Большинство из нас на вопрос: «Что такое цемент?» - ответит, что это серый порошок, который используют в строительстве.

Цемент - (в переводе с латинского «битый камень») - oдин из основных строительных материалов; гидравлическое минеральное вяжущее, приобретающее при затвердевании высокую прочность, также используемое при изготовлении бетона. Его называют гидравлическим, поскольку набор прочности и затвердевание происходит в воде; полученные из цементных минералов и воды твердые соединения водостойки, то есть нерастворимы в воде. Его называют минеральным, поскольку исходные материалы, используемые для его получения, - минеральной природы (горные породы или продукты их выветривания).

Слово цемент - очень древнего происхождения. Его использовали еще в Древнем Риме, но тогда цементом называли толченый кирпич или камень. Такой цемент при смешивании с гашеной известью позволял получать очень хороший материал для кладочных растворов и бетонов. В его качестве можно легко убедиться, осмотрев уцелевшие с римских времен памятники, особенно контактирующие с водой: акведуки, пристани и другие портовые сооружения. Раствор в них сохранился великолепно, местами даже лучше, чем природный камень, который он скреплял.

В более поздние времена термин «римский цемент» закрепился именно за такой смесью извести и добавки. Затем, с появлением других вяжущих материалов, цементом стали называть любое вещество, способное при некоторых манипуляциях переходить из дисперсного состояния в камневидное. Во времена промышленной революции цементов было изобретено множество. Их обилие облегчало выполнение различных специальных строительных работ, но при этом значительно усложняло классификацию, так как цементы готовили из разных по химической природе компонентов, и твердели они различными способами. Есть версия,что знаменитые египетские пирамиды делали из цементных блоков,которые заливали прямо на месте. Сейчас эта технология называется съёмной опалубкой. Эта теория объясняет от куда в пустыне огромные камни и как их затаскивали на верх.

Продолжим наш рассказ описанием цементов самых распространенных и широко известных.

Их повсеместно используют в строительстве, а перед применением тщательно смешивают с песком, щебнем и водой.

Официальное имя этой уважаемой плеяды - портландцементы и шлакопортландцементы.

Откуда взялась приставка «портланд»? Из Англии, где существует одноименный город, в окрестностях которого издавна добывали строительный камень однородно серого цвета. Инженер-строитель Аспдин (Аспден) наверняка был знаком с этим материалом, и поэтому, когда он рассматривал только что полученный им цемент, не смог удержаться от сравнения: по прочности и цвету искусственный камень не отличался от природного. Сходство настолько поразило изобретателя, что в заявке на патент, поданной в 1824 г., он назвал свое детище портландским цементом.

Таким образом, официальная история производства современного портландцемента началась на излете первой четверти XIX века. А первые попытки создать материал, по водостойкости сравнимый с римским цементом, начались в Европе на 200 лет раньше. Основным компонентом настоящего высококачественного римского цемента была пуццолановая пыль (лат. pulvis putceolanus) - чудодейственная приправа, превращавшая слабый и нестойкий известковый раствор в прекрасное вяжущее, простоявшее тысячелетия. Римляне в полной мере осознавали ценность этой добавки, поэтому всюду искали вулканический пепел, а если не находили - завозили пуццолану из метрополии. Но даже у Римской империи с ее прекрасными дорогами не было возможности обеспечить пуццоланой многочисленные стройки в отдаленных провинциях, поэтому приходилось использовать подручные заменители. Качество от этого, безусловно, страдало, культура строительства снижалась. Совершенно очевидно, что низкокачественный, медленно твердеющий раствор не мог удовлетворить запросов бурно развивающейся промышленности. А потому уже в XVII веке в развитых европейских странах изо всех сил искали новый цемент. Особенно остро в нем нуждались Англия и Голландия с их огромной береговой линией, которую необходимо укреплять, и множеством портов, которые нужно строить и ремонтировать.

Голландцы первыми начали использовать в строительных растворах тонкомолотый рейнский трасс - вулканический туф, по составу подобный пуццолане, но более плотный, слежавшийся за миллионы лет и поэтому менее активный. У англичан трасса не было. Но у них были наблюдательные инженеры, которые заметили, что если обжигать в известь не чистый белоснежный известняк, а менее качественные, загрязненные породы желтоватого или зеленоватого цвета, то получается известь более стойкая. Первым на это обратил внимание Смитон, строивший в 1756 г. Эдистонский маяк. Полученная им известь гасилась с трудом, но зато растворы на ее основе неплохо твердели даже под водой, за что новый материал получил название «гидравлическая известь».

