Портландцемент Получение, процессы при твердении, свойства, применение

+ H2O = Mg(OH)2

Активностью цемента называют предел прочности при сжатии стандартных образцов-балочек 40х40х160

мм, выполненных из цементного раствора состава 1:3 с нормальным песком, выдержанных при t=(20±2) ºC: 1 сутки во влажной (φ≥96 %), остальное время в воде и испытанных в возрасте 28 суток сначала на изгиб, а затем половинки образцов на сжатие.

Rц = 30÷60 МПа

тс,
0 - 50 тс.
Погрешность 2 %

Цементы общестроительные. Технические условия
ГОСТ 310.1-6 Цементы. Методы испытаний.
ГОСТ 10178-85

Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия

ГОСТ 6139-2003 Песок для испытаний цемента. Технические условия

минеральными добавками
ПЦ с активными минеральными добавками (6-35 %)
Пуццолановый ПЦ (21-55

%)
Шлакопортланд-цемент (36-95 %)
Композиционный ПЦ (11-50 %)

С другими добавками

Расширяющийся
Безусадочный
Напрягающий
Цветные ПЦ

сульфатостойких видов цемента

(FeO, MnO и др.). Клинкер ПЦБ состоит из алита, белита

и алюминатов кальция при почти полном отсутствии алюмоферритной фазы. По белизне он делится на три сорта.
Для получения белого цвета:
Используют чистый известняк или мел и белую глину – каолин.
Мельницы футеруют фарфоровыми или кремневыми плитами.
Применяют мелющие тела из фарфора или высокоглиноземистого материала (уралита).
Обжиг производится на беззольном топливе — мазуте или газе.
Клинкер подвергают отбеливанию – резкому охлаждению от 1250-1350 °С до 500-600 °С, в результате которого белит получается более белым, чем при медленном охлаждении, когда он способен растворять в себе окислы железа.

минеральными красителями: охрой, железным суриком, марганцевой рудой, ультрамарином и др.;

путем введения в безжелезистую сырьевую смесь красящих пигментов (окислов хрома, марганца, кобальта, никеля и др.).

Окрашенные клинкеры дают редкие и насыщенные цвета, недоступные при первом способе.

марганца, кобальта, никеля,
железа
Природные
Техногенные
Вулканического
происхождения
Осадочного происхождения
1. Зола-унос
2. Микрокрем-незем
3. Доменные и электротермо-фосфорные

гра-нулированные шлаки
4. Белитовый шлам

Пепел
Туф
Трасс
Пемза
Цеолиты

Диатомит
Трепел
Опока
Глиеж

Кислые

Кислые
и основные

SiO2 +Al2O3

ПУЦЦОЛАНЫ

водные алюмосиликаты кальция и натрия, со стеклянным или перламутровым блеском,

известных своей способностью отдавать и вновь поглощать воду в зависимости от температуры и влажности. По происхождению цеолиты — гидротермальные, экзогенные, реже метаморфические минералы.

свойствам Т. аналогичен диатомиту, но содержит мало или почти лишён

органических остатков. Сложен преимущественно мелкими сферическими опаловыми, иногда халцедоновыми тельцами (глобулями) размером 0,01—0,02 мм. Содержит примеси глины, глауконита, кварца, полевых шпатов. Цвет от белого и сероватого до бурого, красного и чёрного. Залежи Т. известны среди морских отложений мела, реже — среди палеогеновых и каменноугольных. Происхождение, вероятно, биохимическое.

Диатомит

Трепел

- землистая, рыхлая или сцементированная кремнистая (опаловая) п. белого, светло-серого или желтоватого цвета, состоящая более чем на 50% из панцирей диатомей. Д. бывают морского, реже пресноводного (озерного) происхождения. Содержат до 70—98% растворимого кремнезема, обладают большой пористостью, малым объемным весом, адсорбционными и теплоизоляционными свойствами. Распространены в палеоген-неогеновых и четвертичных отл.

