Химический состав цемента формула

Обновлено: 17.05.2024

Цемент – один из основных строительных материалов. Представляет собой сухое порошкообразное вещество неорганического происхождения. Этот вяжущий материал при взаимодействии с водой образует пластичную смесь, которая при затвердевании превращается в камневидное тело.

Наиболее распространенная разновидность цемента – портландцемент, в состав которого входят оксиды кальция, железа, магния, диоксид кремния, глинозем. Цемент, затворенный водой, дает сильную усадку при твердении, что приводит к появлению трещин в отвердевшем продукте. Поэтому вяжущее используется в сочетании с заполнителями и наполнителями, предотвращающими растрескивание цементного камня. Наиболее популярным мелким заполнителем является песок.

Назначение строительных цементных растворов

Цементно-песчаные (и другие) строительные растворы регламентируются ГОСТом 28013-98. По назначению их разделяют на следующие виды:

, в том числе для монтажных работ. Используются при ведении кирпичной или каменной кладки, для заполнения швов между бетонными и железобетонными панелями, выравнивания полов, заливки площадок, не предназначенных для восприятия серьезных нагрузок. Кладочный состав обеспечивает повышение тепло- и звукоизоляционных характеристик строения.

. Применяются для выравнивания основания и защиты стенового материала от воздействия атмосферных явлений. . Служат для облицовки вертикальных и горизонтальных строительных конструкций керамической и керамогранитной плиткой.

В зависимости от назначения цементного раствора в его составе может быть песок различных фракций.

Назначение раствора	Крупность зерен песка, мм
Для кладки, кроме бутового камня	2,5
Для бутовой кладки	5,0
Для штукатурки, кроме накрывочного слоя	2,5
Для накрывочного штукатурного слоя	1,25
Для облицовочного слоя	1,25

В соответствии с ГОСТом 28013-98 цементные растворы различаются по маркам прочности на сжатие.

Таблица областей применения в зависимости от марки прочности цементного раствора

Марки по прочности на сжатие	Области применения
М50	Заделка щелей внутри помещений
М75	Внутренние кладочные работы
М100	Наружная кладка кирпича и блоков, устройство стяжки пола
М150	Заполнение швов в конструкциях из тяжелых бетонов, изготовления стяжки, при оборудовании гидротехнических объектов
М200	Благодаря высокой водостойкости, продукт используют в качестве гидроизоляционного слоя; при изготовлении материала для конструкций, которые в процессе эксплуатации будут контактировать с агрессивными средами, используется сульфатостойкий цемент

Компоненты строительных цементных растворов

Для получения качественного строительного материала каждый компонент должен соответствовать требованиям нормативов:

Вода. Из питьевого трубопровода или проверенная на качество в лабораторных условиях. Температура +15…+20°C.

Цемент, песок и вода – основные компоненты строительного цементного раствора, но также в рецепт включаются добавки, придающие пластичной смеси или конечному продукту определенные свойства:

Эластификаторы. Улучшают эластичность раствора и его адгезию к основанию, повышают устойчивость затвердевшего продукта к появлению трещин и влагостойкость. Функции эластификатора может выполнять ПВА.
Пластификаторы и их более мощный вариант – суперпластификаторы. Увеличивают подвижность пластичной смеси, сокращают расход материала, уменьшают его склонность к расслоению. Наиболее простой вариант – применение моющих растворов. Их добавляют не в сухую смесь, а в воду.
Гидроизоляторы. Такие добавки ускоряют схватывание и твердение раствора, повышают водонепроницаемость готового слоя.
Латексные добавки. Сообщают готовому продукту широкий спектр полезных свойств – водостойкость, устойчивость к воздействию нефти и нефтепродуктов, других агрессивных химических веществ.
Противоморозные. Применяются при ведении работ в холодный период года.
Сажа, графит и другие красящие вещества. Не влияют на физические характеристики материала, применяются только для изменения цвета готового продукта.

Удельный вес цементно-песчаного раствора зависит от вида и пропорций составляющих, в среднем он равен 1800 кг/м 3 .

Этапы приготовления

Пропорции компонентов зависят от области применения цементного раствора, а следовательно, от марки прочности на сжатие.

Таблица пропорций компонентов раствора – цемента и песка по массе

Марка раствора	Марка цемента	Пропорции компонентов
Марка раствора	Марка цемента	Цемент	Песок
М50	М400	1	7,4
М75	М400	1	5,4
М100	М400	1	4,3
М100	М500	1	4,3
М150	М400	1	3,25
М150	М500	1	3,9
М200	М400	1	2,5
М200	М500	1	3

При небольших объемах работ приготовление цементно-песчаного раствора возможно вручную.

