Портландцемент: разновидности, свойства и применение. Портландцемент - что это? Марки, технические характеристики

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

Характеристики

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

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

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

Они отличаются по сфере применения:

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

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

Состав клинкера насчитывает следующие химические составляющие: CaO, FeO, AlO, МgО, ТiO и SiO. Он также имеет сложный минеральный состав: алит, белит, алюмоферрит и алюминат. Суммарное содержание минеральных компонентов достигает 95-97%.
Удельный вес данного цемента – это относительная величина, поскольку материал имеет сыпучую структуру. Между его частичками расположено пространство воздуха. В данном случае на удельный вес будет влиять несколько факторов: транспортировка, условия хранения, марка цемента и т. д. Средний показатель веса может колебаться от 1200 до 1300 кг/куб. м.
Плотность отличается в зависимости от марки стройматериала и имеющихся в нем добавок (2,9-3,2 т/куб. м). В рыхлом состоянии он имеет плотность 1-1,1 т/куб. м, а в уплотненном – 1,5-1,7 т/куб. м.
Скорость и сроки схватывания фиксируется на специальном приборе с температурными показателями 18-22оС. Обычно этот процесс приходит в действие спустя два часа и заканчивается на 4-6 час. На данный показатель может влиять ряд факторов: степень помола, наличие минералов, требуемая густота раствора и прочее. Полное затвердевание происходит на 25-27 день.
Средняя цена на портландцемент будет зависеть от завода и страны-производителя, объема упаковки и марки продукции. Для портландцемента М400 цена может варьироваться от 150 до 250 рублей.

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

Особенности производства

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

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

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

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

сухой;
полусухой;
смешанный;
мокрый.

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

Получение портландцемента на заводе:

Чем отличается портландцемент от цемента

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

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

Разница в оценочных характеристиках материала представлена в таблице:

Области применения

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

Как разводить портландцемент

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

Преимущества и недостатки

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

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

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

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

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

У человека, впервые столкнувшегося с таким строительным материалом, закономерно может возникнуть вопрос: а есть ли различие между цементом и портландцементом? Прежде всего, нужно сказать, что вопрос поставлен некорректно. Портландцемент — один из видов цемента, правда, встречается он чаще всех остальных вместе взятых. Чтобы выявить особенности каждого из видов цемента, опишем их состав, свойства и область применения.

Итак, начнем с обычного портландцемента. Получают его при смешении перемолотых клинкера и гипса. Технология приготовления клинкера — известь и глину нагревают в печи до 1450°С. Затем, полученные гранулы перемалывают, а в смесь добавляют измельченный гипс. Это состав самого обычного портландцемента, который повсеместно применяется в строительстве (монолитном). Отечественные цементные заводы предлагают марок: М300, М400, М500, М600 (цифра в маркировке означает прочность цемента при сжатии). Но если изготовитель хочет получить портландцемент с особыми свойствами, то в клинкер вводят всевозможные силикаты, алюминаты (СaO; SiO2; Al2O3; Fe2O3; MgO; SO3), а в цемент добавляют минеральные добавки (пемза, вулканические туфы, кремнеземистые отходы) и пластификаторы. Несколько, из наиболее часто встречающихся модификаций портландцемента, приведены ниже.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) — бетоны на его основе набирают прочность уже на 3 сутки (при использовании обычного портландцемента на 28 сутки). Это свойство достигается путем изменения состава клинкера и вводом 10 % минеральных вулканических добавок (пепел, пемза) и около 15 % шлака в гранулах. БТЦ используют при сжатых сроках строительства.

Cульфатостойкий портландцемент — высокая стойкость бетона в сульфатных водах, медленное отвердевание. Логично, что применяют его при постройке различного типа гидросооружений и подземных сооружений (подвалы, парковки). Для изготовления клинкера такого цемента в качестве глинистого компонента добавляют трепел, диатомит. В качестве пластификатора кладут глину с низким содержанием глинозема. Клинкер не должен содержать активных добавок, так как активные добавки усиливают выделение тепла (экзотермию) при затвердевании.

Цемент с поверхностно-активными добавками — в клинкер добавляют пластификаторы (сульфитно-дрожжевую бражку, мылонафт) и гидрофобные добавки, которые придают порам и капиллярам бетона водоотталкивающие свойства. В результате из такого цемента, становится более пластичным и укладывается намного легче обычного.

Выпускают еще белый и цветной портландцементы . От обыкновенного портландцемента они отличаются количеством красящих оксидов и пигментов.

Тампонажный портландцемент нужен для приготовления бетона, которым тампонируют нефтяные и газовые скважины. У этого цемента очень строгие требования по текучести, прочности, времени схватывания и другим техническим характеристикам.

В шлаковых цементах идет деление на:

Шлакопортландцемент (ШПЦ). Чтобы приготовить клинкер перемалывают портландцемент, гипс и гранулы доменного шлака. Этот цемент устойчив к агрессивной среде и выделяет мало тепла при отвердевании (грубый помол). Используется в гидросооружениях.
Известково-шлаковый цемент (ИШЦ). Перемалывается доменный шлак, известь. Добавляют 10% гипса и готового портландцемента 20%. Бетоны, на основе ИШЦ, имеют низкие прочностные характеристики, хорошо показали себя только в воде, на воздухе быстро разрушаются. Низкая, относительно других видов цемента, себестоимость.
Глиноземистый цемент . Клинкер получают перемалыванием обожженной смеси бокситов (алюминиевая руда) и известняка. По содержанию Al2O3 (глинозема) различают глиноземистый и высокоглиноземистый цемент. Главное отличие глиноземистого цемента от обычного портландцемента то, что первый в своем составе не содержит ни гипса, ни минеральных добавок. Глиноземистый цемент очень быстро твердеет, но достаточно медленно схватывается. При добавлении в цемент портландцемента или извести, срок схватывания резко сокращается. Хорошо ведет себя в агрессивных средах. Глиноземистый цемент можно использовать при сжатых сроках строительства, зимних заливках. На основе высокоглиноземистого цемента, можно получать жаростойкие бетоны (футеровка печей и промышленных котлов).

Выделяют несколько марок цемента. В каждом случае материал обладает определенными характеристиками и имеет свое предназначение. Рассмотрим две таких марки, а точнее, выясним, чем отличается цемент М-400 от М-500.

Общие сведения

Цемент является необходимым материалом в строительной сфере. Изначально он представляет собой неорганическое порошкообразное вещество – смесь специальных компонентов. После добавления жидкости (воды или нужного раствора) цемент становится вязким, а затем затвердевает. Из упомянутого материала производят бетон и особые строительные составы.

Сравнение

Чтобы определить, в чем заключается отличие цемента М-400 от М-500, следует разобраться в маркировке. Под буквой «М», стоящей в начале, понимается максимальная нагрузка, которую способен воспринимать готовый цемент без разрушения. А цифры обозначают конкретные параметры прочности.

Чем выше число в правой части, тем больше способен выдержать материал. В нашем случае цемент М-400 является менее стойким. На его основе изготавливают железобетонные изделия. Продукт этой марки также применяется в штукатурных растворах и составах для заполнения пространства между кирпичами в процессе их кладки. Цемент М-400 отлично проявляет себя в рамках малоэтажного строительства.

А там, где к материалам предъявляются повышенные требования относительно их прочности, используют состав М-500. Цемент этой категории идет на возведение надежных сейсмостойких фундаментов, которые становятся основой многоэтажных зданий. Из него изготавливают бетон для сооружения жилых и промышленных объектов, а также таких подверженных нагрузке конструкций, как мосты, наземные плиты аэродромов, высотные строения.

Важной характеристикой цемента любой марки является скорость затвердевания. В чем разница между цементом М-400 и М-500 в этом отношении? В том, что материал первого образца застывает медленней. Это может расцениваться как преимущество, ведь риск образования дефектов при формировании изделий в таком случае минимален.

М-500 схватывается быстрей. Поэтому при работе с подобным материалом даже небольшое отклонение в соблюдении технологии способно привести к появлению внутренних пор или трещин на поверхности изделий. Вместе с тем благодаря сравнительно высокой скорости застывания цемент разряда М-500 становится незаменимым при проведении аварийно-ремонтных мероприятий.

Цемент – основной материал в строительной отрасли. Используется вместе с песком для формирования раствора или с другими инертными материалами, такими как щебень. Качество цемента и производные продукты зависят от сырья и пропорций составляющих компонентов, особенно в процентном отношении к воде. Соотношение вода/цемент имеет значение во избежание ухудшения сопротивления и механических свойств массы.

Цемент может быть улучшен по технологическим показателям и связано это не только с влагонепроницаемостью. Применяя добавки, цемент становиться более текучим, что особенно хорошо при отделочных работах или для заполнения конкретных форм. Если необходимо использовать цементный раствор в качестве клея – применяют специальные материалы, делающие его похожим на пасту. Добавка представляет собой вид смолы, при замешивании с цементом в небольших количествах преобразует его совершенно в другой материал. Цемент очень щедрый материал, дешевый и простой в использовании.

Определение портландцемента

Портландцемент – широко применяемый тип цемента, употребляется в качестве связующей основы для получения раствора.

Был изобретен в 1824 году в Англии каменщиком Джозефом Аспдином и получил свое название по сходству и внешнему виду с известняком Портленда, острова в графстве Дорсет (Англия).

