книги / Современные материалы и технологии в строительстве

Французский инженер Станислав Сорель изобрел магниевый цемент в XIX веке, описал состав и свойства этого вяжущего и получил первый патент на этот материал. Совместно с Густавом Бишофом (Германия) С. Сорель открыл смесь ксилита, состоящего из опилок с магниевыми связующими и мелкозернистыми минеральныминаполнителями, котораяширокоиспользуетсясегодня.

Оказалось, что магнезиальный цемент во многих отношениях превосходит портландцемент.

Перечислим несколько достоинств этого материала [6]:

–высокая прочность на изгиб и на сжатие;

–малая усадка или её отсутствие;

–высокаяэластичность;

–быстрое отверждение;

–долговечность (в 3 раза больше, чем у портландцемента);

–стойкость к действию масел, красок, лаков, растворителей, щелочей, солей;

–повышенная огнестойкость;

–отсутствие вреда для человека и окружающей среды. Основными недостатками магнезиального цемента являют-

ся, прежде всего, пониженная водостойкость и высокий коэффициент теплового расширения, а также сильная агрессия к арматурным стальным стержням, повышенная себестоимость материала. Это всё привело к тому, что во второй половине XX века магнезиальный бетон был почти забыт.

Но не будем забывать об уникальных свойствах магнезиального цемента и бетона на его основе, их совместимости практически со всеми видами заполнителей, в том числе органическими и натуральными.

При твердении магнезиального вяжущего образуются твердые солевые растворы со сложной структурой.

21

При использовании разных заполнителей магнезиальные бетоны могут обладать:

прочностью при сжатии (изгибе) в 3–5 раз более высокой, чем у цементного бетона. При этом период набора прочности сравнительно короткий – 3–5 суток;

ударной прочностью большей, чем цементный бетон. При динамических воздействиях может происходить лишь местное снятие без образования трещин;

повышенной износостойкостью в 3–5 раз более высокой, чем у бетона на основе портландцемента;

атмосферостойкостью, сравнительной с атмосферостойкостью большинства традиционных строительных материалов;

высокой масло- и солестойкостью;

высокими декоративными свойствами благодаря хорошей совместимости с различными пигментами, отличной полируемостью и прозрачностью бетона в тонком слое;

высокими противопожарными свойствами. Массивные конструкции из магнезиального бетона могут противостоять пятой категории пожара, не разрушаясь и не выделяя канцерогенов;

очень высокими показателями бактерицидности, фунгицидности и биоцидности. Среда, создаваемая бишофитом (горь- ко-соленый вкус), не дает развиваться бактериям, грибкам, препятствует появлению насекомых и грызунов;

низкой диэлектрической проницаемостью и электропроводностью, хорошо противостоят электромагнитному излучению. Материал безопасен и не накапливает статическое электричество;

биологической инертностью, экологически чисты, оказывают бальнеологическое действие на окружающий воздух;

напольные покрытия из магнезиального бетона не пылят, являются почти безусадочными, обладают ударопрочностью, высокой твердостью и низкой истираемостью. В силу малой усадки покрытие может исполняться без деформационных швов. Магнезиальное вяжущее имеет высокую адгезию ко всем материалам.

22

Природные запасы магнийсодержащих минералов составляют около 8 % земной коры. Энергозатраты на производство магнезиальных цементов составляют 30–40 % от затрат на производство портландцемента.

РФ обладает половиной мировых запасов магнезиального сырья.В последние годы активизировался интерес к магнезиальному вяжущему, особенно в Китае.

Современные технологии использования магнезиальных вяжущих допускают готовить из них самые разнообразные по назначению материалы:

стеновые (камни, блоки, в том числе вспененные, с различной текстурой);

самые разнообразные, в том числе по рисунку и цветовой

гамме;

напольные покрытия;

малые формы и различные аксессуары интерьеров. Нужно отметить, что магнезиальный бетон создает в поме-

щении особый благоприятный микроклимат, схожий с микроклиматом соленых пещер. Благодаря игольчатой древовидной структуре кристаллов магнезиальный бетон обладает прекрасными физико-механическими свойствами (высокой прочностью, низкой истираемостью, высокой ударопрочностью) [7]. В основном магнезиальные бетоны используются для изготовления полов и различных облицовок.

