Характеристики и применение марок цемента. Сравнительная таблица.

Цементами называются большая группа искусственно изготовленных вяжущих неорганических материалов в виде тонко смолотых порошков. При смешивании такого порошка с водными, солевыми растворами или другими жидкостями образуются пластичные массы, после затвердения, превращающиеся в прочный цементный камень.

Такое гидравлическое вяжущее, отличается от других минеральных вяжущих (воздушная известь, гипс), способных затвердевать только на открытом воздухе, способностью набора прочности и под водой. Это свойство обуславливает повсеместное использование цементов в строительной отрасли для приготовления бетонов, кладочных, штукатурных и декоративных растворов.

Строительные цементы

Для приготовления рабочих смесей используются композиционные малоклинкерные цементы, получаемые при совместном помоле портландцементного клинкера, минеральных активных добавок и различных наполнителей для получения требуемых характеристик в зависимости от нужного назначения. Клинкер представляет собой спёкшиеся обжигом при высокой температуре комки известняков и глин, размолотые после остывания в порошки тонкого помола. Добавление минеральных добавок (бокситов, трепелов, пиритов) приводит к улучшению эксплуатационных характеристик, с одновременным снижением итоговой стоимости материала.

Типичный состав клинкера включает следующие главные фазы:

1. Алит (Ca3SiO5 — 3-х кальциевый силикат), содержание этой важнейшей составляющей всех клинкеров составляет от 50-ти до 70-ти процентов. Относительно быстро реагируя с водой, эта составляющая играет важнейшую роль для набора прочности цементными составами (особенно на 28-е сутки).
2. Белит (Ca2SiO4 — 2-х кальциевый силикат), содержащийся в нормальных клинкерах в количестве от 15-ти до 30-ти процентов. Реакция этой составляющей с водой происходит медленно, поэтому её влияние на прочностные характеристики увеличивается значительно позднее. Но примерно через год, при нахождении чистых алита и белита в одинаковых условиях, их прочность становится практически одинаковой.
3. Алюминатная фаза (3СaAS — 3-х кальциевый алюминат. Содержание — 5…10 %. Быстрота реакции с водой, вызывает нежелательную скорость схватывания рабочей смеси, поэтому для нейтрализации добавляются реагенты, контролирующие этот процесс.
4. Ферритная фаза (4СaAFS — 4-х кальциевый алюмоферрит). В составе нормальных клинкеров содержатся от 5-ти до 15-ти процентов. Скорость твердения высока в начальные периоды, но позднее начинает занимать по срокам промежуточное положение между твердением алита и белита.
5. Небольшое количество других компонентов (например, щелочных сульфатов и оксидов кальция).

Классификация цемента

Цементы подразделяются по нескольким следующим факторам:

1. В зависимости от вида основного минерала:
   • романцемент, характеризуется преобладанием белита, в современных условиях не изготавливается;
   • портландцемент, получивший наибольшее распространение в строительной сфере, отличается преобладанием алита;
   • глинозёмистые, в которых преобладает алюминатная фаза;
   • магнезиальные — на основе магнезита, затворение производится растворёнными в воде солями;
   • кислотоупорные, состоящие из гидросиликата натрия, кремнефтористого натрия и сухих кварцевых песков, для затворения используется смесь воды с жидким стеклом.
   • биоцементы, в отличие от обычных цементов изготавливаются с применением биотехнологий.
2. В зависимости от содержащихся добавок различают:
   • стандартные портландцементы (обозначение в расшифровке цемента — ПЦ);
   • сульфатостойкие портландцементы, применяются в агрессивной среде (СС);
   • белые цементы, при производстве декоративных отделочных работ в них добавляются различные красящие пигменты (БЦ);
   • шлакопортландцементы, содержащие до 20-ти % порошка доменных шлаков, что значительно снижает их стоимость (ШПЦ);
   • гидростойкие, быстротвердеющие вяжущие, набирающие прочность на воздухе и в воде уже через 15-т минут (ВРЦ);
   • пластифицированные цементы, содержащие противоморозные добавки, увеличивающие морозостойкость рабочих смесей, что позволяет их укладку при отрицательных температурах (ПЛ).
3. По скорости твердения цементы отличаются делением на следующие 5-ть групп:
   • ЦЕМ I — портландцемент без добавок и с содержанием минеральных примесей ≤ 5-ти %. Самый прочный, крепкий и быстротвердеющий, уже на 2-ой день прочность бетонов достигает 50-ти %;
   • ЦЕМ II — примесей в процентах от 6-ти до 35, при увеличении количества добавок набор прочности замедляется. По типу добавок делится на 2 подвида, в обозначении расшифровывается следующим образом: пуццолан (П) и гранулы шлака (Ш);
   • ЦЕМ III — шлакопортландцементы, содержащие 35 …60 % доменных гранулированных шлаков, характеризуются нормальной скоростью твердения;
   • ЦЕМ IV — пуццолановые с нормальной скоростью застывания, в составе содержится от 21-го до 35-ти процентов кремнезёмов и золы. Обозначения расшифровываются в маркировке: П— пуццоланы, МК — микрокремнезёмы, З — зола-унос;
   • ЦЕМ V — композиционные вяжущие порошки с нормальными скоростями твердения, состоящие из от 11-ти до 30-ти % золы-уноса и такого же количества гранул доменных шлаков. Используется для приготовления лёгких бетонов.

