Вяжущие вещества

Для приготовления бетона строительных конструкций наиболее широко используют неорганические вяжущие вещества. Эти вещества при смешивании с водой под влиянием внутренних физико-химических процессов способны схватываться (переходить из жидкого или тестообразного состояния в камневидное) и твердеть (постепенно увеличивать свою прочность).

    Наиболее широкое применение в производстве бетона получил портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее на воздухе и в воде. Его получают тонким помолом клинкера с соответствующими добавками. Клинкер – спекшаяся сырьевая смесь известняка и глины в виде зерен размером до 40 мм. Технология получения портландцемента в основном сводится к следующим операциям: изготовление сырьевой смеси надлежащего состава, ее обжига до спекания (1200-1450 С) и помола. Для регулирования сроков схватывания при помоле к клинкеру добавляют 1,5…3,5% гипса от массы цемента. Портландцемент выпускают без добавок или с активными минеральными добавками в количестве до 20 %.

    Портландцемент по прочности при сжатии в 28-суточном возрасте подразделяют на марки:400, 500, 550 и 600.

    Условное обозначение цемента состоит из:

- обозначения вида цемента – ПЦ (портландцемент), ШПЦ (шлакопортландцемент);

- марки цемента (400, 500, 550 или 600);

- обозначения максимального содержания добавок:

    Д0 – добавки не допускаются

    Д5 – количество добавок не более 5%

    Д20 – количество добавок от 5 до 20%

- обозначение быстротвердеющего цемента – Б;

- обозначение пластификации и гидрофобизации цемента – ПЛ и ГФ соответственно;

- обозначение цемента, полученного на основе клинкера нормированного состава – Н.

    Пример условного обозначения портландцемента марки 400, с добавками до 20%, быстротвердеющего, пластифицированного:

ПЦ 400 – Д20 – Б – ПЛ – ГОСТ 10178

    Портландцемент должен удовлетворять следующим основным требованиям:

- цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде;

- начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин., а конец - не позднее 10 часов от начала затворения;

- тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТу 3584 проходило не менее 85 %;

- подвижность цементно – песчаного раствора состава 1 : 3 из пластифицированных цементов должна быть такой, чтобы при водо – цементном отношении, равном 0,4, расплыв стандартного конуса был не менее 125 мм.;

- гидрофобный цемент не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин от момента нанесения капли воды на поверхность цемента.

    Для цемента дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных шпал и т.п. должен применяться цемент, изготовленный на основе клинкера нормированного состава с содержанием трехкальциевого алюмината (СаА) в количестве не более 8% по массе. Для этих изделий по согласованию с потребителем должен поставляться цемент следующих марок:

ПЦ 400 – Д0 – Н,   ПЦ 500 – Д0 – Н

    Коэффициент вариации предела прочности цемента при сжатии в возрасте 28 суток, рассчитанный по результатам испытаний за квартал, не должен быть более 7%.

    Изготовитель гарантирует качество цемента обычных марок в течение 60 суток после отгрузки.

    Основное свойство, характеризующее качество любого цемента,  - его прочность (марка). Марка цемента соответствует пределу прочности при сжатии половинок балочек 4*4*16 см из раствора 1:3 по массе с нормальным вольским песком, твердевших 28 суток в воде при температуре 20 +( - ) 2⁰ С (первые сутки после изготовления до распалубки образцы твердеют во влажном воздухе). Растворная смесь должна иметь расплыв конуса на встряхивающем столике 106…115 мм. Если расплыв меньше, В/Ц увеличивают, если расплыв больше, что может быть у высокопрочных цементов, то В/Ц уменьшают.

    Действительную прочность цемента называют его активностью. Например, если прочность контрольных образцов окажется 44 МПа, то его активность будет – 44 МПа, а марка – 400. При проектировании состава бетона лучше использовать активность цемента, т.к. это обеспечивает более точные результаты и экономию цемента. Повышение прочности цемента на 1 МПа приводит к снижению расхода цемента на 2…5 кг/м3, причем более заметное снижение наблюдается в высокопрочных бетонах.

    Прочность бетонов высоких марок нарастает быстрее, чем у цементов низких марок. Например, прочность цемента марки 500 уже через 3 суток составляет 20…25 МПа (около 50% от 28 суточной), поэтому цементы высоких марок являются не только высокопрочными, но и до известной степени быстротвердеющими.

    Помимо требований прочности, к цементам предъявляются такие важные требования, как нормальная густота и  сроки схватывания.

    Нормальной густотой называют то содержание воды в %, которое необходимо добавлять к цементу, чтобы получить определенную консистенцию цементного теста. Нормальная густота портландцементов составляет 22…27%, пуццолановых портландцементов – 30 % и более. Нормальная густота увеличивается при введении в цемент при помоле тонкомолотых добавок. Наименьшую нормальную густоту имеют чисто клинкерные цементы.

    Нормальная густота цемента значительно влияет на реологические свойства бетонной смеси. Чем меньше НГЦ, тем меньше водопотребность бетонной смеси. Сокращение расхода воды в свою очередь приводит к уменьшению расхода цемента (при подборе бетонной смеси В/Ц – const).Поэтому в бетонах желательно применять цементы с пониженной нормальной густотой.

    Сроки схватывания цемента, определяемые на специальном приборе по глубине проникания иглы в цементное тесто, характеризуют начало и конец процесса превращения материала в твердое тело. Как уже указывалось выше. Сроки схватывания при температуре 20⁰ С лежат в пределах 45 мин…10 часов. В действительности начало схватывания цемента наступает через 1…2 часа, а конец 5..8 часов. Сроки схватывания можно регулировать путем добавления в бетонную смесь при ее приготовлении различных химических добавок. Например, хлористый кальций ускоряет схватывание цемента, а сульфитно-спиртовая бражка – замедляет.

    Вид цемента ориентировочно можно описать по цвету:

- портландцемент – серовато-зеленый;

- пуццолановый портландцемент – светло-серый или желтый;

- шлакопортландцемент – серый с голубым оттенком;

- глиноземистый цемент – темно-серый, стальной без зеленого оттенка или коричнево-шоколадный.

    Наличие доменного шлака проверяется с помощью магнита (шлак имеет включения железа).

    При расчете состава бетона из портландцемента без добавок применяются следующие данный:

- истинная плотность 3, 1 Г/см3

- насыпная плотность – 1,3 Г/см3

   В процессе хранения цемент теряет свою активность. Как указывалось выше, изготовитель гарантирует марку бетона по прочности в течение 2 мес.

   При хранении в нормальных условиях цемент теряет прочность до:

- 20% при хранении 3 мес.;

-30% при хранении 6 мес.;

- 40% при хранении 12 мес.

    При использовании в производстве лежалого цемента увеличивают в 2…4 раза время перемешивания бетонной смеси, вводят добавки – ускорители твердения.

    Для получения бетона необходимого класса рекомендуется следующие марки цемента и его расход:

*- марка бетона определена по формуле:

R^ср_б = В/0,778