Смешивают вяжущее и песок в сухом состоянии в металлической емкости или на стальном листе. Делать это на грунте не рекомендуется, поскольку состав загрязняется.
После того как смесь приобретет однородный сероватый цвет ее сгребают в гряду или кучку, на вершине которой делают небольшое углубление. В него небольшими порциями добавляют воду.
Полученный состав вымешивают.

Готовый продукт должен напоминать по густоте сметану, след от лопаты должен быть четким, не расплывчатым.

Приготовление материала в бетономешалке обеспечивает высокую скорость процесса и хорошее качество готовой пластичной смеси, благодаря тщательному перемешиванию и получению полностью однородного продукта.

Как сделать цементный раствор в бетономешалке:

В барабан заливают примерно половину положенного объема воды. Примерное количество воды – половина от объема цемента.
Перед тем как развести цемент, в воду вводят добавки, например моющее средство, которое должно полностью раствориться с образованием равномерной пены. Время перемешивания – 3-5 минут.
В барабан добавляют цемент и половину песка. Время перемешивания – 1-3 минуты.
Вводят остаток песка, перемешивают, регулируют плотность цементного раствора путем введения нужного количества воды.
Последний замес – 3-5 минут.

В результате получается однородный продукт, без комков, воздушных пузырей и расслоений. Приготовленный пластичный материал не должен растекаться и рассыпаться. Для проверки его готовности комок выкладывают на ровную поверхность. Требования – из комка не должна вытекать вода, со временем он немного оседает без потери первоначальной формы.

Строитель с 20-летним стажем
Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Чтобы лучше понимать свойства цемента, предлагаем разобраться с его составом и узнать, из чего и как делают этот универсальный строительный материал.

Начнем с определения. Словари сообщают нам, что название этого вещества произошло от латинского слова «caementium», что означает «битый камень». В Древнем Риме цемент получали, измельчая и перетирая мелкие осколки горных пород, отсюда и его название. Затем порошок смешивали с гашеной известью и использовали для скрепления каменной кладки. Чем же отличается современный строительный материал от того, который когда-то использовался для акведуков и пристаней?

Цемент — это гидравлическое вяжущее средство минерального происхождения. Такое сложное определение на деле означает несколько простых вещей. Во-первых, для приготовления цемента используется минеральное сырье, то есть горные породы. Во-вторых, он способен застывать под водой и не растворяться после твердения, в отличие от других минеральных составов (например, гипса). В третьих, исключительная вязкость цемента позволяет изготавливать на его основе различные строительные растворы, обладающие высокой прочностью. Из чего же делается цемент?

клинкер (сплав известняка и глины);
минеральные добавки;
гипс.

Каждый ингредиент мы будем рассматривать подробно, чтобы понять, какую роль он играет в готовой смеси.

Химический состав цемента

Итак, мы знаем, из чего состоит цемент, но за счет чего получают разные виды этого строительного материала? Дело в том, что свойства сортов цемента зависят от пропоций перечисленных компонентов, а также от различных минеральных добавок, влияющих на его химический состав.

Для примера рассмотрим составные части портландцемента, который более всего востребован в строительной промышленности:

CaO — это формула оксида кальция, более известный нам как негашеная известь — его минимальная доля в цементе 62%;
SiO2 – диоксид кремния или кремнезем — не менее 20%;
Аl2O3 – оксид алюминия или глинозем — не менее 4%;
Fe2O3 — оксид железа, магнитный железняк — 2%;
MgO — оксид магния или жженая магнезия — 1%.

Оставшаяся процентная доля — это дополнительные присадки, которые вводятся в состав цемента для достижения требуемых характеристик.

Таким образом, точную химическую формулу цемента вывести не удается, ведь существуют разные сорта и марки этого материала, которые отличаются друг от друга по составу. Поэтому более важной информацией о цементной смеси является список минералов, которые туда входят.

Теперь вернемся к основным компонентам цемента и рассмотрим их более детально:

Клинкер — основной ингредиент при производстве любого цемента. Это смесь известняка и глины, взятых в пропорции 3:1. Именно такое соотношение дает нужную прочность готовому материалу. Сырье нагревают при температуры почти 15000 до тех пор, пока оно не начнет плавиться и образовывать отдельные частицы. Диаметр этих гранул — от 1 до 6 см. Они содержат около 5% глинозема и 3% оксида железа. Клинкерные частицы для дальнейшей обработки дробятся в мельчайшую пыль;

Гипс — компонент, влияющий на скорость твердения цемента, а также на его прочность, усадку. Максимальное содержание гипса в цементной смеси — 6%.

Дополнительные вещества, с помощью которых получают разные сорта и модификации цемента.

Среди смесей можно выделить несколько наиболее известных и востребованных в разных областях строительства.

Портландцемент

Это цемент на клинкерной основе с добавлением силикатов кальция и других веществ. Используется для изготовления бетона и железобетона разной скорости твердения.

