Из чего складывается цемент?

Качества любого искусственного вяжущего определяются его способом изготовления и процентным содержанием сырьевых элементов. Цемент не исключение, из всех вариантов он относится к очень сложным. Это вещество получают благодаря измельчению до порошкообразного состояния гипса и обоженного гомогенного многокомпонентного клинкерного кирпича и соединения их с особыми добавками. В конце концов свойства и область использования вяжущего зависят от соотношения данных веществ между собой, температуры обработки и тонкости помола.

Группы цементов по составу

Главными элементами являются оксиды алюминия, кальция и кремния, при затворении водой они создают химические соединения, упрочняющиеся при затвердевании в мокрой обстановке. Общие требования регламентируются ГОСТ 30515-2013, согласно этому межгосударственному стандарту все цементы классифицируются на группы, отличающиеся по виду клинкерного кирпича на портландцементные, глиноземистые и смешанные (ПЦ и сульфатоалюминаты). В первом варианте стереотипный состав имеет CaО (67%), SiO₂ (22%), Al₂O₃ (5%), Fe₂O₂ (3%) и до 3% чужих веществ.

Для изготовления глиноземистых и высокоглиноземистых цементов в качестве сырья применяются бокситы и известняки (доминирует доля низкоосновных алюминатов кальция, в процентном отношении содержание Al₂O₃ увеличивается до 50 %). Соотношения других элементов у них зависят от целевого назначения и меняются в следующих пределах: СаО – 35-45 %; А1₂О₃ – 30-50 %; Fe₂O₃ – 0-15 %; SiO₂ – 5-15 %. Для производства сульфатсодержащих смесей применяются клинкерные кирпичи на основе ферритов кальция.

В зависимости от пропорций элементов и вещественного состава выделяют следующие популярные в индивидуальном и промышленном строительстве группы:

• Портландцементы – наиболее известная разновидность, представляющая смесь тонкого помола клинкерного кирпича с доминирующей долей высокоосновных силикатов кальция и гипса. Сырьем служат известняк (до 78%) и глина (до 25%).
• Глиноземистые, изготавливающиеся путем помола сырья из бокситов и известняков, обожженных или расплавленных до гомогенного состояния. Такие варианты отличаются большой скоростью отвердевания, их применяют как в качестве самостоятельного вяжущего, так и для изготовления специализированных марок: водоустойчивых, расширяющихся, напрягающихся. Благодаря очень высокой твердости клинкерного кирпича они в проиграше портландцементу в энергозатратности и себестоимости.
• Шлакопортландцементы – с долей доменного, электротермофосфорного или топливных шлаков от 36 до 65%.
• Пуццолановые, с добавкой к продуктам помола ПЦ клинкерного кирпича активных минеральных добавок. Их соотношение может достигать 40%, из-за образования хим. реакций с зернами цемента они имеют отличные от обыкновенных марок свойства.
• Смешанные – получаемые путем общего помола клинкерных кирпичей разнообразных видов или вводом многокомпонентных минеральных смесей (к примеру, шлака и золы-уноса).

К реже применяемым видам относят романцемент (соединение помола ПЦ клинкерного кирпича и известняковых и магнезиальных мергелей, не выполняется масштабах промышленности), магнезиальные (затворяемые солевыми растворами, характеризующиеся большой скоростью высыхания и стойкостью к нагрузкам механическим путем после того как застынет) и кислотоупорные составы на основе кварца, разводимые жидким стеклом.

Состав цементов различных групп

Пропорции клинкерного кирпича и других элементов:

