Свойства и применение портландцемента
1. Состав, свойства и применение портландцемента
Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и гипса, а иногда и специальных добавок. Гипс добавляют для регулирования скорости схватывания и некоторых других свойств. Количество вводимого гипсг регламентируется химическим составом портландцемента, в частности, предельным содержанием ангидрида серной кислоты S03 — не менее 1,5 и не более 3,5 %
В практике строительства портландцемент является основным вяжущим материалом для производства бетона, железобетона и строительных растворов, на нем также изготовляют асбестоцементные, теплоизоляционные и другие материалы.
Клинкер — полуфабрикат, получаемый в виде гранул прн обжиге тонкоизмельченной смесн известняка с глиной.
Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной сырьевой смеси, состоящей из известняка, глины и других материалов (доменных шлаков, мергелей, нефелинового шлама), при этом обеспечивается преобладание в клинкере силикатов, алюминатов и алюмофер- ритов кальция.
Плотность портландцемента 3050—3150 кг/м3. Его насыпная плотность зависит от уплотнения и в среднем составляет 1300 кг/м3.
Тонкость помола — один из факторов, определяющих скорость схватывания и прочность цементного камня. Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 008 или удельной поверхностью, проверяемой на специальном приборе — поверхностемере. Согласно ГОСТ 10178—76 (с изм.) через сито № 008 должно проходить не менее 85 % массы пробы. Удельная поверхность при этом .(поверхность зерен цемента общей массой 1 г) должна быть 2500—3000 см /г.
Водопотребность портландцемента характеризуется количеством воды (в % по массе цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т.е. заданной стандартной пластичности. Нормальную густоту цементного теста измеряют (ГОСТ 310.3—76) погружением пестика, укрепленного на штанге прибора Вика. Она колеблется в пределах 21—28% и зависит от минералогического состава цемента и тонкости помола. Чем меньше нормальная густота цементного теста, тем лучше качество цемента. Изучение про-цесса твердения цемента показало, что в зависимости от вида, сроков и условий твердения он присоединяет воды в размере 15—25 % по массе. Практически расходуемое количество воды значительно больше (40— 70 %), оно, в частности, зависит и от нормальной густоты цементного теста. Излишки воды из пор со временем испаряются, что ухудшает качество цементного камня, а следовательно, раствора и бетона.
Сроки схватывания и равномерность изменения объема портландцемента определяют на тесте нормальной густоты. Сроки схватывания проверяют по прибору Вика (ГОСТ 310.3—76). По ГОСТ 10178—76 (с изм.) начало схватывания должно быть не ранее 45 мин, а окончание не позднее 12 ч с момента затворения.
На сроки схватывания портландцемента влияют его минералогический состав, тонкость помола, температура окружающей среды и другие факторы.
Для определения равномерности изменения объема стандартно изготовленные лепешки цементного теста подвергают через 1 сут после затворения кипячению в воде. Согласно ГОСТ 310.3—76, они не должны иметь искривлений, радиальных и волосяных трещин.
Причиной неравномерного изменения объема (расширения) цементного камня являются местные деформации— результат запоздалой, но весьма сильной по своему действию гидратации химически не связанного свободного оксида кальция в клинкере. Цементный камень расширяется также при избыточном содержании оксида магния и большом количестве гипса.
Равномерность изменения объема достигается при помощи тонкого помола сырьевой смеси, качественного обжига и быстрого охлаждения клинкера.
Прочность портландцемента — важная физико-меха-ническая характеристика, от которой в основном зависит прочность бетонов и растворов в различных условиях твердения.
Прочность (активность) и марку цемента согласно ГОСТ 310.4—81 определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4X4X16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 на нормальном песке при водоцементном отношении В/Ц>=0,4 и консистенции, характеризуемой расплывом стандартного конуса не менее 106—115 мм через 28 сут твердения. Первые сутки образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 сут в воде комнатной температуры. Образцы призмы первоначально испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие.
Активностью называют предел прочности при осевом сжатии половинок призм, испытанных в возрасте 28 сут стандартного твердения. В зависимости от активности с учетом предела прочности при изгибе портландцемент подразделяют на марки 400, 500, 550 и 600. Портландцемент марки 400 рекомендуется для монолитных бетонных и железобетонных деталей, портландцемент марок 500, 550 и 600 — для высокопрочных сборных обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Портландцемент не следует применять для конструкций и сооружений, подвергающихся воздействию морской, минерализованной, а также пресной проточной или работающих под напором воды. В этих случаях используют специальные цементы (цементы с добавками, сульфатостойкие и др.)