Сульфатостойкий

Главная характеристика этого вида — стойкость к воздействию кислот, солей, других химических соединений. Из бетона на основе сульфатостойкого цемента можно, например, отливать сваи для различных построек. Их не будут разрушать грунтовые воды, агрессивные элементы почвы. Мосты, насосные станции, септики, водозаборные сооружения также строят с помощью сульфатостойких смесей.

Пуццолановый

Имеет сходство с сульфатостойким, но включает большое количество активных добавок (до 35%). Чрезвычайно устойчив к воздействию воды, поэтому широко используется для подводного, подземного строительства, сооружения шлюзов, тоннелей, шахт и т. д.

Глиноземистый

Как можно понять из названия, в этом составе повышено содержание глинозема, поэтому такая смесь быстро набирает прочность как на воздухе, так и в воде. Глиноземистый цемент используют для ремонтных работ (например, быстрой заделки трещин или пробоин), срочной починки дорог, скоростного зимнего строительства.

Кислотоупорный

Применяется в химической промышленности — для изготовления резервуаров, облицовки оборудования. Состоит из веществ, не поддающихся влиянию кислот, разводится натриевым или калиевым жидким стеклом. От постоянного действия воды разрушается, поэтому требует специальных гидрофобных присадок.

Пластифицированный

Производится с добавлением специальных веществ, замедляющих схватывание раствора, делающих его более текучим. Такой цемент требует меньше воды при замешивании, а значит, бетон на его основе получается более прочным. К тому же этот вид обладает повышенной стойкостью к низким температурам, коррозии.

Шлакоцемент

80% от его объема занимает гранулированный шлак, который измельчается вместе с клинкером и гипсом. Это позволяет снизить цену строительного материала примерно на 1/10. Получившийся состав хорошо переносит высокие температуры, не боится воздействия пресной и минеральной воды.

На практике в строительных работах чаще всего используют портландцемент М500, как наиболее универсальный.

Портландцемент – стройматериал, о котором многие знают или слышали. А известно ли вам почему он носит такое название, знаете ли его качества, состав, где он используется? Интересно? Тогда вперед!

Портландцемент – один из немногих стройматериалов, которое имеет такое благородное имя. Знаете, как оно появилось, и почему цемент называют портланд? Минеральную смесь, которую изобрел и запатентовал Джозеф Аспдин в начале 19 века, назвали портландский цемент. К слову сказать, свое изобретение господин Аспдин сделал на кухне. Он нагрел смесь измельченной извести с глиной в печи, а затем растер комки в порошок. После смешивания с водой состав приобрел твердость натурального камня. По цвету, полученный бетон, был похож на те самые камни с карьера острова Портланд. Именно поэтому цемент обрел такое красивое имя и сокращенно стал называться портландцемент.

Особенности и изготовление

— Доктор, мой ребенок наелся песка, и я дала ему немного воды. Что мне теперь делать?
— Следите, чтобы он не подходил к цементу!

Примерно так выглядит создание песчано-цементной смеси. Интересно, а кто-то пробовал так делать? Любопытно, это работает внутри человека? Кажется, ничего не получится, мы внутри очень кислотные. Хотя… Нет, только пожалуйста не пробуйте повторить. Это всего лишь анекдот.

Так вот, портландцемент – это вяжущее вещество, которое связывает воедино все, что попадает в его объятия. Его имя должно вызывать прямые ассоциации с прочными монолитными конструкциями. Дальше, между делом, расскажу, как работает внутренняя химия при сотворении рукотворного камня.

Что касается состава строительного порошка. В него входят натуральные неорганические вещества, запеченные при высоких температурах:

глина;
известняк;
мел;
кремнезем;
глинозем.

Минеральные зерна, которые состоят из перечисленных веществ, называют клинкером. Их перемалывают вместе с гипсом, получая гидравлический цемент. Здесь более подробная информация: из чего делают цемент.

Клинкер на 97 % состоит из минералов. В него входят оксиды кальция, железа, алюминия, титана, кремния.

Чтобы что-то продать, нужно сначала что-то купить. А чтобы что-то сделать, нужно сначала что-то добыть. Так и здесь. Главным этапом производства портландцемента является добыча правильных ископаемых. Известняк с характерным желто-зеленым цветом добывают открытым способом. Самые нижние его слои расположены на глубине 10 м. Добытый материал перевозят к месту производства. После первичного дробления приступают к его обработке.

Теперь самое интересное. Записывайте (вдруг пригодится). Процесс изготовления портландцемента такой:

Сначала минералы перемалывают в порошок.
Затем полученную смесь тщательно пропекают при температуре 1400 градусов Цельсия. Домашняя печка, как у Аспдина уже не поможет. Нужен специальный вращающийся тепловой агрегат с барабаном. После обжига получаются минеральные гранулы.
Полученный клинкер снова измельчают. Порошок перемешивают в нужной пропорции с гипсом, вносят добавки.

