Гідравлічне вапно та романцемент. Портландцемент та технологія виробництва. Хіміко - мінералогічний склад портландцементного клінкеру. Твердіння портландцементу й формування структури цементного каменю. Властивості портландцементу.

Регулюючи мінеральний склад і структуру клінкеру, тонкість помелу та зерновий склад цементу, а також уводячи в процесі помелу мінеральні та органічні добавки, одержують портландцементи з поліпшеними властивостями.

Швидкотверднучий портландцемент (ШТЦ) характеризується інтенсивнішим, ніж звичайний, наростанням міцності в початковий період твердіння. Через 3 доби твердіння його міцність на стиск становить 25…28 МПа.

Застосовуючи швидкотверднучий цемент у будівництві, вдається зменшувати строки тепловологової обробки бетонів або повністю виключати її, значно прискорювати темпи будівництва, виконувати бетонні роботи на морозі.

Особливошвидкотверднучий високоміцний портландцемент (ОШТЦ) марки 600 у віці 1 доби має границю міцності при стиску 20…25 МПа, а у віці 3 діб – 40 МПа.

Пластифікований портландцемент виготовляють тонким подрібненням портландцементного клінкеру з двоводним гіпсом (3…5 %) і з додаванням під час помелу майже 0,25 % (у розрахунку на суху речовину) лігносульфонату технічного (ЛСТ) чи іншої пластифікуючої добавки. Пластифікуючий ефект такого цементу використовують для зменшення водоцементного відношення й підвищення щільності, морозостійкості та водонепроникності бетону.

Гідрофобний портландцемент одержують подрібненням портландцементного клінкеру з двоводним гіпсом (3…5 %) і з додаванням під час помелу 0,08…0,25 % однієї з гідрофобізуючих добавок – олеїнової кислоти, асидолу, милонафту. Ці речовини, адсорбуючись на поверхні зерен цементу, утворюють найтонші водовідштовхувальні плівки, які зменшують гігроскопічність при перевезеннях та складуванні в умовах з підвищеною вологістю повітря без втрати активності.

Гідрофобні добавки, які лишаються в тверднучому матеріалі, поліпшують якість виробу (підвищують водонепроникність, морозостійкість та корозійну стійкість).

Пуцолановий портландцемент одержують спільним помелом клінкеру, двоводного гіпсу (3…5 %), активної мінеральної добавки осадового походження (20…30 %) або вулканічного попелу, туфу, глієжів, паливної золи (25…40 %).
Слід враховувати, що при експлуатації бетону на пуцолановому цементі в повітряно-сухих умовах він дає велику усадку й частково втрачає міцність.

Шлакопортландцемент одержують спільним помелом клінкеру портландцементу, до 3,5 % гіпсу й 21…80 % гранульованого доменного чи електротермофосфорного шлаку.

Швидкотверднучий шлакопортландцемент відрізняється від звичайного шлакопортландцементу підвищеним вмістом у клінкері C3S і C3A, дозою шлаку (30…50 %) і підвищеною тонкістю помелу (350…450 м²/кг).

Сульфатостійкий шлакопортландцемент є різновидом шлакопортландцементний клінкер із вмістом С3А £ 8 %. Марки такого цементу: 300 і 400. Сульфатостійкий шлакопортландцемент застосовують для підземних та підводних частин споруд, які зазнають сульфатної корозії.

Сульфатостійкий портландцемент – це гідравлічна в'яжуча речовина, стійка щодо дії вод, які містять сульфатні аніони. Цей цемент виготовляють з клінкеру нормованого мінералогічного складу: C3S не більш як, 50 %, С3А не більш як 5 %, а сума С3А і С4АF – не більше ніж 22 %.

Застосовують сульфатостійкий портландцемент, виготовляючи бетони, призначені для роботи в морській воді, а також для бетонів підвищеної морозостійкості.

Білий портландцемент декоративного призначення одержують із чистих  вапняків, кварцового піску, каолінових глин, чистих різновидів гіпсу, діатомітів, світлих туфів, які майже не містять оксидів металів (заліза, марганцю, хрому).

Кольорові портландцементи  одержують двома способами: 1) одночасно перемелюють білий клінкер з відповідними мінеральними пігментами; 2) забарвлюють клінкер, уводячи до складу сировинної шихти хромоформи – оксиди елементів змінної  валентності (Fe, Cr, Ni, Co, Mn тощо), які надають цементу інтенсивного забарвлення.

Білий та кольоровий  портландцементи мають марки 400 і 500, а застосовують їх для архітектурно-оздоблюваних робіт, облицювального шару стінових панелей і блоків штучного мармуру, скульптурних робіт.

Мурувальні цементи призначаються для виготовлення мурувальних і штукатурних розчинів. Основні вимоги до них: висока пластичність тіста, добре зчеплення з цеглою, мінімальна усадка.