Название	Вещественный состав сухой смеси, %			Минералогический состав клинкерного кирпича, в % по массе
	Доля клинкерного кирпича	Доля гипса	Иные добавки
Обыкновенный ПЦ	До 80	1,5-3,5	Минеральные примеси – до 20%	ЗСаО х SiO2 – 45-67 2CaO х SiO2 – 13-35 4СаО хAl2O3 х Fe2O3 – 8-16
Гидрофобный	До 90	—	Мылонафт, олеиновые кислоты – до 0,05
Тампонажный		—	Энергичная минеральная добавка – до 25 инертная – до 10 водные ингибиторы – 0,15
Шлако-портландцемент	40-70	До 3,5	Гранулированный диатомитовый шлак – 30-60
Пластифицированный	До 90	—	водные ингибиторы – 0,15-0,25
Быстротвердеющий	90	1,5-3,5	Энергичная минеральная добавка – до 10	ЗСаО х SiO2 и 4СаО хAl2O3 х Fe2O3 до 33
Высокой прочности	90	1,5-3	—	ЗСаО х SiO2 – до 70 ЗСаО х Al2O3 – 8
Декоративный (цемент белого цвета)	80-85	—	Диатомит – 6 Инертная минеральная добавка – 10-15	3CaO х SiО2 – 45-50 2CaO х SiO2 – 23-37 ЗСаО х Al2O3 – до 15 4СаОхAl2O3хFe2О3 – до 2
Пуццолановый сульфатостойкий	До 60	До 3,5	Породы осадочного происхождения – 20-35 Лава, обожженная глина, топливная зола-унос – 25-40	ЗСаО х SiO2 — до 50
Сульфатостойкий	До 96	До 3,5	—
Глиноземистый	99	1	Правильные пропорции зависят от назначения СаО·Аl2О3 – доминирующая доля 2СаО·Аl2О3·2SiO2
То же, расширяющийся	До 70	20		Бура – 10
Напрягающийся	Клинкерный кирпич ПЦ – 65-70 Глинозем – 13-20	6-10	Общий помол глиноземистого и портландцементного клинкерного кирпича

Область использования и важные характеристики разновидностей приведены ниже:

Название	Идеальная сфера применения, преимущества	Ограничения, недоработки
Портландцемент	Монолитные и сборные бетонные и ж/б конструкции, изготовление растворов, строительство дорог	Конечный набор прочности – через 28 дней
ЩПЦ	Тяжелые сооружения, подвергаемые влиянию пресных и минерализованных вод. Отличается очень высокой сульфатостойкостью	Медлительное затвердевании в начале, невысокая устойчивость к морозам
Пуццолановый	Подземные и подводные конструкции, подверженные агрессивному влиянию сульфатных вод	Не рекомендованы для объектов с перепадами уровня влаги, при риске частых промерзаний или твердении раствора в сухих условиях
Глиноземистый	Производство огнеупорных смесей для строительства, быстротвердеющих или аварийных бетонов	Не применяются для заливки массивных конструкций, максимально возможная температура окружающего воздуха на начальном этапе отвердевания составляет +25 °C
Напрягающий	Изготовление тонкостенных изделий, напорных ж/б труб, гидроизолирующих покрытий	Зависят от марки, возможны ограничения в температуре эксплуатации. Одним минусом является сложный процесс изготовления, и как последствие – большая цена

Вид подобранного вяжущего определяет пропорции и свойства смесей для строительства. Важно заблаговременно проверить, из чего складывается цемент, величину его водопотребности, размеров зерен и сроки высыхания. Основным критерием качества считается стабильность на сжатие, в лаборатории она определяется для изделий из ЦПР, смешанного в пропорции 1:3 и затвердевающего в нормальных условиях в течение 28 дней. В зависимости от выдерживаемого давления выделяют группы от 100 до 600 кг/см 2 . Из них в индивидуальном строительстве больше всего популярны марки от М300 до М500, но могут быть и исключения.

Следующим аргументом идет процентное соотношение добавок к клинкерному кирпичу, у типовых видов максимум составляет 20%. Маркировка данного показателя отмечается буквой «Д», идущее за ней число определяет долю минеральных примесей (пример: ПЦ М400 Д0 указывается для портландцемента с прочностными свойствами на сжатие не менее 400 кг/см 2 без добавок). Приведенная маркировка отвечает ГОСТ 10178-85, кроме перечисленной выше она включает информацию о дополнительных свойствах (отмечается только если они есть), также зависящих от состава клинкерного кирпича и введенных добавок. Из них больше всего популярны:

• Н – нормированный;
• Б – быстротвердеющий;
• СС – сульфатостойкий;
• ВРЦ – расширяющийся устойчивый к влаге;
• ПЛ – с низкомолекулярными органическими веществами;
• БЦ – белый (декоративный) цемент.

С 2003 г получил юридическую силу ГОСТ 31108 (подходящий евростандартам), по которому сначала указывается состав с примечанием о наличии или отсутствии добавок (II или I). Все варианты с минеральными примесями делятся на две группы: А – с процентным содержанием от 6 до 60%, Б – от 21 до 35%. Вид добавки обозначают римскими числами. Последними идут прочностный класс и норма сжатия материала. Типовый диапазон для общестроительных смесей может меняться от 22,5 до 52,5 (отвечает марке от М300 до М600). Чтобы исключить ошибок рядом с маркировкой всегда указывается ГОСТ, введение цемента выполняется со строжайшим соблюдением всех пропорций.