Свойства цементов и их определения

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

Институт экономики и управления

Кафедра строительных конструкций

Реферат на тему:

Свойства цементов и их определения

Проверил:

Колотыгин В.А

Выполнил:

Студентка гр. 1112

Иванова А.А

Великий Новгород

2012г.

Цемент- строительный материал, обладающий свойствам и, которые определяют его возможность образовывать в процессе твердения долговечный и прочный цементный камень, и опираясь на которые можно сделать вывод о его качестве, а также пригодности в определенном виде строительства. Чтобы из цемента получились прочные и долговечные сооружения - необходимо отлично знать качества и свойства этого материала, так как в отличие от других стройматериалов они формируются при приготовлении бетона и раствора, а также на стройплощадке во время возведения сооружений.

Строительно-технические свойства цемента. Совокупность свойств цемента, характеризующих его способность образовывать в результате твердения прочный и долговечный цементный камень.

Активность цемента. Фактическая прочность на сжатие образцов из стандартного цементного раствора, изготовленных и испытанных в стандартных условиях, установленных нормативным документом.

Равномерность изменения объема цемента. Свойство цемента в процессе твердения образовывать цементный камень, деформация которого не превышает значений, установленных нормативным документом. Твердение. При затворении цементного порошка водой он образует пластичное тесто, которое постепенно уплотняется, теряя пластичность. Этот процесс первоначального уплотнения цементного теста называется схватыванием. В дальнейшем схватившееся цементное тесто постепенно увеличивает свою прочность -- твердеет, образуя «камневидное тело». Портландцемент представляет собой тонкий порошок серо-зеленого цвета. Его объемный вес в рыхлом состоянии -- 1220 кг/м3.

Тепловыделение. Указывает на количество теплоты, выделяемой цементом в ходе реакции с водой. В результате этой реакции цемент и вода образуют так называемую "цементную смесь", которая потом используется для создания бетона, штукатурки, цементных изделий и пр. Тепловыделение цемента рассчитывается для одного кубического метра готового материала или изделия.

Водоотделение. Обозначает, какое количество воды отделяется в процессе расслоения цементного теста из-за осаждения частиц цемента. Как правило, цемент, используемый в строительстве, обладает низким водоотделением. Если же водоотделение цемента будет превышать допустимые нормы, это может привести к большим финансовым затратам, связанным с излишками влаги.

Самонапряжение цемента. Способность цементного камня напрягать заложенную в него арматуру.

Усадка цемента. Уменьшение линейных размеров цементного камня при твердении.

Тампонажно-технические свойства цемента. Совокупность свойств цемента, характеризующих его пригодность для тампонирования скважин.

Коррозиестойкость цемента. Способность цементного камня противостоять химическому и физическому воздействию агрессивной среды.

Сульфатостойкость цемента. Способность цементного камня противостоять разрушающему действию водных сред, содержащих сульфат-ионы.

Морозостойкость. Свойство цементного камня, характеризующее его способность к многократному и попеременному замораживанию и последующему оттаиванию. В связи с тем, что цемент в чистом виде в строительстве не используется, морозостойкости, как таковой, он не имеет. Главное - это марка цемента и наличие определённого количества модифицирующих добавок.

Процентное содержание добавок. Показывает, сколько процентов модифицирующих добавок содержит цемент. Данный показатель обозначается большой буквой Д, рядом с которой указывается процентное соотношение добавок в цементе. К примеру, обозначение Д10 указывает на то, что в состав цемента входит десять процентов добавок, улучшающих те или иные качества материала.

Максимальные прочностные качества. Способность цемента справляться с определёнными нагрузками. Обозначается большой буквой М или аббревиатурой ПЦ. Рядом с буквой М или аббревиатурой ПЦ обязательно должна быть указана нагрузка, с которой может справляться цемент. Например, обозначение ПЦ700 говорит о том, что цемент способен выдерживать нагрузку, составляющую 700 кг/см.

Тонкость помола. Определяет дисперсность цемента. При этом дисперсность цемента может выражаться либо как величина удельной поверхности, либо как остаток материала на контрольном сите. Тонкость помола цемента во многом зависит от оборудования, используемого для его производства. Кроме того, именно в процессе помола в цемент вводятся различные добавки. Гидрофобизация -- введение в цемент спец. добавок для повышения устойчивости к воздействия воздуха и влаги, которые гидрофобизируют поверхность цемента.

