Качества любого искусственного вяжущего определяются его способом изготовления и процентным содержанием сырьевых компонентов. Цемент не является исключением, из всех видов он относится к самым сложным. Это вещество получают путем измельчения до порошкообразного состояния гипса и обожженного однородного многокомпонентного клинкера и соединения их со специальными добавками. В итоге свойства и сфера применения вяжущего зависят от соотношения этих веществ между собой, температуры обработки и тонкости помола.
Группы цементов по составу
Главными компонентами являются оксиды алюминия, кальция и кремния, при затворении водой они образуют химические соединения, упрочняющиеся при затвердевании во влажной среде. Общие требования регламентируются ГОСТ 30515-2013, согласно этому межгосударственному стандарту все цементы классифицируются на группы, различающиеся по виду клинкера на портландцементные, глиноземистые и смешанные (ПЦ и сульфатоалюминаты). В первом случае типичный состав содержит CaО (67%), SiO2 (22%), Al2O3 (5%), Fe2O2 (3%) и до 3% посторонних веществ.
Для производства глиноземистых и высокоглиноземистых цементов в качестве сырья используются бокситы и известняки (преобладает доля низкоосновных алюминатов кальция, процентное содержание Al2O3 возрастает до 50 %). Соотношения остальных компонентов у них зависят от целевого назначения и варьируются в следующих пределах: СаО – 35-45 %; А12О3 – 30-50 %; Fe2O3 – 0-15 %; SiO2 – 5-15 %. Для изготовления сульфатсодержащих смесей используются клинкеры на основе ферритов кальция.
В зависимости от пропорций компонентов и вещественного состава выделяют следующие востребованные в частном и промышленном строительстве группы:
- Портландцементы – самая популярная разновидность, представляющая смесь тонкого помола клинкера с преобладающей долей высокоосновных силикатов кальция и гипса. Сырьем служат известняк (до 78%) и глина (до 25%).
- Глиноземистые, изготавливаемые путем помола сырья из бокситов и известняков, обожженных или расплавленных до однородного состояния. Эти виды характеризуются высокой скоростью затвердевания, их используют как в качестве самостоятельного вяжущего, так и для производства специальных марок: водонепроницаемых, расширяющихся, напрягающихся. Из-за повышенной твердости клинкера они проигрывают портландцементу в энергозатратности и себестоимости.
- Шлакопортландцементы – с долей доменного, электротермофосфорного или топливных шлаков от 36 до 65%.
- Пуццолановые, с добавлением к продуктам помола ПЦ клинкера активных минеральных добавок. Их пропорция достигает 40%, из-за образования химических реакций с зернами цемента они имеют отличные от обычных марок свойства.
- Смешанные – получаемые путем совместного помола клинкеров разных видов или вводом многокомпонентных минеральных смесей (например, шлака и золы-уноса).
К реже используемым видам относят романцемент (соединение помола ПЦ клинкера и известняковых и магнезиальных мергелей, не производится промышленных масштабах), магнезиальные (затворяемые солевыми растворами, характеризующиеся высокой скоростью схватывания и стойкостью к механическим нагрузкам после застывания) и кислотоупорные составы на основе кварца, разводимые жидким стеклом.
Химический состав цементов разных групп
Пропорции клинкера и остальных компонентов:
| Наименование | Вещественный состав сухой смеси, % | Минералогический состав клинкера, в % по массе | ||
| Доля клинкера | Доля гипса | Другие добавки | ||
| Обычный ПЦ | До 80 | 1,5-3,5 | Минеральные примеси – до 20% | ЗСаО х SiO2 – 45-67
2CaO х SiO2 – 13-35 ЗСаО х Al2O3 – 2-12 4СаО хAl2O3 х Fe2O3 – 8-16 |
| Гидрофобный | До 90 | — | Мылонафт, олеиновые кислоты – до 0,05 | |
| Тампонажный | — | Активная минеральная добавка – до 25
инертная – до 10 шлак – до 15 песок – до 10 пластификаторы – 0,15 |
||
| Шлако-портландцемент | 40-70 | До 3,5 | Гранулированный диатомитовый шлак – 30-60 | |
| Пластифицированный | До 90 | — | пластификаторы – 0,15-0,25 | |
| Быстротвердеющий | 90 | 1,5-3,5 | Активная минеральная добавка – до 10 | ЗСаО х SiO2 и
ЗСаО х Al2O3 – до 65 2CaO х SiO2 и 4СаО хAl2O3 х Fe2O3 до 33 |
