источник: http://semidelov.ru/mar/oblast-primeneniya-tsementa-zavisit-ot-ego-vida-i-svojstv/

Свойства цементов

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Нормальная густота. В отличие от других строи­тельных материалов цемент испытывают в гидратиро — Ванном состоянии в виде теста либо песчаного раствора [29].

Поэтому на результаты испытаний влияют не только физико-химическая характеристика вяжущего, но также содержание и особенности всех применяемых при испытании материалов: воды, песка, специальных добавок.

Кроме того, большое значение имеют способы приготовления цементного теста либо раствора и усло­вия, в которых протекают процессы твердения. Большое внимание необходимо уделять подбору количества воды Для затворения цемента.

При испытании по ГОСТ определяют нормальную густоту цемента, измеряя глубину погружения стан­дартного пестика.

Нормальная густота цементного теста характеризует количество воды затворения в % массы цемента и составляет для портландцемента примерно 22—28%- Она зависит от химико-минералогического Состава клинкера, удельной поверхности цемента, содер­Жания в нем допускаемой ГОСТ добавки трепела либо доменного шлака до 20% и некоторых других факторов. Сроки схватывания и равномерность изменения объема определяют в цементном тесте нормальной густоты.

Скорость схватывания. Портландцемент, затворен­
ный количеством воды, установленным при определении его нормальной густоты, образует подвижное пластич­ное тесто, которое в зависимости от химико-минералоги­ческой характеристики клинкера, удельной поверхности и вещественного состава цемента постепенно в течение нескольких часов теряет подвижность, превращаясь в плотное тело.

Выше было отмечено, что после затворения в начале гидратации цемента образуется рыхлая коагуляционная структура, обладающая тиксотропностью.

Во время пе­ремешивания теста контакты, возникшие между гидрат — ными новообразованиями коллоидных фракций цемен­та, нарушаются, и тесто сохраняет подвижность несмот­ря на постепенное нарастание связности.

Чем дольше длится гидратация, тем больше становится гидратных новообразований и выше плотность структуры.

По ГОСТ начало схватывания должно на­ступать не ранее 45 мни н заканчиваться не позднее 12 ч с момента затворения. Нормальные сроки схваты­вания портландцемента достигаются при совместном помоле клинкера с добавкой подобранного количества гипса, при котором содержание S03 в цементе должно быть не меньше 1,5%и не выше 3,5%.

При большей до­бавке гипса возможно ускорение схватывания.

Замедление схватывания цемента наступает вследст­вие того, что на поверхности цементных зерен отклады­ваются тончайшие пленки геля гидросульфоалюмината кальция, быстро образующегося в результате взаимо­действия сульфата кальция с трехкальцневым алюми­натом, Эти гелевые пленки сдерживают диффузию воды к цементному зерну, что снижает скорость гидратации Вследствие исключительно высокой дисперсности обра­зующегося геля гидросульфоалюмината кальция его трудно обнаружить под микроскопом. Замедлителями могут быть также полуводный гипс и безводный суль­фат кальция (ангидрит); эффективность их действия связана с разной степенью растворимости. При исполь­зовании природного ангидрита образование в уже пол­ностью затвердевшем цементе гидросульфоалюмината

3(0,25) Зак.

531
кальция вследствие запоздалой (медленной) раство­римости ангидрита может привести к возникновению весьма опасных напряжений в цементном камне, так как увеличивается объем кристаллизующегося гндро — сульфоалюмината кальция. При избыточном содержа­нии гипса также возможно появление опасных напря­жений в хорошо затвердевшем цементе вследствие про­должающейся реакции образования гидросульфоалю — мината кальция.

Большое значение при выборе добавки гипса имеет удельная поверхность и зерновой состав цемента, при­чем в цементы с повышенным содержанием щелочей следует вводить относительно больше добавки.

У сред­не — и высокоалюминатных цементов несколько большая добавка гипса вызывает повышение прочности в первые дни твердения и уменьшение усадки и расширения.

Характерно, что добавка гипса может даже ускорить схватывание низкоалюминатных, богатых алюмоферри­та ми кальция цементов, причем в этом случае не на­блюдается тенденция к повышению первоначальной прочности и к уменьшению объемных изменений.

Опти­мальная добавка гипса для каждого цемента может быть установлена только на основе данных эксперимен­тальных помолов цементов в заводских помольных аг­регатах с характерной для них системой аспирации, температурами измалываемого цемента, его грануло­метрическим составом и др.

