Современное производство строительных материалов

Виды модификации цементного вяжущего и ее основные свойства

Для лучшего понимания и правильного применения различных видов цемента, предлагаем ознакомиться с описанием свойств основных марок и видов цемента:

Портландцемент

Основное вяжущее вещество, которое используется в современных строительных работах это портландцемент. Этот строительный материал производится и тонко помеленного портландцементного клинкера, гипса и специфических добавок. Клинкер для портландцемента получают путем обжига тонкодисперсного сырья до состояния спекания. Сырье состоит из мергеля, известняка, доменного шлака и глины. После обжига в сырье повышается до оптимального количества процентное содержание высокоосновных силикатов кальция. Многие производители регулируют скорость схватывания своего портландцемента, для чего в клинкер вводят двуводный гипс. Делают это еще на этапе помола. Процент вводимого гипса 15-35% (если массу цемента пересчитать на SO3). Сейчас производят такие виды этого цемента: бездобавочный и минеральный портландцемент, а также шлакопортландцемент.

Гидрофобный цемент

Все типы гидрофобного портландцемента представляют собой вяжущее вещество с повышенной водонепроницаемостью. Этот цемент является результатом мелкодисперсного измельчения портландцементного клинкера, гипса и особой добавок, дающих цементу гидрофобные свойства. Это кубовые остатки синтетических жирных кислот, олеиновая кислота, асидол мылонафт, окисленный петролатум и др. Эти добавки вводятся в процентном отношении 0,1-0,3% к массе цемента. В процессе схватывания они образуют на поверхности частиц цемента мономолекулярные гидрофобные плёнки, которые снижают гигроскопичность цемента. Эта особенность позволяет длительно сохранять гидрофобный цемент во влажных условиях. Растворы и бетоны, приготовленные с использованием этого цемента имеют меньшее водопоглощение, а также повышенную водонепроницаемость и морозостойкость. Наряду с портландцементом можно гидрофобные свойства шлаковым, глиноземистым и прочим видом цемента.

Шлаковый цемент

Под названием "шлаковый цемент" или "шлакощелочной цемент" подразумеваются все виды вяжущих веществ, которые изготавливают путем тонкого измельчения гранулированного доменного шлака, в который водят активирующие добавки (строительный гипс, известь и ангидрит). Также возможно смешивание этих же компонентов, предварительно помеленных по отдельности. На сегодняшний день выделяют следующие виды шлакового цемента: известково-шлаковый (известь 10-30%, гипса до 5%); сульфатно-шлаковый (гипс или ангидрита 15-20%, портландцемент до 5%, известь до 2%). Шлаковый цемент используют для приготовления бетонов и вяжущих растворов, для создания подземных и подводных конструкций. Но наиболее эффективно этот цемент применяют в создании автоклавных изделий и матеиалов.

Быстротвердеющий цемент

Цемент, у которого в первое время затвердевания интенсивно нарастает прочность, называют «быстротвердеющим». Его применяют для изготовления различных сборных изделий и конструкций из железобетона. Высокую механическая прочность этого цемента, на первом этапе затвердевания, получают за счет следующих факторов: особый минеральный состав; точная дозировка добавок; тонкость помола цемента.

Сейчас производится следующие виды этого продукта: быстротвердеющий портландцемент, который через 3 суток имеет предел прочности на сжатие 25 Мн/м2 (250 кгс/см2); портландцемент особо быстрого твердения; шлакопортландцемент быстрого твердения.

Пуццолановый цемент

Пуццолановым цементом называют вяжущее вещество, в состав которого включено более 20% специальных минеральных добавок. Название "пуццолановый» получено этим цементом в наследство от особой вулканической породы рыхлой консистенции. «Пуццоланы» ещё в Древнем Риме использовались как добавка к извести для изготовления строительного пуццоланово-известкового вяжущего вещества. В сегодняшнем строительстве используется пуццолановый портландцемент, который получают путем измельчения 60-80% портландцементного клинкера, 20-40% активной минеральной добавки и незначительного количества гипса. От стандартного портландцемента его отличает высокая устойчивость к коррозии (лучше всего это качество проявляется в сульфатных и мягких водах), но при этом у него низкая скорость затвердевания и невысокая морозостойкость. Этот цемент используют для изготовления бетонов, которые применяются в подземном и подводном строительстве.