Пластификация - снижение потребности цемента в воде с помощью введения спец. добавок. Долговечность - способность застывшего цемента сохранять высокий уровень механических и строительно-технических свойств при длительной эксплуатации. Прочность- это та характеристика цемента, которая делает его незаменимым в строительстве. В зависимости от своего состава цементы при затвердевании обладают разными степенями прочности, а также отличаются и по другим физическим характеристикам. Прочность цемента характеризуется его маркой. За основу взято лабораторное испытание, при котором изделие из цемента подвергается возрастающей нагрузке. В результате принята следующая шкала, давшая маркировку сортам цемента: м100 - м700. Согласно этой маркировке цемент м 300 способен выдержать нагрузку в 300 кг на один кубический сантиметр, соответственно цементм 500 выдерживает нагрузку в 500 кг.

Долговечность цементного камня - это способность цементного камня (т.е. застывшего цементного раствора) сохранять достаточный уровень строительно-технических и механических свойств при продолжительной эксплуатации. Исходя из термодинамической устойчивости продуктов твердения цемента, можно было бы сделать предположение о очень большой (сотни и тысячи лет) долговечности цементного камня, однако прямых доказательств такой стабильности цементного камня нет, поскольку изобретение портландцемента приходится лишь на1824 г., а лабораторный прогноз долговечности точных подтверждений не может дать. Более того, существует большое число факторов, которые попросту трудно заметить, способствующих разрушению цементного камня при длительной эксплуатации, обусловленных, в первую очередь, его щелочной природой (рН>12), а также наличие пористой структуры, проницаемостью в неё газов, воды и растворов, т.е. цементный камень склонен к химическому взаимодействию с окружающей средой. Можно выделить различные факторы риска разрушения (ограниченной долговечности) цементного камня. К внутренним факторам, наряду со щелочной природой цементного камня, следует отнести возможность деформации цементного камня при высушивании и увлажнения, а также формирование недостаточно плотной (проницаемой) поровой структуры. Внешние факторы недолговечности исходят из конкретных условий эксплуатации (службы) цементного камня. Эти факторы могут быть причиной разрушения цементного камня при его многократном замораживании и оттаивании в насыщенном водой состоянии, а также в результате химической (сульфатной, углекислотной, щелочной) и биохимической коррозии (воздействие бактерий, грибков, мхов и т.п.). К факторам риска относятся также многократные нагревания (особенно выше 200°С) и охлаждения цементного камня, а также его попеременное увлажнение и высушивание, провоцирующие высолообразование. Проектирование долговечных конструкций на портландцементе основывается на необходимости получения прочного камня с низкой проницаемостью и защищённой от агрессивных воздействий поверхностью. Гарантированный срок службы такого материала, в зависимости от условий эксплуатации, может составить 50-100 лет и более.

Морозостойкость - способность цементного камня, находящегося в состоянии насыщенности водой, противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию. Критерием морозостойкости цементного камня является сохранение им после определённого количества циклов замораживания-оттаивания (25, 50, до 500 и более) исходной прочности: потери прочности при сжатии не должны превышать 5%, а потери массы - 3% (при стандартных базовых испытаниях бетона по ГОСТ 10060.1). Для определения морозостойкости, помимо прямого замораживания при (-15+ -20)°С и оттаивания образцов в воде при (+15-и-20)"С, применяют также ускоренные методы, основанные на использовании вместо воды раствора Na₂SO₄ и NaCl, и замораживание при температуре -50°С (ГОСТ 10060.2, ГОСТ 10060.4). Основным фактором устойчивости к замораживанию является структура пространства пор. При попадании воды в поры и понижении её температуры до точки замерзания образующийся лёд увеличивается в объёме примерно на 9%, что приводит к возникновению в структуре материала высоких механических напряжений и соответствующих им деформаций. Если все поры в материале будут заполнены водой, разрушение должно произойти уже после первого цикла замораживания. Повышение морозостойкости может быть обусловлено формированием в структуре определённого объёма пор, не заполняющихся водой, в которые отжимается часть воды при замораживании. В частности, при твердении цементного камня возникает система пор, заполненных паровоздушной смесью, так называемые «резервные поры», наличие которых и определяет морозостойкость цементного камня. Разрушение материала происходит тогда, когда объём «резервных пор», в которые может отжиматься вода, мал по сравнению с объёмом образующегося льда, или когда в результате многократно повторяющихся циклов замораживания все поры будут постепенно заполнены водой. Чем выше относительный объём «резервных пор» по сравнению с общим объёмом пор, заполненных водой, тем выше морозостойкость раствора, бетона. Основными источниками таких резервных пор являются поры C-S-H геля, а также контракционные поры, образовавшиеся в ходе гидратации и твердения цемента. Если объём этих пор оказывается недостаточным для достижения заданной морозостойкости бетонов и растворов, в их состав вводят специальные воздухововлекающие добавки, обеспечивающие дополнительное количество резервных пор. Применительно к сухим строительным смесям морозостойкость составов, предназначенных для работы в атмосферных условиях, например, фасадных, обеспечивается путём минимизации капиллярной пористости и формирования дополнительного количества «резервных пор» за счет: 

