Цемент – его свойства, преимущества и недостатки, сферы применения. Область применения цемента зависит от его вида и свойств

В Англии в 1824 году Д. Аспинд зарегистрировал патент на производство цемента. Известковую пыль он смешивал с глиной и обжигал при высокой температуре, при этом получался серый ноздреватый материал — клинкер. После размалывания и смешивания с водой образовывался крепкий материал, названный изобретателем портландцементом из-за его сходства со строительным камнем, который добывают в Англии, в городе под названием Портланд. Производят различные виды из известковых, мергелистых, глинистых пород и различных добавок — шлака, боксита и пр. Главным образом применяют глинистые и карбонатные породы. Можно использовать другое природное сырье и искусственные материалы: отходы переработки горючих сланцев, белитовый шлам, золу, доменные шлаки, отходы производства глинозема.

Это минеральный порошок, который при смешении с водой дает пластичную массу, со временем затвердевающую в воде и на воздухе.

Кроме основного сырья при производстве портландцемента применяют разные корректирующие добавки, что придает ему самые различные свойства.

Существуют портландцемент и шлакопортландцемент. Портландцементы бывают быстротвердеющие, а также с минеральными добавками. Бетонные конструкции, в которых используют ту или иную марку, приобретают уникальные свойства. Это может быть бетон особой прочности для строительства взлетных полос на аэродромах и ракетных стартовых площадок. Обозначают максимальную прочность с помощью маркировки. Марка 400 означает, что на пробном испытании под прессом затвердевший кубик со стороной 100 мм выдержал нагрузку не меньше 400 кг на кв. см. Самые популярные марки — 350-500. Любая марка имеет довольно быстрое время отвердевания. Начинается схватывание от 40-50 минут, а окончательное затвердевание происходит через 10-12 часов.

Разновидности:

• пуццолановый;
• шлакопортландцемент;
• глиноземистый;
• сульфатостойкий ПЦ;
• портландцемент (ПЦ);
• гидравлический ПЦ;
• напрягающий;
• тампонажный ПЦ;
• белый ПЦ (декоративный).

Свойство портландцемента

Прочность – это способность материалов воспринимать нагрузки, не разрушаясь. Прочность определяется его способностью затвердевать после смешивания с водой.

Это вяжущее гидравлическое вещество, главным составляющим которого является силикат кальция. Он наиболее распространен в современном строительстве. Получают его при помощи тонкого измельчения клинкера и гипса (3-7 %); допускается добавление 10-15 % активных минеральных добавок. Клинкер — это результат обжига (1450-1500 градусов) сырьевой смеси, которая состоит на 75 % из карбоната кальция (известняка) и на 25 % из глины. На влияет состав клинкера и степень его измельчения. Важное свойство — способность твердеть, взаимодействуя с водой. Характеризуется оно маркой, которую определяют по выдержке на сжатие и изгиб стандартного образца раствора после 28 суток отвердения при влажных условиях.

Важнейшее свойство — это способность отвердевать при взаимодействии с водой и приобретать камневидное состояние. Чем больше механическая прочность отвердевшего камневидного раствора или бетона и чем быстрее она достигнута, тем лучше качество.

Поэтому различаются:

1. Конечная прочность, которую может приобрести раствор при отвердении.
2. Скорость твердения, которую характеризует интенсивность роста прочности во времени.

Цемент, который отличается высоким ростом прочности, называется быстротвердеющими, а когда при этом еще достигается высокая прочность, то высокопрочными.

Механическую прочность определяют разными способами, к примеру, оценивая предел прочности при растяжении, при сжатии, при изгибе. При этом подборка состава смесей, хранение, изготовление и испытание образцов осуществляются согласно требованиям, устанавливаемым соответствующими стандартами.

Сульфатостойкий

Отличается низкой скоростью затвердевания и устойчивостью к морозу.

Кроме обыкновенного, выпускают разновидности, которые отличаются свойствами, составом и областью применения: сульфатостойкий, гидрофобный, пластифицированный, быстротвердеющий, белый портландцемент (для производства асбестоцементных изделий) и пр.

Сульфатостойкий — это разновидность портландцемента. Обладает высокой стойкостью к воздействию минерализованных вод, которые содержат сульфаты, малым тепловыделением, медленной интенсивностью отвердения и большой морозостойкостью. Сульфатостойкий получают при помощи тонкого измельчения клинкера с нормированным минералогическим составом. Предназначается он для производства железобетонных и бетонных конструкций гидротехнических сооружений, которые испытывают агрессивное воздействие сульфатной среды (к примеру, морской воды), преимущественно в условиях с переменным увлажнением (замерзание и оттаивание).

Исходным сырьем служит глина с малым содержанием глинозема и железа. В этой смеси не должно содержаться ни инертных, ни активных минеральных добавок. Такое сырье не имеет большого распространения, а это препятствует широкому производству сульфатостойкого портландцемента.

Шлаковый — это измельченный доменный гранулированный шлак с примесью активирующих добавок.

Шлаковый — это объединенное название для цементов, получаемых помолом доменных гранулированных шлаков с добавлением активизаторов (извести, строительного гипса, ангидрита) или смешиванием этих отдельно измельченных компонентов. Различается известково-шлаковый цемент, содержащий 10-30 % извести и 5% гипса от массы, и сульфатно-шлаковый, содержащий 15-20 % ангидрита или гипса, а портландцемента 5 % или извести 2 %. Применяют шлаковый для получения строительного раствора и бетона, которые используют в подводных и подземных сооружениях. Наиболее эффективен известково-шлаковый при производстве автоклавных изделий.

