Портландцемент

Введение

Цемент – это неорганическое вяжущее вещество (порошок), которое при затворении водой образует пластичное тесто и через определенное время вследствие физико-химических процессов способно переходить в камнеобразное состояние.
Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, продукт тонкого измельчения цементного клинкера с небольшой добавкой гипса (3… 5%), состав которого состоит из силикатов кальция (алит и белит – 70…80%).
Актуальность темы реферата заключается в том, что невозможно представить производство строительных работ без вяжущих материалов, соединяющих в монолитную конструкцию блоки, плиты, кирпич. Самым распространенным и востребованным в данной категории материалов является портландцемент.
Цель работы – более полное изучение портландцемента.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть характеристику, свойства и получение портландцемента, его разновидности, марки, а также отличие его от простого цемента, применение и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.


1. Характеристика, свойства и получение портландцемента
1.1 Особенности и изготовление
О портландцементе нередко ведут разговор, когда речь заходит о необходимости прочного и устойчивого к негативным воздействиям среды раствора. Портландцемент представляет собой разновидность вяжущего вещества для бетонных растворов.
Он является сухой смесью, которую разводят водой. Спустя определенное время происходит схватывание продукта при взаимодействии с воздухом.
Портландцемент в основе имеет мелко смолотый клинкер, а также гипс, ускоряющий схватывание смеси. В зависимости от вида и марки изделия его формула может включать те или иные добавки и примеси.
Смесь была изобретена еще в 1824 году американским каменщиком, а своим названием обязана внешнему сходству с известняком Портленда (Рисунок 1.1), который добывался в одном из английских графств.1


Рисунок 1.1 – Известняк Портленда

Для получения данного состава используются карбонатные горные породы (известняк, мел, глинозем и кремнезем), а также мергелий (смесь карбонатных пород и глины, переходная порода от известняковых к глинистым). Процесс производства начинается с тщательного измельчения сырья и смешивания его в определенных пропорциях. Следующий этап – обжиг сырья в печах при температуре 1300-1400°С. Результатом оплавления становится материал, называемый клинкером.
Клинкер вновь измельчается и смешивается с гипсом. При необходимости добавляются прочие элементы, повышающие эксплуатационные характеристики готового продукта. Данная смесь проходит контроль качества и при соответствии принятым стандартам получает сертификат соответствия.
Существует несколько вариантов обжига сырья:
• Мокрый. Сначала происходит измельчение компонентов, затем глина замачивается до тех пор, пока показатель влажности не достигнет 70%. После этого она в мельницах смешивается с известняком.
• Сухой. Процесс перемалывания и сушки смеси происходит одновременно, что позволяет сократить трудозатраты и расходы производства. В результате обработки в мельницах получают порошкообразное сырье.
• Комбинированный. При данной технологии совмещаются 2 типа производства – сухой и мокрый. Влагонасыщение сырья поднимается до 14%, после чего продукция измельчается и высушивается в специальных мельницах.
1.2 Состав и свойства
Как уже говорилось, портландцемент состоит из клинкера. В природе готовые гранулы встречаются достаточно редко, поэтому клинкерную крошку получают искусственным методом путем смешивания и обжига карбоновых и глинистых смесей.
Готовый клинкер смешивают с гипсом, содержание которого в составе не превышает 5%. Его вводят для того, чтобы обеспечить подвижность раствора в течение 45 минут, что необходимо при формовке изделий или выполнении некоторых видов работ.
Состав и процентное содержание компонентов смеси регулирует ГОСТ 10178 85 «Портландцемент и шлакопортландцемент». Именно соблюдение гостребований при производстве гарантирует высокие технические и эксплуатационные характеристики продукта.
На его упаковке обязательно должно быть указание на производство по ГОСТу. При отсутствии последнего имеется ввиду, что портландцемент изготовлен в соответствии с ТУ (технические условия), а это значит, что его свойства отличаются от принятых.
Для придания портландцементу определенных технических характеристик, в состав вводят минеральные добавки, содержание которых не превышает 20-25%.
Наиболее востребованными являются следующие:
• Алюминат увеличивает сроки схватывания цемента, но имеет невысокие показатели прочности (возможное содержание в портландцементе – не более 15%).
• Алюмоферрит имеет те же свойства, что и предыдущая добавка, однако его содержание в готовом продукте уменьшается до 10-18%.
• Белит оказывает вяжущее действие, способствует увеличению времени затвердевания, однако чрезмерное содержание способно негативным образом сказываться на прочностных характеристиках состава (допустимое содержание – не более 15-37%).
• Алит широко используется (процентное соотношение может достигать 60%) в составах высоких марок, поскольку обеспечивает быстрое их отвердение.2
Свойства портландцемента определяются его составом. Основными критериями, по которым производится оценка качества продукта, являются следующие:
• Период схватывания. Схватывание смеси при соблюдении технических требований ее разведения должно происходить спустя 40-45 минут. Минералогический состав, тонкость помола и температура, при которой ведутся работы – именно эти факторы в первую очередь влияют на скорость схватывания изделия.
• Водопотребность. Под данным термином понимается количество воды, требуемое для получения густого, подходящего для работы цементного теста. Обычно влага не должна превышать 25% от состава смеси. С целью снижения требуемого количества воды применяется сульфитно-дрожжевая бражка или пластификаторы.
• Водоотделение

