Модифицированный портландцемент. Свойства и применение

Аннотация: в статье рассматриваются свойства модифицированного портландцемента и области его применения. Отличительными особенностями модифицированного портландцемента являются высокая прочность, быстрое твердение при обычных температурных условиях и при тепло-влажностной обработке, высокая морозостойкость, водонепроницаемость, что позволяет использовать его как для омоноличивания сборных железобетонных изделий, так и для изготовления самих изделий при строительстве различных объектов.

Вопрос монолитности сооружений из сборных железобетонных конструкций приобретает огромное значение особенно при строительстве подземных сооружений, находящихся под давлением воды и грунтовых вод, где наряду с прочностью требуется высокая водонепроницаемость.

 Опыт омоноличивания сборных конструкций растворами и бетонами на основе обычного портландцемента показывает, что при этом не достигается необходимая монолитность вследствие усадки цементного камня в процессе схватывания и твердения. В местах соединения с бетонными поверхностями нарушается сцепление из-за трещин, образующихся вследствие усадки. Вода, проникающая в эти трещины, вызывает дальнейшее разрушение омоноличивающего материала, что приводит к нарушению монолитности всего сооружения.
 
 Вопрос о выборе устойчивого материала для заделки швов в конструкциях из сборного железобетона, а также изготовление самих водонепроницаемых железобетонных изделий является весьма актуальным. Огромный рост гидротехнического строительства, возведения подземных сооружений выдвигает проблему создания несложных по технологии изготовления и доступных по стоимости высокопрочных водонепроницаемых, быстротвердеющих и стойких в различных температурно-влажностных условиях растворов и бетонов. Решение этой проблемы возможно путем использования модифицированного портландцемента.
 
 Модифицирование — это изменение физико-химической структуры и свойств материала путем введения в его состав различных оксидов или добавления определенных веществ.
 
На основе современных представлений о механизме схватывания и твердения портландцемента и о явлениях его усадки и расширения был разработан способ компенсированной усадки путем создания модифицированного портландцемента

 Усадочные деформации при твердении цементного камня. Физико-химические процессы схватывания и твердения обычных цементов сопровождаются суммарной усадкой, выражающейся в уменьшении внешнего объема твердеющего цемента на протяжении длительного периода.
 
 Усадочные трещины в сооружениях приводят к коррозии арматуры предварительно напряженных конструкций, подвергающихся атмосферным воздействиям. Наиболее заметно это проявляется в покрытиях дорог и аэродромов.
 
Компенсация усадочных явлений. Усадка цементного камня, твердевшего на воздухе в течение 5 лет, достигает 3 мм на 1 м. Для бетонов этот показатель составляет 0,4 мм/м в зависимости от вида и свойств заполнителя. Так, усадка бетона, содержащего мелкозернистый песок и пористый заполнитель, больше в сравнении с усадкой бетона, изготовленного на основе гравия и щебня. При этом чем выше модуль упругости крупного заполнителя, тем меньше усадочные деформации бетона.

Железобетон в сравнении с обычным бетоном имеет в 2 раза меньшую усадку. Но в целом усадка железобетонных конструкций полностью не заканчивается даже через 15 лет. При этом отмечено уменьшение предварительного напряжения у бетонов, твердеющих на воздухе, на 38–45% от исходной величины.

Напряжения, вызываемые усадкой, приводят к снижению трещиностойкости и долговечности железобетонных конструкций.
Научные основы получения модифицированного цемента, обеспечивающего компенсацию усадки. На протяжении многих лет исследования ученых были направлены на поиск ответа, как же избежать усадки цементного камня, как обес-печить расширение цементного камня при твердении, которое бы компенсировало усадку, какие силы обусловливают это явление, поскольку обычный портландцемент при твердении подвержен усадочным явлениям.

