Cement portlandzki: odmiany, właściwości i zastosowania

Do produkcji betonu stosuje się spoiwa nieorganiczne, które po zmieszaniu z wodą tworzą pastowaty roztwór, który nabiera wytrzymałości w miarę twardnienia. Cement portlandzki jest rodzajem takiego spoiwa..

Funkcje i produkcja

O cemencie portlandzkim często mówi się, jeśli chodzi o rozwiązanie, które jest trwałe i odporne na negatywne oddziaływanie środowiska. Cement portlandzki jest rodzajem spoiwa do zapraw betonowych.

Jest to sucha mieszanina rozcieńczana wodą. Po pewnym czasie produkt twardnieje podczas interakcji z powietrzem.

Cement portlandzki oparty jest na drobno zmielonym klinkierze, a także gipsie, który przyspiesza wiązanie mieszanki. W zależności od rodzaju i marki produktu, jego formuła może zawierać pewne dodatki i zanieczyszczenia.

Mieszanka została wynaleziona w 1824 roku przez amerykańskiego murarza, a swoją nazwę zawdzięcza zewnętrznemu podobieństwu do wapienia portlandzkiego, wydobywanego w jednym z angielskich hrabstw..

Aby uzyskać ten skład, stosuje się skały węglanowe (wapień, kreda, tlenek glinu i krzemionkę), a także margiel (mieszanina skał węglanowych i gliny, skała przejściowa od wapienia do gliny). Proces produkcji rozpoczyna się od starannego zmielenia surowców i wymieszania ich w określonych proporcjach. Kolejnym etapem jest spalanie surowców w piecach w temperaturze 1300-1400 °C. W wyniku ponownego rozpływu powstaje materiał zwany klinkierem..

Klinkier jest ponownie mielony i mieszany z gipsem. W razie potrzeby dodawane są inne elementy, aby zwiększyć wydajność gotowego produktu. Mieszanka ta przechodzi kontrolę jakości i jeśli spełnia przyjęte normy, otrzymuje certyfikat zgodności..

Istnieje kilka opcji wypalania surowców:

  • Mokry. Najpierw składniki są kruszone, następnie glina jest moczona, aż zawartość wilgoci osiągnie 70%. Następnie miesza się go z wapieniem w młynach..
  • Suchy. Proces mielenia i suszenia mieszanki odbywa się jednocześnie, co zmniejsza koszty pracy i produkcji. W wyniku przerobu w młynach uzyskuje się sproszkowane surowce.
  • Łączny. Dzięki tej technologii łączone są 2 rodzaje produkcji – sucha i mokra. Nasycenie wilgocią surowców wzrasta do 14%, po czym produkty są kruszone i suszone w specjalnych młynach.

Skład i właściwości

Jak już wspomniano, cement portlandzki składa się z klinkieru. W naturze gotowe granulki są dość rzadkie, dlatego wióry klinkierowe uzyskuje się sztuczną metodą poprzez mieszanie i wypalanie mieszanek węgla i gliny.

Gotowy klinkier miesza się z gipsem, którego zawartość w składzie nie przekracza 5%. Wprowadza się go w celu zapewnienia mobilności roztworu przez 45 minut, co jest niezbędne podczas formowania produktów lub wykonywania niektórych prac..

Skład i procent składników mieszaniny reguluje GOST 10178 85 „Cement portlandzki i żużlowy cement portlandzki”. To właśnie przestrzeganie wymagań państwowych podczas produkcji gwarantuje wysokie parametry techniczne i użytkowe produktu..

Na opakowaniu musi znajdować się oznaczenie produkcji zgodnie z GOST. W przypadku braku tego ostatniego oznacza to, że cement portlandzki produkowany jest zgodnie z TU (warunki techniczne), co oznacza, że ​​jego właściwości różnią się od przyjętych.

Aby nadać cementowi portlandzkiemu określone właściwości techniczne, do kompozycji wprowadza się dodatki mineralne, których zawartość nie przekracza 20-25%.

