Разнообразие видов цемента заметно варьируется в зависимости от их минералогического и химического состава, поскольку составные части и пропорции используемых сырьевых материалов могут значительно отличаться друг от друга.
Где применяют сульфатостойкий цемент
Сульфаты, которые представляют собой соли серной кислоты и могут встречаться в почвенных и водных источниках, осуществляют реакцию с гидроксидом кальция и глинистыми компонентами цементной пасты при контакте с бетоном. Этот химический процесс приводит к медленному разрушению конструкции из-за образования сульфатных солей. Важно отметить, что скорость и степень разрушения конструкции зависят в первоочередном порядке от объема содержания глинистых компонентов в бетоне, чем их больше, тем быстрее идет разрушение.
Для создания коррозионно-стойких бетонных смесей, способных противостоять такому ущербу, используется сульфатостойкий цемент, который имеет определенные стандарты, соблюдаемые при его производстве (по ГОСТ 22266-2013).
Виды цемента
Классификация по составу
Сульфатостойкие цементы классифицируются по составу на четыре основных типа:
- ЦЕМ I — чистый портландцемент;
- ЦЕМ II/А — смесь портландцемента с добавками, содержание которых не превышает 20% от общего объема;
- ЦЕМ II/B — комбинация портландцемента с добавками, где содержание добавок варьируется от 21 до 35%;
- ЦЕМ III/A — шлакопортландцемент, где содержание шлака составляет от 36 до 65%.
В качестве дополнительных компонентов, применяемых в этих смесях, могут использоваться доменный шлак, пуццолан, а также их смеси с микрокремнеземом для повышения прочностных характеристик.
Классификация по прочности
Технические характеристики цементов, в частности, их прочность на сжатие, подразделяют на различные категории, также выделяются две подкатегории. Существует только четыре типа сульфатостойких цементов, которые выпускаются на основании их прочности.
В таблице ниже представлена информация о минимальной прочности на сжатие сульфатостойких цементов (МПа):
| Класс | Подкласс | 2 сутки | 7 сутки | 28 сутки |
| 32,5 | Н | – | 16 | 32,5 |
| Б | 10 | – | 32,5 | |
| 42,5 | Н | 10 | – | 42,5 |
| Б | 20 | – | 42,5 |
Подкатегории представлены двумя типами: Н означает нормальное твердение, а Б — быстрое твердение.
Маркировка сульфатостойкого цемента
На упаковке каждого мешка с цементом обязательно указывается тип продукта. В тех случаях, когда цемент помещен в мягкие контейнеры, используется стойкая к стиранию краска, а этикетка с информацией помещается в специальный защитный пакет.
Когда цемент представлен в небольших прозрачных мешках, маркировка проводится стандартным способом, либо этикетка размещается между слоями полиэтилена. Если имеется несколько мешков, упакованных в один общий контейнер, необходимо обеспечить наличие этикетки на последнем мешке, содержащей информацию о количестве упаковок.
На упаковке с цементом должны быть четко указаны: наименование цемента, еговид, тип добавок, класс прочности и подкласс. Если цемент обладает улучшенной стойкостью к сульфатным солям, на упаковке дополнительно указывается обозначение СС, что означает «сульфатостойкий». Также важно указать стандарт, в соответствии с которым цемент был произведен.
Например, маркировка может выглядеть следующим образом: сульфатостойкий портландцемент ЦЕМ II/А-П 32,5Н СС ГОСТ 22266-2013. Это означает, что материал является основывающимся на портландцементе с добавлением до 20% пуццолана, имеет класс прочности 32,5, нормальное время схватывания и сульфатостойкий.
Дополнительные свойства могут быть достигнуты за счет использования специальных добавок или уменьшения содержания определенных компонентов:
- ПЛ — пластифицированный;
- ГФ — гидрофобизированный;
- НЩ — низкощелочной.
Эти свойства могут комбинироваться, например, возможна слабощелочная пластификация, обозначаемая как (NL PL).
Особенности
Сульфатостойкий цемент изготавливается на основе тонкоизмельченного портландцементного клинкера, который смешивается с гипсом, и представляет собой разновидность обычного портландцемента, отличающегося повышенной стойкостью к сульфатам.
