Пуццолановый портландцемент

Области применения

Портландцемент традиционного состава широко используется в следующих отраслях:

Монолитное строительство – устройство фундаментов, возведение стен, заливка перекрытий.
Изготовление широчайшего ассортимента ЖБИ, среди которых фундаментные и стеновые блоки, плиты перекрытия, бортовые камни, ФЭМ и многие другие.
Изготовление сухих смесей. Сухие смеси – высокотехнологичное современное решение в строительной отрасли, поскольку приготовление таких материалов в заводских условиях обеспечивает точную дозировку компонентов и полное соблюдение других технологических правил. В компании «Лентехстром» сухие строительные смеси проходят тщательную проверку в лаборатории предприятия, а их качество подтверждается соответствующими сертификатами.

При сжатых сроках строительства используют быстротвердеющие ПЦ, которые достигают марочной прочности уже через трое суток. Обычные – через 28 суток. Такой скорости упрочнения добиваются путем добавления компонентов вулканического происхождения и гранулированного шлака. При постройке подземных сооружений используют сульфатостойкие ПЦ, в состав клинкера которых вводят доломит и трепел.

Четыре главные фазы клинкера

Цементный клинкер – это основной материал, который используется для производства цемента разных марок. То есть, проводится два действия: сначала производится клинкер в виде гранул, который получают путем нагревания глины и извести (с добавками) методом плавления, потом клинкер смалывается, в него добавляется гипс и получается цемент.

Разные способы обработки обуславливают то, что клинкер может быть с элементарным химическим или минералогическим составом. От того, какие объемы клинкерных материалов использовались при обжиге, зависят свойства цемента: он может быть быстросохнущим, созданным специально для использования при минусе, обладать другими свойствами.

Состав представляет собой систему нескольких клинкерных минералов, которые появляются в процессе плавки и обжига. Но заметить части отдельных составляющих клинкера невозможно, так как речь идет об аморфных и тонкозернистых кристаллических фазах.

Прежде, чем производить цемент, клинкер подбирают по составу. Обычно речь идет о четырех основных фазах, указанных ниже. Кроме них, в небольших объемах в веществе могут присутствовать другие фазы (оксид кальция, щелочные сульфаты).

Алит

Самая важная составляющая любого клинкера для цемента. В составе должно быть минимум 50-70% трехкальциевого силиката (обозначается 3СаO*SiО2 или сокращенно C3S). Структура и состав данной фазы модифицируются благодаря размещению в решетке инородных ионов (в особенности Аl3+, Mg2+, Fе3+). Алит стремительно реагирует с водой, в нормальных цементах имеет самое большое значение для обеспечения прочности. Особенно важен алит для обеспечения набора прочности цемента в течение 28 суток.

Белит

Когда производится клинкер цементный, содержание белита должно быть равно 15-30%. Двухкальциевый силикат обозначается как 2СаO*SiО2 (либо сокращенно C2S), модификация происходит за счет добавления в структуру инородных ионов, чаще всего большей частью либо полностью присутствует в формате β-модификации.

Белит с водой реагирует достаточно медленно, не оказывает воздействия на уровень прочности цемента на протяжении 28 суток

Но он влияет на прочность в значительно поздние сроки, что также немаловажно. Так, через год в идентичных условиях показатель прочности чистого белита и чистого алита примерно одинаков

Алюминатная фаза

Алюминатная фаза в клинкере цементном составляет 5-10%. Трехкальциевый алюминат обозначается как 3СаO*Al2O3, меняется по составу и структуре в некоторых случаях благодаря инородным ионам (в особенности Nа+, Si4+, К+, Fe3+). Фаза мгновенно реагирует с водой, из-за чего становится причиной быстрого высыхания, если в состав не был введен контролирующий скорость схватывания реагент, в качестве которого выступает обычно гипс.

Алюмоферритная фаза

Ферритная фаза составляет около 5-15% цементного клинкера, обозначается как 4CaO*Al2O3*Fe2O3 (сокращенно CaAlFe). Четырехкальциевый алюмоферрит существенно меняет состав при изменениях пропорции Al/Fe и нахождении в структуре инородных ионов.

