Цемент является одним из самых востребованных строительных материалов. Область применения цемента практически не ограничена. Его используют при возведении фундаментов и устройстве кровель, укладке напольных покрытий и установке сантехприборов. Основной функцией цемента является скрепление конструктивных элементов возводимых зданий. Он входит в состав бетонных растворов, применяемых для изготовления строительных конструкций, с его помощью выравнивают различные поверхности. Любой, даже самый незначительный домашний ремонт не обходится без этого универсального материала.
Что представляет собой цемент
С латинского «caementum» переводится как щебень или битый камень. Этот порошкообразный материал является искусственно созданным вяжущим, состоящим из клинкера, определенного количества гипса, минеральных добавок и различных наполнителей. При затворении цемента водой или другими жидкостями, образуется пластичная масса, способная при затвердевании превращаться в камневидное тело.
Цемент является основной составляющей бетонного и цементно-песчаного раствора. Он обладает уникальной способностью набирать свою прочность при воздействии влаги, чего не скажешь о гипсе или воздушной извести, твердеющих в сухих условиях.
Интересен тот факт, что еще древние римляне к извести подмешивали вулканический пепел или дробленый камень. Это можно считать началом истории появления цемента.
Свойства цемента
Одной из основных особенностей цемента является отличие его технических характеристик в пределах каждой страны и даже отдельных регионов, где он выпускается. Причина заключается в том, что любой из заводов связан со своими месторождениями, поставляющими компоненты для изготовления материала. Портландцемент, произведенный, к примеру, в России, существенно отличается от цемента, изготавливаемого в Германии или других странах.
В связи с этим, производители определили основные показатели, на которые необходимо ориентироваться и по которым производится маркировка цемента:
- морозостойкость – способность выдерживать многочисленные циклы заморозки-разморозки в течение определенного временного периода (обычно – года), что достигается за счет введения в состав цемента модифицирующих добавок;
- стойкость к коррозии – противостояние отрицательному влиянию окружающей среды. Наибольшей стойкостью обладает пуццолановый цемент, который применяют при возведении подводных и подземных объектов;
- прочностные характеристики – зависят от количественного присутствия в составе гипса или измельченного шлака и характеризуются маркой цемента;
- водостойкость – возможность схватывания растворной смеси в течение десяти минут, что крайне важно при заделке стыков, расположенных в водной среде;
- сульфатостойкость – устойчивость к действию воды, содержащей сульфат-ионы. Необходимый показатель при строительстве гидросооружений, соприкасающихся с соленой водой;
- тонкость помола – влияет на период затвердевания и, соответственно, прочностные характеристики. Чем мельче помол – тем прочнее бетон.
Следует отметить, что от величины вышеперечисленных показателей во многом зависит область применения цемента и качественные характеристики бетонного раствора.
Виды цементов и их применение
- портланцемент (пластифицированный, быстротвердеющий, пуццолановый) – имеет широкую область применения практически во всех строительных сферах;
- глиноземистый – незаменим при срочных аварийных работах, в зимний период времени и при возможном воздействии минерализованных вод. Он быстро схватывается, но в условиях жаркого климата не применяется;
- магнезиальный – используют при устройстве магнезиальных полов;
- белый – относится к портландцементам, но имеет свои уникальные характеристики, которые позволяют изготавливать из него скульптурные композиции и архитектурные фасадные элементы. При добавлении в состав цветного пигмента белый цемент используют в качестве декоративных покрытий;
- кислотоупорный – предназначается для изготовления бетонов и растворов с кислотоустойчивыми свойствами, но при воздействии воды и едких щелочей он теряет свою прочность;
- гидрофобный – находит применение при производстве ячеистых бетонов, обладает высокой морозостойкостью и малым водопоглощением;
- водонепроницаемый – основополагающий материал, используемый при устройстве гидроизоляции конструкций, испытывающих повышенную влажность, в том числе для заделки раструбов и трещин в железобетонных конструкциях, подвергающихся воздействию влаги;
- шлаковый – применяют в подземных и подводных строениях, при изготовлении автоклавных материалов.
Сфера использования различных видов цемента зависит от его марки, которая выражается в цифрах, обозначающих прочность на сжатие в кг/см2. Наиболее распространенными являются марки 400 и 500, без которых при возведении любого строительного сооружения обойтись просто невозможно. Более прочный цемент – М600 – используется для военных объектов. С его помощью строят бункеры и, даже, ракетные шахты.
Что такое портландцемент? Где можно использовать?
Если вы решили начать строить свой дом, один из наиболее важных вопросов это вопрос о цементе , который будет использоваться. В самом деле, распространенный тип цемента, является портландцемент. Основная причина этого глобального общего пользования является его состав. Состоящий из клинкера, строительного раствора, штукатурки и затирки, он выпускается в виде мелкого порошка путем измельчения клинкера портландцемента с сульфатом кальция. Истоки цемента можно проследить в первые годы 19 века. Портландцемент сегодня нашел свой путь как основной ингредиент для бетона. Это утверждение было проведено только после того, как успешно прошли испытания и признан тот факт, что, он создает сильную связь по сравнению с другими видами производства бетона. С увеличением количества производства, которое непрерывно связано с ним, портландцементу, особенно когда он входит в состав бетона, могут быть поставлены следующие задачи:
Использование:
1. Наиболее важным применением портландцемента является производство бетона. Он играет ключевую роль в установлении и затвердевания бетона.
2. При смешивании с другими составами, портландцемент начинает служить двум целям. Один из них, предусматривает создание бетона, чтобы быть прочным в сухом состоянии. А второй – превращение жидкого состояния в прочный камень.
3. Он широко используется для подпорных стен и сборных железобетонных блоков в стенах и в качестве основного компонента для создания прочного фундамента из бетона.
4. При смешивании с водой, портландцемент буквально превращается в пластичный камень и, таким образом он может быть использован для целей и в местах, где Вы захотите, даже в труднодоступных.