Пуццолановый — это название для группы, имеющих в своем составе не менее 20 % минеральных активных добавок. По сравнению с обычным портландцементом он отличается повышенной коррозионной стойкостью, меньшей скоростью твердения и пониженной морозостойкостью. Применяют его для производства бетона, используемого в подземных и подводных сооружениях.

Глиноземистый

Особенностями являются водонепроницаемость, морозостойкость и огнестойкость.

Глиноземистый — гидравлическое, вяжущее вещество быстроотвердевающее; полученное в результате измельчения клинкера, который получен с помощью обжига сырьевой смеси из известняков и бокситов. Плавление и обжиг сырьевой смеси производятся в вагранках или доменных вращающихся печах.

Содержание Al2O3 в конечном продукте определяет вид глиноземистого цемента: высокоглиноземистый (до 70 %) и обычный (до 55 %). Отличается он повышенной устойчивостью к коррозии, быстро нарастающей прочностью, большой экзотермией при затвердении и высокой огнеупорностью. При помощи глиноземистого получают бетон и растворы большей водонепроницаемости и плотности, чем с портландцементом.

Гидрофобный портландцемент получают при измельчении клинкера с гидрофобизирующей добавкой и гипсом. Добавка вводится в количестве 0,1-0,3 % и образует на частицах тонкие гидрофобные пленки, которые уменьшают гигроскопичность и предохраняют его от порчи даже при условиях высокой влажности. Растворы и бетон имеют малое водопоглощение, большую морозостойкость и водонепроницаемость, в отличии обычных растворов.

Напрягающему цементу присуще быстрое схватывание, водонепроницаемость, морозостойкость и трещиностойкость.

Тампонажный — это разновидность портландцемента; который предназначается для цементирования газовых и нефтяных скважин. Изготавливают его при помощи совместного тонкого измельчения гипса и клинкера и применяют в форме теста с содержанием воды 40-50 %.

Напрягающий — это разновидность расширяющего. Его получают при помощи помола 15 % глиноземистого шлака, 65 % портландцементного клинкера и 5 % извести. Он быстро твердеет и быстро схватывается.

После затвердения он имеет высокую водонепроницаемость. Расширяясь при отвердении, достигает высокого давления, которое используют для создания железобетонных конструкций, имеющих натяжение арматуры в нескольких направлениях. Напрягающий применяют в производстве напорных труб, для возведения емкостных сооружений и тонкостенных конструкций из железобетона.

Гарантия качества

Марка — это показатель нагрузки в 28-суточном возрасте, которую должен выдерживать цемент, кг на кв.см.

Важная характеристика — это предел его прочности при сжатии. Цементы разделяют на марки в соответствии прочности на сжатие. Самая распространенная марка в строительстве — 400. Определяется марка только в лабораторных условиях. Существуют марки от 300 до 600. С использованием высокой марки делают наиболее , на цементе 400 марки делают бетон 500 марки и выше, на 500 марки — бетон 300 марки.

Бытует мнение, что качественная, традиционная марка — это гарантия строительного материала. Но любой цемент — это вяжущий искусственный материал. Его редко используют в чистом виде.

Прочность бетона зависит от марки цемента, используемого для замешивания раствора.

Чаще всего цемент различных видов используют для создания бетона. В асбестобетонных изделиях и армированных конструкциях из железобетона применяют определенную марку со специальной характеристикой. Один вид требует особой плотности, другой — и поэтому вопрос, какой наилучший, не совсем уместен. Но знать главные виды и понимать их характеристики можно.

Вяжущие различаются качествами и характеристиками. Об этом информирует маркировка. Она содержит такую информацию, как:

1. Способность выдерживать нагрузку.
2. Процент добавок в составе.

Срок схватывания теста зависит от вида цемента.

Маркировка в буквах, например М400 или М500, указывает на максимальную прочность и функциональное назначение.

М400 расшифровывается так: М — марка, 400 — нагрузка на сжатие, то есть 400 кг на кв. см. Добавки индексирует буква «Д» и информирует об их процентном отношении к общему весу. Д20 означает 20 % добавок. Такой параметр означает эластичность, а также устойчивость к изгибу. Чем больше индекс М, тем цемент прочнее, чем больше индекс Д — тем эластичнее. Существуют и другие обозначения в буквах.

Выбор марки

Буква «М» (или «ПЦ») рядом с цифрой указывает на прочность. Процентное соотношение добавок к общему объему обозначается буквой «Д». Обозначения «Б», «ПЛ», «СС», «ГФ», «Н» показывают назначение цемента.

Портландцемент — это обычный, который применяют для создания бетонных смесей и строительства. К нему относятся марки 400 и 500, они могут еще называться «цемент ПЦ400».

М 500 обеспечивает плотность и высокую прочность монолита. Марка ПЦ I 500 используется для бетонирования поверхности и серьезных нагрузок. Его характеристики — это морозостойкость, водостойкость, а особенно — быстрая схватываемость. Его широко используют в производстве тротуарной плитки и черепицы.

Шлакопортландцемент ПЦ II А-Ш 500 содержит 20 % добавок, он самый подходящий для строительных работ. Хотя он схватывается не так быстро, как ПЦ I 500, но после окончательного застывания приобретает сходные качества.

