Виды цементов и их применение

Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Он используется в строительной практике уже более 150 лет. В последние четыре десятилетия были сделаны крупные научные открытия, благодаря которымпоявилисьновые разновидности цемента, и значительно улучшилось качество существующих видов данного строительного материала.

Виды цементов

На самом деле, приобретая цемент, большинство покупателей знают о данном строительном материале не так уж и много. Соответственно, растворные стяжки, фундамент и кирпичная кладка получаются низкого качества и начинают быстро разрушаться под действием грунтовых вод, мороза или тяжелой физической нагрузки. Кроме того, незнание особенностей того или иного вида цемента приводит к перерасходу материала.  Поэтому, для сокращения денежных затрат и повышения качества создаваемых объектов, необходимо иметь хотя бы общее представление о свойствах и специфике часто используемых в строительстве разновидностей цемента.

Портландцементы

Портландцемент сульфатостойкий. Основное преимущество данного вида цемента – устойчивость к сульфатам – достигается путем снижения в сырьевой массе количества алюминатов кальция, точнее трехкальциевого алюмината (формула -3CaO*Al₂O₃(3Ca)). На сегодняшний день выпускается портландцемент сульфатостойкий, обогащенный активными минеральными добавками, и портландцемент сульфатостойкий без каких-либо добавок. Активность даннойразновидности цемента значительно меньше, нежели у БТЦ марки 500 и 400.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ).Этот портландцемент в первом периоде твердения характеризуется интенсивным нарастанием прочности. Специальные минеральные добавки и их надлежащий подбор  позволяют существенно повысить механическую прочность  БТЦ марок 500 и 400. В соответствии с общепринятыми стандартами  прочность такого цемента нормируется даже в 3-суточном возрасте, а не только в 28-суточном.  При этом на третьи сутки предельная прочность материала при сжатии должна составлять не менее 20-25 Мпа. Предназначен быстротвердеющий портландцемент для создания железобетонных изделий и конструкций  в заводских полигонных условиях. Часто применяется БТЦ и при скоростном строительстве. Использование данного вида цемента позволяет  не осуществлять тепловлажную обработку бетона.

Цементы с добавлением поверхностно – активных веществ. Чтобы улучшить некоторые свойства цемента, иногда в его  состав дополнительно вводятся поверхностно-активные добавки (гидрофобные и пластифицированные). Их общее количество в пересчете на сухое вещество, как правило, составляет 0,3% от массы цемента. Пластифицированные добавки, собираясь на зернах цемента,образуют особые защитные пленки, которые устраняют сцепление этих зерен между собой. Соответственно, бетоны и растворы на таком материале становятся более подвижными и легко укладываются. А гидрофобные добавки способствуют повышению водоотталкивающих свойств готовых конструкций.

Интересная статья о преимуществах использования гофротруб для наружной канализации

Выбираем геотекстиль для дренажа http://o-cemente.info/drenaj/37-geotekstil.html

Портландцементы цветные. Создаются путем добавления пигментов на этапе помола клинкера. Количество органического пигмента должно составлять не более 0,3%, а минерального – не более 10%.

Портландцементы белые. От стандартных цементов отличаются белой окраской. Сырьем для их производства служат глины и известняки, в которых содержится очень мало красящих окислов – титана, марганца и железа. Тонкость помола данного материала несколько выше, нежели у других видов цемента: допускается остаток носителя не более 12%.

Портландцементы тампонажные. Незаменимы при тампонировании газовых и нефтяных скважин (ограждают их от грунтовых вод). Цементы данного вида должны строго соответствовать таким жестким техническим требованиям как:

• независимость от давления и температуры:
• высокая текучесть;
• наличие конкретных сроков схватывания (не позднее 10 часов, но и не ранее 2 часов);
• стабильная прочность отвердевшего раствора, гарантирующая фиксацию в стволе скважины колонны труб.

Шлаковые цементы

Бывают нескольких видов, наиболее популярными из которых являются:

• Шлакопортландцементы (ШПЦ). Создаются путем местного помола портландцементного клинкера вместе с гипсом и гранулированным доменным шлаком. При этом количество шлаков должно составлять не более 60% и не менее 21%. Активность цемента напрямую зависит от наличия шлаков: чем их больше, тем активность материала ниже. Шлакопортландцементы производятся трех марок – 500, 400 и 300.По сравнению со стандартными портландцементами ШПЦ в первые сроки характеризуются медленным нарастанием прочности. Однако в последующем скорость твердения увеличивается, через 6-12 месяцев достигая прочности классического портландцемента. Кроме того шлакопортландцементы обладают повышенной устойчивостью к агрессивным воздействиям и низкойэкзотермией. Поэтому они широко используются при создании портовых сооружений и в гидротехническом строительстве. Специалисты не советуют применять ШПЦ для возведения конструкций, которые постоянно подвергаются замораживанию/таянию, а также эксплуатируются при пониженных температурах.

• Известково-шлаковые цементы (ИШЦ). Производятся путем совместного помола доменных шлаков и извести (до 30%). Медленно схватываются и медленно твердеют. По истечении времени, необходимого для максимального отвердения, прочность конструкций на основе таких материалов может составлять 5-20 МПа. Устойчивы к сульфатам и пресным водам, так как в составе ИШЦ отсутствует CaOH_2.  При взаимодействии с воздухом прочность  известково-шлаковых цементов значительно снижается, поэтому, в основном, их применяют для штукатурки, кладки и создания низкомарочного бетона.
• Портландцемент пуццолановый.Создается на основе активных минеральных добавок, гипса и местного помола портландцементного клинкера с нормированным минералогическим составом. Количество добавок осадочного происхождения составляет от 20 до 30%. Данный вид цемента характеризуется стойкостью к пресным водам и сульфатам. Интенсивность твердения пуццоланового цемента значительно увеличивается при повышении температуры. Если же такой материал обработать автоклавом, то прочность готового изделия уже через 6-8 часов будет превышать 28-суточную прочность объекта, выполненного из обычного цемента. К недостаткам пуццоланового цемента относится его чувствительность к температуре (при0 ^o С перестает отвердевать), а также сниженнаяморозо- и воздухостойкость. В настоящее время выпускаются марки пуццоланового цемента 400 и 300, используемые для создания подводных и подземных объектов. Категорически запрещено использовать данный материал для сооружения конструкций, которые планируется эксплуатировать в условиях постоянного увлажнения/высыхания и замораживания/таяния.

Цементы расширяющиеся

Растворы на основе таких цементов дают приращение в объеме – расширяются. Состоят они из особой расширяющей добавки и основного вяжущего компонента. В результате химической реакции между этими двумя компонентами и происходит приращение в объеме. Расширение раствора вызывают несколько видов химических реакций (одна из них – гидратация кальция).

Расширяющиеся цементы могут быть:

• Водонепроницаемыми (ВРЦ). Они создаются на основе глиноземистой разновидности цемента и характеризуются специфичной скоростью схватывания раствора – не позднее 10 минут и не ранее 4 минут. Как правило, ВРЦ используются для гидроизоляции водопроводных труб, стволов шахт а также для омоноличивания железобетонных сборных конструкций и заделки сколов/трещин в различных железобетонных сооружениях.
• Гипсоглиноземистыми.Время схватывания раствора составляет от 10 минут до 4 часов. В идеалерасширение должно идти на протяжении трех суток. Могут быть использованы для заделки швов и гидроизоляции штукатурок. Также на основе гипсоглиноземистых цементов создают водонепроницаемые бетоны.
• Портландцементами. Время схватывания раствора составляет от 30 минут до 12 часов.
• Напрягающимися. В таких цементах увеличен процент содержания алюминатной составляющей, что и является причиной увеличения объема при затвердении раствора. При расширении способны создавать предварительное напряжение в арматуре. Время схватывания раствора – от 30 минут до 4 часов. Через сутки прочностьнапрягающихся цементов составляет около 15 МПа, а через 28 суток – не менее 50 МПа. Используются они для сооружения конструкций с повышенной паро-, водо – и газонепроницаемостью.

Цемент глиноземистый

Создается на основе быстро твердеющего на воздухе и в воде высокопрочного вяжущего материала, получаемого в результате обжига сырьевой смеси, богатой оксидом кальция и глиноземом. Не содержит минеральные добавки и гипс. Качество материала зависит от наличия в его составе алюмината кальция: чем этого элемента больше, тем качество цемента выше. Именно алюминат кальция при нормальных сроках схватывания обеспечивает быстрое твердение цемента.

Однако высокая скорость отвердевания не означает быстрое схватывание. Стандартные сроки схватывания такого материала – не позднее 12 часов и не ранее 30 минут. При увеличении тонкости помола и повышении температуры воды скорость схватывания значительно увеличивается. Также скорость схватывания может увеличиться после добавления в раствор портландцемента или извести, соответственно смешивать данную разновидность цемента с другими вяжущими элементами не рекомендуется. Потребность в воде у глиноземистого цемента на 10% выше, чем у портландцемента. Однако при этом вода идет на гидратацию, а не остается в свободном состоянии.

Соответственно, бетон из такого цемента отличается большей плотностью и морозоустойчивостью, хотя усадка его меньше. Глиноземистый цемент выпускается трех марок – 600, 500 и 400. Максимальная прочность материала, как правило, достигается к первому и третьему годам твердения. Кроме того, он отличается высокой устойчивостью к воздействию хлористых, сульфатных, углекислых и прочих минерализированных вод. Но растворы щелочей способны разрушать цементный камень. Чаще всего глиноземистый цемент используют при аварийных работах, скоростном строительстве и зимнем бетонировании.  Также на его основе создают жаростойкие бетоны.