Najpopularniejsze to:

  • glinian wydłuża czas wiązania cementu, ale ma niskie wskaźniki wytrzymałości (możliwa zawartość w cemencie portlandzkim – nie więcej niż 15%).
  • Alumoferryt ma takie same właściwości jak poprzedni dodatek, ale jego zawartość w gotowym produkcie jest obniżona do 10-18%.
  • Belit działa ściągająco, pomaga wydłużyć czas utwardzania, jednak nadmierna zawartość może niekorzystnie wpływać na właściwości wytrzymałościowe kompozycji (dopuszczalna zawartość to nie więcej niż 15-37%).
  • Alit szeroko stosowany (procent może sięgać 60%) w wysokogatunkowych kompozycjach, ponieważ zapewnia ich szybkie utwardzanie.

Właściwości cementu portlandzkiego zależą od jego składu. Główne kryteria oceny jakości produktu to:

  • Okres ustawiania. Zestalenie mieszanki, z zastrzeżeniem wymagań technicznych jej rozcieńczenia, powinno nastąpić po 40-45 minutach. Skład mineralogiczny, stopień rozdrobnienia oraz temperatura, w której prowadzona jest praca – te czynniki mają przede wszystkim wpływ na szybkość wiązania produktu..
  • Zapotrzebowanie na wodę. Termin ten odnosi się do ilości wody potrzebnej do uzyskania gęstej, odpowiedniej do eksploatacji zaczynu cementowego. Zazwyczaj wilgotność nie powinna przekraczać 25% mieszanki. W celu zmniejszenia wymaganej ilości wody stosuje się zaciery siarczynowo-drożdżowe lub plastyfikatory.
  • Separacja wody. Termin ten oznacza wyciskanie wody w gotowym roztworze, którego występowanie wynika z osiadania cięższych cząstek cementu. Suplementy mineralne pozwalają na obniżenie tego wskaźnika..

      • Odporność na mróz – zdolność produktu do wytrzymania określonej liczby cykli zamrażania i rozmrażania bez utraty właściwości użytkowych.

      Aby zwiększyć mrozoodporność, do kompozycji dodaje się abietynian sodu lub wypłukaną smołę drzewną..

      • Odporność na korozję. Ta cecha związana jest z rozdrobnieniem mieszanki i stopniem porowatości gotowego betonu..
      • Rozpraszanie ciepła. Odnosi się to do zdolności betonu do wytwarzania ciepła podczas procesu twardnienia. Skład, który szybko oddaje ciepło, został zoptymalizowany poprzez dodanie do niego aktywnych składników mineralnych.

      Specyfikacje

      Cement portlandzki ma wyższą charakterystykę wytrzymałościową w porównaniu z innymi rodzajami cementu, co wynika ze specyfiki składu. Te lub te dodatki mogą wchodzić w reakcje, zmieniając właściwości techniczne materiału. Te ostatnie wiążą się z jego wytrzymałością mechaniczną i możliwościami operacyjnymi..

      Nie można powiedzieć, że jedna z cech technicznych ma wyższy priorytet. Na przykład mocny, ale zbyt wolno twardniejący cement portlandzki może wydłużyć czas budowy. Odporną na mróz, ale żrącą kompozycję można stosować tylko do rozwiązywania wąskiego zakresu zadań..

      Dziś producenci dążą do tworzenia uniwersalnych kompozycji, w których równie silnie manifestują się najważniejsze dla cementu właściwości..

      Jednocześnie istnieją specjalistyczne preparaty o specjalnym przeznaczeniu. Można to uznać za pucolanowy cement portlandzki, który ma maksymalną odporność na korozję i odporność na wilgoć, ale raczej niskie wskaźniki wytrzymałości na początkowych etapach pracy (w pierwszych dniach wiązania).

      Techniczny

      Wśród cech technicznych należy wyróżnić:

      • Środek ciężkości produkt – 1100 kg/m³ dla mieszanek sypkich, 1600 kg/m³ dla zagęszczonych.
      • Grubość mielenia średnia wynosi 40 mikronów (określona zdolnością przechodzenia mieszanki przez sito nr 008), co zapewnia niezbędną wytrzymałość cementu i czas twardnienia, a także wpływa na jego wydajność.
      • Konsumpcja wody, optymalna zawartość cieczy w kompozycji nie powinna przekraczać 25-28%, ponieważ wskaźnik ten wpływa na wytrzymałość kompozycji (z nadmiarem ciasto betonowe rozwarstwia się, przy niedoborze pojawiają się pęknięcia na gotowym produkcie).