Нормальной скоростью твердения считается промежуток времени в 28 суток после укладки в дело, в течение которого рабочая смесь набирает проектную прочность.

Класс безопасности цемента равен 3-м, то он есть классифицируется как умеренно опасное вещество. Материал, находящейся в воздухе в виде пыли, способен в производственных условиях вызывать различные аллергические болезни.

Марки и классы цементов

Маркой цемента называется среднее значение условной числовой величины прочности на сжатие. Точное определение марки цемента выполняется только в специальных строительных лабораториях с выполнением следующих действий:

• приготовление цементного раствора из 1-ой цемента и 3-х частей кварцевого песка;
• изготовление из готового раствора 3-х миниатюрных балок (4×4×16 см), для чего выполняется заливка цементной смеси в специальные разъёмные металлические формы, установка их на вибростол и 3-х минутное уплотнение;
• через 2 суток производится извлечение балочек из форм и погружение на 28 суток в воду с постоянной температурой в 20-ть градусов;
• через указанное время образцы извлекаются их воды и насухо вытираются;
• установка испытуемых образцов под специальный пресс, оборудованный приборами для замеров прочности материалов на сжатие в зависимости от приложенного давления. Давление, при котором начинается разрушение образцов, служит для определения марки цемента.Для повышения точности тестированию подвергаются 6 образцов. За конечный результат принимается среднее арифметическое значение 4-х лучших замеров.

  ГОСТ регламентирует марки цемента от 300 до 800, с шагом 50 или 100, означающих значение средней прочности на сжатие в кг/см². Самые высокие (≥ 600) получили название “фортификационных”, В общем строительстве их использование редко из-за высокой стоимости материала. Основное применение: фундаменты и тело опор внеклассных мостов, тоннели и другие уникальные гражданские инженерные сооружения, а также объекты военной и космической отраслей.

  Марки цемента по прочности являются основной характеристикой вяжущего, они обозначаются буквой М и числом после неё, показывающим какую нагрузку на сжатие выдержит один квадратный см цементного камня после полного затвердения.

В Российской Федерации для маркировки цементов одновременно действуют два ГОСТа, один — выпуска 1985-го года, второй — 2003-го. Во втором нормативном стандарте вместо марки введено понятие — класс прочности цемента. В отличие от марки, прочность в этом случае выводится не как среднее значение, полученное из 6-ти измерений, а заявленному классу должно соответствовать 95 испытываемых образцов из 100.

Соотношение между марками и классами приводится в табличной форме, в технической справочной литературе. Например, марке М400 соответствует класс 32,5.

Кроме замены понятия “марка” классом прочности на сжатие, в соответствие с действующими стандартами в ЕС, дополнительно введены требования к проектной прочности цементного камня. Класс цемента стал указываться не только на 28-е сутки, но и на 2-е и 7-е.

Как можно проверить в домашних условиях качество цементного вяжущего

По разным причинам иногда нет возможности воспользоваться услугами специализированных лабораторий (удалённость их расположения, отказ в проведении анализов для частных лиц или что-то другое), чтобы узнать марку цемента.

Чтобы не приобрести некачественный материал важно учитывать следующие факторы:

• качественный товар не может стоить дёшево, цемент стоящий дешевле 5-ти % от средней цены, сложившейся в регионе, скорей всего контрафакт. Обычно приводится аргумент, что цена отличается из-за “прямой поставки завода-производителя”;
• продавцы, работающие на рынке длительное время, крайне редко будут реализовывать подделку или товар с просроченными сроками реализации, поэтому закупки надо производить в крупных строительных магазинах и стационарных торговых точках;
• обязательно надо ознакомиться с сопроводительными документами на партию цемента, обратив внимание на дату заводской отгрузки. Цемент со временем теряет активность, поэтому указанная в документах высокая марка не всегда означает, что материал ей соответствует.
  