5. Он может быть сформирован для получения жестких и огнеупорных материалов, которые могут, далее, использованы при проектировании зданий, цехов, резервуаров и других сооружений.
6. Любая структура железа или дерева подвергается коррозии либо по воздуху или по воде. Но в бетонной оболочке, сделанной с использованием цемента, они могут быть эффективно защищены.
7. Любая структура, которая предназначена для поддержки огромного количества веса и сделанная с применением цемента свою задачу выполнит. Этими структурами могут быть: от первых этажей многоэтажных зданий и до пролетов мостов и плотины.
8. Благодаря своей способности для предотвращения коррозии, он используется на судах, танков и бункеров.
9 Пожар может оставить любое здание или сооружение полностью сожженным, но с использованием портландцемента, это может быть предотвращено.
10. Он также отлично используется в строительных растворах, штукатурках, стяжках для полов, как материал, который может быть, втиснут в пробелы химических формул, чтобы консолидировать структуры, и скрепит их воедино.
Использование цемента имеет колоссальное значение для бетонного производства. Благодаря известности, которая уже многое время привязана к нему, этот цемент, как говорят, уже сделали и оставили свой след.
Какое строительство может обойтись без цемента? Это один из самых необходимых стройматериалов, применяемых как для дачного домика, так и для гигантского завода или небоскреба. Перед планированием бюджета строительства или ремонта нужно разобраться, какой вид цемента и в каких количествах может понадобиться.
В настоящее время повсеместно используется портландцемент, на основе которого составляются другие цементные смеси. Упрощенно производство цемента выглядит следующим образом:
- Получение первичного сырья: из глины и перемолотого известняка смешивается шлам, в котором 1/4 глины и 3/4 известняка.
- Получение клинкера: обжиг шламовой смеси при t 1500 градусов. В процессе обжига смесь спекается в твердую массу – клинкер, которая затем измельчается.
- Получение цемента: в готовый клинкер добавляется гипс и минеральные присадки, придающие цементу необходимые свойства. Мы также для наглядности разместили фото цемента в статье.
Состав цемента
Спрос на цемент огромен и добываемое сырье может варьироваться в зависимости от места разработки. Представляем вам несколько вариантов состава материала:
- известняк, мергель, мел и другие карбонатные породы;
- различные глины, включая лесс и глинистый сланец;
- минеральные присадки: глиноземы, кремнеземы, фосфогипс, гипс, апатит, плавиковый шпат, флюорит.
Всвязи с запросом рынка, производители выпускают разные виды цемента, отличающиеся свойствами и сферой применения и, конечно, ценой:
- Портландцемент. Тот самый основной вид, который используется при любом строительстве. Это самый распространенный вид.
- Быстротвердеющий цемент. У него более короткое время отвердевания, что позволяет ускорить строительство.
- Белый и цветной цемент. Эти виды отличаются не только цветом, но и коротким временем отвердевания, стойкостью к осадкам и ультрафиолету (не выгорают, не желтеют). При добавлении красителей (минеральных или органических) отлично подходят для декоративной отделки фасадов и интерьеров, имитации натурального камня.
- Напрягающий цемент. Благодаря входящим в его состав алюминатам, при наборе прочности расширяется, заполняя трещины, пустоты, стыки и т.д. Из него изготавливают самонапряженные ЖБ конструкции, применяемые для участков с повышенными требованиями к гидроизоляции и морозостойкости.
- Расширяющийся цемент получают путем добавления гипса в цементную смесь. Он не отличается хорошей гидроизоляцией, но и не дает усадки во время застывания.
- Водонепроницаемый безусадочный цемент подойдет для производства и ремонта конструкций для участков с повышенной влажностью как гидроизолирующий слой при изготовлении емкостей для воды.
- Гидрофобный цемент используется при повышенной влажности, а также для изготовления водонепроницаемого бетона.
- Глиноземистый цемент получают из сырья с большим содержанием оксида кальция, алюмината кальция и глинозема, без дополнительных минеральных добавок. Быстро твердеет, выделяя большое количество тепла, не дает сильной усадки, отличается повышенной твердостью и морозостойкостью.
- Фосфатные цементы. Изготавливаются с добавлением ортофосфорной кислоты и оксидов: диоксида титана, оксида меди, оксида магния. Общее свойство фосфатных цементов – использование в качестве покрытий по металлу и высокая сопротивляемость удару.
- Шлаковые цементы. Добавление шлаков позволяет удешевить готовые конструкции, но и ограничивает область применения. Изделия требуют дольше времени на схватывание и твердение.
- Сульфатостойкий цемент. Используется в постройке гидротехнических сооружений, не страдает от грунтовых и речных вод.
- Тампонажный цемент применяется в нефте- и газодобывающей промышленности.
Теперь узнаем, в каких областях применяется цемент:
- Общестроительные работы: от использования в малоэтажном или возведения различных типов фундамента – до сборных и монолитных железобетонных конструкций крупных сооружений.
- Дорожно-промышленное строительство: возведение мостов, взлетно-посадочных полос, гидротехнических сооружений (причалов, дамб), несущих элементов крупных многоэтажных зданий.
- Сооружения в агрессивных и сложных средах: сваи и опоры мостов, повышенный уровень сульфатов в грунтовых водах, повышенный уровень кислот, многократное замораживание и оттаивание.
- Добывающая промышленность: тампонирование нефтяных и газовых скважин, укрепление технических сооружений.
Прежде чем начнется работа с цементом, необходимо определить, какие параметры будут ключевыми в данном строительстве. Прочность цемента определяется сопротивляемостью на сжатие (изгиб) и удар.
Совет!
Обратите также внимание на морозостойкость, атомсферостойкость, сульфатостойкость, степень усадки, скорость схватывания. В зависимости от комбинации этих свойств определяется и сфера применения. К примеру, сульфатостойкий портландцемент используется в условиях агрессивных сред и периодических сильных морозов, а глиноземистый цемент – для производства жаростойких конструкций.
