Свойства портландцемента

Характеристикой тонкости помола цемента является его удельная поверхность, которая определяется как площадь зерен на единицу массы. Для портландцемента этот показатель обычно составляет от 2500 до 3300 см²/г. Кроме того, важным фактором является количество цемента, которое проходит через строительное сито №008 (не менее 85% от общего количества). Портландцемент, залитый водой, образует пластичное цементное тесто.

Водопотребность у такого цемента сравнительно небольшая. Нормально, когда густотой цементное тесто, это когда пестик стандартных приборов доходит до пластинки на 7 мм, составит 28 % от всей массы цемента. Повышение параметра водопотребности будет плохо сказываться на свойствах цемента: уменьшится прочность и морозостойкость, увеличится усадочная деформация и пр. Снижается водопотребность цемента добавками — пластификаторами.

Срок схватывания портландцемента строго нормирован: начало наступает не раньше 45 минут, а конец — не позже 10 часов с момента его затворения водой. Данные показатели определяются при температуре 20° С, притом используется тесто вполне нормальной густоты.

Прочность любого портландцемента характеризуется маркой, которую установили по пределам

прочности при сжимании и в изгибе образцов-балочек размера 40 х 40 х 160 мм. Такие балочки изготовляются из цементно-песчаных растворов состав 1:3 (цемент: к нормальному песку) стандартная консистенция при водоцементных отношениях В/П =0,4. Такие образцы затвердевают в форме на воздухе в течение суток, и в воде комнатной температуры (без формы) 27 суток.

Промышленностью выпускается портландцемент 4-х марок. В паспорте на отгружаемые цемента цементным заводом указывается не только марка, но и активность, т. е. фактическая прочность цемента на сжатия при пропариваниях в возрасте 1 суток.

Тепловыделение же при твердении цементов проходит довольно длительное время, поэтому сильного разогрева бетона и растворов не происходит. Если же объемы укладываемых в

конструкции бетонов велики (к примеру, при возведениях плотин или массивного фундамента), то разогрев может достигать 80° , что уже опасно — бетон растрескается, разрушится.

Равномерность в изменении объема цемента при затвердении — признак его хорошего качества. Цементы при твердении на воздухе уменьшаются в объеме — дают усадки; линейный уровень воздушной усадки цемента достигнет 1 мм/м. Затвердевая в воде, особенно в самом начале твердения, цемент будет увеличиваться в объеме — набухнет, и линейное набухание его достигнет 0,5 мм/м. Потом, в конце затвердения, цемент (даже в воде) уменьшится в объеме.

Равномерность изменений объемов цемента проверяется на лепешке, изготовленной из

цементного теста при нормальной густоте и выдержанной до испытания просто на воздухе до 24 часов. Лепешка не должна растрескаться, осыпаться или же деформироваться после пропариваний в течение трех часов.

Твердение портландцементов

Смешивая портландцемент с водой получается пластичное, легко формуемое довольно клейкое тесто, которое постепенно густеет и переходит в камневидное состояние. Затвердение любого цемента — довольно сложные процессы, включающие ряд химико- и физических явлений. При затворениях минералы в цементе реагируют и происходят различного рода новообразования. Благодаря присутствию гипса и воды, трехкальциевый алюминат будет образовывать эттрингит — гидросульфоалюминат кальция, который замедляет схватывание и твердение цемента.

Механизмы твердения цементов очень сложны. Химические реакции начнут проистекать сразу после смешиваний цемента с водой. Частички портландцемента начнут растворяться, одновременно совершается гидратация и гидролиз растворенных продуктов. Первыми такими гидратными новообразованиями проявляются эттрингит и гидроксид кальция. Такие компоненты в цементе растворяются слабо, довольно медленно, образуя насыщенные растворы, заполняющие пространство между зернышками. Затем образуется очень мелкий гидросиликат, гидроалюминат и гидроферрит кальция, почти нерастворимые в воде. Этот раствор становится сильно перенасыщенным и довольно быстро переходит в коллоидное состояние, там в виде мелких частиц из него выпадут гидратные соединения, образуя гель, обладающий клеящим свойством.

В дальнейшем процессе гидратации в цементном тесте уменьшится количество свободной влаги, клейкость геля увеличится. Тесто загустеет, произойдет его схватывание. Потом новообразования начнут кристаллизоваться. Затем образующиеся кристаллы начинают сращиваться между собой, обрастая длинными игольчатого вида кристаллами, в результате чего создаются кристаллические сростки, т. е. наступит конец схватывания цемента. Дальше цементные камни уплотняются за счет продолжающейся реакции взаимодействия меж цементом и водой, частично обезвоживаясь и дальше кристаллизируясь.

При затвердении цемента на воздухе цементные камни дополнительно упрочняются при карбонизации гидроксида кальция. Затвердевшие цементные камни представляют собой весьма прочные кристаллические каркасы, заполненные гелем, внутри которого находится не затронутый реакцией внутренний слой цементных зерен. Поры в цементных камнях заполнены воздухом и еще там капиллярная вода.

Из-за малой растворимости всех компонентов процессы твердения портландцемента будут протекать длительное время — годы. Однако нарастание дальнейшей прочности раствора цемента в течении времени замедлится. Поэтому качество цемента приняли оценивать по той прочности, которая набирается через 28 суток от начала твердения.

Схватывание и твердение портландцементов зависит от ряда факторов: химические и минеральные составы клинкера, содержание добавок, тонкость помола, температура и влажность окружающей среды и др. Понижение температур от +20° до +5 °С замедлит твердение цемента почти в 3 раза; а повышение же температуры среды до +80 °С ускорит гидратацию в 6 раз.

Цемент будет нормально твердеть лишь при достаточной влажности в окружающей среде; повышение же температуры не должно сопутствовать высушивание раствора. Ускорение процесса твердения портландцементов при тепловой обработке — запаривание, пропаривание, электропрогрев — позволит получить в короткие сроки бетонные и железобетонные изделия необходимой отпускной прочности.

Стойкость цементных камней

Среди всех компонентов бетона и растворов наиболее подвержены коррозии цементные камни.

Цементные камни бетона и растворов должны быть коррозионно-, морозо- и атмосферостойкими.

Коррозия — процессы полного или частичного разрушения материалов от влияния различного агрессивного воздействия. Если влага, раствор солей или кислот просочатся сквозь цементные камни, они постепенно разрушаются, что приводит к разрушениям цементного бетона и раствора. Различаются несколько видов коррозий цементных камней. Одно из них является выщелачивания. Процессы выщелачивания продолжаются до полного разрушения материалов.

Стойкость цементных камней против выщелачивания можно увеличить, добавив активную минеральную добавку. Она свяжет Са(ОН)а в нерастворимые в воде гидросиликат и гидроалюминат кальция.

Особенно опасен для бетона водный раствор сульфата кальция Са. Соединившись с гидроалюминатом кальция, из сульфата кальция образуется гидросульфоалюминат кальция, объем которого за счет значительного там количества кристаллизационной воды почти в 2,5 раза превысит объем гидроалюмината, что вызовет сульфатную коррозию — разрушение затвердевших цементных камней.

Предотвратит коррозию цементных камней правильный выбор вида цемента и путем гидроизоляций бетона от фильтраций через него этой агрессивной воды.

Как делают цемент.