Скорость реакции базы с водой может быть разной из-за отличий в составе. Как правило, показатель достаточно высокий на первых этапах, в более поздние сроки средний между показателями алита и белита.

Белый цемент (БЦ) (при изготовлении БЦ действуют нормы ГОСТ 965-78).

Для изготовления белого цемента применяется маложелезистый клинкер. Данный цемент имеет серый цвет из-за соединений железа и особенностей исходных сырьевых материалов. Чтобы повысить белизну и убрать зеленоватый оттенок, клинкер подвергается процессу отбеливания. По своему составу этот вид цемента разделяют на: белый портландцемент с составляющими минерального происхождения и белый портландцемент.

Марки белого цемента: 400, 500.

Белый цемент имеет свои характеристики, которые позволяют применять его при изготовлении колон, скульптурных элементов. Также его применяют при отделочных работах фасада здания. Еще белый цемент очень часто используется при устройстве цветных цементобетонных слоев дороги.

Что такое маркировка цемента?

Марка на упаковке – это описание по которому можно выбрать лучший цемент для того или иного вида деятельности. Её определяют после проведения лабораторных испытаний. Они актуальны не для всех разновидностей материала.

Глиноземистый, шлакопортландцемент и быстротвердеющий испытывают по другой технологии. Для опыта создают образец из песка и, соответственно, вещества в соотношении 3:1, придают ему форму параллелепипеда со сторонами 40×40×160 мм. Затем в течение 28 дней экземпляр сжимают с всё большей силой.

Его маркируют в соответствии с двумя параметрами: состав и способность выдерживать нагрузку. Например, «М» и цифра возле неё (М200) обозначает тяжесть, которую он способен выдержать кг/см2, буква «Д» и число (Д20, Д30, Д40) означает процент добавок.

Задача по физике — 4405

ГЛАВНАЯ » РЕШЕБНИК

2017-10-18 В лупу рассматривают конец иглы, ось которой совпадает с главной оптической осью лупы. Конец острия находится от лупы на расстоянии а, меньшем фокусного расстояния $F$ лупы, и виден как конус с углом при вершине $2 \alpha$. Какова реальная величина угла при вершине острия иглы?

Решение:Будем решать эту задачу, предполагая, как обычно, что лупу можно считать тонкой линзой, и справедливы правила построения изображения в параксиальном приближении. В этом приближении, как известно, изображение получается стигматичным, т.е. все лучи, исходящие из какой-либо точки предмета, после преломления пересекаются в одной точке. Поэтому для построения изображения можно использовать даже*те лучи, которые из-за ограниченности диаметра линзы реально не проходят через нее. Принципиально та или иная точка предмета не может наблюдаться, если к наблюдателю от данной точки не попадает ни одного луча.
Первый вопрос, который возникает при решении этой задачи, заключается в том, какова реальная форма острия иглы. Ответить на этот вопрос можно, воспользовавшись обратимостью хода световых лучей. На основании этого закона найдем форму острия по его изображению. Поскольку конец острия находится от лупы на расстоянии, меньшем фокусного, то его изображение будет мнимым и будет располагаться по ту же сторону от лупы, где находится острие. Если начать строить отдельные точки поверхности острия с помощью лучей, реально проходящих через лупу, то получить правильное представление о форме острия будет крайне сложно из-за того, что даже незначительные ошибки при проведении лучей, направления распространения которых отличаются незначительно, могут привести к значительным погрешностям нахождения точки пересечения этих лучей. Чтобы избежать этой трудности, рассмотрим ход луча, совпадающего с одной из образующих конуса изображения острия. Ясно, что соответствующие точки поверхности острия должны находиться на этом луче. Следует считать, что игла находится в однородной среде. Поэтому указанный луч должен совпадать с некоторой прямой, и, следовательно, конец острия имеет вид конуса.
Пусть указанный луч пересекает главную плоскость лупы в точке А, а ее фокальную плоскость — в точке В, как показано на рисунке. Поскольку в параксиальном приближении в фокальной плоскости должны пересекаться все лучи, падающие на линзу параллельным пучком, и луч, идущий через оптический центр линзы (точка 0), не преломляется, то интересующий нас луч должен совпадать с лучом 1. Пусть угол наклона этого луча к главной оптической оси лупы равен $b$. Тогда из условия задачи и приведенного рисунка следует, что тангенсы половин углов при вершине иглы и ее изображения удовлетворяют соотношениям: $tg \alpha = h/b$ и $tg \beta = h/a$ , где $h$ — расстояние от оптического центра лупы до точки падения на нее указанного выше луча, a $b$ — удаление вершины изображения острия иглы от линзы. Поскольку получаемое изображение является мнимым, то согласно формуле тонкой линзы в параксиальном приближении должно быть выполнено соотношение $a^{-1} — b^{-1}= F^{-1}$. Следовательно,
$tg \beta = \frac{F tg \alpha }{F — a}$,
а потому искомый угол можно найти из соотношения:
$2 \beta = 2 arctg \frac{F tg \alpha}{F — a}$.

