2.2.2. Разновидности портландцемента

Описанные в этой главе разновидности отличаются от обычного портландцемента специальными свойствами, химическим составом, особенностями применяемого сырья и технологии производства.

Быстротвердеющий и высокопрочный цементы. Для ряда строительных нужд и, в частности, для изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей, а также для скоростного строительства необходим быстротвердеющий цемент для которого характерно более интенсивное, чем для обычного портландцемента, нарастание прочности в начальный период твердения. В отдаленные сроки нарастание прочности в нем замедляется и через длительный период может достигнуть прочности обычного портландцемента.

Прочность при сжатии быстротвердеющего цемента марок М400 и М500 через 3 сут должна быть, согласно ГОСТ 10178–85 соответственно не менее 25 и 28 МПа, а через 28 сут – 40 и 50 МПа, т.е. за первые трое суток такой цемент набирает более половины прочности от 28-суточного твердения.

На предприятиях по производству сборных железобетонных конструкций и деталей применение быстротвердеющего цемента значительно ускоряет производственный процесс. Использование его для монолитного бетона сокращает сроки распалубки и снижает массу сооружения, так как высокая прочность получаемого при этом бетона позволяет уменьшить сечение конструкции.

Для получения предварительного напряжения бетона высоких марок необходим высокопрочный портландцемент. Прочность при сжатии этого цемента в 28-мисуточном возрасте (ГОСТ 10178) должна быть не менее 60 МПа. Этот цемент не должен обладать признаками «ложного схватывания».

И. В. Кравченко, М. Т. Власовой и Б. Э. Юдовичем был предложен особо быстротвердеющий портландцемент, обладающий не только быстрым нарастанием прочности в начальной стадии твердения, но и высокой прочностью через 28 сут. Его применение позволяет отказаться от пропаривания изделий или уменьшить длительность, пропаривания, а также сократить расход цемента.

Содержание алита в быстротвердеющем цементе должно быть не менее 50 %, а в высокопрочном – не менее 60 %. К быстротвердеющему цементу можно добавлять до 10 % (от массы цемента) активных минеральных добавок и до 15 % доменных гранулированных шлаков. Эти добавки связывают выделяющийся при гидролизе алита Са(ОН)₂, тем самым ускоряя взаимодействие C₃S с водой. Особо быстротвердеющий цемент должен содержать не менее 55 % C₃S. В высокопрочном цементе допускается ввод до 5 % активных минеральных добавок. Тонкость помола обоих цементов должна быть не ниже 350 м²/кг, а особо быстротвердеющего – не менее 400 м²/кг. Положительное влияние более тонкого помола заключается в ускорении процессов гидратации зерен цемента за счет их более тонкой дисперсности, а следовательно, и в повышении прочности в начальные сроки после затворения водой. При более тонком помоле цемента необходимо вводить в его состав повышенное количество гипса. Нужно не допускать при помоле повышенной температуры цемента во избежание ложного схватывания. Быстротвердеющий и высокопрочный цементы вследствие тонкого измельчения и повышенного содержания C₃S сравнительно быстро теряют свою активность при длительном хранении и дальних перевозках.

Скорость нарастания прочности можно повысить также путем различных химических добавок (хлоридов кальция, магния, натрия), а также введением кристаллических затравок из предварительно гидратированного цемента.

Мощным средством ускорения процесса твердения изделий из цемента является тепловлажностная обработка (пропарка), которая осуществляется в пропарочных камерах паром при атмосферном давлении. При этом прочность быстротвердеющего цемента при сжатии после пропаривания через 1 сут достигает 70…90 % от прочности цемента, твердеющего 28 сут при обычных температурах.

Портландцементы с поверхностно-активными добавками. Для улучшения свойств портландцемента к нему добавляют органические поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти добавки в малых дозах вводят в состав вяжущих при их помоле или при затворении водой в процессе приготовления растворных и бетонных смесей.