Цемент 400 применяют для заливки армированных перекрытий фундаментов, несущих балок, железобетонных изделий. Сорт ПЦ II /Б-Ш 400 индекса включает от 20 до 35 % добавок. Плотность этой марки меньше, и поэтому материал имеет большую эластичность.

Сорт с индексом ПЦ II /А-Ш 400 относят к М400, он включает клинкер, хотя с меньшими пропорциями.

Наличие и количество добавок влияет на прочность и пластичность раствора.

Правильно подобрать марку для конкретных условий строительства — не слишком простая задача. Внимание необходимо обратить на активность цемента. Есть некоторые факторы, оказывающие воздействие на его активность.

Один из факторов — это состав, он показывает, какие добавки и примеси использовали в производстве. Часто от применения добавки марка и активность падают, соответственно, снижаются его вяжущие способности. Происходит это, когда добавкой заменяют часть вяжущего активного вещества. Необходимо подбирать добавку, активность у которой высокая, этим сохраняя свойства цементной смеси. К примеру, при добавлении в смесь кварца или кальцита снижается активность.

Тонкость помола цемента определяет активность цементного теста.

Еще один важный фактор активности — тонкость помола. Часто бывает, что две смеси имеют одинаковый состав, но один цемент высокой марки, а второй нет. Помол влияет на площадь вяжущего вещества, и поэтому чем тоньше помол, тем структура у бетона плотнее.

Третьим и одним из главных факторов активности является использование клинкеров. По минеральному составу клинкера определяется активность. Если нужен цемент с особо прочной характеристикой, необходимо добавить клинкер с высоким содержание алюминатов и алитов.

Условия хранения

Хранить следует в сухом помещении непродолжительное время.

Какой выбрать вид и предполагаемый расход, известно на стадии проектирования. Остается лишь приобрести необходимое количество нужной марки. Но всегда ли мешок цемента и нанесенная маркировка соответствует содержимому? Возможен риск приобрести товар плохого качества. Причина тому — неверные условия хранения. Длительное хранение также способствует тому, что цемент теряет активность, так как он терпит воздействие влаги и углекислоты, присутствующей в атмосфере. Как же отражается активность и ее потеря на качествах? В связи с условиями хранения цемент может терять активность до 15 % в месяц. Активность — самый главный параметр, отвечающий за его скрепляющие свойства и марку в целом.

Утраченная активность существенно влияет на торможение процесса гидратации. Чем больше первоначальная активность у цемента, тем скорее теряется гидратация. К примеру, если был приобретен цемент М500, то по прошествии нескольких месяцев, он уже будет М400, через полгода цемент можно выбрасывать.

— самый уязвимый. Его трудно хранить даже в герметичных силосах. Раз в полмесяца его нужно перекладывать из одной емкости в другую. Нельзя в мешках во влажных помещениях и на открытом пространстве, особенно в ненастную погоду. Навес в этом случае тоже не поможет. Необходимо запаковать мешки в полиэтиленовую пленку и так сохранить хотя бы часть.

Не стоит забывать, что цемент, который сохранялся продолжительное время, всегда будет ниже той марки, которая указана на упаковке, и поэтому использовать его для ответственных работ уже нельзя. Чтобы компенсировать потерю качества, при его использовании увеличивают процентное содержание цемента в смеси.

Если судить по масштабам применения в строительстве растворов и бетонов на основе минеральных вяжущих, кажется, что история искусственных камней на основе цементов насчитывает долгие века. Но по-настоящему отработанная технология производства и оптимальный состав цемента стали известны менее двух веков назад.

Изобретение камня

Камни домов доисторического времени скреплялись в стене с помощью глины, но сохраниться без обжига они не могли, и самые древние постройки, дошедшие до нас, были возведены с применением известкового раствора. Обожжённый и размолотый известняк (оксид кальция - Ca(OH)₂) после затворения водой твердеет, поглощая из воздуха углекислый газ, а потом опять превращается в камень. Основной недостаток известкового вяжущего - низкая влагостойкость, поэтому сегодня он применяется больше при изготовлении силикатного кирпича.

Другой вид воздушного минерального вяжущего (то есть набирающего прочность на воздухе) - гипс. Он получается при тепловой обработке и последующем размоле природного гипсового камня (CaSO 4 -2H 2 O) или природного ангидрида (CaSCu). Гипсовое вяжущее имеет огромную историю применения с древнейшего времени до сегодняшних дней. Самые яркие примеры - роскошные лепные и скульптурные украшения, листовые материалы (ГВЛ, ГКЛ) для сухих методов строительства и отделки.

Гидравлические вяжущие вещества

Область применения воздушных вяжущих ограничена теми местами, где готовые конструкции не подвергаются воздействию влаги, в противном случае приходится применять гидрофобизирующие (водоотталкивающие) добавки или проводить гидроизоляционные мероприятия, поэтому применение гидравлических вяжущих более удобно и распространено шире.

К ним относятся вещества, образующие гидратные (молекула воды входит в кристаллическую решетку как составная часть) соединения, когда превращение в камневидное тело и дальнейший набор прочности могут происходить во влажной среде, а воздействие воды в ходе эксплуатации конструкций не приводит к их разрушению.