Марки цемента
Также полезно будет знать, на какие марки подразделяется цемент.
- ГОСТ 2003 г. Маркировка цемента включает:
- обозначение состава: ЦЕМІ – цемент без добавок (чистый), ЦЕМІІ – с различными добавками;
- процентное содержание добавок для ЦЕМІІ: А – от 6 до 20% примесей, Б – от 21 до 35% примесей;
- буквенное обозначение типа добавки для ЦЕМІІ: П – пуццолан, Ш – шлак;
- показатель прочности через 28 суток после заливки, от 22,5 до 52,5;
- буквенный показатель прочности через 2-7 суток после заливки, Н – нормальноотвердевающий, Б – быстроотвердевающий.
Пример маркировки: ЦЕМІІ/Б-П 42,5Н – нормальноотвердевающий портландцемент, с пуццолановой добавкой от 21 до 35%.
- ГОСТ 1985 г. Маркировка:
- буквенное обозначение состава: ПЦ (портландцемент) или ШПЦ (шлакопортландцемент);
- показатель прочности кг/см^2, от 300 до 600;
- наличие (Д) и процентное содержание (число от 10 до 20) добавок в смеси;
- маркировка типа цемента: Б – быстроотвердевающий, Н – нормированный, БЦ – белый цемент, СС – сульфатостойкий, ВРЦ – водонепроницаемый, ПЛ – с добавлением пластификаторов (гидрофобный).
Пример маркировки: ПЦ 500 Д10 ПЛ – гидрофобный портландцемент с прочностью до 500 кг на квадратный сантиметр, с содержанием пластификаторов 10%.
Совет!
После маркировки цемента всегда указывается номер ГОСТа, по которому он сертифицирован.
Приготовить цементный раствор для строительства или ремонта не сложно. Делается он либо в бетономешалке, либо в обычном ведре с помощью строительного миксера. Рассмотрим состав раствора цемента и последовательность его приготовления:
- Вода. При определении количества воды необходимо исходить из нужного количества раствора: воды пойдет немного меньше, чем планируемый конечный объем.
- Песок. Сначала закладывается половина нужного объема песка и тщательно перемешивается. Для качественной кладки песок должен быть чистым, без примесей глины. Визуально песок должен быть очень светлым, почти белым.
- Цемент. В емкость засыпается необходимое количество цемента и делается это не частями, а в один прием.
- Песок. После полного перемешивания цемента необходимо добавить оставшуюся половину песка и снова перемешать.
Совет!
Консистенция раствора должна быть средней густоты – такая, чтобы не расплывалась, но и не ложилась комками.
Напоследок нужно отметить, что для хорошего ремонта или строительства нужен качественный цемент. Определить визуально, насколько он хорош, не получится. Лучше полагаться на добросовестных производителей и рекомендации знакомых, отбросив в сторону подозрительно дешевые варианты.
Цемент и его применение в строительстве играет большую роль. Он представляет собой строительный порошкообразный материал, состоящий из клинкера или гипса. Взаимодействуя с водой, он образует вязкое вещество, называемое цементным тестом.
Область применения цемента практически не ограничена. Его используют при возведении фундаментов и устройстве кровель, укладке напольных покрытий и установке сантехнических приборов. Основной функцией является скрепление конструктивных элементов возводимых зданий. Он входит в состав бетонных растворов, применяемых для изготовления строительных конструкций, с его помощью выравнивают различные поверхности.
Виды цемента их свойства и применение.
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. От содержания минеральных составляющих во многом зависят характеристики цемента и его разновидности.
Основными из них являются:
- портланцемент (пластифицированный, быстротвердеющий, пуццолановый) – имеет широкую область применения практически во всех строительных сферах;
- глиноземистый – незаменим при срочных аварийных работах, в зимний период времени и при возможном воздействии минерализованных вод. Он быстро схватывается, но в условиях жаркого климата не применяется;
- магнезиальный – используют при устройстве магнезиальных полов;
- белый – относится к портландцементам, но имеет свои уникальные характеристики, которые позволяют изготавливать из него скульптурные композиции и архитектурные фасадные элементы. При добавлении в состав цветного пигмента белый цемент используют в качестве декоративных покрытий;
- кислотоупорный – предназначается для изготовления бетонов и растворов с кислотоустойчивыми свойствами, но при воздействии воды и едких щелочей он теряет свою прочность;
- гидрофобный – находит применение при производстве ячеистых бетонов, обладает высокой морозостойкостью и малым водопоглощением;
- водонепроницаемый – основополагающий материал, используемый при устройстве гидроизоляции конструкций, испытывающих повышенную влажность, в том числе для заделки раструбов и трещин в железобетонных конструкциях, подвергающихся воздействию влаги;
- шлаковый – применяют в подземных и подводных строениях, при изготовлении автоклавных материалов.
Портландцементы — свойства, применение.
Как и к любому строительному материалу, высокие требования выдвигают к компонентам, из которых производят портландцемент. ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент» регламентирует состав и качество ингредиентов для данного типа вяжущего:
- Цементный клинкер с массовой долей оксида кремния не более 5%.
- Гипс, соответствующий ГОСТ 4013-82. Допускается наличие соединений фосфора, бора и фтора в количестве, не противоречащем нормативной документации.
- Минеральные добавки определенного свойства, необходимые для создания смесей нужного вида.
Для разных видов портландцемента могут быть использованы различные составляющие, к которым также предъявляют определенные технические требования, прописанные в ГОСТе.
На заводах, где ведется производство, все компоненты проходят необходимые испытания на соответствие, четко соблюдаются пропорции создания сухих и рабочих смесей.
Выпускаемый портландцемент ГОСТ и его обозначение содержит на упаковке и в сопроводительной документации. Если такового нет, то продукт изготовлен по ТУ, его свойства могут отличаться от общепринятых.
Свойства.
