Особенности сульфатостойкого цемента
Виды, состав и применение сульфатостойких цементов
В прочности и долговечности железобетонных конструкций мало кто сомневается, но все же стоит отметить, что под воздействием внешних факторов среды материал имеет свойство довольно быстро разрушаться. Основными причинами разрушения бетона являются ветер, грунтовые воды, солнечные лучи, частые дожди и морозы. Именно поэтому применение новых технологий в производстве строительных смесей так важно.
На помощь в борьбе с разрушением бетонных конструкций приходит специализированный сульфатостойкий бетон.
Особенности
Сульфатостойкий цемент производится на основе крошки портландцементного клинкера тонкого помола в смеси с гипсом, частный случай обычного портландцемента с особенностью в виде повышенной устойчивости к воздействию сульфатов.
Особые требования выдвигаются к качеству клинкера, используемого в изготовлении сульфатостойкого цемента. Так, его химический состав строго нормируется:
- концентрация трехкальциевого силиката не более 50%;
- концентрация алюмината – не более 5%;
- глиноземный модуль – должен быть более 0,7%;
- совместное содержание C3A+C4AF – менее 22%.
Такие ограничения вводятся, чтобы обезопасить полученную конструкцию от сульфатной коррозии.
Использование
Использование сульфатостойких цементов обосновано для строительства сооружений, подверженных агрессивным воздействиям окружающей среды.
А именно:
- сильные морозы и перепады температур;
- частые атмосферные осадки и перепады влажности, затопления, приливы и отливы, паводок, грунтовые воды;
- движение грунта, его просаживание или, наоборот, вспучивание;
- воздействие агрессивных химических жидкостей, например, грунтовые воды с нестабильным составом;
- сейсмическая активность.
Поэтому чаще всего сфера применения сульфатостойких цементов – это:
- цинк-сульфатные мостовые сваи;
- гидротехнические сооружения, работающие с морской или океанической водой;
- подводные и подземные массивы;
- морские и речные молы;
- железобетонные сооружения;
- конструкции с повышенной напряженностью.
Разновидности сульфатостойкого цемента
Рассмотрим основные виды сульфатостойкого цемента в зависимости от состава:
- Портландцемент без добавок. Введение минеральных и инертных добавок в этот вид цемента недопустимо. Является универсальным материалом, стоек к перепадам температуры и влажности.
- Шлакопортландцемент. Основной добавкой является гранулированный доменный шлак, он перемалывается вместе с клинкером и составляет 40—60% от общего объема смеси. Шлак, используемый в качестве добавки, должен соответствовать норме на присутствие в нем оксида алюминия – не более 10-12%. Слабое место шлакопортландцемента – неустойчивость к замораживанию.
- Портландцемент с добавлением минеральных добавок. В качестве минеральных добавок может быть использован шлак в количестве 15-20% от общего объема, пуццолан, комбинация пуццолана или микрокремнезема со шлаком. Минеральные добавки обычно составляют 5-10%. Этот вид сульфатостойкого цемента обладает отличной стойкостью к замораживанию и перепадам влажности.
- Пуццолановый портландцемент. Содержит в своем составе смесь из доменного шлака и пуццоланов. Пуццоланами называются активные минеральные добавки вулканического происхождения, такие как, например, пепел или пемза. В отличие от портландцемента более стоек к сульфатной коррозии, но при этом хуже переносит резкие перепады температур и перепады влажности.
Маркировки сульфатостойкого цемента
Приобретая сульфатостойкий цемент, стоит уделить внимание маркировке на упаковке. Она означает максимальную прочность при сжатии. Основные распространенные марки – М300, М400, М500. Соответственно, прочность этих цементов будет составлять от 300 до 500 кг/см² (или от 30 до 50 МПа).
Необходимо помнить, что при длительном хранении прочность состава может снижаться, так, за 3 месяца она может снизиться на значение до 10%.
Своей максимальной прочности на сжатие цемент достигает на 28 сутки после заливки.
- Сульфатостойкий шлакопортландцемент бывает всех доступных маркировок – М300, М400 и М500.
- Портландцемент с добавлением минеральных добавок маркируется – М400 и М500.
- Портландцемент без добавок имеет маркировку – М400.
- Пуццолановый маркируется – М300 и М400.
Свойства сульфатостойких цементов
Сульфатостойкие цементы являются быстросохнущими.
- Сроки схватывания – от 45 мин до 10 часов.
- Водопотребность 22-28%. Это важная характеристика, которая используется для правильного разведения исходной смеси с водой, чтобы получить раствор нужной консистенции.
- Тонкость помола. Для цементов с содержанием минеральных добавок осадочного происхождения остаток на сите с ячейками 80 мкм – не более 15%
Цветной и белый портландцемент
Агрессивные условия окружающей среды не повод забыть об эстетическом виде сооружения. Особое распространение имеют белые портландцементы, механизм изготовления которых очень схож с обычным цементом, за исключением использования белого клинкера.