С первого взгляда процесс не такой сложный. Но пытливый ум человека не ищет легких путей. Было изобретено 3 варианта обжига горных минералов. Каждый создан с целью получить бетон с определенными свойствами.

Мокрый тип обработки. Перемалывание минералов происходит в воде. Затем влажную смесь отправляют в печь. На выходе получаются минеральные шарики (клинкер) которые снова перемалывают и смешивают с гипсом.
Сухой способ производства. Минеральные составляющие измельчаются и обжигаются в сухом виде. Этот тип производства считается более экономичным, потому что тратится меньше электричества. При мокром варианте в печах расходуется много электроэнергии на испарение воды.
Смешанный (комбинированный) вариант. Используют мокрый и сухой способ. Сырье немного увлажняют, запекают, а затем смешивают компоненты уже в сухом виде.

Таким способом получают знакомый нашему глазу порошковый состав. Но часто портландцемент обогащают полезными добавками, чтобы улучшить его качества. По их наличию портландцемент делят на марки. Изготовленный продукт проходит контроль качества и получает сертификат.

Особенностью портландцемента является то, что его компоненты в правильных пропорциях позволяют составу быстро схватываться практически при любых условиях, даже под водой.

Состав и свойства

Внешне «портланд» цемент выглядит как порошок серого цвета с зеленоватым оттенком. Мы уже говорили, из чего он состоит. А вот из чего состоит главный компонент клинкер, как он влияет на конечные свойства бетона, обсудим сейчас.

На фотографии вы видите зерна клинкера.

Итак, после обжига минералов в разном соотношении получают:

Белит. Не очень прочный материал, медленно твердеет. Его добавляют в бетон, чтобы уменьшить скорость схватывания. Но при этом бетон теряет свою марочную прочность.
Алит. Если его количество будет составлять около 37%, получится прочный, быстроотвердевающий состав высокой марки.
Алюминат. Быстро схватывается. Его добавляют не больше чем 15%, потому что коэффициент его прочности не очень велик.
Алюмоферрит. Достаточно прочен, быстро схватывается. Добавляют в рабочую смесь в размере 15 %.

Исходя из состава, цемент может быть наделен такими свойствами:

Время, за которое происходит схватывание раствора. Гостовское время для качественной смеси составляет примерно 40 минут. На время затвердевания влияет также качество помола компонентов.
Прочность, которая предписана Гостом (это 250-300 мг/кг) тоже зависит от тонкости помола.
Количество воды, необходимое для получения бетона нужной прочности. Вода – главный компонент, который запускает все химические и физические процессы. Жидкость делает раствор пластичным и подвижным. Ее нормативное количество должно быть около 25% от массы всей смеси. Чтобы по неопытности не перелить воды, для удобства укладки рекомендуется добавлять в растворы пластификаторы.
Водоотделение или объем жидкости, который выделяется при оседании цементных частиц. Чтобы снизить показатель выделения воды, вносят минеральные добавки.
Морозоустойчивость. Эта характеристика показывает, сколько циклов изменений температуры может выдержать бетон без потери своих качеств. Для улучшения стойкости к морозам существуют специальные добавки. Одни исключают проникновение влаги в поры. Другие присадки наоборот делают бетон пористым. Тогда вода при замерзании расширяется не толщу бетона, а в каналы пор.
Устойчивость к коррозии. Коррозия бетона – это разрушение его структуры. Поверхность становится хрупкой из-за воздействия агрессивных сред. Такое же влияние оказывают атмосферные явления. Для повышения коррозионной устойчивости важна тонкость помола компонентов, а также контроль порообразования при укладке.
Тепловыделение. Это показатель повышения температуры при схватывании раствора. Не рекомендуется использовать материал, слишком интенсивно выделяющий тепло. При высокой температуре окружающей среды (выше 25 градусов) такой раствор схватывается в разы быстрее, но наполовину теряет свои качества. Для оптимизации этого процесса вносят специальные присадки.

Процесс гидратации (химическое взаимодействие минеральных частиц с водой) сопровождается выделением тепла. Быстрое возрастание температуры происходит в начале процесса и достигает максимума к окончанию схватывания состава.

Характеристики

Главное, чего все ожидают от портландцемента – это его прочность. Это качество делает его способным противостоять различным физическим, химическим воздействиям. Такой материал долгое время сохраняет форму и внешний вид постройки.

Портландцемент никогда не используют самостоятельно. Его применяют, чтобы связать песок, щебень. Именно в таком сочетании получается прочный бетон или стойкие отделочные материалы.

Технические

На крупный производствах портландцемент и бетон, полученный из него, подвергают разным испытаниям. Его морозят, топят в воде, кладут под пресс, дробят, обрабатывают химией. Всему этому качественный бетон должен гордо противостоять. В этом ему помогает состав нужного помола, разные добавки, правильный замес.