Как уже сказано, бетон приобретает определенные качества, когда в него добавляют тот или иной портландцемент. Характеристики каждого из них по-своему уникальны, но существуют общие для всех параметры:
- Абсолютная плотность в пределах 3050-3150 кг/м3, насыпная для разных видов ПЦ будет отличаться.
- Тонкость помола портландцемента должна быть определена по ситу №008 проходимостью порошка не менее 85%.
- Удельный размер поверхности после отсева 2500-3000 см2/г.
- Сроки схватывания: начало – 45 минут, конец – 12 часов. Определяют по шкале Вита.
Прочность измеряют испытанием образцов с габаритами 4х4х16 см, сделанных из цементно-песчаного раствора в соотношении 1:3 при отношении воды к цементу 0,4, через 28 суток твердения. Готовые призмы подвергают изгибу и сжатию, определяя их значение и соответствие показателям марки.
Шлаковые цементы — применение и их характеристики.
Шлаковый цемент – группа гидравлически вяжущих цементов, получаемых совместным помолом доменных гранулированных шлаков и добавок-активизаторов (ангидрит СaSO4, строительный гипс CaSO4 0,5H2O, известь СаСО3 и др.) или смешением ранее раздельно измельченных компонентов.
В эту группу цементов входят:
- известково-шлаковый – содержание активизаторов: извести 10-30%, гипса до 5% от общей массы цемента;
- сульфатно-шлаковые – не содержат или содержат в незначительных количествах портландцементный клинкер.
Свойства шлаковых цементов. Вяжущие свойства всех групп шлаковых цементов существенно зависят от:
- состава цемента;
- металла, при выплавке которого образовался шлак;
- особенностей технологического режима печи;
- способа и температуры грануляции и др.
Шлаковые цементы выпускаются марками от 200 до 400. Они отличаются:
- медленным твердением и схватыванием;
- достаточно высокой механической прочностью;
- удовлетворительными показателями морозостойкости и воздухостойкости.
Шлаковый цементный порошок являются разновидностью цементов с активными минеральными добавками, в которых последние представлены доменными гранулированными шлаками. Способность этих шлаков к самостоятельному водному твердению позволяет получать шлаковый цемент по качеству выше, чем пуццолановый (с другими видами активных минеральных добавок).
Класс шлакоцемента зависит и от используемого вида шлака: это могут быть основные, кислые, гранулированные и негранулированные шлаки. Особое значение в определении прочности имеет не физическая структура, а химический состав. На данной закономерности основывается правило выбора сырья.
С экономической стороны предпочтение стоит отдать гранулированным видам, в связи с тем, что использование негранулированных масс усложняет производственный процесс. Цемент со шлаком, который получается в результате, затвердевает медленнее обычного, потому что содержание шлака в нем варьируется в пределах 20-80% общей массы.
Состав возможных смесей шлакобетона.
| Класс шлакобетона | Объемный состав (в частях) | Объемный вес | ||||
| Цемент 400 | Песок | Известь или глина | Крупный шлак | Мелкий шлак | ||
| 50 | 1 | 3 | 0,6 | 5 | 6 | 1300 |
| 35 | 0,9 | 2 | 0,3 | 3 | 3 | 1500 |
| 35 | 1 | 3 | 0,8 | 8 | 6 | 1100 |
| 25 | 0,9 | 2 | 0,5 | 5 | 3 | 1300 |
| 25 | 1 | 2 | 1 | 12 | 6 | 900 |
| 10 | 0,9 | 1 | 0,7 | 8 | 3 | 1100 |
| 10 | 0,9 | 1 | 2 | 12 | 5 | 700 |
Цемент расширяющиеся — состав, применения, характеристика.
Он представляет собой цементную массу, которая увеличивается в размерах при отвердении раствора. Этот эффект наблюдается только в условиях повышенной влаги. При обычных условиях и сухой погоде такой материал не дает усадки при затвердевании.
Основное свойство состава - расширяемый объем цемента глиноземистого типа при введении специальной добавки при достаточно быстром затвердении массы.
Расширяющийся цемент имеет следующие основные типы:
- водонепроницаемый расширяющийся состав;
- гипсоглиноземистый расширяющийся материал;
- расширяющийся цемент;
- напрягающий цемент;
- пластифицированный расширяющийся цемент.
Несмотря на заметные отличия в свойствах, все типы основаны на цементе глиноземного типа или смеси цементов, в которые входит глиноземный элемент. Для того чтобы материал выполнял свое функциональное предназначение, в него вводится специальная активная добавка.
Можно выделить основные виды таких добавок:
- гидросульфоалюминат кальция;
- гидрат окиси магния;
- сульфаты алюминия и хлористого кальция;
- сульфитно-спиртовая барда;
- алюминиевая пудра;
- алунит.
Как самая недорогая наибольшее распространение нашла первая добавка, хотя самая эффективная - гидрат окиси магния.
Цемент глиноземистый — характеристика, виды.
Цемент глиноземистый отличается преобладанием однокальциевого алюмината в составе клинкера, определяющим главные характеристики связующего. Также содержится геленит в роли балластной примеси и двухкальциевый силикат, характерная особенность которого заключается в медленном твердении.
При затворении водой начинает гидратироваться однокальциевый алюминат. Вещества, формирующиеся при этом, выступают в качестве составной части застывшего материала. Расширяющийся цемент начинает схватываться через 45-60 минут, полное застывание происходит после 10 часов. Возможно изменение периода схватывания добавлением ускорителей (гипс, известь) или замедлителей (хлористый кальций, борная кислота).
Характеристика.
Цемент глиноземистый отличается низкой способностью к деформированию, так как формирующий камень имеет крупнокристаллическую структуру. Помимо этого, присутствие гидратированного кубического моноалюмината приводит к потере массы при формировании.
Данный материал способен обеспечить получение раствора и бетона с влагонепроницаемостью и значительной плотностью. Но он подвержен быстрому разрушению при влиянии щелочей и солей аммония.
Виды цемента глиноземистого.
