6

Лекція №_

Тема. Мінеральні в’яжучі речовини.

Мета. Вивчення загальних характеристик спеціальних видів цементу.

План заняття.

1. Характеристика спеціальних видів цементу.

• Швидкотвердіючий портландцемент;

• Особливо швидкотвердіючий

• Надшвидкотвердіючий

• Пластифікований

• Гідрофобний

• Пуцолановий

• Шлакопортландцемент

• Сульфатостійкий шлакопортландцемент

• Сульфатостійкий портландцемент

• Білий портландцемент

• Кольорові портландцементи

• Мурувальні цементи

• Тампонажний цемент

• Глиноземистий

• Гіпсоглиноземистий розширений

1. Характеристика спеціальних видів цементу.

Швидкотвердіючий портландцемент (ШТЦ) – це цемент, який одержують тонким (не менш як 350 м²/кг) подрібненням клінкеру, додаючи 3-5 % гіпсу, що характеризується інтенсивнішим, ніж звичайний, наростанням міцності в початковий період твердіння. Через 3 доби твердіння його міцність на стиск становить 25...28 МПа, тобто більше половини марочної міцності. Під час помелу до швидкотверднучого портландцементу можна додавати не більш як 10 % активних мінеральних добавок природного-походження або не більш як 15 % доменних гранульованих шлаків.

Застосовування швидкотверднучого цементу у будівництві зменшує строки тепловологої обробки бетонів або повністю виклює її, значно прискорює темпи будівництва, виконання бетонних робіт на морозі.

Проте слід враховувати підвищене тепловиділення ШТЦ при твер­дінні, що виключає можливість його застосування для виготовлення масивних конструкцій. ШТЦ з підвищеним вмістом С₃А непридат­ний для бетону, який зазнає сульфоалюмінатної корозії.

Особливо швидкотвердіючий - це високоміцний порт­ландцемент (ОШТЦ) марки 600, який на протязі однієї доби має границю міцності при стиску 20-25 МПа, а трьох діб — 40 МПа. Така інтенсивність наби­рання міцності характеризується високим вмістом С₃S (65...68 %) при помірній кількості С₃А (до 8%) та високій тонкості помелу (400 м²/кг).

Застосування ОШТЦ замість звичайного у високоміцних бетонах на 15-20% знижує витрату в'яжучого й скорочує час та енергоємність теплової обробки виробів.

Надшвидкотвердіючий (НШТЦ) – це цемент, який одержують введенням до сировинної суміші речовин, що містять галогени (наприклад, фторид чи хлорид кальцію) та велику кількість алюмінатів і характеризуються дуже швидким тужавінням. Бетон на такому це­менті через 1-4 години без теплової обробки набуває міцності, достат­ньої для розпалублення виробів (витягання їх із форм). Активність НШТЦ становить 40-50 МПа.

Такий цемент має знижену морозостійкість, а сталева арматура в залізобетоні з таким цементом кородує під впливом іонів хлору.

Пластифікований – це портландцемент, який виготовляють тонким подрібненням портландцементного клінкеру з двоводним гіпсом (3-5%) із додаванням під час помелу майже 0,25 % (у розрахунку на суху речовину) лігносулвьфонату технічного (ЛСТ) чи іншої плас­тифікуючої добавки. Такий портландцемент відрізняється від зви­чайного здатністю надавати розчинним та бетонним сумішам під­вищеної рухливості. Пластифікуючий ефект такого цементу викорис­товують для зменшення водоцементного відношення й підвищення щільності, морозостійкості та водонепроникності бетону. А якщо В/Ц зберегти незмінним, то можна на 10...15 % знизити витрату цементу, не погіршуючи якості бетону.

Гідрофобний - це портландцемент, який одержують подрібненням портландцементного клінкеру з двоводним гіпсом (3-5 %) і з дода­ванням під час помелу 0,08-0,25 % однієї з гідрофобізуючих доба­вок — олеїнової кислоти, асидолу, милонафту. Ці речовини, адсор­буючись на поверхні зерен цементу, утворюють найтонші водовідштов­хувальні плівки, які зменшують гігроскопічність при перевезеннях та складуванні в умовах з підвищеною вологістю повітря без втрати активності.

Недоліком гідрофобного цементу є сповільнене зростання міцності в початковий період твердіння.