Расширяющийся цемент

Расширяющимся цементом называют сборную группу цементных вяжущих веществ, которые обладают качеством увеличивать свой объём в процессе затвердевания. У многих расширяющихся цементов процесс расширения происходит благодаря образованию во время взаимодействия цемента с водой, высокоосновных гидросульфоалюминатов кальция. Эти вещества связывают большое количество воды, которое в 15-25 раз превышает исходный объем твёрдых компонентов. Максимальное расширение такого цемента колеблется 0,2-2%. Прочностные показатели расширяющегося цемента равны 30-50 Мн/м2.

В строительстве максимальное распространение получили следующие виды расширяющегося цемента: портландцемент, водонепроницаемый, гипсоглинозёмистый и напрягающий цемент. Все расширяющиеся цементы прекрасно твердеют и оптимально расширяются во влажных условиях. Высокая водонепроницаемость позволяет применять расширяющиеся цементы для герметизации стыков сборных зданий из железобетона. Также его используют для максимальной гидроизоляции, во время строительства специфических гидротехнических сооружений и изготовление напорных труб из железобетона.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ)

Водонепроницаемым расширяющимся цементом (ВРЦ) называют гидравлическое вяжущее строительное вещество, которое получают путем совместного измельчения, и последующего тщательного смешивания до однородного состава гипса, глиноземистого цемента, и высокоосновного гидроалюмината кальция. ВРЦ отличается очень быстрым схватыванием: оно начинается через 4 мин. И заканчивается через 10 мин. отсчитывая от момента затворения.

Линейное расширение изделий из этого цемента, пребывающих в воде на протяжении 1 суток обязано оставаться в пределах 0,3-1%. ВРЦ используют для гидроизоляции и зачеканки швов тюбингов и раструбных соединений. Также при его помощи создаются гидроизоляционные покрытия, им заделывают стыки и трещины в конструкциях из железобетона.

Глинозёмистый цемент

Глинозёмистый цемент это строительное вяжущее вещество быстрого твердения. Этот цемент является продуктом тонкодисперсного помола цементного клинкера, который получают из обожженной сырьевой смеси. В состав этой смеси входят бокситы и известняк. Процесс обжига и плавления клинкера производят в вагранках или в специализированных электрических доменных вращающихся печах. Глиноземистый цемент различают по процентному содержанию Al2O3 в конечном продукте. Существует стандартный глинозёмистый цемент (содержание глинозема 55%; плавления сырьевой шихты происходит при температуре 1450-1480 oС) и высокоглинозёмистый цемент (с содержанием глинозема 70%; плавления сырьевой шихты происходит при температуре 1700-1750 oС).

Отличие глинозёмистого цемента заключается в быстром наборе прочности, обладанием высоким выделением тепла при твердении, высокой устойчивостью к коррозии во время нахождения в сульфатных средах, а также замечательной огнеупорностью. Если сравнивать его с портландцементом, то цемент на основе глинозема покажет большую плотность и водонепроницаемость в процессе создания бетонов.

Сульфатостойкий цемент

Сульфатостойкий портландцемент в сравнении со стандартным портландцементом имеет более высокую устойчивость к воздействию воды с повышенным содержанием сульфатов, небольшим выделением тепла, низкой интенсивностью затвердевания и повышенной устойчивостью к морозу. Этот тип цемента производят способом тонкого помола клинкера, имеющего специальный минералогический состав. Его используют для производство гидротехнических сооружений и прочих конструкций из бетона и железобетона, которые предполагается эксплуатировать в агрессивной сульфатной среде (такой как морская вода). Также бетон на основе такого цемента прекрасно переносит многократное замерзание и оттаивание.

Напрягающий цемент

Напрягающий цемент это отдельная разновидность расширяющегося цемента, которую получают посредством помола следующих компонентов: 65% портландцементного клинкера, 15 % глинозёмистого шлака, а также 5% извести и гипсового камня. Напрягающий цемент это вяжущее вещество с высокой быстротой твердения и схватывание. Раствор имеющий состав 1:1 уже через 1 сутки набирает прочность 20-30 Мн/м2 (200-300 кгс/см2). Полностью затвердевший раствор из напрягающего цемента имеет довольно высокую водонепроницаемость. Во время затвердевания этот тип цемента создает повышенное давление – 30-40 кгс/см2. Эту особенность используют для создания предварительного напряжения в различных железобетонных конструкциях, для создания натяжения в арматуре по одному или нескольким направлениям. Применение напрягающего цемента более всего оправданно в изготовлении железобетонных напорных труб, строительстве крупных емкостей для жидкостей и ряда специфических железобетонных конструкций с тонкими стенами.

Тампонажный цемент

Тампонажными цементами называют особый вид цемента, который используют в добыче газа и нефти. Этот цемент производят способом тонкодисперсного помола специального клинкера с добавлением гипса. Сейчас производят два типа тампонажного цемента: для «холодных» и «горячих» газовых и нефтяных скважин. В растворах, которые изготавливают на основе этого цемента включается от 40 до 50% воды.

Магнезиальный цемент

Магнезиальные полы производят, используя особое вяжущее магнезиальное вещество. Данный стройматериал производится на основе тонкодисперсного порошка, активной частью которого выступает оксид магния. Это вещество является продуктом среднетемпературного обжига натуральных карбонатных пород доломита или магнезита. При взаимодействии с водой, оксид магния очень неторопливо проявляет свои вяжущие свойства, которые при этом довольно слабые. Но если затворять этот цемент водными дисперсиями некоторых солей, то можно получить цементный камень с высокими показателями прочности. Например, при затворении этого цемента раствором хлористого магния вы получите вяжущее вещество, которое называется цементом Сореля.

Большинство качеств магнезиальных цементов, гораздо выше, аналогичных показателей у портландцемента. Они имеют повышенную эластичность, а также высокую стойкость к таким веществам, как: смазочные масла; органические растворители; щелочи; соли. Этот цемент не требует увлажнения во время твердения. Также он гарантирует высокую устойчивость конечного изделия к огню и низкий показатель теплопроводность. По показателям прочности этот цемент показывает прекрасную износостойкость, прочность на сжатие и изгиб (в процессе твердения). Также очень важно то, что этот цемент прекрасно вяжется с любым органически и неорганическим наполнителем.

Благодаря таким особенностям этот цемент широко используется в абразивном производстве (например точильные круги), для производства специальной теплоизоляции (пено - и газомагнезит), для производства подоконников, ступеней, облицовочной плитки, а также для отлива малых архитектурных форм. Но главным способом применения этого цемента является изготовление монолитных бесшовных полов.

Использование магнезиальных цементов в этих целях началось еще в конце XIX – века. Тогда на его основе начали производить ксилолитовые плиты и полы. «Ксилолитом» называют бетон на основе магнезиального вяжущего вещества, наполненного древесными опилками. Через время появились аналогичные изделия из «фибролита», состав которого отличался тем, что в качестве наполнителя применяли разные волокна. Этот тип полов называют «беспыльными», они прекрасно циклюются их можно и хорошо взаимодействуют с мастиками. Такие полы высокогигиеничны, огнеупорны и имеют долгий срок службы. Но они имеют один существенный недостаток низкую водоустойчивость. Поэтому применение таких полов возможно только в условиях предварительной гидроизоляции, которая должна учитывать даже капиллярную абсорбцию влаги.

Эти производственные сложности не давали капиллярным полам развиться в промышленном масштабе. И лишь довольно недавно были открыты новые месторождения природных материалов, расширивших возможности полимерной химии и магнезиальные полы получили второе рождение. Благодаря применению полимеров разных типов, при производстве полов появляется возможность произвести многофункциональную грунтовку, которая будет одновременно выступать гидроизоляцией, паропроницаемой поверхностью.