Характеристики и свойства цементов: Состав цемента: характеристики и свойства цемента

Состав цемента: характеристики и свойства цемента

Цемент – распространенный строительный материал, используемый чаще всего в качестве вяжущего в строительных смесях и растворах. Представляет собой мелкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым или другим оттенком. После взаимодействия с водой цемент и продукты на его основе образуют пластичную массу, которая при твердении трансформируется в искусственный камень.

Сырье для изготовления цемента

Сырьем для производства цемента являются горные породы, добываемые открытым способом:

• Карбонатные – мел, известняки, известняки-ракушечники, доломит, мергель, туф. В промышленном производстве используются в основном известняки. Точное количество компонента зависит от его свойств и минерального состава. Чем больше в составе породы веществ с кристаллической структурой, тем выше температура плавления.
• Глинистые – глина, глинистые сланцы, лесс, суглинки, монтмориллонит. Этот компонент осадочного происхождения разбухает при контакте с водой. Цель применения глинистых веществ – повышение пластичности смесей и растворов на базе цементного вяжущего.
• Добавки. Их перечень определяется в зависимости от свойств, которые необходимо получить. Обычно добавки содержать глинозем, железо, кремний. Для их изготовления используют различные производственные отходы – доменную пыль и другие.

Единой формулы химического состава цемента не существует, так как производители предлагают большое количество разновидностей этого строительного материала с различными эксплуатационными характеристиками.

Наиболее распространен в строительстве портландцемент – без минеральных добавок и с минеральными добавками.

 

Существуют определенные ограничения по минимально допустимым ических соединений, из которых состоит портландцемент:

• CaO – 62%;
• SiO₂ – 20%;
• Al₂O₃ – 4%;
• Fe₂O₃ – 2%;
• MgO – 1%.

Химические составы в процентах некоторых типов цементов

Химический состав, %					Характеристика
CaO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Другие оксиды
Портландцемент
63…66	21…24	4…8	2…4	3…5	Нормально твердеющий
Глиноземистый цемент
35…43	5…10	39…47	2…15	1,5…2,5	Быстро твердеющий

Что такое цементный клинкер?

Основной компонент производства цемента – клинкер. Это промежуточный полуфабрикат, получаемый обжигом смеси известняка (мела, мергеля или других пород) в количестве 75% и 25% глины. Сырьевые компоненты плавятся с образованием гранул. Клинкер перемалывают и соединяют с молотыми добавками.

Весь процесс изготовления цементного вяжущего можно условно разделить на 3 этапа:

• изготовление клинкера обжигом – основной процесс, наиболее затратный и трудоемкий;
• помол клинкера до образования тонкодисперсного порошка;
• смешивание клинкерного порошка с порошкообразными добавками.

Изготовление клинкера делится на следующие этапы:

• доставка сырья для клинкера на цементный завод;
• измельчение сырьевых компонентов;
• смешивание компонентов в пропорциях, указанных в техдокументации, для последующего обжига.

Технологии производства цемента

Существует несколько технологий производства цемента.

Конкретный вид производства определяется тем, из чего делают цемент:

• Мокрый. Клинкер изготавливается из мела, глины и воды. К измельченным компонентам добавляют воду. Влажную смесь (шлам) отправляют на обжиг. Полученный после обжига продукт транспортируют в холодильник. После охлаждения его измельчают, смешивают с добавками для получения необходимых свойств вяжущего. Эта технология требует финансовых затрат, поэтому производители в основном применяют другие. Но при необходимости получения цемента с прекрасными эксплуатационными свойствами применяют именно этот способ, позволяющий тонко корректировать состав сырья. Корректировка состава осуществляется в специальных бассейнах при температуре 1000°C.
• Сухой. Все компоненты – известняк, глина, добавки дробятся в сухом виде. Готовые порошки смешиваются в закрытых боксах с помощью подачи воздуха. Эта методика часто используется производителями, благодаря простоте реализации и относительно невысоким затратам. При производстве нет водяных испарений. Такой способ требует небольших затрат энергоносителей. Он оптимален для однородных сырьевых компонентов.
• Комбинированный. Эта технология сочетает элементы сухого и мокрого способов. Одна из этих технологий является основной, а вторая дополнительной. Если основной является мокрая методика, то сначала изготавливают сырьевой шлам, корректируют его состав, затем его обезвоживают и обжигают в печи, предназначенной для сухой технологии.

Цемент, независимо от того, из чего он состоит и каким способом приготовлен, складируется в специальных башнях – силосах, в которых, благодаря проветриванию, материал не слеживается, сохраняя рабочие характеристики.

К потребителю цемент поступает навалом или расфасованным в бумажные мешки.

Производство бесклинкерного цемента

Сырьем для бесклинкерного цемента являются доменный или гидравлические шлаки, активаторы и другие дополнительные компоненты. Смесь из подготовленных и взятых в нужных пропорциях компонентов, дробят и перемалывают до мелкодисперсного со стояния. Для бесклинкерного цемента характерны:

• устойчивость к различным воздействиям окружающей среды;
• экономичность производства, благодаря невысоким энергозатратам;
• утилизация отходов металлургических и других производств, что положительно влияет на состояние окружающей среды;
• различные цвета и свойства конечного продукта, которые можно получать без изменения основных этапов технологического процесса и привлечения дополнительного оборудования.

Основное оборудование для изготовления цемента

При производстве вяжущего используются следующие основные виды оборудования:

• техника для добычи сырья и его транспортировки к месту изготовления;
• линия дробления сырья;
• печи для высокотемпературной обработки;
• линия дробления полученного клинкера, дозирования и смешивания молотого клинкера с добавками;
• оборудование для фасовки готового продукта в бумажные мешки.

Типы цемента и сферы их использования

Выпускается множество разновидностей вяжущего с разными эксплуатационными и декоративными характеристиками. Основные виды:

• Портландцемент. Этот тонкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым оттенком является наиболее распространенным строительным материалом, широко используемым в индивидуальном, масштабном жилищном и промышленном строительстве. Отдельно не применяется. Выступает компонентом строительных смесей и растворов.
  В сочетании с песком и щебнем используется при производстве бетонных смесей. Из цемента и песка изготавливают сухие строительные смеси, поступающие в продажу фасованными в мешки, или пластичные цементно-песчаные растворы, доставляемые на строительную площадку в виде, готовом к применению. Пластифицирующие добавки регулируют время схватывания раствора и другие характеристики конечного продукта. 
• Сульфатостойкий. Устойчив к химически активным средам. Применяется для бетонирования подземных и подводных конструкций.
• Глиноземный. В состав добавляют гипс и глиноземистый шлак, благодаря котором вяжущее быстро схватывается и приобретает марочную прочность. Глиноземный цемент используется при строительстве конструкций, работающих в условиях высокой влажности.
• Кислотоупорный. При его производстве используются кварцевый песок и кремнефтористый натрий. В качестве жидкости для затворения используется не вода, а жидкое стекло.
• Шлакопортландцемент. В состав этого вяжущего добавляют гранулы шлака (примерно 25%). Материал применяется в крупномасштабном строительстве.

Цемент: характеристики, виды и свойства | Статьи | Знания

Цементом называют порошкообразное вяжущее вещество, обладающее гидравлическими свойствами. Производится на основе клинкера, в который в качестве присадок добавляются минеральные добавки, содержащие сульфат кальция. Применяется в основном для приготовления строительных растворов и различных бетонов, которые имеют широкую сферу применения. Принципиальное отличие цементного раствора от других минеральных вяжущих – возможность набирания прочности даже во влажной среде, в то время как другим растворам (например, гипсовому), нужен сухой воздух.

Характеристики и свойства цементов

Для различных видов цемента присущи свои, уникальные характеристики, общими из которых считаются следующие свойства:

• Стойкость цементного камня к коррозии – способность отвердевшего бетона противостоять агрессивному воздействию химических и щелочных сред. Для улучшения коррозиестойкости, при производстве в состав вводятся полимерные компоненты, снижающие пористость бетона.
• Водопотребность: потребность сухого материала в определённом количестве воды для набирания необходимой подвижности готового раствора, обусловленной техническими условиями применения. При излишках воды в растворе, его поверхность получается недостаточно прочной, склонной к разрушению.
• Тонкость помола – основная характеристика дисперсности цемента. Определяется количеством сухого остатка на сите после контрольного просеивания. Тонкость помола влияет на прочностные характеристики цементного камня и себестоимость производства.
• Морозостойкость: устойчивость к отрицательным температурам, а также многоразовому замораживанию и оттаиванию. Качество цемента зависит от количества циклов, которое может выдержать отвердевший раствор без видимых разрушений. Для увеличения долговечности бетона используются различные минеральные присадки, увеличивающие его морозостойкость.
• Прочность и предел прочности раствора определяется усилиями (измеряются в МПа), которые необходимо приложить для разрушения опытного образца. В зависимости от этого показателя цемент подразделяется на марки от М300 до М600. Для специальных объектов применяется продукция марки 700 или 1000.
• Время схватывания определяется началом и окончанием отвердевания раствора. Этот показатель зависит от вида цемента, минеральных компонентов и модификаторов, входящих в состав, а также температурных и влажностных условий.

Выбор цемента: на какие характеристики обратить особое внимание

Все строительно-технические свойства цементов важны при проведении любых работ. Поэтому с уверенностью обозначить наиболее важные характеристики невозможно. Выбор производится по совокупности свойств и характеристик, наиболее полно подходящих для выполнения конкретных строительных или других задач. Именно поэтому существует довольно большое количество различных цементов, как общего, так и специального назначения.

Виды цементов

Классификация цементов на виды осуществляется в зависимости от вида клинкера и дополнительных компонентов, использующихся при изготовлении. Состав также влияет и на основную сферу применения.

Портландцемент

ПЦ – самый распространённый вид строительного материала, имеющий несколько разновидностей. Изготавливается из портландцементного клинкера, основой которого является двух и трёхкальциевый силикат, а также оксиды кремния и кальция.

ПЦ применяется в строительстве для изготовления отделочных и кладочных растворов, приготовления пенобетона, производства ж/б сборных и монолитных конструкций общего назначения.

Быстротвердеющий портландцемент

Одной из разновидностей ПЦ считается быстротвердеющий (БПЦ) материал, в состав которого кроме портландцементного клинкера входят минеральные компоненты, обеспечивающие интенсивный набор прочности на начальном этапе отвердения.

БПЦ применяется при производстве ж/б конструкций без пропаривающих камер, а также при скоростном (безостановочном) темпе строительства для приготовления кладочного раствора.

С гидрофобирующими добавками

Разновидность ПЦ с высокими водонепроницаемыми свойствами, которые достигаются путём введения в состав таких гидрофобных компонентов, как олеиновая кислота, асидол, мылонафт и так далее. Благодаря этим добавкам на поверхности цементного камня образуется гидрофобная плёнка, которая уменьшает гигроскопичность а, следовательно, влагопоглощающие свойства бетона.

Такие присадки используются при изготовлении раствора для фундаментов, ж/б конструкций, эксплуатируемых во влажных и мокрых условиях, в воде или когда есть угроза подтопления.

Цемент с ПАД

Поверхностно-активные добавки вводятся в состав в процессе помола. При перемешивании, ПАД образуют на зёрнах цемента тончайшую плёнку, предотвращающую сцепление частиц между собой. Это придаёт готовому раствору хорошую подвижность и пластичность, делает его удобоукладываемым.

Такой раствор применяется при создании сложных архитектурных конструкций, рельефных композиций, отлива декоративных элементов.