      • Gęstość zależy od marki i obecności pewnych dodatków w składzie. W stanie sypkim mieszanka ma gęstość 1,1 t/m³, w stanie zagęszczonym – 1,5-1,7 t/m³.
      • Czas wiązania po zmieszaniu z wodą nie przekracza 40-45 minut, dalsze utwardzenie zależy od właściwości składu i warunków środowiskowych (proces spowalnia zimą), ale nie przekracza 10-12 godzin (mierzone urządzeniem Vic).
      • Zmiana głośności po zestaleniu oznacza to zmniejszenie objętości masy cementowej o 0,5-1 mm/m na wolnym powietrzu i jej pęcznienie do 0,5 mm/mw wodzie. Ważnym punktem jest jednolitość zmian w całej objętości roztworu..

      Fizyczny

      • Odporność na korozję uzyskuje się dzięki wprowadzeniu do kompozycji materiałów hydroaktywnych, które zapobiegają chemicznej aktywności soli, a także dodaniu zanieczyszczeń zmniejszających porowatość betonu.
      • Okres przechowywania nie przekracza 12 miesięcy, pod warunkiem zachowania oryginalnego opakowania (3-4 warstwowe, hermetycznie zamknięte worki papierowe), gdyż po 3 miesiącach przechowywania dochodzi do utraty do 20% aktywności kompozycji, po roku – do 40%. Takiemu cementowi można przywrócić jego dawne właściwości tylko poprzez wtórne przemiał..
      • Wytrzymałość na ściskanie. Zgodnie z tą cechą wyróżnia się 4 klasy wytrzymałości – 22,5; 42,5; 42,5; 52.5. Ten wskaźnik jest bezpośrednio związany z szybkością wiązania roztworu..

      Mechaniczny

      Wskaźniki wytrzymałości mechanicznej cementu portlandzkiego wynoszą co najmniej 42,5 MPa w 28 dniu po wylaniu. Oznaczenie przeprowadza się w warunkach laboratoryjnych na przykładzie próbki. Zgodnie z uzyskanymi wynikami cement jest oznaczony (na przykład M 500). Współczynnik w tym przypadku wskazuje, jakie ciśnienie może wytrzymać próbka (mierzone w kg / cm³).

      Im wyższy ten współczynnik, tym większe wskaźniki wytrzymałości kompozycji. Charakterystyka wytrzymałościowa zależy od stopnia rozdrobnienia (im drobniejszy, tym bardziej aktywny ma roztwór), obecności dodatków i dodatków.

      Wskaźniki wytrzymałości z kolei wpływają na stopień wiązania roztworu (określany za pomocą igły Vicata).

      Różnice w stosunku do zwykłego cementu

      Cement portlandzki jest uważany za rodzaj cementu najczęściej używany do wylewania betonu. Ten ostatni z kolei znajduje zastosowanie w budownictwie monolitycznym i żelbetowym, podczas budowy obiektów, którym przedstawiane są podwyższone charakterystyki wytrzymałościowe..

      Ze względu na obecność granulek klinkieru i innych dodatków cement portlandzki ma duży margines bezpieczeństwa, ma wyższą mrozoodporność, odporność na agresywne środowiska. to sprawia, że ​​cement portlandzki jest popularnym materiałem do budowy obiektów naftowych i gazowych.

      Nadaje się do budowy fundamentów na trudnych, niestabilnych gruntach, w takim przypadku zaleca się stosowanie mieszanki odpornej na siarczany. Taka kompozycja prawie nie kurczy budynków, na jej powierzchni nie powstają pęknięcia..