Этапы образования цементного камня

После смешивания портландцемента с водой его твердение происходит в течение нескольких часов. Первоначальное упрочнение осуществляется за счет реакции воды с гипсовым компонентом и трехкальциевым алюминатом. В ходе этого процесса формируется кристаллическая структура моносульфата, алюмината кальция гидрата, эттрингита. На следующих этапах твердения происходит развитие сил натяжения, благодаря медленному протеканию реакции H₂O с трехкальциевым силикатом. В результате процесса образуется силикат кальция (CSH гель), главное отличие которого – аморфная структура. На всех стадиях твердения происходит обволакивание и связывание в единый искусственный камень мелких и крупных заполнителей раствора.

Минералогический состав портландцементного клинкера.

Химический состав портландцементного клинкера дан в таблице 1.5.1.
Основные минералы, которые может содержать портландцементный клинкер, даны в табл. 1.5.2.

Портландцементный клинкер. Клинкерные минералы не являются чистыми соединениями, а представляют собой смеси, содержащие в незначительном количестве компоненты других минералов в виде смешанных кристаллических соединений; это относится и к остальным химическим примесям клинкера, которые не могут образовать самостоятельных фаз. Поэтому, чтобы четко отличать чистые соединения от клинкерных минералов, Териебом в 1897 г. дал основным минералам клинкера C₃S и C₂S названия «алит» и «белит» и, еще не зная их состава, исследовал под микроскопом отличия между ними.

Таблица 1.5.1. Химический состав портландцементного клинкера, %
Потери при прокаливании 0,5 — 3
SiO₂	16-26	CaO	58-67
Al₂O₃	4-8	MgO	1-5
Fe₂o₃	2-5	K₂O+Na₂O	0-1
Mn₂O₃	0-3	SO₃	0,1-2,5
TiO₂	0-0,5	P₂O₅	0-1,5

Таблица 1.5.2. Минералогический состав портландцементного клинкера

При дальнейшем медленном охлаждении из β-C₂S может образоваться стабильная ɣ-форма. Этот процесс протекает с увеличением объема на 10% и при определенных условиях может привести к рассыпанию клинкера. Быстрое охлаждение клинкера и наличие примесей препятствует переходу белита в гидравлически инертную ɣ-фазу, снижающую его качество.

Белит твердеет значительно медленнее алита, но в конце кондов достигает такой же прочности, как алит.

Если в клинкере глинозема содержится меньше, чем оксида железа (в молях), то оба компонента, вступая в соединение с известью, образуют алюмоферрит кальция (см, табл. 1.5.2.) —смешанно-кристаллическую фазу с конечным членом 2CaO•Fe₂O₃, где Fe может непрерывно замещаться Al. Этот смешанно-кристаллический ряд сохраняет стабильность до молярного отношения Al₂O₃:Fe₂O₃=2:1; однако в портланд-цементном клинкере, содержащем только соединения, богатые известью, ряд завершается уже при отношении 1:1. Если в клинкере преобладает глинозем, то его избыток сверх указанного отношения (как это имеет место в формуле 4CaO•Al₂O₃•Fe₂O₃) образует трехкальцисвый алюминат, богатый известью.

Трехкальциевый алюминат очень легко вступает в реакцию с водой, однако не имеет ясно выраженных гидравлических свойств и совместно с силикатами повышает начальную прочность цемента. Алюмоферрит кальция мало способствует гидравлическому твердению цемента.

