Цемент. Классификация и маркировка.

Вот без чего не обойтись ни на одной стройке, так это без цемента. Значения не имеет, какой дом строится: деревянный или кирпичный. Разница лишь в его количестве. Фундамент нужен любому дому. А в кирпичном же вдобавок он идёт на кладку. При блочном же строительстве из него отливаются целые комнаты. А дорожное строительство? А защита от морской стихии? А отвод селевых потоков? А мосты и плотины через бурные реки? Выстрадан был этот строительный материал опытным путём в течение столетий, потому надёжен и имеет такое значение.

Предыстория

Как только человек начал строить жилище из камня, сразу же понадобилось средство, которое бы связывало эти камни. Поначалу это была просто глина. Но такие построики долговечностью не отличались, да и внешне здание выглядело непрезентабельно. Потом были замечены связующие свойства извести. Сначала это обнаружили древние греки и римляне, причём римляне обнаружили, что при добавлении в известь пуццолана (вулканического пепла) и трасса (затвердевшего пепла вулканов) высохшая кладка становится почти монолитной. На Руси из глинистых известняков получалась серая известь, схватывающаяся в сырой и влажной кладке. Практически и Рим, и Русь почти подошли опытным путём к изготовлению цемента: и в глинах и в пуццолане содержались оксиды железа и алюминия, которые в результате воздействия воды и извести подвергались процессу гидратации. Потом длительное время изменений в составе связующего средства не было (менялись лишь наполнители в растворах). И уж недавно в 1822- 1824 г .г. почти одновременно русский Челиев и шотландец Аспинд получили строительные смеси, близкие по составу к современным цементам. Причём шотландец додумался до получения клинкера и производства из него цемента. Название "портландцемент" также пошло из Англии, так как бетон из цеменда шотландца и цветом, и прочностью напоменал камень, добываемый в горах близ города Портланд.

Что такое цемент?

Сам собой в природе он нигде не образуется. И, слава Богу, иначе бы не видать нам песочка и травы, ходили бы по бетону. Это искусственный строительный материал, образующий при смешении с водой вяжущую пластичную массу. По прошествии времени масса затвердевает и становится камневидным телом, монолитом. От других вяжущих веществ цемент отличает то, что он набирает прочность и монолитность в условиях повышенной влажности и даже под водой. Если же взять воздушную известь или гипс в качестве вяжущих, то они затвердевают только на воздухе. Причина в том, что в бетоне цемент твердеет не столько благодаря испарению воды, сколько тем, что вода вступает в реакцию с цементом. При этом образуются только твёрдые или кристаллические вещества и выделяется тепло. Скорее всего, именно поэтому процесс смешивания цемента и воды называют затвором, а не растворением. Образование монолитной массы происходит в результате гидратации цемента. Поэтому, если дать бетону быстро высохнуть на солнце, его "порвёт", то есть он пойдёт трещинами и начнётся его разрушение. Чтобы этого не произошло, его смачивают до тех пор, пока бетон полностью не затвердеет.

Производство цемента

Для начала надо заготовить сырьё. Сырьем служат известняки. Наилучшие известняки для получения цемента ― это мергель, мел и известковые туфы. Доломиты и гипсы, хотя и являются известняками, качество цемента ухудшают. То есть, лучший цемент получается из мелкопористых известняков с отсутствием кремниевых включений. Известняк измельчают и тщательно смешивают с глиной. В получившейся смеси глины примерно четверть, остальное ― известняки. Это состав поступает в крутящуюся печь диаметром от 2 до 7 метров и длиной около 200 метров. В печи ― 1450°С, это "температура спекания", в это время частицы глины и известняка подплавляются и диффузируют друг в друга. Из печи состав выходит через 2-4 часа в виде спёкшихся комочков разной величины, это так называемый цементный клинкер. Далее клинкер измельчают до частиц величиной 1-100 мкм. При этом добавляется до 6% гипса, это нужно для предотвращения процесса схватывания цемента от влаги, находящейся в воздухе. Почему цемент так "торопится" схватиться от атмосферной влаги? Да просто поверхность слипания после помола очень велика: площадь поверхности частиц всего лишь одного грамма достигает 5000 см2. Добавляются ли другие минеральные добавки? Естественно, ведь цемент нужен и в фундаменте, и для кладки, и для перекрытий, нужен, к примеру, водоотталкивающий или быстро твердеющий цемент. Для получения разных свойств нужен разный состав, вот минеральные добавки и призваны для обеспечения тех или иных свойств.