Развивая идею получения гидравлической извести, англичанин Паркер обжигал на известь различные местные известняки с примесями. В 1796 г. он столкнулся с новым явлением: «глинистые почки» с о. Шеппи, будучи обожженными на известь, при контакте с водой не гасились. Но измельченный продукт обжига при смешивании с водой довольно быстро схватывался (гораздо быстрее, чем твердела известь) и набирал прочность гораздо более высокую, чем известь. Вдохновленный успехом изобретатель не без претензии назвал свое детище «римским цементом». По современной классификации смесь так и называется: «романцемент», и от него всего один шаг до настоящего, классического портландцемента. А те самые «глинистые почки» оказались не чем иным, как мергелем - природной смесью мела и глины, который и сегодня охотно используют производители цемента. Но месторождения мергеля достаточно редки. Для широкого распространения производства необходима более универсальная сырьевая база, реализуемая на местных источниках. Решающий прорыв в этом направлении принадлежит французскому ученому Викa (кстати, его именем назван прибор для определения сроков схватывания цементного теста). Он открыл, что для повышения гидравличности извести известняк перед обжигом нужно смешивать с глиной, причем существует область оптимальных соотношений, позволяющая получать цемент высокого качества. Именно Викa первому удалось получить синтетический цемент, сырье для которого приготовлялось искусственно, путем смешения нескольких компонентов.

Используя такую серьезную эмпирическую и теоретическую базу, Аспдин первым сумел поставить производство цемента на индустриальные рельсы, и новая отрасль промышленности начала стремительно развиваться. Уже к 50-м годам XIX века цементы, аналогичные запатентованному Аспдином портландцементу, широко производят в Англии, Германии, Франции и других европейских странах, причем к указанному времени их качество заметно выросло, приближаясь к уровню современных рядовых портландцементов. Историческое название закрепилось, и сегодня его носят все продукты, получаемые путем совместного помола портландцементного клинкера, сульфата кальция и специальных добавок.

Компании, выпускающие новые строительные материалы, архитекторы, строители, специалисты по дизайну помогают сделать окружающий нас мир ярким и красивым, превращая его с помощью новых интересных решений из серого и безликого в красочный и разнообразный.

Не прошли изменения и мимо привычного нам строительного материала - цемента. Цемент выпускается во множестве видов, как обычный, так и специальный. Для каждого из видов есть проверенная временем формула, которая определяет качество материала. Эта формула также постоянно меняется, при этом нередко изменения в ней происходят из соображений эстетичности. По этой причине и появился на свет белый цемент. Теперь из него изготавливают кирпич, искусственный камень, лепнину для декорирования и т.д. Белый цемент включается в сухие клеи высокого качества, из него делают как белые, так и цветные бетоны, устраивают терразитовые поверхности, наливные полы, применяют в изготовлении малых архитектурных форм, блоков, тротуарных бордюров, балконов, лестниц и т.п.

У белого цемента есть масса преимуществ, к числу которых можно отнести следующие:

● Он обладает высокими показателями прочности при сжатии, как на ранних сроках твердения, так и на оптимальных. Его суточная прочность в зависимости от производителя в среднем 19 МПа, что позволяет отнести его быстротвердеющим продуктам.

● Степень белизны такого цемента близка к эталонной (96,3%). Первый сорт имеет белизну 80 %, второй - от 75 до 77 %, третий - от 71 до 74 процентов.

● Белый цемент является сульфатостойким материалом, содержит мало щелочей - их содержание не выше 5 %.

● Имеет высокий уровень морозостойкости.

Белый цемент имеет в своем составе диатомит, клинкер, минеральный пигмент или инертную миндобавку. Выпускается марками 300, 400 и 500.

Белый цемент применяется для изготовления высококачественных бетонов, идущих на создание готовых элементов фасада любой формы. Бетонные изделия из белого цемента отличаются более высокой прочностью, гладкой поверхностью белого цвета, не требующей дополнительной обработки. В процессе эксплуатации белобетонные изделия можно мыть водой, они не подвержены усадке и осыпанию.

За счет того, что белый цемент имеет «чистый» цвет, бетоны из него имеют высококачественную колориметрическую характеристику. Если состав подготовлен идеально и в него добавлен качественный красящий пигмент, готовое изделие имеет необходимую цветовую тональность, без нарушенного оттенка. При использовании белого цемента при подготовке цвета требуется меньше красящего пигмента.

Любые ремонтные работы в доме или возведение здания не обходятся без использования цементной смеси. Установить фундамент, залить пол, оштукатурить стены невозможно без этого материала.

Цементный состав, изготовленный в соответствии с технологией и с соблюдением необходимых пропорций, начинает застывать с первых минут заливки в форму или опалубку. Но полностью свою прочность он наращивает в течении определенного отрезка времени. В этот период масса не способна выдержать существенную нагрузку. Залитая стяжка может растрескаться и разрушиться.

Обычное время затвердевания – 4 недели. Мощным фундаментам под многоэтажное здание, промышленным сооружениям для высыхания отводится 3 месяца. Тонкой стяжке, например, под укладку плиточного пола или бетонную дорожку, достаточно 72 часов.

Строительный раствор проходит два этапа:

• Схватывание. Продолжается от 1-2 до 24 часов с момента замешивания. Масса сохраняет подвижное состояние, не давая производить дальнейшие работы.
• Затвердевание. Согласно СНиП, происходит на протяжении 30 дней с момента заливки. Эта норма подразумевает высыхание, позволяющее начать новый этап строительства или отделки здания. Полностью этот процесс заканчивается спустя как минимум 1 год.

Разные марки не твердеют за равные промежутки времени. При температуре +10 °C и достаточной влажности цемент М400 позволяет продолжать работы через 12-15 дней, а М500 – уже на 9-10 день.

Условия для схватывания бетона

К факторам, влияющим на продолжительность высыхания, относятся:

• Температура. При +20+23 °C этот процесс протекает 1-3 часа, при 0 °C затягивается до 20-24 часов. Застывшая на морозе вода полностью останавливает твердение.
• Влажность. Оптимальный показатель – 65-70%. Повышается уровень влаги в воздухе путем обрызгивания поверхности, покрытием мокрой тканью или пленкой, засыпанием стяжки сырыми опилками или соломой.
• Марка цемента. Отличающиеся по плотности и другим характеристикам составы требуют разного времени для набора марочной прочности. М400 схватывается за 1,5-2 часа, М500 достаточно 1 часа.
• Соблюдение технологии заливки. Важно приготовить смесь, тщательно перемешивая компоненты в соответствии с необходимыми пропорциями и утрамбовать залитый слой.
• Уход за стяжкой при затвердевании. В этот период не рекомендуется попадание прямых солнечных лучей и сквозняков.

Введение различных добавок ускоряет процесс и повышает качественные характеристики сооружения. Самый распространенный вид – портландцемент – имеет в своем составе минеральные вещества, увеличение или уменьшение пропорций которых влияет на время твердения.

Способы воздействия на высыхание цемента

Зачастую резкое изменение погоды не позволяет закончить бетонирование в срок и обеспечить необходимые условия для получения качественного покрытия. Для таких ситуаций существуют следующие методы:

• При понижении температуры окружающего воздуха ниже допустимых пределов готовые растворы подогреваются различными способами: электричеством, паром, оборудованием тепляков и прочими. Трехкальциевая силикатная добавка при гидратации смеси повышает ее температуру.
• Необходимость закончить бетонирование при низких температурах обуславливает использование противоморозных присадок на основе солей кальция и натрия.
• Изменение состава отражается на продолжительности застывания стяжки: песок и щебень сокращают время, пористые наполнители (шлак и керамзит) продлевают процесс.
• Замедляют схватывание поверхностно-активные вещества. Например, добавление бетонита или мыльного раствора задерживает испарение воды и избавляет поверхность от пересыхания.

На 14 день после заливки при удовлетворительных условиях температурного режима и влажности марка М400 набирает 50 % прочности, а М500 – 75 %. Использование различных добавок позволяет регулировать сроки строительства.

Цемент. Классификация и маркировка.

Вот без чего не обойтись ни на одной стройке, так это без цемента. Значения не имеет, какой дом строится: деревянный или кирпичный. Разница лишь в его количестве. Фундамент нужен любому дому. А в кирпичном же вдобавок он идёт на кладку. При блочном же строительстве из него отливаются целые комнаты. А дорожное строительство? А защита от морской стихии? А отвод селевых потоков? А мосты и плотины через бурные реки? Выстрадан был этот строительный материал опытным путём в течение столетий, потому надёжен и имеет такое значение.

Предыстория

Как только человек начал строить жилище из камня, сразу же понадобилось средство, которое бы связывало эти камни. Поначалу это была просто глина. Но такие построики долговечностью не отличались, да и внешне здание выглядело непрезентабельно. Потом были замечены связующие свойства извести. Сначала это обнаружили древние греки и римляне, причём римляне обнаружили, что при добавлении в известь пуццолана (вулканического пепла) и трасса (затвердевшего пепла вулканов) высохшая кладка становится почти монолитной. На Руси из глинистых известняков получалась серая известь, схватывающаяся в сырой и влажной кладке. Практически и Рим, и Русь почти подошли опытным путём к изготовлению цемента: и в глинах и в пуццолане содержались оксиды железа и алюминия, которые в результате воздействия воды и извести подвергались процессу гидратации. Потом длительное время изменений в составе связующего средства не было (менялись лишь наполнители в растворах). И уж недавно в 1822- 1824 г .г. почти одновременно русский Челиев и шотландец Аспинд получили строительные смеси, близкие по составу к современным цементам. Причём шотландец додумался до получения клинкера и производства из него цемента. Название "портландцемент" также пошло из Англии, так как бетон из цеменда шотландца и цветом, и прочностью напоменал камень, добываемый в горах близ города Портланд.

Что такое цемент?

Производство цемента

Для начала надо заготовить сырьё. Сырьем служат известняки. Наилучшие известняки для получения цемента ― это мергель, мел и известковые туфы. Доломиты и гипсы, хотя и являются известняками, качество цемента ухудшают. То есть, лучший цемент получается из мелкопористых известняков с отсутствием кремниевых включений. Известняк измельчают и тщательно смешивают с глиной. В получившейся смеси глины примерно четверть, остальное ― известняки. Это состав поступает в крутящуюся печь диаметром от 2 до 7 метров и длиной около 200 метров. В печи ― 1450°С, это "температура спекания", в это время частицы глины и известняка подплавляются и диффузируют друг в друга. Из печи состав выходит через 2-4 часа в виде спёкшихся комочков разной величины, это так называемый цементный клинкер. Далее клинкер измельчают до частиц величиной 1-100 мкм. При этом добавляется до 6% гипса, это нужно для предотвращения процесса схватывания цемента от влаги, находящейся в воздухе. Почему цемент так "торопится" схватиться от атмосферной влаги? Да просто поверхность слипания после помола очень велика: площадь поверхности частиц всего лишь одного грамма достигает 5000 см2. Добавляются ли другие минеральные добавки? Естественно, ведь цемент нужен и в фундаменте, и для кладки, и для перекрытий, нужен, к примеру, водоотталкивающий или быстро твердеющий цемент. Для получения разных свойств нужен разный состав, вот минеральные добавки и призваны для обеспечения тех или иных свойств.

Классификация цементов

Единой и всеобъемлющей классификации цемента, подобной периодической системе Менделеева или классификации растительного мира Карла Линнея, нет. Поэтому существует несколько классификаций, каждая из которых учитывает какую-то отдельную категорию признаков.

Например, существует классификация деления цементов по клинкеру , являющемуся основой их производства:

• - портландцементный клинкер;
• - высокоглиноземистый и глиноземистый клинкер;
• - сульфатоферритный клинкер;
• - сульфатоалюминатный клинкер.

По назначению цементы подразделяются на:

• - специальные;
• - общестроительные.

Некоторые классификации за основу берут вещественный состав . Тогда цементы подразделяются так:

• - цементы с минеральными добавками;
• - бездобавочные цементы.

Есть классификация, учитывающая прочность на сжатие:

• - цементы, где не учитывается прочность;
• - цементы с прочностью М600, М550, М500, М400, М300, М200.

Пара классификаций вообще учитывает временные отрезки. Одна, учитывающая скорость твердения делит цементы на:

• - нормальнотвердеющие;
• - быстротвердеющие.

Другая учитывает сроки схватывания:

• - быстросхватывающиеся (до 45 мин);
• - нормальносхватывающиеся (45 мин-2 час);
• - медленносхватывающиеся (более 2 часов).