Как уже указывалось щелочи только тогда попадают в клинкерные фазы, когда количество SO₃, содержащееся в клинкере, недостаточно для полного образования щелочных сульфатов. Щелочи входят в состав всех клинкерных фаз, однако преимущественно содержатся в алюмииатной фазе в виде смешанных кристаллов, причем состав, указанный в формуле табл. 1.5.2, может быть получен только в присутствии SiO₂.

Книга Вальтера Дуды «Цемент».

Быстросохнущий цемент

Быстросохнущий цемент – один из подвидов портландцемента, он обладает такими свойствами, как повышенная прочность и устойчивость к механическому влиянию. Также обладает качеством быстротвердения. В первые три дня происходит интенсивное твердение и нарастание прочности из-за большого содержания активных минеральных вяжущих веществ и очень мелкого измельчения. Быстросохнущий цемент используют для приготовления сборных изделий и конструкций из железобетона, а также при быстрой постройке сооружений и в ремонтных работах. Если применять такой цемент, то отпадет необходимость в тепловлажной обработке бетонных смесей.

Применение быстросохнущего цемента

Быстросохнущий цемент замешивают непосредственно на стройке перед использованием. Применяют для всех простых конструкций стяжки, а также плавающих стяжек, стандартных разделительных слоев, и при изготовлении полов с обогревом. Также используют для экстренных работ по устройству стяжек, когда требуется закончить работы в такие короткие сроки, при которых обычные цементы не успевают высохнуть. Быстросохнущий цемент является главным системным компонентом для экстренной постройки полов, перестроек, быстрого введения строящихся построек, санационных работах и в новой стройке.

Марки быстросохнущего цемента

Также цемент можно различить по маркировке. Буква «М» на упаковке с цементом обозначает его прочность, буква «Д» – показывает соответствие добавок и чистого клинкера в цементе, буква «Б» обозначает, что цемент быстротвердеющий (применяется в экстренных ремонтных работах).

Маркируют цемент в зависимости от его прочности — М100-М600 (100-600 килограмм на кубический сантиметр). В наше время производство цемента марки М300 закрыто, а цемент марки М600 самый прочный, и поэтому используется в основном при постройке военных объектов.

Использование микроцемента в интерьере

Современный рынок отделочных материалов просто огромен. Но среди всего многообразия есть особенно оригинальные варианты. Такой вид декора интерьера, как микроцемент, быстро завоевал популярность благодаря своим свойствам и эффектному внешнему виду.

Микроцемент — это разновидность декоративного композитного покрытия на основе цемента очень мелкой фракции (помола). Также в состав входят различные полимеры, кварцевая крошка и колеры. Этот материал ещё называют микробетоном или арт-цементом.

С помощью него создают очень красивые эффекты на различных поверхностях. В зависимости от финишного покрытия можно получить как матовый бархатистый вариант, так и переливающийся перламутровый.

Внешне микроцемент чем-то схож с декоративной штукатуркой, но значительно превосходит её по своим свойствам.

Основные особенности арт-цемента:

бесшовное и полностью герметичное покрытие;
высокая устойчивость к механическим и химическим воздействиям;
экологичность и негорючесть;
возможность нанесения на любые поверхности, а также изготовления отдельных элементов;
большой выбор фактур и цветов;
устойчивость к появлению плесени и грибка.

Для придания цвета используют краски минерального происхождения. Благодаря этому поверхность не выцветает и не меняет оттенок со временем. А выбор цветовых решений просто огромен.

Микробетон широко применяют для декоративной отделки стен.

Красиво такое покрытие выглядит в интерьере спальни.

Хотя не только стены, но и пол покрывают арт-цементом. Благодаря тому, что материал бесшовный, за такой поверхностью очень легко ухаживать.

Чаще всего микробетон встречается, пожалуй, в отделке ванных комнат. За счёт влагоустойчивости и герметичности он очень удобен для влажных помещений.

А выглядит такое оформление невероятно эффектно.

Из арт-цемента изготавливают буквально всё, начиная от умывальников и заканчивая экранами для ванн.

