Высокопрочные портландцементы

Высокопрочные портландцементы - цементы на основе портландцементного клинкера, обеспечивающие получение в нормальных условиях твердения значения предела прочности при сжатии стандартных образцов в возрасте 28 суток твердения, превышающие 50 МПа, что соответствует марке 500 и выше (ГОСТ 10178) или классу прочности 52,5 и выше (ГОСТ 30515).

Такая оценка цементов по прочности достаточно условна: она характеризует только потенциальную способность цемента образовывать высокопрочный камень (раствор, бетон). Следует иметь в виду, что прямая зависимость прочности раствора и бетона от значения прочности (активности) цемента наблюдается только при особых условиях. Кроме активности цемента, прочность искусственного камня зависит от многих факторов: содержания, вида и свойств заполнителей, значения В/Ц и др., и, например, на основе цемента марки 500 может быть приготовлен бетон как марки 200, так и марки 700.

Высокопрочные портландцементы чаще всего являются бездобавочными, или содержат небольшое количество активной гидравлической добавки (5-7%). Условия получения таких цементов: нормирование минералогического состава клинкера (применение алитово-алюминатных клинкеров), обеспечение высокой удельной поверхности цемента (450 мг/кг и более), обеспечение оптимального гранулометрического состава, получение клинкеров определённого структурного типа и др.

Высокопрочные цементы, характеризующиеся активностью, превышающей нормированные показатели (например, по ГОСТ 10178), могут выпускаться производителем цемента по техническим условиям (ТУ), в соответствии с которыми может предусматриваться выпуск цементов марок 700 и выше.

Свойства высокопрочных портландцементе в отличаются от свойств рядовых портландцементов; помимо более высокой прочности в 28 суток, в большинстве случаев такие цементы характеризуются более высокой прочностью в ранние сроки твердения, быстрым темпом набора прочности, а также, при правильном подборе состава растворов и бетонов, более высокой морозостойкостью, коррозионной устойчивостью, низкой водопроницаемостью. Для высокопрочных цементов (500, 550 и 600) по ГОСТ 10178 прочность в ранние сроки твердения не нормируется, однако в проектах стандартов, приближённых к европейским нормам (ГОСТ 31108-2003), для них нормируется значение прочности в ранние сроки твердения (2 или 7 сут.). Цементы, характеризующиеся более высокой ранней прочностью, чем это предусмотрено для рядовых цементов, относят к быстротвердеющим.

Пуццолановый портландцемент

Пуццолановый портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, продукт совместного размола портландцементного клинкера гипса и активной минеральной пуццолановой добавки или смешения тех же раздельно размолотых компонентов.

Высокая коррозионная стойкость цементного камня на пуццолановом портландцементе к действию пресных и минерализованных вод, в том числе к сульфатной коррозии, явились основой для отнесения этого цемента к группе «сульфатостойких» - ГОСТ 22266. Содержание пуццолановой добавки в таком цементе находится в пределах 20-40%. При твердении пуццолановых портландцементов цементный камень характеризуется низким содержанием Са(ОН) 2 и пониженной основностью цементного геля.

Пуццолановые портландцементы характеризуются несколько более низкой, чем у портландцемента, плотностью (2,7-2,9 г/см3), повышенной нормальной густотой цементного теста (30% и более), замедленной скоростью твердения в начальные сроки, особенно при низких положительных температурах (< +10°С), низким тепловыделением при твердении, пониженной морозостойкостью, повышенными усадочными деформациями при высыхании.

Основные области применения пуццолановых портландцементов - подземные и подводные конструкции, подвергающиеся действию пресных и минерализованных вод, в том числе сульфатных: плотины, шлюзы, каналы, туннели, фундаменты и подвалы промышленных и гражданских зданий. Ограничения использования такого цемента распространяются на сооружения, находящиеся в зоне переменного воздействия воды, и подвергающиеся попеременному увлажнению-высыханию и замораживанию-оттаиванию.