Классификация цементов

Единой и всеобъемлющей классификации цемента, подобной периодической системе Менделеева или классификации растительного мира Карла Линнея, нет. Поэтому существует несколько классификаций, каждая из которых учитывает какую-то отдельную категорию признаков.

Например, существует классификация деления цементов по клинкеру , являющемуся основой их производства:

• - портландцементный клинкер;
• - высокоглиноземистый и глиноземистый клинкер;
• - сульфатоферритный клинкер;
• - сульфатоалюминатный клинкер.

По назначению цементы подразделяются на:

• - специальные;
• - общестроительные.

Некоторые классификации за основу берут вещественный состав . Тогда цементы подразделяются так:

• - цементы с минеральными добавками;
• - бездобавочные цементы.

Есть классификация, учитывающая прочность на сжатие:

• - цементы, где не учитывается прочность;
• - цементы с прочностью М600, М550, М500, М400, М300, М200.

Пара классификаций вообще учитывает временные отрезки. Одна, учитывающая скорость твердения делит цементы на:

• - нормальнотвердеющие;
• - быстротвердеющие.

Другая учитывает сроки схватывания:

• - быстросхватывающиеся (до 45 мин);
• - нормальносхватывающиеся (45 мин-2 час);
• - медленносхватывающиеся (более 2 часов).

Маркировка цемента

В основе определения марки цемента лежит определение его прочности. Как её определяют? Тщательно перемешивается цемент с песком в отношении 1:3. Готовая смесь затворяется водой. Воды берётся в количестве 40% от веса цемента. Из получившейся пластичной массы лепятся кубики или параллелепипеды. Для правильного определения прочности такая заготовка выдерживается в воде в течение 28 суток. Потом эти кусочки бетона проверяются давлением на изгиб и на сжатие. Чаще всего для проверки прочности на сжатие берут половинки, образовавшиеся в результате разлома от проверки на изгиб. И, внимание! Та величина давления, которая понадобилась, чтобы раздавить заготовку, и есть марка цемента. Допустим, что понадобилось давление 500 кг/см 2 . Значит, это цемент с маркой 500.

Теперь разберёмся с маркировкой, написанной, к примеру, на мешке. Надпись ― МПЦ400-Д20. "М" означает, что конструкции с применением этого цемента будут морозоустойчивыми, буквы "ПЦ" означают, что это портландцемент, цифра 400 ― марка, означающая прочность на сжатие, "Д" ― это наличие органических добавок, а цифра после неё показывает процентное содержание этих добавок. Таким образом, перед нами мешок с морозостойким портландцементом марки 400 с 20% органических добавок.

Разновидности цемента

Во главе надо поставить высококачественный портландцемент, не содержащий даже минеральных добавок. Далее идут цементы, содержащие минеральные добавки для изменения свойств. К следующей группе относятся цементы, содержащие органические добавки (обычно это смолы). Выделяют также шлакоцемент, из которого делают массивные бетонные элементы здания. Много о разновидностях цемента могут сказать дополнительные буквы на маркировке.

1. 1. Б. Быстротвердеющий, предназначенный для ремонтных работ.
2. 2. БЦ. Белый цемент для отделочных и скульптурных работ.
3. 3. ППЦ. Пуццолановый цемент с тонкоизмельчённым кремнезёмом. Главнейшее достоинство ― пониженное тепловыделение. Из-за этого верхние и внутренние слои отдают тепло равномерно, а, значит, бетон не будет трескаться.
4. 4. СЦ. Сульфатостойкий цемент с защитой от разрушения бетона солями. Поэтому прекрасно подходит для гидротехнических сооружений.
5. 5. ТЦ. Тампонажный цемент для заглушки газовых и нефтяных скважин.
6. 6. ШЦ. Шлаковый цемент, производимый без клинкерной основы.
7. 7. ЦЦ. Цветной цемент, получаемый благодаря введению красящих пигментов.
8. 8. ПЛ означает, что используются пластификаторы, ГФ ― гидрофобные добавки., благодаря которым появляется эффект несмачиваемости, водоотталкивания.