Растворы и бетоны для выполнения водостойких конструкций приготавливают на основе гидравлической извести (из осадочных известковых пород особого состава - мергелей) и портландцемента, причем именно последний придает монолитным и сборным элементам здания необходимую прочность, а известковые растворы применяются там, где нагрузки минимальны.

История цемента

Попытки преодолеть низкую водостойкость известковых и гипсовых составов предпринимались с древнейших времен. Цемент (caementum в переводе с латыни — дробленый, битый камень) появился путем добавления в известь различных минеральных веществ, обладавших гидрофобными свойствами. Для этого использовали размельченные остатки кирпичей из обожжённой глины, различные вулканические породы. Так, в состав цемента, который применялся строителями Древнего Рима, входили пуццоланы - отложения пепла знаменитого вулкана Везувия.

Эксперименты продолжались долгие века, пока потребность в большом количестве прочного и недорогого вяжущего вещества не заставила строителей выработать оптимальную технологию по его производству. Решающий вклад в такие исследования внесли русский военный техник Егор Челиев, издавший книгу о цементе для подводных работ (1825), и каменщик из английского Лидса Джон Аспдин, получивший патент на портландцемент (1824). Это название происходит от английского острова Портленд, расположенного в проливе Ла-Манш и состоящего из известковых пород. Камни из карьера, находящегося на этом острове, считались самым престижным строительным материалом в Англии. Полученный Аспдином искусственный камень был очень похож на него цветом и прочностью.

Интересно, что технология Челиева более соответствует тому, что теперь называется портландцементом, а цемент Аспдина изготавливался без принятого сейчас спекания исходного сырья.

Технология производства

Цементное вяжущее у разных производителей может отличатся исходным сырьем, но основные технологические операции идентичны. Первая стадия - подготовка исходного минерального сырья, т. е. несколько стадий размельчения известковых камней и глины, смешивание этих компонентов в нужных пропорциях. Из чего состоит цемент? Обычно это 3 весовых части известняка и 1 часть глины. Иногда используется осадочная горная порода - мергель, где данные компоненты содержатся в нужной пропорции.

"Сухой" и "мокрый" способ

Существует два способа получения нужного состояния смеси: "сухой" и "мокрый". Если влажность компонентов высокая, глина и мягкий известняк (мел) растворяются в воде, затем из этой суспензии, называемой сырьевым шламом, вода сильным нагревом (испарением) удаляется. Получается равномерная тонкоизмельченная смесь. Более экономичный способ - "сухой", где нет стадии доведения шлама до кипения, а смесь измельчается механическим способом.

Далее во вращающихся печах - цилиндрах диаметром около 5 м, длиной около 200 м, имеющих уклон для перемещения сырьевой массы в процессе обжига, происходит образование клинкера - окатанных гранул, появляющихся в процессе спекания смеси при температуре 1450 ⁰С в результате физических и химических взаимодействий.

Клинкер охлаждается и выдерживается до двух недель перед окончательной операцией - совместным измельчением с определенным количеством гипса, который добавляется для замедления процесса схватывания. Здесь окончательно формируется состав цемента, на этой же стадии вводятся различные минеральные добавки, придающие вяжущему нужные специфические свойства.

Химическая основа

Необходимые свойства самого популярного вяжущего определяет химический состав цемента. В результате технологической обработки сырья клинкер становится соединением различных химических веществ в виде четырех основных минералов:

1. Алит - трехкальциевый силикат - составляет большую часть клинкера - 50-60%. Присутствие в молекулярной решетке ионов марганца, алюминия и железа определяет прочность готовой растворной или бетонной смеси, набираемой в течении первых 28 суток.
2. Белит - двухкальциевый силикат - составляет 15-30%, и он - основа прочности, набираемой конструкцией в более поздние сроки.
3. Алюминатная фаза - трехкальциевый алюминат - 5-10%. Быстрая реакция алюмината с водой и возможное слишком быстрое схватывание требуют введения гипса, замедляющего этот процесс.
4. Ферритная фаза - четырехкальциевый алюмоферрит - 5-15 %

Меняя процентный состав этих фаз, вводя дополнительные компоненты, можно производить цемент, состав и свойства которого будут наилучшим образом соответствовать конкретной ситуации в ходе строительства.

Виды цемента

Шлакопортландцемент получается при добавлении к портландцементному клинкеру гранулированного шлака - побочного продукта выплавки чугуна в доменных печах. Применение шлака снижает стоимость, а состав цемента, произведенного по такой технологии, придает конструкциям, выполненным на его основе, повышенную устойчивость к воздействию воды с насыщенным минеральным составом, например, морской.

Быстротвердеющий - это цемент с преобладанием в клинкере алита и алюминатной фазы, отличается особо тонким помолом - всё это ускоряет набор прочности.

Сульфатостойкий портландцемент применяется для гидросооружений, подводные части которых подвергаются постоянному воздействию веществ, вызывающих сульфатную коррозию. Из чего состоит цемент, предназначенный для таких ответственных конструкций? В клинкерном сырье до минимума сведено присутствие трехкальциевого алюмината и белита.

Портландцемент с пониженным тепловыделением при наборе прочности необходим для изготовления конструкций большой массы и объема, когда тепло, выделяемое экзотермической реакцией твердения, может привести к образованию трещин. Состав такого цемента похож на сульфатостойкий.