Ложное схватывание. Иногда происходит так назы­ваемое ложное схватывание цемента, характеризующее­ся тем, что цементное тесто схватывается преждевре­менно с большим выделением тепла. Однако при даль­нейшем перемешивании тесто разжижается и схватыва­ется уже нормально.

Быстрая гидратация ангидрита и полуводного гипса сопровождается преждевременным загустеванием цементного теста, которое при дальней­шем перемешивании разжижается.

Ложное схватывание цемента может вызвать быст­рую потерю пластичности бетонной смеси во время
перемешивания либо перевозки к месту потребления.

Его можно предупредить глубоким охлаждением клин­кера, помолом его, преимущественно в сепараторных мельницах, либо охлаждением корпуса мельниц откры­того цикла, сильной аспирацией, а также подачей рас­пыленной водно-воздушной смеси в последнюю камеру мельницы.

Возможна локализация явлений ложного схватывания цемента путем введения небольшой добавки СДБ, гипса либо минерального масла. Однако не у всех цементов даже при высокой температуре их измельчения наступает ложное схватывание. Полагают, что оно может быть вызвано наличием большого количества свободной из­вести либо недожога в измалываемой шихте клинкера.

При затвореиии цемента с высокой удельной поверх­ностью часто образуются уплотненные комочки, которые при дальнейшем перемешивании распадаются. Замече­но, что быстрое их схватывание вызывается переходом щелочей в карбонаты в результате взаимодействия с углекислотой при длительном хранении цемента на воз — Духе.

В некоторых случаях оно носит характер ложного схватывания.

Имеются данные о других (кроме гипса) видах за­медлителей схватывания, их действие в большинстве случаев зависит от дозировки. Можно считать, что кар­бонаты, хлориды и нитраты являются ускорителями схватывания; сульфаты и фосфаты — замедлителями, за исключением сульфата глинозема, который действует как ускоритель. О влиянии добавок цветных металлов сведения разные.

Оно вызвано образованием эттрингита в тонких слоях конденсата на

Дислокационной сетке поверхности частиц цемента [96].

Водоудерживающая способность. При затворении цемента водой как в лабораторных, так и промышлен­ных условиях можно видеть, как некоторые цементы полностью удерживают воду в период схватывания, другие же отделяют небольшой слой разной толщины.

Поскольку водоцементное отношение при приготовле­нии бетонной смеси обычно всегда превышает значение, установленное при определении нормальной густоты цементного теста, то водоотделение становится особо заметным.

От него во многом зависит однородность бе­тона и прочность сцепления в нем цементного раствора с крупным заполнителем и стальной арматурой.

При послойной укладке бетона отделяющаяся из него вода скапливается на поверхности укладываемых слоев.

В результате образуется контактная прослойка бетона с большим содержанием воды, что вызывает расслаи­вание бетона, нарушающее его монолитность, а это осо­бенно нежелательно при укладке массивного бетона.

Расслоение может идти и внутри бетона; образующая­ся в результате водоотделения пленка воды может за­метно понизить сцепление цементного раствора с круп­ным заполнителем и арматурой.

Испарение этой воды вызывает образование допол­нительного количества пор, содействующих диффузии агрессивной воды в глубину бетона.

Повышение водо — удерживающей способности достигается введением в ис­ходный цемент активной минеральной добавки (в виде трепела, опоки), а также применением некоторых по­верхностно-активных веществ. Дозировка и вид добавки Должны быть предварительно определены эксперимен­тальным путем.

Равномерность изменения объема — важное свой­ство цемента, которое определяется в соответствии с требованиями стандарта. Выше уже говори­
лось об изменении (контракции) абсолютного объема системы «цемент+вода» и содержащейся в ней твердой фазы.

Следовательно, постоянства объема при гидрата­ции цемента, как предполагали раньше, нет. Цементный камень при определенной влажности дает усадку либо несколько расширяется.

Однако изменения объема кам­ня весьма малы и заметно на равномерность изменения объема при стандартном испытании не влияют.

Расширение цементного камня, вызывающее искрив­ление исследуемых образцов либо появление на них во­лосных трещин,-— результат запоздалой, но весьма силь­ной по своему действию гидратации химически не связан­ного свободного оксида кальция в клинкере. Такое рас­ширение называют кажущимся, поскольку объем гаше­ной извести меньше суммы объемов исходных оксида кальция и воды, вступивших в реакцию.

