Кладочные цементы - группа низкоклинкерных многокомпонентных цементов, содержащих не менее 20% портландцементного клинкера, активные минеральные и инертные добавки (наполнители), предназначенных, преимущественно, для приготовления кладочных и штукатурных растворов. Для производства цементов используют доменные гранулированные шлаки, кварцевый песок, известняки, мраморы и др. Требования к таким цементам, в частности, нормируются ГОСТ 25328 ("Цемент для строительных растворов").

В современной номенклатуре эти цементы рассматриваются как композиционные. В их состав, в соответствии с предложениями европейского стандарта, предусматривается возможность совместного введения доменного шлака, природной или искусственной пуццолановой добавки и золуноса тепловых станций при минимальном содержании клинкера - 20% масс.

Для кладочных цементов, из-за низкого содержания портландцементного клинкера, характерны длительные сроки схватывания, медленный темп нарастания прочности, низкое значение марочной прочности (~20 МПа).

Требуемая пластичность и водоудерживающая способность цементов обеспечиваются введением в их состав тонкомолотых шлаков, пуццолановых добавок, золуноса, а также специальных пластифицирующих и воздухововлекающих добавок. При приготовлении растворных смесей в большинстве случаев используют минеральные пластификаторы: как правило, гидратную известь, а в отдельных случаях - глину. В некоторых странах нормируются смешанные цементы, содержащие в своём составе известь.

Применительно к сухим строительным смесям, кладочные и композиционные (многокомпонентные) цементы могут быть использованы, при соответствующей корректировке состава смеси, для приготовления сухих растворных кладочных и штукатурных смесей вместо портландцемента или портландцемента с минеральными добавками.

1.5 Композиционные цементы

Композиционный цемент - многокомпонентное гидравлическое вяжущее, состоящее из портландцементного клинкера и 2-х и более минеральных техногенных или природных материалов (минеральных добавок). По зарубежным стандартам (например, EN) содержание клинкера в таких цементах не должно быть менее 20%, по проектам современных российских стандартов - 40% качестве минеральных добавок в таких цементах в разных сочетаниях используют доменный гранулированный, пуццолановые добавки, золу-унос тепловых станций, микрокремнезём , а в некоторых случаях и молотый известняк. Композиционные цементы получают совместным размолом клинкера, гипса и минеральных добавок или смешением раздельно размолотых компонентов Производство композиционных цементов преследует цели снижения энергозатрат на приготовление вяжущих веществ и утилизацию отходов. Затраты на производство таких цементов и их стоимость ниже стоимости рядового портландцемента. По стандарту EN-197 в композиционном цементе в качестве минеральных добавок применяются доменный шлак, природная или искусственная пуццолана и кислая зола-унос тепловых электростанций.

Свойства композиционных цементов зависят от их конкретного состава: содержания клинкера, вида и количества минеральных добавок. Они аналогичны свойствам смешанных цементов с высоким содержанием добавок (шлакопортландцемента, пуццоланового портландцемента) и характеризуются невысокой прочностью (марка не выше «300»), замедленными сроками схватывания. Долговечность цементного камня на таком цементе соответствует долговечности камня на рядовом портландцементе.

Разновидностью композиционного цемента, нормируемого ГОСТ 25328, является цемент для строительных растворов (кладочный цемент), а также многокомпонентный цемент.

Композиционные цементы в качестве вяжущего вещества могут быть использованы вместо рядовых цементов с минеральными добавками в производстве некоторых видов сухих строительных смесей (например, в составах кладочных растворов).

1.6 Напрягающие цементы

Напрягающие цементы - разновидность расширяющихся цементов, обеспечивающих, наряду с повышенными деформациями расширения цементного камня, соответствующие механические напряжения арматуры при изготовлении изделий из железобетона (самонапряжённые конструкции). От расширяющегося цемента, обеспечивающего безусадочность цементного камня, напрягающий цемент на основе портландцементного клинкера (наиболее распространённый) отличается большим содержанием расширяющегося компонента (до 30%), более короткими сроками начала схватывания (30 мин.) и высоким значением свободного линейного расширения в пределах 1 -2%. Значительное расширение не позволяет использовать напрягающие цементы в неармированных бетонных изделиях и конструкциях. При определённом армировании последних за счёт сцепления цементного камня с арматурой и возникающих вследствие деформаций расширения растягивающих усилий, достигается величина самонапряжения в пределах 0,7-4 МПа. Такая величина самонапряжения армирующих элементов конструкции обеспечивает высокий уровень её прочности, трещиностойкости, водонепроницаемости, коррозионной стойкости.