Белый цемент

Изделия, выполненные с использованием белого цемента, обладают повышенными эстетическими качествами. Присутствие в исходном сырье окиси железа и окиси марганца придает готовому порошку характерный серо-зеленый цвет, соответственно, состав белого цемента предполагает минимальное присутствие таких солей и использование для исходного сырья светлых, каолиновых сортов глины.

Существует еще много видов цементного вяжущего, обладающего специальными качествами: гидрофобный, глинозёмистый, водонепроницаемый расширяющийся, напрягающий, пластифицированный, песчанистый и т. д.

Состав и прочность

Важнейшим показателем качества цемента является прочность изделий, изготовленных на его основе. ГОСТом установлены необходимые показатели, которые обозначаются особой маркировкой. Цифра означает предел прочности на изгиб и сжатие при лабораторных испытаниях стандартных образцов, на устойчивость к нагрузкам которых влияет и состав цемента. М400 означает, что образцы выдержали нагрузку в 400 кг/см² (или 40 Мпа).

Исследования показывают, что минеральный состав исходного сырья - важнейший фактор, влияющий на прочность цементных растворов и бетонов. Правильный подбор компонентов позволяет найти нужную пропорцию между скоростью набора прочности и конечной величиной устойчивости к нагрузкам, которая только увеличивается с течением времени. Состав цемента М500 позволяет создавать балки и плиты, способные выдерживать колоссальные нагрузки.

Сегодня в мире производится огромное количество цемента самого различного качества. Выбор сырья для него часто определяется экономическими факторами, и при правильном отношении к строительному процессу следует знать, из чего состоит цемент, который будет использоваться, чтобы сделать правильный выбор и быть уверенным в прочности и долговечности будущего дома.

Цемент, это вяжущий порошок темно серого цвета, который при взаимодействии с водой быстро твердеет. Его получают из измельченного клинкера с добавлением гипса и минералов.

Основные характеристики цемента

1. Повышенная стойкость к коррозии. Гидроактивные материалы в составе смеси обеспечивают снижение химической активности солей. Использование полимерных добавок повышает прочность цементных конструкций и их устойчивую реакцию на воздействие окружающей среды.
2. Цемент хорошо впитывает воду. Плотность цемента выше плотности воды в три раза. Если при приготовлении раствора добавить избыточное количество воды, она выступит на поверхности застывшего материала. Верхняя часть такой конструкции станет менее прочной и быстро разрушится. Для качественного раствора требуется четкое соблюдение пропорций, при замесе составных частей.
3. На качество цемента влияет тонкость помола. Самые мелкие частицы застывают намного быстрее. Степень помола определяется путем просеивания частиц.
4. Отличительная способность цементной конструкции многократно оттаивать и замораживаться. Вода в порах при замораживании увеличивается в объеме, поэтому очередное оттаивание может привести к разрушению изделия из цемента.
5. Цемент не зависимо от марки, обладает высокой прочностью.
6. Правильно приготовленный цементный раствор меняет свои пластичные свойства на другие в течение 45 минут. Время застывания можно регулировать, добавляя в раствор гипс.

Виды цемента

В строительстве применяют следующие виды:

• портландцемент с минеральными добавками;
• портландцемент без добавления активных минеральных примесей;
• портландцемент быстро твердеющий;
• цемент с гидрофобирующими добавками;
• цемент с поверхностно активными добавками;
• тампонажный;
• белый;
• глиноземистый;
• сульфатостойкий.

При возведении объектов промышленного назначения, строительстве жилых домов, производстве отделочных и ремонтных мероприятий используются различные строительные смеси. Они включают цемент, являющийся вяжущим веществом. Он обладает уникальными характеристиками и, несмотря на появление новых стройматериалов, не имеет аналогов до настоящего времени. В рамках небольшой статьи сложно рассказать все о цементе. Вместе с тем попытаемся предоставить развернутую информацию о составе, свойствах, разновидностях и технологии производства.

Что такое цемент

Многие слышали слово «цемент». Определение этого термина можно найти в специализированных источниках. Незаменимый в строительной отрасли цемент – это сухое порошкообразное вещество неорганического происхождения. Он изготавливается путем высокотемпературного обжига известково-глиняной смеси, содержащей данные компоненты в определенных соотношениях. Полученный стройматериал обладает особыми эксплуатационными характеристиками.

При добавлении воды он меняет свойства:

• стает вязким (пастоподобной консистенции);
• приобретает темно-серый оттенок;
• ускоренно набирает твердость в воздушной и влажной среде;
• превращается в камень искусственного происхождения.

Неоднократно убедились все, кто использовал цемент, что это достаточно прочный стройматериал. Искусственный монолит по твердости не уступает природному камню.

Трудно представить себе область строительства, где не использовался бы цемент

Стройматериал имеет древнюю историю. В источниках отсутствует достоверная информация про цемент. Кто изобрел его первым, – неизвестно. Историки также затрудняются дать однозначный ответ на вопрос, где был изобретен цемент. В результате раскопок и научных исследований неоднократно изучался древний цемент. Когда изобрели его? Ученые пытались ответить на этот вопрос. Они пришли к заключению, что материал появился задолго до нашей эры. Это подтверждают найденные в разных странах образцы. Они содержали гипс, известь и даже вулканический пепел.

На протяжении тысячелетий изменялись методы изготовления цемента. Постепенно утратили актуальность связующие вещества, обладающие пониженной прочностью. На смену им пришел клинкер, полученный путем обжига, а также специальные модифицирующие компоненты.