основном из микрозернистого водного аморфного кремнезёма (до 97%) обычно с

примесью глины, песка, глауконита и др.; присутствуют плохо сохранившиеся остатки диатомей и спикулы губок.

Глиежи - плотные фарфоровидные горные породы, образовавшиеся при обжиге глинистых пород во время подземных пожаров на угольных месторождениях.

Опока

формы, получаемых при газоочистке печей в производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным

компонентом материала является диоксид кремния SiO2 аморфной модификации.

шлак основной
Мо < 1 - шлак кислый

-породообразующий минерал нефелиновых сиенитов и фонолитов. Используют в производстве алюминия,

соды, в стекольной промышленности.

Нефелиновый шлам - побочныйпродукт получения глинозема (Al2O3) и соды из нефелиновых руд.
Используется для производства цемента и силикатного кирпича.
На 70-80 % представлен двухкальциевым силикатом (белитом) 2СаО·SiO2 (β и α’ модификациями).
Примеси: силикаты, гидроалюминаты, гидроферриты, карбонаты кальция и другие соединения.

+ SiO2 = nCaO·Al2O3· xН2О + m CaO· SiO2· yН2О,

где n+m=3, x+y=6.

Клинкер

Природный
гипс

Пуццолана

Помол

Пуццолановый портландцемент

5 %

21-55 %

79-45 %

Нормированый состав клинкера:
C3A≤8 %,
Al2O3≤5 %,
MgO≤5 %

При твердении вначале образуются
Са(ОН)2 и 3CaO·Al2O3·6Н2О

Затем при реакциях с аморфным кремнеземом пуццоланы, образуются малорастворимые низкоосновные гидросиликаты и гидроалюминаты кальция

Реакции пуццоланизации

внутренних зон бетона гидротехнических сооружений.
Не следует использовать в условиях

воздушного твердения и особенно для частей сооружений, находящихся в зоне переменного уровня воды.

Свойства
Более стойкий, чем портландцемент, к выщелачиванию и сульфатной коррозии.
Твердеет медленнее ПЦ и имеет меньшую прочность, характеризуемую двумя марками – 300 и 400, что объясняется замещением части клинкера менее активной пуццоланой и более высокой водопотребностью.
Водопотребность 30-40 %, вместо 24-28 % у ПЦ.
При твердении ППЦ выделяется меньше тепла, чем при твердении ПЦ.
Морозостойкость и воздухостойкость бетонов на ППЦ значительно ниже, чем бетонов на ПЦ.
Имеет повышенную водонепроницаемость.
Себестоимость ППЦ ниже себестоимости ПЦ.

шлаков Франции и Люксембурга
Стекловидная фаза доменного шлака вступает в процессы

гидратации и гид-ролиза с образованием гидроалюмина-тов и гидросиликатов кальция. Гипс и Ca(OH)2 реагируют со шлаковыми сос-тавляющими, образуя гидрогеленит и гидрогранаты. При твердении шлако-портландцемента образуются гидро-силикаты меньшей основности, чем при твердении портландцемента.

и сульфатных водах (низкое содержание Са(ОН)2 и меньшая основность силикатов).
2.

Стоимость ниже на 30-40 %), чем ПЦ.
3. Тепловыделение значительно меньше, чем у ПЦ.
4. Высокая адгезия к стальной арматуре.
5. Способность при пропаривании набирать прочность быстрее ПЦ.
6. Пониженная по сравнению с ПЦ активность (медленно твердеют).
7. Ниже, чем у ПЦ прочность, морозостойкость, водонепроницаемость.
8. Марки по прочности: 300, 400, 500.
9. По прочности и морозостойкости превосходит ППЦ, но уступает ему по водонепроницаемости.
10. Водопотребность ШПЦ (20-25 %) несколько меньше, чем у ПЦ.

Применение
1. В массивных наземных, подземных и подводных сооружениях, подвергающихся воздействию агрессивной водной среды.
2. Для изготовления бетонных и железобетонных изделий,
3. Для каменной кладки и в составе штукатурных растворов.
4. Не рекомендуется применять в бетонах, подвергающихся замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

продуктами тонкого измельчения обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси,

составленной из бокситов Al2O3·nH2O и известняков CaCO3 .

