Разновидности цемента

Цемент - это гидравлическое вяжущее, занимающее в строительстве первостепенное место. Существует много видов цементов - один из них это портландцемент.

Портландцементом (ГОСТ 970-41) называют вяжущее вещество, способное твердеть на воздухе и в воде и изготовляемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, гипса и различных добавок (не более 15%). Портландцементный клинкер получают путем обжига смеси определенного химического состава, в которую входят известняк и глина. В природе таким составом обладают известковые мергели. Практически исходную сырьевую смесь, как правило, получают, смешивая в определенных пропорциях несколько горных пород. Для этого используются чистые и мергелистые известняки, а также мел, к которым добавляют глину, глинистый мергель, известковую глину.

Сырьевую смесь можно приготовлять сухим способом или более распространенным мокрым способом. Во втором случае измельчение и смешивание исходных материалов производится в присутствии большого количества воды. Цемент благодаря этому получается более однородным, кроме того, улучшаются условия труда, так как нет пыли. Измельченную глину или заменяющие ее породы в специальных бассейнах превращают в жидкий шлам. Из бассейнов шлам подается во вращающуюся мельницу, где происходит размол извести и смешивание ее со шламом. Эта мельница обычно имеет форму трубы (рис. 1), ее внутренняя поверхность облицована броневыми плитами.

Рис. 1. Трубная мельница
1 - стальной цилиндр,
2 - торцовая крышка,
3 - цапфы,
4 - подшипники,
5 и 6 - перегородки с решетками

Измельчение материала производится стальными шарами диаметром 90-100 мм и стальными же цилиндриками диаметром 16-25 мм и длиной, равной полутора диаметрам. Увлекаемые стенками вращающейся мельницы на некоторую высоту, шары и цилиндрики не могут на ней удержаться и падают обратно, дробя и истирая частицы материала. Из мельницы шлам, теперь уже глиноизвестковый, поступает в шламовый бассейн, где непрерывно перемешивается. В этом бассейне производится окончательная корректировка состава шлама. Из бассейна шлам подается во вращающуюся обжиговую печь. Такая печь представляет собой стальной цилиндр диаметром до 4,5 м и длиной до 150-170 м, установленный несколько наклонно к горизонту и при работе печи вращающийся со скоростью 1-2 об/мин. В нижнем конце печи имеются форсунки, через них в печь подается пылевидное или газообразное топливо, при сгорании которого образуется длинный факел пламени. Шлам непрерывно подается в верхнюю часть печи, откуда он постепенно опускается вниз, встречаясь с горячими газами. В начале его пути из шлама, при температуре 100-150°, испаряется вода.

Несколько ниже из него выгорают органические примеси. В средней части печи, при температуре 1000-1100°, происходит декарбонизация известняка, т. е. его распад на окись кальция и углекислый газ. В нижней части печи - зоне обжига, где температура приближается к 1500°, идет процесс соединения известняка с глинистыми веществами - процесс спекания. Готовый клинкер в виде округлых зерен (гранул) размером менее 1 см поступает из печи в холодильник; тепло, которое отдается клинкером, используется на подогрев воздуха, поступающего в печь. Из холодильника клинкер транспортируется в специально предназначенный для него склад, где выдерживается 1-2 недели. В течение этого времени за счет влаги воздуха гасится оставшаяся в клинкере свободная окись кальция и происходит некоторое размягчение клинкера, облегчающее его измельчение. Помол клинкера производится в трубных мельницах; крупные гранулы сначала пропускают через дробилку. При помоле, для регулирования времени схватывания цемента, добавляют до 3% гипса.

Добавка гипса ускоряет также нарастание начальной прочности затвердевшего теста и уменьшает его усадку. Можно добавлять и гранулированный доменный шлак или другие активные вещества, полезно вводить и до 10% инертных (т. е. неактивных) добавок, например, молотого кварца, молотого известняка; последние, не ухудшая качества цемента, увеличивают его выход. Общее количество добавок, как уже упоминалось, не должно превышать 15%. ГОСТ 970-61 допускает еще применение до 1% специальных добавок, облегчающих помол клинкера.

В качестве активных минеральных добавок (ГОСТ 6269-54) применяют тонкоизмельченные горные породы, а также промышленные отходы, способные связываться со свободной известью и придавать ей свойство твердеть в воде. Естественные активные добавки - вулканические пеплы, туфы, трассы, пемза, диатомиты, трепелы, опоки; искусственные активные добавки - топливные золы и шлаки, доменные гранулированные шлаки, обожженные глины и др. Тонкость помола цемента действующими стандартами не устанавливается. Принято, что суммарная поверхность навески цемента в 1 г составляет около 1800 см2; у некоторых цементов она может доходить до 2800 см2.