Состав

Полная химическая формула стройматериала довольно сложная. Он содержит следующие вещества:

• кальциевый оксид в количестве 67%;
• кремниевый диоксид в объеме 22%;
• алюминиевые окиси порядка 5%;
• оксид железа, содержание которого составляет 3%;
• модифицирующие компоненты – не более 3%.

Основу стройматериала составляют следующие ингредиенты:

• клинкер, произведенный из глины и известняка. От качества клинкера зависят прочностные свойства. Клинкер – это главный компонент, произведенный при нагреве известково-глинистого состава во вращающейся печи. При обжиге плавится глиносодержащее сырье и известняковые материалы с образованием гранул, насыщенных кремнеземом. Затем производится повторный отжиг и дробление клинкера до пылеобразного состояния;

• компоненты минерального происхождения. Введение специальных добавок расширяет сферу применения, повышает эксплуатационные характеристики, придает необходимые свойства. Добавляются гранулированные шлаки, измельченные сланцевые материалы, пуццолановые ингредиенты и измельченная известь. В нормативных документах, регламентирующих состав стройматериала, имеется информация о содержании в минеральных компонентах различных химических веществ;
• специальные добавки и вспомогательные компоненты, содержащие сульфат кальция. Добавление данных ингредиентов не оказывает влияния на скорость поглощения влаги и продолжительность использования рабочей смеси. Изменение концентрации кальциевого сульфата, входящего в состав модификаторов, позволяет регулировать в необходимых пределах продолжительность процесса гидратации. Для этого производится добавление гипсового порошка.

Кроме указанных основных составляющих, вводятся специальные присадки, повышающие устойчивость цементного состава к высокой температуре, воздействию кислот, щелочей, агрессивных сред. Добавки также повышают влагостойкость, улучшают адгезию со стальной арматурой, а также влияют на подвижность цементного раствора.

Основные характеристики

Использование цемента связано с его свойствами. Действующий стандарт регламентирует следующие характеристики:

• прочностные свойства. Они изменяются для цементных составов различных марок. Прочность определяется лабораторным методом путем сжатия эталонного образца застывшей смеси. Контроль прочности согласно требованиям нормативного документа производится в три стадии: через двое суток, а также через одну и четыре недели после заливки. Величина параметра измеряется в мегапаскалях. Цифровое значение прочности соответствует марке цементного состава;
• продолжительность схватывания. Параметр характеризует временной промежуток, в течение которого изменяются пластические характеристики цементной смеси. Правильно приготовленный раствор начинает застывать через пару часов после заливки в жаркое время года. В осенний период процесс гидратации может занимать 8–10 часов. Резко возрастает продолжительность схватывания при нулевой температуре и может составлять 15–20 часов. Введение добавок позволяет регулировать скорость схватывания;
• устойчивость к воздействию отрицательных температур. Эта характеристика называется морозостойкостью. Она характеризует способность затвердевшего цементного массива воспринимать глубокое замораживание с дальнейшим оттаиванием на протяжении многих циклов. При этом должна сохраняться целостность массива и прочностные характеристики. Причиной разрушения является увеличение объема воды, насыщающей поры. Введение добавок повышает порог морозостойкости;
• плотность. Параметр характеризует массу порошкообразного вещества в одном кубическом метре материала. Свежеприготовленный цементный состав имеет наименьший удельный вес. При длительном складском хранении материал слеживается, а при перевозке – уплотняется. При этом плотность возрастает. Характеристика зависит от крупности измельченного клинкера. Среднее значение – 1,3 т/м3.

Среди прочих характеристик можно отметить:

• гигроскопичность. Степень поглощения воды отличается для различных марок;
• крупность помола. Определяется путем просеивания через сито;
• коррозионная стойкость. Повышается путем введения специальных добавок;
• срок годности. Он зависит от условий хранения и допустимого уровня влажности.

Качество снижается после длительного хранения на складе при повышенной влажности. Приобретая стройматериал, обратите внимание на наличие сертификата соответствия, гарантирующего качество продукции.

Разновидности материала

В строительной отрасли используются различные виды цементных материалов, отличающиеся следующими параметрами:

• составом;
• концентрацией ингредиентов;
• наличием специальных добавок;
• назначением;
• свойствами.

Различают следующие виды портландцемента:

• быстротвердеющий. Содержит добавки минерального происхождения, которые сокращают продолжительность набора прочности. Применяется для ускоренного выполнения строительных мероприятий и изготовления железобетонных конструкций;
• сульфатостойкий. Основное достоинство – устойчивость к воздействию сульфатов, достигается уменьшением в клинкере кальциевых алюминатов. Используется для конструкций, эксплуатирующихся во влажной или агрессивной среде;
• гидрофобный. Содержит поверхностно-активные компоненты, значительно снижающие гигроскопичность. Результат введения добавок – повышение подвижности, удобство укладки раствора. Материал сохраняет свойства при повышенной влажности;
• белый. Его легко отличить от других цементных составов. Имеет светло-серый цвет, не содержит титановых оксидов, солей железа и марганца. Используется для отделочных мероприятий;
• цветной. Содержит специальные пигменты органического и неорганического происхождения, добавляемые в клинкерный материал перед измельчением. Цветные составы, например, желтый цемент, используются при отделочных мероприятиях;
• пуццолановый. Устойчив к воздействию сульфатов, быстро твердеет при повышенной температуре. Автоклавная обработка значительно повышает прочностные характеристики. Предназначен для эксплуатации в почве, а также во влажной среде;
• тампонажный. Производится исключительно для герметизации скважин на газовых и нефтяных разработках. Обеспечивает надежную изоляцию от грунтовых вод, устойчив к давлению и температуре. Приобретает прочность на начальном этапе твердения.