Портландцементы с ПАВ-добавками делят на две группы: 1) цементы с гидрофилизирующими добавками, повышающими или не уменьшающими степень смачивания цементов водой и 2) цементы с гидрофобизирующими добавками, понижающими смачивание цементов водой. К первой группе относится пластифицированный портландцемент, представляющий собой продукт тонкого измельчения клинкера и гипса совместно с лигносульфонатом техническим (ЛСТ) – отходом целлюлозно-бумажного производства. Во вторую группу входит гидрофобный портландцемент, в состав которого при помоле вводят добавки, гидрофобизирующие зерна цемента (мылонафт, асидол-мылонафт, олеиновая кислота и др.). К этой же группе относятся цементы с воздухововлекающими добавками, вводимыми при затворении водой в процессе приготовления растворных и бетонных смесей. К таким добавкам относятся, например, омыленный древесный пек и абиетат натрия.

Пластифицированный портландцемент. Пластифицирующей добавкой в таком цементе являются жидкие концентраты ЛСТ в количестве 0,15…0,25 % от массы цемента. Его марки такие же, как и у обычного портландцемента. Главное отличие пластифицированного портландцемента от обычного – более высокая пластичность.

Пластифицирующее действие ЛСТ объясняется тем, что ее частицы, адсорбируясь на цементных зернах, образуют на их поверхности защитные адсорбционные пленки гидрофильного действия. Эти пленки препятствуют сцеплению гидратирующихся зерен цемента и их агрегации с образованием хлопьев (флоккул) и переводят, таким образом, структуру цементно-вяжущей суспензии из коагуляционной в пептизационную. При этом уменьшается сопротивление цементного теста сдвигу и повышается пластичность свежезатворенных растворных и бетонных смесей. С увеличением пластичности улучшается подвижность и удобообрабатываемость и снижается водопотребность этих смесей. Пластифицирующее действие зависит от минералогического состава цемента, наличия тонкомолотых добавок и вида ЛСТ.

Используя добавку ЛСТ, можно для получения растворных и бетонных смесей той же подвижности добавлять в них меньше воды, что повышает прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона. Если же сохранить ту же подвижность бетонной смеси и стремиться к такой же прочности бетона, то можно снизить расход цемента на м³ бетонной смеси. Пластифицирующее действие приводит к снижению В/Ц, а пептизирующее – к препятствию агрегации цементных частиц.

Пластифицированный цемент используют наравне с обыкновенным портландцементом для бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных конструкций, в особенности подвергающимся многократному попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию. Его можно применять для производства обычных и предварительно напряженных сборных бетонных и железобетонных конструкций, а также в строительных растворах на основе сложных вяжущих из цемента, извести и различных молотых минеральных добавок.

Гидрофобный портландцемент изготовляют путем введения 0,1…0,3 % гидрофобизирующих добавок при помоле клинкера. Гидрофобизирующие ПАВ образуют на зернах цемента тончайшие (мономолекулярные) адсорбционные пленки из ориентированных ассимметрично-полярных молекул, которые обладают водоотталкивающими свойствами.

Гидрофобизированный цемент менее гигроскопичен, чем обычный цемент, и не смачивается водой. Поэтому гидрофобный портландцемент способен сохранять активность при длительном транспортировании и хранении даже во влажной среде и не комковаться при кратковременном воздействии воды. Однако несмачиваемость не препятствует изготовлению на гидрофобном цементе строительных растворов и бетонов обычным путем, так как пленки на цементных зернах не сплошные, кроме того, при перемешивании цемента с водой в присутствии песка, щебня и других заполнителей адсорбционные пленки, обволакивающие цементные частицы, как бы частично сдираются и гидрофобный цемент образует однородную, нормально твердеющую растворную или бетонную смесь с повышенной пластичностью. Вследствие пенообразующей способности гидрофобизирующих добавок в растворах или бетонах образуются эмульсии пузырьков воздуха. В результате воздухосодержание свежезатворенных строительных смесей, изготовленных на гидрофобном цементе на 3…5 % выше, чем на портландцементе. Гидрофобизирующие добавки сохраняются и при твердении, влияя на этот процесс. Вследствие этого затвердевшие растворы и бетоны, изготовленные на гидрофобном цементе, характеризуются несколько меньшим капиллярным подсосом воды, повышенной водонепроницаемостью и морозостойкостью, а также пониженным водопоглощением.

В растворных и бетонных смесях гидрофобные цементы повышают пластичность и позволяют при сохранении подвижности и удобоукладываемости соответственно снизить В/Ц и расход цемента. Гидрофобные пленки на зернах цемента тормозят процессы гидратации и твердения цемента. Однако практически за счет пониженной водопотребности, а также повышенной тонкости помола прочность гидрофобных цементов почти не уступает прочности обычных.