Считают, что частицы образовавшейся гашеной из­вести растут преимущественно в одном направлении; при этом создаются напряжения, вызывающие расширение массы, которое теоретически составляет 95,5% объема исходного оксида кальция.

Такое явление происходит при гидратации крупнозернистых кристаллов оксида кальция, требующей длительного взаимодействия с во­дой.

Цементный камень расширяется также при избы­точном содержании крупнокристаллических зерен пери — клаза (оксида магния), а также при большом количест­ве добавки гипса.

На заводах получают клинкер с минимально допу­стимым количеством свободного оксида кальция в це­менте, содержание периклаза и гипса в котором обеспе­чивает равномерность изменения объема. Достигается это при помощи тонкого помола сырьевой шихты равно­мерного состава, качественного обжига и быстрого ох­лаждения клинкера.

По ГОСТ стандартно изго­товленные лепешки цементного теста подвергаются через сутки после затворения кипячению в воде; после охлаж­дения они не должны иметь искривлений и даже волос­ных трещин.

В ряде стран испытание ведут по методу Ле Шателье путем кипячения через сутки после затворения цилиндрика цементного теста, разрезанного по длине и снабженного двумя иглами, концы которых расходятся

Под действием напряжений, возникающих в результате расширения цементного камня. Допустимое расширение составляет 3—10 мм, причем максимальный его размер предусмотрен в большинстве стандартов.

В США допускается расширение портландцемента, равное 0,8%, в других странах — 0,5, 1 и даже 1,3%.

Тепловыделение. Гидратация цемента сопровождает­ся выделением тепла, что может быть установлено по изменению температуры цементного теста, помещенного немедленно после его затворения в термос. В тонкостен­ных бетонных конструкциях это тепло сравнительно бы­стро рассеивается и заметно не влияет на структуру це­ментного камня.

Проблема тепловыделения привлекла внимание ис­следователей в связи с тем, что в массивном бетоне гид­ротехнических и других видов сооружений заметно по­вышается температура до значения, часто превышающе­го, примерно на 323К, температуру бетона при его уклад­ке.

Рост температуры вызывает напряжения, которые являются результатом неравномерного нагрева и охлаж­дения бетона; при малой его теплопроводности внутрен­ние слои массива охлаждаются медленнее поверхност­ных. При возникновении больших термических напря­жений в бетоне могут появиться трещины.

Клинкерные минералы при полной гидратации разли­чаются по термохимическому эффекту, который для C2S состоит из тепла, выделяющегося как при химической ре­акции, так и при адсорбции воды гелем и составляет 504 кДж/кг. Тепловыделение при гидратации C3S равно 260 кДж/кг.

Алюмоферриты кальция при полной гидра­тации выделяют тепло в зависимости от их состава и от­ношения А120з/Те20з — Теплота гидратации для C4AF 420 кДж/кг й для СзА — 869 кДж/кг. Теплота образо­вания гидросульфоалюминатов кальция составляет 558 кДж/кг безводного С3А.

Теплота гидратации для СаО определена в 1170 кДж/кг и для MgO—852 кДж/кг.

Зависимость тепловыделения при гидратации чистых синтетических клинкерных минералов от продолжитель­ности гидратации показана в табл. 4.

Таблица 4. Теплота гидратации кликерных минералов в кДж/кг (по данным В. А. Кинда, С. Д. Окорокова и С. J1. Вольфсон) Минералы Длительность гидратации, сут 3 7 28 90 180 3Ca0-Si02 407 462 486 520 567 2Ca0-Si02 63 105 168 197 231 3 СаО-А12Оз 592 663 877 932 1029 4Ca0-Al203-Fe203 186 285 378 415 —

Изучение тепловыделения при гидратации портланд­цемента различного минералогического состава подтвер­дило, что наиболее термичными минералами в цементе являются C3S и С3А, причем C4AF замедляет тепловыде­ление других минералов.

Основное количество тепла выделяется в первые 3—7 сут твердения.

Примерное теп­ловыделение чистого, не содержащего добавок портланд­цемента для разной продолжительности твердения мож­но определить по разработанным в нашей стране коэф­фициентам, характеризующим долго участия клинкерных минералов в этом процессе (табл.5).