На основе извести, шлаков и глины производят следующие цементные составы:

• шлаковый. Медленно набирает прочность. Применяется в гидротехнической отрасли и портовом строительстве;
• шлаково-известковый. Отличается замедленным твердением. Применяется для штукатурных работ и кладки;
• глиноземистый. Относится к огнеупорным материалам. Отличается устойчивостью к коррозии, а также влагонепроницаемостью.

Выбирая материал для выполнения конкретных работ, учитывайте назначение стройматериала и особенности эксплуатации.

Как получают цемент – технология изготовления

Технологический процесс изготовления предусматривает выполнение следующих операций:

1. Разработку месторождений известняка, гипса и глины.
2. Измельчение добытых материалов.
3. Сушку измельченной сырьевой массы.
4. Получение известняково-глиняного шлама.
5. Обжиг сырья с получением гранул клинкера.
6. Дробление клинкера до порошкообразной консистенции.
7. Дозировку и перемешивание компонентов.

Используется различная технология, отличающаяся методом подготовки шлама:

• сухая. Сушка и дробление производятся в измельчителе, в который нагнетается нагретый воздух. Готовая фракция имеет требуемую влажность;
• мокрая. Предусматривает использование мела. Он дробится во влажном состоянии, затем шихта обжигается и измельчается;
• комбинированная. Объединяет особенности предыдущих методов в зависимости от применяемого в технологическом цикле оборудования.

В настоящее время производители отдают предпочтение сухому способу производства.

Применение цемента

Область применения в промышленном и гражданском строительстве довольно широкая:

• производство железобетонных изделий:
• строительство фундаментов;
• возведение стен зданий;
• выполнение штукатурных работ;
• заливка стяжки;
• изготовление плитки.

Кроме этого, материал широко используется для дорожного строительства, мостостроения, гидротехнической отрасли.

Особенности маркировки

Для классификации используются два способа маркировки:

• согласно европейской классификации по ГОСТ 31108-2003 различным видам цемента присваивается маркировка ЦЕМ с цифровым индексом от 1 до 5;
• по государственному стандарту 10178-85, каждый вид цементного состава имеет буквенный индекс – ПЦ, ШПЦ, БЦ.

Например, портландцемент, изготовленный по европейским нормам, маркируется ЦЕМ 1 или ЦЕМ 2, в зависимости от вида добавок. Аналогичный материал, изготовленный по внутригосударственному стандарту, маркируется ПЦ. Соответственно, обозначение шлакопортландцемента может быть ЦЕМ 3 или ШПЦ. Оба нормативных документа сейчас действуют, что удобно производителям цементной продукции.

Заключение

Ознакомившись с материалом, можно получить информацию о составе, характеристиках, особенностях изготовления, маркировке и свойствах стройматериала. Теперь не возникнет вопросов при слове «цемент». Что это такое – мы разобрались. При покупке необходимо обращать внимание на характеристики и марку материала согласно специфике выполняемых работ. Представленная информация поможет принять правильное решение.

Наверно многие сталкивались с не очень приятной ситуацией, когда в конце дачного сезона (лето — середина осени) остается некоторое количество строительных смесей. Особенно это касается цемента, который как ни стараешься полностью использовать, но мешок или два все же остаются зимовать.

Как же правильно использовать цемент и что же делать со старыми, слежавшимися мешками? Все просто:

• В первом случае нужно постараться в течение нескольких месяцев выработать весь запас. В крайнем случае допускается одна зимовка в сухом месте с потерей качества 10 — 15%.
• После двух зимовок можно смело выбрасывать или использовать в качестве подсыпки.

Как использовать старый цемент?

Если в цементе образовались камневидные комки, то для строительных работ он не годится даже в случае их измельчения. Связующее, преждевременно вобравшее влагу, теряет все свои свойства и раствор с использованием такого компонента не будет обладать должными свойствами.

В качестве эксперимента проверим, какими свойствами будет обладать залежавшийся состав:

Для начала измельчим 50 килограмовый мешок.

Забетонируем несколько столбиков для забора. Стоит учесть, что пропорции цемент — песок — щебень (керамзит) в случае со старым цементом будут иными. Расход цемента измениться. В конкретном случае нужное количество определялось визуально по цвету замешиваемого бетона.

Через месяц молотком условно проверим прочность бетона. Хочется отметить, что осмотр бетона на следующий день подозрений в ненадлежащем качестве не оставил. Столбики забетонированы хорошо. Единственное, что может повлиять на целостность — .

Для более ответственных участков (фундамент, штукатурка) такой цемент однозначно не стоит использовать.

Виды и особенности применения цемента

Цемент — это связующее вещество, которое выпускается в виде мелкозернистого порошка серого цвета. При добавлении воды и перемешивании образует пластичную смесь, способную при застывании превращаться в камневидную массу.

Применение цемента:

• Используется для изготовления монолитного и сборного бетона. Добавляя при формовке каркас из арматуры, после заливки получится железобетон.
• Без связующего компонента невозможно изготовить любой строительный раствор (кладочный, штукатурный, для стяжки).
• Также цемент используется в производстве асбестоцементных изделий.

Самый популярный вид цемента – портланд. Помимо него существуют глиноземный, расширяющийся, магнезиальный, кислотостойкий, быстротвердеющий. Они отличаются друг от друга свойствами и применяются в определенных процессах.

Виды цемента

1. Портландцемент сульфатостойкий имеет пониженное содержание в клинкере алюминатов кальция. Активность такого цемента значительно меньше быстротвердеющего образца марки 400 и 500. Поэтому его применение сводиться к созданию сульфатостойких и морозоустойчивых железобетонных и бетонных конструкций.
2. Быстротвердеющий портландцемент обогащен минеральными добавками, которые гарантируют интенсивное нарастание прочности в первом периоде твердения. Используют такой вид преимущественно для скоростного строительства, а также для создания железобетонных конструкций.
3. Цемент с гидрофобирующими добавками. За счет специальных добавок растворы на таком цементе имеют меньшее водопоглощение. В результате и изготовленный бетон обладает пониженной водопроницаемостью и может использоваться при строительстве объектов контактирующих с водой.
4. Цемент с поверхностно — активными добавками (ПАД). Данные наполнители абсорбируются на зернах цемента, покрывая их особой защитной пленкой, предотвращающей сцепление даже самых маленьких частичек. За счет этого растворы с ПАД обладают повышенной подвижностью и используются при возведении конструктивно сложных объектов.
5. Портландцемент тампонажный разработан специально для тампонирования газовых и нефтяных скважин (изолирует их от грунтовых вод). Данный вид обладает высокой текучестью, стойкостью к давлению и перепадам температуры.
6. Портландцемент белый практически не содержит красящих оксидов (титана, железа, марганца) и отличается от других видов цемента более светлым оттенком. Бетон получается белым, что дает возможность использовать его не только для строительства, но и для создания художественных фигур.
7. Портландцемент цветной. В него на этапе помола клинкера вводят пигменты (органические – не более 0,3%, минеральные – не более 10%).
8. Портландцемент пуццолановый. Обладает повышенной стойкостью к сульфатам и пресной воде, очень быстро отвердевает при высокой температуре. При обработке автоклавом прочность бетона из данного вида цемента значительно превышает прочность бетона, созданного на стандартном портландцементе. Однако при понижении температуры затвердение раствора из пуццолановогой смеси замедляется. Используется такой материал для создания подводных и подземных конструкций, не подвергающихся попеременному замораживанию/размораживанию и увлажнению/высыханию.
9. Шлаковые цементы бывают двух вариантов. Шлакопортландцемент (ШПЦ) состоит из гранулированного доменного шлака, мелкого помола стандартного клинкера и гипса. Основное отличие ШПЦ от обычного состоит в медленном нарастании прочности изготовленного из него бетона. Данный вид обладает низкой экзотермией и повышенной устойчивостью к воздействию агрессивных сред, поэтому его наиболее часто используют в гидротехническом и портовом строительстве. Из вестково-шлаковый цемент (ИШЦ) создается путем совместного помола извести и доменных шлаков. В его составе также могут присутствовать гипс (до 5%) и портландцемент (не более 20%). ИШЦ твердеет достаточно медленно, но обладает повышенной устойчивостью к пресным и сульфатным водам. Используется для создания низкомарочного бетона и кладочных или штукатурных растворов.
10. Цемент глиноземистый производится из сырьевого материала, богатого глиноземом. Наиболее важный микроэлемент данного вида цемента - алюминат кальция. Именно он обеспечивает быстрое твердение раствора при стандартном времени схватывания (не раньше получаса и не позже 12 часов). Потребность в воде у такого состава выше, чем у обычного портландцемента почти на 10%. Жидкость необходима для гидратации, гарантирующей морозоустойчивость и меньший процент усадки бетона.
11. Цементы расширяющиеся выделяются увеличением в объеме при создании растворов. Производят данный вид цементов из расширяющей добавки и основного вяжущего элемента, между которыми проходит химическая реакция, дающая приращение объема. Существует несколько видов расширяющихся составов: Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) создается на основе глиноземистого цемента и используется для гидроизоляции стволов шахт, заделки трещин в бетонных и железобетонных конструкциях, а также для омоноличивания отдельных элементов сборных сооружений. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент используется для заделки швов, гидроизоляции штукатурок и для получения водонепроницаемых бетонов. Портландцемент расширяющийся схватывается не ранее, чем через 30 минут, но не позднее, чем через 12 часов. Цемент напрягающийся отличается наличием в своем составе алюминатной составляющей, которая обеспечивает увеличение объема при твердении. Расширяясь, он способен создавать в арматуре предварительное напряжение. Применяется в строительстве сооружений с повышенной непроницаемостью пара, воды и газа.

Любой из видов цемента используют следующим образом: в порошковый состав при непрестанном перемешивании постепенно добавляют воду до образования массы нужной консистенции. В зависимости от того, нужен ли раствор или бетон, в первом случае добавляется песок определенной пропорции, а во втором — помимо песка, гравий мелкой фракции или щебень (металлургический шлак, керамзит, опилки и другие наполнители). В чистом виде это связующее практически не применяется (цемент перемешанный с клеем ПВА может использоваться как дополнительное защитное покрытие бетона).