Цветные портландцементы

Цветные портландцементы - цементы, получаемые совместным размолом белого портландцементного клинкера, гипса, минеральных или органических пигментов и активных минеральных добавок.

Цемент, выпускаемый по ГОСТ 15825, соответствует цветам: красному, жёлтому, зелёному, голубому, розовому, коричневому и чёрному, для производства которых используются природные и искусственные пигменты: минеральные, а для голубого и зелёного цветов - щелочестойкие органические по соответствующей нормативной документации. Содержание пигмента в цветных цементах ограничивается 15% для минеральных и 0,5% - для органических пигментов. Суммарное содержание пигментов и активных добавок в цементе не должно превышать 20%. Кроме цвета, светостойкости и щелочестойкости, для цветных цементов определяют уровень строительно-технических свойств. Цветные цементы по ГОСТ 15825 выпускают марок 300, 400 и 500. По уровню строительно-технических свойств эти цементы соответствуют рядовым портландцементам тех же марок.

Цветные цементы, выпускаемые производителями по техническим условиям, характеризуются более широкой цветовой гаммой и получают их, как правило, не путём совместного размола белых клинкеров с пигментами, а смешением готового белого портландцемента и пигментов. Основным условием производства таких цементов является обеспечение тщательной диспергации пигмента при смешении компонентов.

Цветные цементы при производстве сухих смесей применяют для производства цветных затирок для укладки облицовочных плиток, цветных цементных декоративных растворных и бетонных смесей, штукатурок, шпатлёвок. Применение цветных цементов при производстве сухих смесей предпочтительнее использования в качестве компонентов сухих смесей белых цементов и пигментов с позиций обеспечения лучшего диспергирования пигмента в сухой смеси.

Гидратация портландцемента

Твердение портландцемента, т. е. его последовательное превращение после смешивания с водой (затворения) в начале в пластичное тесто, затем потеря тестом пластичности (схватывание) и его последующее твердение (формирование искусственного камня) является сложным и многостадийным физико-химическим процессом, основанным на химическом взаимодействии фазовых составляющих цемента и воды (гидратации цемента). В ходе гидратации цемента безводные клинкерные минералы - силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция превращаются в соответствующие кристаллогидраты - гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты кальция, гидроксид кальция. Например, гидратация основной фазы портландцемента - алита, являющегося носителем основных свойств и определённым «символом» портландцемента, происходит по следующей условной схеме реакции гидролитического разложения:

2Ca3SiO5 + 6Н2О -> Ca3Si2O*3H2O + ЗСа(ОН)2.

При обычных условиях твердения -70% C3S гидратируется за 28 сут., а полная гидратация этой фазовой составляющей цемента может наступить за 1 год и более. По аналогичной схеме гидратируется второй силикат портландцемента - белит (СЭ5), однако, его гидратация протекает медленнее (степень гидратации за 28 сут. -30%), и в результате гидролиза образуется меньшее количество гидроксида кальция (СН). Продуктами реакций гидратации являются слабозакристаллизованные (почти аморфные) гидросиликаты кальция, обладающие свойствами геля, и гидроксид кальция (СН). Гидросиликаты кальция (аморфные или слабозакристаллизованные), образующиеся при гидратации C2S и C3S, фактически не соответствуют какому-либо определённому соединению, а имеют обширную область составов, обозначаемую общим понятием - гель С-S-H. Поскольку портландцемент полиминерален и, кроме силикатов кальция, содержит алюминатные, ферритные и сульфатные фазы, реальные продукты гидратации цемента ещё более сложны, они представляют собой тонкую смесь C-S-H геля с продуктами гидратации и взаимодействия алюминатных, ферритных и сульфатных фаз (фазы AFm и AFt). Иногда продукты гидратации цемента обобщают и называют цементным гелем, хотя фактически, кроме действительно слабозакристаллизованных (гелевидных) гидросиликатных и гидроалюминатных фаз, они включают достаточно крупные кристаллы портландита Са(ОН)2.