Виды цемента
Цемент – это неорганическое строительное вяжущее вещество, которое при разведении водой образует пластичный строительный материал, а после затвердевания превращается в камнеподобное тело. Смеси на основе песка и цемента применяются повсеместно при строительстве зданий и сооружений любого назначения.
Современная строительная индустрия производит множество видов цементно-песчаных смесей, которые, имея такую широкую сферу применения, давно подверглись систематизации и классификации.
Классификация
Цементы классифицируются:
– по назначению;
– по типу клинкера;
– по прочности на сжатие;
– по скорости отвердевания;
– по сроку схватывания.
Назначение цементов
Как уже говорилось выше, цементы – это самые распространённые в строительной сфере связующие вещества.
Они используются:
– как основа строительных растворов для кирпичной и каменной кладок;
– для приготовления отделочной штукатурной песчано-цементной смеси;
– для производства железобетонных изделий;
– для производства синтетического камня;
– для возведения монолитных сооружений и элементов конструкций, фундаментов.
По назначению цемент делится на общестроительный и специальный.
Общестроительная цементная смесь состоит из ? известняка и ? глины. Клинкер общестроительного цемента преимущественно состоит из оксида кальция. При добавлении воды в растворе начинается химическая реакция гидратации. Её результатом является образование прочного гидроксида кальция.
Специальные цементы предназначены для определённых видов работ и отличаются от общестроительного цемента наличием в смеси присадок, которые придают смеси особые качества, например:
– быстрое отвердевание;
– влагостойкость;
– морозостойкость;
– большую прочность;
– меньшую усадку и тому подобное.
Клинкеры
Основным полуфабрикатом цемента является клинкер. Это обожжённая при температуре ~1500 °С смесь извести и глины.
Когда смесь остывает её перемалываю до порошкообразного состояния.
Тип клинкера определяется исходя из состава смеси, в которую помимо основных компонентов, входят дополнительные модифицирующие добавки. Их подмешивают в смесь на завершающих этапах производства.
Свойства цемента, в основном, определяются составом клинкера.
По виду клинкера цементы делятся на:
– портландцемент;
– глиноземистый цемент;
– сульфатостойкий портландцемент.
Портландцемент и его виды
Портландцемент – это универсальный строительный вяжущий материал, который широко применяется при общестроительных работах и при производстве железобетонных конструкций. Как правило, смесь на основе портландцемента содержит различные минеральные компоненты.
Для производства портландцемента используется цементный клинкер, гипс и прочие добавки в небольшом количестве. Доля гипса в смеси составляет от 1,5 до 3,5%. Добавление гипса служит для продления времени схватывания раствора.
Портландцементный клинкер производится на основе известняка и глины, но также может содержать:
– мергель;
– доменный шлак;
– прочие компоненты.
В зависимости от состава портландцементы делятся на пять категорий:
– тип I – цементная смесь без добавок. Применяется для общестроительных нужд и для изготовления железобетонных конструкций, предназначенных для наземной, подземной и подводной эксплуатации;
– тип II/A и II/B – смеси с массовой долей добавок от 6 до 20% и от 21 до 35% соответственно. Предназначены для создания монолитных конструкций из бетона с армированием и без;
– тип III – портландцемент в смеси с доменным шлаком в соотношениях от 64:36 до 65:35. Кроме доменных шлаков могут применяться топливные и электротермофосфорные. Данная смесь неприменима для бетонов, предназначенных для эксплуатации в низкотемпературных условиях, но хорошо подходят для сооружения монолитных конструкций в условиях повышенной влажности;
– тип IV – смесь портландцемента и пуццолана – пепла, пемзы и туфа. Содержание этих вулканических продуктов в смеси составляет от 21 до 35%. Смесь хорошо подходит для сооружения подземных или подводных конструкций, но не применяется в условиях низких температур;
– тип V – композитная смесь, полученная путём соединения портландцементного клинкера и добавок к нему: шлака, пуццолана или летучей золы. Массовая доля добавок в смеси составляет от 22 до 60%.
Глиноземистый цемент
Глиноземистый цемент – это быстротвердеющий строительный раствор. Он применяется для изготовления конструкций, требующих высокой плотности строительного материала и повышенного сопротивления влаге.
При протекании химических реакций во время затвердевания смеси на основе глиноземистого цемента выделяется большое количества тепла.
Конструкции из такого состава отличаются очень высокими показателями огнеупорности и химической стойкости.
Клинкер глиноземистого цемента состоит из обожжённой смеси известняка и бокситов.
Сульфатостойкий портландцемент
Сульфатостойкий портландцемент – это специальная строительная смесь, предназначенная для изготовления конструкций, требующих повышенной влагостойкости.
