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)

32,5

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

Эта разновидность цемента получается из дробленого клинкера, который смешивается с кальциевым и силикатным алюминатом. Особое внимание в этом вопросе уделяется дозировке. Алюминат, например, не должен содержаться в объеме больше 5 %, что касается силиката, то его объем составляет 50 %. Такое соотношение не является случайным. В природе есть множество сульфатов, которые при контакте с трехкальциевым гидроалюминатом становятся причиной сульфатной коррозии. Исходное сырье при этом содержит минимальное количество железа.

Применение

Сульфатостойкий цемент используется при бетонировании подземных и подводных массивов. Он обладает уникальными свойствами, поэтому проявляет устойчивость к внешним химическим и природным факторам. Этот цемент обладает иммунитетом к агрессивным химическим веществам, которые незаменимы в строительстве.

В тех условиях, где обычные строительные материалы не способны создать крепкого сооружения, помогает описываемый цемент. Он обладает малой степенью затвердевания, что и отличает его от обычного цемента. Плотность является основным фактором, который определяет стойкость выполненной работы.

Государственные стандарты. Разновидности. Состав

Сульфатостойкий портландцемент может иметь разный состав и бывает:

• шлакопортландцементом;
• с минеральными добавками;
• пуццолановым портландцементом.

Этот строительный материал проявляет устойчивость к факторам химического и природного происхождения. В составе имеются компоненты, которые позволяют получить постройку, не подвергающуюся разрушениям из-за переменчивой температуры и влаги.

При выборе сульфатостойкого портландцемента нужно ознакомиться с составом, ведь для определенной почвы необходим определенный материал. Описываемый создается на основе клинкера, силиката и кальциевого алюмината. Широко используют его при строительстве гидротехнических сооружений. Такие цементы изготавливаются по ГОСТ 22266-2013.

Характеристики ССПЦ 400-Д0

Сульфатостойкий цемент ССПЦ 400 ДО представляет собой разновидность портландцемента. Он отличается устойчивостью к сульфатным водам. Даже обычные подземные воды имеют в составе большое количество сульфатов. Они способствуют разрушению бетона. Для защиты конструкций из бетона от сульфатной агрессии применяется ССПЦ.

Цемент нашел широкое распространение при строительстве фундаментов, опор мостов при высоком уровне подземных вод. Наряду с определенными преимуществами, этот вид портландцемента обладает всеми основными характеристиками ПЦ 400-Д0. Марка по прочности при сжатии упомянута в маркировке и составляют 400 на 28-е сутки. Скорость твердения — нормально твердеющий. Изготавливается этот материал по ГОСТ 22266-94. Прочность на сжатие на третьи сутки не нормируется. В возрасте 28 суток прочность на сжатие составляет 39,2 МПа. Предел прочности при изгибе на 28-е сутки составляет 5,4 МПа. Начало схватывание происходит на 45-ой минуте, не ранее. Минеральных добавок в этом цементе нет.

Добавки для цемента

Описываемый продукт получается методом измельчения клинкера нормированного минералогического состава и гипса. В продаже можно встретить портландцемент с минеральными добавками в виде электротермофосфатного шлака и гранулированного доменного шлака. Эти вещества добавляют в объеме 20 % от общей массы. Активные добавки могут содержаться в пределах от 5 до 10 %. Такой цемент, ГОСТ которого был упомянут выше, имеет сравнительно невысокий глиноземный модуль, а также коэффициент насыщения.

Для изготовления используется клинкер, в котором не больше 5 % СзА и не больше 50 % C3S. Общая сумма C3A и C4AF не должна оказаться больше 22 %. Добавками для цемента выступают С3А и C3S. В связи с этим, материал имеет пониженное тепловыделение, так как упомянутые вещества содержатся в умеренном количестве. В продаже можно встретить сульфатостойкую разновидность с маркировкой 400. Если имеются минеральные добавки, то марка может быть 500. Предел прочности при сжатии на 28-е сутки составляет 40 МПа, если же имеются минеральные добавки, то этот показатель повышается до 50 МПа.

Используется этот материал для создания бетонных конструкций, гидротехнических сооружений, подверженных воздействию сульфатосодержащих вод.

Расшифровка маркировки

Строительные цементы обладают своей маркировкой, утвержденной и описанной в СНиЛС и ГОСТах. Изготавливаться материал может и по другим нормативным документам. Если среди первых буквенных обозначений вы увидели ПЦ, то перед вами портландцемент. Шлакопортландцемент обозначается аббревиатурой ШПЦ . Понять, что перед вами сульфатостойкий портландцемент, вы сможете по буквам СПЦ или ССПЦ.

