Виды цементов
3. Разновидности цементов
Согласно ГОСТ 23464—79, цементы классифицируют по видам клинкера и вещественному составу, прочности при твердении, скорости твердения, срокам схватывания, нормированию специальных свойств, а также по специальным областям их применения.
Портландцемент (ГОСТ 10178—76 с изм.) выпускают бездобавочный и с активными минеральными добавками. В бездобавочный портландцемент без изменения его наименования допускается введение добавок, ускоряющих твердение или повышающих прочность цемента (кренты, сульфоалюминато- и сульфоферритосиликат- ные продукты, обожженные алуниты и каолины) в количестве не более 5 % по массе цемента. Для производства цемента применяют гипсовый или гипсоангидритовый камень, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 4013—82.
Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД)
изготовляют тонким измельчением клинкера, гипса и минеральных добавок. Согласно ГОСТ 10178—76 (с изм.), содержание активных минеральных добавок не должно превышать 20 % массы цемента. ПЦД в отличие от портландцемента обладает повышенной водостойкостью, меньшим тепловыделением и более высокой коррозиеустойчивосгью. Морозостойкость ПЦД несколько ниже. Выпускают ПЦД тех же марок, что и портландцемент: 400, 500, 550 и 600.
Портландцемент с минеральными добавками применяют в строительстве в тех же условиях, что и портландцемент, за исключением случаев, где требуется высокая морозостойкость.
Портландцемент с минеральными добавками имеет разновидности: быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) и сульфагостойкий портландцемент с минеральными добавками (СПЦД). Для их получения используют клинкер, по составу" аналогичный клинкеру соответственно быстротвердеющего и сульфатостойкого портландцементов (см. с. 13). Содержание гранулированного шлака должно быть не более 20 % или диатомита, трепела, опоки и пр. не более 10 % по массе цемента.
БТЦ и СПЦД выпускают марок 400 и 500 и применяют в тех же условиях, что и быстротвердеющий и сульфатостойкий портландцементы.
Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) характеризуется интенсивным нарастанием прочности в первые трое суток твердения. Быстрое твердение БТЦ достигается за счет содержания в клинкере активных минералов C3S и С3А в сумме до 60—65 %. Помол БТЦ производится до достижения более высокой удельной поверхности — 3500—4000 см2/г. При помоле БТЦ допускается введение активных минеральных добавок (не более 15 %) или доменных гранулированных шлаков (до 20 %' массы цемента).
Разновидность БТЦ — особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ), изготовляемый тонким измельчением клинкера, содержащего C3S до 60—65 % и С3А не более 8 %, совместно с добавкой гипса до удельной поверхности 4000—4500 см2/г и более. Введение минеральных добавок при его изготовлении не допускается. ОБТЦ характеризуется большой скоростью твердения и высокими марками 600 и 700. Однако выпуск ОБТЦ пока ограничен в связи с высокими требованиями, предъ* являемыми к сырьевой базе и технологии производства.
Быстротвердеющие портландцементы применяют при производстве сборных бетонных и железобетонных кон-струкций, а также при зимнем бетонировании. Не рекомендуются оии для изготовления массивных конструкций и сооружений, а также сооружений, подвергающихся сульфатной агрессии.
Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) получают путем тонкого измельчения клинкера нормированного минералогического состава: содержание C3S — не более 50 %, С3А — не более 5 %, сумма минералов С3А и C4AF — 22 %, MgO — 5 %.
ГОСТ 22266—76 подразделяет сульфатостойкие цементы по вещественному составу на следующие виды: сульфатостойкий портландцемент 400, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками марок 400 и 500, сульфатостойкий шлакопортландцемент марок 300 и 400 и пуццолановый портландцемент марок 300 и 400.
Сульфатостойкие цементы характеризуются низким выделением теплоты при гидратации и повышенной мо-розостойкостью. Они предназначены для бетонных и же-лезобетонных конструкций гидротехнических и других сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии.
Пуццолановый портландцемент (ППЦ) приготовляют путем совместного тонкого измельчения портландце- ментного клинкера, содержащего не более 8 % С3А, гипс и активные минеральные добавки. В ППЦ по ГОСТ 22266—76 должно быть, % по массе цемента: добавок вулканического происхождения, глиежа или топливной золы —не менее 25 и не более 40; добавок осадочного происхождения — не менее 20 и не более 30.
Важнейшие свойства пуццоланового портландцемента — сульфатостойкость из-за незначительного содержания несвязанного гидроксида кальция и водонепрони-
цаемость. Поэтому пуццолановые портландцементы от несены к сульфатостойкнм, регламентируемым ГОС 22266—76 как цементы сульфатостойкие. К недостатка! ППЦ относится пониженная морозостойкость.
Пуццолановый портландцемент выпускают марої 300, 400 и применяют главным образом в сооружениях подвергающихся воздействию пресных вод (порты, кана лы, плотины, шлюзы и т. п.), в водопроводных сооруже ниях, при строительстве туннелей, проходке шахт, клад ке фундаментов и подвалов зданий.
Шлакопортландцемент (ШПЦ) получают тонким из мельченнем портландцементного клинкера, гипса и гра нулированного доменного шлака.
По ГОСТ 10178—76 (с изм.) к шлакопортландцемен ту предъявляются такие же требования по тонкости ть мола, срокам схватывания, содержанию S03 и MgO в клинкере, как и к портландцементу. Содержание гранулированных доменных шлаков в этом цементе должно быть 21—60 %. Часть шлаков допускается заменять активной минеральной добавкой (трепелом), но не более 10 % по массе цемента.
ШПЦ обладает высокой морозостойкостью и повышенной прочностью на изгиб и растяжение. Выпускается марок 300, 400, 500.
Разновидность шлакопортландцемента — быстро твердеющий шлакопортландцемент (БТШПЦ), характе-ризуемый более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. Содержание C3S в клинкере БТШПЦ до 60%, С3А —8—10%; удельная поверхность 3500—4000 см2/г.
Для получения шлакопортландцемента, предназначенного для пропаривания, целесообразно применять клинкер, содержащий 55—60% C3S, 7—10 % С3А и 40 % гранулированного доменного шлака.
Шлакопортландцемент эффективен для бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся тепло- влажностной обработке, а также в наземных, подземных и подводных сооружениях.
Пластифицированный портландцемент (ППЦ) готовят совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, гипса и гидрофильной поверхностно-активной добавки (ПАВ). В качестве ПАВ применяют концентраты сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ) в количестве 15—25 % массы цемента. При расчетном со- 14 держании в клинкере 55—65 % C3S и менее 8 % С3А при обычной дозировке гипса и СДБ достигается снижение водоцементного отношения, повышаются удобоуклады- ваемость, морозостойкость и водонепроницаемость растворных и бетонных смесей на пластифицированном порт-ландцементе.
ППЦ имеет те же марки, что и портландцемент: 400, 500, 550 и 600. Его широко применяют в гидротехническом, дорожном и аэродромном строительстве.
Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают тонким измельчением портландцементного клинкера совместно с гидрофобизирующей поверхностно-активной добавкой и гипсом. В качестве гидрофобизирующей ПАВ применяют мылонафт, асидол-мылонафт, олеиновую кислоту или окисленный петролатум в количестве 0,06— 0,3 %.
Гидрофобный портландцемент пластифицирует бетонные и растворные смеси, повышает морозостойкость и водонепроницаемость бетона. Он обладает пониженной (по сравнению с портландцементом) гигроскопичностью, лучше сохраняет свою активность при хранении и перевозках.
ГПЦ выпускают тех же марок, что и портландцемент. Из него изготовляют бетоны для гидротехнического, дорожного и аэродромного строительства, а также бетонные и растворные смеси, транспортируемые иа большие расстояния.
Белый портландцемент (БПЦ) по ГОСТ 965—78 получают тонким измельчением белого маложелезистого клинкера и минеральных добавок. Содержание активных минералов в клинкере белого портландцемента в среднем составляет, %: CsS —51—60, С3А — 12—15. Количество MgO в клинкере не должно превышать 4 % по массе, S03 в БПЦ не более 3,5 %. При помоле допускается введение стандартизированных поверхностно-активных пластифицирующих и гидрофобизирующих добавок (не более 0,5 % по массе цемента), не снижающих белизну цемента. По степени белизны цемент подразделяют на три сорта. Степень белизны цемента, определяемая по коэффициентам отражения в % абсолютной шкалы, должна быть для I сорта не менее 80, для II — 75 и III — не менее 68; минеральных добавок — инертных 80 и ак* тивных 75.