Основные области применения напрягающих цементов: изготовление сборных элементов (панелей, плит перекрытий) и омоноличивание конструкций, изготовление покрытий полов и дорог, напорных и безнапорных труб, резервуаров, гидроизоляционных покрытий и др. При правильном подборе составов напрягающие цементы с низкой величиной самонапряжения могут быть использованы для производства сухих строительных смесей гидроизоляционного назначения, ремонтных смесей, составов для устройства полов.

1.7 Расширяющиеся цементы

Расширяющиеся цементы - цементы, обеспечивающие компенсацию естественной усадки цементного камня в атмосферных (воздушно-сухих) условиях.

Компоненты состава расширяющихся цементов компенсируют усадочные деформации цементного камня и обеспечивают либо безусадочность цементного камня (деформации усадки, близкие к нулю) - безусадочные цементы, либо небольшое контролируемое расширение цементного камня с целью получения определённой величины самонапряжения - напрягающие цементы. Производятся расширяющиеся цементы различной природы, например, бесклинкерный гипсоглинозёмистый цемент (ГГРЦ), однако это могут быть и смешанные композиции, в которые вводят расширяющийся компонент. Наиболее распространёнными расширяющимися цементами являются цементы на основе портландцементного клинкера - продукты совместного размола клинкера, гипса и расширяющегося компонента (расширяющейся добавки). Содержание расширяющегося компонента в таких цементах находится в пределах 5-20%. Компонентами состава расширяющихся цементов, обеспечивающими необходимые значения расширения, чаще всего, являются алюминатные и сульфоалюминатные соединения, образующие эттрингит в процессе формирования прочности цементного камня. Расширяющийся компонент (добавка) может вводиться непосредственно в состав портландцементных растворных (бетонных) смесей, в том числе сухих. Основным условием применения расширяющегося компонента в составе расширяющихся портландцементов является согласование скорости образования активной расширяющейся фазы - эттрингита скорости формирования прочности цементного камня. При быстром раннем) образовании эттрингита его расширение будет происходить в пластичной массе твердеющего портландцемента и не приведёт к расширению всей системы, при медленном и запоздалом - могут возникать опасные напряжения в уже сформировавшейся слабодеформирущейся прочной структуре. По имеющимся представлениям, расширение системы происходит по достижении степени гидратации примерно 50% и при армировании эттрингита в форме игольчатых кристаллических сростков.

Отличие строительно-технических свойств расширяющихся цементов Рядовых портландцементов состоит в компенсированной усадке (линейные деформации (свободное расширение) цементного камня обычно составляют 0,07%). Для напрягающих цементов значения величины свободного расширения существенно выше. Кроме компенсированной усадки, цементный камень на основе расширяющегося цемента характеризуется пониженной проницаемостью, высокой морозостойкостью и коррозийной стойкостью.

В составе сухих строительных смесей расширяющиеся цементы целесообразно применять в составе композиций гидроизоляционного назначения, в ремонтных составах, смесях с повышенной трещиностойкостью (полы) и др.

1.8 Сульфатостойкие цементы

Сульфатостойкие цементы - цементы, образующие камень, устойчивый к действию воды, содержащей сульфатные анионы. К сульфатостойким цементам относят цементы на основе портландцементного клинкера (сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент). Основная причина сульфатной коррозии цементного камня - образование в уже затвердевшем и прочном камне за счёт взаимодействия гидроалюминатов кальция, входящих в состав цементного камня, и сульфат-ионов коррозионной среды эттрингита (гидросульфоалюмината кальция). Объём твёрдой фазы при этой реакции увеличивается в 2,5 раза, что вызывает внутренние напряжения в камне, появление трещин и может привести к разрушению. Сульфатостойкость цементов достигается, в основном, заснёт ограничения (нормирования) в портландцементном клинкере содержания алюминатной фазы (С3А): 5% -для сульфатостойких портландцемента и цемента с минеральными добавками и 8% - для сульфатостойких шлакопортландце мента и пуццоланового портландцемента (ГОСТ 22266), а также общего содержания в клинкере AI203 (5%). Сульфатостойкий портландцемент производится без добавок, в состав остальных видов сульфатостойких цементов вводится гранулированный доменный шлак или пуццолановая добавка.