Цемент – вяжущая субстанция, которая имеет свойство твердеть в воде и на открытом воздухе. Разберемся, из чего делают цемент, правда, тут еще все заивист от . Он образуется путем измельчения клинкера, гипса и специальных добавок. Клинкер – это результат обжига сырьевой смеси, которая включает в себя известняк, глину и прочие материалы (доменный шлак, нефелиновый шлам, мергель). Ингредиенты берут в определенном соотношении, что обеспечивает образование силикатов кальция, алюмоферритной и алюминатной фаз.

Впервые патент на цемент был зарегистрирован в 1824 году, в Англии, Д. Аспиндом. Тогда автор патента смешивал пыль извести с глиной, обрабатывал смесь посредством высокой температуры. В результате получал серый клинкер. Далее материал размалывался и заливался водой.

Из чего состоит цемент сегодня? По-прежнему клинкер – это основной компонент, входящий в состав цемента. Именно от него зависят свойства и крепость строительного материала. Кроме того, в состав входят активные минеральные добавки (15%) в соответствии со стандартами производства. Они незначительно влияют на основные свойства и технические характеристики строительного материала. Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены, а называться он будет пуццолановым цементом.

В рассыпанном состоянии составляет 900-1300 кг/куб м, уплотненном – до 2000 кг/куб. м. Рассчитывая емкость складов для хранения, вес цемента равняется 1200 кг/куб. м. Выпуск цемента без добавок регламентирует ГОСТ 10178-76, с добавками – ГОСТ 21-9-74.

Основные характеристики цемента

В зависимости от того, из чего сделан цемент, материал имеет разные свойства. К основным из них относятся:
1. Прочность . Это параметр, который отвечает за разрушение материала под воздействием определенных условий. В зависимости от механической прочности, выделяют четыре типа цемента: 400, 500, 550 и 600.
2. . Определяется путем укладки цементного теста нормальной густоты на ровную поверхность – цемент должен равномерно изменять свой объем при высыхании. Иначе его нельзя будет применять в строительстве ввиду возможных разрушений покрытия в результате чрезмерного напряжения. Изменения объема проверяются путем кипячения застывших лепешек из цемента.
3. Зернистость помола . Параметр оказывает влияние на скорость высыхания и прочность. Чем мельче помол, тем лучше и прочнее цемент, особенно на первом этапе затвердения. Зернистость помола определяется удельной поверхностью частиц, которые входят в состав 1 кг цемента, и колеблется в пределах 3000-3200 кг/куб. м.
4. Плотность . Затраты воды для создания смеси. Это количество воды при затворении, необходимое для нормальной укладки и высыхания материала. Чтобы сократить ее расход и повысить пластичность цемента, применяют пластифицирующие органические и неорганические вещества. К примеру, сульфидно-дрожжевую бражку.
5. Стойкость к морозам . Параметр позволяет определить способность выдерживать временное замораживание воды, вследствие которого ее объем увеличивается на 8-9%. Вода давит на стенки цементного (бетонного) покрытия, а это, в свою очередь, нарушает структуру раствора, постепенно разрушая его.
6. Сцепление с арматурой .
7. Тепловыделение – в процессе застывания цемента выделяется тепло. Если это происходит медленно и постепенно, то покрытие застывает равномерно, без появления трещин. Количество и скорость выделения тепла можно уменьшить путем использования специального минералогического состава, который добавляют в раствор.

Сегодня производится множество видов цемента. То, из чего состоит цемент, в большей степени влияет и на его свойства. В зависимости от сырьевой основы, выделяют такие виды цемента:

• известковый;
• мергелистый;
• глинистый цемент с добавками шлака и боксита. Его особенность – водонепроницаемость, морозоустойчивость, огнеустойчивость.

В основном при изготовлении цемента применяют глинистые и карбонатные соединения. Иногда – искусственное сырье (отходы, шлаки) или другие природные материалы (остатки глинозема).

Различают . Портландцемент быстро твердеет и может содержать в своем составе минеральные добавки от 10 до 15%. Клинкер и гипс (основные компоненты), входящие в его состав, обжигают при температуре 1500 градусов Цельсия. Портландцемент активно применяют для проведения современных строительных работ. Его главным свойством является способность превращаться в твердую каменную глыбу даже при взаимодействии с водой.