Таблица 5. Доля участия синтетических клинкерных минералов в экзотермии портландцемента при его твердении в кДж/'кг на 1% (по данным В. А. Кинда, С. Д. Окорокова и С. J1. Вольфсон) Срок твердения Минералы C3S Q, s СзА C4AF 3 сут 0,929 0,1-59 1»б17 —0,119 7 » 1,093 0,231 21,069 —0,414 28 » '1,142 0,153 2,299 +0,140 3 мес 1,183 0,231 2,458 +0Д32 6 » 1,220 0,445 2,457 +0,382 1 год 1,269 0,532 2,525 +0,400

Мы видим, что снижения экзотермии портландцемента достигают путем изменения минералогического состава за счет снижения содержания C3S и С3А и увеличения •соответственно количества двухкальциевого силиката и люмоферритов кальция. Степень уменьшения тепловы — еления при этом характеризуется данными табл. 6.

Следует подчеркнуть, что тепловыделение портланд­цемента находится в прямой зависимости от скорости

3*(0,5) Зак. 531

Таблица 6. Уменьшение тепловыделения портландемента при изменении минералогического состава Исследователи Уменьшение тепловыделения цемента прн замене 1%, кДж/кг C3S на C2S через С3А на C Источник: https://msd.com.ua/specialnye-cementy/svojstva-cementov/ Свойства цемента и цементного камня Цемент имеет различные свойства в состоянии порошка, цементного теста, твердеющего и затвердевшего цементного камня. Часть их нормирована стандартами, другие — нет, но все они оказывают заметное влияние на свойства бетона.В настоящее время в нашей стране действуют две системы стандартов, регламентирующих технические требования к цементам. Ниже рассматриваются свойства цемента с ориентацией на требования ГОСТ 10178-85. Тонкость помола цемента характеризуется остатком на сите 0,08 мм (размер отверстий в свету 80 мкм), который должен быть, согласно ГОСТ, < 15%. Это требование сегодня в значительной степени утеряло смысл, так как фактически производятся цементы с остатком менее 10% (обычно 4-8%, а в тонкомолотых цементах — 2—4%). Кроме того, оно не дает информации о размерах основной части зерен цемента, меньших 80 мкм. Поэтому обычно используется другая характеристика: удельная поверхность1 цемента. Она составляет для рядовых цементов 2500—3000 см2/г, а для тонкомолотых цементов высоких марок — 4000—4500 см2/г. Истинная плотность цемента составляет 3,1 г/см3. Она используется при расчете состава бетона, так как позволяет определить, какой объем займет цемент в бетонной смеси. При введении в цемент минеральных добавок его плотность снижается до 3-2,9 г/см3, шлаковый и пуццолановый портландцементы имеют плотность 2,7-2,9 г/см3. Поэтому по плотности цемента можно определить наличие в нем минеральных добавок. Обратите внимание Насыпная плотность цемента (рн) используется при его объемном дозировании, расчете емкостей или складов, для определения массы цемента по его известному объему. Она составляет 0,9-1,2 г/см3. Водопотребностъ цемента — количество воды, необходимое для получения цементного теста нормальной густоты. Стандартом не нормируется. Колеблется в пределах 21-30%, увеличиваясь с ростом тонкости помола и при введении ряда минеральных добавок. Желательно применять цементы с пониженной нормальной густотой, так как при ее росте увеличивается водопотребность бетонной смеси. Цементное тесто нормальной густоты характеризуется определенной консистенцией.Схватывание цемента можно определить как потерю пластичности цементным тестом (или иначе как состояние, когда пластичности уже нет, а прочности — еще нет). Определяется на тесте нормальной густоты. Характеризуется началом схватывания — не ранее 45 мин с момента затворения цемента водой и концом схватывания — не позднее 10 ч. Для практики более важно начало схватывания, определяющее «время жизни» смеси. Его можно упрощенно определить по отпечатку стержня (карандаш) в лепешке из теста нормальной густоты. Пока оно пластично — он правильный. При начале схватывания вокруг него появляются трещины.Для бетонных смесей начало схватывания обычно заметно больше, чем для теста нормальной густоты, так как в них используются более высокие водоцементные отношения (0,4-0,7).Ложное схватывание цемента выражается в быстром загустевании бетонной смеси после затворения водой. При помоле цемента для замедления схватывания вводится гипсовый камень CaS04- 2Н20. В процессе помола развиваются высокие температуры (до 150 °С и выше). Это может приводить к дегидратации с образованием строительного гипса CaS04 • 0,5Н20 (т. е. гипс фактически обжигается). При затворении цемента водой происходит быстрая гидратация полуводного гипса (начало схватывания его может наступать уже через несколько минут), что и приводит к резкому загустеванию бетонной смеси.