      Różnica między cementem a cementem portlandzkim jest nieco nieprawidłowa, ponieważ ten ostatni jest rodzajem cementu. Innymi słowy, cement to ogólna nazwa, cement portlandzki to rodzaj cementu o określonym zestawie wytrzymałości..

      Bardziej logiczne jest dokonywanie rozróżnień w oparciu o wytrzymałość marki cementów. Na przykład, Cement portlandzki M 400 jest gorszy pod względem wytrzymałości od cementu M 600. Sam cement portlandzki trudno odróżnić od cementu (pod względem metody montażu, technologii wiązania, cech użytkowania), różnica w niektórych charakterystycznych cechach wynika z obecności dodatków.

      Wyświetlenia

      Wszystkie rodzaje cementu dzielą się na nieaddytywne i addytywne. Skład dodatku nie zawiera dodatków mineralnych innych niż gips. On nadaje się do obiektów naziemnych, podziemnych i podwodnych o charakterze monolitycznym oraz prefabrykowanych konstrukcji betonowych i żelbetowych, które są eksploatowane przy braku agresywnego środowiska.

      Obecność dodatków mineralnych poprawia właściwości techniczne cementu portlandzkiego, dzięki czemu mogą być stosowane w warunkach agresywnych, przy długotrwałym kontakcie konstrukcji z wodą. Wśród najczęstszych dodatków pochodzenia mineralnego są: żużel wielkopiecowy, aktywne dodatki mineralne oraz naturalne aktywne dodatki mineralne.

      Dzięki wprowadzeniu jednego lub drugiego dodatku poprawiają się takie wskaźniki, jak wodoodporność, odporność na korozję, ale ich obecność przyczynia się do zmniejszenia mrozoodporności.

      W zależności od właściwości kompozycji rozróżnia się następujące rodzaje cementu portlandzkiego:

      • Szybkie suszenie. Mieszanka twardnieje już w ciągu pierwszych 3 dni od przelewania dzięki zawartym w składzie żużlom i specjalnym minerałom. Ważne jest, aby stopień rozdrobnienia mieszanki był minimalny. Produkowany w markach M400 i M500. Zastosowanie tej kompozycji pozwala na skrócenie czasu utrzymywania mieszanki w szalunku i znaczne zwiększenie tempa prac budowlanych..

      Stosowany jest głównie do obiektów prefabrykowanych i żelbetowych.

      • Normalne utwardzanie. Nie zawiera specjalnych dodatków, nie jest tak wybredny jeśli chodzi o stopień rozdrobnienia mieszanki. Wyprodukowane zgodnie z GOST 31108-2003.

      • Hydrofobowy wariant charakteryzuje się nie wchłanianiem wilgoci i skróconym czasem wiązania. Podobne właściwości zapewnia mylonfta, azydole zawarte w roztworze. Znajduje zastosowanie przy budowie obiektów eksploatowanych w warunkach dużej wilgotności, a także znajdujących się na terenach zalanych.
      • Plastyfikowany. Cechą charakterystyczną produktu jest obecność w nim plastyfikatorów, które zapewniają niezbędną mobilność, zmniejszenie nasiąkliwości oraz odporność na ciepło. Plastyfikatory wprowadzane są podczas rozdrabniania mieszanki, dzięki czemu zdają się otaczać cząstki cementu, zapobiegając ich sklejaniu. Rezultatem jest mobilna, łatwa w aplikacji kompozycja, która jest szeroko stosowana do budowy obiektów architektonicznych o skomplikowanych kształtach..

      • Fugowanie. Ma zdolność zatykania, czyli ochrony studni przed działaniem wód gruntowych. Jest szeroko stosowany w przemyśle naftowym i gazowym, ponieważ jest niezależny od ciśnienia i temperatury i niezawodnie utrzymuje struny w odwiertach nawet na początkowych etapach krzepnięcia. Jest jeszcze jeden rodzaj tego rodzaju cementu – lekki cement portlandzki podsadzkowy, który posiada w swoim składzie dodatki „lekkie”..
      • Rozszerzanie. Takie mieszaniny mogą mieć różne składy, ale wszystkie łączy możliwość zwiększania objętości podczas mieszania roztworu. Wynika to z faktu, że między głównym a dodatkowymi składnikami rozpoczyna się reakcja chemiczna, co daje wzrost objętości.