Тампонажный

Белитокремнезёмистый и низкогигроскопичный цементы изготавливаются с применением различных присадок, увеличивающих текучесть жидкого раствора, скорость схватывания и его прочность после окончательного застывания.

Применяются для защиты от грунтовых вод нефте- и газодобычных скважин методом их тампонирования.

Белый

Повышенное содержание таких силикатных и глинозёмистых компонентов, как глина, белый диатомит, каолин, известняк без окислов железа и марганца придают цементу белого оттенка. В процессе производства разогретый клинкер подвергают резкому охлаждению водой, что позволяет повысить белизну продукции.

Белый цемент используется при производстве искусственного камня, различных декоративных сухих смесей, изготовлении скульптур и других декоративных изделий, а также для устройства наливного пола.

Цветной

Если в белый цемент добавить сухой цветовой пигмент, получается цветной материал. Этот способ позволяет добиться практически любого оттенка и насыщенности раствора. Ещё один способ получения цветного портландцемента – технологический обжиг сырья. При определённой температуре клинкер меняет цвет на зелёный, жёлтый и чёрный. Особенность цветного продукта – большая усадка, выпадение солей и медленное затвердевание. Поэтому в раствор обычно добавляются пластификаторы и наполнители.

Применение цветных составов – оформление скульптур, декоративная штукатурка, производство цветной плитки и другие сферы.

Пуццолановый

Этот вид продукции включает в свой состав до 30% минеральных добавок и активные компоненты, которые вступают в химическую реакцию с цементом. Такие добавки делают готовый бетон стойким к сульфатам и пресной воде, а при изготовлении изделий автоклавным методом – очень прочным.

Изделия их пуццоланового цемента чаще всего используются при строительстве подземных или подводных коммуникаций и сооружений, так как они обладают слабой морозостойкостью.

Шлаковый

Гидравлические вяжущие, входящие в этот вид материала, изготавливаются из помолотых шлаков доменных печей и некоторых активизаторов. Железобетонные конструкции, изготовленные из шлакового цемента, отличаются высокой прочностью, а раствор применяется для кладки фундаментов и других конструкций с несущими функциями.

В зависимости от применяемых активизаторов, выделяют два основных вида продукции на основе доменного шлака:

1. ШПЦ: продукт с добавлением портландцемента и гипсового наполнителя. Шлакопортландцемент отличается медленно нарастающей прочностью, низкой экзотермией и устойчивостью к агрессивным средам. Применяется при строительстве портов и других гидротехнических сооружений.
2. ИШЦ: материал с добавлением извести, может включать небольшое содержание гипса и портландцемента, что улучшает его прочностные характеристики. Известково-шлаковый материал применяется для изготовления низкомарочного бетона, устойчивого к воздействию пресной воды.

Глинозёмистый

Изготовляется из известняка и других видов сырья, богатых глинозёмом. Помолотое сырьё подвергается термической обработке, поэтому цемент имеет тёмно-коричневый и даже чёрный оттенок. При приготовлении раствора требуется на 10% больше воды, чем для обычного портландцемента. При застывании выделяет тепло.

Глинозёмистый материал используется при проведении зимних строительных работ, аварийного строительства, ремонта мостов, подземных и других коммуникаций. Благодаря высокой огнестойкости, применяется в качестве кладочного раствора при возведении печей, каминов, дымоотводных и вентиляционных каналов.

Расширяющийся

Этот вид цемента обладает уникальной способностью расширяться в процессе твердения. Приращение объёма происходит благодаря химической реакции между вяжущим веществом и специальной добавки. В качестве вяжущего применяется глинозёмистый цемент, гипс, портландцемент и алюминат кальция. Раствор отличается быстрой схватываемостью (в зависимости от вяжущего, от 10 до 30 минут), отличной водонепроницаемостью и прочностью.

Расширяющиеся цементы применяются для изготовления ж/б труб и других изделий, эксплуатация которых предусматривает постоянный контакт с влагой, а также при ремонте различных гидротехнических сооружений и для создания водонепроницаемых швов в строительных конструкциях.

Особенности маркировки

Чаще всего цемент фасуется в мешки по 25 и 50 кг из крафт-бумаги, на которые наносится соответствующая маркировка.

1. Прежде всего, указывается нормативный документ, согласно которому произведён данный вид цемента.

2. Класс цемента по прочности на сжатие: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5, означающий максимальное давление в МПа, которое может выдержать опытный образец.

3. Состав входящих компонентов обозначается римскими цифрами:

• I – портландцемент;
• II – портландцемент с минеральными добавками;
• III – шлакопортландцемент;
• IV – пуццолановый;
• V – композиционный цемент.

4. Маркировка цемента по видам производится следующими буквенными обозначениями:

• ПЦ – портландцемент;
• БЦ – белый;
• ВРЦ – водонепроницаемый расширяемый;
• СС – сульфатостойкий;
• ПЛ – пластифицированный;
• ШПЦ – шлакопортландцемент;
• ГФ – гидрофобный.

5. В зависимости от скорости набирания цементом прочности, наносится следующая маркировка:

• ЦЕМ I – цемент с максимальной скоростью набора прочности. 50% от проектной прочности набирается меньше чем за 48 часов. Может содержать не более 5% добавок.
• ЦЕМ II – содержит от 6 до 35% добавок, влияющих на скорость затвердевания раствора. Чем больше добавок, тем медленнее происходит схватывания.
• ЦЕМ III – шлакопортландцемент с нормальной скоростью схватывания. Содержит добавок от 36 до 65%.
• ЦЕМ IV – цемент пуццолановый. Имеет среднюю скорость твердения. Содержит различных добавок от 21 до 35% от общей массы.
• ЦЕМ V – цемент на основе композиционного сырья со средней скоростью твердения. Содержит небольшое количество дополнительных компонентов (11–30%).

Способы производства цемента

Технология получения цемента включает в себя два этапа:

1. Получение клинкера. Минеральное сырьё, добытое различными методами, проходит дробилку, где разбивается на куски около 10 см в диаметре. После этого все компоненты, необходимые для производства смешиваются и обжигаются до получения однородной спёкшейся массы: клинкерных шариков.
2. Перемалывание клинкера в порошок. В клинкерный порошок вводятся дополнительные компоненты, входящие в состав данного вида цемента, после чего производится их перемешивание и дополнительный помол.

В зависимости от физическо-технических характеристик исходного сырья, производство цемента осуществляется по одной из трёх технологий:

1. Мокрый метод используется при изготовлении цемента из глины, мела и железосодержащих наполнителей. В результате помола сырья в воде, образуется шихта, которая подаётся в барабанные печи. В начальной стадии лишняя влага из шихты испаряется, после чего производится высокотемпературный обжиг. На выходе из печи получают клинкерные шарики, которые затем перемалываются в порошок.
2. Сухая технология отличается тем, что сырьё перемалывается и подаётся в печь в сухом состоянии.
3. Комбинированный способ производства может осуществляться двумя методами:
   1. сырьё готовится в воде, а полученная шихта фильтруется от воды, после чего подаётся в печь на обжиг;
   2. сухое сырьё измельчается, после чего увлажняется до образования влажной шихты, которая и отправляется на обжиг.

В связи с высокими энергозатратами при использовании мокрого метода, большинство производителей применяют сухую технологию производства цементного порошка.

Технические стандарты

Технические условия, свойства, характеристики, сферы применения, классификация и другие аспекты регламентируются следующими документами:

Основные производители

Цемент является востребованным строительным материалом, поэтому его производство налажено практически во всех крупных промышленных регионах России. Рассмотрим наиболее крупные предприятия.

«Евроцемент груп» – крупнейший в России холдинг, специализирующийся на производстве строительных материалов. Холдинг насчитывает 16 заводов по производству цемента, расположенных в различных регионах России, а также в странах ближнего зарубежья.

ОАО «Новоросцемент» – крупный отечественный производитель цемента, в 2017 году отмечающий 135 лет со дня образования. Мощности завода позволяют выпускать около 5,7 миллиона тонн цемента, отвечающего международным стандартам качества.

ОАО «ХК „Сибирский цемент“» – цементная компания, входящая в пятёрку крупнейших производителей России. Несмотря на молодость компании (основана в 2004 году), мощности позволяют производить до 5,3 млн тонн цемента.

«Себряковцемент» – компания начала свою историю с ввода в эксплуатацию цементного завода в г. Михайловке в 1953 году, проектная мощность которого составляла 600 тысяч тонн продукции. В наши дни завод полностью модернизирован и рассчитан на выпуск 4,06 млн. т./год, что составляет около 5% всего производства цемента в России.

Как выбрать марку цемента для разных потребностей

Цемент — основа любого капитального строительства. Этот востребованный материал используется на всех этапах возведения зданий и сооружений — от закладки фундамента до бетонирования отмосток и дорожек.

Существует несколько разновидностей цемента, однако наибольшей популярностью пользуется портландцемент, который представляет собой порошкообразное вяжущее вещество на основе перемолотого портландцементного клинкера и гипсового камня. При взаимодействии с водой портландцемент принимает консистенцию пластичного теста, которое спустя определенное время затвердевает, образуя твердый искусственный камень.

Что означает марка цемента?

Основной характеристикой любого цемента является его марка — условное обозначение, которое выражается в числах и обозначает прочность готового бетонного изделия после выдержки в течение 28 суток (время, за которое цемент набирает 95-98% своей максимальной прочности). Марку цементу присваивают в соответствии со стандартом ГОСТ 31108-2003, по результатам испытаний образцов на сжатие и изгиб. Марки портландцемента выражают в числах от 100 до 900 (М100, М200, М300 и т.д.). Цифра  свидетельствует о прочности данного материала на сжатие. Так, у цемента марки М 400 она составляет не менее 400 кг на квадратный сантиметр.

Сегодня на рынке наиболее востребованы марки М400 и М500 — они по цене и качеству оптимально подходят для выполнения всех видов общестроительных работ. Высокомарочные цементы и специальные строительные смеси предназначены для гидротехнического, военного, тоннельного и аэродромного строительства.

В маркировке цемента также отражается наличие/отсутствие в составе сухой смеси специальных добавок-модификаторов, которые улучшают характеристики бетона (улучшают антикоррозионные характеристики, повышают морозостойкость и влагостойкость раствора, увеличивают скорость затвердевания и т.д.). О присутствии добавок и их количестве говорит индекс «Д». Его числовое значение указывается в диапазоне от 0 до 20 (Д0 — 0% добавок, Д5 — 5% добавок, Д15 — 15% и т.д.).  Далее в маркировке следует литера «Н» или «Б» (Н – нормальнотвердеющий, Б – быстротвердеющий).

Вот пример расшифровки портландцемента по Государственному Стандарту 10178-85:

ПЦ М400 Д20 Б — портландцемент быстротвердеющий с добавками, количество которых не превышает 20%. Цифра 400 говорит о том, что прочность готового изделия на сжатие составляет не менее 400 кг на квадратный сантиметр.

Расшифровываем современную маркировку цемента

Если портландцемент сертифицирован по действующему сегодня стандарту ГОСТ 31108-2003, маркировки типа «М400» или «М500» на упаковке может и не быть.

Новая маркировка имеет следующий вид: ЦЕМ I 42,5Б, ЦЕМ II 32,5Б и т.п.

В соответствии с новыми правилами, в ней указывается одно из двух обозначений:

• ЦЕМ I — портландцемент, не имеющий в своем составе добавок;
• ЦЕМ II — модифицированный портландцемент (с добавками)

Если по стандарту 1985 года прочность портландцемента обозначали в килограммах на квадратный сантиметр, то по новым правилам этот ключевой параметр указывается в мегапаскалях (МПа). К примеру, марке М500 соответствует обозначение — 42,5. Далее в маркировке следует индекс: Н – нормальнотвердеющий или Б – быстротвердеющий.

Пример расшифровки портландцемента по современному стандарту обозначений:

ЦЕМ II 42,5Б — быстротвердеющий портландцемент с добавками, прочность соответствует марке М500.

ЦЕМ I 22,5 — портландцемент без добавок, прочность соответствует марке М300.

Какую марку цемента выбрать?

Если цемент нужен для приготовления бетона, который пойдет на заливку ответственных элементов строительства (фундамента, перемычек, плит перекрытия и т.п.), рекомендуется использовать марку М500 (ЦЕМ II 42,5).

Для кладочного раствора при возведении стен из кирпича и блоков вполне достаточно цемента М400 (ЦЕМ I 32,5). Вообще данная марка считается оптимальной для выполнения широкого спектра общестроительных работ в соотношении «цена-результат». Она соответствует всем требованиям частного строительства.

При выборе из марок М400 и М500 многие специалисты рекомендуют покупать портландцемент более высокой марки — стоимость материала будет отличаться незначительно, однако расход цемента будет существенно ниже. К примеру, при выборе М500 (ЦЕМ II 42,5) для приготовления бетона и кладочного раствора потребуется приблизительно на 15% меньше связующего материала, чем при выборе цемента более низкой марки М400. Для приготовления одного кубометра бетона распространенной марки М200 достаточно приобрести 400 кг (8 стандартных мешков) цемента М500 или же 10 мешков М400.

Как проверить качество цемента?

К сожалению, далеко не вся представленная на рынке продукция соответствует стандартам ГОСТ. Чтобы приобрести качественный цемент заявленной марки, а не сомнительный продукт с примесью золы и гранитной пыли, следует внимательно изучить сопроводительную документацию и проверить наличие на упаковке информации о заводе-изготовителе, убедиться в подлинности упаковки.

Каждая партия портландцемента сопровождается документом о качестве, в котором содержится следующая информация:

• наименование производителя, адрес производства;
• маркировка (условное обозначение цемента), содержащая информацию о прочности цемента и наличии добавок;
• номер партии и дата отгрузки;
• обозначение стандарта ГОСТ 31108-2003

Дата изготовления (расфасовки) цемента имеет такое же приоритетное значение, как и его марка. Следует помнить, что со временем цемент теряет заявленную прочность — чем дольше мешок цемента находится на складе или в магазине, тем хуже качество товара.

При выборе цемента следует обратить внимание на физические свойства сухой смеси. Цемент должен иметь форму тонкодисперсного порошка от светло-серого до темно-серого цвета. Присутствие зеленоватых оттенков говорит о достаточном содержании железа, что является хорошим признаком.

Можно проверить качество цемента, проведя небольшой анализ. Для этого понадобится минеральная вода (типа Ессентуки-17), резиновые перчатки, емкость и ложка для замешивания.
В емкость насыпают приблизительно половину стакана цемента и смешивают с небольшим количеством минералки до состояния густого теста. Из получившейся массы формируют овальную лепешку, утолщенную к центру и тонкую по краям. Качественная смесь начинает ложное схватывание практически моментально, заметно нагревается в толстой части.

Виды цемента и его применение

Цемент — что это такое, из чего состоит, для чего применяется и как его использовать.

Цемент — это порошкообразный строительный вяжущий материал, который состоит из клинкера и, при необходимости, гипса или его производных и добавок. При взаимодействии с водой или другими жидкостями цемент образует пластичную массу (цементное тесто), которая, затвердевая, превращается в прочный и долговечный цементный камень.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Цемент м500

О многом говорит название цемента. Но еще больше информации скрывается в его маркировке.

«М» — буква, означающая максимальную степень нагрузки, что будет способен выдержать цемент после высыхания.
Например, м400 показывает, что его максимальная нагрузка составляет 400 кг/м3. Широко используются цемент м400, м500.
Для строительных работ применяются м400 и цемент м500.
«Д» — буква, обозначающая процент содержащихся в цементе добавок. Их количество и состав определяют прочностные характеристики и его дополнительные свойства.
Маркировка м400 Д20 сообщает о том, выдерживающий нагрузку до 400кг/м3 цемент содержит 20% примесей. Используется такой бетон и в строительстве и для изготовления железобетона. Он обладает отличными морозостойкими и водостойкими показателями. Тонкость помола цемента определяется величиной остатка на сите, оснащенного сеткой установленного стандартами и техническими требованиями номера. Чем тоньше помол, тем выше скорость его схватывания и твердения, а так же прочность. Особенно это касается начального этапа твердения.

Цемент ПЦ500 Д0
Цемент марки ПЦ500 Д0 применяется при производстве ответственных бетонных и железобетонных конструкций в промышленном строительстве, где предъявляются высокие требования к водостойкости, морозостойкости, долговечности. Цемент этой марки эффективен при проведении аварийных ремонтных и восстановительных работ ввиду высокой начальной прочности бетона.

Цемент ПЦ500 Д20
Цемент марки ПЦ500 Д20 применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства сборного железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий и др., а так же успешно используется для изготовления бетонных и строительных растворов, штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ. Цемент этой марки обладает водостойкостью, морозостойкостью, пониженной сопротивляемостью коррозионным воздействиям по сравнению с обычным портландцементом.

Цемент ПЦ400 Д0
Цемент марки ПЦ400 Д0 используется для производства сборных бетонных и железобетонных конструкций с применением термовлажностной обработки, а также для бетонных, железобетонных подземных, надземных и подводных сооружений, подвергающихся действию пресных и минерализированных вод. Цемент этой марки успешно зарекомендовал себя для изготовления бетонных и строительных растворов.

Цемент ПЦ400 Д20
Цемент марки ПЦ400 Д20 применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства сборного железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий, стеновых панелей и др. Цемент этой марки обладает хорошей водостойкостью и морозостойкостью.

МАРКИРОВКИ ЦЕМЕНТОВ

Основная характеристика прочности цемента – его марка. Для всех видов цемента, кроме глиноземистых, быстротвердеющих и шлакопортландцемента, марка соответствует пределу прочности при изгибе образцов-балок размером 40×40×160 мм и сжатии их половинок из пластичного раствора состава 1:3 (по массе) в возрасте 28 сут, а быстротвердеющих портландцемента и шлакопортландцемента – через 3 и 28 сут. Марку для глиноземистого цемента устанавливают по результатам испытания через 3 сут.
Цемент, как и любой другой материал, применяемый в строительстве, различается по своим физико-техническим характеристикам в зависимости от того, в каких условиях предполагается его эксплуатация.
Цемент маркируется по двум характеристикам — это способность выдерживать определенную нагрузку и процентное соотношение к общему объему цемента различных добавок.
Первый параметр обозначается буквами «М» или «ПЦ» со стоящей рядом цифрой. Цифра будет указывать максимальные прочностные качества цемента.
Например маркировка «цемент М-500» указывает, что данный вид цемента способен выдержать нагрузку в 500 кг/см. Наиболее популярны цементы с маркировкой от 350 до 500, однако встречаются и цементы с отметкой 700.
Второй параметр цемента, отраженной в его маркировке, является процентное содержание добавок. Оно обозначается буквой «Д». Например, цемент с маркировкой «Д20» будет содержать 20% добавок. Эта характеристика важна потому, что процент добавок влияет на пластичность и прочность цемента. Если цемент обладает какими-либо дополнительными специфическими свойствами, то на это указывают специальные обозначения.
Как уже было сказано выше, самыми популярными марками цемента являются марки от 350 до 500. Рассмотрим основные характеристики и применение некоторых из них.
Марка цемента «М (ПЦ) 400 — Д20» указывает на то, что этот вид цемента обладает повышенной морозостойкостью и водостойкостью. Основная сфера применения такого цемента — строительство. Его используют при изготовлении сборного железобетона, стеновых перекрытий, фундамента и т. д.
Практически аналогичными свойствами и сферой применения обладает цемент марки «М 500 — Д20», помимо хорошей водостойкости и морозостойкости данный вид цемента обладает пониженной сопротивляемостью коррозийным воздействиям. Его применяют, как и цемент марки «ПЦ 400 — Д20» для строительства, а так же он подходит для штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ и изготовления различных строительных растворов.
Цемент марки «М 500 — Д0» введенный в состав бетона, придает последнему такие характеристики, как: повышенная морозостойкость, водостойкость, долговечность. Он незаменим в промышленном строительстве, особенно при выполнении аварийных и восстановительных работ.
При строительстве сооружений, так или иначе связанных с воздействием пресной или минерализованной водой, надо использовать цемент марки «ПЦ (М) 400 — Д0». Без него не обойтись при изготовлении бетонных конструкций с применением термовлажностной обработки. Так же этот цемент хорош для изготовления бетонных и строительных растворов. Ещё одной важной характеристикой цемента является его время твердения. Этот процесс проходит в два этапа: первый — схватывание (начало твердения) цемента. Он занимает 40 — 50 минут. Второй — конец твердения. Он наступает через 10 — 12 часов.

ВИДЫ ЦЕМЕНТОВ

•  Белый цемент;
•  Водонепроницаемый расширяющийся цемент;
•  Водонепроницаемый безусадочный цемент;
•  Быстротвердеющий портландцемент;
•  Пластифицированный портландцемент;
•  Гидрофобный цемент;
•  Глиноземистый цемент;
•  Магнезиальный цемент;
•  Портландцемент;
•  Евроцемент;
•  Сульфатостойкий цемент;
•  Пуццолановый портландцемент;
•  Тампонажный цемент;
•  Шлаковый цемент;
•  Цветной цемент;
•  Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент.

Белый цемент (БЦ) (ГОСТ 965-78) изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах). Для повышения белизны и устранения зеленоватых оттенков клинкер подвергается отбеливанию.
По вещественному составу подразделяют на белый портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками. Выпускают марок 400 и 500. Содержание минеральных добавок в белом портландцементе не допускается, а в портландцементе с минеральными добавками не должно быть более 20%, в том числе инертных — более 10% от массы портландцемента. 
Белый цемент является материалом с уникальными характеристиками, которые позволяют использовать его в изготовлении скульптурных элементов, колонн, а также при отделочных работах, например, фасада здания. Эстетические требования, предъявляемые к фасадам и другим парадным строительным элементам, делают применение белого цемента особенно эффективным.
Белый цемент применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой быстросхватывающее и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного помола и тщательного смешивания измельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало процесса – ранее 4 мин., окончание – не позднее 10 мин. с момента затворения.
Линейное расширение образцов из цементного теста, твердеющих в воде в течении 1 сут., должно быть в пределах 0,3-1%.

ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбных соединений создания гидроизоляционных покрытий, заделки стыков и трещин в железобетонных конструкциях и т.д.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) — быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тщательного смешивания глиноземистого цемента, полуводного гипса и гашеной извести. Начало схватывания не ранее 1мин., а конец не позднее 5мин. с момента затворенеия.
Цемент применяют для устройства гидроизолирующей торкретной оболочки бетонных и железобетонных сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности (туннели, фундаменты и т.д.).

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) (ГОСТ 10178-85) очень тонко измельчен, поэтому интенсивнее, чем обычный портландцемент, набирает прочность в начальный период твердения – через 1-3 сут. Этот цемент следует применять при ремонтных работах. 