. Данный термин обозначает отжим воды в готовом растворе, возникновение которого обусловлено оседанием более тяжелых цементных частиц. Снизить этот показатель позволяют минеральные добавки.
• Морозостойкость – способность продукта переносить определенное количество циклов заморозки и разморозки без потери своих эксплуатационных характеристик. Для повышения морозостойкости в состав добавляют абиетат натрия или смыленный древесный пек.
• Коррозийная стойкость. Данная характеристика связана с тонкостью помола смеси и степенью пористости готового бетона.
• Тепловыделение. Имеется в виду способность бетона выделять тепло в процессе затвердения. Стремительно отдающий тепло состав оптимизируют путем добавления в него активных минеральных компонентов.
1.3 Характеристики
Портландцемент имеет более высокие прочностные характеристики по сравнению с другими видами цемента, что обусловлено особенностями состава. Те или иные добавки могут вступать в реакции, изменяя технические свойства материала. Последние же связаны с его механической стойкостью и возможностями эксплуатации.
Нельзя говорить о том, что одна из технических характеристик является более приоритетной. Так, например, прочный, но слишком медленно застывающий портландцемент может увеличить сроки строительства. А морозостойкий, но подверженный коррозии состав может применяться лишь для решения узкого круга задач.
Сегодня производители стремятся создавать универсальные составы, в которых одинаково сильно проявляются наиболее важные для цемента свойства.
В то же время существуют специализированные составы, имеющие особое назначение. Таковым можно считать пуццолановый портландцемент, имеющий максимальные показатели коррозийной стойкости и влагопрочности, но достаточно низкие показатели прочности на начальных этапах работы (в первые дни схватывания).
Механические характеристики.
Показатели механической прочности портландцемента составляют не менее 42,5 мПа на 28 сутки после заливки. Определение проводится в лабораторных условиях на примере образца. В соответствии с полученными результатами цемент маркируется (например, М 500). Коэффициент при этом указывает на то, какое давление способен выдержать образец (измеряется в кг/см³).3
Чем выше данный коэффициент, тем больше прочностные показатели состава. Прочностные характеристики зависят от степени помола (чем она мельче, тем большей активностью обладает раствор), наличия присадок и добавок.
Показатели прочности, в свою очередь, влияют на степень схватывания раствора (определяется с помощью иглы Вика).
Физические характеристики.
Физические:
• Антикоррозийная устойчивость достигается благодаря введению в состав гидроактивных материалов, препятствующих химической активности солей, а также добавлению примесей, уменьшающих пористость бетона.
• Длительность хранения составляет не более 12 месяцев при условии сохранения заводской упаковки (3-4-х слойные, герметично закрытые бумажные мешки), поскольку уже через 3 месяца хранения теряется до 20% активности состава, через год – до 40%. Вернуть такому цементу былые качества можно только путем вторичного перемалывания.
• Прочность на сжатие. В соответствии с данной характеристикой выделяют 4 класса прочности – 22,5; 42,5; 42,5; 52,5. Этот показатель напрямую связан со скоростью схватывания раствора.
Технические характеристики.
Среди технических характеристик следует выделить:
Удельный вес продукта – 1100 кг/м³ для насыпных смесей, 1600 кг/м³ для уплотненных.
Тонкость помола в среднем составляет 40 микрон (определяется способностью смеси проходить через сито № 008), что обеспечивает необходимую прочность цемента и время его отвердения, а также влияет на его эксплуатационные качества.
Потребление воды, оптимальное содержание жидкости в составе не должно превышать 25-28%, поскольку этот показатель влияет на прочность состава (при излишках происходит расслаивание бетонного теста, при недостатке на готовом изделии появляются трещины).
Плотность зависит от марки и наличия определенных добавок в составе. В рыхлом состоянии смесь имеет плотность 1,1 т/м³, в уплотненном – 1,5-1,7 т/м³.
Продолжительность схватывания после смешивания с водой не превышает 40-45 минут, дальнейшее отвердение зависит от особенностей состава и условий среды (в зимнее время процесс замедляется), но не превышает 10-12 часов (измеряется с помощью прибора Вика).
Изменение объема при застывании означает уменьшение цементного тела в объеме на 0,5-1 мм/м на открытом воздухе и его набухание до 0,5 мм/м в воде. Важным моментом является равномерность изменений по всему объему раствора.


2. Разновидности портландцемента и его марки
Разновидности портландцемента получаются путем регулирования минералогического состава, введением минеральных и органических добавок, которые имеют свои особенные свойства и область применения. Существуют следующие разновидности портландцемента:
• Портландцемент бездобавочный (ПЦ).
• Портландцемент с минеральными добавками.
• Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ).
• Особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТПЦ).
• Шлакопортландцемент (ШПЦ).
• Сульфатостойкие портландцементы (СПЦ).
• Пластифицированный портландцемент.
• Гидрофобный портландцемент.
• Портландцемент на основе клинкера нормированного состава (Н)
• Декоративные портландцементы.
2.1 Портландцемент бездобавочный (ПЦ)
Цемент серо-зеленного цвета, в составе которого, кроме гипса, отсутствуют минеральные добавки. Согласно ГОСТ 10178-85 портландцемент без добавок выпускается таких марок: 400, 500, 550 и 600. Обозначение: ПЦ-500-Д0 (ПЦ – портландцемент, 500 – марка цемента, Д0 – без добавок (0% добавок)). Применяется для строительства надземных, подземных, подводных монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций при отсутствии агрессивного воздействия минерализованной или пресной воды. ПЦ-400-Д0 идеальный для приготовления бетонных смесей и строительных растворов.
2.2 Портландцемент с минеральными добавками
Цемент в состав, которого вводят следующие добавки:
• гранулированный доменный шлак – до 20%;
• природные активные минеральные добавки (опока, трепел) – до 10%;
• разные активные минеральные добавки – до 15%.Введение

минеральных добавок в портландцемент улучшает его свойства, такие как водонепроницаемость, коррозионная стойкость, уменьшает тепловыделение, но и есть негативное влияние – ухудшается его морозостойкость