Важным моментом в производстве белого клинкера является применение карбонатных пород и глины с очень низкой концентрацией оксидов железа и марганца. Для усиления белизны клинкера его выбеливают с помощью химического восстановления карбида железа 3 до оксида железа Fe3O4.
В белом портландцементе особо ценится его показатели белизны, так, выделяют 3 степени белизны цемента, которые между собой отличаются степенью отражения света.
На этой основе производится и цветной портландцемент. Его несложно сделать из белого клинкера в смеси с красящими веществами. Чаще всего для окраски используется железная гематитовая руда (для получения красного и коричневого оттенков), фталоцианиновые пигменты (для получения зеленого и голубого), железоокисный пигмент (желтый) и сажа для получения серых и черных оттенков.
Рекомендации
Стоит отметить, что сульфатостойкие цементы являются важной частью в постройке конструкций, подвергающихся суровым испытаниям климатическими условиями, такими как переменчивая влажность и скачки температур.
Необходимо с должной ответственностью относиться к выбору материалов, ведь для разных условий сульфатостойкие цементы подбираются индивидуально.
В большинстве случаев важным критерием выбора является тип почвы, ее кислотность и плотность. Но также стоит при выборе обращать внимание на то, чтобы приобретаемая продукция соответствовала государственным стандартам качества (ГОСТ).
О том, как выбрать цемент, смотрите в следующем видео.
Где применяют сульфатостойкий цемент
Соли серной кислоты (сульфаты), содержащиеся в грунте или воде, при контакте с бетоном вступают в реакцию с гидроксидом кальция и алюминатными составляющими цементного камня. Это вызывает постепенное разрушение конструкций. Интенсивность процесса зависит, прежде всего, от количества алюмосодержащих компонентов.
В производстве бетонных смесей, устойчивых к коррозии этого типа, в качестве вяжущего вещества используют специальный сульфатостойкий цемент (ГОСТ 22266-2013).
Виды цемента
Главное отличие цементов, повышающих устойчивость бетона к воздействию солей серной кислоты — особый химический состав клинкера, идущего на их изготовление. Содержание трехкальциевого алюмината, оксидов магния и алюминия в нем понижено.
Классификация по составу
Сульфатостойкие цементы по составу относят к 4 типам:
- ЦЕМ I — портландцемент;
- ЦЕМ II/А — смесь портландцемента с добавками (содержание до 20%);
- ЦЕМ II/B — смесь портландцемента с добавками (содержание от 21 до 35%);
- ЦЕМ III/A — шлакопортландцемент (содержание шлака от 36 до 65%).
В качестве дополнительных компонентов используют гранулированные доменные шлаки, пуццолану, их смеси с микрокремнеземом.
Классификация по прочности
По прочности на сжатие цементы разделяют на классы и 2 подкласса, сульфатостойкие выпускают только 4 видов.
Таблица 1. Минимальная прочность на сжатие цементов, повышающих устойчивость бетона к сульфатной коррозии (МПа)
Н | – | 16 | 32,5 | |
Б | 10 | – | 32,5 | |
42,5 | Н | 10 | – | 42,5 |
Б | 20 | – | 42,5 |
Подклассы: Н — нормальнотвердеющий; Б — быстротвердеющий.
Маркировка сульфатостойкого цемента
Обозначение вида цемента наносят на боковую поверхность каждого мешка. Если материал расфасован в мягкие контейнеры, то используют несмываемую краску или вкладывают заполненную этикетку в специальный карман.
Цемент, упакованный в небольшие прозрачные пакеты, маркируют обычным способом или помещают этикетку между слоями полиэтилена. Если пакетов много и они уложены в общую тару, то надписи наносят и на нее, дополнительно указывая количество упаковок.
Маркировка цемента состоит из его наименования, типа, вида добавки, класса и подкласса прочности. Для материала с повышенной устойчивостью к воздействию солей серной кислоты в конце ставят СС — сульфатостойкий. Завершают маркировку обозначением стандарта, по которому изготовлен цемент.
Пример: сульфатостойкий портландцемент ЦЕМ II/A-П 32,5Н СС ГОСТ 22266-2013. Расшифровка: материал на основе портландцемента, с добавлением до 20% пуццоланы, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий, сульфатостойкий, характеристики соответствуют требованиям ГОСТ 22266-2013.
Дополнительно могут быть отражены особые свойства материала, приобретенные за счет внесения специальных добавок или снижения содержания некоторых компонентов:
- ПЛ — пластифицированный;
- ГФ — гидрофобизированный;
- НЩ — низкощелочной.