Когда присутствуют в материале минеральные добавки, к аббревиатуре добавляется буква Д, тогда маркировка выглядит следующим образом: СПЦД. Сульфатостойкий шлакопортландцемент обозначается маркировкой ССШПЦ. Если перед вами пуццолановый и напрягающий цементы, вы увидите следующие буквы: ППЦ и НЦ соответственно. Белый портландцемент и водонепроницаемый расширяющийся цементы обозначаются буквами ПЦБ и ВРЦ.

Маркировка цемента и расшифровка важна для потребителя. Так он сможет приобрести необходимый ему товар. После первых букв будут указаны цифры, которые в маркировке выглядят следующим образом: ПЦ-500. Это говорит о том, что перед вами цемент марки 500. За маркировкой могут идти другие цифры и буквы. Например, если в цементе имеется максимальное содержание добавок, то вы увидите: Д0, Д5, Д20. Это соответствует процентному соотношению 0,5 или 20 %.

Быстротвердеющий цемент обозначается буквой Б. Пластифицирующий цемент — это ПЛ, гидрофобизированный цемент — ГФ. Материал с нормированным составом клинкера — Н. В конце маркировки указывается нормативный документ. Это могут быть технические условия или государственные стандарты, на основании которых изготавливается материал.

Пластифицированный и гидрофобный портландцемент

Пластифицированный портландцемент отличается от обычного способностью придавать бетонам и растворам повышенную подвижность. Этого эффекта удается достичь за счет введения клинкера в объеме 0,25 %. Гидрофобизирующей добавкой выступает сульфидно-дрожжевая бражка. Она и повышает пластичность цементного теста. Бетонные конструкции с добавлением такого цемента получают пластифицирующий эффект, который позволяет уменьшить водоцементное отношение и повысить плотность, а также водонепроницаемость конструкции.

Гидрофобный портландцемент изготавливается при введении клинкера в объеме 0,1 %, асидола, а также синтетических жирных кислот. В составе могут быть еще и гидрофобизирующие добавки. Эти вещества способны понизить гигроскопичность, поэтому цемент отличается от обычного тем, что при хранении во влажных условиях не портится. Он не комкуется и сохраняет свою активность. В связи с этим сульфатостойкий портландцемент гидрофобного типа рекомендуется использовать в областях с высокой влажностью. Главное вещество там сохраняется в отвердевших материалах и повышает их водонепроницаемость, увеличивая сопротивляемость к внешним агрессивным условиям.

Сульфатостойкий бетон

На сегодняшний день такой бетон можно получить двумя способами. Первый заключается в добавлении цемента со специальными модифицирующими веществами. 2-ая технология выражена в приготовлении раствора с использованием сульфатостойкого цемента. Данная методика более предпочтительна и надежна. Ведь описываемый выше цемент, ГОСТ которого был упомянут в статье, способен защитить материал на всех стадиях жизни конструкции.

Бетон, изготовленный по первой технологии, тоже будет защищен от негативных факторов, но подобную защиту можно сравнить с обработкой обуви водоотталкивающим составом. Что касается сульфатостойкого раствора, то он является аналогом резиновых сапог. Разница здесь существенна. Помимо прочего, существует еще градация по прочности сжатия на 28-е сутки.

В заключение

Сульфатостойкий портландцемент — это разновидность обычного портландцемента. Он отличается устойчивостью к сульфатным водам. Ведь даже обычные грунтовые воды имеют в составе огромное количество сульфатов. Они в конечном итоге и способствуют разрушению бетона.

Для того чтобы эффективно защитить бетонные конструкции от таких воздействий, используется цемент специального назначения. Сегодня он нашел свое широкое распространение при строительстве фундаментов и опор мостов, которые эксплуатируются при высоком уровне грунтовых вод.

Одним из его дополнительных преимуществ можно считать то, что его хранение допустимо в более сложных условиях. Это касается, например, повышенной влажности, при которой не происходит комкования и слеживания со временем.

Сульфатостойкий цемент

Обычный портландцемент (ПЦ) не способен функционировать в водной среде – жидкость проникает в микропоры камня, вызывает коррозию арматурных каркасов. Агрессивные сульфаты и соли вредят не только металлу, но и самому бетону. В результате конструкция теряет прочность, несущую способность и в прямом смысле разрушается за сравнительно короткое время. Для создания конструкций, служба которых будет происходить в условиях открытой воды, используют специальный сульфатостойкий цемент.

Разновидности материала

Требования к специальному вяжущему прописаны в ГОСТ 22266-2013 «Цементы сульфатостойкие». Цемент данного типа обязательно должно соответствовать государственному стандарту – только в таком случае бетон в агрессивных условиях поведет себя ожидаемо.

«Иммунитет» к водной минеральной среде обусловливает наличие различных добавок в составе цемента, по этому признаку государственный стандарт делит вяжущее на несколько групп, основные черты которых представлены в таблице №1 госта:

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.