Портландцемент — это вяжущее вещество, полученное путем измельчения (помола) цементного клинкера, гипса и различных добавок, содержащих сульфат кальция. Портландцемент твердеет под воздействием воды, поэтому относится к гидравлическим вяжущим веществам.
Согласно ГОСТ 31108-2016, по своему составу все цементы разделяют на пять групп:
- ЦЕМ I — портландцемент;
- ЦЕМ II — портландцемент с минеральными добавками;
- ЦЕМ III — шлакопортландцемент;
- ЦЕМ IV — пуццолановый цемент;
- ЦЕМ V — композиционный цемент.
К портландцементному клинкеру, используемому для производства портландцемента существуют определенные требования:
- суммарное содержание трехкальциевого и двухкальциевого силикатов (3CaOSiO2 ♦ 2СаOSiO2) составляет не менее 67 % массы клинкера;
- массовое отношение оксида кальция к оксиду кремния (CaO/Si02) — не менее 2.0;
- содержание оксида магния (MgO) в клинкере не должно быть более 5.0 % массы клинкера.
Портландцементный клинкер и гипс являются основными компонентами портландцемента. Клинкер получают равномерным обжигом смеси известняка и глины в определенных пропорциях до спекания. В такой смеси преобладают силикаты кальция до 80% состава смеси. Клинкер измельчают в специальных мельницах и добавляют гипс (1,5-3,5%) и различные минеральные добавки (до 15%). С помощью добавок так же регулируется состав цемента, который может различаться из-за состава первичного сырья.
Обжиг исходной смеси происходит в специализированных печах при температуре почти 1,5 тысячи градусов на протяжении 4 часов. Существует два способа обжига сырья: сухой и влажный. При влажном способе изготовления материал увлажняется, в таком состоянии перемешивается и поступает в печь. При сухом способе изготовления такого не происходит.
Печь сконструирована таким образом, что по мере продвижения смеси по ней температура в различных зонах печи различается (печь с циклонными теплообменниками).
- На первом этапе из смеси удаляется вода. Происходит испарение при температуре от 100 до 200 градусов Цельсия;
- На втором этапе подсушенную смесь разогревают до 1000 градусов. При такой температуре происходит выгорание органических продуктов;
- На третьем этапе происходит процесс декарбонизации при температуре до 1200 градусов;
- На четвертом этапе (зоне экзотермических реакций) происходит завершение процесса твердофазного спекания сырья. Образуются основные минералы цементного клинкера;
- На пятом этапе температура повышается еще больше. Процесс спекания продолжается. Сырье частично плавится и образуется минерал АЛИТ;
- Последний шестой завершающий этап – это этап охлаждения.
Портландцемент выпускается различных видов в зависимости от его назначения:
- Быстротвердеющий портландцемент. Данный вид портландцемента под воздействием воды быстро набирает прочность. Такие свойства важны при сжатых сроках строительства. Такими свойствами портландцемент обладает из-за введения в состав шлака и специальных добавок.
- Пластифицированный портландцемент применяется при строительстве гидротехнических сооружений. Добавлением пластифицированного портландцемента в бетонную смесь увеличивается ее подвижность и пластичность. В процессе приготовления раствора не требуется большого количества воды. Такими свойствами цемент обладает в результате добавления пластификаторов в состав.
- Гидрофобный цемент не впитывает влагу, что позволяет значительно увеличить срок его хранения. Следует отметить, что в отличие от быстротвердеющего портландцемента, гидрофобный обладает достаточно медленной скоростью схватывания.
Для отделочных работ используют белый портландцемент. Белый цвет получают в результате использования светлых известняков и глин в качестве исходного сырья. Кроме того клинкер после печи резко охлаждается в воде, что приводит его отбеливанию.
Если предполагается, что конструкция будет работать в условиях повышенной влажности, то применяется пуццолановый цемент. В состав цемента дополнительно входят: кремнезем, пуццоланы, туф и другие добавки.
Шлакопортландцемент выпускают для строительства конструкций, которые будут подвергаться высоким температурам (жаропрочные бетоны). В состав цементной смеси вводится гранулированный шлак. Такой портландцемент обладает достаточно низкой морозоустойчивостью.