Существует 2 типа материала: высокоглиноземистый и стандартный цемент. Определяется марка на третьи сутки после производства образцов. С учетом высокой стоимости и недостатка сырья цемент реализуется в относительно небольшом объеме. Материал представляет собой мелкий порошок черного, коричневого или темно-зеленого цвета. Цемент глиноземистый, цена которого начинается от 40 рублей за кг, фасуется в контейнеры и мешки по 50 кг. Возможность быстрого застывания в воде является наиболее важной характеристикой.
Тампонажные цементы — классификация, характеристики.
Тампонажный цемент – это вяжущее, которое практически не отличается от портландцемента за исключением повышенных требований к минералогическому составу клинкера. Допускается применение добавок, оказывающих влияние на отдельные свойства материала.
Делиться на группы:
- I – бездобавочный тампонажный ПЦ, который делится на два типа: I-G – с нормированными требованиями при водоцементном соотношении 0,44, I-H – с установленными требованиями при в/ц 0,38;
- II – тампонажный цемент с добавками минерального происхождения;
- III – тампонажный ПЦ с регулирующими плотность теста добавками.
Для данного типа вяжущего разрешено применение только минеральных и некоторых синтетических добавок, среди которых:
- Триэтаноламин, способствующий повышению гигроскопичности изоляции нефтяных скважин;
- Известняк (гипс) – добавка для расширяющихся цементов;
- Кварцевый песок для утяжелённого и солестойкого цемента;
Шлаки; - Шпаты, гематиты и другие утяжеляющие добавки.
Классификация.
Требования к тампонажным цементам предъявляет ГОСТ 1581-96. Он нормирует основные характеристики материала и приводит его подробную классификацию. Кроме того, документ демонстрирует деление вяжущего по нескольким ключевым признакам. Все они отражаются в маркировке цемента и принимаются к сведению при выборе компонентов для строительства.
Основные технические показатели.
Поскольку тампонажный цемент применяется в строительстве скважин нефтедобычи и сопутствующих продуктов, его свойства строго регламентированы ГОСТом, которые настоятельно рекомендуется придерживаться производителям вяжущего.
Основные характеристики ПЦТ по ГОСТ 26798.1-96 выведены в таблице:
| Свойство | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Насыпная поверхность | 250…1500 м 2 /кг | Параметр зависит от тонкости помола, минералогического состава порошка и включённых в состав добавок. |
| Плотность насыпная удельная | 800…1200 кг/м 3 | |
| Водосодержание (отношение массы воды к твердой фазе сухого вещества) | 0,2…0,25 (в теории), 0,35…0,4 (на практике) | Для получения пластичного раствора добиваются 18 см расплыва материала по конусу АзНИИ, то есть для каждой партии и раствора количество воды превышает нормируемое. |
| Подвижность | В пределах 18…25 см при в/ц=0,5 | Нижний предел подвижности – 16 см. В таком состоянии раствор еще сохраняет пластичность, но она критично низкая. |
| Срок схватывания | Начало – не ранее 1 час 45 мин, конец – не позже 10 часов | Гидратационное твердение тампонажного цемента в шахте зависит от состава и условий. В «горячих» скважинах гидратация происходит интенсивно благодаря нагреванию раствора, в «холодных» - из-за активных компонентов. Время определяют лабораторно посредством иглы Вика (от её провала до 1-2 мм на поверхности). |
| Водоотделение при гидратации* | 7,5…8,5 мл на 250 мл раствора | В зависимости от состава и условий твердения |
| Прочность | 27-62 кг/см 2 | Определяется на вторые сутки, ключевой показатель. Также проводятся испытания образцов через 8 часов от формовки (мин. 2,1 МПа при температуре 38°С и мин. 10,3 МПа при 60°С). Через 28 суток такой цемент не тестируют. |
| Усадка | Не допускается | Для обустройства нефтяных и газовых шахт подходят только безусадочные или расширяющиеся тампонажные цементы. |
Цемент (от лат. «caementum » – «щебень, битый камень») – это неорганическое вяжущее вещество (порошок), которое при затворении водой образует пластичное тесто и через определенное время вследствие физико-химических процессов способно переходить в камнеобразное состояние. Цемент, как гидравлическое вяжущее, способен твердеть и сохранять свою прочность как в воде, так и на воздухе.
Виды и марки цементов
Существуют следующие виды цементов:
- Романцемент.
- Портландцемент.
- Магнезиальный цемент.
- Кислотоупорный цемент.
- Глинозёмистый цемент.
Так как в настоящее время портландцемент является одним из наиболее распространенным. Рассмотрим более подробно, что такое портландцемент, его разновидности и область применения.
Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, продукт тонкого измельчения цементного клинкера с небольшой добавкой гипса (3… 5%), состав которого состоит из силикатов кальция (алит и белит – 70…80%).
Цементный клинкер – это зернистая смесь, состоящая из карбоната кальция (разные виды известняка) и алюмосиликатов (глины, мергель, доменный шлак и др.), который получается путем обжига до спекания при температуре 1400…1450 о С. Гипс добавляется в портландцементе для урегулирования сроков схватывания. Название «портландцемент» произошло от названия острова Портленд (Portland, England), на котором добывается природный камень, таким же цветом.
Разновидности портландцемента получаются путем регулирования минералогического состава, введением минеральных и органических добавок, которые имеют свои особенные свойства и область применения. Существуют следующие разновидности портландцемента:
- Портландцемент бездобавочный (ПЦ).
- Портландцемент с минеральными добавками.
- Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ).
- Особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТПЦ).
- Шлакопортландцемент (ШПЦ).
- Сульфатостойкие портландцементы (СПЦ).
- Пластифицированный портландцемент.
- Гидрофобный портландцемент.
- Портландцемент на основе клинкера нормированного состава (Н)
- Декоративные портландцементы.
1. Портландцемент бездобавочный (ПЦ)
Цемент серо-зеленного цвета, в составе которого, кроме гипса, отсутствуют минеральные добавки. Согласно ГОСТ 10178-85 портландцемент без добавок выпускается таких марок: 400, 500, 550 и 600. Обозначение: ПЦ-500-Д0 (ПЦ – портландцемент, 500 – марка цемента, Д0 – без добавок (0% добавок)). Применяется для строительства надземных, подземных, подводных монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций при отсутствии агрессивного воздействия минерализованной или пресной воды. ПЦ-400-Д0 идеальный для приготовления бетонных смесей и строительных растворов.
2. Портландцемент с минеральными добавками
Цемент в состав, которого вводят следующие добавки:
- гранулированный доменный шлак – до 20%;
- природные активные минеральные добавки (опока, трепел) – до 10%;
- разные активные минеральные добавки – до 15%.
Введение минеральных добавок в портландцемент улучшает его свойства, такие как водонепроницаемость, коррозионная стойкость, уменьшает тепловыделение, но и есть негативное влияние – ухудшается его морозостойкость. За счет ввода минеральной добавки, экономится цементный клинкер без существенного изменения прочностных характеристик, таким образом, он дешевле по сравнению с бездобавочным портландцементом.
Согласно ГОСТ 10178-85 портландцемент с минеральными добавками выпускается таких марок: 400, 500, 550 и 600. Обозначение: ПЦ-500-Д5 или ПЦ-400-Д20 (Д5 или Д20 – процентное содержание минеральной добавки в портландцементе).
Применяется такой цемент во всех сферах строительства, им можно заменять обычный портландцемент, за исключением тех случаев, где необходимо получить конструкции с высокой маркой по морозостойкости. Например, цемент марки ПЦ-400-Д20 широко используют для закладки фундамента, используют для приготовления штукатурных растворов.
3. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ)
Данный цемент получается путем тонкого помола алито-алюминатного клинкера (удельная поверхность 3500…4000 см 2 /г) и регулированием минералогического состава, – вводится большое количество трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (С 3 S>50%, (C 3 S+C 3 A)>60 – 65%). Такой состав и тонкий помол БТЦ обеспечивает быстрый набор прочности: примерно, через 3 суток с момента затворения водой прочность на сжатие составляет не менее 25…28 МПа. Далее, после 3 суток скорость набора прочности замедляется, и на 28 сутки прочность практически не отличается от обычного портландцемента в том же возрасте. Таким образом, БТЦ востребованный там, где необходимо получить высокую прочность бетона в начальные сроки твердения.
Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ), согласно ГОСТ 10178-85 выпускается марки М400 и М500.
Применение . Эффективно применять при больших объемах производства сборных железобетонных изделий и бетонировании при отрицательных температурах. Преимущества в применении таких цементов заключается в значительном уменьшении расхода цемента, на предприятиях по изготовлению железобетонных изделий уменьшается время тепло-влажностной обработки или совсем обойтись без пропарки.
Ограничения: Запрещается применять данный цемент для строительства массивных конструкций. Бетон, изготовленный из БТЦ не сульфатостойкий.
4. Особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТПЦ)
Состоит из ПЦ клинкера, содержащего алит C 3 S в пределах 65 ÷ 68% и трехкальциевого алюмината С 3 А не более 8%, а также добавляется гипс. Особо тонкий помол (удельная поверхность 4000…4500 см 2 /г и более) обеспечивает быстрый набор прочности в начальные сроки твердения, а также высокую марку цемента (М600, М700)
Применяется для строительства монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций. В состав ОБТПЦ не допускается вводить минеральные добавки.
5. Шлакопортландцемент (ШПЦ)
Цемент, в состав которого добавляют гранулированный доменный шлак (20…80%). Шлакопортлан-дцемент обладает пониженным тепловыделением, меньшей усадкой при твердении и набухании в воде по сравнению с обычным портландцементом, более медленными сроками схватывания и твердения. Согласно ГОСТ 10178‑85 шлакопортландцемент выпускается таких марок: 300, 400, 500. Обозначение: ШПЦ-400 (Ш – добавка шлака).
Применение: в основном, предназначен для строительства наземных конструкций, а также для подземных и подводных конструкций, которые подвергаются воздействию пресной и минерализованной воды.
6. Сульфатостойкие портландцементы (СПЦ)
Производится путем регулирования минералогического состава: трехкальциевого силиката – не более 50%, трехкальциевого алюмината – не более 5%, C3A+C4AF – не больше 22%. В состав включают оксид магния (5%) и оксид алюминия (5%).
СПЦ подразделяются на:
- сульфатостойкий портландцемент (марка 400);
- сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками (марка 400, 500);
- сульфатостойкий шлакопортланцемент (марка 300, 400);
- пуццолановый портландцемент (марка 300, 400).
Данные цементы предназначены для изготовления бетонов, эксплуатируемых в очень сильной агрессивной среде. Их также применяют для изготовления бетона с повышенной морозостойкостью. Для подземных и подводных гидротехнических конструкций и сооружений, которые подвергаются сульфатной коррозии целесообразно применять сульфатостойкий шлакопортландцемент и сульфатостойкий пуццолановый портландцемент. Так как, сульфатостойкий портландцемент обладает пониженной экзотермией его можно использовать для строительства массивных конструкций.
Согласно ГОСТ 10178-85, в таблице 1 представлен минералогический состав некоторых сульфатостойких портландцементов.