В идеале было бы желательно достичь расширения, равного усадке в любой заданный момент твердения цементного камня. Многочисленные исследования в этой области знаний свидетельствуют о сложности физико-химического процесса и необходимости очень точно регулировать процесс образования эттрингита в цементно-водной системе и обеспечить его долговечность, поскольку фазовые переходы этого соединения могут не дать желаемого результата. В зависимости от условий, определяющих кинетику образования гидросульфоалюмината кальция в период гидратации цемента, структура может упрочняться, расширяться и компенсировать усадку цементного камня. В результате многочисленных лабораторных, полупромышленных и промышленных испытаний был разработан модифицированный портландцемент, который, в отличие от обычного цемента, обеспечивает улучшение строительно-технических свойств растворов и бетонов.

Свойства модифицированного цемента

Сроки схватывания. Схватывание цемента практически находится в тех же пределах, что и обычного портландцемента. Иногда в зависимости от применяемого расширяющегося компонента, наблюдается ускорение начала схватывания цементного теста. Для замедления схватывания используют борную кислоту, лигносульфонаты модифицированные технические (ЛСТМ).
Прочность цементного камня характеризуется быстрым нарастанием в первые сутки твердения, которое затем в течение 3–7 суток несколько замедляется, что связано с интенсивным расширением структуры в этот период. При более длительном периоде твердения (3 месяца и более) по кинетике нарастания прочности безусадочный цемент опережает портландцемент.
Расширение цементного камня при твердении в водных условиях интенсивно развивается в первые сутки, а затем стабилизируется. Твердение цементного камня на воздухе сопровождается усадкой, но в целом расширение цементного камня сохраняется на уровне +0,1%.
Водопроницаемость. Цементные растворы и бетоны водонепроницаемы. За счет самоуплотнения в период твердения через 3–7 суток изделия из бетона выдерживают гидравлическое давление 20 атм.
Морозостойкость. Цементный камень из безусадочных цементов без ограниченияих расширения выдерживает 150 циклов, а при механическом ограничении цементного камня (твердение цемента происходит в металлических формах) морозостойкость увеличивается в 2 раза и достигает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания.
Сохранность свойств. При длительном хранении безусадочных цементов (как и портландцемента) наблюдается частичная гидратация и карбонизация продуктов гидратации под воздействием углекислоты и паров влаги воздуха. При этом прочность цементного камня не снижается.
Масло- и нефтестойкость. Высокие водо- и газонепроницаемость цементного камня из модифицированного цемента, обусловленная его высокой плотностью, обеспечивает его стойкость к воздействию масло- и нефтепродуктов, что позволяет рекомендовать их для строительства хранилищ масло- и нефтепродуктов.
Коррозионная стойкость цементов высока благодаря формированию плотного цементного камня при твердении. Коэффициент стойкости образцов, хранившихся в различных агрессивных средах, через 12 месяцев близок к единице, что свидетельствует о высокой стойкости цементного камня против воздействия агрессивных сред.
Цементный камень на основе модифицированного цемента обладает достаточно высокой стойкостью в хлоридной и хлоридно-магнезиальной среде. Это позволяет использовать его при гидроизоляции различных объектов. Добавление к цементам различных полимеров обеспечивает антикоррозийную защиту бетонных сооружений, находящихся под воздействием сильно агрессивных хлоридно-магнезиальных сред. Испытания образцов из безусадочных полимерцементных растворов в промышленных объектах показывают отсутствие сбросов прочности в течение пяти лет. В то же время образцы из цементно-песчаного раствора на портландцементе без расширяющихся добавок к трем годам хранения в агрессивных средах уменьшили предел прочности при сжатии на 17% по сравнению с образцами в возрасте одного года.