Маркировка цемента

В основе определения марки цемента лежит определение его прочности. Как её определяют? Тщательно перемешивается цемент с песком в отношении 1:3. Готовая смесь затворяется водой. Воды берётся в количестве 40% от веса цемента. Из получившейся пластичной массы лепятся кубики или параллелепипеды. Для правильного определения прочности такая заготовка выдерживается в воде в течение 28 суток. Потом эти кусочки бетона проверяются давлением на изгиб и на сжатие. Чаще всего для проверки прочности на сжатие берут половинки, образовавшиеся в результате разлома от проверки на изгиб. И, внимание! Та величина давления, которая понадобилась, чтобы раздавить заготовку, и есть марка цемента. Допустим, что понадобилось давление 500 кг/см 2 . Значит, это цемент с маркой 500.

Теперь разберёмся с маркировкой, написанной, к примеру, на мешке. Надпись ― МПЦ400-Д20. "М" означает, что конструкции с применением этого цемента будут морозоустойчивыми, буквы "ПЦ" означают, что это портландцемент, цифра 400 ― марка, означающая прочность на сжатие, "Д" ― это наличие органических добавок, а цифра после неё показывает процентное содержание этих добавок. Таким образом, перед нами мешок с морозостойким портландцементом марки 400 с 20% органических добавок.

Разновидности цемента

Во главе надо поставить высококачественный портландцемент, не содержащий даже минеральных добавок. Далее идут цементы, содержащие минеральные добавки для изменения свойств. К следующей группе относятся цементы, содержащие органические добавки (обычно это смолы). Выделяют также шлакоцемент, из которого делают массивные бетонные элементы здания. Много о разновидностях цемента могут сказать дополнительные буквы на маркировке.

1. 1. Б. Быстротвердеющий, предназначенный для ремонтных работ.
2. 2. БЦ. Белый цемент для отделочных и скульптурных работ.
3. 3. ППЦ. Пуццолановый цемент с тонкоизмельчённым кремнезёмом. Главнейшее достоинство ― пониженное тепловыделение. Из-за этого верхние и внутренние слои отдают тепло равномерно, а, значит, бетон не будет трескаться.
4. 4. СЦ. Сульфатостойкий цемент с защитой от разрушения бетона солями. Поэтому прекрасно подходит для гидротехнических сооружений.
5. 5. ТЦ. Тампонажный цемент для заглушки газовых и нефтяных скважин.
6. 6. ШЦ. Шлаковый цемент, производимый без клинкерной основы.
7. 7. ЦЦ. Цветной цемент, получаемый благодаря введению красящих пигментов.
8. 8. ПЛ означает, что используются пластификаторы, ГФ ― гидрофобные добавки., благодаря которым появляется эффект несмачиваемости, водоотталкивания.

Все обо всем. Том 5 Ликум Аркадий

Почему цемент затвердевает?

Почему цемент затвердевает?

Цемент - один из наиболее распространенных материалов в современном строительстве. Сам по себе он мелкий порошок. Но если его смешать с водой и дать затвердеть, он вместе с песком и гравием превращается в твердое, прочноевещество. Цемент - главное составляющее вещество строительного раствора и бетона.

Строительный раствор - это смесь цемента, песка и воды. Бетон - это та же самая смесь, но с добавлением гравия или измельченного камня. Современный цемент производится путем нагревания известняка и глины или шлака до очень высокой температуры. Эта смесь нагревается до тех пор, пока не образовываются большие, спекшиеся куски. Их называют клинкерами. Клинкеры размалывают затем в порошок.

Когда вода добавляется к цементному порошку, происходят сложные химические реакции. В результате образуется стойкий искусственный камень, нерастворимый в воде. Какие это химические реакции? Что происходит, чтобы цемент затвердел? У химиков нет точного ответа на этот вопрос. В состав цемента входит четыре компонента. Считают, что каждый из этих компонентов при добавлении воды превращается в кристаллы. Эти кристаллы сцепляются между собой, и цемент затвердевает.

Вид цемента, который затвердевает под водой, называется гидравлическим цементом. Удивительно то, что римляне открыли процесс получения гидравлического цемента в III–II веке до н. э. Они делали такой цемент путем смешивания вулканического пепла с известью. Это открытие было одним из выдающихся достижений римлян.