Белый портландцемент выпускается марок 400 и 50Л Цветной портландцемент (ЦПЦ) изготовляют col вместным тонким измельчением белого и цветного порт! ландцементного клинкера, минеральных и органически! красителей, гипса и активной минеральной добавки. I По ГОСТ 15825—80 ЦПЦ должен содержать не ме| нее 80 % клинкера, не более 6 7о диатомита и не болеД 15 % минерального синтетического или природного пигі мента или не более 0,5 % органического пигмента. До! пускается введение пластифицирующих или гидрофоби! зирующих добавок в количестве не более 0,3 % по массе цемента в пересчете на сухое вещество.
Цветной портландцемент выпускают марок 300, 40<1 и 500. ]
Белый и цветной портландцемента применяют для архитектурно-отделочных работ в жилищном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве.
Портландцемент, применяемый для изготовления до-рожного бетона (ГОСТ 8424—72 с изм.), имеет следую-1 щий минералогический состав, %: C3S — 65—75, C2S — 10—15, С3А— 4—5, C4AF—15—20. Для повышения морозостойкости и деформативной способности в дорожный портландцемент при помоле вводят гидрофобно-пла- стифицирующие добавки. Допускается добавка гранулированного доменного шлака в количестве не более 15 °/о массы цемента.
Портландцемент для устройства однослойных и двух-слойных дорожных покрытий должен быть не ниже марки 400, а для оснований капитальных усовершенствованных покрытий марки не ниже 300.
Портландцемент для производства асбестоцементных изделий (ГОСТ 9835—77) получают на основе клинкера с повышенным содержанием C3S (до 60%), ограниченным количеством С3А (3—8%), растворимых солей и оксида железа (менее 1 %)• Введение минеральных добавок в этот вид цемента не допускается. По показателям прочности портландцемент выпускают марок 400 и 500.
Глиноземистый цемент приготовляют тонким измель-чением обожженной до спекания сырьевой смеси бокситов и известняка с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Важнейшим клинкерным минералом глиноземистого цемента является моноалюминат кальция (Са0-А1203). Кроме того, в его состав входят минералы 12Са0-7А1203 (5Са0-ЗА1203) и Са0-2А1203.
Свойства глиноземистого цемента регламентированы ГОСТ 969—77, в частности, сроки схватывания: начало схватывания — не ранее 30 мин, конец схватывания — не позднее 12 ч от начала затворения. Глиноземистый цемент — быстротвердеющее, но не быстросхватываю- щее вещество. Марки цемента устанавливаются по результатам испытания образцов 3-суточного возраста и составляют 400, 500 и 600. При твердении глиноземистого цемента выделяется большое количество теплоты, тепловыделение его примерно в 1,5 раза больше, чем у портландцемента.
С учетом специфических свойств и высокой стоимости глиноземистый цемент используют для получения быстротвердеющих, а также жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, его применяют для приготовления расширяющихся цементов. Глиноземистый цемент рекомендуется при возведении бетонных конструкций, требующих быстрого ввода в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин.
Тампонажные цементы (ГОСТ 25597—83) по виду клинкера подразделяют на тампонажные цементы на основе портландцементного клинкера, на основе глиноземистого клинкера и бесклинкерные. По вещественному составу различают тампонажные портландцемента бездобавочные, с минеральными добавками, со социальными добавками, регулирующими свойства цемента.
Тампонажный портландцемент (ТПЦ) по ГОСТ 1581—78 изготовляют тонким измельчением портландцементного клинкера, гипса и добавок (или без добавок). Различают следующие разновидности тампонажного портландцемента: утяжеленный, песчанистый, солестойкий и низкогигроскопичный.
В зависимости от условий эксплуатации нефтяных и газовых скважин тампонажные портландцемента подразделяют на портландцемента для холодных скважин, испытываемые при температуре 22±2 °С, и портландцемента для горячих скважин, испытываемые при температуре 75±3 °С.
Стандартом регламентированы жесткие пределы сроков схватывания: начало — не ранее 2 ч для цементов, применяемых в холодных скважинах, и не ранее 1 ч 4b мин в горячих скважинах; конец схватывания после затворения должен наступать в цементе для холодных скважин не позднее 10 ч и в цементе для горячих скважин не позднее 5 ч. Предел прочности при изгибе образцов из цементного теста для холодных скважин должен быть не менее 2,7 МПа через 2 сут и не менее 3,5 МПа через 1 сут для горячих скважин.