Им покрывают стены, пол и потолок, а также ступени и некоторую мебель.

Красиво выглядят столешницы из этого материала.

Иногда весь интерьер ванной полностью состоит из отделки микроцементом.

Это покрытие не только наносят на поверхность, но и используют материал для отливки некоторых элементов обстановки. Например, из него изготавливают очень стильные раковины.

Даже ванну можно сделать из микробетона.

Кроме санузлов, этот материал используют для оформления кухни.

Из него также изготавливают раковины и кухонные столешницы.

Ещё микробетон можно наносить и на кухонные фасады, создавая тем самым единый завершённый ансамбль.

Свойства микроцемента и его декоративные качества дают широкие возможности для дизайна. С помощью этого материала можно воплотить очень креативные и стильные идеи, сделав свой дом уникальным и неповторимым.

Портландцемент

Для изготовления портландцемента действуют нормы ГОСТ 10178-85

Качественные особенности

Портландцемент и его марки считаются самыми востребованными вяжущими веществами в строительстве. Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество.

Чтобы добиться высокого качества портландцемента, смешиваются гипс, портландцементный клинкер и специальные добавки. После этого, смесь проходит этап тщательного помола.

Портландцементный клинкер – продукт, который создается путем обжига тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, которая включает глину, известняк и другие материалы такие как: доменный шлак, мергель и т. д. В процессе обжига необходимо обеспечить большое содержание высокоосновных силикатов кальция в клинкере. Чтобы отрегулировать сроки затвердевания портландцемента, в клинкер добавляют двуводный гипс. Этот компонент вводится в количестве 1.4-3.4% от общей массы цемента, которая рассчитывается в пересчете на SO3.

Виды и применение портландцемента

Портландцемент существует несколько видов:

шлакопортландцемент,
с минеральными составляющими,
просто портландцемент.

Свое широкое применение эти виды портландцементов нашли в производстве железобетона и бетона, при отделочных и строительных работах. Помните, что каждая отдельная марка отвечает определенному виду строительной деятельности.

Активные минеральные добавки для пуццолановых цементов

Активными минеральными добавками называют тонко молотые вещества, которые, будучи смешаны с известью, придают ей способность после предварительного твердения во влажном воздухе твердеть затем в воде.
Эти же добавки, введенные в состав обыкновенного портландцемента, связывают свободную гидроокись кальция, выделяющуюся при твердении цемента, переводят ее в нерастворимый силикат кальция и таким образом повышают стойкость цемента по отношению к действию пресных и минерализованных вод.
Размолотые и смешанные с водой активные добавки (главным образом кремнеземистые) сами по себе не твердеют и этим отличаются от другой добавки доменного основного шлака.
В древности на территории нашей страны применялась простейшая активная добавка к извести молотый кирпич.

В древнеримском строительстве для морских сооружений применяли вулканическую рыхлую породу пуццолану, добавляя ее к извести. Отсюда и возникло название для активных добавок пуццоланические, а для цементов с этими добавками — «пуццолановые».

В Риме применяли и толченый кирпич. Значительно позднее в Западной Европе начали применять другую природную добавку трасс. В дореволюционной России добавки толченый кирпич, доменный шлак и привозные добавки (пуццоланы) применялись в ограниченном количестве.

Активные минеральные добавки широко применяются. Большинство добавок дешевы и не требуют обжига, они улучшают стойкость цемента в агрессивных водах.
По химическому составу и свойствам эти добавки относятся к кислым, так как в них преобладают соединения SiO2 и Аl2О3. Состав их (в%) удовлетворяет следующему условию:
CaO+MgO : SiO2+Al2O3 меньше 1

Часть кремнезема и глинозема, содержащихся в добавках, растворяется в щелочах и поглощает известь, увеличиваясь в объеме; эту часть кремнезема (глинозема) называют растворимым или активным кремнеземом (глиноземом).

Добавки делятся на природные (естественные) и искусственные.

Природные (естественные) добавки для пуццолановых цементов

Природные добавки бывают осадочного и вулканического происхождения.
Добавки осадочного происхождения состоят главным образом из аморфного кремнезема. К ним относятся горные породы диатомит и трепел.

Твердую разновидность трепела называют опокой. Имеется много месторождений диатомита и трепела, используемых цементной промышленностью (в Брянской, Московской, Саратовской и других областях).

Добавки вулканического происхождения получают путем помола трассов, туфа, пемзы и пеплов. Вулканические добавки содержат растворимого кремнезема меньше, чем осадочные.
Трассы плотные, камневидные породы, богатые кремнеземом. Наиболее известен Карадагский трасс в Крыму.

Искусственные добавки для пуццолановых цементов

К искусственным активным добавкам относятся:

1. Глинистые материалы, измельченные в тонкий порошок:

а) цемянки, т. е. кирпичный бой или бой глиняных изделий; эти материалы обладают низкой активностью и в настоящее время мало применяются;
б) глинит глина, обожженная при температуре, обусловливающей наиболее сильное проявление ее активны свойств, и размолотая; обычно оптимальная температура обжига составляет 650—800°.

Цемянки и глинит не придают портландцементу стойкости по отношению к действию минерализованных вод. Поэтому их можно применять только в составе цемента, предназначенного для бетонных сооружений в пресной воде.

2. Кислые доменные шлаки

3. Кремнеземистые отходы (устаревшее название — сиштоф), богатые активным кремнеземом, получают при извлечении глинозема из глины в производстве сернокислого алюминия. Это одна из наиболее активных добавок в том случае, если она не загрязнена примесями

4. Кислые золы золы некоторых видов топлива, в составе которых преобладают кремнезем и глинозем: зола бурых углей; торфяная зола, зола горючих сланцев

5. Горелые породы получившиеся в результате подземного выгорания угольных пластов (так называемый глиеж ) или горелые шахтные породы в отвалах угольных шахт.

Алит. Белит.

Алит.

Алит.: C₃S является основным клинкерным минералом, определяющим прочность цемента. Из шести известных модификаций C₃S в клинкере возникают только две высокотемпературные модификации, которые стабилизируются путем включения атомов примесей. Третья модификация — триклиниая — также изредка встречается.

Белит.

Белит.: Белит главным образом представляет собой β-форму C₂S. При температуре спекания клинкера, превышающей 1420 С, образуется α-C₂S, а при температуре до 1420 С — α’-C₂S. Последняя форма во время охлаждения клинкера при температуре 670 С превращается в метастабилынй β-C₂S.

Производство цемента

В процессе нагревания смеси, которую получают из известняка (до 75%), глины (до 25%) либо других похожих по составу и активности материалов, до температуры +1450С достигается состояние частичного плавления – таким образом образуются гранулы клинкера.

Чтобы в итоге получить цемент, клинкер смешивается с 2-5% гипса (точный объем зависит от содержания SO3 в самом клинкере и марки гипса), затем перемалывается в тончайшую пыль. Благодаря гипсу удается обеспечить быстрое схватывание материала. Хотя, в некоторых случаях его частично заменяют иными формами сульфата кальция. При помоле также допускается вводить другие добавки.

, который производят из клинкера:

Портландцемент – после обжига известняков, глинистых примесей, мергелей получают раствор цемента. Клинкер обычно смешивают с доменным шлаком, ракушечником и другими добавками. Портландцемент производят двумя способами: мокрым (когда компоненты смалывают и смешивают с водой, потом обжигают) и сухим (аналогичные действия, но без воды). Из портландцемента делают высокопрочные бетоны, облицовочные плитки, монолитные конструкции, даже искусственный мрамор и т.д.
Романцемент – создается посредством обжига известняков (содержание глинистых минимум 25%) при температуре свыше +1000С. Применяют для производства блоков, стеновых панелей, бетонных смесей низких марок.

Стандартный клинкер предполагает такой состав:

Трехкальциевый силикат (алит) – активный минерал, достаточно интенсивно набирает прочность и твердость с выделением тепла.
Двухкальциевый силикат (белит) – медленно твердеет в первоначальной стадии.
Трехкальциевый алюминат – обладает низким уровнем стойкости под воздействием серно-кислых соединений.
Четырехкальциевый алюмоферрит – намного медленнее твердеет в сравнении с алитом, но все равно быстрее белита. Прочность демонстрирует более низкую, чем у алита.