Гидрофобный портландцемент рекомендуется применять взамен обычного в тех случаях, когда необходимы длительное хранение и перевозки на дальние расстояния. Этот цемент можно применять для тех же целей, что и пластифицированный портландцемент.

Сульфатостойкий портландцемент (ССПЦ). В клинкере, используемом для изготовления ССПЦ, должно содержаться не более 5 % С₃А и не более 50 % C₃S. ССПЦ не должен содержать активных или инертных минеральных добавок, поскольку они снижают морозостойкость бетона.

Для повышения морозостойкости сооружений, служащих в суровых условиях попеременного замораживания и оттаивания в агрессивной среде, в состав цемента вводят пластифицирующие, воздухововлекающие и газообразующие добавки.

ССПЦ предназначен для бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся действию сульфатных вод преимущественно в условиях переменного горизонта воды при систематическом замораживании и оттаивании или увлажнении и высыхании. Для подводных частей морских сооружений применяют сульфатостойкий пуццолановый портландцемент.

Пуццолановые цементы. Вяжущие вещества, содержащие активные минеральные добавки, называются пуццолановыми. Их различают по виду исходного вяжущего и используемой добавки.

Активные минеральные добавки. Активными минеральными или гидравлическими добавками называют природные и искусственные материалы, которые при смешении в тонкоизмельченном виде с воздушной известью придают ей свойства гидравлического вяжущего вещества, а в смеси с портландцементом повышают водо- и сульфатостойкость

Взаимодействие извести с активными минеральными добавками основано на том, что содержащийся в последних аморфный мелкодисперсный кремнезем связывает известь в присутствии воды в гидросиликаты кальция, что обусловливает ее гидравлическое твердение, т.е. нарастание прочности под водой после предварительного затвердевания на воздухе. Кроме кремнезема в состав активной минеральной добавки может входить глинозем, который в присутствии влаги также взаимодействует с известью, образуя гидроалюминаты кальция, обладающие гидравлическими свойствами.

Активные минеральные добавки бывают природного и искусственного происхождения. К первым относятся осадочные породы: диатомиты, трепелы, опоки, глиежи, а также вулканические породы – пеплы, туфы, пемзы, трассы и т.д. Ко вторым – доменные гранулированные шлаки, белитовый (нефелиновый) шлам, тонкоизмельченный бой керамического кирпича, золы-унос от сжигания твердого топлива. Все эти добавки в порошкообразном состоянии при затворении водой самостоятельно не затвердевают.

Пуццолановый портландцемент. Пуццолановым портландцементом (ППЦ) называется гидравлическое вяжущее вещество, полученное путем совместного помола портландцементного клинкера с активной минеральной добавкой или тщательного смешивания в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов и твердеющее в воде или во влажных условиях.

Содержание активных минеральных добавок в зависимости от их состава и свойств составляет от 20 до 40 %. Их наличие ускоряет гидратацию ППЦ. Вслед за этим активная составляющая добавок вступает во взаимодействие с продуктами гидратации портландцемента, в первую очередь, с Са(ОН)₂, переводя его в нерастворимое соединение.

Пуццолановые цементы по сравнению с обычным портландцементом более стойки по отношению к выщелачиванию пресной водой и воздействию минерализованных вод. При взаимодействии с водой и Са(ОН)₂, образующимся при гидратации портландцемента, отдельные зерна измельченной добавки увеличиваются в объеме (набухают). Это вызывает уплотнение раствора и бетона. Уплотнение повышает также водо- и солестойкость ППЦ, так как затрудняет проникновение агрессивных вод внутрь бетонного массива и препятствует разрушению бетона.

ППЦ твердеет медленнее, чем портландцемент. В первые сроки он обладает существенно меньшей прочностью, чем портландцемент. Однако в дальнейшем прочность ППЦ нарастает, причем, чем активнее добавка, тем быстрее это происходит. Поэтому растворы и бетоны на ППЦ должны твердеть во влажной среде более продолжительное время, чем изделия из портландцемента.