Пластифицированный портландцемент (ГОСТ 10178-85) получают, вводя при помоле клинкера около 0,25 % концентрата сульфитно-спиртовой бражки. Это поверхностно-активное вещество пластифицирует растворные смеси и повышает их морозостойкость.
Пластифицированный портландцемент применяют наравне с обычным портландцементом. Выпускают марок 300, 400 и 500.

Гидрофобный цемент (ГФЦ) (ГОСТ 10178-85) получают в результате тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гипсом и гидрофобизующей добавкой (асидол, мылонафт, олеиновая кислота, окисленный петролатум, кубовые остатки синтетических жирных кислот и др.).
Данный цемент обладает меньшим водопоглощением, большей морозостойкостью и водонепроницаемостью, чем обычный портландцемент; способен длительное время храниться даже во влажной среде без потери активности. Повышенное воздухововлечение данного цемента снижает прочность тяжелых бетонов, однако, при производстве легких и ячеистых бетонов это свойство играет положительную роль.
Гидрофобный портландцемент не комкуется и практически не теряет прочности при длительных перевозках и хранении. Выпускают марок 300 и 400.
Бетонные смеси на гидрофобном цементе подвергаются меньшему расслаиванию, стойки к попеременному увлажнению и высыханию.

Глиноземистый цемент (ГЛЦ) (ГОСТ 969-77) – быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания или сплавления сырьевой смеси, богатой глиноземом. В качестве сырьевых материалов для получения глиноземистого цемента используют известняк или известь и породы с высоким содержанием глинозема Al2O3, например бокситы.
Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных алюминатов кальция, главным из которых является однокальциевый алюминат CaO и Al2O3 .

Химический состав глиноземистого цемента характеризуется следующим содержанием оксидов, %:

•  Оксид алюминия Al2O3 40
•  Оксид кальция СаО 40
•  Оксид кремния SiO2 10
•  Оксид железа F2O3 10

Смешивать глиноземистый цемент с другими видами цемент с и известью нельзя, так как он разрушается даже слабыми растворами щелочей.
Обязательное условие нормального твердения глиноземистого цемента и длительного сохранения его прочности – пониженная положительная температура (ниже 25 °С) раствора (бетона) в пери, од твердения и при эксплуатации. В противном случае раствор (бетон) может потерять до 50 % прочности. Поэтому глиноземистый цемент не применяют в условиях жаркого климата, а изделия из него нельзя пропаривать.
Прочность глиноземистого цементного камня нарастает с большой скоростью. Уже через сутки сопротивление сжатию и растяжению достигает более 50 % проектной прочности.
Применение глиноземистого цемента ограничено его высокой стоимостью. Его используют при срочных ремонтных и аварийных работах, производстве работ в зимних условиях, для бетонных и железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию сильно минерализованных вод, получения жаростойких бетонов, а также изготовления расширяющихся и безусадочных цементов. Глиноземистый цемент используют для получения некоторых кислотостойких растворов, а также расширяющихся и безусадочных цементов.

Магнезиальный цемент (МГЦ) используют для устройства магнезиальных полов, как магнезиальное вяжущее, представляющее собой тонкодисперсный порошок, активной частью которого является оксид магния. Оксид магния, в свою очередь, есть продукт умеренного обжига природных карбонатных пород магнезита или доломита.

Портландцемент (ГОСТ 10178-85) и его разновидности являются основными вяжущими веществами в строительстве. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера с гипсом, а также со специальными добавками.
Портландцементный клинкер — продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых материалов (мергеля, доменного шлака и прочие). При обжиге обеспечивается преимущественное содержание в клинкере высокоосновных силикатов кальция. Для регулирования сроков схватывания портландцемента в клинкер при помоле добавляют двуводный гипс в количестве 1,5-3,5% (по массе цемента в пересчете на SO3).
По составу различают: портландцемент без добавок; портландцемент с минеральными добавками; шлакопортландцемент и другие.

Химический состав клинкера портландцемента определяют по содержанию важнейших оксидов, которые должны находиться в следующих пределах, %:

•  Оксид кальция СаО 62-68
•  Оксид кремния SiO2 8-26
•  Оксид алюминия А12О3 4-9
•  Оксид железа Fe2O3 0,3-6

Этому условию отвечают природные мергели и искусственные смеси известняка с глиной в соотношении примерно 3:1 (по массе). Вместо известняка можно использовать мел. Примерный минералогический состав портландцементного клинкера следующий, %:

•  Трехкальциевый силикат (алит) 3CaOSiO2 40-65
•  Двухкальциевый силикат (белит) 2СаО SiO2 15-40
•  Трехкальциевый алюминат ЗСаОАlО3 15
•  Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаОА12О3Ре2О3 10-20

Трехкальциевый силикат химически очень активен в реакции с водой и обладает способностью быстро твердеть, развивая при этом высокую прочность. Двухкальциевый силикат значительно менее активен. Твердеет он очень медленно. Продукт твердения обладает невысокой прочностью. Трехкальциевый алюминат – наиболее активный минерал. Очень быстро твердеет, но продукт твердения имеет низкую прочность. Четырехкальциевый алюмоферрит по активности в реакции с водой, скорости твердения и прочности занимает промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами.
Взаимодействие цементного порошка с водой сопровождается выделением теплоты. Величина тепловыделения определяется в первую очередь минералогическим составом цемента и скоростью гидратации; меньшее влияни

Расширяющийся цемент — характеристики и виды

В настоящее время разработано и применяется множество различных типов цемента, предназначенных для разных условий. Расширяющийся цемент — одна из разновидностей материала, который быстро завоевывает свое место в строительной индустрии.

Расширяющийся цемент — масса, которая начинает увеличивается в размерах при отвердении раствора.

Расширяющийся цемент не очень давно пришел на строительный рынок, но уже стал незаменимым в ряде специфических строительств. Его гидроизоляционные параметры позволяют использовать состав в сложнейших конструкциях.

Блок: 1/8 | Кол-во символов: 547
Источник: https://tolkobeton.ru/cement/rasshiryayushhijsya-cement.html

Что представляет из себя этот строительный материал

Расширяющимся цементом называют минеральное порошкообразное вяжущее вещество, способное увеличиваться в объеме в процессе высыхания раствора. Расширяясь, цементная смесь заполняет собой все пустоты, швы и щели строительной конструкции, формирует ее предварительное напряжение.

Подобные свойства достигаются за счет включения в состав расширяющих компонентов, содержание которых колеблется от 5% до 20%. При контакте с водой разрушаются химические связи, что вызывает увеличение объема исходного состава, образование кристаллических решеток.

В качестве расширяющих добавок используются:

• алюминия сульфат;
• сульфат хлористого кальция;
• гидроксид магния;
• гидросульфоалюминат кальция;
• сульфитный щелок;
• алюминиевая пудра;
• квасцовый камень.

Свойства расширения в ряде случаев достигаются еще по одной технологии — гашения. Во время этого процесса внутри смеси образуется большое количество мелких пузырьков, повышающих ее объем.

В отличие от ячеистых бетонов, способных терять прочность в процессе пенообразования, растворы с расширяющимся цементом сохраняют прочностные характеристики.

Эффект расширения наблюдается только в условиях повышенной влажности, в то время как при сухой погоде усадка не наблюдается. Самонапряжение железобетонной конструкции происходит независимо от расположения и направления стержней арматуры. В результате получается двухосное объемное самонапряжение, что способствует повышению прочности и стабильности сооружения.

Преимущества состава:

• высокая адгезия — обеспечивает плотное прилегание смеси к поверхностям конструкции;
• гидроизоляционные свойства — подходит для заделки трещин, микропор и швов, через которые может просачиваться вода;
• устойчивость к смене температур — сохраняет технические характеристики и эластичность даже при низких показателях температуры;
• ускоренный набор прочности — в зависимости от марки, раствор достигает прочности 80% за первые 24 часа.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1949
Источник: https://dvabrevna.ru/stroymaterialyi/rasshiryayuschiysya-tsement.html

Достоинства данных стройматериалов

1. Удерживает стабильность характеристик в условиях резких и частых температурных колебаний. По этой причине он нередко применяется в строительстве в зимнее время года. Расширяющийся цемент можно использовать даже при температурах порядка -30°С, причем сохраняются эластичные свойства материала;
2. Отсутствует усадка при затвердевании. Прекрасные адгезионные свойства позволяют плотно заделывать швы. Благодаря постепенному расширению можно добиться равномерности заполнения полостей, поэтому РЦ хорошо подходят для гидроизоляции.
3. Отлично подходит для восстановления поврежденных конструкций. В процессе расширения заделываются все трещины и нарушения целостности, в результате сооружение приобретает устойчивость и надежность.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 758
Источник: http://o-

что это такое, состав и свойства, разновидности и марки по ГОСТ, сульфатостойкий пуццолановый портландцемент

Для изготовления бетона применяются неорганические вяжущие вещества, которые при смешивании с водой образуют тестообразный раствор, набирающий прочность по мере застывания. Разновидностью такого вяжущего состава является портландцемент.

Особенности и изготовление

О портландцементе нередко ведут разговор, когда речь заходит о необходимости прочного и устойчивого к негативным воздействиям среды раствора. Портландцемент представляет собой разновидность вяжущего вещества для бетонных растворов.

Он является сухой смесью, которую разводят водой. Спустя определенное время происходит схватывание продукта при взаимодействии с воздухом.

Портландцемент в основе имеет мелко смолотый клинкер, а также гипс, ускоряющий схватывание смеси. В зависимости от вида и марки изделия его формула может включать те или иные добавки и примеси.

Смесь была изобретена еще в 1824 году американским каменщиком, а своим названием обязана внешнему сходству с известняком Портленда, который добывался в одном из английских графств.

Для получения данного состава используются карбонатные горные породы (известняк, мел, глинозем и кремнезем), а также мергелий (смесь карбонатных пород и глины, переходная порода от известняковых к глинистым). Процесс производства начинается с тщательного измельчения сырья и смешивания его в определенных пропорциях. Следующий этап – обжиг сырья в печах при температуре 1300-1400°С. Результатом оплавления становится материал, называемый клинкером.

Клинкер вновь измельчается и смешивается с гипсом. При необходимости добавляются прочие элементы, повышающие эксплуатационные характеристики готового продукта. Данная смесь проходит контроль качества и при соответствии принятым стандартам получает сертификат соответствия.

Существует несколько вариантов обжига сырья:

• Мокрый. Сначала происходит измельчение компонентов, затем глина замачивается до тех пор, пока показатель влажности не достигнет 70%. После этого она в мельницах смешивается с известняком.

• Сухой. Процесс перемалывания и сушки смеси происходит одновременно, что позволяет сократить трудозатраты и расходы производства. В результате обработки в мельницах получают порошкообразное сырье.

• Комбинированный. При данной технологии совмещаются 2 типа производства – сухой и мокрый. Влагонасыщение сырья поднимается до 14%, после чего продукция измельчается и высушивается в специальных мельницах.

Состав и свойства

Как уже говорилось, портландцемент состоит из клинкера. В природе готовые гранулы встречаются достаточно редко, поэтому клинкерную крошку получают искусственным методом путем смешивания и обжига карбоновых и глинистых смесей.

Готовый клинкер смешивают с гипсом, содержание которого в составе не превышает 5%. Его вводят для того, чтобы обеспечить подвижность раствора в течение 45 минут, что необходимо при формовке изделий или выполнении некоторых видов работ.

Состав и процентное содержание компонентов смеси регулирует ГОСТ 10178 85 «Портландцемент и шлакопортландцемент». Именно соблюдение гостребований при производстве гарантирует высокие технические и эксплуатационные характеристики продукта.