В такой смеси понижено содержание трёхкальциевого алюмината и повышено содержание трёхкльциевого силиката, поэтому при контакте с водой, содержащей большое количество растворённых сульфатов, образования гидросульфоалюмината кальция в больших количествах не происходит. Это предотвращает растрескивание материала из-за внутренних напряжений, вызванных увеличением в объёме частиц гидросульфоалюминита кальция.
Прочность на сжатие
Цемент считается полностью затвердевшим, когда показатель его твёрдости достигает 98% от максимального значения. Как правило, достаточно 28 суток для достижения этого показателя.
Прочность цемента определяется по результатам лабораторных испытаний.
Цементы по прочности делятся четыре класса в соответствии с ГОСТ 30515-2013. Прочность материалов измеряется в МПа. Таким образом в соответствии с нормативной документацией выделяется четыре класса прочности цементов: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.
ГОСТ 30515-2013 допускает введение дополнительных классов прочности для отдельных видов цементных смесях, при условии, что это будет отражено в технической документации изделия.
Наиболее распространённой сегодня является классификация, которая была утверждена ГОСТом 10178-85. Несмотря на то, что этот документ является устаревшим, классификация применяется до сих пор.
Классификационный шифр по ГОСТ 10178-85 состоит из букв и цифр. Цифровая часть может принимать значения от 100 до 700 с шагом в 100 единиц. Чем выше это значение, тем выше прочность материала.
Например, классу цемента 22,5 соответствует марка М300, что означает, что спустя 28 суток после замешивания смеси, бетонное изделие приобретёт минимальную прочность 225 МПа.
Скорость отвердевания
Бетонную конструкцию, с армированием или без, можно начинать эксплуатировать только после набора прочности.
По скорости отвердевания цементы делятся на:
– нормальноотвердевающие (маркируются буквой «Н») – набирают полную максимальную прочность за один месяц;
– быстроотвердевающие (маркируются буквой «Б») – приобретают значительную прочность за первые трое суток. Полная прочность набирается за 28 суток;
– особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ) – набирает значительную прочность в первые сутки с момента приготовления строительного раствора;
– медленноотвердевающие цементы (маркируются буквой «М») – набирают начальную твёрдость к седьмым суткам с момента замешивания раствора и достигают максимальной прочности на 28 сутки. Применяются там, где скорость набора прочности значения не имеет. По прочностным характеристикам значительно уступают цементам с нормальным временем отвердевания.
Сроки схватывания
Незамедлительно после приготовления цементного раствора в нём начинается химическая реакция гидратации, во время которой образуются твёрдые продукты реакции и выделяется тепло.
Этот процесс достаточно длительный и сильно зависит от состава цементной смеси, его физических характеристик и параметров окружающей среды.
Время схватывания цементной смеси может регулироваться путём введения в неё различных модификаторов.
При температуре воздуха меньше +5 °С реакция гидратации останавливается, поэтому при работе с цементными смесями в холодное время года их необходимо согревать.
По срокам схватывания цементы разделяют на:
– медленносхватывающиеся – начальное отвердевание происходит не ранее, чем через 2 часа после замешивания раствора;
– нормальносхватывающиеся – начальное отвердевание происходит уже через 45 минут;
– быстросхватывающиеся – начальное отвердевание происходит менее, чем через 45 минут после замешивания цементной смеси.
Государственный стандарт 30515-2013 допускает отклонение нормативного времени схватывания для первых двух категорий на ± 15 минут и на ± 5 минут для третьей категории.
Маркировка
Маркировка цемента наносится на мешки, в которые он упакован. Как правило, такие мешки изготавливаются из плотной бумаги.
Регламентируется маркировка цементов государственными стандартами 10178-85 и 30515-2013.
В соответствии с этими документами маркировка должна содержать:
– сокращённое название материала (ПЦ – портландцемент; БЦ – цемент белый; ШПЦ – шлакопортландцемент);
– марка прочности (буква «М» и цифровое обозначение прочности на сжатие в кгс/см2);
– сведения о дополнительных примесях (буква «Д» и цифровое значение, отражающее количество примесей в процентах к общей массе смеси);
– особые качества вяжущего вещества (ГФ – цементная смесь с гидрофобными свойствами; ПЛ – пластифицированная цементная смесь);
– нормативный документ, регламентирующий производственный процесс цементной смеси.
ГОСТ 30515-2013 требует указывать на упаковке:
– полное наименование стройматериала;
– буквенно-цифровой код, характеризующий состав;
– группу смеси и коды присадок;
– класс прочности;
– ссылку на нормативный документ, регламентирующий производство цемента.