Портландцемент получают путем измельчения клинкера с добавлением мела в необходимом количестве для упорядочения процесса гидратации. Проведя микроскопический анализ на куске цемента можно обнаружить присутствие четырех основных компонентов, а именно L алита (трехкальциевого силиката), белита (дикальция силикат), целита (трехкальциевого алюмината) и браунмиллерита (алюминат феррита).

Производство портландцемента происходит в три стадии:

Приготовление сырой смеси из сырья.
Производства клинкера.
Подготовка цемента.

В качестве сырья для производства Портланд материалов применяют минералы содержащие оксиды:

Кальция СаО (44%)
Кремния SiO 2 (14,5%)
Алюминия Al2O3 (3,5%)
Железа Fe2O3 (2%)
Магния MgO (1,6%)

Добыча происходит в шахтах, под землей или открытым небом в непосредственной близости от завода, которые, как правило, уже имеют требуемую композицию, а в некоторых случаях необходимо добавить глину, известняк, железную руду, бокситы или остатки литейных материалов.

Смесь нагревают в специальной цилиндрической печи, расположенной горизонтально с небольшим наклоном и медленно вращающейся. Температура поднимается вдоль цилиндра примерно до 1480°С.

Градус нагрева определяется таким образом, что минералы агрегируют, но не плавятся. В нижней секции карбонат кальция (известняк) распадается на оксид кальция и двуокись углерода (CO2).

В высокотемпературной зоне оксид кальция вступает в реакцию с силикатами, образуя силикат кальция (CaSiO3 и Ca2Si2O5), небольшое количество трехкальциевого алюмината (Ca3Al2O6) и алюминат феррита (C4AF, результат реакции 4CaO + Al2O3 + Fe2O3).

Полученный материал называют клинкер. Клинкер может храниться в течение многих лет, прежде чем поступит в производство при условии – избегать контакта с водой.

Теоретическая энергия необходимая для производства клинкера составляет около 1700 джоуль на грамм, величина дисперсии намного выше и может достигать до 3000 джоулей на грамм. Это предполагает большую потребность в энергии и значительное высвобождение двуокиси углерода в атмосферу – парниковых газов.

Количество углекислого газа в атмосфере в среднем равно 1,05 кг CO2 на 1 кг портландцементного клинкера.

Для улучшения характеристики готового продукта в клинкер добавляют около 2% гипса или сульфата кальция и смесь тонко измельчают. Полученный порошок фасуется и готов к использованию.

Цементный состав:

64% оксид кальция.
21% оксид кремния.
6,5% оксид алюминия.
4,5% оксид железа.
1,5% оксид магния.
1,6% сульфат.
1% других материалов, в том числе воды.

Портландцемент смешивают с водой, полученная смесь затвердевает в течение нескольких часов. Первоначальное упрочнение обусловлено реакцией между водой, гипсом и трехкальциевым алюминатом формируя кристаллическую структуру алюмината кальция гидрата (CAH), эттрингита (AFT) и моносульфата (AFM).

Последующее затвердение и развитие внутренних сил натяжения получено из медленной реакции воды с трех кальциевым силикатом с образованием силиката кальция аморфной структуры под названием гидрат (CSH гель). В обоих случаях, структуры обволакивают и связывают присутствующие отдельные гранулы материала.

Завершающая реакция производит силикагель (SiO2). Все три реакции вырабатывают тепло.

Путем добавления к цементу конкретных материалов (известняк и известь) получают пластический бетон быстрой установки и высокой технологичности. Строительный раствор с использованием смеси портландцемента и извести известен как известковый раствор. Этот материал используется для покрытия наружных поверхностей зданий (гипс). Обычный бетон фактически не поддается размазыванию.

Чем отличаются эти вида цемента

наиболее распространенный тип цемента общедоступного пользования, используется в качестве основного ингредиента – бетона, строительного раствора, штукатурки, затирки. Был создан на основе других видов гидравлической извести в Англии в середине 19 века. Происходит из известняка.

Порошок получают путем нагрева материалов в печи, чтобы сформировать то, что называется клинкером, при добавлении небольшого количества других добавок.

Плюсы и минусы:

Портландцемент может вызвать химические ожоги, раздражение, при длительном контакте – рак легких. Содержит некоторые вредные компоненты, такие как кристаллический диоксид кремния и шестивалентный хром.
Экологические проблемы связаны с высоким потреблением энергии, необходимым для шахты, производства и транспортировки цемента, загрязнением воздуха диоксидом и твердыми частицами.
Низкая стоимость и широкая доступность известняка, сланцев и других природных материалов, используемых в портландцементе, делают его одним из самых низко затратных материалов, широко применяемых по всему миру. Бетон изготавливается из портландцемента и известен как универсальный строительный материал.

Абсолютно любая область строительства не ограничивается без цемента. Он является важным фактором на всех этапах строительного процесса. Материал по своей сути уникальный, так как до сих пор не было обнаружено его аналогов.