На его упаковке обязательно должно быть указание на производство по ГОСТу. При отсутствии последнего имеется ввиду, что портландцемент изготовлен в соответствии с ТУ (технические условия), а это значит, что его свойства отличаются от принятых.

Для придания портландцементу определенных технических характеристик, в состав вводят минеральные добавки, содержание которых не превышает 20-25%.

Наиболее востребованными являются следующие:

• Алюминат увеличивает сроки схватывания цемента, но имеет невысокие показатели прочности (возможное содержание в портландцементе – не более 15%).
• Алюмоферрит имеет те же свойства, что и предыдущая добавка, однако его содержание в готовом продукте уменьшается до 10-18%.
• Белит оказывает вяжущее действие, способствует увеличению времени затвердевания, однако чрезмерное содержание способно негативным образом сказываться на прочностных характеристиках состава (допустимое содержание – не более 15-37%).
• Алит широко используется (процентное соотношение может достигать 60%) в составах высоких марок, поскольку обеспечивает быстрое их отвердение.

Свойства портландцемента определяются его составом. Основными критериями, по которым производится оценка качества продукта, являются следующие:

• Период схватывания. Схватывание смеси при соблюдении технических требований ее разведения должно происходить спустя 40-45 минут. Минералогический состав, тонкость помола и температура, при которой ведутся работы – именно эти факторы в первую очередь влияют на скорость схватывания изделия.

• Водопотребность. Под данным термином понимается количество воды, требуемое для получения густого, подходящего для работы цементного теста. Обычно влага не должна превышать 25% от состава смеси. С целью снижения требуемого количества воды применяется сульфитно-дрожжевая бражка или пластификаторы.

• Водоотделение. Данный термин обозначает отжим воды в готовом растворе, возникновение которого обусловлено оседанием более тяжелых цементных частиц. Снизить этот показатель позволяют минеральные добавки.

• Морозостойкость – способность продукта переносить определенное количество циклов заморозки и разморозки без потери своих эксплуатационных характеристик.

Для повышения морозостойкости в состав добавляют абиетат натрия или смыленный древесный пек.

• Коррозийная стойкость. Данная характеристика связана с тонкостью помола смеси и степенью пористости готового бетона.

• Тепловыделение. Имеется в виду способность бетона выделять тепло в процессе затвердения. Стремительно отдающий тепло состав оптимизируют путем добавления в него активных минеральных компонентов.

Характеристики

Портландцемент имеет более высокие прочностные характеристики по сравнению с другими видами цемента, что обусловлено особенностями состава. Те или иные добавки могут вступать в реакции, изменяя технические свойства материала. Последние же связаны с его механической стойкостью и возможностями эксплуатации.

Нельзя говорить о том, что одна из технических характеристик является более приоритетной. Так, например, прочный, но слишком медленно застывающий портландцемент может увеличить сроки строительства. А морозостойкий, но подверженный коррозии состав может применяться лишь для решения узкого круга задач.

Сегодня производители стремятся создавать универсальные составы, в которых одинаково сильно проявляются наиболее важные для цемента свойства.

В то же время существуют специализированные составы, имеющие особое назначение. Таковым можно считать пуццолановый портландцемент, имеющий максимальные показатели коррозийной стойкости и влагопрочности, но достаточно низкие показатели прочности на начальных этапах работы (в первые дни схватывания).

Технические

Среди технических характеристик следует выделить:

• Удельный вес продукта – 1100 кг/м³ для насыпных смесей, 1600 кг/м³ для уплотненных.
• Тонкость помола в среднем составляет 40 микрон (определяется способностью смеси проходить через сито № 008), что обеспечивает необходимую прочность цемента и время его отвердения, а также влияет на его эксплуатационные качества.
• Потребление воды, оптимальное содержание жидкости в составе не должно превышать 25-28%, поскольку этот показатель влияет на прочность состава (при излишках происходит расслаивание бетонного теста, при недостатке на готовом изделии появляются трещины).

• Плотность зависит от марки и наличия определенных добавок в составе. В рыхлом состоянии смесь имеет плотность 1,1 т/м³, в уплотненном – 1,5-1,7 т/м³.

• Продолжительность схватывания после смешивания с водой не превышает 40-45 минут, дальнейшее отвердение зависит от особенностей состава и условий среды (в зимнее время процесс замедляется), но не превышает 10-12 часов (измеряется с помощью прибора Вика).
• Изменение объема при застывании означает уменьшение цементного тела в объеме на 0,5-1 мм/м на открытом воздухе и его набухание до 0,5 мм/м в воде. Важным моментом является равномерность изменений по всему объему раствора.

Физические

• Антикоррозийная устойчивость достигается благодаря введению в состав гидроактивных материалов, препятствующих химической активности солей, а также добавлению примесей, уменьшающих пористость бетона.
• Длительность хранения составляет не более 12 месяцев при условии сохранения заводской упаковки (3-4-х слойные, герметично закрытые бумажные мешки), поскольку уже через 3 месяца хранения теряется до 20% активности состава, через год – до 40%. Вернуть такому цементу былые качества можно только путем вторичного перемалывания.
• Прочность на сжатие. В соответствии с данной характеристикой выделяют 4 класса прочности – 22,5; 42,5; 42,5; 52,5. Этот показатель напрямую связан со скоростью схватывания раствора.

Механические

Показатели механической прочности портландцемента составляют не менее 42,5 мПа на 28 сутки после заливки. Определение проводится в лабораторных условиях на примере образца. В соответствии с полученными результатами цемент маркируется (например, М 500). Коэффициент при этом указывает на то, какое давление способен выдержать образец (измеряется в кг/см³).

Чем выше данный коэффициент, тем больше прочностные показатели состава. Прочностные характеристики зависят от степени помола (чем она мельче, тем большей активностью обладает раствор), наличия присадок и добавок.

Показатели прочности, в свою очередь, влияют на степень схватывания раствора (определяется с помощью иглы Вика).

Отличия от простого цемента

Портландцементом считается разновидность цемента, который чаще всего используется при заливке бетона. Последний, в свою очередь, используется в монолитном и железобетонном строительстве, при возведении объектов, к которым предъявляются повышенные прочностные характеристики.

Благодаря наличию клинкерных гранул и прочих добавок, портландцемент обладает большим запасом прочности, имеет более высокие показатели морозостойкости, устойчивости к воздействию агрессивных сред. Это делает портландцемент востребованным материалом при строительстве объектов нефтяной и газовой отраслей.

Он подходит для возведения фундамента на сложных неустойчивых грунтах, в таком случае рекомендуется применять сульфатостойкую смесь. Такой состав почти не дает усадки зданий, на его поверхности не образуются трещины.

Вопрос о различиях между цементом и портландцементом несколько некорректен, поскольку последний является разновидностью цемента. Иначе говоря, цемент – это общее название, портландцемент является его разновидностью с определенным набором прочности.

Различия логичнее проводить, опираясь на марочную прочность цементов. Так, например, портландцемент М 400 уступает в своей прочности цементу М 600. Сам по себе портландцемент мало отличим от цемента (по способу монтажа, технологии схватывания, особенностям использования), разница тех или иных отличительных характеристик обусловлена присутствием добавок.

Виды

Все виды цемента делятся на бездобавочные и добавочные. Бездобавочный состав не содержит минеральных добавок, помимо гипса. Он подходит для надземных, подземных и подводных объектов монолитного характера, а также сборных бетонных и железобетонных конструкций, которые эксплуатируются в условиях отсутствия агрессивной среды.

Наличие минеральных добавок улучшает технические свойства портландцементов, благодаря чему их можно применять в агрессивных условиях, при длительном контакте конструкции с водой. Среди наиболее распространенных добавок минерального происхождения выделяют: доменный шлак, активные минеральные добавки и природные активные миндобавки.

За счет введения той или иной добавки происходит улучшение таких показателей, как водонепроницаемость, коррозийная стойкость, однако их присутствие способствует снижению морозостойкости.

В зависимости от особенностей состава выделяют следующие разновидности портландцемента:

• Быстросохнущий. Отвердение смеси происходит уже в первые 3 дня заливки благодаря входящим в состав шлакам и специальным минералам. Немаловажно, чтобы степень помола смеси была минимальной. Выпускается в марке М400 и М500. Использование данного состава позволяет снизить время выдержки смеси в опалубке и существенно увеличить темпы строительных работ.

Применяется в основном для быстровозводимых и железобетонных объектов.

• Нормальноотвердевающий. Он не содержит специальных добавок, не столь требователен к степени помола смеси. Выпускается в соответствии с ГОСТом 31108-2003.

• Гидрофобный вариант характеризуется способностью не впитывать влагу и уменьшенным временем схватывания. Подобные свойства обеспечивают входящие в раствор мылонафты, асидолы. Находит применение при возведении объектов, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности, а также расположенных на подтопляемых участках.

• Пластифицированный. Характерной особенностью продукта является наличие в нем пластификаторов, обеспечивающих необходимую подвижность, снижение водопоглощения, термостойкость. Пластификаторы закладываются при помоле смеси, благодаря чему они словно обволакивают частицы цемента, предотвращая их склеивание. В результате получается подвижный, удобный в нанесении состав, который широко применяется для возведения сложных по форме архитектурных конструкций.

• Тампонажный. Обладает способностью тампонировать, то есть защищать скважины от воздействия грунтовых вод. Широко используется в нефтяной и газовой отраслях, поскольку не зависит от давления и температуры и надежно удерживает колонны в скважинах даже на начальных этапах застывания. Существует еще одна разновидность данного вида цемента – тампонажный облегченный портландцемен, имеющий в составе «облегченные» добавки.

• Расширяющийся. Подобные смеси могут иметь различный состав, но все их объединяет способность увеличиваться в объеме при замешивании раствора. Это обусловлено тем, что между основным и добавочным компонентами начинается химическая реакция, которая и дает приращение объема.

Как правило, такие составы применяются для заполнения швов и трещин на поверхностях, подверженных воздействию повышенной влажности.

• Сульфатостойкий. Такой бетон противостоит воздействию сульфатных вод, вызывающих развитие коррозии. Как правило, сульфатостойким делается морозопрочный цемент марки М300,400, иногда – М 500.

Применяется для создания свайного и других типов фундамента на болотистых и кислых почвах.

• Шлакопортландцемент. В составе изделия присутствуют доменные шлаки, чем и обусловлено высокое содержание в нем частиц металла. Смесь используется для получения жароустойчивого бетона, а также при сооружении объектов под землей, водой, на высоте. Имеет невысокую морозостойкость.

• Шлакощелочной состав отличается более высокими, по сравнению с портландцементом, характеристиками. Он устойчив к воздействию агрессивных сред, перепадам температур, имеет высокую морозостойкость и низкий показатель поглощения влаги. Подобные способности достигаются благодаря включению в состав молотого шлака и щелочи, иногда – глины.

• Белый портландцемент. Сфера применения смеси – отделочные и архитектурные работы, также она выступает в качестве основы для цветных цементов. Белоснежный оттенок получают благодаря изготовлению продукта из чистых известняков и белых глин, а также путем дополнительного охлаждения клинкера водой.

• Магнезиальный – состав на основе оксидов магния (нагревается до температуры 800С) и 30% водного раствора хлорида магния. Благодаря входящим в него компонентам и особенностям технологии производства удается получать прочную белую массу, которая легко поддается обработке (легко полируется, не подвержена воздействию плесени, грибка).

Материал применяется в качестве отделочного покрытия, а также для создания сложных с точки зрения форм конструкций. Бетон на основе магнезиального цемента, по сути, является разновидностью искусственного камня.