Вот каким должен быть портландцемент, участвующий в изготовлении правильного бетона:

Во-первых, он должен быть нужной плотности. На это влияет тонкость помола и минеральный состав. Одна цементная частичка диаметром 40 микрон должна проходить через сито № 0,008.
Во-вторых, портландцемент, как советский ГТОшник должен укладываться в определенное время схватывания. Увеличение времени или наоборот быстрое схватывание может привести к нарушению процесса строительства. Обычно твердение раствора начинается через 40-45 минут.
Равномерное изменение объема. Важно, чтобы готовая смесь равномерно набухала, а потом оседала во всей своей массе. Такой тест в лаборатории проводят на цементных лепешках.
Водоцементное соотношение или количество впитываемой воды. Тоже важная характеристика. Излишек или недостаток влаги пагубно влияет на прочность бетона.
Для строительных расчетов нужно знать удельный вес материалов. Свежий портландцемент обладает удельной плотностью, меньшей, чем уже слежавшийся. Поэтому разбег по плотности может быть от 1100 кг/м3 до 1300 кг/м3.

Историческая шутка. Исследователями раскрыт секрет небывалой прочности римского бетонного акведука. Оказывается, в начале строительства было казнено более 100 строителей, которые воровали цемент со стройки.

Физические

Вспоминайте курс школьной химии. Что такое физические процессы? Правильно. Это когда одно вещество не превращается в другое, а только меняет свои физические свойства (температуру, плотность, агрегатное состояние). Для портландцемента физические характеристики – это его способность противостоять внешним физическим воздействиям. Например, сжатию или растяжению.

Первая физическая характеристика – это устойчивость к коррозии. Чтобы снизить активность солей, вносят гидроактивные добавки.

Чтобы представить, как действует коррозия, сначала нужно представить, как устроен бетон внутри. Как было обещано в начале, несколько фактов о химии создания бетона. Это сложный процесс, но в общих чертах представить его можно так:

Попав в цемент, вода начинает окружать каждую минеральную частичку. Начинается гидратация (химическая реакция).
Начинают расти игловидные кристаллы алюмината. Это стадия загустевания раствора. Спустя примерно 8 часов иглы заполняют все внутреннее пространство, объединяют частички смеси между собой и не дают им двигаться.
Затем начинается набор прочности. В этот период образуются другие кристаллы, силикатные. Через сутки эти мелкие кристаллы вытесняют иглоподобные структуры алюмината, а через 28 дней полностью заменяют их.

Теперь, понимая строение бетонного камня, легко представить действие коррозии. Эта зловредная штука медленно и постепенно разрушает кристаллы, которые склеивают компоненты бетона и камень начинает крошиться.

Сроки хранения — это сохранение физических и химических свойств какое-то определенное время. Так, качественный портландцемент хранится не более 12 месяцев. При слеживании, нарушении герметичности упаковки, проникновении влаги происходит комкование и частичное схватывание состава. Этот материал уже нельзя использовать. Если только снова не подвергнуть его измельчению в порошок.

Чтобы проверить качество цента в мешке, ударьте по нему кулаком. Вам не должно показаться, что вы ударили по камню. Проверьте углы упаковки. В первую очередь именно там, при неправильном хранении, порошок напитывается влагой и каменеет.

Механические

Не верьте продавцам, которые говорят, что если поковырять бетонную плитку гвоздем и в ней проковыривается дырка, то это нормально. Нет, такого не должно быть, если использован качественный материал. Портландцемент обладает повышенной прочностью, которая даже возрастает со временем (смотрите твердение бетона). Именно механические характеристики определяют свойства прочности бетона или цементно-песчаной заливки.

Лабораторные испытания говорят о том, что портландцемент должен обладать устойчивостью к давлению не меньше 42,5 мПа. В зависимости от которого, может вынести застывший состав, его маркируют. Марки бывают такие: М400, М500, М600, М700. О характеристиках марок и немного об их применении поговорим чуть ниже.

Как же тестируют бетон в лаборатории? Есть разные приборы. Один из них называется игла Вика. Можете увидеть ее строение на картинке. Ее функция — определять период схватывания смеси. Это тоже играет свою роль в присвоении марочности составу. Происходит процесс так:

Отсчет времени начинают с момента, когда игла еще легко погружается в раствор.
Через пару часов смесь становится неподвижной. Острие проникает уже с усилием.
А когда игла опускается в состав только на 1 мм – это считается окончанием периода схватывания.

Ну и факторы, от которых зависит та самая механическая прочность:

Тонкость помола минералов. Чем она мельче, тем лучше происходит реакция компонентов, тем прочнее получается монолит. Но слишком мелкий помол увеличивает поглощение воды. Поэтому для домашних строительных работ лучше брать порошок фракции от 40 до 80 мкм.
Наличие специфических добавок. Это могут быть армирующие вещества, гидрофобные растворы, пластификаторы.
Способа заливки. К примеру, вибробетон достигает максимальной плотности по сравнению с другими типами.