Застосування: для бетонних та залізобетонних наземних, підземних і підводних конструкцій, у тому числі й для тих, що працюють в умовах циклічного зволоження чи заморожування.

Пуцолановий – це портландцемент, який одержують спільним помелом клінкеру, двоводного гіпсу (3...5 %), активної мінеральної добавки осадового походження (20...30 %) або вулканічного попелу, паливної золи (25...40 %). Уперше як активну добав було використано вулканічний попіл (пуцолан), що пояснює назву цементу.

Слід враховувати, що при експлуатації бетону на пуцолановому цементі в повітряно-сухих умовах він дає велику усадку й частково втрачає міцність. Тому пуцолановий портландцемент слід застосовувати для бетонів, які постійно перебувають у вологих умовах (підводних та підземних частин споруд). Крім того, бетони на цьому цементі мають низьку морозостійкість. Пуцолановий портландцемент твердне по­вільніше, ніж звичайний, особливо при низьких температурах, тому його не слід застосовувати при зимовому бетонуванні. Він має порів­няно невелике тепловиділення, що дає змогу використовувати його для виготовлення масивних бетонних конструкцій.

Шлакопортландцемент одержують спільним, поме­лом клінкеру портландцементу, до 3,5 % гіпсу й 21...80 % гранульо­ваного доменного чи електротермофосфорного шлаку. Можлива за­міна до 10 % шлаку трепелом чи іншою мінеральною добавкою.

Незначний вміст у цементному камені Са(ОН)₂ підвищує стійкість шлакопортландцементу в м'якій і сульфатній воді порівняно із зви­чайним портландцементом. Екзотермія при твердінні в такого цемен­ту в 2—2,5 раза нижча, ніж у звичайного, і тому його з успіхом можна застосовувати для виготовлення масивних бетонних конструкцій.

Шлакопортландцемент вигідно відрізняється від пуцоланового по­мірною водопотребою, вищою повітро- і морозостійкістю, а тому може застосовуватися для зведення наземних, підземних і підводних частин споруд. Вартість такого цементу на 15...20 % нижча, ніж вартість звичайного портландцементу.

Шлакопортландцемент, випускають трьох марок: 300, 400 і 500. Недоліком його є те, що він повільно набирає міцність у початковий період твердіння і особливо — при мінусових темпе­ратурах. Процес твердіння шлакопортландцементу значно при­скорюється, якщо виконати тепловологу обробку виробів (наприклад у пропарювальних камерах).

Швидкотверднучий шлакопортландцемент відрізняється від зви­чайного шлакопортландцементу підвищеним вмістом у клінкері С₃S і С₃А, дозою шлаку (30...50 %) і підвищеною тонкістю помелу (350...450 м²/кг). Такий цемент марки 400 за 3 доби, твердіння набуває границі міцності при стиску не менш як 20 МПа, при вигині — не менш як 3,5 МПа.

Сульфатостійкий шлакопортландцемент є різновидом шлакопорт­ландцементу, в якому при виготовленні використовують портландцементний клінкер із вмістом С₃А < 8 %. Марки такого цементу: 300 і 400. Сульфатостійкий шлакопортландцемент застосовують для підзем­них та підводних частин споруд, які зазнають сульфатної корозії.

Сульфатостійкий портландцемент — це гід­равлічна в'яжуча речовина, стійка щодо дії вод, які містять сульфат­ні аніони. Сульфатостійкий портландцемент не повинен містити мінеральних добавок, які знижують морозостій­кість бетонів на такому цементі. Марки сульфатостійкого цементу: 300, 400 і 500. Цей цемент дещо сповільнено твердне в початкові строки.

Застосовують сульфатостійкий портландцемент, виготовляючи бе­тони, призначені для роботи в морській воді, а також для бетонів під­вищеної морозостійкості.

Білий портландцемент декоративного призначення одержують із чистих вапняків, кварцового піску, каолінових глин, чистих різновидів гіпсу, діатомітів, світлих туфів, які майже не міс­тять оксидів металів (заліза, марганцю, хрому). Як паливо при випалюванні ви­користовують газ. Щоб підвищити білизну, клінкер випалюють у відновлювальному середовищі й відбілюють, швидко охолоджуючи во­дою. Під час помелу клінкеру цемент оберігають від потрапляння до нього часточок заліза чи оксидів заліза, які можуть порушити його білизну.