• Цветной портландцемент также используется для декоративных работ. Получается он путем смешивания белой модификации и пигмента. В качестве последнего могут выступать железный сурик, охра, окись хрома. Главное, чтобы пигменты были свето- и щелочестойкие.

• ​​​​​​Пуццолановый. В составе смеси находятся цветной портландцемент, гипс и добавки, имеющие вулканическое или осадочное происхождение. Полученный раствор имеет повышенную гидростойкость, он застывает не только в условиях повышенной влажности, но и под водой. Это позволяет применять его при организации гидротехнических сооружений, облицовке бассейнов и прочих резервуаров для хранения воды, поверхностей (в том числе наклонных), контактирующих с морской или хлорированной водой. Застывшая поверхность характеризуется прочностью, химической инертностью, отсутствием высолов.
• Глинозёмистый состав представляет собой быстротвердеющий и прочный цемент на основе клинкера и расплавленных известняков. Готовая смесь содержит большое количества низко-основных алюминатов кальция.

Для обеспечения качественного сцепления и набора необходимой прочности застывание должно вестись при температуре ниже 25%С. В противном случае теряется до 50% прочности бетона.

Еще одной особенностью глинозёма является недопустимость его смешивания с другими цементами и известью, составами, даже в небольшом количестве содержащими щелочи. Глинозёмный портландцемент подходит для изготовления кислостойких бетонных растворов, заполнения кислостойких пород (гранита, бештаунита). Скорость схватывания – около 8 дней.

Марки

Марка определяется как прочность образца при испытании его на изгиб и сжатие. Для изготовления образца применяются портландцемент и песок, взятые в пропорции 1: 3. Из данного раствора изготавливается образец размером 4х4х16 см, который застывает в течение 28 суток, твердение происходит в условиях повышенной влажности. Для ускорения застывания разрешается прибегать к технике пропаривания образца.

Наиболее распространенными сегодня являются марки портландцемента М 400, 500, 600:

• М 400 – наиболее востребованная марка цемента. Заложенные в ней технические характеристики (прочности, морозостойкости) подходят для возведения большинства объектов.

• М 500 – цемент, обладающий несколько большим запасом прочности, что позволяет применять его в работах по реконструкции или восстановлению объектов после аварии, использовать для ремонтно-дорожных работ, строительства объектов военно-технического назначения, сооружений из асбестоцемента.

• М 600. Состав имеет повышенную прочность, что делает возможным его применение при возведении ответственных железобетонных конструкций, инженерных сооружений.

• М 700 – портландцемент максимальной прочности, применяемый для бетонной смеси для возведения напряженных конструкций. Использование его при обычном строительстве (например, в частном домовладении) нерационально из-за высокой стоимости.

• М 900 – сверхпрочный цемент, используемый только для военных объектов, например, для создания бункеров.

Существуют также «промежуточные» марки цемента, например М 550 (по своим техническим характеристикам близки к М500, но отличаются чуть большей прочностью).

В каких случаях не подходит?

Благодаря многообразию составов портландцемента он подходит практически для любого типа строений. Главное – верно определить наиболее важное свойство цемента и подобрать соответствующую добавку. Некоторые из них при совместном использовании нивелируют свойства друг друга. Так происходит, например, при одновременном добавлении компонентов для улучшения влагостойкости и морозоустойчивости. Первые (повышающие влагостойкость) ощутимо снижают морозостойкость состава.

Иначе говоря, портландцементы с добавками не подходят для условий, в которых происходит значительное снижение температуры эксплуатации. В данном случае должны применяться портландцементы без добавок. Для влажных климатов не подходит стандартная смесь портландцементов, лучше выбрать шлакопортландцемент.

Немаловажно учитывать и назначение материала. Так, для возведения монолитных объектов и конструкций гражданского назначения (например, мостов, высоковольтных линий) не подходит портландцемент М400. Для решения указанных задач допустимо применять смесь с марочной прочностью не менее М 500.

Ни один из видов портландцемента не подходит для использования в текучих водах, соленых водоемах, проточных руслах рек, водах с высоким содержанием минералов.

Даже сульфатостойкая разновидность портландцемента, обладающая повышенными показателями влагопрочности, применяется только в статичных умеренных водах. В остальных случаях (например, для организации плотин, дамб и прочих инженерных сооружений) применяют особые виды цемента.

Приставка «портланд» обозначает присутствие в смеси большого количества силикатов кальция, поэтому она не рекомендована для блоков и конструкций специального назначения. Пуццолановый цемент не подходит для эксплуатации в условиях значительного снижения температуры.

О том, как происходит получение портландцемента смотрите в следующем видео.

Типы цемента и характеристики цемента

Типы портландцемента

• Различные типы портландцемента производятся в соответствии с требованиями для конкретных целей

• Обозначение C150 Американского общества испытаний и материалов (ASTM) определяет следующие восемь типов портландцемента

Тип	Имя
Тип I	Обычный
Тип IA	Нормальный, воздухововлекающий
Тип II	Умеренная сульфатостойкость
Тип IIA	Умеренная сульфатостойкость, воздухововлечение
Тип III	Высокая ранняя прочность
Тип IIIA	Высокая ранняя прочность, воздухововлекающий эффект
Тип IV	Низкая теплота увлажнения
Тип V	Высокая сульфатостойкость

Цемент I типа

• Это цемент общего назначения, используемый в бетоне для изготовления тротуаров, полов, железобетонных зданий, мостов, резервуаров, труб и т. Д.

• Используется в бетоне, не подверженном агрессивному воздействию, например, сульфатному воздействию почвы и воды, или нежелательному повышению температуры.

Цемент типа II

• Используется там, где важны меры предосторожности против умеренного воздействия сульфатов, например, в дренажных сооружениях, которые могут подвергаться умеренной концентрации сульфатов из грунтовых вод.

• Обычно он выделяет меньше тепла при гидратации и медленнее, чем цемент типа I, и поэтому может использоваться в массовых конструкциях, таких как большие опоры, тяжелые опоры и подпорные стены.

• Из-за меньшего тепловыделения может быть предпочтительнее в жаркую погоду

Цемент типа III

• Он химически и физически подобен цементу типа I, за исключением того, что его частицы измельчены более мелко.

• Обеспечивает высокую раннюю силу в ранний период, обычно за неделю или меньше

• Используется, когда формы необходимо удалить как можно скорее или когда конструкция должна быть быстро введена в эксплуатацию.

• Предпочтительно в холодную погоду для сокращения периода отверждения.

Цемент типа IV

• Используется там, где необходимо минимизировать скорость и количество тепла, выделяемого при гидратации.

• Он развивает прочность медленнее, чем другие типы цемента

• Наиболее целесообразно использовать в массивных бетонных конструкциях, таких как большие гравитационные плотины, где повышение температуры из-за тепла, выделяемого во время твердения, должно быть минимизировано для предотвращения растрескивания бетона.

Цемент типа V

• Используется только в бетоне, подвергающемся сильному воздействию сульфатов — в основном там, где почва или грунтовые воды имеют высокое содержание сульфатов

• Его высокая сульфатостойкость обусловлена ​​низким содержанием C ₃ A около 4%

• Неустойчив к кислотам и другим высококоррозионным веществам

Портлендские цементы с воздухововлекающими добавками

(типы IA, IIA и IIIA)

• Эти цементы имеют тот же состав, что и типы I, II и III, соответственно, за исключением того, что небольшие количества воздухововлекающего материала перемалываются с клинкером во время производства.

• Эти цементы позволяют производить бетон с повышенной устойчивостью к замораживанию-оттаиванию и образованию накипи, вызванной химическими веществами, применяемыми для удаления снега и льда

Белый портландцемент

• Он имеет тот же состав, что и цемент типа I или типа III, за исключением того, что он имеет белый цвет вместо серого.

• Изготовлен из отборного сырья, содержащего незначительное количество оксидов железа и магния — веществ, которые придают цементу его серый цвет.

• Используется в основном в архитектурных целях

Гидравлические цементы с добавками

• Эти цементы производятся путем тщательного и равномерного смешивания портландцемента и побочных продуктов, таких как доменный шлак, летучая зола, микрокремнезем и другие пуццоланы.

• ASTM C 596 распознает пять классов смешанных цементов:

o Портландцемент доменный шлаковый типа ИС

o портланд пуццолановый цемент —

Тип IP и Тип P

o Модифицированный пуццоланом портландцемент типа I (PM)

o Цемент шлаковый типа S

o Портландцемент модифицированный шлаком-

Тип I (SM)

Кладочный цемент

• Эти цементы используются в растворах для строительства кирпичной кладки

• ASTM C 91 классифицирует кладочные цементы как: Тип N, Тип S и Тип M

Расширяющиеся цементы

• Эти цементы в основном используются в бетоне для контроля усадки

• ASTM C 845 классифицирует кладочные цементы как: тип E-1 (K), тип E-1 (M), тип E-1 (S)

Специальные цементы (не покрытые ASTM)

Тип	Использует
1.Цементы нефтяные	Для герметизации нефтяных скважин
2. водостойкие портландцементы	Для уменьшения капиллярной передачи воды
3. Пластиковые цементы	Для изготовления гипса и лепнины

Химические соединения в портландцементе

Как указывалось ранее, операция обжига сырья приводит к реакции между оксидами, и в конечном цементном продукте образуются четыре композиции соединений, а именно:

C ₃ S = 3CaO.SiO ₂ (силикат трикальция)

C ₂ S = 2CaO.SiO ₂ (силикат дикальция)

C ₃ A = 3CaO.Al ₂ O ₃ (алюминат трикальция)

C ₄ AF = 4CaO. Al ₂ O ₃ .Fe ₂ O ₃ (Тетракальций алюмоферрит)

Химический и сложный состав и дисперсность некоторых типичных цементов приведены в Таблице 2-4.

Роль составного состава

1.К ₃ С

• Быстро увлажняет и затвердевает, в значительной степени отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность

• Ранняя прочность цемента выше при увеличении процентного содержания C ₃ S

2. C ₂ S

• Увлажняет и медленно затвердевает

• В значительной степени способствует увеличению силы в возрасте старше одной недели

3. C ₃ A

• Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней увлажнения и затвердевания

• Также немного способствует раннему развитию силы

• Гипс, добавленный в цемент, замедляет скорость гидратации C ₃ A

• Цементы с низким содержанием C ₃ A особенно устойчивы к почвам и водам, содержащим сульфаты

4.К ₄ AF

• Не играет существенной роли в гидратации

Обычный портландцемент — состав, свойства, типы и применение

Обычный портландцемент — один из наиболее широко используемых типов цемента. Обсуждаются типы, свойства, состав, производство, использование и преимущества обычного портландцемента.

В 1824 году Джозеф Аспдин дал название портландцементу, поскольку он имеет сходство по цвету и качеству с портландским камнем, который представляет собой бело-серый известняк на острове Портленд, Дорсет.

Составные части обычного портландцемента

Основное сырье, используемое при производстве обыкновенного портландцемента:

1. Глинистые или силикаты глинозема в виде глин и сланцев.
2. Известняк или карбонат кальция в виде известняка, мела и мергеля, представляющий собой смесь глины и карбоната кальция.

Ингредиенты смешивают в соотношении примерно две части известковых материалов к одной части глинистых материалов, а затем измельчают и измельчают в шаровых мельницах в сухом состоянии или смешивают во влажном состоянии.