Стекломагнезитовые листы (СМЛ, новолист, магнезитовое стекло, магнезитовые плиты) – современный отделочный материал на основе магнезиальных вяжущих. В состав материала входят каустический магнезит, хлорид магния, вспученный перлит, стеклоткань. Основными достоинствами этого материала являются его высокие огнестойкость и огнеупорность. В зависимости от качества и технологиипроизводства СМЛ делятся на несколько классов.

Основным производителем СМЛ является Китай. Производится СМЛ также в Канаде и на Ближнем Востоке. В РФ СМЛ изготавливается в Московской, Калужской, Самарской и Тамбов-

23

ской областях. Основные запасы сырья для материала находятся в КНР, Монголии и России.

СМЛ изготавливают толщиной 3, 6, 8, 10, 12, 14 мм. Формат листов – 1220×2440 мм. Плотность колеблется от 750 до 1200 кг/м3. Цветовая гамма разнообразна: белый, серый, синий или розовый. Цвет зависитотгеографии добычисырья иего состава.

Некоторые классы СМЛ (наиболее плотные) могут использоваться во влажных помещениях и для наружных работ с последующей отделкой.

СМЛ обладают высокой прочностью. Материал может декорироваться полимерными покрытиями, акриловой краской, пленкой ПВХ, пластиком. Основным преимуществом СМЛ является его высокая огнестойкость [11(63)].

Портландцемент

Портландцемент является наиболее широко распространенным вяжущим, применяемым для изготовления растворов, бетонов и конструкций на их основе.

В настоящее время объем производства цемента в РФ составляет около 60 млн тонн в год. С такими показателями Россия занимает 8-е место по объему производства цемента. Лидером является КНР, чейобъем производства составляет около 2200 млн тонн.

Показатель объемов производства важен для понимания темпов развития инфраструктуры страны. Именно бетон служит основой для строительства зданий и сооружений различного назначения, а ещё мостов, туннелей, транспортных узлов, высокоскоростных железных дорог, путепроводов, автомобильных и железных дорог, аэродромов и т.д.

Перед РФ стоят сложные задачи по развитию инфраструктуры страны, следовательно, необходимо наращивать и производство цемента. Производство цемента условно можно разделить на два этапа:

–производство цементного клинкера;

–производство цемента.

24

Сырьем для производства клинкера служат карбонатные породы (известняк, мел) и глинистые породы (глина, глинистые сланцы, глиежи и т.п.). Вместо природного сырья могут применяться отходы промышленности при условии соответствия их химического состава требованиям к качеству для сырья и достаточности объемов для производства на срок окупаемости капитальных вложений в строительство предприятия.

Производство клинкера может выполняться «мокрым» или «сухим» способом. Выбор способа зависит от качества применяемого сырья, в частности его влажности. Сухой способ в большинстве случаев считается болееэкономичным(менееэнергозатратным).

Независимо от способа производства клинкера технология включает добычу сырья, его тонкое многостадийное измельчение, смешивание измельченной массы в заданной пропорции с целью получения шлама (мокрый способ) или порошка (сухой способ) расчетного (заданного) химического состава с последующим его обжигом при температуре около 1450 оС. В зависимости от способа производства обжиг ведется в длинных (мокрый) или коротких (сухой) вращающихся печах. Охлаждение клинкера после зоны максимальных температур ведется по заданному режиму. В итоге получают клинкер, который поступает на склад для хранения.

Производство цемента заключается в измельчении клинкера и различных добавок в цементных мельницах (как правило, замкнутого цикла) до необходимой по стандарту тонкости. В качестве обязательных добавок при помоле клинкера применяются гипсовый камень, ангидрит (аналог по химическому составу) для регулирования сроков схватывания цемента, а также активные минеральные добавки (при необходимости) – шлаки, золы, кремнеземистые породы осадочного происхождения.

Полученный цемент подается в емкости для хранения – силосы, из которых поступает либо на погрузку в специализированный железнодорожный или автомобильный транспорт, либо на линии по его упаковке в различную тару.

25

Вучебниках по вяжущим вы увидите перечень существующих общестроительных цементов, среди которых будут бездобавочные цементы, цементы с активными минеральными добавками, пуццолановые цементы, шлакопортландцемент, а также гидрофобные, пластифицированные, цементы для растворов и др. При этом марки цементов изменяются от 200 до 600.