-оптимизации гранулометрии заполнителя и наполнителя и соотношения цемент-заполнитель в составе смеси; 

-минимизации величины В/Ц; 

-применения высокоактивных быстротвердеющих цементов, обеспечивающих в ранние сроки твердения в цементном камне высокое содержание C-S-H геля; 

-применения воздухововлекающих добавок.

Пористость цементного камня. Модель структуры цементного камня можно упрощённо представить как состоящую из трёх составляющих: непрореагировавших с водой полиминеральных частиц клинкера, продуктов гидратации цементных минералов - цементного геля (CSH-геля) и пор разного размера: пор геля и капиллярных пор, а также контракционных пор, образовавшихся из-за уменьшения суммарного объёма твердеющей системы: цемент-вода. Структура цементного камня включает также воздушные поры (пустоты), образовавшиеся при перемешивании цементного теста. Капиллярные поры различаются по форме и размеру, формируя на ранних стадиях гидратации взаимосвязанную систему, распределённую по объёму цементного камня. Капиллярные поры - это та часть общего объёма системы цемент-вода, которая не заполнена продуктами гидратации. Капиллярная пористость зависит от водоцементного отношения В/Ц исходной смеси и от степени гидратации цемента. Поскольку абсолютный объём продуктов гидратации в 1,5-2 раза превышает объём входных негидратированных фаз, эти продукты занимают часть начального порового пространства, а по мере гидратации цемента объём капиллярных пор уменьшается. При достижении определённой степени гидратации цементный гель блокирует капиллярные поры в формируются структуре, поскольку средний размер микропор цементного геля 1,5-2,0 нм) на несколько порядков меньше размера капиллярных пор. Поры геля занимают около 28% общего объёма цементного геля. Размеp капиллярных пор находится в широких пределах - от десятков нанометров до 100 мкм и более, а объём капиллярных пор может достигать 40% и более в зависимости от В/Ц, характеристик цемента (фазового состава, дисперсности), степени гидратации цементных минералов, условий твердения и т.д. Капиллярная пористость цементного камня тем больше, чем выше начальное значение В/Ц и чем меньше степень гидратации активных фазовых составляющих цемента. Во всех случаях, в ходе гидратации цемента значение общей и капиллярной пористости цементного камня снижается, а капиллярные поры замещаются микропорами геля и порами, образующимися вследствие химической усадки (контракции). 

Усадка цементного камня- это естественное свойство цементного камня, выражающееся в уменьшении его объема и массы. При первичной потере влаги цементным образцом необратимые деформации усадки составляют 30-50% от общей усадки. При последующем переменном увлажнении и высыхании наблюдаются обратимые знакопеременные деформации усадки-набухания. При усадке в пределах до 0,2-0,6% в цементном камне нет видимых трещин, при больших деформациях наблюдаются характерные усадочные трещины, свидетельствующие о нестойкости цементного камня. Усадку цементного камня связывают со следующими явлениями: при относительной влажности 45-90% преобладают вызывающие усадку напряжения, связанные с испарением воды из капилляров определённого размера, при относительной влажности менее 20% и удалении адсорбированной воды преобладает эффект поверхностного сжатия твёрдой фазы. Другой составляющей усадки при высыхании цементного камня является нарушение ион-дипольного взаимодействия при удалении молекул воды как из пространства между частицами, так и потеря межслоевой воды C-S-H гелем. Основные факторы, влияющие на величину усадки цементносодержащих материалов при высыхании, следующие: 

-повышенное количество цемента в растворах и бетонах; 

-усадка в большей степени проявляется при твердении и службе изделий в условиях повышенных температур и низкой относительной влажности; 

-цементы особотонкомолотые (S>500 м2/кг) проявляют большую склонность к усадке; 

-увеличение значения В/Ц при прочих равных условиях приводит к росту усадочных деформаций; 

-минералогический состав клинкера незначительно влияет на усадочные деформации, хотя имеется тенденция к увеличению деформаций при переходе к высокоалюминатным цементам и особенно к цементам белитового состава; 

-увеличенные деформации раствора (бетона) наблюдаются при повышенном содержании в их составе тонкодисперсных наполнителей (зол, шлаков, минеральных наполнителей). Усадка при высыхании может быть существенным недостатком и требует регулирования и контроля для многих видов сухих строительных смесей: шпатлёвок, затирок, смесей для устройства полов.