Чем отличается простой цемент от портландцемента

Вопрос спорный в той части, что названия «простой цемент» не существует. Ему просто дают разные названия в зависимости от типа клинкера:

Если в состав добавлен клинкер алит, то это портландцемент.
При использовании белита получается романцемент.
Глиноземный вид получается с применением алюмината.
Магнезит позволяет сделать магнезиальный цементный состав.
Если в составе присутствует гидросиликат натрия, то это кислотоупорный цемент.

Как видим, портландцемент это лишь разновидность строительных смесей. Благодаря своей прочности, морозостойкости, устойчивости к агрессивным жидкостям этот тип цементной смеси используют для серьезного строительства. Например, с его использованием возводят:

объекты химической, нефтяной, газовой промышленности;
мосты, гидротехнические сооружения;
сооружения в сейсмоопасных зонах;
прочные фундаменты, которые не трескаются даже на неустойчивых почвах.

Одновременно с этим, портландский цемент идет на изготовления разных отделочных материалов, декоративных скульптур и объектов ландшафтного дизайна.

Мы уже немного затронули вопрос о видах портландцемента, которые отличаются по минеральному содержимому. Еще есть несколько классификаций, по которым различают порошковые составы с приставкой «портланд».

Так, составы делят на цементы с добавками и без. Смеси без добавок используют при строительстве в неагрессивных условиях. А присадки применяют для улучшения качеств бетона. Если нужна водонепроницаемость, обрабатывают гидрофобными средствами. Если важно, чтобы бетон был прочный, застывал быстро без усадки с растрескиванием – используют армирующие волокна.

Другая классификация делит составы по скорости схватывания, а также характеристикам стойкости к разным агрессивным воздействиям:

Цемент – вяжущее вещество, в состав которого входят неорганические соединения. При взаимодействии с водой порошок вступает в химические реакции, в результате которых образуется твердый элемент, имеющий заранее заданную форму. После набора прочности элемент, изготовленный из цемента, заполнителей, воды и дополнительных добавок, служит длительный период с сохранением первоначальных характеристик. Плотность цемента в рыхлонасыпанном состоянии составляет 900-1300 кг/м3, в уплотненном – 1400-2000 кг/м3. При объемной дозировке вяжущего при приготовлении строительных смесей и растворов его плотность принимают равной 1300 кг/м3.

Классификация цементов по вещественному составу

Важный компонент цемента – клинкер, получаемый обжигом сырьевой смеси. В его состав, в зависимости от требуемых свойств конечного продукта, могут входить: известняк, глина, доменный шлак, нефелиновый шлам и другие. После обжига в клинкер вводят при необходимости дополнительные компоненты. Полученную смесь измельчают с получением тонкодисперсного порошка.

ЦЕМ I – портландцемент, наиболее популярный вид этого стройматериала, количество вспомогательных компонентов не превышает 5 %;
ЦЕМ II – портландцемент, содержащий минеральные добавки, в качестве которых используются шлак, микрокремнезем, пуццоланы, обожженный сланец;
ЦЕМ III – шлакопортландцемент;
ЦЕМ IV – пуццолановый;
ЦЕМ V – композиционный.

Введение минеральных добавок в количестве до 15 % незначительно изменяет свойства конечного продукта.

Добавки в количестве более 20 % оказывают значительное влияние на физико-химические и механические свойства цемента и получаемых из него строительных смесей и растворов.

Прочность цемента

В соответствии с новым стандартом выпускаются цементы следующих классов (марок):

В22,5 (М300);
В32,5 (М400);
В42,5 (М500);
В52,5 (М600).

Для цементов разных классов испытания проводят через 2, 7, 28 суток после изготовления образца. На этот показатель влияют: минералогический состав, наличие активных добавок, их свойства и процентное содержание.

Производители в паспорте обязаны указывать максимальную прочность вяжущего, определяемую в возрасте 28 дней.

Сроки схватывания цемента

Сроки схватывания определяются испытанием цементного теста нормальной густоты. Стандартные значения: начало процесса схватывания не раньше, чем через 45 минут, и его окончание не позже, чем через 12 часов после заливки строительной смеси или раствора. Слишком быстрое и слишком медленное схватывание является недостатком этого стройматериала. В первом случае требуется очень быстрая укладка приготовленного раствора. Во втором – сильно замедляются сроки строительства.

На сроки схватывания теста влияют:

Тонкость помола. Чем тоньше помол, тем выше прочность цемента, скорость его схватывания и твердения.
Минералогический состав. Чем выше процентное содержание трехкальциевого алюмината, тем быстрее схватывается вяжущее, затворенное водой.
Степень обжига. Чем выше температура термической обработки, тем медленнее схватывание.
Водоцементное соотношение. Чем оно выше, тем медленнее протекает процесс схватывания.
Температура окружающей среды. Чем она выше, тем быстрее схватывается цемент.