Марки ППЦ (ГОСТ 22266–94) М300 и М400. При твердении ППЦ вследствие более медленного течения этого процесса выделяется меньше тепла, чем при твердении портландцемента. Водоотделение при дальнейшем твердении на воздухе ППЦ меньше, чем у портландцемента, усадка и набухание ППЦ при твердении на воздухе и в воде более высокие, чем у портландцемента, т.е. в очень сухой воздушной среде отвердевший ППЦ иногда может обнаружить «сброс» прочности.

ППЦ уступает портландцементу по воздухостойкости. При достаточно длительном твердении во влажных условиях цементный камень из ППЦ при дальнейшем твердении на воздухе обычно не обнаруживает снижения прочности. Однако прирост прочности в этом случае значительно меньше, чем при хранении в воде.

Применять ППЦ при пониженных температурах нецелесообразно, так как при этом сильно замедляется и без того медленное твердение этого цемента. Наоборот, повышенная температура в сочетании с влажной средой дает благоприятные результаты. Поэтому ускорение твердения ППЦ путем тепловлажностной обработки дает относительно больший эффект, чем для портландцемента. ППЦ обнаруживает меньшую морозостойкость, чем портландцемент.

Прочность ППЦ при длительном хранении (на складах) понижается быстрее, чем прочность портландцемента, вследствие высокой гигроскопичности активных минеральных добавок. Поглощая влагу из воздуха, они вызывают гидратацию некоторых частиц ППЦ. Для повышения сульфатостойкости ППЦ изготовляют из клинкера с пониженным содержанием С₃А (не более 8 %). Следует отметить, что ППЦ относится к группе сульфатостойких портландцементов.

ППЦ применяют для подводных и подземных бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию мягких пресных и сульфатных вод. Его можно использовать и для конструкций и строительных растворов, находящихся в условиях повышенной влажности, для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений. Вследствие пониженной воздухо- и морозостойкости этот цемент не рекомендуется использовать в наземных бетонных и железобетонных конструкциях в условиях воздушного твердения. Наблюдающееся при этом быстрое высыхание может приостановить твердение и вызвать значительную усадку цемента. Не рекомендуется также применять ППЦ для тех частей сооружений, которые находятся на уровне воды, в условиях попеременного увлажнения и высыхания, замораживания и оттаивания.

Другие виды ППЦ. Известьсодержащие гидравлические вяжущие вещества изготовляют путем измельчения негашеной кальциевой или гидравлической извести совместно с гранулированным шлаком или активной минеральной добавкой. Известьсодержащие вяжущие применяют для приготовления строительных растворов и бетонов марок не более М200.

Известково-пуццолановым вяжущим называется гидравлическое вяжущее вещество, полученное путем совместного помола высушенных активных минеральных добавок с известью или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов. Наряду с воздушной известью можно использовать и гидравлическую известь. Содержание извести в известково-пуццолановом вяжущем обычно составляет 15…30 %.

Известково-пуццолановое вяжущее целесообразно применять преимущественно для растворов и бетонов низких марок в подземных или подводных сооружениях и для изготовления изделий с применением тепловлажностной обработки. Использовать эти вяжущие в наземных сооружениях можно только при систематическом увлажнении в первые сутки твердения.

Известково-зольным вяжущим называется гидравлическое вяжущее вещество, полученное либо совместным помолом сухой топливной золы или шлака с известью, либо тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов.

Шлаковые цементы. Шлаки являются отходами, образующимися при плавке чугуна и различных металлов и при сжигании минерального топлива. В зависимости от происхождения шлаки делят на две большие группы: металлургические и топливные, различающиеся химическим и минеральным составами, структурой, вследствие чего их химические, физические и технические свойства оказываются весьма различны.

Для производства шлаковых цементов преимущественное применение получили доменные шлаки. Их гидравлические свойства определяются минералогическим составом и соотношением кристаллической и стекловидной фаз. Минеральный состав большинства доменных металлургических шлаков близок к цементным клинкерам.

Способность тонкомолотых кристаллических и стекловидных шлаков взаимодействовать с водой и затвердевать в прочный камень называют их гидратационной активностью. Полностью закристаллизованные основные и кислые доменные шлаки обладают весьма незначительными вяжущими свойствами или вовсе лишены их.

