Чому цемент. Час застигання цементного розчину. Ремонтуємо великі тріщини

Більшість із нас на запитання: Що таке цемент? - Відповість, що це сірий порошок, який використовують у будівництві.

Цемент- (У перекладі з латинського «битий камінь») - один з основних будівельних матеріалів; гідравлічне мінеральне в'яжуче, що набуває при твердінні високу міцність, що також використовується при виготовленні бетону. Його називають гідравлічним, оскільки набір міцності та затвердіння відбувається у воді; одержані з цементних мінералів та води тверді сполуки водостійки, тобто нерозчинні у воді. Його називають мінеральним, оскільки вихідні матеріали, що використовуються для його одержання, - мінеральної природи (гірські породи чи продукти їхнього вивітрювання).

Слово цемент - дуже давнє походження. Його використовували ще в Стародавньому Римі, але тоді цементом називали товчену цеглу або камінь. Такий цемент при змішуванні з гашеним вапном дозволяв отримувати дуже хороший матеріал для розчинів кладок і бетонів. У його якості можна легко переконатися, оглянувши пам'ятники, що вціліли з римських часів, особливо контактують з водою: акведуки, пристані та інші портові споруди. Розчин у них зберігся чудово, подекуди навіть краще, ніж природний камінь, який він скріплював.

У пізніші часи термін «римський цемент» закріпився саме за такою сумішшю вапна та добавки. Потім, з появою інших в'яжучих матеріалів, цементом стали називати будь-яку речовину, здатну при деяких маніпуляціях переходити з дисперсного стану до каменеподібного. За часів промислової революції цементів було винайдено багато. Їх велика кількість полегшувала виконання різних спеціальних будівельних робіт, але при цьому значно ускладнювала класифікацію, так як цементи готували з різних за хімічною природою компонентів, і тверділи різними способами. Є версія, що знамениті єгипетські піраміди робили із цементних блоків, які заливали прямо на місці. Нині ця технологія називається знімною опалубкою. Ця теорія пояснює від куди в пустелі величезне каміння і як їх затягали нагору.

Продовжимо нашу розповідь описом цементів найпоширеніших і найвідоміших.

Їх повсюдно використовують у будівництві, а перед застосуванням ретельно змішують із піском, щебенем та водою.

Офіційне ім'я цієї шанованої плеяди - портландцементи та шлакопортландцементи.

Звідки взялася приставка портланд? З Англії, де існує однойменне місто, на околицях якого здавна видобували будівельний камінь однорідно сірого кольору. Інженер-будівельник Аспдін (Аспден) напевно був знайомий з цим матеріалом, і тому, коли він розглядав щойно отриманий ним цемент, не зміг утриматися від порівняння: за міцністю та кольором штучний камінь не відрізнявся від природного. Подібність настільки вразила винахідника, що у заявці на патент, поданої 1824 р., він назвав своє дітище портландським цементом.

Таким чином, офіційна історія виробництва сучасного портландцементу почалася наприкінці першої чверті XIX століття. А перші спроби створити матеріал з водостійкості порівнянний з римським цементом почалися в Європі на 200 років раніше. Основним компонентом справжнього високоякісного римського цементу був пуццолановий пил (лат. pulvis putceolanus) - чудодійна приправа, що перетворювала слабкий і нестійкий вапняний розчин у прекрасне в'яжуче, що простояло тисячоліття. Римляни повною мірою усвідомлювали цінність цієї добавки, тож усюди шукали вулканічний попіл, а якщо не знаходили – завозили пуццолану з метрополії. Але навіть Римська імперія з її прекрасними дорогами не мала можливості забезпечити пуццоланою численні будови у віддалених провінціях, тому доводилося використовувати підручні замінники. Якість від цього, безперечно, страждала, культура будівництва знижувалася. Цілком очевидно, що низькоякісний, повільно твердне розчин не міг задовольнити запитів промисловості, що бурхливо розвивається. А тому вже в XVII столітті в розвинених європейських країнах щосили шукали новий цемент. Особливо гостро його потребували Англія та Голландія з їх величезною береговою лінією, яку необхідно зміцнювати, і безліччю портів, які потрібно будувати і ремонтувати.

Голландці першими почали використовувати в будівельних розчинах тонкомолотий рейнський трас - вулканічний туф, за складом подібний до пуццолани, але більш щільний, що злежався за мільйони років і тому менш активний. У англійців траса не було. Але у них були спостережливі інженери, які помітили, що якщо обпалювати у вапно не чистий білий вапняк, а менш якісні, забруднені породи жовтуватого або зеленого кольору, то виходить вапно більш стійке. Першим цього звернув увагу Смітон, який будував 1756 р. Едистонський маяк. Отримане ним вапно гасилося важко, зате розчини на його основі непогано тверділи навіть під водою, за що новий матеріал отримав назву «гідравлічне вапно».