К тампонажным цементам предъявляются такие же требования в отношении допустимого содержания S03 и MgO, а также по тонкости помола и равномерности изменения объема, что и к портландцементу.
В клинкере тампонажного портландцемента для холодных скважин должно быть активных минералов в сумме (C3S+C3A) около 60 % и гипса —3—3,5 % (в пересчете на SO3). Допускается при измельчении клинкера добавлять гранулированный доменный шлак (не более 20 %), активные минеральные (не более 12 %) или инертные добавки (не более 10%)—кварцевый или кристаллический песок.
В целях замедления схватывания тампонажный порт-ландцемент для горячих скважин должен быть преимущественно низкоалюминатным. Выпускаются тампонажные портландцементы, содержащие 3—4 % СзА и пригодные как для холодных, так и для горячих скважин.
Расширяющиеся цементы представляют собой быст- росхватывающиеся и быстротвердеющие гидравлические вяжущие вещества, способные в процессе твердения рас-ширяться в объеме. Расширение цементного камня происходит в результате образования в процессе твердения цемента трехсульфатного гидросульфоалюмината кальция ЗСа0-А1203-ЗСа04-(31—32) Н20.
Расширяющиеся цементы изготовляют, главным образом, на основе глиноземистого и портландцементного клинкера путем тонкого помола со специальными добавками. Цементы этого вида применяют для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов и растворов, для заделки стыков сборных бетонных и железобетонных конструкций, омоноличивания конструкций и т. д.
Цемент глиноземистый расширяющийся (ГГРЦ) по ГОСТ 11052—74 — смесь тонко измельченных высокоглиноземистых доменных шлаков и природного гипса в соотношении 0,7 : 0,3 по массе. Для замедления сроков схватывания допускается введение 1 % замедлителей схватывания (бура, СДБ и др.), а также до 1 % специальных добавок для облегчения помола. Количество S03 в цементе должно не превышать 17 %. ГГРЦ характеризуется началом схватывания не ранее 10 мин и концом схватывания не позднее 4 ч от начала затворения.
Линейное расширение цемента при погружении в воду через 1 ч после конца схватывания должно составлять не менее 0,1 % и не более 0,6 через 3 сут твердения. Прочность при сжатии 28 МПа через 3 сут. Водонепроницаемость раствора 1 :2 при В/Ц=0,3 через 1 сут дол- жна достигаться при постоянном рабочем давлении.
Напрягающий цемент (НЦ) отличается от расширяющихся цементов тем, что не содержит гидравлические добавки, обладает повышенной расширяемостью, водо- газо- и бензонепроницаемостью.
НЦ получают путем тонкого измельчения смеси, состоящей из портландцемента (65%). глиноземистого шлака (20 %) и гипса (15 %). Удельная поверхность его не менее 3500 см2/г.
В зависимости от размера достигаемого самонапряжения НЦ (ТУ 21-20-18-80) разделяют на напрягающий цемент с малой энергией самонапряжения — не менее 2 МПа (НЦ-20), со средней энергией самонапряжеиия— 4 МПа (НЦ-40), с высокой энергией самонапряжения — 6 МПа (НЦ-60) (последний находится в стадии промышленного освоения). Начало схватывания НЦ должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позже 4 ч после затворения. Для замедления сроков схватывания допускается введение СДБ, декстрина, борной кислоты и др. Предел прочности для НЦ-20 и НЦ-40 при сжатии через 1 сут 15 МПа, через 28 сут — 50 МПа; при изгибе через 28 сут — 6 МПа. Линейное расширение через 28 сут должно быть для НЦ-20 не более 2 и для НЦ-40 не более 2,5 %.
Наиболее целесообразен для изготовления НЦ портландцементный клинкер с содержанием C3S 55—62 %, С3А 10 % и СаОсвоб до 5 %. В качестве алюминатного компонента рекомендуются глиноземистые шлаки, содержащие СА, С12А7, САг. Для увеличения самонапряжения добавляют 2 % извести (по массе цемента) с учетом содержания СаОсвоб в клинкере.
Напрягающий цемент применяют для подземных, подводных напорных сооружений (резервуары, трубы и Др.), железобетонных конструкций, подверженных предварительному напряжению (самонапряжению)', а такж в дорожном и аэродромном строительстве.