Шлакопортландцементом (ШПЦ) называют гидравлическое вяжущее вещество, полученное путем совместного помола портландцементного клинкера, гипса и гранулированного доменного шлака или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных компонентов. По ГОСТ 10178–85, содержание шлака в ШПЦ должно находиться в пределах от 21 до 60 мас. %.

Твердеет ШПЦ в первые 60 сут медленнее, чем портландцемент. Однако в дальнейшем скорость его твердения повышается и к 6…12 месяцам прочность образцов ШПЦ приближается к прочности образцов из портландцемента или даже превышает их. Повышение прочности вызывается постепенной гидратацией шлака, а также хорошим сцеплением образующихся кристаллогидратов с негидратированными зернами шлака и клинкера. Чем больше шлака в ШПЦ, тем медленнее он твердеет. Оптимальное содержание шлака в ШПЦ – 30…40 %.

Повышение температуры, не сопровождающееся испарением воды из твердеющего цементного камня, также ускоряет гидратацию и твердение ШПЦ, поэтому изделия на основе этого вяжущего целесообразно подвергать тепловлажностной обработке в пропарочных камерах. Интенсифицируют процесс твердения и некоторые добавки – хлориды натрия, кальция, алюминия, железа.

Согласно ГОСТ 10178–85 ШПЦ выпускают трех марок: ШПЦ 300, ШПЦ 400 и ШПЦ 500. Он несколько светлее портландцемента и характеризуется меньшей активностью, но в возрасте года изделия из ШПЦ и портландцемента имеют практически одинаковою прочность. При низких температурах (0…10°С) ШПЦ твердеет значительно медленнее, чем портландцемент, а при пропаривании, наоборот, быстрее. Пропаренные бетоны на основе ШПЦ показывают более высокую прочность, чем бетоны на портландцементе.

Тепловыделение при твердении ШПЦ зависит от его состава, но во всех случаях в течение первых трех суток значительно меньше величины тепловыделения при твердении портландцемента. Это свойство позволяет применять ШПЦ в массивных бетонных сооружениях.

Объемные деформации (усадка и набухание) цементного камня на ШПЦ меньше, чем на портландцементе, а водоудерживающая способность примерно одинакова. Воздухостойкость и морозостойкость ШПЦ высокие, но несколько меньшие, чем портландцемента. Для ШПЦ неблагоприятны раннее высыхание и служба в зоне переменного уровня вод.

Структура ШПЦ более плотная, чем у обычного портландцемента. Он более устойчив, чем портландцемент, в пресных и сульфатных водах вследствие пониженного содержания в цементном камне на его основе свободного Са(ОН)₂. Стойкость против агрессивного воздействия углекислых вод у него примерно такая же, как и у портландцемента. ШПЦ отличают повышенная жаростойкость, и хорошая сцепляемость с арматурой в бетоне.

Производство ШПЦ является экономически выгодным, так как в состав цемента вводится большое количество шлака. При этом осуществляется экономия в топливе, электроэнергии, уменьшаются трудозатраты. Стоимость ШПЦ на 30…40 % ниже стоимости портландцемента.

Области применения ШПЦ весьма разнообразны. Его используют для изготовления бетонных и железобетонных изделий, при каменной кладке и в качестве штукатурного материала. Из бетонов на его основе возводят массивные наземные и подводные сооружения, подвергающиеся воздействию агрессивных водных сред. Как уже отмечалось, он обладает повышенной жаростойкостью. Не рекомендуется применять ШПЦ в конструкциях и сооружениях, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию.

Расширяющийся цемент. Цементный камень, приготовленный на основе практически всех гидравлических вяжущих веществ, испытывает усадочные деформации, что приводит к появлению трещин в местах соединения отдельных бетонных и железобетонных элементов сооружения. Это обстоятельство нарушает монолитность конструкции и делает ее более проницаемой для воды. Плотная заливка стыков и примыкающих частей сооружений может быть осуществлена лишь цементами, объем пластической массы которых после затвердевания либо не изменяется, либо несколько увеличивается вследствие расширения за счет внутренних сил. Цементы, изделия на основе которых характеризуются приращением объема, носят название расширяющихся.