      Z reguły takie kompozycje stosuje się do wypełniania spoin i pęknięć na powierzchniach narażonych na wysoką wilgotność..

      • Odporny na siarczany. Taki beton jest odporny na działanie wód siarczanowych, które powodują korozję. Z reguły mrozoodporny gatunek cementu M300,400 jest odporny na siarczany, czasami – M 500.

      Służy do wykonywania pali i innych rodzajów fundamentów na glebach bagiennych i kwaśnych.

      • Cement portlandzki żużlowy. Produkt zawiera żużle wielkopiecowe, co jest przyczyną dużej zawartości w nim cząstek metalu. Mieszanka służy do otrzymywania betonu żaroodpornego, a także do budowy obiektów podziemnych, wodnych, na wysokości. Ma niską mrozoodporność.

      • Żużel-alkaliczny kompozycja wyróżnia się wyższymi, w porównaniu do cementu portlandzkiego, właściwościami. Jest odporny na agresywne media, ekstremalne temperatury, wysoką mrozoodporność i niską absorpcję wilgoci. Takie zdolności osiąga się dzięki włączeniu żużla gruntowego i alkaliów, czasem gliny.
      • Biały cement portlandzki. Zakres zastosowania mieszanki to prace wykończeniowe i architektoniczne, działa również jako baza pod cementy barwione. Śnieżnobiały odcień uzyskuje się dzięki produkcji wyrobu z czystych wapieni i białych glinek, a także poprzez dodatkowe ochłodzenie klinkieru wodą.

      • Magnezyjski – kompozycja na bazie tlenków magnezu (podgrzana do temperatury 800C) oraz 30% wodnego roztworu chlorku magnezu. Dzięki zawartym w nim składnikom i specyfice technologii produkcji możliwe jest uzyskanie mocnej białej masy, która jest łatwa w obróbce (łatwo polerowana, niepodatna na pleśń, pleśń).

      Materiał jest używany jako powłoka wykończeniowa, a także do tworzenia struktur o skomplikowanych kształtach. Beton cementowy magnezowy jest zasadniczo rodzajem sztucznego kamienia..

      • Kolorowy cement portlandzki używany również do prac dekoracyjnych. Otrzymuje się go przez zmieszanie białej modyfikacji i pigmentu. Te ostatnie to czerwony ołów, ochra, tlenek chromu. Najważniejsze, że pigmenty są odporne na światło i alkalia.

      • Pucolanic. Mieszanka zawiera barwiony cement portlandzki, gips oraz dodatki pochodzenia wulkanicznego lub osadowego. Powstały roztwór ma zwiększoną wodoodporność, krzepnie nie tylko w warunkach dużej wilgotności, ale także pod wodą. Pozwala to na zastosowanie go w organizacji konstrukcji hydrotechnicznych, wymurówki basenów i innych zbiorników do magazynowania wody, powierzchni (również nachylonych) mających kontakt z wodą morską lub chlorowaną. Utwardzona powierzchnia charakteryzuje się wytrzymałością, obojętnością chemiczną, brakiem wykwitów.
      • Glinowy kompozycja jest szybko twardniejącym i trwałym cementem na bazie klinkieru i roztopionego wapienia. Gotowa mieszanka zawiera dużą ilość niskozasadowych glinianów wapnia.

      Aby zapewnić wysokiej jakości przyczepność i ustawić wymaganą wytrzymałość, krzepnięcie powinno odbywać się w temperaturze poniżej 25% C. W przeciwnym razie traci się do 50% wytrzymałości betonu..

      Kolejną cechą tlenku glinu jest niedopuszczalność mieszania go z innymi cementami i wapnem, kompozycjami zawierającymi nawet niewielkie ilości alkaliów. Cement portlandzki glinowy nadaje się do produkcji kwasoodpornych roztworów betonowych, wypełniania skał kwasoodpornych (granit, beshtaunite). Szybkość ustawiania – około 8 dni.