Розвиваючи ідею отримання гідравлічного вапна, англієць Паркер обпікав на вапно різні місцеві вапняки з домішками. У 1796 р. він зіткнувся з новим явищем: "глинисті бруньки" з о. Шеппі, обпалені на вапно, при контакті з водою не гасилися. Але подрібнений продукт випалу при змішуванні з водою досить швидко схоплювався (набагато швидше, ніж тверділо вапно) і набирав міцність набагато вищу, ніж вапно. Натхненний успіхом винахідник не без претензії назвав своє дітище «римським цементом». За сучасною класифікацією суміш так і називається: «романцемент», і від нього лише один крок до справжнього класичного портландцементу. А ті самі «глинисті бруньки» виявилися не чим іншим, як мергелем – природною сумішшю крейди та глини, яку й сьогодні охоче використовують виробники цементу. Але родовища мергелю досить рідкісні. Для поширення виробництва необхідна універсальна сировинна база, реалізована на місцевих джерелах. Вирішальний прорив у цьому напрямі належить французькому вченому Віка (до речі, його ім'ям названо прилад визначення термінів схоплювання цементного тесту). Він відкрив, що для підвищення гідравлічності вапняку перед випаленням потрібно змішувати з глиною, причому існує область оптимальних співвідношень, що дозволяє отримувати цемент високої якості. Саме Віка першому вдалося отримати синтетичний цемент, сировина для якого готувалося штучно, шляхом змішування кількох компонентів.

Використовуючи таку серйозну емпіричну та теоретичну базу, Аспдін першим зумів поставити виробництво цементу на індустріальні рейки, і нова галузь промисловості почала швидко розвиватися. Вже до 50-х років XIX століття цементи, аналогічні запатентованому Аспдіном портландцементу, широко виробляють в Англії, Німеччині, Франції та інших європейських країнах, причому до зазначеного часу їхня якість помітно зросла, наближаючись до рівня сучасних рядових портландцементів. Історична назва закріпилася, і сьогодні її носять усі продукти, одержувані шляхом спільного помелу портландцементного клінкеру, сульфату кальцію та спеціальних добавок.

У всі часи людина для своїх потреб займалася будівництвом, починаючи стародавніми будівлями та закінчуючи сучасними технічними шедеврами. Для того, щоб будівлі та інші будівлі залишалися надійними, необхідна речовина, яка не дасть розпадатися складникам окремо.

Цемент – це матеріал, який служить для зв'язування будівельних елементів. Його застосування велике у світі. Він використовується у різних сферах діяльності, і від нього залежить подальша доля всіх споруд.

Історія виникнення

Почали використовувати ще в давні часи. Спочатку це була невипалена глина. Завдяки своїй простоті отримання та поширеності вона застосовувалася всюди. Але через слабку в'язкість і стійкість глина поступилася місцем термічно обробленим матеріалам.

У Єгипті було отримано перші якісні будівельні речовини. Це вапно та гіпс. Вони мали здатність твердіти на повітрі, завдяки чому і отримали широке застосування. Ці будматеріали задовольняли вимогам, доки почало розвиватися мореплавання. Стала необхідна нова речовина, яка б чинила опір дії води.

У XVIII столітті було винайдено матеріал - романцемент. Це продукт, який міг твердіти як у воді, і на повітрі. Але посилений розвиток промисловості вимагав якісніших матеріалів і в'яжучих властивостей. У XIX столітті було винайдено нову речовину для зв'язування. Воно отримало назву портландцемент. Цей матеріал використовується і сьогодні. З розвитком людства до в'язких речовин пред'являються нові вимоги. Для кожної галузі використовується своя марка, яка має необхідні властивості.

склад

Цемент – це основна складова будівельної галузі. Головними компонентами в ній є глина та вапняк. Вони змішуються між собою та піддаються термічній обробці. Потім маса, що вийшла, розмелюється до стану порошку. Сіра дрібна суміш – це і є цемент. Якщо його змішати з водою, маса з часом стане, як камінь. Головною особливістю є здатність твердіти на повітрі та чинити опір впливу вологи.

Одержання цементного розчину

Щоб будівельна маса була необхідної якості, до складу має входити щонайменше 25% рідини. Зміна співвідношення у будь-який бік призводить до зниження експлуатаційних властивостей розчину, а також його якості. Схоплювання відбувається через 60 хвилин після додавання води, а після 12 години суміш втрачає свою еластичність. Все залежить від температури повітря. Чим вона вища, тим швидше затвердіє маса.

Для отримання розчину необхідний пісок, який додається цемент. Суміш, що вийшла, ретельно перемішується і заливається водою. Залежно від робіт розчин може бути звичайним або збагаченим. Перший складається із пропорцій 1:5, а другий – 1:2.

Види та виробництво цементу

На даний момент виготовляється багато різновидів в'яжучого матеріалу. Кожному притаманний свій ступінь твердості, який вказується в марці.

До основних видів належать:

• Портландцемент (силікатний). Це основоположник усіх видів. Будь-яка марка використовує його як фундамент. Відмінністю є кількість та склад добавок, які надають цементу необхідні властивості. Сам порошок має сіро-зелений колір. При додаванні рідини він твердіє та міцніє. Не використовується окремо у будівництві, а йде як основа для створення
• Пластифікований склад знижує витрати, має здатність прибирати рухливість розчину і відмінно пручається впливу холоду.
• Шлаковий цемент. Це результат дроблення клінкеру та додавання активних присадок. Використовується у будівництві для приготування розчинів та бетону.

• Глиноземистий. Має високу активність, швидкість схоплювання (45 хвилин) і затвердіння (повне відбувається вже через 10 годин). Також відмінною властивістю є підвищена опірність до вологи.
• Кислотоупорний. Утворюється внаслідок змішування кварцового піску та кремнефтористого натрію. Для приготування розчину додається натрієва перевага такого цементу - стійкість до дії кислот. Недолік – невеликий термін служби.
• Кольоровий. Утворюється при змішуванні портландцементу та пігментних речовин. Незвичайне фарбування використовується для декоративних робіт.

Виробництво цементу складається з 4 етапів:

• Видобуток сировини та її приготування.
• Випалення та отримання клінкеру.
• Помел до стану порошку.
• Додавання необхідних домішок.

Способи виробництва цементу

Є 3 методи, які залежать від підготовки сировини до термічної обробки:

• Мокрий. При цьому методі на всіх етапах виробництва цементу є необхідна кількість рідини. Застосовується у ситуаціях, коли основні складові не можуть брати участь у технологічному процесі без використання води. Це крейда з підвищеним вмістом вологи, пластична глина чи вапняк.

• Сухий. Усі етапи виготовлення цементу проходять із матеріалами, що містять мінімальну кількість води.
• Комбінований. Виробництво цементу включає і мокрий, і сухий методи. Початкова цементна суміш виготовляється з водою, потім її максимально фільтрують на спеціальному обладнанні.

Бетон

Це будівельний матеріал, який утворюється при змішуванні цементу, наповнювача, рідини та необхідних добавок. Іншими словами, він є затверділою сумішшю, в яку входять щебінь, пісок, вода і цемент. Бетон відрізняється від будівельного розчину своїм складом та розмірами наповнювача.

Класифікація

Залежно від того, який зв'язуючий матеріал використовується, бетон може бути:

• Цементний. Найпоширеніший у будівництві вид. В основі використовується портландцемент, а також його різновиди.
• Гіпсовий. Має підвищену міцність. Як в'яжучий матеріал береться
• Полімерні. Підходить для робіт на горизонтальних і вертикальних поверхнях. Є чудовим матеріалом для оздоблювальних та ландшафтних робіт.
• Силікатний. В'язким матеріалом є вапно та кремнеземні речовини. За своїми властивостями дуже нагадує цементний і використовується у виробництві залізобетонних конструкцій.

Залежно від призначення бетон може бути:

• Звичайний. Використовується в промисловому та цивільному будівництві.
• Спеціальний. Знайшов своє застосування у гідротехнічних спорудах, а також при дорожніх, ізоляційних та декоративних роботах.
• Спеціального призначення. стійкий до хімічних, термічних та інших специфічних впливів.

Вартість цементу

Виробники випускають продукцію, розфасовану за масою. Вага мішків цементу буває 35, 42, 26 і 50 кг. Найвигідніше купувати останній варіант. Він найбільш оптимально підходить для завантаження та дозволяє заощадити на упаковці. Залежно від об'єкта, на якому вестимуться ремонтні роботи, використовується цемент різних марок, що має власну вартість. Під час оплати враховується кожен мішок цементу. Ціна його фіксована та може коливатися в залежності від вимог продавця.