Производство цемента "мокрым" способом.

При мокром способе сырьевую смесь измельчают с добавлением воды. Получаемая сметанообразная жидкость - шлам - содержит 32 - 45 % воды. По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушивают, а затем совместно измельчают. Полученный тонкий порошок называют сырьевой мукой.

Схема производства портландцемента по мокрому способу из твердого материала - известняка - и мягкого - глины. В этой схеме, указаны только основные агрегаты, без дозировочных и транспортных устройств, и другого вспомогательного оборудования. Вместо устанавливаемой на новых заводах роторной мельницы на многих ранее построенных заводах применяют болтушку.

При трехкомпонентной сырьевой смеси корректирующую добавку дробят, после чего она попадает в бункер, откуда вместе с известняком поступает в мельницу. Глину до роторной мельницы или болтушки пропускают через валковую дробилку. Сырьевые материалы дозируют перед мельницей специальными питателями.

Если при производстве по мокрому способу сырьевую смесь составляют из одних твердых материалов - известняка, мергелей и глинистых сланцев, то их дробят в дробилках без добавки воды и размалывают совместно в мельнице, куда добавляют воду. В этом случае в схеме отсутствует роторная мельница или болтушка. При изготовлении портландцемента из одних мягких материалов (мела, глины, мягких мергелей) сырье измельчают в роторных мельницах, в болтушках или мельницах самоизмельчения "Гидрофол", после чего дополнительно размалывают в шаровых мельницах. Воду добавляют на первой стадии процесса и материалы дозируют перед поступлением в болтушки.

Так как при соприкосновении мелкого порошка, образующегося при помоле, с влагой материала образуется пластичная масса, которая налипает на внутреннюю поверхность агрегата и препятствует дальнейшему помолу, то дробленные сырьевые материалы с естественной влажностью размалывать нельзя. Поэтому после выходы из дробилки сырьевые материалы высушивают и затем наплавляют в мельницу, где перемалывают в тонкий порошок. Однородные по физическим свойствам материалы можно дробить и сушить в одних и тех же аппаратах. В случае применения гранулированного шлака его подсушивают без предварительного дробления. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновременно в одном аппарате - мельнице.

Можно применять и комбинированный способ производства. При котором сырьевая смесь в виде шлама, полученного при обычном мокром способе производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь. Поэтому при значительных колебаниях химического состава известнякового и глинистого компонента он чаще применяется. Этот способ используют и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмачивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа - значительно больший расход топлива.

Производство цемента "сухим" способом.

Сухой способ производства целесообразен при сырье с относительно меньшей влажностью и более однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах. Расход топлива при сухом способе во вращающихся печах гораздо меньше, чем при мокром. Поэтому доля сухого способа производства все возрастает и она должна в ближайшее время значительно увеличиться.

При выпуске портландцемента обычных марок сырьевые материалы и клинкер размалывают до остатка на сите с сеткой № 008 порядка 8 - 10%. Для получения цемента более высоких марок материалы размалывают тоньше - до остатка на таком сите около 5% и даже меньше. Измельчать сырьевые материалы до получения тонкого порошка в одном аппарате невозможно. Поэтому сначала материал подвергают в дробилках двух - трехстадийному дроблению до величены кусков, не превышающей 8 - 25 мм, а затем измельчают на мельницах в тонкий порошок с размерами зерен в основном не более 0,08 - 0,1мм. Глину, поступающую из карьера в кусках размером до 500 мм, измельчают в валковых дробилках до кусков не больше 100 мм, а затем обрабатывают в роторных мельницах или в болтушках до получения глиняного шлама с влажностью 60 - 70%. Этот шлам и подают в сырьевую мельницу.

Удельный расход сырья зависит от его химического состава и зольности топлива и составляет 1,5 - 2,4 т на 1 т клинкера. Расход электроэнергии на 1 т выпускаемого цемента составляет 80 - 100 кВт ч. 

Комбинированный способ производства цемента.

Технологическая схема комбинированного способа производства позволяет использовать преимущества подготовки сырьевой смеси по мокрому способу и одновременно снизить расход теплоты на обжиг. Такая схема - наиболее реальный путь снижения расхода топлива предприятиями, работающими на сырье высокой влажности. При переводе с мокрого способа производства на комбинированный наиболее сложным является создание и внедрение надежных и высокопроизводительных аппаратов для фильтрации шлама. цемент камень материал

Выбор способа производства зависит от влажности сырья, используемого топлива и возможности использования того или иного технологического оборудования.