Изменение объема цемента при твердении

Процесс твердения затворенных водой цементов сопровождается изменением объема получаемого продукта. В соответствии с нормативом лепешки, изготовленные из цемента после его затворения водой, при испытании кипячением должны изменять объем равномерно. Если вяжущее не соответствует требованиям ГОСТа, то использовать его опасно, поскольку в конструкции возникнут напряжения, которые могут привести к ее разрушению.

Портландцемент при твердении на воздухе отличается небольшими усадочными процессами. Если же клинкер содержит большое количество свободных оксида кальция и оксида магния, то в процессе их гашения водой происходят локальные изменения объема цементного продукта, что приводит к образованию в нем трещин.

Водоцементное соотношение

Для нормального протекания процессов гидратации цемента и придания раствору необходимой подвижности требуется соблюдать оптимальное водоцементное соотношение (водопотребность). Водопотребностью цемента называют минимальное количество воды, которое обеспечивает получение цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой называют консистенцию, при которой пестик Тетмайера опускается в продукт на глубину, установленную нормативами.

Минимальной водопотребностью обладает портландцемент – 24-28 %. Снизить этот показатель, сохранив требуемую пластичность смеси или раствора, можно введением специальных добавок – пластификаторов. Водопотребность пуццолановых цементов при наличии в них добавок осадочного происхождения составляет 35-40 %.

Водоотделение цементного теста

Водоотделением называют отжим воды в цементном тесте из-за гравитационного действия цементных частиц и зерен крупного и мелкого заполнителей. Вода может выступать на поверхности цементного продукта, между слоями послойно укладываемого бетона, внутри бетонного элемента вокруг заполнителей и арматуры. Наличие таких пленок воды внутри конструкции приводит к расслаиванию и снижению прочности строящегося объекта.

Снизить водоотделение и расслаивание раствора или смеси позволяют:

доставка специальных готовых цементно-песчаных растворов и бетонов к месту строительства специальным транспортом;
соблюдение технологии укладки смесей и растворов;
снижение водоцементного соотношения с помощью применения пластификаторов;
введение ряда добавок – трепела, глины, бетонита.

Добавки в цемент доменного шлака приводят к увеличению водоотделения.

Морозостойкость цементно-песчаных растворов и бетонов

Морозостойкостью строительных растворов и смесей, изготовленных на базе цемента, называют способность затвердевших продуктов выдерживать циклы попеременного замерзания и оттаивания. Морозостойкость характеризуется маркой, обозначаемой буквой F.

Повысить морозостойкость отвердевшего бетона или цементно-песчаного раствора позволяет введение специальных добавок, таких как абиетат натрия, омыленный древесный пек и другие.

Тепловыделение цемента в процессе твердения

Процессы гидратации цемента сопровождаются выделением тепла, которое характеризуется абсолютным выделением тепла и ходом тепловыделения во времени. Медленное выделение тепла не оказывает отрицательного влияния на технические характеристики строительной конструкции. Цементы, у которых процесс гидратации протекает быстро, со значительным повышением температуры, не рекомендуется использовать при строительстве массивных сооружений из-за температурных перепадов внутри и снаружи бетонного элемента. В этом случае возникают значительные внутренние напряжения, которые становятся причиной образования трещин в бетоне.

Цементы, процессы гидратации которых сопровождаются значительным и интенсивным выделениям тепла:

с высоким содержанием трехкальциевых силикатов и алюмината;
содержащие значительное количество стекловидной фазы.

Значительное выделение тепла – процесс, желательный при зимнем строительстве.

Коррозионная стойкость цементного камня

Ученые разделяют это понятие на химическую и физическую коррозионную стойкость. Первый показатель характеризует химическую устойчивость компонентов вяжущего к корродирующим агентам. Это свойство улучшают ограничением содержания в цементе оксида алюминия и трехкальциевого силиката. Физическую коррозионную стойкость повышают снижением пористости получаемого продукта на основе цемента, уменьшением радиуса его пор и гидрофобизацией их поверхности.

Портландцемент – это разновидность цемента, который представляет собой гидравлическое вяжущее вещество. Он состоит в большей степени из силиката кальция (белита и алита). Этот компонент достигает около 70-80% от общего состава. Этот вид цемента наиболее популярен во всем мире. Свое название он получил от острова, находящегося на территории Великобритании, поскольку каменные породы с Портланда имеют идентичный цвет.

Характеристики

В состав портландцемента входит измельченный клинкер, гипс и, при необходимости, минеральные добавки. Эти компоненты обеспечивают ему быстрый процесс затвердевания в воде и на воздухе. Клинкер получается в специальных печах, где все составляющие компоненты проходят процесс обжига и плавления.