Таблица 1
| Состав и содержание минералов, % по массе | Клинкер для производства | |||
| сульфатостойкого портландцемента | сульфатостойкого портландцемента с миниральными добавками | сульфатостойкого шлакопортладцемента | Пуццоланового портландцемента | |
| Трехкальциевый силикат 3СаО·SiO 2 , не более | 50 | Не нормируется | ||
| Трехкальциевый алюминат 3CaO·Al 2 O 3 , не более | 5 | 5 | 8 | – |
| Сумма трехкальциевого алюмината 3CaO·Al 2 O 3 и четырехкальциевого алюмоферрита 4CaO·Al 2 O 3 ·Fe 2 O 3 , не более | 22 | 22 | Не нормируется | |
| Оксид магния MgO, не более | 5 | 5 | 5 | – |
7. Пластифицированный портландцемент
На цементном заводе в ПЦ клинкер на этапе помола вводится гидрофильно-пластифицирующая добавка, например лигносульфонат технический (ЛСТ). Данная добавка ПАВ (поверхностно-активные вещества) при затворении водой образует адсорбционные пленки гидрофильного характера, которые осаждаются на поверхности частицы цемента и таким образом «помогают» более полно смачивать воде цемент, что приводит к увеличению пластичности бетонной смеси. ПАВ вводится в количестве 0,1…0,3% от массы цемента. Благодаря пластифицированным добавкам увеличивается прочность бетона, за счет уменьшения В/Ц (водоцементное отношение), или помогают снизить расход дорогостоящего цемента на 8…10%. Пластифицированный портландцемент обладает улучшенными свойствами, такими как плотность, водонепроницаемость, морозостойкость.
8. Гидрофобный портландцемент
В ЦП клинкер вводятся гидрофобные ПАВ, в количестве 0,1÷0,3% от массы цемента. Существует множество гидрофобных добавок, самые распространенные это мылонафт, асидол, окисленный петролатум, синтетические жирные кислоты. Гидрофобные добавки уменьшают водопоглощение и капиллярный подсос, увеличивают водонепроницаемость и морозостойкость бетона до F1000.
Согласно ГОСТ 970-61 пластифицированный портландцемент выпускается следующих марок: 300, 400, 500, 600 , 700 .
Гидрофобный портландцемент может почти полностью сохранять свою активность на протяжении длительного времени, даже в помещениях с повышенной влажностью.
Применение: Гидрофобный цемент целесообразно применять для строительства гидротехнических, дорожных и аэродромных конструкций.
9. Портландцемент на основе клинкера нормированного состава (Н)
Строго нормируется минералогический состав и используется для строительства очень ответственных и важных конструкций (мосты, опоры ЛЭП и контактной сети, аэродромные покрытия).
10. Белый и цветные портландцементы
Это декоративные гидравлические вяжущие вещества, получаемые путем использования карбонатных пород и глин с очень малым содержанием оксидов железа (до 0,4…0,5%) и марганца (до 0,005…0,15 %) для получения белого клинкера, введения добавок гипса, белого диатомита (до 6%) и пигментов в цементный клинкер.
Белый портландцемент еще подвергают отбеливанию, вследствие восстановления Fe 2 C>3 до Fe 3 O 4 .
При вводе в состав клинкера пигментов, таких как сурик, ультрамарин, кобальт, хром, марганец и другие получают цветные цементы. Пигменты добавляют в следующем количестве:
- минеральные и синтетические – не более 15%;
- органические – не более 0,3%.
Выпускают декоративные портландцементы следующих марок: 300, 400 и 500.
В декоративные цементы применяют для отделочных работ и предназначены для улучшения эстетического вида зданий и сооружений.
Область применения портландцементов
Ниже в таблице 2 приводятся основные характеристики и область применения самых распространенных портландцементов.
По таблице можно определить какой именно вид портландцемента целесообразнее применить для данного случая.
Таблица 2
| Вид портландцемента | Марка | Состав | Особенности | Основное назначение | Не допускается применять | Не эффективно использовать |
| Портландцемент бездобавочный (ПЦ-ДО) | 400 | Цементный клинкер + добавка гипса (3 – 5 %) |
|
Изготовление монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций из бетонов класса С15-С25. Допускается применять для бетонов со специфицескими условиями эксплуатации при условии дополнительной проверки цемента на стойкость к агрессивному воздействию | Заменять сульфатостойкие цементы (кроме использование в слабоагрессивной среде) | Для строительных растворов, не рекомендуется применять без предварительной проверки (на стойкость) в бетонах и конструкциях со специальными свойствами |
| 500 | Цементный клинкер + добавка гипса (3 – 5 %), тонкий помол |
|
Изготовление монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций из бетонов класса С20-С30.Допускается применять для бетонов со специфицескими условиями эксплуатации при условии дополнительной проверки цемента на стойкость к агрессивному воздействию | Для изготовления бетонов класса менее С15 | ||
| 550, 600 | Цементный клинкер + добавка гипса (3 – 5 %), очень тонкий помол |
|
Изготовление монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций из бетонов класса С35 и выше | Использовать вместо сульфатостойких цементов, для низкотермичных бетонов | Для изготовления бетонов класса менее С30 | |
| Портландцемент на основе клинкера нормированного минералогического состава (ПЦ-ДО-Н) | 400, 500 | Цементный клинкер + добавка гипса (3 – 5 %), очень тонкий помол, строго регулируемый минералогический состав |
|
Дорожные и аэродромные, опоры контактной сети и ЛЭП покрытия, мосты, водопропускные трубы, шпалы и т.д. Можно использовать вместо ПЦ-ДО М400, М500 | Заменять сульфатостойкие цементы в условиях средне- и сильноагрессивных сред | Для строительных растворов |
| Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) ГОСТ 10178-85 | 400, 500 | Цементный клинкер с большим количеством трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (С 3 S>50%, (C 3 S+C 3 A)>60 – 65%) + тонкий помол |
|
Для всех железобетонных конструкций. Эффективный для монолитного строительства, а также для сборных конструкций | Массивные конструкции | Для строительных растворов |