Тампонажний цемент призначається для ізоляції пластів, кріплення обсадних колон та іншої арматури під час буріння та експлуатації нафтових і газових свердловин чи влаштування інших глибинних підземних споруд, тобто для специфічних умов експлуатації.

Глиноземистий цемент – це швидкотверднуча гідравлічна в'яжуча речовина, яка складається переважно з низькоосновних алюмінатів кальцію. Його виготовляють тонким подрібненням випаленої до плавлення чи спікання сировинної суміші, що складається здебільшого з бокситів та вапняків.

Тепловиділення глиноземистого цементу в 1,5 раза вище, ніж у портландцементу, і тому його можна застосовувати в зимовому бетонуванні.
Затверділий глиноземистий цемент має високу стійкість у мінералізованих водах завдяки високій щільності, водонепроникності, відсутності в складі цементного каменю Са(ОН)2, незначній розчинності у воді гідроалюмінатів кальцію та захисній дії плівок з гідроксиду алюмінію на поверхні гідратованих та негідратованих часточок цементу.
Слід враховувати, що глиноземистий цемент не стійкий до дії лугів та концентрованих мінеральних кислот.

Водонепроникний розширний цемент – це швидкотужавіюча та швидкотверднуча гідравлічна в'яжуча речовина, одержана помелом або змішуванням у кульовому млині тонко подрібнених глиноземистого цементу (70…76 %), напівводного гіпсу (20…22 %) і високоосновного алюмінату кальцію   

4СаО × Al2O3 × 13Н2О (10…11 %).

Слід враховувати, що водонепроникний розширний цемент має знижену морозостійкість і тому його можна застосовувати при температурах вище нуля для відновлення зруйнованих бетонних та залізобетонних конструкцій, для гідроізоляції тунелів, стовбурів шахт, у підземному та підводному будівництві, при створенні водонепроникних швів.

Гіпсоглиноземистий розширений, або безусадочний, цемент є швидкотверднучим гідравлічним в'яжучим, одержаним в результаті спільного помелу чи змішування (попередньо подрібнених) сисокоглиноземистого клінкеру чи шлаку (70 %) в природного двоводного гіпсу (30 %), які при гідратації й твердінні утворюють кристалічний етрингіт.
Гіпсоглиноземистий цемент застосовують для виготовлення безусадочних та розширних водонепроникних розчинів і бетонів, для обмонолічування стиків, гідроізоляції шахт, підвалів, карбування труб тощо.

Алінітовий цемент (АЦ) одержують спільним помолом клінкера і гіпса. Попередньо при виготовленні клінкера в суміш додають CaCl2 (< 1,5%). Вміст SO3 (2,5 – 3,5%). Питома поверхня – 1000-4500 см2/г. Обпалення клінкера проводять при t° = 1050-1150°С. Марка бетону  –  600 – 800.

Розширний портландцемент одержують спільним помелом 60…65 % портландцементного алітового клінкеру, 5…7 % глиноземистого клінкеру або високоглиноземного шлаку, 7…10 % двоводного гіпсу й 20…25 % активної мінеральної добавки (трепелу, опоки, діатоміту). Механізм розширення зумовлюється утворенням кристалів етрингіту, які збільшують об'єм.

Основні галузі застосування такого цементу – дорожнє та підземне будівництво, тампонажні роботи, виготовлення залізобетонних виробів з напруженим армуванням (обмонолічування каналів з напруженою арматурою).

Напружувальний цемент одержують спільним помелом 65…75 % портландцементного клінкеру,  13…20 % глиноземистого цементу й 6…10 % двоводного гіпсу. Його використовують для виготовлення підводних і підземних напірних споруд, спорудження спортивних об'єктів, як тонкостінні просторові конструкції.

Вапняно-пуцолановий цемент одержують спільним помелом 15…30 % повітряного вапна з активними мінеральними добавками (трепел, діатоміт тощо).

Вапняно-шлаковий цемент одержують спільним помелом доменних гранульованих шлаків з повітряним вапном (10…30 %) і гіпсом (до 5 %).
Вапняно-шлакові і пуцоланові цементи тужавіють і тверднуть повільно, але при термовологовій обробці твердіння прискорюється. Вони стійкі в прісній воді, але мають невисоку морозостійкість. Його застосовують у бетонах невисоких марок і в будівельних розчинах.

Гіпсоцементнопуцоланові в'яжучі

Щоб надати гідравлічності гіпсовим в'яжучим, ретельно змішують 50…70 % напівводного гіпсу з 15…25 % портландцементу та 10…25 % активної мінеральної добавки, яка містить кремнезем у активній формі (діатоміт, трепел, опоку, активні вулканічні породи, глини, випалені при 600…700°С, тощо). Застосовуються у заводському виробництві санітарно-технічних кабін, стінових панелей та інших виробів.