Когда процесс обжига завершен и клинкер полностью остыл, производят его тщательное измельчение. И далее добавляется гипс в определенном количестве, чтобы оксид серы в готовом продукте содержался в определенных пределах (1,5-3,5%).

Портландцемент может встречаться с добавками и без них. Дополнительные компоненты способны придать конечному продукту улучшенные свойства и характеристики. Согласно стандарту ГОСТам 10178 85 и 31108 2003 , портландцемент подразделяется на 5 марок: 400, 500, 550, 600, 700.

Они отличаются по сфере применения:

М400 — изготовление железобетона, для конструкций любого типа.
М500 и М550 — сборные конструкции из железобетона; изделия из асбестоцемента; дорожная сфера строительства.
М600 — изготовление железобетона для сборных конструкций, когда требуется сырье высоких марок.
М700 — для строительства напряженных конструкций; изготовление высокопрочного бетона.

На примере портландцемента марки М400 можно выделить основные свойства и характеристики,присущие данному строительному материалу:

Как уже говорилось, портландцемент является одной из разновидностей цемента. В свою очередь он имеет достаточно большое количество подвидов , которые отличаются сферой применения, ценовой политикой и своими свойствами.

Особенности производства

Для того чтобы изготовить портландцемент необходимы такие карбонатные горные породы, как мел, известняк, кремнезем и глинозем. Не исключено использование мергелей (смеси глинистых и карбонатных пород).

Сам процесс заключается в измельчении сырья, тщательного его перемешивании в особых пропорциях и обжиг в печах. Температура 1300-1400оС обеспечивает обжиг и оплавление сырья. Продукт, получаемый на данном этапе производства, называется клинкером. Для получения готовой продукции, цементный клинкер хорошо измельчается и в него добавляется гипс.

Готовая продукция обязательно должна проходить проверку качества и иметь сертификат соответствия установленного образца.

Чтобы в конечном итоге получить портландцемент, существует четыре способа его производства:

сухой;
полусухой;
смешанный;
мокрый.

Наиболее востребованными являются два способа: мокрый и сухой. В конечном итоге сырье, произведенное таким образом, будет отличаться по физическим свойствам и характером его дальнейшей переработки.

Получение портландцемента на заводе:

Чем отличается портландцемент от цемента

Портландцемент – определяется как один из видов цемента. В большинстве случаев его используют при производстве бетона. А он, в свою очередь, необходим в строительстве конструкций монолитного и сборного типа из железобетона, высоковольтных линий, в покрытии дорог и аэродромов.

Отличия от обычного цемента состоят во внешнем виде, свойствах и характеристиках. Так портландцемент за счет добавок может иметь более высокую степень морозоустойчивости и прочности. У остальных разновидностей цемента эти показатели немного ниже.

Разница в оценочных характеристиках материала представлена в таблице:

Материал	Цена	Практичность	Внешний вид	Простота изготовления	Трудоемкость	Экологичность
Портландцемент	«4»	«5»	«5»	«4»	«5»	«5»
Цемент	«5»	«4»	«5»	«5»	«5»	«5»

Области применения

Бездобавочный портландцемент общестроительного назначения является неотъемлемым материалом в любой строительной области. И его крупнейшими потребителями считается нефтяная и газовая промышленность. Материалы, которые из него изготавливаются, успешно заменяют дерево, камень, известь и прочие природные компоненты, имеющие ограниченное количество.

Как разводить портландцемент

Данный вид цемента продается в любых строительных магазинах. Процесс приготовления раствора достаточно прост, чтобы самостоятельно его выполнить. Для этого потребуется от 1,4 до 2,1 литра воды на каждые 10 кг цементной смеси. Более точный объем воды рассчитывается в зависимости от необходимой густоты раствора.

Преимущества и недостатки

Главными преимуществами материала является его высокая прочность, устойчивость к низким температурным показателям и водонепроницаемость. Для малоэтажного строительства чаще всего применяется его марка М400 с минеральными добавками, а без добавок ее сферой использования являются железобетонные конструкции и монолитные строения.

Для возведения фундамента дома, который находится на сложных грунтах, рекомендуется использовать сульфатостойкий портландцемент с дополнительным содержанием минералов.

Портландцемент имеет высокую скорость схватывания и устойчивости к воде. Этот показатель определяется тонкостью помола цементного клинкера и минеральным составом. Высококачественный цемент имеет низкий показатель водопотребности при создании раствора. Также этот фактор обеспечивает отсутствие осадочной деформации и образования мелких трещин.

Если в состав портландцемента входят дополнительные добавки для улучшения водостойкости и коррозии, то при этом у него уменьшается морозоустойчивость. Для влажного климата обычный портландцемент не подходит, возможно использование шлакопортландцемента.

Видео расскажет о том, как правильно выбрать качественный портландцемент для строительных работ:

Читайте также: