Удельная поверхность цемента на что влияет

Обновлено: 01.05.2024

– по удельной поверхности оптимальная величина составляет 350-380 м2/кг;
– по остатку на сите 009 – не выше 5%.

Это ведет к исключению водоотделения в бетонных смесях, к исключению трудовых затрат на доводку верхней поверхности изделий; к повышению прочностных показателей в верхней зоне железобетонных конструкций.

2. Сроки схватывания цемента для стройиндустрии и монолитного строительства должны соответствовать:

– начало схватывания – в пределах 2,5-З ч.;
– конец схватывания – 3,5-4,5 ч.

Вышеуказанное обеспечит получение заданной прочности в требуемые сроки.

3. Нормальная густота цементного теста (водопотребность) должна быть в пределах 25-26,5%, что исключает водоотделение в бетонных смесях и повышает прочностные показатели.

4. Выполнение требований СНиП 2.03.11-85 по допустимому содержанию в цементе щелочи. Оно не должно превышать 0,6%, что исключает трещинообразование и высолообразование в бетонных конструкциях. Как показала практика, возможно содержание R2O в пределах 07-072% (ф. Лафарж).

5. Хранение разных видов цементов – раздельное, что обеспечивает стабильность качества бетонных и растворных смесей.

Большое значение в проведении работ по улучшению качества цемента имеет то, что ГУП «НИИМосстрой» является постоянным участником международных конгрессов производителей цемента, где мы встречаемся с директорами всех цементных заводов, предоставляем анализ влияния качества цементов на бетонные конструкции, то есть оказываем влияние на улучшение качественных характеристик цементов.

В московском строительстве применяются цементы примерно с 15 цементных заводов. Однако цементы только нескольких заводов отвечают требованиям московского строительства:

Содержание R2O не выше 0,55-0,65%.
Удельная поверхность, м2/кг – 350-365.
Сроки схватывания, час/мин – начало – 2,50-3,00; конец – 3,50-4,50.

ОАО «Новоросцемент» производство «Цементный завод «Пролетарий» М500Д0:

Содержание щелочи 0,65%.
Сроки схватывания, час/мин – начало – 3,0 ч; конец – 4,0 ч.
Удельная поверхность не менее – 350 м2/кг.

Широко применяется М400Д5У с удельной поверхностью 370-380 м2/кг; содержанием щелочей – 0,7%.

Широкое применение имеют цементы ОАО «Сухоложскцемент» в Екатеринбурге, Тюмени, городах Урала и Сибири. Удельная поверхность цементов по Блейну составляет стабильно 380 м2/кг, тонкость помола (остаток на сите № 009) равен 1,9%; сроки схватывания в пределах: начало – 2,5 часа; конец – 4,0 часа, то есть цемент отвечает европейскому уровню.

ПЦ 400Д20 имеет стабильные качественные показатели, отсутствие водоотделения. Потребители выражают благодарность за качество цемента.

Однако к качеству многих цементных заводов РФ у потребителей есть замечания. Так, многие цементные заводы выпускают цемент с удельной поверхностью в среднем 260-300 м2/кг, европейские цементы – 400 м2/кг.

Результаты промышленного применения цементов с вышеуказанной удельной поверхностью на предприятиях строительного комплекса города Москвы показали:

– замедленные сроки схватывания (начало – свыше 3,0 часов, конец – 4,5 часа, что не дает возможности при укороченных циклах тепловлажностной обработки получить отпускную и проектную прочность);

– значительное водоотделение в бетонных смесях, что приводит к ослаблению конструкции и трудозатратам на доводку бетонной поверхности шлифованием.

Ко многим цементам у потребителей есть замечания:

1) Ачинский цемент («БазэлЦемент») характеризуется, например, грубым помолом (удельная поверхность 240-260-300 м2/кг вместо 380-400 м2/кг), наличием водоотделения, содержанием щелочей до 1,16% вместо 0,6%. Поэтому имеет место трещинообразование в железобетонных изделиях, даже при температуре тепловлажностной обработки менее 60 °С. Цемент не находит применения в крупных строительных организациях города Москвы. На Бескудниковском комбинате ЖБК города Москвы имело место массовое трещинообразование. По заключению ГУП «НИИМосстрой» цемент не применяется в Москве.

3) Цемент М500Д0 ОАО «Себряковцемент» до недавнего времени не обладал стабильностью, наблюдалось значительное водоотделение в бетонных смесях. На сегодня в испытательном центре ГУП «НИИМосстрой» успешно проводится работа совместно с ОАО «Себряковцемент» по повышению качества этого цемента с оптимальными характеристиками по тонкости помола. Сравнительные испытания осуществлялись с ПЦ М 500ДО ОАО «Вольскцемент», который является в московском строительстве эталоном.

ОАО «Себряковцемент» получило рекомендации по улучшению его качества. Наряду с этим положительные результаты имеются на одном из крупнейших домостроительных комбинатов (Домодедовский комбинат) – отсутствует водоотделение, имеет место стабильность прочностных показателей.

4) ЗАО «Осколцемент» – ЦЕМ-1-42,5N: Водоотделение в бетонных смесях значительное, часто до 5 см, что ведет к снижению прочностных характеристик, шелушению бетонной поверхности, дополнительным трудозатратам по доводке бетонной поверхности. Цемент в московском строительстве почти не имеет применения, особенно при монолитном возведении зданий и сооружений. ЗАО «Осколцемент» изготавливает высокого качества цемент ЦЕМ-1-52,5N, однако он намного дороже по сравнению с ЦЕМ-1-42,5N и не имеет такого спроса.

5) ЗАО «Мальцовский портландцемент» до недавнего времени не имел стабильного качества, обладал значительным водоотделением при удельной поверхности 300 м2/кг. Сегодня в испытательном центре ГУП «НИИМосстрой» проводится работа по повышению качества этого цемента с оптимальными характеристиками тонкости помола, при удельной поверхности равной 350–370 м2/кг. По результатам испытаний цемента в ГУП «НИИМосстрой» завод получил следующие рекомендации: остаток на сите № 009 – не выше 5%; удельная поверхность не менее 350–370 м2/кг.

6) ОАО «Мордовцемент» – замедление процессов твердения, что требует увеличения времени тепловой обработки железобетонных конструкций. Имеет заниженную величину удельной поверхности, равной 265–300 м2/кг.

Вышеизложенное затрудняет его применение.

7) ОАО «Липецкцемент» – при применении цементов М500Д0 и М400Д0 наблюдается:
– нестабильность прочностных показателей;
– наличие трещинообразования в железобетонных конструкциях.

В Москве практически не имеет применения на сегодняшний день.

8) ЗАО «Михайловцемент» – М400Д0 – за последнее время от московских строительных организаций имееся много замечаний по его применению:

– замедление процессов твердения, что требует увеличения времени тепловой обработки железобетонных конструкций;
– величина остатка на сите № 009 равна 13,2% вместо 5,0%;
– величина удельной поверхности равна 303,7 м2/кг вместо 370-380 м2/кг;
– начало схватывания 4,0 – 6,0 часов.

По опыту работы ОАО «ДСК-2» компании ПИК, цемент имеет большое водоотделение и замедление сроков твердения.

9) ЗАО «Белгородцемент»

Фактически величина удельной поверхности ПЦ500Д0 равна порядка 320–330 м2/кг. По опыту работы ОАО «ДСК-3» (г. Москва) замечаний к цементу нет. Однако у ГУП «НИИМосстрой» и цементного завода есть договоренность повысить удельную поверхность цемента до 350 м2/кг, тем самым цемент будет востребован для любого класса бетона.

10) ЗАО «Савинский цемент» – сумма оксидов щелочных металлов (Na2O + K2O) равна 1,01%, что приводит к трещинообразованию железобетонных конструкций, особенно в стройиндустрии. Для московского строительства цемент не пригоден.

11) ОАО «Ульяновск цемент». ПЦ 400-ДО имеет повышенное содержание щелочных оксидов R20 – до 1,0%, что может привести к трещинообразованию железобетонных конструкций, особенно при тепловлажностной обработке. В московском строительстве цемент не применяется.

Цемент Топкинского завода часто поступает на московские заводы по производству бетонных и растворных смесей. По активности цемент соответствует требованиям, но повышенное содержание щелочей (до 0,95%) не позволяет его применять из-за наличия трещинообразования.

Таким образом, в целях повышения качества строительства производителям цементов необходимо работать в тесном контакте с потребителями, так как обе стороны имеют единую задачу – повышение качества и долговечности бетона и железобетонных изделий.

В ГУП «НИИМосстрой» функционирует испытательный центр для определения качества цементов, заполнителей, химических добавок, бетонных и растворных смесей по европейским и российским стандартам. Испытательный центр оснащен современным европейским оборудованием.

Испытания свойств цементов и эффективности применения в монолитном строительстве и стройиндустрии осуществляются поэтапно. В качестве эталона принят цемент ПЦ500Д0 ОАО «Вольскцемент», который имеет стабильные качественные показатели и соответствует требованиям условий московского строительства.

1 ЭТАП. Сравнительные испытания пробы цемента с любого цементного завода с цементом ОАО «Вольскцемент».

2 ЭТАП. Изготовление цемента для дальнейших испытаний в соответствии с рекомендациями ГУП «НИИ Мосстрой».

3 ЭТАП. Сравнительные испытания цементов, изготовленных в соответствии с рекомендациями ГУП «НИИ Мосстрой» с цементом ОАО «Вольскцемент».

4 ЭТАП. Испытание обоих цементов в бетоне для стройиндустрии и для монолитного строительства.

5 ЭТАП. Промышленные испытания цементов в условиях бетонного завода с организацией контроля качества бетона на строительном объекте.

6 ЭТАП. Заключение с выводами и рекомендациями.

ГУП НИИМОССТРОЙ ПРЕДЛАГАЕТ:

- Строительным организациям,
- Предприятиям промышленности строительных материалов
- Малому и среднему бизнесу,
- Частным лицам

Комплекс услуг

• Реализация концепции комплексного обеспечения безопасности высотных и уникальных объектов
• Научно-техническое сопровождение и мониторинг строительства
• Обследование конструкций
• Испытания строительных материалов, изделий и конструкций
• Контроль качества
• Экспертиза проектов
• Сертификация продукции и услуг
• Оптимизация технологий производства
• Разработка рекомендаций по отдельным видам строительно-монтажных работ
• Повышение квалификации инженеров-строителей

Научно-техническое сопровождение и мониторинг:

– зданий и сооружений в период строительства, эксплуатации и реконструкции;
– расчетная оценка совместной работы конструкций с грунтовым массивом (фундаментов, ограждений котлованов), определение осадок зданий от влияния работ нулевого цикла, от изменения гидрогеологических условий на подземные конструкции;
– строительства и реконструкции фундаментов зданий и сооружений с развитой подземной частью в условиях плотной городской застройки;
– технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового cтроительства или при реконструкции;
– устройства ограждений и укрепления глубоких оснований с применением буронабивных и железобетонных свай, а также грунтовых анкеров;
– уплотнения и закрепления оснований;
– возведения подземной части сооружений, включая устройство «стены в грунте» в монолитном и сборном исполнении;
– дорожно-транспортных сооружений и благоустройства территории;
– производства и применения труб и соединительных деталей из полимерных материалов;
– полевые испытания буронабивных и забивных свай большой несущей способности;
– мониторинг технического состояния ответственных конструкций в период строительства и эксплуатации.

Спрос на продукцию ОАО «Вольскцемент», в частности на бездобавочный цемент нормированного состава марки 500 (ПЦ 500-Д0-Н), обеспечивают прежде всего строгий контроль технологических процессов и показателей качества, а также уникальность сырьевой базы.

В настоящий момент мажоритарным акционером ОАО «Вольскцемент» является ОАО «Холсим (Рус)», контрольным пакетом акций которого владеет швейцарская компания Holcim. Holcim уделяет большое внимание контролю качества и соблюдению как требований международных стандартов, так и внутренних целевых показателей качества компании. Продукция «Вольскцемент» проходит тщательный контроль на всех этапах производственно го цикла. Лаборатория завода оснащена новейшим оборудованием, которое позволяет применять современные методы анализа (в том числе рентгеноспектра льный, петрографически й, лазерной гранулометрии и т. д.).

Химический состав сырьевых компонентов, используемых для производства цемента, не имеет аналогов. Богатые запасы мела, обладающего высокой реакционной способностью, позволяют производить высокомарочные цементы, а низкоалюминатны е глины обеспечивают возможность производства сульфатостойких и тампонажных цементов.

Кинетика набора прочности цемента марки ПЦ 500-Д0-Н позволяет производить на его основе железобетонные элементы и бетонные изделия при сокращенной продолжительнос ти производственно го цикла. Он с успехом используется в производстве конструкционных бетонов с высокими эксплуатационны ми свойствами, сборных железобетонных элементов специального назначения, а также мелкоштучных изделий из ячеистого бетона. ПЦ 500-Д0-Н обеспечивает оптимальный расход цемента при проектировании составов и является достойной основой для производства сухих строительных смесей.

Продукция «Вольскцемента» применяется для строительства особо сложных и значимых объектов, к которым предъявляются повышенные требования по несущей способности и долговечности. Среди проектов, техническая реализация которых стала возможна благодаря особым свойствам вольских цементов, – космодром «Байконур», Останкинская телебашня, Волго-Донской канал, Саратовский мост, Метромост в Нижнем Новгороде.

К важнейшим техническим характеристикам портландцемента относятся плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, прочность и стойкость к коррозии.

Истинная плотность р цемента колеблется в пределах 3,05…3,15 г/см3. В среднем принимают р=3,1 г/см3.

Насыпная плотность порошка рн зависит от степени уплотнения. Для рыхлонасыпанного цемента она составляет 1,1 г/см3, сильно уплотненного — 1,6 г/см3. В расчетах принимают значение рн = 1,3 г/см3.

Тонкость помола цемента оказывает большое влияние на скорость его твердения, прочность. Тонкость помола портландцемента характеризуют его зерновым составом и удельной поверхностью. Зерновой состав определяют путем просеивания пробы цемента через сито с очень тонкими ячейками — 0,008 мм (80 мкм). Основная часть пробы (не менее 85%) должна пройти сквозь такое сито. Это означает, что современный портландцемент отличается очень тонким помолом, т. е. размер его зерен в среднем составляет 20…40 мкм. Удельная поверхность такого цемента 2500…3000 см2/г. Промышленность выпускает специальные цементы и более тонкого помола.

Водопотребность цемента отражает способность его частиц адсорбировать, т. е. поглощать, на поверхности определенное количество воды. Плотность зерен портландцемента 3,1 г/см3, воды — 1 г/см3. Если затворить цемент излишним количеством воды, то лишь некоторая часть ее будет удерживаться адсорбционными и капиллярными силами. Под действием гравитации частицы цемента оседают, а вода вытесняется вверх. Наступает расслоение теста, которое приводит к выделению излишней воды на поверхности бетонной смеси или раствора. Явление водоотделения крайне нежелательно, поскольку вода, скапливаясь на верхней поверхности конструкции, делает бетон рыхлым и пористым. Впоследствии бетон наиболее интенсивно разрушается именно в этих местах.

Водопотребность цемента характеризуют относительным количеством воды (в%) для получения цементного теста нормальной густоты. Содержание воды в тесте нормальной густоты соответствует ее максимальному количеству, которое цемент может удерживать с помощью химических и физико-химических (адсорбционных и капиллярных) сил. Поскольку в таком тесте еще нет водоотделения, цементное тесто нормальной густоты, скатываемое в шарик, не прилипает к ладони. Водопотребность портландцемента 22…28%.

Свойство водопотребности цемента имеет важное практическое значение при изготовлении бетонной смеси и раствора. Применяя цементы с низкой водо-потребностью, можно изготовить бетонную смесь с относительно небольшим расходом воды. При отвердевании получают бетон с высокой прочностью и стойкостью, так как пористость его невелика. Напротив, цементы с высокой водопотребностью, в частности пуццолановый портландцемент, у которого она достигает 40%, отличаются высокой пористостью, и бетон на основе такого цемента оказывается неморозостойким.

Сроки схватывания цемента характеризуют промежуток времени, в течение которого интенсивно изменяются пластические свойства цементного теста. Различают начало и конец схватывания. В строительной лаборатории сроки схватывания цемента определяют на приборе Вика по глубине погружения в цементное тесто стандартной стальной иглы диаметром 1,13 мм. Началом схватывания считается промежуток времени от затворения цемента водой до того момента, когда игла под действием силы тяжести уже не может полностью погрузиться в цементное тесто нормальной густоты (не доходит до дна прибора на 1… 2 мм). Конец схватывания отсчитывают по времени, прошедшему от затворения до момента, когда игла Вика лишь слегка, на 1…2 мм, погружается в затвердевшее тесто или камень.

На стройке можно определить сроки схватывания цемента упрощенным способом. Для этого на цементном тесте делают каждые 5 мин легкие надрезы стальным ножом. Начало схватывания соответствует моменту, когда надрезы перестают заплывать. Продолжая делать легкие, без нажима, надрезы с интервалом 15 мин, замечают, когда нож перестает оставлять след на поверхности цементного камня. Это и будет конец схватывания.

В соответствии с требованиями ГОСТ 10178—85 начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин после затворения, конец схватывания — не позднее чем спустя 10 ч. Сроки схватывания портландцемента регулируют путем введения добавки гипса. На скорость схватывания цемента влияют температура и содержание воды в тесте. При повышении температуры сроки схватывания сокращаются. Поэтому для бетонных работ в сухую жаркую погоду применяют цемент, начало схватывания которого наступает не раньше чем через 1,5 ч после затворения. Если смесь укладывать после начала схватывания, то, утратив пластичность, она при укладке будет деформироваться с нарушением сплошности структуры. В результате в теле бетона образуются разрывы, трещины и другие дефекты механического происхождения, что отрицательно скажется на прочности и долговечности конструкции.

Также важно обеспечить заданные сроки схватывания при транспортировании бетонных смесей автобетоновозами, передвижными бетоносмесителями, перекачивании бетононасосами. Преждевременное схватывание может привести к выходу оборудования из строя, и будет непроизводительно потрачено время на приведение установок в работоспособное состояние.

Сроки схватывания увеличиваются, если для затворения цемента взято больше воды. При ее избытке возрастает объем пространства в тесте, которое должно быть заполнено новообразованиями. Прочность цементного камня формируется в момент, когда кристаллогидраты образуют пространственную непрерывную структуру. Для формирования такой структуры при большем объеме пространства требуется и большее время.

Увеличивать количество воды в тесте или бетонной смеси ради удлинения сроков схватывания нерационально, так как прочность затвердевшего камня (бетона) тем меньше, чем больше введено воды. Целесообразно применять для этого специальные добавки — замедлители схватывания.

В практике бетонных работ иногда наблюдается ложное схватывание цемента, т. е. загустевание цементного теста или бетонной смеси в сроки, гораздо более короткие, чем предусмотрено стандартом (раньше 45 мин). Это объясняется тем, что в состав такого цемента входит полуводный гипс, а не гипсовый камень. Полуводный гипс быстро взаимодействует с водой, образуя пространственную малопрочную структуру, что и приводит к потере пластичности цементного теста уже через 10…20 мин после затворения. При последующем перемешивании, особенно с небольшой добавкой воды, тесто восстанавливает пластичность и затвердевает, как обычно.

Чтобы не допустить ложного схватывания, помол и хранение цементов осуществляют при пониженной температуре. Во время бетонных работ в жаркое время года предельная температура цемента должна быть не более 50 °С.

Прочность—основная характеристика цемента как материала для изготовления бетонных и железобетонных конструкций. Для ее оценки используют стандартную характеристику цемента — марку. Чтобы определить марку цемента, изготовляют смесь из цемента и стандартного кварцевого песка в соотношении 1:3 по массе. Затворяют эту смесь водой, которую берут в количестве 40% от массы цемента. Из смеси изготовляют призматические образцы (балочки) размерами 40X40X160 мм. Первые сутки после изготовления балочки твердеют во влажном воздухе, а затем в течение 27 сут — в воде комнатной температуры. Через 28 сут балочки испытывают на изгиб, а образовавшиеся при этом половинки балочек — на сжатие. При испытании получают самые разнообразные показатели прочности. Например, предел прочности при сжатии образцов может оказаться равным 40; 41,2; 43; 46 МПа и т. д. Эти числа, характеризующие прочность, называют активностью цемента.

Бесконечное множество значений прочности, а значит, и активности затрудняет сравнение различных цементов. Поэтому оценивают прочность цемента с помощью марок. Марка цемента — это условная характеристика, численно равная минимальному пределу прочности при сжатии стандартных образцов. Например, марка цемента 400 означает, что предел прочности его при сжатии гарантируется не ниже 400 кгс/см2. Если при испытаниях получены значения прочности, большие 400 кгс/см2 (до 500), марка цемента все равно будет 400. Установлены стандартные марки портландцемента от 400 до 600 (табл. 10). Чем выше марка, тем более прочный камень образуется при твердении цемента.

Прочность цемента при соответствующих условиях внешней среды со временем возрастает (рис. 25). Нормальными условиями твердения цементных материалов (строительного раствора и бетона) считают

Возрастание прочности с течением времени — важное свойство цемента и материалов на его основе. Этим цементные материалы принципиально отличаются от других каменных материалов — природных (гранита, известняка) и искусственных (керамики, стекла), у которых однажды сформированная прочность может со временем под воздействием разрушительных факторов среды только уменьшаться.

Цемент же при благоприятных условиях твердения продолжает гидратироваться. В результате увеличивается объем кристаллического сростка гидратных новообразований, а объем промежутков между ними, наоборот, сокращается. Таким образом, физическая причина увеличения прочности связана с уменьшением пористости цементного камня. Снижая пористость, можно существенно повысить его прочность. Так, методом горячего прессования при температуре 250 °С и давлении 350 МПа в лабораториях получают цементный камень с небольшой пористостью (всего 2…4%) и очень высокой прочностью — через 1 сут Ясж — = 412 МПа, через 90 сут — 655 МПа. Это более чем в 10 раз превосходит самую высокую прочность цемента (60 МПа) и бетона (60.„80 МПа), получаемую при стандартных испытаниях. Следовательно, вяжущие свойства цемента используют далеко не.полностью.

Рис. 25. Кривые роста прочности цемента во времени:
1 — твердение при температуре 5 °С, 2 — нормальное твердение при 20 °С, 3 — пропаривание при 85 °С

Из-за развитой системы пор и капилляров цементный камень сравнительно легко проницаем для воды, агрессивных жидкостей и газов, которые могут вызвать его коррозию.

Стойкость к коррозии цементного камня характеризуется отношением его к химическим воздействиям, которые подразделяют на три основных вида.

Коррозия первого вида связана с разложением новообразований цементного камня, растворением и вымыванием (выщелачиванием) из него Са(ОН)2. Такая коррозия развивается наиболее интенсивно в мягких водах (дождевых, талых), содержащих небольшое количество солей. Под действием проникающих в бетон мягких вод растворяется наименее стойкое соединение Са(ОН)2. Вслед за этим разлагаются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Наиболее эффективное средство борьбы с выщелачиванием — введение в состав цемента добавок, связывающих Са(ОН)2 в более стойкие соединения. Такие добавки, называемые активными минеральными, будут рассмотрены в § 25.

Коррозия второго вида обусловлена взаимодействием Са(ОН)2 и других составных частей цементного камня с агрессивными веществами внешней среды. В результате этого образуются легкорастворимые соединения, которые вымываются из цементного камня, тем самым ослабляя его. К этому виду относится, например, кислотная и магнезиальная коррозия.

Свободные кислоты встречаются в сточных водах промышленных предприятий. Кислотная среда может также возникнуть при конденсации на поверхности конструкций влаги, если в атмосфере содержатся агрессивные вещества — хлор, хлорид водорода, сернистый газ. Такая атмосфера характерна для современных промышленных центров. Попадающая в бетон кислота взаимодействует с Са(ОН)2. Образующийся при этом хлорид кальция легко растворяется в воде и вымывается.

Коррозия третьего вида характеризуется тем, что в результате взаимодействия со средой в порах цементного камня возникают новые твердофазные соединения, объем которых намного больше объема исходных продуктов реакции. Кристаллы этих соединений, увеличиваясь в объеме, давят на стенки пор, вызывая большие внутренние напряжения и растрескивание батона.

Наиболее ярко коррозия этого вида проявляется при действии на цементный камень сульфатных вод (сульфатная коррозия). Вероятность сульфатной коррозии учитывают при строительстве морских гидротехнических сооружений, возведении фундаментов зданий в районах, где грунтовые воды содержат сульфаты натрия или кальция. В этих случаях применяют сульфатостойкий портландцемент.

Плотность цемента – как определяется и на что влияет?

Удельная плотность цемента – это переменная относительна величина, характеризующая сколько килограммов материала помещается в той или иной единице объема. За единицу объема принимается 1 метр кубический или 1000 дециметров кубических.

Практическое значение данной величины – определение расхода цемента при производстве бетона, цементного раствора и изготовлении Железобетонных изделий: тротуарной плитки, плит перекрытия, лестничных маршей, бетонных колец, бетонных лотков и пр.

Определение понятий

Цемент – это сыпучий мелкофракционный материал. Он не является однородной массой. Данное вещество представляет собой насыпь из микроскопических элементов, между которыми находится воздух. Поэтому его плотность не имеет единственного значения. Чтобы определить данную характеристику, используются два термина:

истинная плотность;
насыпная плотность.

Удельный вес цемента определяется как отношение массы в кг к объёму в куб. м. Деление этих значений даёт нужный результат. Для получения первого параметра учитывается масса, которая состоит исключительно из крупинок строительного материала без частиц воздуха. Истинная плотность – это показатель, встречающийся в учебной и методической литературе. При определении данного параметра представляют, что вещество монолитно.

Насыпная плотность более важна для строителей. Она указывает на удельный вес с учётом воздуха, который находится между частицами. Порошкообразное веществ в пространстве всегда занимает больше места. Поэтому его истинная плотность будет существенно меньше.

Методика расчета плотности цемента в домашних условиях

В лабораторных условиях, для определения насыпной плотности партии цемента используется специальное устройство – «Прибор Ле-Шателье». Если перед застройщиком стоит задача не использовать усредненную величину (1 300 кг/м3), а узнать точную плотность конкретного цемента, можно использовать следующую методику:

В мерную емкость объемом 1 л (0,001 м3) без «горки» засыпается тестируемое вещество (цемент);
Емкость с веществом взвешивается. Вещество высыпается;
Взвешивается емкость без вещества.

В результате данной манипуляции имеем три цифры: объем емкости (V) в м3, вес емкости с веществом (С1) в кг, вес емкости без вещества (С2)в кг. Подставляя значения в указанных единицах измерения в формулу Удельный вес=(С2-С1)/V, определяем насыпную плотность конкретного цемента.

При этом в качестве емкости лучше всего использовать специальную мерную емкость для сыпучих продуктов, а взвешивания производить на чашечных весах.

Читателям этой статьи наверняка интересно, почему насыпная плотность цемента имеет такой существенный дифференциал. Дело в том, что при помоле клинкера частички цемента приобретают разноименные электрические заряды, которые, как известно из курса физики, стремятся оттолкнуться друг от друга.

В результате этого в свежесмолотом цементе образуется большое количество микропустот заполненных воздухом. Удельный вес такого цемента минимальный. Наглядную демонстрацию и подтверждение данной теории можно увидеть проделав следующий опыт – насыпать в стеклянную банку любое зерно, после чего налить воду. В этом случае зерно – это аналог частичек цемента, а вода, которая заполнила пустоты между зернинами – аналог воздуха.

Далее при транспортировке и хранении, частички цемента от трения друг о друга теряют электрический заряд и уплотняются – насыпная плотность растет до максимального значения.

Как видим удельный вес цемента (плотность) имеет большое практическое значение. Особенно если при приготовлении компонентов бетона или цементного раствора отмеривания количество цемента производится в формате «ведро» или «метр кубический».

В то же время практика возведения неответственных бетонных сооружений и частных домов показывает, что для расчета количества компонентов, можно смело использовать усредненное значение плотности цемента – 1 300 кг/м3.

Факторы плотности

Насыпная плотность — переменная величина, зависящая от многих факторов. Наименее плотной является только что изготовленная цементная смесь. Между ее частицами еще сохраняется статическое электричество, что приводит к отталкиванию фракций друг от друга и образованию многочисленных пустот. Освободившееся в материале пространство заполняется воздухом. Со временем внутренний объем воздуха уменьшается, и строительная смесь становится более плотной.

Этот параметр зависит от марки материала. Чем выше его качество, тем более мелкие фракции составляют материал и тем меньше воздуха в нем присутствует. Например, плотность у цемента М400 существенно выше, чем у М100. На показатель также оказывают влияние условия хранения и транспортировки материала. Свежая продукция в мешках обладает рыхлой структурой, но имеет свойство постепенно слеживаться.

Играет роль и технология изготовления строительного сырья. На плотность влияет химический состав и качество помола (однородность и размер составляющих его фракций), способ сушки шлама на силосах. Наиболее плотным будет стройматериал мелкого помола. Самые низкие показатели плотности у пуццолановых смесей. Они составляют 900-1100 кг/м³.

Пониженной плотностью обладают цементы с пластификаторами и разными добавками, повышающими морозоустойчивость и улучшающими другие характеристики. Наиболее плотными являются материалы, не содержащие присадок, такие как портландцемент.

Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные.

Для определения удельной поверхности и распределения пор по радиусам пористых тел по теории БЭТ методом сорбции азота при температуре жидкого азота итальянская фирма Карло Эрба выпускала прибор «Сорптоматик» (время измерения — приблизительно один образец в сутки).

Что означает понятие железнение бетона

Железнение цементных покрытий – это процесс нанесения на существующую поверхность бетонной стяжки, защитного слоя толщиной до 5 мм, состоящего из цемента с добавками или профессионального состава.

После нанесения состав затирают. В качестве добавок для цемента могут использоваться, кварцевый песок, жидкое стекло, гашеная известь, стальные опилки, натуральный камень, канцелярский клей, базальт и многие другие элементы.

Выбор добавки зависит от конечных свойств железненого покрытия. Железнение стяжки позволяет:

Нивелировать поверхность, как по горизонтали, так и по вертикали.
Увеличить коэффициент истирания
Повысить устойчивость к негативным факторам, а так же к динамическим нагрузкам.
Создать гидроизоляцию пола, поверхности.
Увеличение срока службы изделия

Важно точно соблюдать технологию железнения поверхности, согласно инструкции к материалу и требованиям производителя.

Технические характеристики портландцемента можно подразделить на две группы:1) минеральный и вещественный составы, тонкость помола определяющие строительно-технические свойства; 2) нормальная густота, сроки схватывания, марка по прочности и другие технические свойства.

Состав статьи:

Важнейшие технические характеристики портландцемента:

◊ Минеральный состав портландцемента;

◊ Вещественный состав портландцемента;

◊ Тонкость помола портландцемента;

◊ Плотность и водопотребность;

◊ Сроки схватывания и равномерность изменения объема;

◊ Активность и марка портландцемента.

Минеральный состав выражает содержание в клинкере (в % по массе) главных минералов. Применяются расчетный и прямые экспериментальные методы определения минерального состава клинкера. Минеральный состав рассчитывают на основании данных химического анализа, который определяет содержание окислов (в % по массе).

Прямые экспериментальные методы определения минерального состава клинкера включают: оптическую и электронную микроскопию, рентгеновский фазовый анализ, микрозондирование (лазерный и ионный микрозонды) и др.

Вещественный состав цемента выражает содержание в цементе (в % по массе) основных компонентов: клинкера, гипса, минеральных добавок, пластифицирующих и гидрофобизующих добавок; он приводится в паспорте на цемент.

Допускается введение в цемент при его помоле пластифицирующих или гидрофобизующих поверхностно-активных добавок в количестве не более 0,3% от массы цемента (по согласованию с потребителем).

Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путем просеивания предварительно высушенной пробы цемента через сито с сеткой № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Наряду с ситовым анализом для оценки дисперсности цемента проводят определение удельной поверхности с помощью специального прибора — поверхностемера. Даже обычный портландцемент М 400 измельчается довольно тонко: остаток на сите с сеткой № 008 не превышает 15%, т. е. 85% зерен цемента имеет размер менее 80 мкм, при этом его удельная поверхность составляет обычно 2500 — 3000 см²/г.

С увеличением тонкости помола прочность цемента возрастает.Средний размер зерен портландцемента, выпускаемого отечественными заводами, составляет примерно 40 мкм. Толщина гидратации зерен через 6…12 мес твердения обычно не превышает 10…15 мкм( смотри таблицу-1).Таким образом, при обычном помоле портландцемента 30…40% клинкерной части его не участвует в твердении и формировании структуры камня.

Таблица-1.Глубина гидратации клинкерных минералов

Тонкость помола цемента характеризуется также величиной удельной поверхности (м²/кг), суммарной поверхностью зерен (м²) в 1 кг цемента. Удельная поверхность заводских цементов составляет 250…300 м²/кг. В ряде случаев с целью повышения активности заводского цемента и для получения быстротвердеющего цемента тонкость помола повышают.

Условно считают, что прирост удельной поверхности цемента на каждые 100 м²/кг повышает его активность на 20…25%. Увеличение удельной поверхности цемента более 300…350 м²/кг связано со значительным снижением производительности мельниц. Кроме того такие цементы увеличивают водопотребность, растет тепловыделение, возрастают усадочные деформации.

Плотность портландцемента (без минеральных добавок) составляет 3,05 — 3,15. Его объемная масса зависит от уплотнения и у рыхлого цемента составляет 1100 кг/м3, у сильно уплотненного — до 1600 кг/м³, в среднем — 1300 кг/м³.

Водопотребность цемента определяется количеством воды (в % от массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста считают такую его подвижность, при которой цилиндр — пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5 — 7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопотребность портландцемента в пределах от 22 до 28%. При введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диатемита, трепела, опоки) водопотребность цемента повышается и может достигнуть 32 — 37 %.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют в тесте нормальной густоты. Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы в тесто нормальной густоты. Началом схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1 — 2 мм. Конец схватывания — время от начала затворения до того момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1 — 2 мм.

Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания — не позднее 10 ч от начала затворения. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера на цементном заводе вводят добавку двуводного гипса в количестве до 3,5% (считая на SO3).

Замедление схватывания объясняется отложением на зернах цемента тонких пленок гидросульфоалюмината кальция, образовавшегося при взаимодействии введенного сульфата кальция с трехкальциевым алюминатом. Эти пленки замедляют диффузию воды к цементным зернам, и скорость их гидратации уменьшается.

Замедлителями схватывания служат также фосфаты, нитраты калия, натрия и аммония, сахар. Сахар образует с гидроокисью кальция легко растворимый сахарат кальция, наличие которого увеличивает концентрацию ионов кальция. Поэтому процесс гидролиза трехкальциевого силиката подавляется, а схватывание происходит медленнее. При большой добавке сахара бетон не твердеет.

Ускорителями схватывания портландцемента являются карбонаты щелочных металлов и хлориды. Они образуют при взаимодействии с гидроокисью кальция, выделяющейся при гидролизе трехкальциевого силиката, труднорастворимые соединения.

Так действует, например, карбонат натрия Са(ОН)2 + Na2C03 = СаС03 + 2NaOH

В результате химической реакции образуется малорастворимый карбонат кальция, гидроокись кальция выводится из сферы реакции и процесс гидролиза трехкальциевого силиката ускоряется.

Влияние хлористого кальция на сроки схватывания портландцемента зависит от дозировки. При введении в бетонную смесь в обычной дозировке 1 — 2% от массы цемента хлористый кальций мало влияет на сроки схватывания, но существенно повышает начальную прочность бетона, т. е. действует как ускоритель твердения. При использовании в качестве противоморозной добавки хлористый кальций может вводиться в больших количествах, тогда он ускоряет схватывание, и бетонную смесь рекомендуется затворять на холоде, чтобы избежать преждевременного загустевания.

Один из методов ускорения процессов схватывания и твердения заключается во введении добавок, являющихся центрами кристаллизации, например, в виде заранее приготовленного измельченного гидратированного цемента.

Равномерность изменения объема. Причиной неравномерного изменения объема цементного камня являются местные деформации, вызываемые расширением свободной СаО и периклаза MgO вследствие их гидратации. По стандарту изготовленные из теста нормальной густоты образцы — лепешки через 24 ч предварительного твердения выдерживают в течение 3 ч в кипящей воде. Лепешки не должны деформироваться, не допускаются радиальные трещины.

Марка портландцемента

Активность и марка портландцемента.

*Примечание :(Все стандартные испытания цементов для определения их марки по прочности должны производиться только на песке, соответствующем ГОСТ 6139 — 78. Песок нормальный для испытания цементов — это природный кварцевый песок Привольского месторождения с зернами округлой формы размером 0,5 — 0,9 мм; содержание в нем двуокиси кремния — не менее 98%, примесей глинистых, илистых и пылевидных частиц — не более 1 %.)

Активностью называют предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности с учетом предела прочности при изгибе портландцемента подразделяют на марки М400, М500, М550 и М600. Требования к отдельным маркам цементов по прочности при сжатии и изгибе приведены в табл. 2.

Таблица 2. Требования к маркам портландцемента и его разновидностей (ГОСТ 10178 — 76)

При отнесении портландцемента к той или другой марке предел прочности образцов при изгибе и сжатии в возрасте 28 суток должен быть не ниже значений , приведенных в таблицу 3.

Таблица 3. Гарантированная марка цементов по пределу прочности.

Можно считать, что в среднем прирост прочности портландцемента подчиняется логарифмическому закону (график-1). Теоретический предел прочности цементного камня при сжатии очень велик, составляет более 240…340 МПа.Практически при формировании бетонов прессованием была получена прочность 280 МПа и более.

График-1. График прочности цемента

Прочность цементного камня и скорость его твердения зависят от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента, содержания воды, влажности, температуры среды и продолжительности хранения.

Влияние минералогического состава на прочность портландцемента.

Таблица 4. Степень гидратации клинкерных минералов во времени от полной гидратации,%

График-2. Нарастание прочности минералов клинкера портландцемента

Трехкальциевый алюминат сам по себе имеет низкую прочность, однако значительно ускоряет твердение цемента в начальний период.Этим свойством C3A пользуются, получая быстротвердеющий портландцемент.По минералогическому составу от отличается высоким содержанием C3A, и C3S (около 60…70% , в том числе до 10%C3A).

Выделение тепла при твердении.

Гидратация цемента сопровождается выделением тепла. В тонких бетонных конструкциях тепло гидратации быстро рассеивается и не вызывает существенного разогрева бетона. Однако тепловыделение внутренней части массивной конструкции может повысить его температуру на 40°С и более по отношению к температуре бетонной смеси при укладке.

Снаружи массив остывает быстрее, чем внутри, возникают температурные напряжения, которые нередко являются причиной появления трещин в бетоне. Чтобы избежать растрескивания, стремятся использовать низкотермичные цементы, снижают расход цемента в бетоне, а в случае необходимости применяют искусственное охлаждение массива.

Не всегда тепловыделение играет отрицательную роль. Например, при бетонировании конструкций в холодное время года по способу термоса выделяющееся тепло способствует поддержанию положительной температуры бетона, оно также полезно при изготовлении сборных железобетонных изделий методом горячего формования.

Термохимические свойства портландцемента зависят от минерального состава клинкера и тонкости помола. Данные о тепловыделении клинкерных минералов приведены в табл. 5 (по данным С. Д. Окорокова и др.).

Таблица 5. Теплота гидратации клинкерных минералов, Дж/г

Из табл. 5 видно, что трехкальциевый алюминат и алит отличаются быстрым и высоким тепловыделением, наоборот, белит малотермичен и выделяет тепло очень медленно. Следовательно, снизить экзотермию портландцемента можно, уменьшая содержание СзА и C3S и соответственно повышая количество C2S и C4AF.

Увеличение тонкости помола портландцемента усиливает тепловыделение, особенно в начале твердения (в первые 1 — 7 сут). Поэтому для бетонирования массивных конструкций применяют портландцемент с ограниченным содержанием алита (40 — 50%) и трехкальциевого алюмината (до 7%) и умеренной тонкостью помола (средняя удельная поверхность 2500 — 3000 см²/г).

Интенсивность роста прочности и тепловыделения портландцемента зависят от одних и тех же факторов — все мероприятия, ускоряющие гидратацию цемента, вызывают увеличение тепловыделения и возрастание прочности. Это позволяет использовать для приближенной оценки тепловыделения эмпирические формулы, связывающие тепловыделение и прочностную характеристику цемента, например, в следующем виде:

где Q7-тепловыделение цемента за первые 7 сут,Дж/г; ℜ-коэффициент; R7-7-суточная активность цемента .

Влияние влажности и температуры среды.

Твердение цементного камня и повышение его прочности могут продолжаться только при наличии в нем воды, так как твердение есть в первую очередь процесс гидратации. Большое влияние на рост прочности цементного камня оказывают влажность и температура среды.Скорость химических ре-
акций между клинкерными минералами и водой увеличивается с повышением температуры, а также значительно возрастает скорость уплотнения продуктов гидратации цемента.

Твердение цементного камня на практике может происходить в широком диапазоне температур: нормальное твердение — при температуре 15…20°С, пропаривание — 80…90°С, автоклавная обработка — до 170…200°С, давление пара — до 0,8…1,2 МПа и твердение — при отрицательной температуре. Наиболее быстрый рост прочности цементного камня происходит при пропаривании под давлением в автоклавах, при этом бетон через 4…6 ч приобретает марочную прочность.

В условиях пропаривания при нормальном давлении твердение бетона происходит примерно в 2 раза медленнее, чем в автоклавах. Бетоны, подвергнутые тепловлажностной обработке при температуре до 100°С, в большинстве случаев приобретают только 70% проектной прочности и лишь иногда достигают 100%. Дальнейший рост их прочности, как правило, не наблюдается.

Твердение портландцементного камня при отрицательных температурах не происходит, так как вода превращается в лед. Однако за счет добавки СаСl2, NaCl или их смеси бетон все же набирает прочность. Добавление к цементу электролитов СаСl2, NaCl в количестве 5% и более от массы цемента повышает концентрацию растворенных веществ в воде и понижает температуру ее замерзания.

Кроме того, хлористые соли являются ускорителями твердения цемента. Однако применение этих солей в количестве более 2% в железобетонных конструкциях не рекомендуетсяиз-завозможной коррозии арматуры. В последнее время в качестве противоморозной добавки используют нитрит натрия NaNO2.

Продолжительность хранения

Длительное хранение цемента даже в самых благоприятных условиях влечет за собой некоторую потерю его активности. После 3 мес хранения потеря активности цемента может достигать 20%, а через год — 40%. Цементы более тонкого помола теряют больший процент активности, так как влага воздуха, соприкасаясь с цементом, вызывает преждевременную гидратацию цемента.

Восстанавливать активность лежалого цемента можно вторичным помолом. Наиболее эффективен вибродомол цемента, в процессе которого повышается тонкость помола цемента, а также происходит обдирка гидратных и инертных оболочек с цементных зерен. Наиболее целесообразным методом предотвращения потери активности цемента является гидрофобизация.

Правила приемки цементов установлены ГОСТ 22236 — 76. Цемент отгружают и принимают партиями. Размер партии устанавливают в пределах от 300 до 4000 т в зависимости от годовой мощности цементного завода. Завод производит паспортизацию цемента и назначает его марку на основании данных текущего контроля производства.

В паспорте указывается: полное название цемента, его гарантированная марка, вид и количество добавки, нормальная густота цементного теста, средняя активность цемента при пропаривании. Для проверки качества отгружаемой продукции поставщик производит физические и механические испытания цемента, определяя его прочность в возрасте 3 и 28 сут.

По требованию потребителя поставщик сообщает потребителю результаты физико-механических и химических испытаний цемента в 10-дневный срок после их окончания.Цемент отгружают навалом или в бумажных пятислойных или шестислойных клапанных мешках; массу мешка указывают на упаковке.При транспортировании и хранении цемент должен защищаться от воздействия влаги и загрязнения. Цементы хранят раздельно по видам и маркам, смешивание разных цементов не допускается.

– по удельной поверхности оптимальная величина составляет 350-380 м2/кг;
– по остатку на сите 009 – не выше 5%.

2. Сроки схватывания цемента для стройиндустрии и монолитного строительства должны соответствовать:

– начало схватывания – в пределах 2,5-З ч.;
– конец схватывания – 3,5-4,5 ч.

Вышеуказанное обеспечит получение заданной прочности в требуемые сроки.

ОАО «Новоросцемент» производство «Цементный завод «Пролетарий» М500Д0:

Широко применяется М400Д5У с удельной поверхностью 370-380 м2/кг; содержанием щелочей – 0,7%.

Ко многим цементам у потребителей есть замечания:

Вышеизложенное затрудняет его применение.

В Москве практически не имеет применения на сегодняшний день.

По опыту работы ОАО «ДСК-2» компании ПИК, цемент имеет большое водоотделение и замедление сроков твердения.

9) ЗАО «Белгородцемент»

1 ЭТАП. Сравнительные испытания пробы цемента с любого цементного завода с цементом ОАО «Вольскцемент».

2 ЭТАП. Изготовление цемента для дальнейших испытаний в соответствии с рекомендациями ГУП «НИИ Мосстрой».

4 ЭТАП. Испытание обоих цементов в бетоне для стройиндустрии и для монолитного строительства.

6 ЭТАП. Заключение с выводами и рекомендациями.

Удельная поверхность цемента на что влияет

ГУП НИИМОССТРОЙ ПРЕДЛАГАЕТ:

Комплекс услуг

Научно-техническое сопровождение и мониторинг:

Комментарии

Плотность цемента – как определяется и на что влияет?

Определение понятий

Методика расчета плотности цемента в домашних условиях

Факторы плотности

Что означает понятие железнение бетона

Марка портландцемента

ГУП НИИМОССТРОЙ ПРЕДЛАГАЕТ:

Комплекс услуг

Научно-техническое сопровождение и мониторинг:

Комментарии