К качеству клинкера, используемого в процессе производства сульфатостойкого цемента, предъявляются строгие требования. К примеру, существует четкое регулирование его химического состава:
- концентрация трехкальциевого силиката не должна превышать 50%;
- концентрация алюмината является критически важной и не должна превышать 5%;
- глиноземный модуль должен составлять более 0,7%;
- суммарное содержание C3A и C4AF не должно превышать 22%.
Эти лимиты установлены для защиты сложившейся микроструктуры клинкера от разрушения, вызванного сульфатной коррозией.
Использование
Применение сульфатостойких цементов является оптимальным решением при строительстве объектов, которые будут подвергаться агрессивной внешней среде.
К таким условиям относятся:
- значительные морозы и резкие колебания температур;
- частые осадки и перепады влажности, наводнения, приливы и отливы, а также грунтовые воды;
- перемещение грунта, его усадка или, наоборот, вспучивание;
- воздействие агрессивных химических жидкостей, например, нестабильные грунтовые воды;
- сейсмическая активность в данной области.
Наиболее распространенные области применения сульфатостойких цементов можно выразить в виде следующего перечня:
- цинк-сульфатные мостовые сваи;
- гидротехнические сооружения, предназначенные для работы в морской или океанической среде;
- подводные и подземные массивы;
- морские и речные молы;
- конструкции из железобетона;
- объекты с повышенной напряженностью.
Разновидности сульфатостойкого цемента
Рассмотрим ключевые виды сульфатостойких цементов с учетом их состава:
- Портландцемент без добавок. Введение каких-либо минеральных или инертных добавок в такой цемент недопустимо. Он является универсальным материалом, обладающим стойкостью к колебаниям температуры и влажности.
- Шлакопортландцемент. В этом типе цемента основной добавкой выступает гранулированный доменный шлак, который перемалывается вместе с клинкером и составляет 40-60% от общего объема смеси. Необходимо отметить, что содержание оксида алюминия в шлаке должно соответствовать нормам — не превышать 10-12%. Характерной особенностью шлакопортландцемента является его слабая стойкость к замораживанию.
- Портландцемент с добавлением минеральных добавок. В качестве минеральных добавок может применяться шлак в количестве 15-20% общего объема, а также пуццолан или комбинации пуццолана и микрокремнезема со шлаком. Процент минеральных добавок колеблется от 5 до 10%. Этот сорт сульфатостойкого цементаRemark обладает забойной стойкостью к замораживанию и отклонениям влажности.
- Пуццолановый портландцемент. Содержит смесь доменного шлака и пуццоланов — активных минеральных добавок вулканического происхождения, таких как пепел или пемза. По сравнению с обычным портландцементом, он высокоустойчив к сульфатной коррозии, однако хуже переносит резкие температурные изменения и влажностные колебания.
Естественные природные и искусственные факторы воздействия на бетоны
Факторы воздействия на наружные бетонные элементы несколько отличаются по характеру от тех, которые влияют на долговечность бетонных конструкций, расположенных в нижних слоях, отсюда и деление на две основные группы.
Надземная часть
Виды воздействий на открытые части железобетонных изделий могут включать:
- Атмосферные явления и естественные природные процессы, такие как осадки, изменения температуры воздуха, количество циклов замораживания и оттаивания, а также явления приливов, отливов, паводков и затоплений;
- Деформационные явления, связанные с температурным изменением — например, вспучивание грунтов от мороза, либо естественные или технологические деформации грунтов под влиянием нагрузок; воздействие агрессивных жидкостей и газов, таких как нефтепродукты и кислоты.
Подземная часть
Подземные части железобетонных конструкций подвергаются множеству индивидуальных и систематических разрушительных воздействий, включая:
- морозное пучение грунтов;
- природные сейсмические явления;
- давление и неравномерность уровней грунтовых вод;
- нестабильный и нерегулируемый химический состав подземных вод.
Маркировка сульфатостойкого цемента
Тип цемента указывается на боковой стороне упаковки каждого мешка. Если цемент упакован в мягкие контейнеры, применяется несмываемая краска, а заполненная этикетка помещается в специальный пакет.
Для цемента, упакованного в небольшие прозрачные мешки, используется стандартная маркировка, либо этикетка помещается между слоями полиэтилена. Если несколько мешков упакованы в общий контейнер, этикетка также должна находиться на последнем с указанием количества упаковок.