Проверить цемент на ложное схватывание можно повторными определениями нормальной густоты теста через короткие промежутки времени. Меры борьбы с ложным схватыванием: замедление гидратации гипса введением пластифицирующих добавок; разрушение образовавшихся гипсовых структур путем более длительного перемешивания смеси. Равномерность изменения объема. Равномерное изменение объема цемента при твердении (усадка и набухание) неизбежно, а вот неравномерное — недопустимо. Оно происходит при резко замедленном гашении пережженных свободных СаО и MgO (ограничения их содержания — см. выше). Продукты их гидратации увеличиваются в объеме, что приводит ктрещинообразованию в бетоне, причем иногда в значительном возрасте.Равномерность изменения объема цемента определяется на лепешках из цементного теста нормальной густоты по ГОСТ 310.3-76.Тепловыделение цемента. Реакции цемента с водой идут с выделением значительного количества тепла. При этом чем быстрее минерал реагирует с водой, тем больше тепла он выделяет.Наибольшее тепловыделение имеет алюминат, второе место занимает алит. Величина тепловыделения зависит от минералогического состава цемента, тонкости помола. Минеральные добавки в цементе снижают тепловыделение. Важно Максимум тепловыделения наблюдается в первые сутки, в процессе схватывания и начального твердения цемента. За 3 суток цементы различного состава выделяют тепла 110—380 Дж/г цемента, что составляет 60—80% от его месячного количества.Тепловыделение ведет к разогреву бетона. В массивных конструкциях температура в зависимости от вида и расхода цемента может за 3 суток подниматься до 60-70 °С. Вследствие охлаждения поверхностных слоев в них возникают растягивающие напряжения. Это может привести к трещинообразованию. Чтобы исключить его, применяют низкотермичные цементы: сульфатостойкий, пуццолановый, шлакопортландцемент. При бетонировании в осенне-весенний период тепловыделение играет уже положительную роль, так как повышает температуру бетона и скорость его твердения. Полезно оно и при зимнем бетонировании. В этих случаях целесообразно использование цементов с повышенным тепловыделением (быстротвердеюшие цементы). Контракция При твердении цемента происходит увеличение объема твердой фазы, так как вода, связываемая химически, встраивается в структуру гидратированных частиц. Но при этом она «упаковывается» более плотно, и ее объем уменьшается по сравнению с исходным. Уменьшается и суммарный объем вступивших в реакцию воды и цемента. Это явление и называется контракцией (стяжением). Контракция начинается с момента затворения цемента водой, т. е. одновременно с химическими реакциями. Пока бетонная смесь пластична, контракция сопровождается уменьшением объема смеси, т. е. осадкой (что можно наблюдать визуально). Но при схватывании внешний объем смеси фиксируется, а контракция проявляется уже объемными изменениями внутри цементного камня. При уменьшении объема реагирующих воды и цемента в твердеющем бетоне возникает вакуум, что легко подтвердить экспериментально.На последствия контракции существуют две точки зрения. Согласно первой из них, контракция ведет к образованию в цементном камне нового вида пор: «контракционных». Согласно второй — новых пор не образуется, так как вода, идущая на химические реакции и уменьшающая свой объем, уже находится в капиллярных порах. Вакуум, возникающий в них, гасится подсосок извне той среды, в которой бетон твердеет, т. е. воды или воздуха. Эта точка зрения представляется более обоснованной, так как при твердении пористость цементного камня уменьшается.Вопрос: чем гасится контракционный вакуум, важен для морозостойкости бетона. Попадание воздуха в капиллярные поры способствует ее повышению, а поступление дополнительной воды — понижению. Величина контракции зависит от минералогического состава цемента. В среднем она составляет 6-7 л на 100 кг цемента за 28 суток твердения. Для бетона с расходом цемента 300 кг/м3 это примерно 20 л/м3. Если бетон твердеет в воде, такое ее кс.~ ячество будет дополнительно поглощено извне, а при твердении на воздухе в капилярные поры поступит такое же количество воздуха. Совет Лежалость цемента. При хранении цемента происходит его медленная гидратация парами влаги, содержавшейся в воздухе, а также взаимодействие с СО2 Влага конденсируется в узких контактах между зернами и вступает в реакцию с минералами цемента. Активность его при этом снижается. Изготовитель должен гарантировать соответствие цемента стандарту в течение не менее 45 суток для быстротвердеющих и 60 суток для остальных портландцементов.Одной из характеристик, позволяющих оценить состояние цемента при хранении, являются потери массы цемента при прокаливании. Прокаливание предварительно высушенных проб производится при температуре порядка 1000 °С. При этом разлагаются гидратированные соединения, а химически связанная вода удаляется. Некоторые стадии потери активности цемента можно наблюдать визуально: появление агрегатов зерен (комочков), их укрупнение, увеличение прочности. Решающим для сохранности цемента является его герметичное хранение. В реальных условиях снижение активности за 3 месяца может составить 10-20%. Применение лежалых цементов еще в большей степени, чем на прочности, отражается на морозостойкости бетона. Источник: http://www.uniexo.ru/dom/svojstva-tsementa-i-tsementnogo-kamnya.html Основные виды строительных цементов и их свойства Все виды цементов являются одними из основных стройматериалов, получаемый путем измельчения минерала гипса и клинкера. В зависимости от прочности этот материал маркируют по ГОСТу. Основополагающая роль в русской цементной промышленности принадлежит химику Шуляченко А. Р. Также большой вклад в развитие этой важной строительной отрасли внесли ученые Торопов, Бутт, Пономарев, Рояк, и многие другие специалисты. Что такое цемент и что значит его марка Что же такое цемент, и какие его виды применяются наиболее часто? Цементы — это большая группа гидравлических вяжущих веществ. Большая их часть — это силикаты и алюминаты кальция, которые образуются в результате обжига до состояния спекания сырьевой смеси соответствующего состава. Самое большое распространение получили такие виды строительного цемента, как портландцемент, шлакопортландцемент и глиноземистый. Они применяются для приготовления строительных растворов, бетонных смесей, асбестоцементных изделий. Что значит марка цемента, и от чего она зависит? Марка цемента – это условный показатель для обозначения максимальных прочностных качеств вещества. То есть, марка цемента зависит от его прочности. Для всех основных видов цемента, кроме глиноземистых, расширяющихся и безусадочных, марка соответствует пределу прочности при изгибе образцов-балочек размером 40x40x160 мм и сжатии их половинок из пластичного раствора состава 1:3 (по массе) в возрасте 28 суток. Марку для глиноземистого цемента устанавливают по результатам испытания через 3 суток. Тонкость помола цементов — это величина остатка на сите с сеткой, которая установлена в соответствии с утвержденными стандартами и техническими условиями номера. На скорость схватывания и твердения как раз и влияет тонкость помола. Такое свойство всех видов цемента, как прочность, особенно в начальные периоды твердения, повышается, если клинкер мелко измолот. Механизм процесса твердения цемента и коррозия цементного камня Процесс твердения цемента заключается в том, что цементное тесто, которое изготовлено из вяжущего вещества, постепенно утрачивает подвижность и переходит из полужидкого состояния в плотное. В механизме твердения цемента различают три периода: 1. Растворение — растворимые продукты реакции переходят в раствор, обнажая следующие слои цементных зерен, в свою очередь реагирующие с водой. Этот период длится до полного насыщения жидкой фазы продуктами реакции. 2. Коллоидация — схватывание, во время которого твердые продукты реакции уже не могут растворяться в насыщенной жидкой фазе, вследствие чего они образуют коллоидальную систему в форме геля или студня. В этот момент цементное тесто утрачивает свою подвижность. Обратите внимание 3. Кристаллизация — период, когда образовавшиеся гели переходят в укрупненные, менее растворимые кристаллы, которые дают так называемый кристаллический сросток. Именно этим и объясняются высокие механические свойства затвердевшего цемента. Коррозия раствора (бетона) чаще всего начинается с коррозии цементного камня. Его стойкость значительно меньше скорости заполнителей. Выделяют три вида коррозии, которая поражает раствор: растворение и вымывание (выщелачивание) гидроокиси кальция из цементного камня пресной водой; образование легкорастворимых солей при взаимодействии составляющих цементного камня с веществами окружающей среды и вымывание этих солей; образование в цементном камне (под влиянием проникающих в него веществ) соединений, имеющих больший объем, чем исходные продукты реакции, что приводит к образованию трещин в бетоне. Методы защиты от коррозии цемента разнообразны и разделяются на следующие группы: выбор соответствующего цемента; изготовление более плотного бетона; применение защитных покрытий и облицовок, которые исключают воздействие агрессивной среды на бетон. Далее вы подробно узнаете об основных видах и характеристиках цемента, используемого в строительстве. Что такое портландцемент и шлакопортландцемент, для чего их используют Что такое портландцемент, и чем он отличается от шлакопортландцемента? Портландцемент — это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое при совместном тонком измельчении клинкера и необходимого количества гипса, добавляемого для регулирования сроков схватывания. Портландцемент используют для закладки фундамента, приготовления штукатурных растворов. Для получения портландцемента такие технологические операции, как изготовление сырьевой смеси; превращение ее путем обжига до спекания в клинкер и помол последнего в тонкий порошок, являются основными. Важно Химический состав клинкера портландцемента определяется по содержанию важнейших окислов, которые должны находиться в следующих пределах. Этому условию отвечают природные мергели, а также смеси известняка с глиной в соотношении 3:1 (по массе). Можно заменить известняк мелом. Трехкальциевый силикат (алит) в реакции с водой химически активен. Он способен быстро твердеть, имея при этом высокую прочность. Двухкалъциевый силикат (белит) менее активен, твердеет медленнее, и продукт твердения обладает невысокой прочностью. Трехкальциевый алюминат — химически активный минерал. Он быстро твердеет, но продукт твердения обладает низкой прочностью. Промежуточное положение по активности в реакции с водой, по скорости твердения и прочности между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами занимает четырехкальциевый алюмоферрит. Процесс взаимодействия цементного порошка с водой сопровождается выделением тепла. Количество теплоты зависит от скорости гидратации и минералогического состава цемента. Тонкость помола, сроки и условия хранения оказывают на этот показатель меньшее влияние. Изготовленные из портландцемента образцы при кипячении в воде должны равномерно изменять объем, поэтому количество ангидрида серной кислоты SO3 в портландцементе и его разновидностях должно быть не менее 1,5 и не более 3,5%, а содержание окиси магния MgO в исходном клинкере — не более 5%. Портландцемент с минеральными добавками может содержать до 20% гранулированного шлака, или до 10% активных добавок осадочного происхождения (кроме глиежей), или до 15% прочих активных добавок, включая глиежи. А что такое шлакопортландцемент и где он применяется? Это гидравлическое вяжущее вещество изготовляется путем совместного помола портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака (21-60%) и необходимого количества гипса. Быстротвердеющий шлакопортландцемент — основная разновидность этого цемента. Основное отличие шлакопортландцемента от портландцемента – более медленная скорость схватывания и твердения. Применяется там же, где и портландцемент. Какие бывают цементы: виды портландцементов Этот раздел статьи посвящен тому, какие бывают цементы их категории портландцементов, и где их используют. Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава. Клинкер состоит максимум из 5% трехкальциевого алюмината и трехкальциевого силиката, содержание которого не должно превышать 50%. Сумма трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита — не более 22%. Сульфатостойкий портландцемент не должен содержать каких-либо добавок, кроме гипса. Он обладает повышенной стойкостью при взаимодействии с водой, содержащей сульфаты (соединения серы), и морозостойкостью. Совет Основная область применения этого вида цемента – изготовление облицовочных растворов, находящихся в условиях сульфатной среды, при одновременном систематическом попеременном замораживании и оттаивании. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) перед использованием мелко измельчается, вследствие чего интенсивно набирает прочность в начальный период твердения. На этот процесс уходит 1-2 суток. БТЦ применяется при ремонтных работах. Гидрофобный портландцемент. При его изготовлении в мельницу при помоле клинкера вводится по 0,1-0,2% мылонафта и других гидрофобизирующих добавок (асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков). Добавки снижают гигроскопичность этого вида портландцемента при его хранении, но повышают подвижность, удобоукладываемость растворных (бетонных) смесей и морозостойкость затвердевших материалов. Гидрофобный портландцемент при длительных перевозках и хранении практически не теряет своих свойств. Выпускаются марки 300 и 400. Пластифицированный портландцемент получают путем введения при помоле клинкера около 0,25% концентрата сульфитно-спиртовой бражки. Она пластифицирует растворные смеси и повышает их морозостойкость. Применяется наравне с портландцементом и выпускаются марки 300, 400 и 500. Говоря о том, какие виды цемента существуют, особо выделяют белый и цветной портландцемент. Белый портландцемент изготавливается из белого маложелезистого клинкера, минеральных добавок и гипса. Используется в архитектурно-отделочных работах. Существует два вида такого цемента: белый портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками. Выпускается 400 и 500 марок. Цветной портландцемент получается из клинкера белого цемента и цветного клинкера, из отбеленных клинкеров — при тщательном смешивании или совместном помоле с различными пигментами (например, с охрой, железным суриком, окисью хрома). Пигменты должны быть щелоче- и светостойкими. Белый и цветной портландцементы применяются при устройстве мозаичных, плиточных, террацциевых и брекчиевидных покрытий полов. Пуццолановый портландцемент изготовляется путем совместного помола цементного клинкера нормированного минералогического состава, гипса и активной минеральной добавки вулканического или осадочного происхождения. Он хорошо твердеет в воде и в любых влажных условиях. Обратите внимание Растворные смеси на основе этого цемента не дают высолов и обладают повышенной водостойкостью и водонепроницаемостью. Пуццолановый портландцемент используется при строительстве гидротехнических сооружений и при облицовке плавательных бассейнов, плоскости которых подвержены воздействию морской и хлорированной воды. Что такое глиноземистый цемент, его состав, свойства, особенности и применение Что такое глиноземистый цемент и каковы его характеристики? Глиноземистый цемент — быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Получается путем измельчения клинкера или сплава, изготавливаемого путем расплавления (реже обжигом до спекания) сырьевой смеси (бокситов и известняков) надлежащего состава. В готовом продукте преобладают низко-основные алюминаты кальция. Нельзя смешивать глиноземистый цемент с другими цементами и известью. Он разрушается при взаимодействии даже со слабыми растворами щелочей. Одно из основных условий нормального твердения этого цемента и длительного сохранения его прочности — пониженная (ниже 25 °С) положительна температура раствора (бетона) в период твердения и при эксплуатации. В противном случае он теряет до 50% прочности. Из-за особенностей глиноземистого цемента применение этого вяжущего вещества в условиях жаркого климата исключено. По этой же причине изделия из него нельзя пропаривать. Прочность сопротивления сжатию и растяжению глиноземистого цементного камня нарастает с большой скоростью и уже через сутки достигает 50% проектной прочности. Он используется для получения кислотостойких растворов расширяющихся и безусадочных цементов. Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент получается путем совместного помола кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Кислотоупорный цемент затворяется водным раствором натриевого жидкого стекла. Цементный камень может быть устойчив к действию некоторых минеральных и органических кислот, но при взаимодействии с водой он теряет прочность. В едких щелочах он полностью разрушается. Важно Благодаря своему составу и свойствам, основное применение глиноземистого цемента – это изготовление кислотостойких бетонов (растворов). Для такого цемента используются заполнители из кислотостойких пород: гранит, андезит, бештаунит. Свежеуложенная в конструкцию кислотоупорная бетонная (растворная) смесь в период твердения обрабатывается минеральной кислотой (откисловывается), например соляной. При этом бетонная (растворная) смесь уплотняется за счет выделения новых количеств геля кремниевой кислоты и обезвоживания дигидрата Si(OH)4 концентрированной кислотой. Гель кремниевой кислоты переходит в твердый опаловидный кремнезем Si02-H20. Прочность при сжатии обработанного концентрированной кислотой кислотоупорного бетона достигает 50-60 МПа. При применении глиноземистого цемента содержание окиси кремния не должно быть в процентном отношении менее 92%, кислотостойкость — не ниже 93%. Источник: http://www.stroy-dom.net/?p=6808 Главная Своими руками Оценка статьи: (нет голосов) Загрузка... Поделиться с друзьями: Основные свойства цемента Ссылка на основную публикацию Похожие публикации Банная печь из кирпича Виды цемента и их применение Как можно сохранить цемент в мешках? Как правильно выбрать тротуарную плитку? Adblock detector