Сухой порошок или влажный шлам затем обжигают во вращающейся печи при температуре от 1400 ° C до 1500 ° C. Клинкер, полученный из печи, сначала охлаждается, а затем передается в шаровые мельницы, где добавляется гипс, и он измельчить до необходимой степени измельчения в соответствии с классом продукта.

Основные химические составляющие портландцемента следующие:

Известь (CaO)	от 60 до 67%
Кремнезем (SiO2)	от 17 до 25%
Глинозем (Al2O3)	от 3 до 8%
Оксид железа (Fe2O3)	0.От 5 до 6%
Магнезия (MgO)	от 0,1 до 4%
Триоксид серы (SO3)	от 1 до 3%
Сода и / или калий (Na2O + K2O)	от 0,5 до 1,3%

Вышеупомянутые компоненты, образующие сырье, подвергаются химическим реакциям во время горения и плавления и объединяются с образованием следующих соединений, называемых БОГОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ .

Соединение	Сокращенное обозначение
Силикат трикальция (3CaO.SiO2)	C3S
Силикат дикальция (2CaO.SiO2)	C2S
Алюминат трикальция (3CaO.Al2O3)	C3A
Тетракальцийалюмоферрит (4CaO.Al2O3.Fe2O3)	C4AF

Пропорции вышеупомянутых четырех составов различаются в разных портландцементах. Силикат трикальция и силикаты дикальция вносят наибольший вклад в конечную прочность. Первоначальное схватывание портландцемента происходит за счет трикальцийалюмината.Силикат трикальция быстро гидратируется и способствует более ранней прочности.

Введение силиката дикальция происходит через 7 дней и может продолжаться до 1 года. Алюминат трикальция быстро гидратируется, выделяет много тепла и вносит лишь небольшой вклад в прочность в течение первых 24 часов. Алюмоферрит тетракальция сравнительно неактивен.

Все четыре соединения выделяют тепло при смешивании с водой, алюминат выделяет максимум тепла, а силикат дикальция — минимум.Из-за этого трикальцийалюминат отвечает за большинство нежелательных свойств бетона.

Цемент

с меньшим содержанием C3A будет иметь более высокий предел прочности, меньшее тепловыделение и меньшее растрескивание. В таблице ниже приведены состав и процентное содержание найденных смесей для портландцемента с нормальным и быстрым твердением, а также с низким нагревом.

Состав и состав портландцемента:

Портлендский цемент	Нормальный	Быстрое отверждение	Низкотемпературный
(а) Состав: Процент
Лайм	63.1	64,5	60
Кремнезем	20,6	20,7	22,5
Глинозем	6,3	5,2	5,2
Оксид железа	3,6	2,9	4,6
(б) Состав: процентное соотношение
C3S	40	50	25
C2S	30	21	35
C3A	11	9	6
C3A	12	9	14

Свойства обычного портландцемента

Таблица 2: Свойства цемента OPC

Недвижимость	Значения
Удельный вес	3.12
Нормальная консистенция	29%
Время начальной настройки	65 мин
Окончательное время схватывания	275 мин.
Тонкость	330 кг / м 2
Прочность	2,5 мм
Насыпная плотность	830-1650 кг / м 3

Производство цемента OPC

В основном есть 5 этапов производства цемента OPC,

1.Дробление и измельчение сырья

На первом этапе производства цемента сырье измельчается и измельчается до мелких частиц подходящего размера. Существует 3 типа процесса производства цемента

.

• Сухой процесс
• Мокрый процесс
• Полумокрый процесс

Процесс дробления и измельчения зависит от типа производственного процесса. Для сухого процесса сырье перед измельчением сушат.

Рис. 1: Технологическая схема производства цемента OPC.

2. Смешивание или смешивание

На этом этапе измельченное сырье (известняк) смешивается с глиной в желаемой пропорции (известняк: 75%, глина: 25%) и хорошо перемешивается с помощью сжатого воздуха до получения однородной смеси. В сухом процессе эти смеси хранятся в силосах; резервуары для жидкого навоза используются в мокром процессе. Полученный материал известен как суспензия, содержащая 35-40% воды.

3. Отопление

Это основной важный этап в производстве цемента OPC, продукт, полученный в результате смешивания, подается в печь с помощью конвейерных лент.

Сначала смесь предварительно нагревают до 550 ° C, при этом вся влага испаряется и глина разбивается на кремнезем, оксид алюминия, оксид железа.

В следующей зоне температура повышается до 1500 градусов Цельсия, где оксиды образуют соответствующий силикат, алюминаты и феррит.

На заключительном этапе продукт охлаждается до 200 ° C, при этом конечный продукт, полученный в печи, известен как цементный клинкер, который имеет форму зеленовато-черных или серых шариков.

4. Шлифовальный

На этом этапе цементный клинкер и необходимое количество гипса смешиваются и измельчаются до очень мелких частиц, которые хранятся в силосах, а затем упаковываются в мешки для цемента и распределяются.

Срок годности цемента OPC обычно составляет 3 месяца.

Типы обычного портландцемента

Дифференциация цемента OPC основана на различных нормах и правилах разных стран.

1. AS согласно ASTM 150 (американские стандарты)

• Тип I Портландцемент известен как обычный или универсальный цемент.Обычно предполагается, если не указан другой тип.
• Тип II обеспечивает умеренную сульфатостойкость и выделяет меньше тепла во время гидратации.
• Тип III имеет относительно высокую раннюю прочность. Этот цемент аналогичен типу I, но имеет более мелкий помол.
• Тип IV Портландцемент обычно известен своей низкой теплотой гидратации.
• Тип V используется там, где важна сульфатостойкость. Этот цемент имеет очень низкий (C ₃ A) состав, что объясняет его высокую сульфатостойкость.

2. Согласно норме EN 197 (европейская норма)

• CEM I Состоит из портландцемента и до 5% второстепенных дополнительных компонентов.
• CEM II Портландцемент и до 35% других отдельных компонентов
• CEM III Портландцемент и выше процентное содержание доменного шлака
• CEM IV Портландцемент и до 55% пуццолановых компонентов
• CEM V Портландцемент, доменный шлак или летучая зола и пуццолана

3.Согласно CSA A3000-08 (канадские стандарты)

• ГУ, ГУЛ > Цемент общего назначения
• MS > Цемент со средней сульфатостойкостью
• MH, MHL > Цемент средней температуры
• HE, HEL > Высокопрочный цемент
• LH, LHL > Низкотемпературный цемент
• HS > Высокая сульфатостойкость; обычно развивает силу медленнее, чем другие типы.

Использует обычного портландцемента

1. Используется для общих строительных целей, где не требуются особые свойства, например, железобетонные здания, мосты, тротуары и где почвенные условия являются нормальными.
2. Используется для большинства бетонных кладок

Преимущества обычного портландцемента

1. Обладает высокой устойчивостью к растрескиванию и усадке, но имеет меньшую стойкость к химическим воздействиям.
2. Время первоначальной настройки OPC быстрее, чем у PPC, поэтому рекомендуется в проектах, где реквизиты должны быть удалены раньше.
3. Период отверждения OPC меньше, чем у PPC, и стоимость отверждения снижается. Следовательно, рекомендуется там, где стоимость лечения непомерно высока.Недостатки

Недостатки обычного портландцемента

1. Не может использоваться для массового бетонирования, так как имеет высокую теплоту гидратации по сравнению с КПП.
2. Прочность бетона, изготовленного с использованием OPC, меньше, чем у бетона, изготовленного с использованием PPC.
3. Он производит сравнительно менее связный бетон, чем PPC, поэтому перекачка бетона становится немного труднее.
4. OPC имеет меньшую тонкость, следовательно, имеет более высокую проницаемость и, как следствие, более низкую долговечность.
5. OPC дороже, чем PPC.

PEH: Цементирование — PetroWiki

Производство цемента

Почти все буровые цементы изготовлены из портландцемента, кальцинированной (обожженной) смеси известняка и глины. Раствор портландцемента в воде используется в колодцах, потому что он легко перекачивается и быстро затвердевает даже под водой. Он называется портландцемент, потому что его изобретатель Джозеф Аспдин считал, что затвердевший цемент напоминает камень, добытый на острове Портленд у побережья Англии.Портландцементы можно легко модифицировать в зависимости от используемого сырья и процесса их объединения.

Дозирование сырья основано на серии одновременных расчетов, учитывающих химический состав сырья и тип производимого цемента: American Soc. для испытаний материалов (ASTM) Белый цемент типа I, II, III или V или API класса A, C, G или H. ^[5] , ^[6]

Классификация цемента

Основное сырье, используемое для производства портландцемента, — это известняк (карбонат кальция) и глина или сланец.Часто добавляют железо и глинозем, если они еще не присутствуют в достаточном количестве в глине или сланце. Эти материалы смешиваются вместе, влажно или сухо, и загружаются во вращающуюся печь, которая плавит известняковую суспензию при температуре от 2600 до 3000 ° F в материал, называемый цементным клинкером. После охлаждения клинкер измельчают и смешивают с небольшим количеством гипса, чтобы контролировать время схватывания готового цемента.

Когда эти клинкеры гидратируются водой в процессе схватывания, они образуют четыре основных кристаллических фазы, как показано в Таблицах 9.1 и 9.2. ^[7] Химические формулы и стандартные обозначения этих фаз обсуждаются далее в этой главе.

Портландцементы обычно производятся в соответствии с определенными химическими и физическими стандартами, которые зависят от их применения. В некоторых случаях для получения оптимальных композиций необходимо добавлять дополнительные или корректирующие компоненты. Примерами таких добавок являются песок, кремнистые суглинки, пуццоланы, диатомитовая земля (DE), железный колчедан и глинозем.В расчетах также учитываются глинистые или кремнистые материалы, которые могут присутствовать в больших количествах в некоторых известняках, а также из золы, образующейся при использовании угля для обжига печи. Также необходимо учитывать незначительные примеси в сырье, так как они могут существенно повлиять на характеристики цемента. В США есть несколько агентств, которые изучают и составляют спецификации для производства портландцемента. Из этих групп наиболее известными в нефтяной промышленности являются ASTM, который занимается цементами для строительства и строительства, и API, который составляет спецификации для цементов, используемых только в скважинах.

Стандарт ASTM Spec . C150 ^[5] предусматривает восемь типов портландцемента: типы I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV и V, где «A» обозначает воздухововлекающий цемент. Эти цементы предназначены для удовлетворения различных потребностей строительной отрасли. Цемент, используемый в колодцах, находится в условиях, не встречающихся при строительстве, таких как широкий диапазон температур и давления. По этим причинам были разработаны различные спецификации, которые охватываются спецификациями API.API в настоящее время предоставляет спецификации, охватывающие восемь классов цементов для скважин, обозначенных как классы от A до H. Классы API G и H являются наиболее широко используемыми.

Цементы для нефтяных скважин также доступны в вариантах со средней сульфатостойкостью (MSR) или высокой сульфатостойкостью (HSR). Сульфатостойкие марки используются для предотвращения разрушения затвердевшего цемента в скважине, вызванного сульфатной атакой пластовых вод.

Классификация API

Нефтяная промышленность покупает цементы, произведенные преимущественно в соответствии с классификациями API, опубликованными в API Spec . 10А . ^[8] Далее определяются различные классы цементов API для использования при скважинных температурах и давлениях.