На цементе должны быть четко указаны наименование продукта, его вид, тип добавок, класс прочности и подкласс. Для материалов, обладающих повышенной защитой против воздействия сульфатных солей, добавляется обозначение СС — сульфатостойкий. Дополнительно маркировка включает стандарт, в соответствии с которым производится цемент.
К примеру, сульфатостойкий портландцемент может иметь маркировку: ЦЕМ II/А-П 32,5Н СС ГОСТ 22266-2013. Это означает, что данный цемент является основанным на портландцементе с добавлением до 20% пуццолана, имеет класс прочности 32,5, нормальное схватывание и признается сульфатостойким по стандарту ГОСТ 22266-2013.
Кроме того, специальные свойства материала могут быть достигнуты путем добавления уникальных добавок или снижения содержания определенных компонентов:
- ПЛ — пластифицированный;
- ГФ — гидрофобизированный;
- НЩ — низкощелочной.
Указанные характеристики могут сочетаться друг с другом, например, возможно применение слабощелочной пластификации, обозначаемой как (NL PL).
Специальный цемент и модифицирующие добавки
Наличие солей и сульфатов в воде, которые способны вызывать разрушение бетона, побуждает производителей цемента к поиску средств защиты данного материала.
Для повышения влагостойкости железобетонных изделий и конструкций можно применять более высокие марки бетона или особые добавки.
Для борьбы с воздействием агрессивных химических компонентов в воде были разработаны специальные виды бетона и бетонных изделий. Один из наиболее популярных типов — сульфатостойкий бетон, возможно изготовить из обычных типов цемента, добавляя к ним модифицирующие добавки.
Однако более надежным и практичным вариантом служит применение специального портландцемента, имеющего свойства сульфатостойкости, в качестве вяжущего для агрессивностойкого бетона.
Для производства сульфатостойкого бетона могут использоваться следующие виды цементов:
Основные свойства сульфатостойкого бетона выражаются в следующем:
Процент частиц, оставшихся после просеивания через сито с размером ячеек 80 мкм, не должен превышать 15%.
Область применения данного материала определяется его конструктивными и физико-химическими преимуществами.
Эти смеси находят применение в строительстве объектов, подвергающихся агрессивному воздействию окружающей среды:
- в условиях морозов или резкого повышения температуры;
- при регулярных атмосферных осадках, повышении влажности, взаимодействии с приливными и подземными водами;
- при вспучивании либо осадке грунта;
- в условиях воздействия агрессивных веществ, содержащихся в сточных водах;
- в регионах с сейсмической активностью.
Сульфатостойкий бетон активно используется для строительства фундаментов, гидротехнических сооружений, опор мостов, железобетонных накладок колодцев, плотин на реках и озерах.
Маркировки
При приобретении сульфатостойкого портландцемента крайне важно обратить внимание на марку, приведенную на упаковке. Эта маркировка отражает прочность материала на сжатие. Портландшлаковый цемент делится на классы М300, М400 и М500. На упаковках растворов, содержащих минеральные добавки, можно встретить марки М400 и М500. Цементы без добавок чаще всего маркируются как М400, в то время как пуццолановый цемент может быть представлен маркировками М300 и М400.
Следует отметить, что при длительном хранении цемента может наблюдаться потеря прочности — за полгода данный показатель может снизиться на 10%.
Применение
Благодаря своим основным составляющим, портландцемент, который также устойчив к воздействию неблагоприятных физических факторов и вредных химических соединений, обеспечивает долговечность и прочность конструкций, изготовленных с его использованием.
Портландцемент служит в производстве сульфатостойкого бетона и применяется при создании следующих конструкций:
- сульфатостойкие сваи;
- железобетонные конструкции;
- опоры мостов;
- гидротехнические сооружения.
Важно уделить особое внимание сульфатостойким сваям, чтобы понять их назначение и значение. Сваи — это конструкции, сформированные из крупных стержней портландцемента, в основном используемые для усиления сооружений и поддержки фундаментов зданий.
Качество этих конструкции оказывает прямое влияние на долговечность и безопасность строений. Сваи углубляются в землю, обеспечивая устойчивость к влаге, осадкам, подземным водам и химическим компонентам почвы. Они в преимущественном порядке применяются при возведении крупных мостов, гидротехнических строений и плотин.