За ступенем білизни цей цемент поділяють на три сорти:

• І має коефіцієнт відбиття не менш як 80 %,

• II — не менш як 75 %

• III — не менш як 68 %.

Коефіцієнт відбиття визначають за допо­могою фотометра.

Кольорові портландцементи одержують двома способами:

І) одночасно перемелюють білий клінкер з відповідними мінеральними пігментами;

2) забарвлюють клінкер, уводячи до складу сировинної шихти хромоформи— оксиди елементів змінної валентності, які надають цементу інтенсивного забарвлення.

Основні вимоги до барвників у цементі:

а) велика барвна здатність, яка забезпечує забарвлення при невеликому вмісті барвника;

б) стійкість щодо дії сонячного проміння, лугів та атмосферного впливу;

в) відсутність шкідливого впливу на процес твердіння.

Білий ти кольоровий портландцементи мають марки 400 і 500, а застосовують їх для архітектурно-оздоблюваних робіт, облицювального шару стінових панелей і блоків штучного мармуру, скульптурних робіт.

Мурувальні цементи призначаються для виготовлення мурувальних і штукатурних розчинів. Основні вимоги до них: висока пластичність тіста, добре зчеплення з цеглою, мінімальна усадка. Виготовляють такий цемент, розмелюючи одночасно клінкер та міне­ральні добавки (трепел, опоку, вапняк), які беруть в різних кіль­костях або за відношенням клінкеру до добавки 1 : 3 за масою. Під час помелу іноді вводять пластифікуючі добавки. Марки таких цементів у 2—3 рази нижчі, ніж марки звичайного портландцементу, але достатні для мурувальних та штукатурних робіт, а їх собівартість значно нижча через економію клінкеру.

Тампонажний цемент призначається для ізоляції пла­стів, кріплення обсадних колон та іншої арматури під час буріння та експлуатації нафтових і газових свердловин чи влаштування інших глибинних підземних споруд, тобто для специфічних умов експлуата­ції. За температурними умовами об'єкти буріння класифікують на «холодні» з температурами до 40 °С, «гарячі» — 40...90 °С і високотем­пературні— 90...200 °С і вище. Тиск у свердловинах може досягати 10⁵кПа.

До тампонажних цементів ставлять такі вимоги:

а) мати здатність утворювати легкорухомі суспензійно стійкі си­стеми, які можна перекачувати насосами і які здатні зберігати почат­кову консистенцію в статичних та динамічних умовах для тампону­вання свердловин завглибшки до 1800 м — не менш як 1 год 20 хв, до 4000 м — не менш як 2 год 20 хв;

- б) цементний камінь повинен мати достатню міцність, забезпечу­ючи хороші водо- та газопроникність, стійкість у середовищі сольо­вої та сірководневої агресії.

Глиноземистий цемент — це швидкотверднуча гідравлічна в'яжуча речовина, яка складається переважно з низькоосновних алюмінатів кальцію.

Тепловиділення глиноземистого цементу в 1,5 раза вище, ніж у портландцементу, і тому його можна застосовувати в зимовому бетонуванні. Не рекомендується використовувати цей цемент у масивних конструкціях у літній період року; а вироби на глиноземистому цементі не можна піддавати тепловологовій обробці.

Марки глиноземистого цементу 400, 500 і 600 визначають у 3-добовому віці. Водопотреба такого цементу 23...28 %. Початок тужавіння має наставати не раніш як через 30хв, а кінець — не пізніше як через 12год. після початку замішування, тобто глиноземистий цемент як швидкотверднучий, але не швидкотужавіючий, зручний для виготовлення виробів.

Гіпсоглиноземистий розширений, або безусадочний, цемент є швидкотверднучим гідравлічним в'яжучим, одержа­ним в результаті спільного помелу чи змішування (попередньо по­дрібнених) вясокоглиноземистого клінкеру чи шлаку.

Марки цементу 300, 400 і 500. Він має зручні для організації буді­вельних робіт строки тужавіння: початок — не раніш як через 20 хв, кінець — не пізніше ніж через 4 год. Лінійне розширення цементу через 3 доби твердіння має бути 0,1...0,7 %, а через 28 діб — не більш як 1 %.

Гіпсоглиноземистий цемент застосовують для виготовлення безусадочних та розширних водонепроникних розчинів і бетонів, для обмонолічування стиків, гідроізоляції шахт, підвалів, карбування труб тощо.