ВЛАСТИВОСТІ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТУ ТА ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ

Портландцемент – один із основних в’яжучих матеріалів для будівництва. Він використовується для виготовлення бетонних і залізобетонних виробів, монолітного бетону, азбоцементних виробів, для будівництва доріг, гідроспоруд, мостів, метро, шахт та інших виробів і конструкцій.

Згідно стандарту портландцемент за міцністю поділяється на чотири марки: 400, 500, 550 і 600 ( за міцністю при стиску в кг/см² в віці 28 діб).

Початок тужавіння портландцементу повинен наступати не раніше 45 хв., а кінець - не пізніше 10 год. від початку замішування з водою. Для сповільнення терміну тужавіння цементного клінкеру під час його розмелювання додають гіпс. На швидкість тужавіння впливає:

- мінералогічний склад клінкеру (найшвидше гідратується трикальцієвий алюмінат);

- якість випалу;

- тонина розмелювання (тонкомелений цемент тужавіє швидше);

- кількість води (надлишок води сповільнює тужавіння);

- температура навколишнього середовища (збільшення температури пришвидшує, а зменшення сповільнює тужавіння).

При випробуванні зразків портландцементу в кип'яченій воді вони повинні рівномірно змінюватись в об'ємі. Якщо після вилежування зразків цементу цього не спостерігається його не можна використовувати, оскільки можуть виникнути напруження, які призведуть до руйнування бетону. Нерівномірність зміни об'єму може бути обумовлена підвищеним вмістом гіпсу, вільних CaO, MgO.

Тонина помолу цементу визначається залишком на ситі 008 не більше 15 %. Чим дрібніше розмелений цемент тим більша його міцність, особливо у початкові терміни тужавіння.

До головних властивостей портландцементу відносять: істинна і насипна густина, водопотреба, пластичність, водовідділення, морозостійкість, виділення тепла під час твердіння.

Зменшити водопотребу і збільшити пластичність можна за рахунок введення пластифікуючих поверхнево-активних речовин. Для тривалого зберігання цементу додають гідрофобізуючі речовини.

РІЗНОВИДНОСТІ ЦЕМЕНТІВ

Швидкотверднучий і високоміцний портландцемент характеризується прискореним наростанням міцності в початкові терміни тужавіння. Для нього характерний підвищений вміст трикальцієвого силікату, якого повинно бути не менше 50 %. До сировинних матеріалів висуваються підвищені вимоги за якістю. Температура його випалу дещо вища ніж звичайного портландцементу. Випалений клінкер розмелюють більш тонко. Під час його розмелювання допускається вводити не більше 10 % активних мінеральних додатків і не більше 15 % доменних гранульованих шлаків.

Білий портландцемент містить мінімальну кількість залізистих та інших забарвлюючих сполук. Вміст оксидів заліза в його складі допускається не більше 0,4-0,5 %. Як сировину для його виробництва використовують чистий вапняк чи крейду і каолін. Температура його випалу приблизно на 100 ^оС вища температури випалу звичайного портландцементу. Для інтенсифікації процесу випалу в сировинну суміш вводять кремнефтористий натрій чи інші мінералізатори, які не містять забарвлюючих домішок. Для уникнення попадання в цемент заліза його розмелювання здійснюють в спеціальних млинах, де футерування і мелючі тіла виготовлені з особливо твердих стальних чи неметалевих матеріалів (ураліт, кремнестий пісковик та ін.). Оскільки навіть найменша кількість заліза надає цементу слабкого відтінку клінкер ще раз випалюють у відновному середовищі при 1100-1200 ^оС з подальшим охолодженням без доступу кисню. Під час відбілювання Fe₂O₃ переходить у Fe₃O₄, що зменшує забарвлюючу здатність залізистих сполук.

Кольорові цементи різного забарвлення отримують при сумісному розмелюванні білого портландцементного клінкеру з природними чи синтетичними пігментами. В кольоровому цементі вміст мінеральних пігментів не повинен перевищувати 15 %, а органічних 0,3 %.

Гідрофобний портландцемент від звичайного відрізняється пониженою гігроскопічністю при зберіганні, а також здатністю надавати розчину і бетону з нього підвищену рухомість і зручність вкладання, а каменю після їх тужавіння високу морозостійкість. Його отримують, вводячи у звичайний портландцемент поряд з гіпсом 0,06-0,30 % (від маси цементу в перерахунку на суху речовину) гідрофобізуючих додатків (асидол, асидол-милонафт, олеїнова кислота, окислений петролатум).

Портландцемент для дорожних і аеродромних покриттів характеризується підвищеною міцністю на згин, деформативною здатністю, підвищеною щільністю і морозостійкістю, малим зсіданням, високою міцністю на удар, малим стиранням. Бажано, щоби цей портландцемент містив підвищену кількість трикальцієвого силікату. В цей цемент не дозволяється вводити інертні і активні додатки, за винятком 15 % гранульованого доменного шлаку.

Сульфатостійкий портландцемент повинен містити мінімальну кількість лужних оксидів, яких у перерахунку Na₂O повинно бути не більше 1 %. Його використовують для бетонних і залізобетонних конструкцій, які піддаються дії мінералізованих вод при одночасному систематичному почерговому заморожуванні і відтоплюванні, або зволоженні і висиханні.

Тампонажний портландцемент використовують для тампонування (цементування) нафтових і газових свердловин, що необхідно для ізоляції їх від грунтових вод. Тампонування полягає в тому, що в простір між обсадною трубою, яка опускається в свердловину і породою, яка складає стінки свердловини, нагнітають цементний розчин - рідку (рухому) масу - без піску з великою кількістю води (40-60 %). Така кількість води сповільнює тужавіння і зменшує міцність цементу.

Пуцолановий портландцемент є гідравлічною зв'язною речовиною, яку отримують сумісним розмелюванням (чи перемішуванням сухих окремо подрібнених) портландцементного клінкеру і активного мінерального додатку. Вміст в цементі мінерального додатку в залежності від його властивостей складає 20-40 %. Особливістю активних мінеральних додатків є те, що вони містять активний дрібнозернистий аморфний кремнезем. Цей аморфний кремнезем взаємодіє з гідрооксидом кальцію, який виділяється під час тужавіння цементу, утворюючи гідросилікати і гідроалюмінати кальцію, що підвищує стійкість цементу проти вилуговування, а також проти дії мінеральних вод. Як мінеральні додатки використовують природні мінеральні речовини осадового (діатоміт, трепел, опока, глієж) чи вулканічного (вулканічні траси чи туфи, вітрофіри, порфироїди) походження. Використовують також штучні мінеральні додатки (доменні та електротермофосфорні гранульовані шлаки, нефеліновий шлам, суху золу). Для регулювання термінів тужавіння в склад цементу з активними мінеральними додатками під час розмелювання вводять гіпс. Використовують пуцолановий портландцемент для підводних і підземних бетонних і залізобетонних споруд, які піддаються дії м'яких прісних і сульфатних вод. Але цей цемент не рекомендується використовувати в умовах почергового заморожування і відтоплювання чи висихання і зволоження, оскільки він мають понижену повітря - і морозостійкість.

Шлакопортландцемент є гідравлічною зв'язною речовиною, яку отримують сумісним розмелюванням (чи перемішуванням сухих окремо подрібнених) портландцементного клінкеру і доменного, електротермофосфорного гранульованого шлаку. Вміст шлаку в цементі 30-60 %. Для регулювання термінів тужавіння до шлакопортландцементу під час розмелювання додають гіпс. Використовують шлакопортландцемент для будівництва бетонних і залізобетонних підводних і підземних споруд, в тому числі тих, які піддаються дії мінералізованих вод, а також для наземних конструкцій. Під час тужавіння шлакопортландцементу з водою в першу чергу взаємодіє сам портландцемент. Подрібнені основні гранульовані шлаки повільно реагують з водою і володіють слабкими зв'язними властивостями. Для надання зв'язних властивостей кислим шлакам і покращення цих властивостей в основних шлаків до них додають лужні і сульфатні активізатори, наприклад вапняк і гіпс. В шлакопортландцементі роль лужного додатку відіграє гідрооксид кальцію, який виділяється під час тверднення портландцементу, а гіпс додають під час розмелювання. Шлакопортландцемент тужавіє повільніше ніж портландцемент. Додаток шлаку значно зменшує вартість цього цементу.

Портландцементи з наповнювачами отримують сумісним розмелюванням (або окремим розмелюванням з подальшим змішуванням) портландцементу і додатків: кварцового піску, вапняку, доломіту, вивержених порід. Ці додатки при звичайних температурах тужавіння не реагують з іншими складовими частинами цементів чи реагують з ними тільки в тонкому поверхневому шарі, тому їх називають наповнювачами. Лише через тривалий проміжок часу вони можуть реагувати з гідрооксидом кальцію і давати гідратні новоутворення. Введення додатків в склад портландцементу зменшує його міцність але зменшує деформації зсідання і вартість. Їх використовують для виготовлення мурувальних і тинькувальних розчинів.

Глиноземистий цемент є швидкотверднучою гідравлічною зв’язною речовиною, яку отримують тонким подрібненням клінкеру, який отримують розтопленням чи випалом до спікання сировинної суміші, що характеризуються підвищеним вмістом (30-50 %) Al₂O₃ (напр., боксити). У випаленому клінкері переважають низькоосновні алюмінати кальцію. Глиноземистий цемент є швидкотверднучим але не швидкотужавіючим зв’язним матеріалом. На початках після замішування з водою виділяється багато тепла, що є цінним у випадку використання цього цементу для бетонних робіт при низьких температурах. Проте в масивних спорудах температура у внутрішніх шарах може підвищитись до 70-80 ^оС, що може призвести до виникнення внутрішніх напружень і руйнування бетону. Не можна змішувати глиноземистий цемент і портландцемент оскільки отримана суміш швидко тужавіє а після тверднення має невелику міцність. Глиноземистий цемент використовують у швидкісному будівництві чи аварійних роботах. Його також використовують для приготування вогнетривких бетонів.

Розширні цементи отримують при додаванні до глиноземистого цементу чи портландцементу спеціальних розширних додатків. При твердненні звичайні цементи дають зсідання внаслідок того, що гелеподібні продукти гідратації висихають і ущільнюються. Це призводить до формування пористої структури каменю, що спричинює водопроникність бетонних конструкцій. При твердненні розширного цементу утворюється більш щільний цементний камінь

III. ВИРОБИ ІЗ СКЛА