  При длительном хранении, фактическое значение может значительно отличаться от указанного в документах, поэтому дата отгрузки должна быть обязательно “свежей”

• при покупке цемента в мешках, в них не должно быть затвердений, для определения нужно ощупать мешок руками, обязательно и углы;
• приобретение цементов, отличающихся наличием мелких твёрдых комочков, которые не рассыпаются при надавливании пальцами, недопустимо. Это верный признак значительной потери активности цемента из-за длительности хранения или условий повышенной влажности;
• по виду цементный порошок должен быть сухим, серого или серовато-зелёного цвета и свободно, как жидкость, протекать через расставленные пальцы.

Определить марку цемента можно с помощью самостоятельного выполнения экспресс-анализа. Для этого потребуется приобрести следующее:

• один мешок цемента для испытания;
• бутыль щёлочной лечебно-столовой минеральной воды (“Нарзан”, “Боржоми” или “Липецкая”);
• одноразовую тарелку;
• кусок полиэтиленовой плёнки;
• резиновые перчатки;

Немного тестируемого цемента замешивается на минеральной воде в виде густого теста, из которого формируется лепёшка. Далее следим за схватыванием образца:

• качественное вяжущее схватится примерно через 10 минут, лепёшка при этом будет слегка тёплой на ощупь;
• просроченное или разбавленное будет схватываться отдельными фрагментами и с обязательным образованием трещин;
• контрафактное схватывается около часа или может вовсе не схватываться, при этом нагрева образца не происходит;
• некачественное (чаще всего китайское) вяжущее может схватываться моментально, при этом происходит высокое выделение тепла, иногда с образованием пара. Лепёшка от неравномерной тепловой деформации начинает лопаться.

Затвердевшую лепёшку, изготовленную из качественного цементного вяжущего, заворачивают в полиэтиленовую плёнку и выдерживают в нормальных условиях трое суток.

Образец из высокомарочного цемента получается твёрдым, без присутствия трещин, при постукивании по нему звук звонкий. Раскалывание на отдельные части происходит только при падении испытуемого образца с высоты ≥ 150-ти см.

При получении положительного результата, можно приобрести необходимое количество цемента из поставленной партии в том же магазине, в котором приобретался испытуемый мешок.

Марки цемента и их характеристики:

Область применения обуславливается в зависимости от марки вяжущего, минералогического состава и разницы состава входящих добавок. Наиболее распространены в строительной области следующие марки цемента:

• М400 применяется для приготовления бетонов для изготовления ЖБК на специализированных заводах и полигонах, бетонирования конструктивов на земле и под землёй, замешивания кладочных и штукатурных растворов;
• М500 используется при сооружении мостовых опор в воде и на суходолах, для выполнения ремонтных работ, строительства различных гражданских и военных инженерных сооружений;
• М300 — в связи с более низкой стоимостью широко применяется в малоэтажном частном строительстве.

Разновидности специальных цементов

Специальным цементам, благодаря использования специального сырья, подбора нужных добавок и применения оригинальных технологий изготовления, придаются специфические свойства. К этому классу материалов относятся:

1. Глинозёмистые, изготавливаемые обжигом при температурах 1500…1600 градусов смеси бокситов или высокоалюминатных шлаков и известняков. Содержание в составе до 85-ти % алюминатов кальция способствует интенсивному взаимодействию с водой. Уже в 1-е сутки происходит набор 90 % процентов марочной прочности, а спустя 3-е суток достигается марка 400, 500 или 600. Уникальные свойства выделять при твердении большое количество тепла, высокие коррозионные и морозостойкие показатели цемента обуславливают и их применение:
   • бетонирование конструктивов в условиях воздействия агрессивной среды, высоких температур, морозной погоды и прочих негативных факторов;
   • тампонирование газовых и нефтяных скважин;
   • аварийные работы, при необходимости быстрого затвердения бетона.

   Из-за существующей опасности появления трещин при твердении бетона материал не используется для укладки бетонов в жарких климатических условиях, возведения больших массивов и при необходимости выполнения термообработки.

2. В зависимости от добавок в глинозёмистые цементы гидроалюминатов кальция и гипса, соотношения других составляющих компонентов из сырья получают безусадочные, напрягающие и расширяющиеся цементы. Вид и количество добавок, от чего зависит способность твердение в водной стихии, увеличение объёма смеси в воздушно-влажностной среде, уплотнение и самонапряжение затвердевшего камня, позволяют получить нужные свойства цементов.
3. Шлакощёлочные цементы, состоящие из гранулированного шлака тонкого помола и соединений различных щелочных металлов. Рабочие смеси на основе этого гидравлического вяжущего обладают высокими показателями по морозостойкости и стойкости к коррозии и морозостойкостью, а способность увеличения прочности во влажной среде обуславливают их эффективное использование в дорожном строительстве и возведения гидротехнических сооружений.