Разновидности портландцемента

При получении цементов с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути:

1.     регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера;

2.     регулирование тонкости помола и зернового состава цемента (влияют на скорость твердения, прочность, тепловыделение и др. свойства);

3.     введение в состав цемента минеральных и органических добавок.

Существует более 70 разновидностей портландцемента. Приведу наиболее часто встречающиеся разновидности портландцемента и их краткую характеристику и особенности.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обычного портландцемента более интенсивным набором прочности в первые 3 суток твердения. Согласно требованиям стандартов  БТЦ М400 должен иметь через 3 суток твердения в нормальных условиях предел прочности при сжатии не менее 24,5 МПа, а БТЦ М500 — не менее 27,5 МПа. В дальнейшем рост прочности замедляется ,и к 28 сут прочность БТЦ такая же, как обычного портландцемента М400 и 500.

Быстрое твердение БТЦ достигается повышенным содержанием в клинкере активных минералов (содержание C₃S+С₃А составляет 60...65%) и более тонкого помола цемента (удельная поверхность 3500...4000 см²/г). При помоле БТЦ допускается введение активных минеральных добавок осадочного происхождения (не 'более 10 %) или доменных гранулированных шлаков (до 20 % от массы цемента).

Разновидностью быстротвердеющего цемента является особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ), который характеризуется не только большой скоростью твердения в начальный период, но и высокой маркой (М600...700). Его изготовляют тонким измельчением клинкера, содержащего C₃S 65...68 % и С₃А не более 8 %, совместно с добавкой гипса, до удельной поверхности 4000...4500 см²/г и более. Введение минеральных добавок не допускается.

Разработан также сверхбыстротвердеющий цемент (СБТЦ) специального минерального состава, который обеспечивает интенсивное нарастание прочности уже в первые сутки его твердения (через 6 часов — 10 МПа).

Интенсивность роста прочности бетона на быстротвердеющих цементах возрастает в условиях тепловлажностной обработки изделий при температуре 70...80°С. При этом через 4...6 ч удается получить изделия с прочностью, соответствующей 70...80 % 28-суточной.

Быстротвердеющие портландцемента целесообразно применять при массовом производстве сборных железо бетонных изделий, а также при зимних бетонных работах. Их применение дает возможность сократить расход цемента, длительность тепловлажностной обработки или даже отказаться от нее, тем самым увеличить оборот форм и сэкономить металл. Нельзя применять такие цементы для бетонов массивных конструкций и подвергающихся сульфоалюминатной коррозии.

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) отличается от обычного портландцемента не только более высокой стойкостью к сульфатной коррозии, но и пониженной экзотермией при твердении и повышенной морозотойкостью. Клинкер для изготовления СПЦ должен содержать не более 50 % C₃S, не выше 5 % С₃А и не более 22 % C₃A+C₄AF. Сульфатостойкий портландцемент вы пускают М400. Его целесообразно применять в тех случаях, когда одновременно требуется высокая стойкость против воздействия сульфатных вод и попеременного замораживания и оттаивания, высыхания и увлажнения в пресной или слабоминерализованной воде.

Белый и цветные портландцементы — это декоративные вяжущие материалы, использование которых в строительстве позволяет улучшить эстетический вид зданий и сооружений при меньших затратах, чем с другими отделочными материалами.

Белый портландцемент получают путем измельчения белого клинкера совместно с добавками гипса и белого диатомита (до 6 %). Чтобы получить белый клинкер, не обходимо для приготовления сырьевой смеси применять карбонатные породы и глины с малым содержанием оксидов железа (до 0,4...0,5 %) и марганца (до 0,005...0,15 %). Для повышения белизны клинкера его подвергают отбеливанию, сущность которого заключается в восстановлении присутствующего в клинкере Fе₂O₃ до Fe₃O₄, обладающей малой красящей способностью.

Основным показателем качества белого цемента как декоративного материала является степень его белизны. По степени белизны белый портландцемент разделяют на три сорта (первый, второй и третий), а по прочности при сжатии — на марки М 400 и М 500.

Цветные цементы изготовляют путем совместного помола белого клинкера и свето- и щелочестойких пигментов или непосредственно из цветного цементного клинкера. Цветные клинкеры, по предложению П. И. Боженова, получают, вводя в сырьевые смеси небольшое количество (0,05...1%) оксидов некоторых металлов (кобальта— коричневый цвет, хрома — желто-зеленый, марганца — голубой и бархатно-черный и др.).