Перед тим, як почати розраховувати грошові витрати, необхідно визначитися з ще одним нюансом. Іноді можна побачити оголошення, в якому вказано вартість нижче за стандартну. Не варто траплятися на таку пастку. У таких випадках дорогий цемент розбавляється дешевшим. Виграючи кілька рублів, ви втратите якість будівельного матеріалу.

Візьмемо один 50-кілограмовий мішок цементу. Ціна марки М400Д0 становитиме 220 рублів. Вартість інших може змінюватись, але в середньому це:

• М400Д20 – 240 рублів.
• М500Д0 – 280 рублів.
• М500Д20 – 240 рублів.

Якщо потрібно використовувати тільки пару мішків цементу, їх найбільш вигідно купувати в найближчому магазині з продажу будівельних матеріалів. А якщо потрібна велика кількість, то слід звернутися на завод-виробник.

Витрата цементу

Перед виконанням будь-яких будівельних робіт виникає питання про те, скільки цементу необхідно та якої консистенції має бути розчин. В ідеальному випадку має зберігатися міцність і не перевищувати пропорційність складових.

Коли має бути відповідальна і серйозна робота, змішувати цемент і пісок «на око» неприпустимо. Якщо не шкодувати терпкий матеріал, то при великих обсягах він обійдеться у величезні суми грошей.

Так скільки цементу необхідно для робіт, що виконуються? Відповісти допоможуть будівельні нормативи (СНіП). Тут враховуються всі причини, що впливають виготовлення суміші. Орієнтуючись на марку складу та враховуючи всі фактори, можна чітко дізнатися про норму витрати цементу на 1 кубічний метр розчину.

Головна особливість, яку не враховують багато забудовників, - це те, що цемент розподіляється в порожнечі між частинками піску. Пам'ятайте, що склад має активність. При довгому зберіганні в приміщенні марка 500 через кілька місяців стане 400. Тому при покупці слід просити сертифікат з датою випуску.

Відповідно до загальноприйнятої технології, якщо розчин або бетон виготовлений відповідно до правил і пропорцій, відразу після заливання у форму, опалубку або на поверхню він починає застигати. Однак його характеристики міцності нарощуються не відразу, а протягом певного періоду часу.

Протягом цього періоду, навіть якщо візуально розчин або бетон виглядають твердими, до них не можна прикладати суттєве навантаження - матеріал може піти тріщинами і зруйнуватися.

У зв'язку з цим будівельників-початківців цікавить питання, скільки сохне цемент (бетон або розчин), а також які фактори впливають на уповільнення або прискорення даного процесу.

Етапи затвердіння цементної суміші

Загалом, для продовження будівельних робіт буде достатньо 30-денної витримки свіжозалитої конструкції. В окремих випадках, заливаючи потужні фундаменти під будівлі, споруди або промислове обладнання, цей термін збільшують до 90 днів.

При невеликому «побутовому» будівництві – заливці стяжки підлоги, укладанні керамічної плитки, облаштуванні бетонного вимощення або доріжки та інших подібних роботах, ходити та переміщати предмети по поверхні можна через 72 години з моменту укладання розчину або бетону.

При цьому матеріал проходить два етапи затвердіння: схоплювання та власне затвердіння

• Схоплювання. Це досить швидкий процес – не більше ніж 24 години з моменту приготування суміші. Основний чинник, що впливає швидкість схоплювання – температура довкілля.

У теплу пору року, коли температура повітря знаходиться в межах 20-22 градусів Цельсія, розчин (бетон) починає «схоплюватися» приблизно через 2 години після замішування. Якщо температура повітря коливається близько 0 градусів, цей процес може затягнутися на 20 годин.

При цьому весь цей час матеріал зберігає «рухливість», і якщо в цей час почати робити ним будь-які дії, стадія «схоплювання» може суттєво затягтися у часі.

• Затвердіння. Відповідно до будівельних норм та інструкцій затвердіння розчину (бетону) відбувається протягом 30 днів після заливання конструкції.

Однак у цьому випадку мають на увазі не повне затвердіння, а затвердіння до такої величини, коли можна починати наступний етап будівельних робіт. Повне ж затвердіння відбувається протягом одного, або навіть кількох років.

Слід зазначити, що зазначені терміни дійсні за підтримки оптимальної температури навколишнього середовища та вологості згідно з інструкцією. Також, щоб розчин або бетон, що схопився, набирав свою міцність рівномірно і не тріскався, його поверхню необхідно захищати від прямих сонячних променів (як правило, поліетиленовою плівкою), в дуже спекотні дні заливку проводити в ранкові або вечірні години, а протягом дня збризкувати поверхню водою в протягом 72 годин.