В группу цемента входят все виды портландцемента, пуццоланового портландцемента, шлакопортландцемента, глиноземистый цемент, расширяющиеся цементы, белый цемент и некоторые другие.

Цемент каждого вида может при твердении развивать различную прочность, характеризуемую маркой. Марки цемента регламентированы строительными нормами и правилами (СНиП) и ГОСТом. Выпускают цементы преимущественно марок 200, 300, 400, 500 и 600 (по показателям испытания в пластичных растворах).

Область применения основных марок цемента: 

- цемент м_400 д0 используется в основном для производства бетона и строительных растворов, характеризуется быстрым затвердеванием и морозостойкостью; 

- цемент м400 _д20 применяется для изготовления изделий из железобетона: плит перекрытия, балок, фундаментных плит и т.д. Отличается морозостойкостью и хорошей водостойкостью; 

- цемент м500 _д0 применяют в промышленном строительстве, где предъявляются повышенные требования к прочности конструкций. Благодаря быстрому затвердеванию на начальном этапе цемент 500, цена которого довольно высока, используется при проведении ремонтно-восстановительных работ; 

- цемент м500 _д20 используется при приготовлении растворов в жилищном и промышленном строительстве. 

характеристики цемента.

Портландцемент применяется в зависимости от марки в следующих областях строительства.

Цемент марки 400:

а) для железобетонных монолитных конструкций; для изготовления сборного железобетона.

Цемент марки 400 и 500:

а) для изготовления сборных железобетонных конструкций;

б) для гидротехнических сооружений (при службе в пресной воде), для наружных частей монолитного бетона массивных сооружении, для производства длит оболочек, находящихся в зоне переменного уровня воды;

г) при производстве бетонных работ с быстрой распалубкой;

д) для производства асбестоцементных изделий;

е) для дорожного строительства.

Цемент марки 6 0 0: для изготовления сборных железобетонных конструкций из бетонов высоких марок,

Цемент марка 7 0 0: для изготовления высокопрочных бетонов и предварительно напряженных сборных железобетонных конструкций.

В настоящее время в строительстве используют множество различных материалов, как созданных новейшими технологиями, так и давно известных. Все они, в том числе и цемент, различны по составу и физико-техническим характеристикам.

В зависимости от стойкости к нагрузкам, добавок различного состава и их доли в единице массы цемента, данный строительный материал может быть промаркирован при помощи нескольких параметров. 

Первый параметр обозначают цифрой и стоящими перед ней буквами М либо ПЦ. Цифра здесь обозначает стойкость к нагрузкам. В качестве примера, запись «цемент М400» говорит о том, что нагрузка в 400 кг/см не наносит данному виду цемента повреждений. Таким образом, чем больше число, используемое при маркировке, тем выше прочность цемента. Достаточно популярны маркировки цемент М350, цемент М400, цемент М500, а марку цемента М700 можно встретить уже реже, её изготавливают в основном на заказ.

Вторым параметром являются добавки при маркировке, которые обозначаются буквой Д. Например, 20% добавок будет содержать цемент М500 Д20. В данном случае такая характеристика имеет большое значение при выборе покупателя, так процент добавок оказывает непосредственное влияние на такие характеристики, как прочность и пластичность. Все дополнительные свойства, присущие цементу непременно указываются при помощи специальных обозначений: 

* Цемент М400 Д20 (в данном случае независимо от предшествующих букв М или ПЦ) обладает повышенной стойкостью к понижению температуры и очень хорошей водостойкостью. Такой цемент используют в промышленной, жилищном строительстве, а так же для изготовления стеновых перекрытий, при отливке фундамента и производстве сборного железобетона. Похожие свойства присущи марке цемента 500 Д20, его также применяют, в строительстве, он подходит для ремонтно-строительных работ (штукатурных, кладочных и других), а так же для приготовления строительных растворов. 

* Цемент М500 Д0 придает составу бетона, повышенную водо- и морозостойкость, долговечность. Он особенно незаменим при восстановительных и аварийных работах. Работа по производству бетонных конструкций при помощи технологий термовлажностной обработки, по строительству объектов, подверженных постоянным активным воздействием воды (пресной, минерализованной), требует применения цемента марки ПЦ (М) 400 Д0. 

Третий важный параметр - время твердения. Процесс проходит в два этапа: начало твердения (схватывание, 40 - 50 минут) и полное затвердение (10 - 12 часов).

С повышением марки цемента эффективность его применения в бетонах часто возрастает за счет уменьшения удельного расхода вяжущего вещества.

Размещено на Allbest.ru