Указанные свойства могут дополнять друг друга — например: низкощелочной пластифицированный (НЩ ПЛ).
Сферы применения
Основное назначение бетона на сульфатостойком цементе — строительство подземных и подводных конструкций: фундаментов, опор мостов и других гидротехнических сооружений, свай, метрополитенов, бассейнов, колодцев и т. п. Подходящий тип вяжущего компонента смеси определяют с учетом дополнительных характеристики среды.
Таблица 2. Рекомендации по применению сульфатостойких цементов в средах, агрессивных по содержанию сульфатов
Наименование портландцемента сульфатостойкого | Обозначение типа цемента | Основные компоненты (минеральные добавки) | Классы и подклассы прочности по ГОСТ 31108 |
---|---|---|---|
портландцемент сульфатостойкий | ЦЕМ I СС | нет | 32,5Н/Б**;
42,5Н/Б |
сульфатостойкий ПЦ с минеральными добавками | ЦЕМ II/А-Ш* СС или ЦЕМ II/В СС | Гранулированный доменный шлак | 32,5Н/Б;
42,5Н |
ЦЕМ II/А-П СС | Пуццолан | ||
ЦЕМ II/А-К(Ш/П) СС или ЦЕМ II/А-К (Ш/П, МК) СС | Комбинация пуццолана или микрокремнезема со шлаком | ||
шлакопортландцемент (ШПЦ) сульфатостойкий | ЦЕМ lll/A СС | Гранулированный доменный шлак |
*Через дефис указывается первая буква названия минерала (Ш-шлак, П-пуццолан, К-кремнезем). Их содержание обычно не превышает 35% от общей массы клинкера.
**Б/Н – быстротвердеющий или нормально твердеющий.
Основной состав
Для изготовления сульфатостойкого цемента используют глину с низким содержанием железа и кремнезема и отсутствием активных минеральных добавок.
Сырье с нормированным составом обжигают в печах до получения клинкера, который затем измельчают в мелкодисперсный порошок (цемент), при необходимости вводят дополнительные минеральные добавки и пластификаторы.
Минералогический состав разных видов стойких к агрессивным средам цементов регламентируется ГОСТом (таб. №2), согласно документу сухое вяжущее обязательно содержит основные минеральные соединения в количестве:
Показатель | Тип цемента, значение (не более) | ||
---|---|---|---|
Сульфатостойкий ПЦ | СС цемент с минеральными добавками | ШПЦ | |
Алюминат трехкальциевый | 3,5 | 5,0 | 7,0 |
С3А+С4AF | Не нормируется | 22 | |
Оксид алюминия Al2O3 | 5,0 | 5,0 | Не нормируется |
Оксид магния MgO | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
Глина с нужным составом в природе встречается гораздо реже, чем обычная, что обусловливает высокую стоимость сырья и готовой продукции. В качестве экономии времени и средств к клинкеру в большинстве случаев добавляют доменный шлак, стабилизирующий минералогический состав готового вяжущего.
Отличительная черта сульфатостойких цементов – бетон, замешенный на них, дольше схватывается и твердеет по сравнению с обычным ПЦ. Для ускорения процесса в состав раствора вводят катализаторы.
Обозначение
Сульфатостойкие цементы отличить просто – достаточно правильно истолковать маркировку. В ней содержится основная информация о материале.
На примере ЦЕМ I 42,5Б СС ГОСТ 22266-2013:
- ЦЕМ I – портландцемент без минеральных дополнительных добавок;
- 42,5Б – класс прочности цемента через 28 суток по ГОСТ 31108, соответствует М500 (ГОСТ 10178-85);
- СС – обозначение сульфатостойкости портландцемента;
- ГОСТ 22266-2013 – госстандарт, которому соответствует данный материал.
Таким же образом можно прочитать маркировки других видов.
Кроме того, цемент с пластификаторами (ПЛ) и гидрофобизаторами (ГФ) должен иметь в маркировке соответствующие обозначения, например: ЦЕМ I 42,5Н СС ПЛ ГОСТ 22266-2013 (сульфатостойкий цемент класса прочности 42,5Н с пластификатором).
Низкощелочной цемент с содержанием R2O не более 0,6% обозначают как НЩ (ЦЕМ I 32,5Б СС НЩ ПЛ ГОСТ 22266-2013).
Использование в строительстве
Основное применение сульфатостойкого цемента – замес бетонов для монтажа подводных и подземных конструкций, подвергающихся постоянному и периодическому затоплению, воздействию грунтовых вод, в том числе с агрессивной средой, а также частому замораживанию и оттаиванию:
- Гидротехнические сооружения;
- Фундаменты на грунтах с высоким уровнем подземных вод;
- Мостовые опоры и сваи.
Для обычного строительства такое вяжущее не применяют в виду нецелесообразности расхода средств.
detector