Класс A . Этот продукт предназначен для использования, когда не требуются особые свойства. [ Доступен только в обычном классе O (аналогично ASTM Spec . C150 , тип I)] . ^[5]

Класс B . Этот продукт предназначен для использования в условиях, требующих средней или высокой сульфатостойкости.Доступен как в классе MSR, так и в классе HSR (аналогично ASTM Spec . C150 , тип II). ^[5]

Класс C . Этот продукт предназначен для использования в условиях, когда требуется высокая ранняя прочность. Доступен в обычных марках, O, , MSR и HSR (аналогично ASTM Spec . C150 , тип III). ^[5]

Класс G . Никакие добавки, кроме сульфата кальция или воды, или того и другого, не должны перемалываться или смешиваться с клинкером во время производства скважинного цемента класса G.Этот продукт предназначен для использования в качестве основного цемента для скважин. Доступен в вариантах MSR и HSR.

Класс H . Никакие добавки, кроме сульфата кальция или воды, или того и другого, не должны перемалываться или смешиваться с клинкером во время производства скважинного цемента класса H. Этот продукт предназначен для использования в качестве основного цемента для скважин. Доступен в вариантах MSR и HSR.

Свойства цемента в соответствии со спецификациями API

Химические свойства и физические требования приведены в Таблице 9 .3 и 9,4 соответственно. ^[7] Типичные физические требования для различных классов цемента по API показаны в таблице 9.5 . ^[7]

Хотя эти свойства описывают цементы для целей спецификации, цементы для нефтяных скважин должны иметь другие свойства и характеристики, чтобы обеспечить их необходимые функции в скважине. API RP10B предоставляет стандарты для процедур испытаний и специального оборудования, используемого для испытания цементов для нефтяных скважин, и включает в себя подготовку суспензии, плотность суспензии, испытания на прочность при сжатии и неразрушающие звуковые испытания, испытания времени загустевания, статические испытания на водоотдачу, испытания рабочей жидкости, испытания на проницаемость, реологические свойства и прочность геля, расчеты перепада давления и режима потока для шламов в трубах и кольцевых зазорах, процедуры испытаний в арктических условиях (вечная мерзлота), испытания на устойчивость шлама и совместимость скважинных флюидов ^[1]

Специальные цементы

Ряд вяжущих материалов, которые очень эффективно используются для цементирования скважин, не подпадают ни под какую конкретную классификацию API или ASTM. Эти материалы включают пуццолановые портландцементы, пуццолановые / известковые цементы, полимерные или пластмассовые цементы, гипсовые цементы, мелкодисперсные цементы, расширяющиеся цементы, огнеупорные цементы, латексные цементы, цементы для сред вечной мерзлоты, цементы Sorel и цементы для углекислого газа (CO ₂ ) сопротивление.

Пуццолановые цементы

Пуццолановые материалы включают любые природные или промышленные кремнистые или кремний-глиноземистые материалы, которые будут соединяться с известью в присутствии воды при обычных температурах с образованием нерастворимых соединений, повышающих прочность, подобных тем, которые образуются при гидратации портландцемента.Обычно пуццолановые материалы делятся на натуральные и искусственные, и их можно обрабатывать или не обрабатывать. Наиболее распространенными источниками природных пуццолановых материалов являются вулканические материалы и DE. Искусственные пуццолановые материалы производятся путем частичного обжига природных материалов, таких как глины, сланцы и некоторые кремнистые породы, или, как правило, их получают в качестве промышленных побочных продуктов. Искусственные пуццолановые материалы включают метакаолин, летучую золу, микрокремнезем (микрокремнезем) и измельченный гранулированный доменный шлак.

Пуццолановые цементы для нефтяных скважин обычно используются для производства легких суспензий. Поскольку удельный вес пуццоланового материала ниже, чем у цемента, пульпа пуццолана имеет меньший вес, чем соответствующая суспензия портландцемента такой же консистенции. Более легкий вес предотвращает разрушение формации. При цементировании важно не превышать давление разрыва пласта.

Некоторые пуццолановые материалы также требуют большого количества воды, что обеспечивает более высокий выход и более легкую суспензию.Они также со временем улучшают прочность на сжатие. Дополнительный вяжущий материал также снижает проницаемость и сводит к минимуму воздействие пластовых вод. В большинстве случаев пуццолановые материалы также могут снизить эффект сульфатной атаки, хотя это в определенной степени зависит от конструкции суспензии.

Коммерческие цементы, такие как TXI Lightweight ™, для использования в нефтяных скважинах, представляют собой особый состав, состоящий из портландцементного клинкера, перемолотого на легком кремнистом заполнителе, для получения, по сути, пуццоланового цемента.

Пуццолановый / известковый цемент

Пуццолановые / известковые или кремнеземно-известковые цементы обычно представляют собой смеси летучей золы (кремнезема), гашеной извести и небольших количеств хлорида кальция. При низких температурах начальные реакции этих цементов протекают медленнее, чем аналогичные реакции в портландцементах, и поэтому они обычно рекомендуются для первичного цементирования при температурах выше 284 ° C (140 ° F). Достоинствами этого типа цемента являются простота торможения, малый вес, экономичность и стабильность прочности при высоких температурах.

Гипсовый цемент

Гипсовый цемент представляет собой смесь цемента API класса A, C, G или H и полугидратной формы гипса (CaSO ₄ • ½H ₂ O). Гипсовые цементы обычно используются при низких температурах для первичного цементирования или ремонтных работ по цементированию. Эта комбинация особенно полезна в неглубоких скважинах, чтобы минимизировать откат после размещения. Цемент с высоким содержанием гипса имеет повышенную пластичность, тиксотропность и растворимость в кислотах. Обычно он используется в ситуациях высокого бокового напряжения или при временном закупоривании.Гипсовый цемент 50:50 часто используется для борьбы с потерей циркуляции, чтобы образовать стойкий нерастворимый закупоривающий материал. Эти смеси следует использовать с осторожностью, поскольку они обладают очень быстрым схватыванием и могут преждевременно затвердеть во время укладки. Недостатком гипсовых цементов является то, что они медленно растворяются и нестабильны при контакте с внешними источниками воды. Это было бы фатальной ошибкой для нефтепромыслового цемента.

Микроцемент

Микроцементы состоят из очень тонко измельченных сульфатостойких портландцементов, смесей портландцемента с измельченным гранулированным доменным шлаком и щелочно-активированного измельченного гранулированного доменного шлака.Такие цементы обладают высокой проникающей способностью и сверхбыстрым твердением. Такие цементы применяются для уплотнения несостоятельных пластов и для ремонта утечек в обсадной колонне при операциях сжатия, особенно «плотных» утечек, которые недоступны для обычных цементных растворов из-за их проницаемости. Ультратонкий щелочной измельченный доменный шлак — это продукт, используемый в технологии цементного раствора, в которой буровой раствор на водной основе превращается в цемент.

Расширяющиеся цементы

Расширяющиеся цементы доступны с основной целью улучшения сцепления цемента с трубой и пластом.Если расширение правильно ограничено, его величина будет уменьшена, и возникнет предварительное напряжение. Расширение также может быть использовано для компенсации эффектов усадки в обычном портландцементе.

В настоящее время в стандартах API нет процедуры испытаний или спецификаций для измерения сил расширения в цементе. Большинство лабораторий используют испытание на расширяющуюся балку с формованным стержнем размером 1 × 1 × 10 дюймов. образец цемента. Также доступны кольцевые формы, хотя они не так широко используются. Сила расширения измеряется вскоре после схватывания цемента для эталонного основания, а затем через различные интервалы времени до достижения максимального расширения.Гидравлические испытания сцепления также использовались для оценки роста расширяющегося цемента.

Цементы на основе алюмината кальция

Цемент с высоким содержанием глинозема (HAC) используется в операциях по цементированию скважин при обоих экстремальных температурах в зонах вечной мерзлоты с температурами 32 ° F или ниже; скважина для сжигания на месте ’ s (пожаротушение), где температура может колебаться от 750 до 2000 ° F, и скважины для рекуперации тепла, где температура может превышать 1300 ° F, а колебания температуры могут быть высокими.

Был разработан ряд HAC с содержанием глинозема от 35 до 90%, и их все вместе называют алюминатными цементами (CAC), поскольку реактивной фазой во всех случаях является алюминат кальция.

Это стандартный тип (например, Ciment Fondu), который в основном используется при цементировании скважин. Эти цементы могут быть ускорены или замедлены, чтобы соответствовать условиям отдельной скважины, но характеристики замедления будут отличаться от характеристик портландцемента. Добавление портландцемента в огнеупорный цемент вызывает схватывание; поэтому, когда оба обрабатываются в поле, их следует хранить отдельно.

Цемент латексный

Латексный цемент, хотя иногда его называют специальным цементом, на самом деле представляет собой смесь API класса A, G или H с латексом.Как правило, латексная эмульсия содержит только 50% латекса по весу твердых веществ и обычно стабилизируется эмульгирующим поверхностно-активным агентом. Латексы придают эластичность затвердевшему цементу и улучшают прочность сцепления и контроль фильтрации цементного раствора. Латекс в порошкообразной форме может быть смешан с цементом в сухом виде перед транспортировкой на буровую площадку, и он не подвержен замерзанию.

Цемент вечной мерзлоты

Обычно желательно использовать быстросхватывающийся цемент с низкой теплотой гидратации, который не растапливает вечную мерзлоту.API RP10B , разд. 14, ^[1] дает специальные процедуры цементирования для моделирования арктических условий и цементирования в таких средах.

Две цементные системы, которые были успешно использованы, — это цементные смеси на основе алюмината кальция и гипсоцементные смеси. Летучая зола или природный пуццолан обычно смешивают (около 50% по весу) с цементами на основе алюмината кальция, чтобы снизить теплоту гидратации и тем самым предотвратить повреждение вечной мерзлоты. Гипсцементные смеси можно ускорять или замедлять, и они схватываются при температуре 15 ° F ниже точки замерзания.Для поверхностных труб эти суспензии обычно рассчитаны на перекачивание от 2 до 4 часов, однако их прочность развивается довольно быстро и мало меняется при температурах от 20 до 80 ° F.

Смола или пластмассовые цементы

Смола и пластмассовые цементы — это специальные материалы, используемые для выборочной закупорки открытых скважин, выдавливания перфорационных отверстий и цементирования колодцев для захоронения отходов, особенно в очень агрессивных и кислых средах. Обычно они представляют собой смеси воды, жидких смол и катализатора, смешанные с цементом API класса A, B, G или H.

Когда к суспензии прикладывается давление, фаза смолы может быть выдавлена ​​в проницаемую зону с образованием уплотнения внутри пласта. Эти специальные цементы используются в скважинах в относительно небольших объемах. Они эффективны при температуре от 140 до 392 ° C (от 60 до 200 ° F).

Цементы для CO ₂ Сопротивление

Продукты гидратации портландцемента подвержены карбонизации в присутствии влаги. Карбонизация — это воздействие растворенного CO ₂ в пластовых водах или в результате процессов закачки CO ₂ .CO ₂ растворяется в водном пористом растворе гидратированного цемента, в конечном итоге образуя карбонат кальция (CaCO ₃ ).

Карбонизацию можно свести к минимуму за счет использования специально разработанного кальциево-фосфатного цемента ThermaLock ™, устойчивого как к CO ₂ , так и к кислоте. Этот цемент можно использовать при температурах обычно от 140 ° F (60 ° C) до 700 ° F (371 ° C). ThermaLock ™ — идеальный цемент для сред, в которых ожидается высокая концентрация CO ₂ .Единственным недостатком является то, что он дороже портландцемента; однако это значительно снижает опасения по поводу долгосрочного воздействия CO ₂ ; экономия на восстановительных операциях, оставлении, повторном бурении или повторном заканчивании; и не требует специального оборудования или техники для цементирования.

.