Определение и состав цемента

Данный строительный материал представляет из себя измельченный порошок клинкера , в который в свою очередь введены модифицирующие добавки и наполнители. Говоря простыми слова, цемент является самым популярным строительным материалом, который используется для воздвижения конструкций различного рода и для производства высокопрочных изделий. При этом внешне цемент выглядит как серый порошок, состоящий из мелких крупинок. Крупинки же в соединении с водой превращаются в однородную смесь.

Виды цемента

Цемент подразделяется на несколько видов:

Портландцемент.
Шлаковый цемент.
Пуццолановый.
Белый вид цемента.
Гидрофобный.
Магнезиальный.
Специальный (кислотоупорный, цветной).

Основной технической характеристикой любого вида цемента является марка . Марка цемента условно обозначается буквой «М» и цифровым показателем. Цифры в свою очередь указывают на цифровой максимальный показатель нагрузки в килограммах на определенный объем застывшего цемента, то есть его прочность на сжатие. Иными словами, на практике это означает вес, который способен удержать цемент без разрушения. Так, к примеру известный цемент марки М400 способен вынести массу весом 400 кг, а М500, соответственно массу весом в 500 кг.

Так в чем же отличие, помимо весовой категории, между двумя марками цемента М400 и М500?!

Цемент марки М400

Цемент данной марки имеет достаточно высокую прочность и антикоррозийное свойство . Данная марка считается одной из самых распространенных, как при промышленном так и при бытовом строительстве. Цемент М400 используется в качестве основания в строительном бетоне или бетонном растворе. Также прочность данного цемента позволяет применять его при строительстве ЖБИ.

Данная марка цемента получила свое применение в следующих отраслях строительных работ:

При строительстве ЖБИ, железобетонных подземных, надземных и подводных строений.
При промышленном, сельскохозяйственном строительстве.
При изготовлении фундамента, балок.

Главным и первым преимущественным фактором данного цемента является низкая требовательность к твердению и регламенту строительства . Также отсутствие трещин при некоторых отклонений от технологии, что является еще одним преимуществом цемента данной марки. И естественно, тот неоспоримый факт, как цена. Цемент данной марки стоит намного дешевле нежели высоких марок, что позволит значительно сэкономить бюджет. Также стоит сказать и о таких преимуществах, как морозоустойчивость.

Единственным недостатком цемента марки М400 является прочность , а именно, данная марка цемента не подходит для строительства высотных зданий.

Цемент марки М500

Цемент данной марки является быстро затвердевающим строительным материалом. Данный цемент способен выдержать нагрузку до 500 кг на см. Благодаря своему быстро затвердевающему свойству данная марка цемента используется при проведении аварийных восстановительных и ремонтных работ. Существует два вида цемента данной марки, это:

М500 Д0, представляет из себя смесь без примесей и добавок. Применена в строительстве промышленного рода.
М500 Д20, в данном случае содержание добавок составляет 20%. Данный тип цемента используется для ремонтно-строительных работах.

Данная марка получила свое применение для производства различных бетонных и железобетонных конструкций. Также с помощью данного цемента производят сборный железобетон, фундаменты, балки и готовят растворы следующих типов:

Кладочные растворы.
Штукатурные растворы.
Строительные цементные растворы.

Конечно, говоря о цементе такой марки следует сказать и о существенно имеющихся преимуществах, а именно:

Высокая водостойкость.
Высокая морозостойкость.
Показатели прочности высокого уровня.
При осуществлении усадки показатели деформационного изменения имеют невысокий уровень.
Высокую устойчивость к длительному воздействию на него пониженных температур.

Помимо вышеизложенного, в связи с наличием в цементной смеси активных минеральных добавок, следует сказать и о повышенном антикоррозийном качестве.

Отличия М400 от М500

Рассматривая два варианта видно, что М500 выигрывает в выгоде, так как помимо изготовления тротуарной плитки и брусчатки, также применяется в строительстве многоэтажных монолитных жилых домов. Прочность также относится к отличительной черте между цемента этих двух видов.

Водоустойчивость цемента это показатель того, насколько та или иная марка подвергается влиянию воды, любой цемент впитывает в себя влагу, для каждой марки есть определенная норма
Затвердевание. Время твердения у каждой марки также разное, оно зависит от чистоты и качества глинистых пород, чем выше марка тем быстрее процесс.
Прочность цемента определяют с помощью уже готовых бетонных блоков, обязательно одинаковых по объему, путем сжатия до полного их крушения. Таким образом определяют какую нагрузку может выдержать бетон.
В каждом цементном порошке есть допустимое количество примесей по ГОСТу, это делают для того, чтоб удешевить готовую продукцию.
В состав цемента также входят опасные химические соединения, такие как хром, никель, бензол, этилбензол, формальдегиды.