| Портландцемент с минеральными добавками (ПЦ-Д5) | 400 | Цементный клинкер + добавка гипса (3 – 5 %) + гранулированный доменный шлак (до 5 %) или природные активные минеральные добавки (опока, трепел, до 5 %) или другие активные минеральные добавки (до 5 %) |
|
Изготовление монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций из бетонов класса С15-С25 | Для замены сульфатостойких цементов (кроме случаев слабоагрессивных сред). | Для строительных растворов |
| 500 | Изготовление монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций из бетонов класса С20-С30 | Для замены сульфатостойких цементов; для низкотермичных бетонов | Для производства бетонов классов менее С15 | |||
| 550, 600 |
|
Изготовление монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций из бетонов класса С35 и выше. | Для производства бетонов классов менее С30 | |||
| Портландцемент с минеральными добавками до 20% (ПЦ-Д20) | 400 | Цементный клинкер + добавка гипса (3 – 5 %) + гранулированный доменный шлак (до 20 %) или природные активные минеральные добавки (опока, трепел, до 10 %) или другие активные минеральные добавки (до 15 %) |
|
Монолитные и сборные конструкции из бетона класса С15 – С25, при добавлении суперпластификатора можно получать бетоны класса С40 | Для замены сульфатостойких цементов (кроме случаев слабоагрессивных сред), для изготовления бетонов с маркой по морозостойкости F200 и выше без воздухововлекающих добавок | Для строительных растворов |
| 500 |
|
Монолитные и сборные железобетонные конструкции с бетоном класса С20 – С30. При добавлении суперпластификатора можно получать бетоны класса С40 и выше | Для замены сульфатостойких цементов; для низкотермичных бетонов, для бетонов с маркой по морозостойкости F200 и выше без воздухововлекающих добавок. | Изготовление бетонов ниже класса С15 | ||
| Шлакопортландцемент (ШПЦ) | 300 | Цементный клинкер + добавка гипса (3 – 5 %) + гранулированный доменный шлак (20÷80 %). |
|
Монолитные и сборные железобетонные конструкции с обеспечением ТВО с классом С20 для массивных надземных, подземных и подводных конструкций, которые подвергаются агрессивному воздействию минеральных и пресных вод; строительные растворы, можно использовать вместо сульфатостойких цементов | Для бетонов с маркой по морозостойкости F100 и более. Для тяжелых бетонов при температуре твердения ниже 10 о С и отсутствии прогрева | Для работы в условиях попеременного увлажнения и высыхания |
| 400 |
|
Монолитные и сборные железобетонные конструкции с обеспечением ТВО с классом С25 для массивных надземных, подземных и подводных конструкций, которые подвергаются агрессивному воздействию минеральных и пресных вод; строительные растворы | Изготовление бетонов с маркой по морозостойкости F100 и выше без воздухововлекающих добавок, | Для работы бетона в условиях попеременного увлажнения и высыхания | ||
| 500 |
|
Монолитные и сборные железобетонные конструкции с обеспечением ТВО с классом С15 — С30. Можно добавлять суперплас-тификатор для получения бетона класса С40 | Для бетонов класса ниже С 15, для бетонов с маркой по морозостойкости F200 и выше без воздухововлекающих добавок | |||
| Сульфатостойкий портландцемент (ССПЦ) ГОСТ 22266-94 | 400, 500 | Трехкальциевый силикат – не более 50%, трехкальциевый алюминат – не более 5 %, C3A+C4AF – не больше 22%. В состав включают оксид магния (5%) и оксид алюминия (5%). |
|
Монолитные и сборные железобетонные конструкций, работающие в высоко агрессивных средах, содержащие концентрацию ионов SO 2 4 ; Cl; Mg 2 ; CO 2 2 . Бетонов, работающих в условиях попеременного замораживания и– оттаивания, увлажнения и высыхания, изготовление массивных конструкций | Для бетонов, к которым не предъявляются высокие требования по сульфатостойкости и (или) морозостойкости | |
| Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками (ССПЦ-Д20) | 400, 500 | Трехкальциевый силикат – не более 50%, трехкальциевый алюминат – не более 5 %, C3A+C4AF – не больше 22%. В состав включают оксид магния (5%) и оксид алюминия (5%) + минеральные добавки 20 % |
|
Монолитные и сборные железобетонные конструкций, работающие в высоко агрессивных средах, содержащие концентрацию ионов SO 2 4 ; Cl; Mg 2 ; CO 2 2 . Допускается использовать взамен ПЦ-Д20 | Для бетонов с маркой по морозостойкости F200 и выше без воздухововлекающих добавок, для строительных растворов | |
| Сульфатостойкий шлакопортландцемент (ССШПЦ) ГОСТ 22266-94 | 300, 400 | Трехкальциевый силикат – не более 50%, трехкальциевый алюминат – не более 5 %, C3A+C4AF – не больше 22%. В состав включают оксид магния (5%) и оксид алюминия (5%) + добавка доменного шлака |
|
Для сульфатостойкихподземных и подводных бетонных и железобетонных конструкций, для использования как низкотермичного цемента | Применение в зоне попеременного замораживания – оттаивания, увлажнения – высыхания | |
| Пуццолановый портландцемент (ППЦ) ГОСТ 22266-94 | 300, 400 | Цементный клинкер + добавка гипса (3 – 5 %) + активная минеральная добавка |
|
Для подземных и подводных конструкций в сильноагрессивных средах ивоздействию мягких вод. Для внутренних массивов гидротехнических сооружений. | Для надземных конструкций, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности | Применение в зоне попеременного замораживания – оттаивания, увлажнения-высыхания; для производства изделий и конструкций с применением ТВО В морозостойких бетонах при их твердении в сухих жарких и зимних условиях; в условиях попеременного увлажнения и высушивания |
| Пластифицирующий портландцемент ГОСТ 10178-85 | 400, 500 | ПЦ + добавка гидрофильная ПАВ |
|
Изготовление монолитных и сборных бетонных, железобетонных конструкций. В массовом производстве железобетонных изделий, но необходима некоторая выдержка перед пропаркой (ТВО) изделий | Не рекомендуется при производстве пенобетона и для приготовления очень жестких составов | |
| Гидрофобный портландцемент ГОСТ 10178-85 | 400, 500 | ПЦ + добавка гидрофобная ПАВ |
|
При изготовлении бетонов для дорожного, аэродромного строительства. Гидротехнические сооружения, для облицовки и штукатурки зданий |
