Порландцемент являє собою тонкоподрібнений порошок, який складається з частинок розміром від 0,2 мкм до 100 мкм та вище.
|
|
| Мал.1. Розмір та форма цементних зерен при багатократному збільшенні |
Після додавання води починається незворотня реакція взаємодії цементних зерен з водою – гідратація. Клінкерні мінерали, які отримують після випалювання в печі, взаємодіють з водою і утворюють кристали. Ці кристали ростуть в просторі заповненому водою, вростають один в одного і, в результаті, формують тверду структуру.
|
|
|
|
|
Мал.2.а. Додавання води
|
Мал.2.б. Початок гідратації
|
Мал.2.в. Утворення кристалів
|
На ранньому етапі вода відіграє роль пластифікатора або розріджувача (мал.2.а.). Саме цим обумовлена рухливість бетонної суміші. Під час процесу гідратації, простір між частинками цементу заповнюється продуктами хімічної реакції (мал.2.б.). Починається процус схоплювання (мал.2.в.)
Для цементу важливими є характеристики початку та кінця часу схоплювання.
Початок строків схоплювання – час, протягом якого необхідно приготувати бетон або розчин, доставити його на будівельний майданчик або укласти в форми. Кінець строків схоплювання визначає час, після якого необхідно проводити обробку поверхні. Схоплювання цементу регулюється на цементних заводах добавкою гіпсу в процесі мелення портландцементного клінкеру. Строки схоплювання залежать від температури бетонування. При температурі 20° С схоплювання починається, в середньому, через 1,5 - 2,5 години. При температурі 10° С строки схоплювання збільшуються. Також вони залежать від температури самої бетонної суміші: якщо в бетон потрапляє гарячий цемент, використовується нагрітий на сонці щебінь, пісок, гаряча вода, то це може призвести до проблем схоплювання. В зимовий період при температурі суміші нижче 5° С та температурі повітря нижче 0° С бетонна суміш може замерзнути. Регулювання строків схоплювання (уповільнення або прискорення) можливе шляхом додавання спеціальних хімічних добавок. Через кілька днів, коли бетон стане міцнішим, складається враження що він вже затвердів. Але це не так. Просто бетон набрав певної міцності, наприклад 5-15 Мпа (це 50-150 кгс/см2). Процеси хімічної реакції будуть продовжуватись до тих пір, доки умови температури та вологості сприятливі, та залишаються зерна цементу, що не прореагували.
Найважливішою характеристикою цементу є міцність на стиск. В залежності від міцності на стиск визначається марка цементу. Найпоширеніші марки цементу у будівництві – 400 та 500. Визначити марку цементу можна лише в лабораторних умовах при дотриманні всіх вимог ДСТУ. Міцність на стиск у віці 28 діб показує марку цементу.
На основі цементу вищої марки можна приготувати міцніший бетон, але також на цементі марки 400 можна виготовити бетон марки 500 та вище, а на основі цементу марки 500 – бетон марки 300. Важливо встановити оптимальні витрати цементу та співвідношення наповнювачів (щебеню, піску) щоб запланувати найбільш економний склад бетону.
В залежності від швидкості набирання марки цемент поділяють на типи. Найпоширеніші з них:
Тип 1. Цементи з мінеральними домішками не більше 5%.
ПЦ І (наприклад ПЦ І – 400, ПЦ І – 500)
Ці цементи тверднуть дуже швидко у ранньому віці. Вже на 2 добу міцність цементу складає понад 50 % від проектної.
|
|
|
Мал.3. Твердіння цементу ПЦ І – 500
|
Тип 2. Цементи з мінеральними добавками від 6 до 35%. Із збільшенням проценту мінеральних домішок в цементі, зменшуються темпи набирання міцності на ранніх стадіях. Наприклад ПЦ II/А-Ш-400 (6-20% домішок) на другу добу твердіння набирає 45-50% міцності, а ПЦ II/Б-Ш-400 (21-35% домішок) – 35-40%. Проте міцність через 28 діб – однакова, а вартість ПЦ II/А-Ш-400 – вища.
|
|
|
Мал.4. Твердіння цементу ПЦ II/А-Ш – 400 та ПЦ II/Б-Ш – 400
|
Тип 3.До них відносяться шлакопортландцементи (ШПЦ) з добавками шлаку понад 35%. У цих цементів дещо вповільнений набір міцності у ранньому віці.
|
|
|
Мал.5. Набір міцності цементу ШПЦ III/А – 400
|
Проте на 56 добу цемент ШПЦ III/А – 400 набуває міцності, яку можна порівняти з маркою 500. Це відбувається тому, що шлак починає вступати в хімічну реакцію з новоутвореннями клінкеру, ущільнюючи та зміцнюючи структуру бетону.
|
|
|
Мал.6. Процес набору міцності бездомішкового та шлакового цементів різних марок (ПЦ І – 500-Н та ШПЦ ІІІ/А-400)
|
Хімічні реакції які відбуваються в процесі набору міцності проходять з виділенням тепла. Наприклад, велике тепловиділення може позитивно вплинути на твердіння бетону при понижених температурах, але, той самий ефект для масивного бетону може призвести до утворення внутрішніх тріщин, оскільки виникає суттєва різниця температур всередині та зовні бетону. Температура всередині масивного бетону може підвищуватися до 60° С та вище, а ризик утворення термічних тріщин виникає тоді, коли різниця температур на 1м бетону перевищує 20° С. Тому для масивного бетону необхідно використовувати цементи з низьким тепловиділенням. В основному кількість тепла, що виділяється, залежить від марки цементу.
|
|
|
Мал.7. Теплота гідратації.
1) ПЦ І – 400; 2) ПЦ II/Б-Ш-400; 3) ШПЦ III/А – 400;
|
При будівництві масивних фундаментів та інших споруд, де можливі значні підвищення температур всередині бетону використовують шлакопортландцемент (наприклад ШПЦ III/А – 400), але в зимовий період цей цемент буде значно повільніше набирати марку, тому що тепла, яке буде виділятися в процесі реакції буде недостатньо для захисту від холоду.
За матеріалами сайту: http://beton.in.ua
|