Портландцементы с органическими поверхностно-активными добавками получают путем совместного помола портландцементного клинкера, гипса и небольшого количества (0,1...0,3 % от массы цемента) добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ). Допускается по согласованию с потребителем выпускать не только портландцемент, но все цементы с поверхностно-активными добавками, не выделяя их в особый класс. Основное назначение добавок ПАВ сводится к повышению пластичности цементного теста, растворных и бетонных смесей при том же содержании в них воды, либо к снижению водопотребности смеси и расхода цемента при сохранении заданной подвижности и проектной прочности бетона. Вместе с тем ПАВ оказывают положительное влияние на формирование структуры цементного камня и способствуют повышению морозостойкости, водонепроницаемости и других свойств бетона, а также повышают производительность мельниц цементных заводов (на 10...15 %) при одновременном снижении рас хода электроэнергии.

Поверхностно-активные вещества в зависимости от их влияния на свойства цементов и цементного камня под разделяют на гидрофильно-пластифицирующие, повышающие смачиваемость цементного порошка водой, и гидрофобно-пластифицирующие, понижающие смачиваемость. В соответствии с этим портландцемента с гидрофильными добавками называют пластифицированными, а с гидрофобными добавками — гидрофобными.

Пластифицированный портландцемент получают при помоле клинкера с добавкой гидрофильно-пластифицирующих веществ (0,15...0,25 % массы цемента). В качестве такой добавки используют лигносульфонат технический (ЛСТ), который получают, как отход при сульфитной варке целлюлозы. ЛСТ состоит в основном из лигносульфонатов кальция. Адсорбируясь на поверхности зерен цемента, лигносульфонат кальция улучшает их смачивание водой. Образующиеся адсорбционно-гидратные слои воды обеспечивают гидродинамическую смазку зерен,   уменьшая трение между ними, и одновременно препятствуют их слипанию в хлопья (флокулы), благодаря чему повышается пластичность цементного теста, а следовательно, и бетонной смеси и их устойчивость к расслоению.   Другие свойства пластифицированного портландцемента (сроки схватывания, скорость твердения, прочность)  примерно те же, что и у обычных портландцементов. Применение пластифицированного портландцемента дает  возможность    снизить трудоемкость укладки    бетонной смеси, уменьшить расход цемента или (при том же расходе цемента и равной подвижности смеси) снизить водоцементное отношение и тем самым увеличить плотность, прочность, морозостойкость и водонепроницаемость   бетона. Этот цемент широко используют в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.

Гидрофобный портландцемент, предложенный М. И. Хигеровичем и Б. Г. Скрамтаевым, получают, вводя при помоле клинкера 0,1...0,3 % мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизирующих поверхностно-активных добавок.

Молекулы гидрофобизирующих веществ имеют асимметрично-полярное строение и состоят из полярной группы (например, СООН или COONa) и неполярной (углеводородного радикала). Эти молекулы в процессе помола адсорбируются на поверхности цементных зерен, ориентируясь полярной группой к поверхности цементного зерна, а углеводородным радикалом наружу, придавая цементу гидрофобные (водоотталкивающие) свойства. Поэтому гидрофобный цемент в отличие от обычного портландцемента при длительном хранении даже в очень влажных условиях не комкуется и сохраняет активность. Адсорбированные на поверхности цементных зерен весьма тонкие (практически в одну молекулу) гидрофобные пленки в процессе перемешивания смесей легко снимаются и не препятствуют нормальному течению процессов твердения цемента. Оставаясь в смеси, гидрофобизирующие вещества адсорбируются на поверхности новообразований, оказывая смазывающее действие и уменьшая трение между частицами смеси, вследствие чего повышаются ее пластичность и однородность. В затвердевшем цементном камне эти вещества располагаются на поверхности пор и капилляров камня и способствуют уменьшению водопоглощения и капиллярного подсоса. Благодаря указанным свойствам бетоны и растворы на гидрофобном цементе имеют более высокую водо- и морозостойкость и водонепроницаемость, чем бетоны на обычном цементе.

Гидрофобный цемент целесообразно использовать при изготовлении бетонов для гидротехнического, дорожного, аэродромного строительства, а также в случаях, когда цемент необходимо длительно хранить и перевозить на дальние расстояния.