Применение тампонажных цементов

В процессе бурения температура горных пород  оказывает значительное влияние на статическое напряжение сдвига, вязкость и водоотдачу бурового раствора: чем выше температурные показатели горных пород, тем сложнее поддерживать в допустимых пределах вышеуказанные параметры. В некоторых случаях для прохождения таких зон кроме термостойких реагентов требуются разные несовместимые системы буровых растворов. А это, в свою очередь, вызывает необходимость разделения подобных зон  при помощи обсадных колонн.  Наличие значительной разности температур требует использования тампонажных цементов.

Специфика применения таких цементов обусловлена тем, что тампонажный камень (как с наполнителями, так и в чистом виде) отличаетсявысокойтрещиноустойчивостыо, даже при контакте с жестким основанием (например, с горными породами). Конечно, при наличии за цементным камнем каверн, трещинообразование при залповой перфорацииможно проследить в абсолютно всех случаях. Однако множественность или малочисленность их зависит от добавок, введенных в состав цемента: глины а также асбестовые и волокнистые материалы способствуют  уменьшению количества трещин.Тем не менее, специалисты не рекомендуют (из-за показателей трещинообразования) использовать тампонажные цементыпри разобщении пластов.

Для выполнения локальных задач созданы тампонажные цементы определенных видов:

• Тампонажный цемент ЦТУК-120 позволяет существенно улучшить качество цементирования скважин, которые были пробурены в сложных геолого-технических условиях, а также продлить межремонтный период при использовании этих скважин.
• Тампонажный цемент ЦТОК также позволяет более качественно цементировать скважины, сделанные в сложных геолого-технических условиях. Кроме того, он отличается повышенной стойкостью к воздействию химически агрессивных сред за счет низкой водопотребности раствора.
• Тампонажный цемент ЦНУБ не содержит в своем составе гипса, поэтому чаще всего его применяют в криолитозоне для цементирования обсадных колонн.

Применение сульфатостойких цементов

Сульфатостойкие цементы используются для создания бетонов, необходимых при возведении железобетонных конструкций с повышенной устойчивостью к водам, насыщенным сульфатами. Также из таких цементов сооружают объекты, подвергающиеся постоянному воздействию влаги и периодическому замораживанию/таянию.

Соответственно, сульфатостойкие цементы незаменимы при возведении стоящих в воде свай, мостовых опор в реках и при строительстве конструкций, попадающих время от времени в условия меняющейся влажности. В данном случае очень важна коррозионная стойкость бетона, напрямую зависящая от  состава цемента. Поочередное высушивание и увлажнение бетонной конструкции, а также воздействие воды, содержащей сульфаты, соли и другие агрессивные вещества,  может привести  к появлению «высолов» на поверхности сооружений и постепенному разрушению бетона. Продлить срок эксплуатации такого объекта можно за счет использования при его строительстве сульфатостойких цементов. Кроме того, за счет пониженного содержания тепловыделяющих компонентов и пониженной экзотермии разрешается применение таких цементов при обустройстве наружной зоны крупных гидротехнических сооружений.

Применение цветного портландцемента

Декоративные цементы являются не только эффектным, но и весьма эффективным отделочным материалом. Они долговечны, прочны и красивы. Учитывая тот факт, что современное строительство никак не может обойтись без использования сборного железобетона, декоративные портландцементы способны помочь в оформлении элементов фасада индустриальными методами еще на этапе формования. С каждым годом расширяется производство стеновых панелей, внешний фактурный слой которых выполнен  из цветных бетонов.

Цветные портландцементы (в соединении с заполнителем и каменной крошкой) фактически придают декоративность отделочному бетону.  Также с помощью цветных цементов можно создавать особые красители для отделки фасадов зданий. Как правило, такие красители на 90% состоят из цветного цемента, на 2% – из хлористого кальция, на 7% – из извести пушонки и на 1% – из стеарата кальция.

Цвет портландцементов может быть желтым, розовым, коричневым, красным, зеленым, голубым или черным. Особенно эффектно такие материалы смотрятся при архитектурно-декоративном оформлении различныхсоружений. К тому же из них можно создавать плиточные и мозаичные облицовки, террациевые покрытия полов, полы из гранитной или мраморной брекчии а также другие мозаичные изделия.

Хлористый кальций и гидрофобные добавки придают слою, который был окрашен, постоянную влажность, делая цвет более стабильным. Известь-пушонка играет роль пластификатора, одновременно нейтрализуясернистый и прочие кислые газы, загрязняющие атмосферу.
Рекомендуется применение цветных цементов и при изготовлении опознавательных полос на аэродромах, дорогах и пр. При этом очень важно, чтобы эти цементы обладали повышенной сопротивляемостью к истиранию.