Механизм расширения цементного камня. Расширение объема твердеющего цементного камня вызывается химическими реакциями гидратации CaO, MgO, поскольку гидроксиды кальция и магния занимают примерно в 2 раза больший объем, чем исходные оксиды и образования комплексных солей типа эттрингита. При взаимодействии растворенного в воде гипса с кристаллами гидроалюминатов кальция образуется эттрингит, кристаллы которого имеют форму игл, не умещающихся в объеме, который занимали кристаллы гидроалюминатов кальция, что вызывает расширение данного участка камня.

Расширяющийся портландцемент является гидравлическим вяжущим веществом, полученным путем совместного помола портландцементного клинкера, высокоглиноземистого шлака, гипса и активной гидравлической добавки. Такой цемент должен содержать не менее 7 % алюминатов кальция и более 53 % алита. Структура затвердевшего цементного камня сложена кристаллами гидросиликатов кальция (матрица), а расширение ее вызывается образованием кристаллов гидросульфоалюминатов кальция. Назначение гидравлической добавки (трепела, опоки, бентонита) в цементе – поглощать из водного раствора СаО, выделяющийся при гидратации C₃S и обеспечивать высокую скорость перехода в раствор также и Al₂O₃, необходимого для образования гидросульфоалюмината кальция.

По показателям прочности расширяющийся цемент имеет три марки: М400, М500 и М600. Изделия на его основе характеризуются достаточно высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью и стойкостью в агрессивных средах. Расширяющийся цемент интенсивно твердеет при тепловлажностной обработке, однако в таких условиях цементный камень практически не расширяется.

Расширяющийся цемент предназначен для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов, для заделки различных швов, изготовления железобетонных деталей и конструкций и ряда других целей. Расширяющийся цемент как бы сам уплотняет себя, делая бетон водонепроницаемым. А в случае, если расширяющийся цемент используется в железобетонных конструкциях, эффект расширения вяжущего может вызвать натяжение арматуры и, как следствие, сжатие самого бетона, что дополнительно защитит бетон от трещин. Такие цементы называют напрягающими.

Белый и цветные портландцементы. Белый цемент отличается от обычного тем, что содержит минимальное количество железистых и других окрашивающих соединений и имеет поэтому не зеленовато-серую, а белую окраску. Состав его клинкера в основном представлен минералами C₃S, C₂S и C₃A, содержание алюмоферритов в нем незначительно.

Для производства белого цемента используются сырьевые материалы, не содержащие окрашивающих портландцемент веществ, главным образом Fe₂O₃, MnO₂, Cr₂O₃ и TiO₂, а помол полученного белого клинкера осуществляется в мельницах, в которых футеровка и мелящие тела изготовлены из особо износоустойчивых металлических и неметаллических материалов (уралита, кремнистого песчаника и т.д.) в целях предотвращения присадки железа.

Отбеливающий эффект вызывается также отбеливанием клинкера в специальном аппарате – отбеливателе, где происходит восстановление Fe₂O₃ до закись-окиси Fe₃O₄, что снижает красящую способность соединений железа. Путем отбеливания удается получить после помола чисто белый цемент без всяких оттенков.

Из белого цемента получают различные цветные цементы (желтый, розовый, красный, коричневый, зеленый, голубой, черный) путем совместного помола белого клинкера с красящими пигментами, которые должны обладать щелочестойкостью, светостойкостью и не создавать вредных для качества цемента примесей. Содержание в цветном портландцементе минеральных пигментов не должно превышать 15 %, а органических – 0,5 % (ГОСТ 15825–80).

Марки белого и цветных портландцементов М300, М400 и М500 (ГОСТ 965–89). Наряду с цветным портландцементом может изготовляться и цветной ШПЦ, производимый из белого клинкера и содержащий 30…50 % светлого гранулированного доменного шлака.

Белый и цветные портландцементы следует хранить и транспортировать в таре (нельзя навалом). Для получения белых и цветных растворов применяют соответствующего цвета инертные материалы – белую и цветную мраморную, гранитную и известняковую крошку, белый кварцевый песок и т.д.

Белый и цветные цементы – прочные и долговечные декоративные материалы. Их применяют для архитектурно-отделочных работ в виде растворов, бетонов и различных побелок; облицовочного слоя крупных панелей и блоков; скульптур, различных строительных изделий; сухих строительных смесей, цементных красок, в производстве сухих строительных смесей.

