Особенности самого быстротвердеющего цемента

Сульфатостойкий портландцемент. Обладает высокой сульфатостойкостью за счёт малого содержания алюминатов кальция.

• Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ). Обогащается минеральными добавками, усиливающими нарастание прочности в первом периоде твердения.
• Цемент с поверхностно-активными добавками (ПАД). Отличное решение для зданий со сложной архитектурой (раствор на цементе с ПАД обладает повышенной подвижностью и удобоукладываемостью).
• Тампонажный портландцемент. Разработан для тампонирования нефтяных и газовых скважин. Обладает высокой текучестью, устойчив к температурам и давлению, очень прочный.
• Белый портландцемент. Практически не содержит красящих компонентов, очень светлый. Из такого портландцемента можно создавать художественные фигуры.
• Цветной портландцемент. На этапе помола клинкера в его состав вводятся органические и минеральные пигменты.
• Пуццолановый портландцемент. Имеет повышенную стойкость к пресной воде и сульфатам, быстро отвердевает при высоких температурах.
• Шлаковые цементы. Производятся в двух вариантах: шлакопортландцемент (очень устойчив к агрессивным средам) и известково-шлаковый цемент (устойчив к пресным и сульфатным водам).
• Глинозёмистый цемент. Благодаря алюминату кальция в его составе, быстро твердеет, однако имеет большую водопотребность в сравнении с другими видами цемента.

Что собой представляет быстротвердеющий цемент

Быстротвердеющий цемент

Для этого вида цемента подбирают качественные сырьевые материалы с максимально однородным химическим составом при минимуме нежелательных примесей. Аморфная их структура помогает легче взаимодействовать, нежели в ситуации с кристаллами.

Помол сырья выполняют очень скрупулезно, получая однородную смесь. Обжиг проводят при повышенной температуре. В состав вводят ускорители (плавиковый шпат), после чего клинкер быстро охлаждают. Быстротвердеющий портландцемент содержит максимум 10% активных добавок, а также 15% гранулированных шлаков. Они связывают гидрат окиси кальция, ускоряя поглощение им воды.

Изготовление

Производство интенсивно твердеющего цемента осуществляется на высокоточном оборудовании. Все ингредиенты первосортного сырья подвергаются чрезвычайно тонкому помолу.

Получившиеся мельчайшие гранулы сухой смеси образуют очень большую площадь соприкосновения с водой. Аморфная структура измельчённых компонентов облегчает их химическое взаимодействие. Благодаря этой технологической особенности, значительно сокращается полный цикл отверждения затворённого цемента.

Скорость твердения можно увеличить также добавлением хлорида натрия (NaCl), хлористого кальция (CaCl₂), сульфата натрия (Na₂SO₄), соляной кислоты (HCl) либо других веществ. Наиболее часто добавляют хлористый кальций (1-2% от веса цемента), эффективно действующий на первых сроках отверждения.

Способы изготовления

На сегодняшний день быстросхватывающиеся цементные порошки продаются в двух видах. Для первых производственная технология предусматривает добавление компонентов, способных ускорять схватывание и твердение, до продажи. Другие же цементные растворы замешиваются непосредственно во время строительно-ремонтных процедур. Предусматривается добавление специальных жидкостей в комплект поставки этой разновидности порошка.

Преимущества и недостатки быстротвердеющий цемент

Материал активно применяют при возведении высотных сооружений. Использование продукта в изготовлении железобетонных изделий позволяет производителям пропускать этап пропаривания конструкций, что существенно ускоряет время технологического процесса.

Преимущества цемента очевидны при выполнении монолитного строительства. Его использование нивелирует ограничения, вызывающие простои в работе. Не делая значительных перерывов, мастера приступают к выполнению очередных этапов работы.

Но быстротвердеющий цемент не способен вытеснить традиционные марки, поскольку не лишен определенных недостатков:

• его производство требует наличия современного оборудования;
• для производства необходимо высококачественное сырье;
• получаемый бетон требователен к соблюдению правил заливки.

Состав

Отменные эксплуатационные свойства смеси достигаются благодаря присутствию в продукте следующих ингредиентов:

• порообразователей;
• ускорителей;
• разжижителей.

Последние компоненты увеличивают пластичность раствора, позволяют воде в нем равномерно распределяться. Первые добавки и ускорители уменьшают срок выведения из раствора влаги. Их использование снижает механические характеристики (предельную прочность и пластичность) у будущей поверхности.

Основные свойства цемента

Главным отличием быстросхватывающихся цементных растворов от обычных является именно способность превращаться в камень за короткий промежуток времени. В зависимости от производителя и использованных добавок такие смеси могут затвердевать в течение от 1 до 5 мин. Чаще всего на рынке сегодня можно встретить материалы, застывающие примерно за 3 мин.