Кроме портландцемента и шлакопортландцемента, различают следующие виды цемента:

• гидравлический;
• напрягающий – имеет свойство быстро схватываться и высыхать;
• тампонажный – предназначен для бетонирования газовых и нефтескважин;
• декоративный (белый);
• сульфатостойкий - его отличительная особенность – низкая скорость затвердевания и повышенная морозоустойчивость.

Сферы использования

Очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетона и армированных конструкций. Марка 400 используется для заливки фундамента и сооружения балок перекрытий в высотных зданиях.

Прогресс не стоит на месте, и технологии постоянно развиваются, например, как сварка алюминия . Появление новых технологий и материалов приводит к неизбежному усовершенствованию привычных способов, к неожиданным и интересным решениям в самых разных областях применения. Новые материалы начинают применяться самым непривычным образом, и дизайнеры интерьеров постоянно придумывают все новые варианты использования новшеств.

Компании, выпускающие новые строительные материалы, архитекторы, строители, специалисты по дизайну помогают сделать окружающий нас мир ярким и красивым, превращая его с помощью новых интересных решений из серого и безликого в красочный и разнообразный.

Не прошли изменения и мимо привычного нам строительного материала - цемента. Цемент выпускается во множестве видов, как обычный, так и специальный. Для каждого из видов есть проверенная временем формула, которая определяет качество материала. Эта формула также постоянно меняется, при этом нередко изменения в ней происходят из соображений эстетичности. По этой причине и появился на свет белый цемент. Теперь из него изготавливают кирпич, искусственный камень, лепнину для декорирования и т.д. Белый цемент включается в сухие клеи высокого качества, из него делают как белые, так и цветные бетоны, устраивают терразитовые поверхности, наливные полы, применяют в изготовлении малых архитектурных форм, блоков, тротуарных бордюров, балконов, лестниц и т.п.

У белого цемента есть масса преимуществ, к числу которых можно отнести следующие:

● Он обладает высокими показателями прочности при сжатии, как на ранних сроках твердения, так и на оптимальных. Его суточная прочность в зависимости от производителя в среднем 19 МПа, что позволяет отнести его быстротвердеющим продуктам.

● Степень белизны такого цемента близка к эталонной (96,3%). Первый сорт имеет белизну 80 %, второй - от 75 до 77 %, третий - от 71 до 74 процентов.

● Белый цемент является сульфатостойким материалом, содержит мало щелочей - их содержание не выше 5 %.

● Имеет высокий уровень морозостойкости.

Белый цемент имеет в своем составе диатомит, клинкер, минеральный пигмент или инертную миндобавку. Выпускается марками 300, 400 и 500.

Белый цемент применяется для изготовления высококачественных бетонов, идущих на создание готовых элементов фасада любой формы. Бетонные изделия из белого цемента отличаются более высокой прочностью, гладкой поверхностью белого цвета, не требующей дополнительной обработки. В процессе эксплуатации белобетонные изделия можно мыть водой, они не подвержены усадке и осыпанию.

За счет того, что белый цемент имеет «чистый» цвет, бетоны из него имеют высококачественную колориметрическую характеристику. Если состав подготовлен идеально и в него добавлен качественный красящий пигмент, готовое изделие имеет необходимую цветовую тональность, без нарушенного оттенка. При использовании белого цемента при подготовке цвета требуется меньше красящего пигмента.

Все обо всем. Том 5 Ликум Аркадий

Почему цемент затвердевает?

Почему цемент затвердевает?

Цемент - один из наиболее распространенных материалов в современном строительстве. Сам по себе он мелкий порошок. Но если его смешать с водой и дать затвердеть, он вместе с песком и гравием превращается в твердое, прочноевещество. Цемент - главное составляющее вещество строительного раствора и бетона.

Строительный раствор - это смесь цемента, песка и воды. Бетон - это та же самая смесь, но с добавлением гравия или измельченного камня. Современный цемент производится путем нагревания известняка и глины или шлака до очень высокой температуры. Эта смесь нагревается до тех пор, пока не образовываются большие, спекшиеся куски. Их называют клинкерами. Клинкеры размалывают затем в порошок.