Сульфатостойкий бетон возможно производить даже на основе обычного цемента, если в раствор добавляют минеральные добавки. Тем не менее, при производстве сульфатостойкого бетона предпочтительнее использовать портландцемент, что значительно повышает прочностные характеристики конструкции на всех этапах — от процесса бетонирования и до надежной защиты в течение всего срока эксплуатации железобетонного изделия.
Состав клинкера
Клинкер представляет собой промежуточный продукт в технологии получения портландцемента. Впервые клинкер был получен в 1817 году, когда французский легендарный инженер Луи Вика применил его для изготовления цемента. Этот важный шаг в дальнейшем способствовал созданию искусственного цемента (портландцемента) в 1840 году.
Сульфатостойкий цемент производится на основе компонентов клинкера, которые подвергнуты измельчению. При изготовлении материала необходимо строго придерживаться точной дозировки всех компонентов. Конечный продукт обычно включает 5% глины и 50% силиката. Такое соотношение поясняется высоким содержанием сульфатных соединений, которые уже присутствуют в почве и в водах осадков.
Сульфаты, вступая в реакцию с глиной, могут привести к изменению её структуры. Именно поэтому в сырьевом материале — портландцементе — должен содержаться лишь минимальный процент глинистой стадии.
На основной состав клинкера в значительной степени оказывают влияние не только используемое сырьё, но и условия производства. Во время обжига сырья в процесс могут случайно попасть различные примеси. Этот фактор иногда приводит к изменению фазового состава клинкера. К числу таких минералов относятся алит и белит.
- Алит — ключевой минерал, играющий важную роль в составе клинкера. Он характеризуется быстрой затвердеванием и высокой прочностью. Алит проявляет значительную активность при взаимодействии с водой.
- Белит, в отличие от алита, проявляет меньшую активность. Кроме того, процесс выделения тепла белитом ниже, чем у основного минерала клинкера — алита, в два раза. Белит медленно затвердевает, благодаря чему обеспечивает высокую прочность конечного материала.
Что касается негативного воздействия сульфатов, то оно может вызвать кристаллизацию, которая приводит к заметному объемному набуханию бетонного блока. Иногда воздействие сульфатов вызывает образование гипса, также способствующего значительному разбуханию камня и в конечном итоге — разрушению зданий.
Разрушительное воздействие сульфатов на сооружения из железобетона особенно ярко проявляется в тех случаях, когда конструкция подвержена чередованию высыхания и увлажнения. Ярким примером служит постоянно колеблющийся уровень воды в реке. В случае воздействий, связанных с влажной средой, такие конструкции, как сульфатостойкие бетонные сваи, производится из сульфатостойкого цемента, могут постепенно деформироваться и размываться вплоть до полного разрушения.
При выборе подходящего цемента разумно тщательно изучить его состав. Стоит учесть, что для каждого вида грунта требуется особый тип цемента.
Как сделать?
Сульфатостойкий цемент можно получить двумя основными методами:
- путем создания цементного раствора с добавлением специальных минеральных добавок;
- путем применения особой комбинации цинк-сульфатной цементно-песчаной смеси, изготовленной промышленным способом, что гарантирует высокую долговечность и защиту сооружения в течение всего периода его эксплуатации.
В процессе подготовки строительных растворов требуется строгое соблюдение соотношений всех компонентов.
Если содержание минеральных добавок значительно превышает допустимые нормы, прочность раствора может значительно снизиться, что приведет к повышению хрупкости конструкций, и, следовательно, их разрушению. Раствор на базе сульфатостойкого цемента должен соответствовать основным требованиям действующих государственных стандартов.
Хотя использование портландцемента может быть затратным процессом, его применение не столь широко, как обычного цемента. Тем не менее, сульфатостойкий цемент обладает такими уникальными свойствами, которыми не может похвалиться стандартный цементный раствор.
К тому же, долговечность портландцемента многократно превосходит таковую у традиционных цементных материалов. Следует отметить, что ключевые особенности цемента полностью оправдывают его стоимость.
Сульфатостойкий цемент надежно защищает здания и сооружения от воздействия влаги и низких температур, увеличивая тем самым срок службы конструкций. Более того, он может значительно улучшить качества обычного цементного раствора, что позволяет продлить его эксплуатационные характеристики.
В представленном видео вы найдете инструкции по правильному замешиванию цементного раствора.