      Znaczki pocztowe

      Klasa jest definiowana jako wytrzymałość próbki podczas badania na zginanie i ściskanie. Do produkcji próbki używa się cementu portlandzkiego i piasku, pobieranych w stosunku 1: 3. Z tego roztworu wytwarza się próbkę 4x4x16 cm, która zestala się w ciągu 28 dni, twardnienie następuje w warunkach wysokiej wilgotności. W celu przyspieszenia krzepnięcia można zastosować technikę parowania próbki..

      Najczęstsze dziś są marki cementu portlandzkiego M 400, 500, 600:

      • M 400 – najbardziej pożądana marka cementu. Zawarte w nim parametry techniczne (wytrzymałość, mrozoodporność) są odpowiednie do budowy większości obiektów.
      • M 500 – cement, który ma dość duży margines bezpieczeństwa, co pozwala na jego wykorzystanie przy odbudowie lub renowacji obiektów po wypadku, do remontów dróg, budowy obiektów wojskowo-technicznych, konstrukcji azbestowo-cementowych.

      • M 600. Kompozycja ma zwiększoną wytrzymałość, co umożliwia jej zastosowanie w budowie krytycznych konstrukcji żelbetowych, konstrukcji inżynierskich.
      • M 700 – Cement portlandzki o maksymalnej wytrzymałości, stosowany do mieszanki betonowej do budowy konstrukcji sprężonych. Jego zastosowanie w budownictwie konwencjonalnym (na przykład w prywatnych gospodarstwach domowych) jest nieracjonalne ze względu na wysoki koszt.
      • M 900 – cement o dużej wytrzymałości stosowany tylko do instalacji wojskowych, np. do tworzenia bunkrów.

        Istnieją również „pośrednie” marki cementu, na przykład M 550 (pod względem właściwości technicznych są zbliżone do M500, ale różnią się nieco wyższą wytrzymałością).

        Kiedy to nie jest odpowiednie??

        Ze względu na różnorodność kompozycji cementu portlandzkiego nadaje się do prawie każdego rodzaju budynku. Najważniejsze jest prawidłowe określenie najważniejszej właściwości cementu i dobranie odpowiedniego dodatku. Niektóre z nich użyte razem neutralizują swoje właściwości. Dzieje się tak np. przy jednoczesnym dodawaniu składników poprawiających odporność na wilgoć i mrozoodporność. Pierwsza (zwiększająca odporność na wilgoć) znacznie obniża mrozoodporność kompozycji.

        Innymi słowy cementy portlandzkie z dodatkami nie nadają się do warunków, w których następuje znaczny spadek temperatury pracy. W takim przypadku cementy portlandzkie należy stosować bez dodatków. W wilgotnym klimacie standardowa mieszanka cementów portlandzkich nie jest odpowiednia, lepiej wybrać cement portlandzki żużlowy.

              Ważne jest również rozważenie przeznaczenia materiału. Tak więc do budowy monolitycznych obiektów i konstrukcji do celów cywilnych (na przykład mostów, linii wysokiego napięcia) cement portlandzki M400 nie jest odpowiedni. Aby rozwiązać te problemy, dopuszczalne jest użycie mieszanki o wytrzymałości marki co najmniej M 500.

              Żaden z typów cementu portlandzkiego nie nadaje się do stosowania w wodach płynących, stawach solnych, rzekach płynących, wodach o wysokiej zawartości minerałów.

              Nawet odmiana cementu portlandzkiego odporna na siarczany, która ma zwiększoną odporność na wilgoć, jest stosowana tylko w statycznych wodach umiarkowanych. W innych przypadkach (na przykład do organizacji zapór, zapór i innych konstrukcji inżynierskich) stosuje się specjalne rodzaje cementu.

              Przedrostek „Portland” oznacza obecność w mieszaninie dużej ilości krzemianów wapnia, dlatego nie jest zalecany do bloków i konstrukcji specjalnego przeznaczenia. Cement pucolanowy nie nadaje się do stosowania w warunkach znacznego spadku temperatury.

              Zobacz, jak uzyskuje się cement portlandzki w następnym filmie..