Цемент

 Цемент (лат. caementum - «щебень, битый камень») - искусственное неорганическое вяжущее вещество гидравлического твердения; продукт мелкого помола обожённого сырья, обладающий способностью после затворения водой переходить из тестообразного состояния в камнеподобное. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих - гипса, воздушной извести, которые твердеют только на воздухе. Прародителем современного цемента можно назвать отложения вулканического пепла Везувия, который древние римляне подмешивали к извести для придания ей гидравлических свойств. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их, что послужило началу векового периода усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига для достижения прочного соединения извести с оксидами.

      Цемент получается при нагревании гашёной извести и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450 °С. Происходит частичное плавление, и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер перемешивают с несколькими процентами гипса и тонко перемалывают. Гипс управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3 и 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

      Различают несколько видов цементов:

• Белый цемент - применяют для скульптурных элементов и декоративной отделке;

• Водонепроницаемый расширяющийся цемент - применяют для зачеканки и гидроизоляции швов раструбных соединений, создания гидроизоляционных покрытий, заделки стыков и трещин в ж.б. конструкциях и т.д.;

• Водонепроницаемый безусадочный цемент - применяют для устройства гидроизолирующей торкретной оболочки бетонных и железобетонных сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности (туннели, фундаменты и т.д.);

• Гидрофобный цемент - обладает меньшим водопоглощением, большей морозостойкостью и водонепроницаемостью, чем обычный портландцемент; способен длительное время храниться даже во влажной среде без потери активности. Повышенное воздухововлечение данного цемента снижает прочность тяжелых бетонов, однако, при производстве легких и ячеистых бетонов это свойство играет положительную роль. Бетонные смеси на гидрофобном цементе подвергаются меньшему расслаиванию, стойки к попеременному увлажнению и высыханию;

• Глиноземестый цемент - используют при срочных ремонтных и аварийных работах, производстве работ в зимних условиях, для бетонных и железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию сильно минерализованных вод, получения жаростойких бетонов, а также изготовления расширяющихся и безусадочных цементов. Дорогой цемент, потому его применение ограничено;

• Магнезиальный цемент - используют для устройства магнезиальных полов;

• Портландцемент - и его разновидности являются основными вяжущими веществами в строительстве;

• Сульфатостойкий цемент;

• Тампонажный цемент -  разновидность портландцемента, предназначенный для цементирования нефтяных и газовых скважин. Бывает двух видов, для холодных (с температурой до -40°С) и горячих (до +75°С) скважин;

• Шлаковый цемент - применяют для получения строительных растворов и бетонов, используемых преимущественно в подземных и подводных сооружениях. Известково-шлаковый цемент наиболее эффективен в производстве автоклавных материалов и изделий;

• Цветной цемент -  его применяют в архитектурно-декоративном оформлении сооружений, имеет большое значение в индустриальной отделке крупноэлементных зданий. Эти цементы применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений.

     Портландцементы – самые распространённые в строительстве цементы. Их получают помолом клинкера, представляющего собой обожённый до спекания состав, при температуре около 1450 градусов цельсия. Он состоит из тщательно дозированных смесей материалов, содержащих углекислый кальций, кремнезём и оксид железа, например мергеля или смесей известняка и глин. При помоле к клинкеру добавляют до 15% гидравлических добавок или 10% кварцевого песка, а для замедления схватывания – до 3% двуводного гипса. По внешнему виду портландцемент представляет собой тонко молотый порошок различных оттенков. Основной цвет портландцемента – серовато-зелёный.

       Цемент, как и любой другой материал, применяемый в строительстве, различается по своим физико-техническим характеристикам в зависимости от того, в каких условиях предполагается его эксплуатация.  Условное обозначение цемента состоит из: обозначения вида цемента – ПЦ или М (портландцемент), ШПЦ (шлакопортландцемент), ПТЦ (тампонажный портландцемент), ГЦ (глиноземестый гемент); марки цемента (от 100 до 1000);  обозначения максимального содержания добавок: Д0 – добавки не допускаются, Д5 – количество добавок не более 5%, Д20 – количество добавок от 5 до 20%,  обозначение быстротвердеющего цемента – Б; обозначение пластификации и гидрофобизации цемента – ПЛ и ГФ, обозначение цемента, полученного на основе клинкера нормированного состава – Н. Пример условного обозначения портландцемента марки 400, с добавками до 20%, быстротвердеющего, пластифицированного: ПЦ 400 – Д20 – Б – ПЛ – ГОСТ 10178.

      Марка цемента указывает максимальные прочностные качества цемента. Например маркировка М 500 указывает, что данный вид цемента способен выдержать нагрузку в 500 кг/см.кв.(50 МПа). Наиболее популярны цементы с маркировкой от 350 до 500, однако встречаются и цементы с отметкой 700 и даже 1000. Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95 % обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30 - 60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

    Второй параметр цемента в его маркировке - процентное содержание добавок. Оно обозначается буквой Д. Например, цемент с маркировкой Д20 будет содержать 20% добавок. Эта характеристика важна потому, что процент добавок влияет на пластичность и прочность цемента. Если цемент обладает какими-либо дополнительными специфическими свойствами, то на это указывают специальные обозначения. 
      Как уже было сказано выше, самыми популярными марками цемента являются марки от 350 до 500. Рассмотрим основные характеристики и применение некоторых из них. 
      Марка цемента М(ПЦ)400-Д20 указывает на то, что этот вид цемента обладает повышенной морозостойкостью и водостойкостью. Основная сфера применения такого цемента - строительство (сюда входит как жилищное, так и промышленное, сельхозхозяйственное). Его используют при изготовлении сборного железобетона, стеновых перекрытий, фундамента и т.д. Практически аналогичными свойствами и сферой применения обладает цемент марки М500-Д20, помимо хорошей водостойкости и морозостойкости данный вид цемента обладает пониженной сопротивляемостью коррозийным воздействиям. Его применяют, как и цемент марки ПЦ400-Д20 для строительства, а так же он подходит для штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ и изготовления различных строительных растворов. 
    Цемент марки М500-Д0 введенный в состав бетона, придает последнему такие характеристики, как повышенная морозостойкость, водостойкость, долговечность. Он незаменим в промышленном строительстве, особенно при выполнении аварийных и восстановительных работ. 
     При строительстве сооружений, так или иначе связанных с воздействием пресной или минерализованной водой, рекомендуют использовать цемент марки ПЦ(М)400-Д0. Без него не обойтись при изготовлении бетонных конструкций с применением термовлажностной обработки. Так же этот цемент хорош для изготовления бетонных и строительных растворов. Ещё одной важной характеристикой цемента является его время твердения. Этот процесс проходит в несколько этапов: первый - схватывание (начало твердения) цемента. Он занимает 40 - 50 минут. Второй - конец твердения. Он наступает через 10 - 12 часов. 

      Цемент - "скоропортящийся" продукт! Заявленная производителем марка цемента по прочности сохраняется лишь в течение 2 месяцев со дня производства.  При хранении в нормальных условиях цемент теряет прочность на 20% в первые три месяца, на 30% за полгода хранения, и на 40% при хранении в течение года.  Если вы используете лежалый цемент, то его количество в приготовляемой бетонной смеси нужно увеличить пропорционально потери прочности и в 4 раза увеличить время перемешивания смеси в бетономешалке. 
   К расчёту бетонной смеси я ещё вернусь, но сейчас хочется отметить, что существует некое минимальное содержание портландцемента в армированном цементном бетоне подвергаемому атмосферному воздействию, которое можно брать за основу оценки необходимого количества цемента. Например, ПЦ-Д20 должно быть не менее 220 кг/м3,  а портландцемента ПЦ-Д0 - не менее 200 кг/м3 на 1 кубометр бетона. 

       В последнее время повсеместно цементные заводы переходят на новую европейскую маркировку цементов. Теперь цементы будут обозначаться не М или ПЦ, а буквами "ЦЕМ" на русском языке или "СЕМ" на английском и будут они делиться по классам.

• цем I – портландцемент с минеральными добавками не более 5%. Этот цемент на начальном этапе твердеет очень быстро. Уже на вторые сутки прочность достигает 50% от проектной. Не имеет подтипов, поскольку нет добавок (кроме гипса, стабилизирующего и замедляющего время твердения)

• цем II – портландцемент с мин. добавками от 6 до 35%. При увеличении минеральных добавок в цементе уменьшаются темпы набирания прочности на начальном этапе. Портландцемент с мин. добавками будет представлен в двух подтипах:

  • А - процентный состав мин добавок 6 - 20%,

  • В -  процентный состав мин добавок 21 - 35%.

Буквенный индекс в маркировке этого класса укажет на вид добавки: гранулированный шлак - Ш, пуццолан – П, известь - И, зола - З, микрокремнезём - МК.

• Цем III – шлакопортландцемент с добавками шлака 35 - 65%. У данного типа цемента на раннем этапе немного замедлен набор прочности, однако на 56 день цемент ШПЦ III/А-400 приобретает прочность, которую можно сравнить

После класса указывается прочность цемента: 22,5; 32,5; 42,5 и 52,5. Цифры - обозначают минимальную (гарантированную) прочность цементного камня на сжатие в МПа в возрасте 28 суточного твердения. Так же, для классов 32,5 - 52,5 вводятся дополнительные обозначения по прочности в возрасте 2 или 7 суток: литеры Н- нормальнотвердеющий или Б - быстротвердеющий. Например, привычный ПЦ500Д0 по старому ГОСТу будет выглядеть так: ЦЕМ I 42,5Б, ПЦ400Д20 - ЦЕМ II/А-Ш32,5Б. Про современную маркировку цемента есть видеоролик.