С2АS, С5А3, С3А5, СА2, С2S.
Получение ГЦ возможно либо плавлением

либо спеканием сырьевых смесей. В России глиноземистый цемент производится путем бокситной плавки чугуна в доменной печи.

твердости (7,0—7,5 по шкале Мооса).
Твердение. СаО·Al2O3 схватывается медленно, но

твердеет очень быстро. В процессе гидратации из пересыщенного раствора выкристаллизовывается гидроалюминат кальция СаО·Al2O3·10Н2О, с течением времени переходящий в пластинчатые кристаллы С2АН8 и гель Al(OH)3. Одновременно из раствора кристаллизуются С2АН8 и С4АН12, а также С3АН12.

Из раствора

С2АН8

Al(OH)3

С2АН8

С4АН12

С3АН12

СаО·Al2O3+10Н2О=СаО·Al2O3·10Н2О

пластинчатые кристаллы

гель

схватывания ГЦ имеют близкие к ПЦ значения
Очень высокая скорость твердения.

К суточному возрасту прочность составляет 50—90 % от марочной
Марки ГЦ – 40, 50 и 60, а ВГЦ – 25 и 35
Высокая стойкость в сульфатных и пресных водах выше, чем ПЦ и др. в.в.(причина: образование на C3A защитной пленки из Аl(ОН)3 и отсутствие Ca(OH)2
Высокая скорость тепловыделения (нельзя использовать для массивных сооружений)
Высокая морозостойкость и жаростойкость
Высокая стоимость в 3-4 раза выше, чем ПЦ

Применение ГЦ. Применяется при проведении аварийных и срочных работ, для тампонирования нефтяных и газовых скважин, получения огнеупорного бетона и т.п. Используется в составе смешанных вяжущих веществ. Это шлако-глиноземистый, песчано-глиноземистый, ангидрито-глиноземистый и расширяющиеся цементы.

с образованием гидросульфоалюмината кальция (ГСАК), объем которого значительно превышает объем

исходных твердых продуктов реакции.

При гидратации портландцемента ГСАК образуется по реакции:
3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+19H2O →
→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O.
Чтобы получить расширение нужно к ПЦ добавить расширяющую добавку, включающую недостающие компоненты (кальциевый – CaO, алюминатный – Al2O3 и сульфатный – CaSO4) в нужном количестве и соотношении.

CaSO4, обычно берут природный гипс, ангидрит или побочные продукты некоторых

производств.
Алюминаты кальция, входят в состав глиноземистого цемента или его клинкера (глиноземистого шлака). Их получают также путем плавления или спекания боксита и мела.
Путем обжига смеси из трех составляющих – боксита, мела и гипса получают продукт, состоящий из сульфоалюмината кальция 3CaO·3Al2O3·CaSO4.
На его основе можно создавать как расширяющую добавку, так и самостоятельный расширяющийся цемент.

или смешения высокоглиноземистого шлака (70 %) и природного двуводного гипса

(30 %).
Расширение образцов из ГГЦ наблюдается при твердении в воде. В воздушных условиях происходит усадка.
Расширение заканчивается через 1-3 суток твердения.
Отн. удлинение через 3 суток составляет 0-0,7 %.

(60-65 %),
высокоглиноземистого шлака

(5-7 %),
двуводного гипса (7-10 %),
активной минеральной добавки (20-25 %).
Гидравлическая добавка связывает Ca(OH)2, выделяющуюся при гидратации C3S, и ускоряет растворение алюминатов кальция и образование ГСАК.

самонапряжением, а железобетон —самонапряженным.
Напрягающий цемент представляет собою тонкомолотую смесь,

состоящую из 65 % портландцементного клинкера, 20 % глиноземистого шлака и 15 % гипса.
Напряжение достигает 9-10 МПа.

Предназначен для изготовления специальных железобетонных изделий, арматура которых напряжена в нескольких направлениях.