Эти материалы обладают высокими эстетико-потребительными качествами и отвечают самым жестким требованиям строительных регламентов и современным требованиям архитектуры и дизайна. Белый и цветные цементы являются эффективными материалами для изготовления различных строительных деталей: бетонных панелей, балконов, карнизов, декоративных украшений, тротуарных плит и камней для мощения улиц, мозаичных полов (рис. 16). Кроме того, белый и цветные цементы можно широко использовать в декоративном строительстве – дорожная разметка, бордюрные камни, облицовка туннелей. В реализации современных проектов ландшафтного дизайна возможности использования белого и цветных портландцементов неограниченны [13].

Портландцемент для бетонных покрытий автомобильных дорог. Бетонные покрытия автомобильных дорог и аэродромов в процессе эксплуатации испытывают большие перегрузки. Цемент для их изготовления должен отличаться повышенной прочностью на изгиб, высокими деформативной способностью, плотностью и морозостойкостью, малой усадкой, большой прочностью на удар, малой истираемостью. Под деформативной способностью бетона понимают способность его в известной мере деформироваться, не разрушаясь, под влиянием внешней нагрузки, изменения температуры или усадки бетона.

Рис. 16. Фрагмент мозаичного пола (слева) и декоративное

украшение на фасаде здания (справа)

Чтобы предотвратить возможность появления трещин, уменьшить длину плит, изменяют надлежащим образом минеральный состав клинкера и вводят специальные добавки. В дорожном строительстве лучшие результаты дает портландцемент с повышенным содержанием C₃S и C₄AF-фаз. В клинкере не должно быть более 10 % C₃A. Не разрешается вводить в этот цемент инертные и активные минеральные добавки, за исключением гранулированного доменного шлака, который можно вводить до 15 %. Начало схватывания дорожного цемента должно наступать не ранее, чем через 2 ч.

Дорожный цемент применяется в основном для однослойных и двухслойных дорожных бетонных покрытий, а также бетонных оснований усовершенствованных дорожных покрытий. Для первой цели используется портландцемент, пластифицированный и гидрофобный портландцементы М400, а для второй – М300.

Другие виды портландцемента. К специальным видам портландцемента следует отнести:

– цемент для защиты от радиационных излучений – содержит в своем составе Ba, Sr, B, Fe;

– цемент для жаропрочных бетонов – содержит тонкомолотые добавки магнезита, хромита, талька, шамота;

– магнезиальный портландцемент – содержит около 10 % MgO;

– сланцезольный портландцемент – содержит добавку 15…25 % высокодисперсной золы от сжигания горючих сланцев;

– белитовый портландцемент – содержит добавку 30…60 % высушенного белитового шлама;

– цементно-полимерное вяжущее – содержит портландцемент с введением поливинилацетатной эмульсии, синтетических латексов, эпоксидных смол в количестве 1…20 %;

– цемент низкой водопотребности.

Последняя разновидность представляет собой продукт тонкого помола портландцементного клинкера совместно с добавками гипса, сухого суперпластификатора и активной минеральной добавки. Такую разновидность портландцемента называют вяжущим низкой водопотребности (ВНВ). Для получения ВНВ портландцемент домалывают до удельной поверхности 450…500 м²/кг совместно с сухим пластификатором. При помоле цемента в присутствии пластификатора (в количестве до 3 %) происходит «микрокапсулирование» цементных частиц тончайшими оболочками из суперпластификатора. При этом достигается весьма низкая водопотребность (15…18 %), быстрый набор прочности в ранние сроки (через сутки 25…30 МПа), высокая конечная прочность (до 80…100 МПа).

Марки ВНВ характеризуют содержание клинкерной части (остальное – минеральные добавки): ВНВ-100 (100 % цемента), ВНВ-80 (80 % цемента) и т.д. С увеличением содержания активной минеральной добавки прочность ВНВ снижается, оставаясь, тем не менее, достаточно высокой, что объясняется нанохимической активацией составляющих ВНВ в процессе их совместного сухого помола. Использование ВНВ позволяет существенно сократить сроки строительства при возведении монолитных сооружений, изготавливать железобетонные конструкции в заводских условиях без использования тепловлажностной обработки [14, 15].