Бесспорно одно: чем тоньше помол, тем выше активность цемента, его прочность и скорость гидратации. Измельченный в вибромельницах клинкер подается в силосы для выдержки. Длительность выдержки определяется сроком, необходимым для окончательного гашения остатков свободной окиси кальция, Портландцемент считается готовым, когда при испытании покажет равномерное изменение объема и нормальные сроки схватывания.

Чтобы продолжить рассмотрение портландцемента, следует коротко остановиться на явлении твердения цемента. Твердение цемента происходит в результате сложных физико-химических процессов. Упрощенно его можно объяснить следующим образом.

Твердение состоит из двух стадий.
Первая стадия - схватывание. На этой стадии благодаря действию воды на частицы цемента происходит гидролиз (разложение водой) одних химических соединений и гидратация (соединение с водой) других. Получающиеся при этом вещества находятся в студнеобразном состоянии, образуя так называемый гель. Цементное тесто постепенно густеет, теряет пластичность - оно, как говорят, схватывается. Скорость схватывания портландцемента, как и других цементов, зависит от температуры окружающей среды: с понижением температуры длительность схватывания увеличивается, а с повышением температуры сокращается. Техническими условиями регламентируются начало и конец схватывания применительно к температуре +20°. При этой температуре начало схватывания портландцемента должно наступить не ранее чем через 45 мин., а конец схватывания - не позднее чем через 12 час. после начала затворения.

Вторая стадия - твердение характеризуется переходом геля в камневидное состояние. Этот переход является следствием кристаллизации возникших в цементе химических соединений, а также результатом карбонизации, т. е. соединения цемента с углекислым газом при его твердении на воздухе. На второй стадии прочность затвердевшего теста нарастает. В первые 3-7 дней этот процесс протекает очень быстро; затем увеличение прочности все больше замедляется и через 3 месяца оно становится очень малым. Однако полностью оно не прекращается. Опытами установлено, что нарастание прочности происходит даже через 30 лет (дальше опыты не производились). Твердение цемента можно ускорить добавлением в раствор, где он применяется, хлористого кальция или соляной кислоты (НС1). Хлористого кальция берут в количестве 1,5-3% к весу цемента. Наивыгоднейшее количество определяют опытным путем отдельно для каждого вида цемента. Правильно подобранной добавкой можно увеличить прочность раствора в трехдневном возрасте почти в два раза. Соляную кислоту добавляют в виде 1-2-процентного раствора.

К портландцементу, как и к другим цементам, предъявляется обязательное требование - равномерно изменять свой объем при твердении. Проверяют это кипячением в воде и пропариванием лепешек из цементного теста в возрасте 24 часов. На рис. 2 показана технологическая схема производства цемента.

Рис. 2. Пневмомеханический разгрузчик цемента и схема его установки для работы

Портландцемент представляет собой тонкий порошок зеленовато-серого цвета, сообщаемого цементу железом и марганцем, входящими в состав клинкера. Удельный вес портландцемента 3,05-3,15. Его объемный вес может изменяться в очень широких пределах (от 900 до 1600 кг/м3) в зависимости от степени уплотнения цемента. В связи с этим технические условия предусматривают дозирование цемента для приготовления растворов и бетонов по весу, а не по объему.

Цемент отгружают потребителям навалом в специальных вагонах или в бумажных мешках из четырех, пяти и даже шести слоев непропитанной бумаги. Упаковка цемента в мешки производится на специальной машине. При транспортировке цемента, особенно в тех случаях, когда он перевозится навалом, все перегрузочные работы должны выполняться механизированным способом. Для производства этих работ наша промышленность выпускает пневматические и пневмомеханические разгрузчики цемента. Пневмомеханический разгрузчик одного из видов показан на рис. 2, а, схема его установки для работы представлена из рис. 2, б.

Автотранспортные перевозки цемента осуществляются при помощи специальных машин - цементовозов. Загрузка машин производится через горловины в их верхней части, а выгрузка - сжатым воздухом, поступающим от компрессора, который установлен на цементовозе. Хранят цемент в инвентарных металлических емкостях (бункерах). Цемент при транспортировании и хранении нужно всячески оберегать от воздействия влаги и загрязнения посторонними примесями. Каждую марку и каждый вид цемента хранят в отдельных бункерах. Длительное хранение отрицательно влияет на прочность цемента. Установлено, что после 3-месячного хранения цемент теряет до 20% прочности, после 6-месячного- до 30%, а после года хранения - до 40% прочности.

Портландцемент - один из самых распространенных вяжущих. Применяют его главным образом при возведении бетонных и железобетонных конструкций и сооружений. В отделочных работах, учитывая высокую стоимость этого материала, употребляют низкие марки портландцемента или цементы, приготовленные на его основе.

Описание других видов портландцемента:
Пластифицированный портландцемент
Гидрофобный портландцемент
Шлакопортландцемент
Белый и цветные портландцементы
Глиноземистый цемент
Расширяющийся цемент
Кислотоупорный цемент
Шлаковые цементы
Глины