| Высокопрочный | 90 | 1,5-3 | — | ЗСаО х SiO2 – до 70
ЗСаО х Al2O3 – 8 |
| Декоративный (белый цемент) | 80-85 | — | Диатомит – 6
Инертная минеральная добавка – 10-15 |
3CaO х SiО2 – 45-50
2CaO х SiO2 – 23-37 ЗСаО х Al2O3 – до 15 4СаОхAl2O3хFe2О3 – до 2 |
| Пуццолановый сульфатостойкий | До 60 | До 3,5 | Породы осадочного происхождения – 20-35
Лава, обожженная глина, топливная зола-унос – 25-40 |
ЗСаО х SiO2 — до 50
ЗСаО х Al2O3 – 5 ЗСаО х Al2O3 и 4СаОхAl2O3хFe2О3 – 22 Al2O3— 5 MgO – 5
|
| Сульфатостойкий | До 96 | До 3,5 | — | |
| Глиноземистый | 99 | 1 | Точные пропорции зависят от назначения
СаО·Аl2О3 – преобладающая доля СА2 С12А7 C2S 2СаО·Аl2О3·2SiO2 |
|
| То же, расширяющийся | До 70 | 20 | Бура – 10 | |
| Напрягающийся | Клинкер ПЦ – 65-70
Глинозем – 13-20 |
6-10 | Совместный помол глиноземистого и портландцементного клинкера | |
Сфера применения и основные свойства разновидностей приведены ниже:
| Наименование | Оптимальная область использования, преимущества | Ограничения, возможные недостатки |
| Портландцемент | Монолитные и сборные бетонные и ж/б конструкции, изготовление растворов, дорожное строительство | Окончательный набор прочности – через 28 дней |
| ЩПЦ | Массивные сооружения, подвергаемые воздействию пресных и минерализованных вод. Характеризуется повышенной сульфатостойкостью | Медленное затвердевании в начале, низкая морозостойкость |
| Пуццолановый | Подземные и подводные конструкции, подверженные агрессивному воздействию сульфатных вод | Не рекомендуются для объектов с перепадами уровня влажности, при риске частых промерзаний или твердении раствора в сухих условиях |
| Глиноземистый | Производство жаростойких строительных смесей, быстротвердеющих или аварийных бетонов | Не используются для заливки массивных конструкций, максимально допустимая температура окружающего воздуха на начальной стадии затвердевания составляет +25 °C |
| Напрягающий | Изготовление тонкостенных изделий, напорных ж/б труб, гидроизолирующих покрытий | Зависят от марки, возможны ограничения в температуре эксплуатации. Единственным недостатком является сложный процесс производства, и как следствие – высокая цена |
Основные марки
Вид выбранного вяжущего определяет пропорции и свойства строительных смесей. Важно заранее проверить, из чего состоит цемент, величину его водопотребности, размеров зерен и сроки схватывания. Главным критерием качества является прочность на сжатие, в лаборатории она определяется для изделий из ЦПР, смешанного в соотношении 1:3 и затвердевающего в нормальных условиях в течение 28 дней. В зависимости от выдерживаемого давления выделяют группы от 100 до 600 кг/см2. Из них в частном строительстве наиболее востребованы марки от М300 до М500, но бывают и исключения.
Следующим фактором идет процентное соотношение добавок к клинкеру, у стандартных видов максимум составляет 20%. Маркировка этого показателя обозначается буквой «Д», идущее за ней число характеризует долю минеральных примесей (пример: ПЦ М400 Д0 указывается для портландцемента с прочностью на сжатие не менее 400 кг/см2 без добавок). Приведенная маркировка соответствует ГОСТ 10178-85, помимо вышеперечисленной она включает информацию о дополнительных свойствах (обозначается только при их наличии), также зависящих от состава клинкера и введенных добавок. Из них наиболее востребованы:
- Н – нормированный;
- Б – быстротвердеющий;
- СС – сульфатостойкий;
- ВРЦ – расширяющийся водонепроницаемый;
- ПЛ – с пластификаторами;
- БЦ – белый (декоративный) цемент.
С 2003 г вступил в силу ГОСТ 31108 (соответствующий евростандартам), согласно которому вначале указывается состав с примечанием о наличии или отсутствии добавок (II или I). Все варианты с минеральными примесями разделяются на две группы: А – с процентным содержанием от 6 до 60%, Б – от 21 до 35%. Тип добавки обозначают римскими цифрами. Последними идут класс прочности и норма сжатия материала. Стандартный диапазон для общестроительных смесей варьируется от 22,5 до 52,5 (соответствует марке от М300 до М600). Для исключения ошибок рядом с маркировкой всегда указывается ГОСТ, введение цемента осуществляется со строгим соблюдением пропорций.