Когда вода добавляется к цементному порошку, происходят сложные химические реакции. В результате образуется стойкий искусственный камень, нерастворимый в воде. Какие это химические реакции? Что происходит, чтобы цемент затвердел? У химиков нет точного ответа на этот вопрос. В состав цемента входит четыре компонента. Считают, что каждый из этих компонентов при добавлении воды превращается в кристаллы. Эти кристаллы сцепляются между собой, и цемент затвердевает.

Вид цемента, который затвердевает под водой, называется гидравлическим цементом. Удивительно то, что римляне открыли процесс получения гидравлического цемента в III–II веке до н. э. Они делали такой цемент путем смешивания вулканического пепла с известью. Это открытие было одним из выдающихся достижений римлян.

Любые ремонтные работы в доме или возведение здания не обходятся без использования цементной смеси. Установить фундамент, залить пол, оштукатурить стены невозможно без этого материала.

Цементный состав, изготовленный в соответствии с технологией и с соблюдением необходимых пропорций, начинает застывать с первых минут заливки в форму или опалубку. Но полностью свою прочность он наращивает в течении определенного отрезка времени. В этот период масса не способна выдержать существенную нагрузку. Залитая стяжка может растрескаться и разрушиться.

Обычное время затвердевания – 4 недели. Мощным фундаментам под многоэтажное здание, промышленным сооружениям для высыхания отводится 3 месяца. Тонкой стяжке, например, под укладку плиточного пола или бетонную дорожку, достаточно 72 часов.

Строительный раствор проходит два этапа:

• Схватывание. Продолжается от 1-2 до 24 часов с момента замешивания. Масса сохраняет подвижное состояние, не давая производить дальнейшие работы.
• Затвердевание. Согласно СНиП, происходит на протяжении 30 дней с момента заливки. Эта норма подразумевает высыхание, позволяющее начать новый этап строительства или отделки здания. Полностью этот процесс заканчивается спустя как минимум 1 год.

Разные марки не твердеют за равные промежутки времени. При температуре +10 °C и достаточной влажности цемент М400 позволяет продолжать работы через 12-15 дней, а М500 – уже на 9-10 день.

Условия для схватывания бетона

К факторам, влияющим на продолжительность высыхания, относятся:

• Температура. При +20+23 °C этот процесс протекает 1-3 часа, при 0 °C затягивается до 20-24 часов. Застывшая на морозе вода полностью останавливает твердение.
• Влажность. Оптимальный показатель – 65-70%. Повышается уровень влаги в воздухе путем обрызгивания поверхности, покрытием мокрой тканью или пленкой, засыпанием стяжки сырыми опилками или соломой.
• Марка цемента. Отличающиеся по плотности и другим характеристикам составы требуют разного времени для набора марочной прочности. М400 схватывается за 1,5-2 часа, М500 достаточно 1 часа.
• Соблюдение технологии заливки. Важно приготовить смесь, тщательно перемешивая компоненты в соответствии с необходимыми пропорциями и утрамбовать залитый слой.
• Уход за стяжкой при затвердевании. В этот период не рекомендуется попадание прямых солнечных лучей и сквозняков.

Введение различных добавок ускоряет процесс и повышает качественные характеристики сооружения. Самый распространенный вид – портландцемент – имеет в своем составе минеральные вещества, увеличение или уменьшение пропорций которых влияет на время твердения.

Способы воздействия на высыхание цемента

Зачастую резкое изменение погоды не позволяет закончить бетонирование в срок и обеспечить необходимые условия для получения качественного покрытия. Для таких ситуаций существуют следующие методы:

• При понижении температуры окружающего воздуха ниже допустимых пределов готовые растворы подогреваются различными способами: электричеством, паром, оборудованием тепляков и прочими. Трехкальциевая силикатная добавка при гидратации смеси повышает ее температуру.
• Необходимость закончить бетонирование при низких температурах обуславливает использование противоморозных присадок на основе солей кальция и натрия.
• Изменение состава отражается на продолжительности застывания стяжки: песок и щебень сокращают время, пористые наполнители (шлак и керамзит) продлевают процесс.
• Замедляют схватывание поверхностно-активные вещества. Например, добавление бетонита или мыльного раствора задерживает испарение воды и избавляет поверхность от пересыхания.

На 14 день после заливки при удовлетворительных условиях температурного режима и влажности марка М400 набирает 50 % прочности, а М500 – 75 %. Использование различных добавок позволяет регулировать сроки строительства.