Портландцемент: виды, характеристики, процесс производства

Сложно представить современное строительство без цемента. Это один из важнейших компонентов в составе гидравлических разновидностей данного строительного материала. Он применяется для возведения монолитных зданий и сооружений, конструкций сборного типа, для проведения мероприятий по отделочным работам и ремонту. Портландцемент остается одним из востребованных видов цементных смесей. Его получают путем смешения мелкого помола клинкера и двуводного гипса в количестве 1,5…3,5 %, с добавлением вяжущего компонента в целях регулировки темпов схватывания раствора.

Вся производственная цепочка включает 3 стадии:

1. Приготовление смеси из сырья для получения портландцемента: породы горные карбонатной разновидности (кремнезем, известняк, мел, глинозем), мергелий (содержат оксиды кремния, магния, железа, алюминия кальция). Все составляющие измельчают и смешивают до полной однородности смеси в оптимальных пропорциях;
2. Изготовление качественного клинкера путем обжига сырьевой смеси внутри высокотемпературных печей при температуре от +1300…+1400°C;
3. Приготовление конечного продукта под названием портландцемент с его последующей поставкой будущим покупателям. Клинкер подлежит измельчению. Потом порошок смешивают с гипсом двуводной разновидности. По необходимости добавляют компоненты и присадки для получения нужных свойств. В зависимости от того, какое сырье присутствовало изначально в сырьевой смеси, может изменяться реальный показатель плотности готового портландцемента. Если добавки в сырьевую смесь не вводили, то он составляет 3100 кг/м³. У пуццоланового вяжущего и шлакопортландцемента она составляет от 2700 до 2900 кг/м³.

После того, как сырье измельчили, смешали и добавили воду, возникает ряд химических процессов:

1. Первоначальный набор прочности. Вода активно взаимодействует с трехкальциевым алюминатом и гипсом. В результате образуется кристаллическая структура гидрата кальция, моносульфата, эттрингита;
2. Вторая реакция протекает уже в достаточно медленном темпе. Взаимодействует трехкальциевый силикат и вода. В результате образуется CSH-гель (силикат кальция с аморфной структурой). Продолжается твердение раствора на основе портландцемента. Активно развиваются силы натяжения внутреннего типа. Образуются цементные структуры. Они активно обволакивают и прочно связывают в единое целое зерна мелкого заполнителя;
3. В структуре происходит образование силикагеля SiO₂.

В каждой стране классификация может быть иной. Следует учитывать локальные названия и требования. Если учитывать строительные нормативы, то выделяют 5 основных разновидностей портландцементов. Они существенно различаются по техническим и физическим характеристикам. Области их применения также не одинаковы.

4.1. Без добавок

В соответствии с техническими стандартами – ЦЕМ I. Содержит только гипс и клинкер в измельченном согласно технологической рецептуре виде. Массовая доля минеральных добавок не должна превышать порогового значения, которое равно 5 %. Этот тип портландцемента быстро схватывается и набирает прочность. Уже на следующий день после процедуры заливки раствор набирает 50 % от технологической прочности в соответствии с требованиями марки. Бездобавочный связующий компонент применяют при возведении и проведении отделочных работ в нормальных условиях сборных бетонных и ЖБИ конструкций и монолитных строений.

4.2. С активными добавками минерального типа

Маркируется такой портландцемент ЦЕМ II. Портландцементный клинкер и активные добавки минерального типа перемалываются либо совместно, либо по отдельности. Количество добавок варьирует от 6 до 35 %. Чем выше показатель, тем медленнее будет набирать цементно-песчаный раствор марочную прочность. Нередко добавляют натуральные компоненты: пемза, диатомит, трепел, вулканический пепел, опока и не только. Такой подход позволяет значительно уменьшить стоимость готового портландцемента. Только есть и негативный эффект: ухудшается ряд критически важных технических характеристик раствора, например, прочность. Если добавка содержит природный аморфный кремнезем, то он легко вступает в реакцию с гидроксидом кальция с образованием впоследствии труднорастворимых водой гидроксидов кальция. Они не вымываются из готового бетонного камня. Получается готовый продукт с высокой степенью водонепроницаемости.

4.3. Шлакопортландцемент

Маркируется такой портландцемент ЦЕМ III. В вяжущий компонент добавляют молотые гранулы шлака в объемах от 6 до 35 %. Процесс твердения протекает комфортным образом с нормальной скоростью. Шлак, клинкер и гипс одновременно подвергают процедуре измельчения. Шлаки также содержат аморфный кремнезем. Стоимость такого типа портландцемента ниже в среднем на 15 %. На первоначальной стадии (2-3 мес.) набирает прочность медленнее. Потом опережает рост показателя у классического портландцемента. Не подходит для работ снаружи в тех климатических зонах, где есть морозы. Применяют его для возведения конструкций и сооружений как над, так и под землей там, где не подвергаются частым процедурам замораживания-оттаивания.

4.4. Пуццолановый

Маркируется такой портландцемент ЦЕМ IV. Получается в результате одновременного помола гипса, клинкера и минеральной добавки. Допустим и раздельный помол, если потом смесь будет смешана до однородного состояния. Строители учитывают ограничение. Оно касается содержания трехкальциевого алюмината. В объеме смеси его не должно быть более 8 %. В первые месяцы твердения процесс происходит медленно. Во влажной воздушной среде бетон из пуццоланового цемента догоняет классический портландцемент только через 3-6 мес. по показателю прочности. В процессе твердения происходит меньшее выделение тепла. Поэтому такие растворы применяют для возведения массивных конструкций в целях избежать деформаций температурного типа. В жарком климате такие растворы и смеси хорошо твердеют. Из них производят те изделия, которые подлежат автоклавной обработке в условиях высокой влажности и температуры. Такие растворы после твердения имеют высокий показатель сульфатостойкости и гидрофобности. Хороший вариант при возведении сооружений под водой или под землей. Также подземной части сооружений, если они постоянно контактируют с мягкими водами с высоким содержанием сульфатов. Количество циклов замораживания-оттаивания должно быть сведено к минимуму. Это критичное условие эксплуатации. Надо учитывать локальные требования к портландцементу, иначе неизбежна некоторая путаница в определении марок прочности: