Особенности цементов для применения в составах ССС
Сообщение главного редактора журнала «Цемент и его применение», к. т. н. Юрия Никифорова, сделанное им на 6-й международной конференции для производителей «Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес» (BaltiMix 2006).
Производство сухих строительных смесей ориентировано главным образом на применение общестроительного цемента в соответствии с ГОСТ 10178-85 и в последние годы по ГОСТ 31108-2003, гармонизированного с европейским стандартом. В последние годы наблюдается значительный рост производства модифицированных сухих строительных смесей с использованием цемента. В 2005 г. их производство достигло 2,7 млн т при емкости российского рынка 2,9-3,1 млн т. Только в 2005 г. построено 13 технологических линий производства сухих строительных смесей общей мощностью 514 тыс. т в год. Ассортимент продукции цементного производства в последние годы стабилизировался. Доля портландцемента в общем выпуске цемента составляет около 92%, в том числе доля портландцемента без добавок — 30%. Средний процент ввода добавок составляет около 11%. Шлакопортландцемент в общем объеме производства цемента составляет около 6,5%, и выпускается он в основном марки 400. В общем объеме выпуска цемента цемент марки 400 составляет около 59%, марки 500 — 35%, марок 550-600 — 0,5%. Оценивая в целом качество выпускаемой продукции, следует отметить, что ее ассортимент удовлетворяет потребностям строительной индустрии, в том числе и потребителей сухих строительных смесей.
Стандартов специального цемента для применения при производстве сухих строительных смесей не существует, и вряд ли следует их разрабатывать, учитывая очень широкую номенклатуру и не менее широкую гамму областей применения. Требования стандартов к характеристикам цемента легко контролируются: практически все они отражены в паспорте на цемент, выдаваемом при его отгрузке. Следует обратить внимание на химические характеристики — такие, как содержание оксида магния и сульфата кальция. Содержание щелочей в стандартах не ограничено. Только в стандарте 10178- 85 сказано, что при использовании нефелинового шлама в качестве сырьевого компонента содержание щелочей не должно в сумме превышать 1,2%. В новом стандарте даже этого упоминания не содержится. Тем не менее, щелочи существенно влияют на качество цемента. Кроме возможного образования выцветов на поверхности изделия, они оказывают влияние на темп твердения вяжущего, а также на его реологию (вязкость, пластичность, удобоукладываемость). Особенно следует обратить внимание на возможность появления ложного схватывания цемента. Для производства сухих строительных смесей любого назначения целесообразно использовать цемент с минимально возможным содержанием щелочей. К химическим характеристикам относятся также содержание иона хлора (Cl-) и хрома (Cr+6). Содержание иона хлора ограничивается 0,1%, а ограничения Cr+6 не предусмотрено, хотя Cr+6 оказывает влияние на цвет вяжущего и экологические характеристики при помоле цемента. При оценке строительно-технических характеристик цемента, кроме требований, приведенных в стандартах, следует учитывать некоторые нестандартизированные характеристики.
Ложное схватывание цемента — это преждевременная частичная или полная потеря подвижности цементного теста, которую возможно устранить при механическом воздействии. Проявление ложного схватывания, устраняемого механическим воздействием, не считается нарушением стандарта, но оно является нежелательным явлением при применении сухих строительных смесей. Причиной ложного схватывания является переход гипса при помоле цемента вследствие повышенной температуры в цементной мельнице из двуводной модификации в полуводную форму. Из-за разной растворимости этих соединений при затворении цемента полугидрат быстро растворяется, и жидкая фаза перенасыщается по отношению к двухгидрату. Образование CaSO4 2H2O из перенасыщенного раствора ведет к появлению ложного схватыванию I типа, которое может быть устранено удлинением времени перемешивания. Ложное схватывание II типа связано с образованием гидросульфоалюминатов различного состава и в меньшей степени отражается на повышенности смесей. Разработанные методики позволяют достаточно четко определять наличие явления ложного схватывания. В паспорте на цемент следует указывать наличие или отсутствие явления ложного схватывания. При применении сухих строительных смесей большое значение имеет темп твердения вяжущего, который характеризует скорость формирования прочной структуры цементного камня. По ГОСТ 10178-85 марка общестроительного цемента определяется по результатам его испытания в 28-суточном возрасте. Испытание через 3 суток твердения предусмотрено только для быстротвердеющих цементов. В новом ГОСТ 31108-2003 требования к темпу твердения нормированы (в 2-суточном или 7-суточном возрасте) для цементов всех типов и классов. Таким образом, при оценке прочностных характеристик по ГОСТ 10178-85 показатели в 2-суточном и 7-суточном возрасте не играют никакой роли при назначении марки цемента, но учитываются при назначении класса прочности по ГОСТ 31108-2003. Следует учитывать, что изделия, приготовленные с использованием сухих строительных смесей, твердеют в атмосферных условиях, поэтому корреляция с результатами испытаний при пропаривании отсутствует. Для повышения темпа твердения цемента его производители повышают содержание C3S, C3A и тонкость помола, оптимизируют гранулометрический состав и содержание гипса. При разработке рецептур смесей ремонтных составов, составов для устройства полов, гидроизоляционных и других составов необходимо контролировать раннюю прочность цемента — через 1 сутки. Водопотребность вяжущего характеризуется величиной водоцементного отношения, обеспечивающего заданную консистенцию цементного теста, растворной или бетонной смеси. На повышение водопотребности вяжущего значительно влияют дисперсность цемента и минеральные добавки осадочного происхождения. Химико-минералогический состав клинкера практически не сказывается на величине водопотребности. Только повышение C3A несколько ее повышает. Введение пластификаторов значительно снижает водопотребность цемента. Сульфатостойкость изделия обеспечивается применением сульфатостойких вяжущих материалов. Основной причиной сульфатной коррозии является образование в твердеющем камне тригидросульфоалюмината кальция (эттрингита, 3 CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O). Образование эттрингита сопровождается значительным увеличением объема и как следствие внутренних напряжений в цементном камне, что приводит к нарушению его структуры. Другой причиной сульфатной коррозии может быть выделение оксида кальция из состава ранее сформировавшихся соединений необходимого для образования эттрингита. Потеря CaO сформировавшимися соединениями приводит к снижению их гидравлической активности. Для повышения сульфатостойкости используют клинкеры с пониженным коэффициентом насыщения, ограниченным содержанием алюминатов кальция, и цементы, содержащие активные гидравлические добавки.
Химические и строительно-технические характеристики сульфатостойкого цемента нормируются специальным стандартом — ГОСТ 22266-94. Морозостойкость цемента определяется характером его поровой структуры. Различают микропоры (менее 2 нм), мезопоры (2-50 нм) и макропоры (более 50 нм). Наиболее опасными для морозостойкости цемента являются мезопоры, которые образуются вследствие испарения свободной воды и промерзают. Макропоры образуются вследствие вовлечения воздуха при перемешивании цемента. Они обычно заполнены воздухом и не снижают морозостойкости цемента. Для повышения морозостойкости цемента обычно используют низкоалюминатный клинкер, оптимизируют содержание гипса и дисперсность цемента. Водоотделение цемента характеризуется количеством воды, отделившейся при расслоении цементного теста. Повышенное водоотделение раствора приводит к снижению его прочности. Водоудерживающая способность цемента возрастает при увеличении его дисперсности, содержания C3S и содержания активных гидравлических добавок. Методика определения водоотделения предусмотрена ГОСТ 310,6. Тепловыделение цемента является следствием экзотермической реакции гидратации клинкерных минералов. Особенно следует учитывать характер тепловыделения цемента при изготовлении массивных бетонных сооружений. В начальный период твердения на тепловыделение цемента влияют содержание C3A и дисперсность. Для снижения разогрева массивных бетонных конструкций используют цементы, приготовленные в соответствии со стандартами для гидротехнических сооружений. Учитывая особенности использования цементов при производстве сухих строительных смесей, можно рекомендовать следующие характеристики.
Цементы должны характеризоваться высоким темпом твердения, что обеспечивается достаточно высокой удельной поверхностью (более 4000 см2/г) и оптимальным химико- минералогическим составом клинкера. Следует применять бездобавочные цементы или цементы с невысоким содержанием активных минеральных добавок. Для исключения значительных колебаний активности цемента следует применять бездобавочные цементы или цементы с невысоким содержанием активных минеральных добавок. Цементы должны содержать оптимальное количество гипса. Содержание его должно строго ограничиваться технологической картой производства. Использоваться должны цементы, содержащие минимально возможное количество щелочей. Введение в действие федерального закона «О техническом регулировании» позволяет разрабатывать и использовать стандарты предприятия (третий уровень регулирования), которые разрабатываются, согласовываются и утверждаются самими предприятиями-производителями, а также потребителями. Эти стандарты предприятия носят инициативный характер.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Производство сухих строительных смесей ориентировано главным образом на применение общестроительного цемента в соответствии с ГОСТ 10178-85 и в последние годы по ГОСТ 31108-2003, гармонизированного с европейским стандартом. В последние годы наблюдается значительный рост производства модифицированных сухих строительных смесей с использованием цемента. В 2005 г. их производство достигло 2,7 млн т при емкости российского рынка 2,9-3,1 млн т. Только в 2005 г. построено 13 технологических линий производства сухих строительных смесей общей мощностью 514 тыс. т в год. Ассортимент продукции цементного производства в последние годы стабилизировался. Доля портландцемента в общем выпуске цемента составляет около 92%, в том числе доля портландцемента без добавок — 30%. Средний процент ввода добавок составляет около 11%. Шлакопортландцемент в общем объеме производства цемента составляет около 6,5%, и выпускается он в основном марки 400. В общем объеме выпуска цемента цемент марки 400 составляет около 59%, марки 500 — 35%, марок 550-600 — 0,5%. Оценивая в целом качество выпускаемой продукции, следует отметить, что ее ассортимент удовлетворяет потребностям строительной индустрии, в том числе и потребителей сухих строительных смесей.
Стандартов специального цемента для применения при производстве сухих строительных смесей не существует, и вряд ли следует их разрабатывать, учитывая очень широкую номенклатуру и не менее широкую гамму областей применения. Требования стандартов к характеристикам цемента легко контролируются: практически все они отражены в паспорте на цемент, выдаваемом при его отгрузке. Следует обратить внимание на химические характеристики — такие, как содержание оксида магния и сульфата кальция. Содержание щелочей в стандартах не ограничено. Только в стандарте 10178- 85 сказано, что при использовании нефелинового шлама в качестве сырьевого компонента содержание щелочей не должно в сумме превышать 1,2%. В новом стандарте даже этого упоминания не содержится. Тем не менее, щелочи существенно влияют на качество цемента. Кроме возможного образования выцветов на поверхности изделия, они оказывают влияние на темп твердения вяжущего, а также на его реологию (вязкость, пластичность, удобоукладываемость). Особенно следует обратить внимание на возможность появления ложного схватывания цемента. Для производства сухих строительных смесей любого назначения целесообразно использовать цемент с минимально возможным содержанием щелочей. К химическим характеристикам относятся также содержание иона хлора (Cl-) и хрома (Cr+6). Содержание иона хлора ограничивается 0,1%, а ограничения Cr+6 не предусмотрено, хотя Cr+6 оказывает влияние на цвет вяжущего и экологические характеристики при помоле цемента. При оценке строительно-технических характеристик цемента, кроме требований, приведенных в стандартах, следует учитывать некоторые нестандартизированные характеристики.
Ложное схватывание цемента — это преждевременная частичная или полная потеря подвижности цементного теста, которую возможно устранить при механическом воздействии. Проявление ложного схватывания, устраняемого механическим воздействием, не считается нарушением стандарта, но оно является нежелательным явлением при применении сухих строительных смесей. Причиной ложного схватывания является переход гипса при помоле цемента вследствие повышенной температуры в цементной мельнице из двуводной модификации в полуводную форму. Из-за разной растворимости этих соединений при затворении цемента полугидрат быстро растворяется, и жидкая фаза перенасыщается по отношению к двухгидрату. Образование CaSO4 2H2O из перенасыщенного раствора ведет к появлению ложного схватыванию I типа, которое может быть устранено удлинением времени перемешивания. Ложное схватывание II типа связано с образованием гидросульфоалюминатов различного состава и в меньшей степени отражается на повышенности смесей. Разработанные методики позволяют достаточно четко определять наличие явления ложного схватывания. В паспорте на цемент следует указывать наличие или отсутствие явления ложного схватывания. При применении сухих строительных смесей большое значение имеет темп твердения вяжущего, который характеризует скорость формирования прочной структуры цементного камня. По ГОСТ 10178-85 марка общестроительного цемента определяется по результатам его испытания в 28-суточном возрасте. Испытание через 3 суток твердения предусмотрено только для быстротвердеющих цементов. В новом ГОСТ 31108-2003 требования к темпу твердения нормированы (в 2-суточном или 7-суточном возрасте) для цементов всех типов и классов. Таким образом, при оценке прочностных характеристик по ГОСТ 10178-85 показатели в 2-суточном и 7-суточном возрасте не играют никакой роли при назначении марки цемента, но учитываются при назначении класса прочности по ГОСТ 31108-2003. Следует учитывать, что изделия, приготовленные с использованием сухих строительных смесей, твердеют в атмосферных условиях, поэтому корреляция с результатами испытаний при пропаривании отсутствует. Для повышения темпа твердения цемента его производители повышают содержание C3S, C3A и тонкость помола, оптимизируют гранулометрический состав и содержание гипса. При разработке рецептур смесей ремонтных составов, составов для устройства полов, гидроизоляционных и других составов необходимо контролировать раннюю прочность цемента — через 1 сутки. Водопотребность вяжущего характеризуется величиной водоцементного отношения, обеспечивающего заданную консистенцию цементного теста, растворной или бетонной смеси. На повышение водопотребности вяжущего значительно влияют дисперсность цемента и минеральные добавки осадочного происхождения. Химико-минералогический состав клинкера практически не сказывается на величине водопотребности. Только повышение C3A несколько ее повышает. Введение пластификаторов значительно снижает водопотребность цемента. Сульфатостойкость изделия обеспечивается применением сульфатостойких вяжущих материалов. Основной причиной сульфатной коррозии является образование в твердеющем камне тригидросульфоалюмината кальция (эттрингита, 3 CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O). Образование эттрингита сопровождается значительным увеличением объема и как следствие внутренних напряжений в цементном камне, что приводит к нарушению его структуры. Другой причиной сульфатной коррозии может быть выделение оксида кальция из состава ранее сформировавшихся соединений необходимого для образования эттрингита. Потеря CaO сформировавшимися соединениями приводит к снижению их гидравлической активности. Для повышения сульфатостойкости используют клинкеры с пониженным коэффициентом насыщения, ограниченным содержанием алюминатов кальция, и цементы, содержащие активные гидравлические добавки.
Химические и строительно-технические характеристики сульфатостойкого цемента нормируются специальным стандартом — ГОСТ 22266-94. Морозостойкость цемента определяется характером его поровой структуры. Различают микропоры (менее 2 нм), мезопоры (2-50 нм) и макропоры (более 50 нм). Наиболее опасными для морозостойкости цемента являются мезопоры, которые образуются вследствие испарения свободной воды и промерзают. Макропоры образуются вследствие вовлечения воздуха при перемешивании цемента. Они обычно заполнены воздухом и не снижают морозостойкости цемента. Для повышения морозостойкости цемента обычно используют низкоалюминатный клинкер, оптимизируют содержание гипса и дисперсность цемента. Водоотделение цемента характеризуется количеством воды, отделившейся при расслоении цементного теста. Повышенное водоотделение раствора приводит к снижению его прочности. Водоудерживающая способность цемента возрастает при увеличении его дисперсности, содержания C3S и содержания активных гидравлических добавок. Методика определения водоотделения предусмотрена ГОСТ 310,6. Тепловыделение цемента является следствием экзотермической реакции гидратации клинкерных минералов. Особенно следует учитывать характер тепловыделения цемента при изготовлении массивных бетонных сооружений. В начальный период твердения на тепловыделение цемента влияют содержание C3A и дисперсность. Для снижения разогрева массивных бетонных конструкций используют цементы, приготовленные в соответствии со стандартами для гидротехнических сооружений. Учитывая особенности использования цементов при производстве сухих строительных смесей, можно рекомендовать следующие характеристики.
Цементы должны характеризоваться высоким темпом твердения, что обеспечивается достаточно высокой удельной поверхностью (более 4000 см2/г) и оптимальным химико- минералогическим составом клинкера. Следует применять бездобавочные цементы или цементы с невысоким содержанием активных минеральных добавок. Для исключения значительных колебаний активности цемента следует применять бездобавочные цементы или цементы с невысоким содержанием активных минеральных добавок. Цементы должны содержать оптимальное количество гипса. Содержание его должно строго ограничиваться технологической картой производства. Использоваться должны цементы, содержащие минимально возможное количество щелочей. Введение в действие федерального закона «О техническом регулировании» позволяет разрабатывать и использовать стандарты предприятия (третий уровень регулирования), которые разрабатываются, согласовываются и утверждаются самими предприятиями-производителями, а также потребителями. Эти стандарты предприятия носят инициативный характер.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 43 за 2006 год в рубрике материалы и технологии