Прогрес не стоїть на місці, і технології постійно розвиваються, наприклад, як зварювання алюмінію. Поява нових технологій і матеріалів призводить до неминучого вдосконалення звичних способів, до несподіваних та цікавих рішень у різних галузях застосування. Нові матеріали починають застосовуватися найнезвичнішим чином, і дизайнери інтер'єрів постійно вигадують нові варіанти використання нововведень.

Компанії, що випускають нові будівельні матеріали, архітектори, будівельники, фахівці з дизайну допомагають зробити навколишній світ яскравим і красивим, перетворюючи його за допомогою нових цікавих рішень із сірого та безликого на барвистий та різноманітний.

Не пройшли зміни і повз звичний нам будівельний матеріал - цемент. Цемент випускається у багатьох видів, як звичайний, і спеціальний. Для кожного з видів є перевірена часом формула, що визначає якість матеріалу. Ця формула також постійно змінюється, причому нерідко зміни у ній походять з міркувань естетичності. Тому і з'явився на світ білий цемент. Тепер із нього виготовляють цеглу, штучний камінь, ліпнину для декорування тощо. Білий цемент включається до сухих клеїв високої якості, з нього роблять як білі, так і кольорові бетони, влаштовують терразитові поверхні, наливні підлоги, застосовують у виготовленні малих архітектурних форм, блоків, тротуарних бордюрів, балконів, сходів тощо.

Білий цемент має масу переваг, до яких можна віднести такі:

● Він має високі показники міцності при стисненні як на ранніх термінах твердіння, так і на оптимальних. Його добова міцність в залежності від виробника в середньому 19 МПа, що дозволяє віднести його швидкотвердіючим продуктам.

● Ступінь білизни такого цементу близька до еталонної (96,3%). Перший сорт має білизну 80%, другий – від 75 до 77%, третій – від 71 до 74 відсотків.

● Білий цемент є сульфатостійким матеріалом, містить мало лугів – їх вміст не перевищує 5 %.

● Має високий рівень морозостійкості.

Білий цемент має у своєму складі діатоміт, клінкер, мінеральний пігмент або інертну добавку. Випускається марками 300, 400 та 500.

Білий цемент застосовується для виготовлення якісних бетонів, що йдуть на створення готових елементів фасаду будь-якої форми. Бетонні вироби з білого цементу відрізняються вищою міцністю, гладкою поверхнею білого кольору, що не потребує додаткової обробки. У процесі експлуатації білобетонні вироби можна мити водою, вони не схильні до усадки і осипання.

За рахунок того, що білий цемент має чистий колір, бетони з нього мають високоякісну колориметричну характеристику. Якщо склад підготовлений ідеально і до нього доданий якісний пігмент, що фарбує, готовий виріб має необхідну колірну тональність, без порушеного відтінку. При використанні білого цементу при підготовці кольору потрібно менше пігменту, що барвить.

Все про все. Том 5 Лікум Аркадій

Чому цемент твердне?

Чому цемент твердне?

Цемент - один із найпоширеніших матеріалів у сучасному будівництві. Сам собою він дрібний порошок. Але якщо його змішати з водою і дати затвердіти, він разом з піском і гравієм перетворюється на тверду, міцну речовину. Цемент - головна складова речовина будівельного розчину та бетону.

Будівельний розчин - це суміш цементу, піску та води. Бетон - це та сама суміш, але з додаванням гравію або подрібненого каменю. Сучасний цемент виробляється шляхом нагрівання вапняку та глини чи шлаку до дуже високої температури. Ця суміш нагрівається до тих пір, поки не утворюються великі шматки, що спеклися. Їх називають клінкерами. Клінкери розмелюють потім у порошок.

Коли вода додається до порошку цементу, відбуваються складні хімічні реакції. В результаті утворюється стійкий штучний камінь, нерозчинний у воді. Які це хімічні реакції? Що відбувається, щоб цемент затвердів? У хіміків немає точної відповіді це питання. До складу цементу входить чотири компоненти. Вважають, що кожен із цих компонентів при додаванні води перетворюється на кристали. Ці кристали зчіплюються між собою, і цемент твердне.

Вид цементу, що твердне під водою, називається гідравлічним цементом. Дивно, що римляни відкрили процес отримання гідравлічного цементу в III–II столітті до зв. е. Вони робили такий цемент шляхом змішування вулканічного попелу з вапном. Це відкриття було одним із видатних досягнень римлян.