Применение модифицированного цемента

Гидроизоляция и антикоррозийная защита железобетонных конструкций. К объектам химической промышленности, очистным и подземным сооружениям предъявляются повышенные требования по антикоррозионной стойкости, плотности и непроницаемости с целью обеспечения их долговечности и исключения утечки хранимых материалов или, напротив, попадания грунтовых и технологических вод в заглубленные помещения. Опыт эксплуатации таких объектов свидетельствует, однако, о недолговечности традиционных гидроизоляционных покрытий, что ведет к росту расходов на ремонт, сокращению сроков службы, а в ряде случаев, например в ПО «Белорускалий» (г. Солигорск), к преждевременному разрушению бетонных и железобетонных конструкций.
Опыт создания гидроизоляционных покрытий для защиты бетонных и железобетонных сооружений от воздействия на них агрессивных сред и обеспечения их водонепроницаемости выявил, что для этих целей успешно может быть применен модифицированный портландцемент. Всего с применением разработанного цемента было выполнено более 20 тыс. кв. м покрытий по железобетонным перекрытиям в главном корпусе обогатительной фабрики третьего рудоуправления производственного объединения «Белорускалий» и более 3 тыс. кв. м покрытий по железобетонным конструкциям при строительстве сгустителей.
С 1979 г. на «Волковысскцементошифере» был организован промышленный выпуск цемента, который с добавкой полимеров применялся для гидроизоляционных покрытий.
Полимерцементная гидроизоляция на основе модифицированного цемента особенно оправдала себя при строительстве сгустителей на ПО «Белорускалий», заменив собой дорогостоящую нержавеющую сталь с малоэффективной защитой. Общая площадь сгустителей с полимерцементной гидроизоляцией составляет 10000 кв. м.
Антикоррозионная полимерцементная защита на основе модифицированного цемента успешно применена в банях и прачечных взамен защиты, предусматривающей устройство проволочного каркаса, цементной выравнивающей стяжки, трехслойной обмазки асфальтовой мастикой, штукатурки по сетке и оклейки стеклотканью.
Антикоррозионная защита была выполнена полимерцементными составами, наносимыми торкретированием слоем 20 мм. Исследования показали, что срок службы полимерцементной изоляции по сравнению с традиционной многослойной изоляцией повышается в четыре раза. Модифицированный цемент используют при возведении очистных сооружений из сборных элементов без гидроизоляции. Водонепроницаемость отстойников обес-печивалась за счет омоноличивания стыков бетоном.
Из бетона на модифицированном цементе возводятся насосные станции подачи очищенных стоков с заглублением ниже поверхности земли на 7,5 м, т. е. ниже уровня грунтовых вод.
Из бетона на модифицированном цементе изготавливают кровельные плиты для создания безрулонной кровли при строительстве жилых зданий. Антикоррозийная защита на основе указанного цемента успешно применяется при ремонте очистных сооружений, жилых зданий, спортивных сооружений, при возведении спортивных сооружений (для покрытия трибун, ледовых катков, беговых дорожек и плавательных бассейнов). Успешно цементы применяются при ремонте жилых зданий.
Применение безусадочных цементов в метростроении. Обеспечение водонепроницаемых тоннелей метро является одной из важнейших и трудно решаемых задач в метростроении. Цементно-песчаными растворами на основе модифицированного цемента осуществляется чеканка швов между тюбингами. Сложность проведения работ заключается в том, что чеканка производится при наличии постоянного притока воды через стыки и отверстия чеканки.В этих условиях необходимо остановить приток воды за 5–7 мин., что обеспечивается быстросхватывающимся модифицированным цементом. Проведены промышленные испытания по замене чугунной обделки на монолитно-прессованную обделку тоннеля из бетона на основе модифицированного цемента. Марка бетона для монолитно прессованной обделки по прочности при сжатии составляла М400, а по водонепроницаемости — В-12 и выше.

Разработанный цемент применялся при ремонте аэродромных покрытий (г. Минск, Беларусь), при строительстве водоводов (г. Детройт, США), опор мостов (США). Производство модифицированного портландцемента организуется на базе ОАО «ПМЦЗ» и на предприятиях ОАО «ЕВРОЦЕМЕНТ груп»

ОАО «Пашийский металлургическо-цементный завод»
618824 Пермский край,
Горнозаводский р-н,
пос. Пашия, ул. Свободы, 43
Тел./факс (34269) 39-719, приемная;
тел.: (34269) 39-355, 39-217, 39-743, сбыт
www.speccement.ru,
Е-mail: pmcz@speccement.ru

Обособленное подразделение ОАО «ПМЦЗ»
109316 Москва,
Волгоградский пр-т, 2
Тел./факс (495) 221-1724

Обособленное подразделение ОАО «ПМЦЗ»
620014 Екатеринбург,
ул. Хомякова, 9а
Тел./факс (343) 353-5352