По уровню строительно-технических свойств, кроме стойкости в сульфатных водах, Сульфатостойкие цементы не отличаются от рядовых цементов, следует отметить лишь замедленное нарастание прочности в раннем возрасте, связанное с нормированием минералогического состава клинкера (ограничение содержания С3А) и высоким содержанием активной добавки для пуццоланового портландцемента.

Использование сульфатостойких цементов в технологии сухих строительных смесей целесообразно только в случаях, предусматривающих вероятность службы изделий в условиях сульфатной коррозии: в морской воде, в конструкциях фундаментов, подвальных помещений, подваренных действию сульфатсодержащих грунтовых вод.

Высокой сульфатостойкостью обладают также глинозёмистые (алюмитные) цементы.

1.9 Цемент многокомпонентный тонкомолотый (ТМЦ)

Цемент многокомпонентный тонкомолотый (ТМЦ) - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным измельчением портландцементного клинкера (или портландцемента) и минеральных добавок.

В качестве минеральных добавок используются зола-унос, доменный гранулированный шлак, активные минеральные добавки, а также инертные добавки-наполнители (молотые горные породы: известняк, доломит, мрамор, кварц и др.). Суммарное массовое содержание добавок составляет для цемента ТМЦ-Д20 - 20%, для ТМЦ-Д50 - 50% и ТМЦ-Д80 - 80% (ТУ 5738-001-00284339-93). Тонкомолотый многокомпонентный цемент выпускается марок 300,400 500, при тонкости помола удельной поверхности 400м2/кг для цементов, содержащих 20-50% минеральных добавок, и 430 м2/кг для цементов, содержащих до 80% добавок. Цемент ТМЦ может использоваться вместо портландцемента или шлакопортландцемента для некоторых видов сухих строительных смесей.

2. Свойства цемента

Насыпная плотность:

· в рыхлом состоянии 900 – 1100;

· в уплотненном 1400 – 1700.

Истинная плотность 3 - 3,1 г/см³ .

Тонкость помола влияет на сроки схватывания и твердения, а также на прочность затвердевшего цементного камня: чем тоньше измельчен цементный клинкер, тем быстрее протекают реакции взаимодействия цемента с водой и тем выше его прочность. Однако, слишком тонкий помол может привести к отрицательным результатам: увеличивается водопотребность и возрастают осадочные деформации, понижается прочность цементных растворов и бетонов.При применении цемента сверхтонкого помола происходит быстрее нарастание прочности, наступают первые сроки твердения. Рекомендуемый полидисперсный состав должен включать мелкие частицы размером 40 мкм и крупные 80 мкм. Экономичный способ получения быстротвердеющего цемента состоит в добавлении к обычному цементу 15 -25% сверхтонкого цемента.

Сроки схватывания характеризуются началом и концом. На сроки схватывания большое влияние, кроме помола, оказывает минералогический состав и водопотребность цемента.

Водопотребностью цемента называют количество воды, необходимое не только для гидратации цемента, но и для придания цементному тесту определенной пластичности. В процессе гидратации цементу требуется 15-17% воды от массы цемента. Однако для обеспечения подвижности цементного теста воды берется больше. При испарении лишней воды в цементном камне, растворе или бетоне образуются поры, возникают осадочные деформации, появляются мелкие трещины, прочность снижается, поэтому, чем ниже водопотребность цемента, тем выше его качество. Сроки схватывания цементного теста нормальной густоты составляют от 45 минут до 10 часов. Нормальная густота цементного теста выражается количеством воды (процент от массы цемента), необходимой для придания цементному тесту определенной степени пластичности. Для того, чтобы получить цемент со стандартными сроками схватывания, при помоле клинкера добавляется определенное количество гипса. С повышением температуры сроки схватывания ускоряются, с понижением – уменьшаются.

Прочность цементного камня характеризуется его маркой, которая устанавливается по пределу прочности на сжатие образцов, испытанных в возрасте 28 дней. Цементная промышленность выпускает цемент 300, 400, 500, 550, 600 и по особому заказу 700-800.