Внастоящее время введен в действие стандарт – ГОСТ 311782016 – «Цементы общестроительные. Технические условия», в соответствии с которым все общестроительные цементы делятся на пять типовпо вещественному составу:

– ЦЕМ I – портландцемент;

– ЦЕМ II – портландцемент с минеральными добавками;

– ЦЕМ III – шлакопортландцемент;

– ЦЕМ IV – пуццолановый цемент;

– ЦЕМ V – композиционный цемент.

По содержанию портландцементного клинкера и добавок цементы типов ЦЕМ II – ЦЕМ V подразделяют на подтипы

A, B и C.

Вещественный состав цементов должен соответствовать, приведенномув табл. 2.1.

По прочности на сжатие в возрасте 28 суток цементы подразделяют на классы: 32,5; 42,5 и 52,5.

По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) суток цементы подразделяют на подклассы Н (нормальнотвердеющие), Б (быстротвердеющие) и М (медленнотвердеющие) в соответствии с табл. 2.1.

Подкласс М применяют только для цементов ЦЕМ III/B и ЦЕМ III/C. Условное обозначение цементов должно состоять:

– из наименования цемента по табл. 2.1;

– сокращенного обозначения цемента, включающего обозначение типа и подтипа цемента и вида добавки по табл. 2.1;

– класса прочности;

– обозначения подкласса;

– обозначения настоящего стандарта.

26

28

Окончание табл. 2.1

Примечание:

*Значения относятся к сумме основных и вспомогательных компонентов (кроме гипса), принятой за 100 %.

**В наименовании цементов типа ЦЕМ II (кроме композиционного портландцемента) вместо слов «с минеральной добавкой» указывают наименование минеральных добавок – основных компонентов.

***Обозначение вида минеральных добавок – основных компонентов должно быть указано внаименовании цемента.

28

Примеры условных обозначений:

1. ПортландцементтипаЦЕМI класса42,5 быстротвердеющий:

Портландцемент ЦЕМ I 42,5 Б

ГОСТ 31108-2016

2. Портландцемент типа ЦЕМ II, подтипа B со шлаком (Ш) от 21 до 35 %, класса прочности32,5, нормальнотвердеющий:

Портландцемент со шлаком ЦЕМ II/B-Ш 32,5Н

ГОСТ 31108-2016

3. Портландцемент типа ЦЕМ II, подтипа A с известняком (И) от6 до 20 %, класса прочности32,5, нормальнотвердеющий:

Портландцемент с известняком ЦЕМ II/A-И 32,5Н

ГОСТ 31108-2016

4. Композиционный портландцемент типа ЦЕМ II, подтипа A с суммарным содержанием доменного гранулированного шлака (Ш), золы-уноса (З) и известняка (И) от 12 до 20 %, класса прочности 32,5, быстротвердеющий:

Композиционный портландцемент ЦЕМ II/A-К(Ш-3-И) 32,5 Б ГОСТ 31108-2016

5. Шлакопортландцемент типа ЦЕМ III, подтипа A с содержанием доменного гранулированного шлака от 36 до 65 %, класса прочности 42,5, нормальнотвердеющий:

ШлакопортландцементЦЕМ III/A 42,5Н

ГОСТ 31108-2016

6. Шлакопортландцемент типа ЦЕМ III, подтипа C с содержанием доменного гранулированного шлака от 81 до 95 %, класса прочности 32,5, медленнотвердеющий:

ШлакопортландцементЦЕМ III/C 32,5М

ГОСТ 31108-2016

29

7. Пуццолановый цемент типа ЦЕМ IV, подтипа A с суммарным содержанием пуццоланы (П), золы-уноса (З) и микрокремнезема (Мк) от 11 до 35 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий:

Пуццолановый цемент ЦЕМ IV/A (П-З-М к) 32,5Н

ГОСТ 31108-2016

8. Композиционный цемент типа ЦЕМ V, подтипа A с содержанием доменного гранулированного шлака (Ш) от 18 до 30 % и золы-уноса (3) от 18 до 30 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий:

Композиционный цемент ЦЕМ V/A(Ш-З) 32,5Н

ГОСТ 31108-2016

Таким образом, в соответствии с новым стандартом значительно расширена сырьевая база для производства цемента, при этом строго регламентированы вид и количество добавок для цементов различных типов.

Таблица 2.2 Требования к физико-механическим показателям цементов

Примечание: * Подкласс применяют только для цементов типа ЦЕМ III.

Следует обратить внимание на то, что изменены требования к показателям физико-механических свойств цементов, особенно

30