Выпускаются в наше время быстрозатвердевающие смеси, способные самоуплотняться. Преимуществом использования таких растворов считается то, что они могут в процессе схватывания проникать в микротрещины и расширяться в объеме.

Любые марки быстротвердеющего цемента, выпускаемого в наши дни, отличаются гидроизоляционными свойствами. Застывать материалы этой разновидности способны даже при наличии довольно сильного подпора воды. В таких условиях они не размываются и создают герметичную пробку, которая в последующем может прослужить очень долго. В большинстве случаев такие растворы способны хорошо и быстро схватываться даже под водой или на морозе.

Составные компоненты

Компании выпускают данную разновидность материалов по индивидуальным производственным рецептам, скрывая подробности состава. Однако в базовую консистенцию входят стандартные компоненты. Набор свойств, присущих разновидностям быстротвердеющего порошка, дают следующие добавки:

• негашеная известь;
• углекислый калий;
• соляная кислота;
• различные соли.

Исходя из их процентного соотношения, скорость застывания и набора высшей прочности может варьироваться, но процесс всё равно протекает максимально быстро. Также производство не исключает применение различных минеральных добавок и прочих компонентов (не минерального происхождения) для повышения пластичности, обеспечения гидроизоляционной способности, химической устойчивости и других качественных показателей.

Изготовление быстротвердеющего бетона

Изготовление быстротвердеющего цемента

При выпуске материала, обладающего свойством ускоренного твердения, необходим тончайший помол компонентов. Мелкие гранулы увеличивают площадь взаимодействия с влагой, ускоряя гидратацию. Быстросхватывающийся цемент имеет удельную поверхность 3500 кв. см/г, а обычный продукт — 2800. Особо быстротвердеющий состав вообще обладает активной площадью до 9000 кв. см/г. Когда такая цементная пыль застывает в естественных условиях, через 3 часа уже разрешено демонтировать опалубку, а спустя сутки бетон имеет две трети завершающей прочности.

Производство БТЦ

Разновидности цемента.

Быстротвердеющий цемент без добавок получается, когда подвергается на предприятии более тонкому измельчению. Чем мельче гранулы, тем большую площадь соприкосновения с реагентом они обеспечат, а поэтому увеличивается активность гидратации. Стоит сравнить удельную поверхность БТЦ и обычного цемента. У первого она колеблется в диапазоне 3,5-4 тысяч см2/г вещества, а у второго — 2,8-3 тысяч см2/г. Необходимо сказать, что существуют особобыстротвердеющие цементы, в которых активная площадь увеличена до 7-9 тысяч см2/г. Бетонные изделия из них, застывая в естественных условиях, готовы к снятию опалубки уже через 2-4 часа после заливки. В течение этого времени бетон достигает прочности 100 кг/см2, а на следующий день конструкция набирает 2/3 своей расчетной прочности.

Как уже писалось, такой способ производства БТЦ не дешев, поэтому для придания связующему веществу необходимых характеристик многие производители используют добавление в него различных минеральных добавок. Тем не менее быстротвердеющий бетон из БТЦ с добавками будет застывать не так быстро, как раствор, сделанный на основе цемента тонкого помола.

В любом случае ГОСТ 10178-62 регламентирует характеристики быстротвердеющего цемента.

Прочность вещества на третьи сутки после его затворения водой не должна быть ниже 40 кг/см2 (затвердевание раствора должно проходить в нормальных условиях).

Виды цемента по маркам

На упаковках с цементом производители указывают буквами и цифрами информацию о составе и базовых характеристиках. Устанавливается маркировка цемента по ГОСТ: первые буквы свидетельствуют о типе смеси: ПЦ, ШПЦ, БЦ, ВРЦ и другие (ниже дано детальное описание каждого типа). Эти данные помогают потребителю определить:

• допустимую нагрузку на бетон;
• какие добавки использовал производитель, и в каком соотношении.

После первых двух букв указываются сокращения: Б — быстротвердеющий материал, СС — сульфатоустойчивый, ВРЦ — водонепроницаемый и другие.

Сокращение	Расшифровка
ПЦ	Портландцементная смесь
СС	Сульфатостойкая смесь
ШПЦ	Шлакопортландцементная смесь
ВРЦ	Водонепроницаемая смесь
БЦ	Белая цементная смесь
ПЛ	Пластифицированная смесь

При добавлении различных добавок, цемент приобретает дополнительные характеристики: быстро затвердевает, не восприимчив к воздействию морской воды, морозостойкость, гидрофобность. В зависимости от процентного соотношения основных составляющих и добавок, степени помола, выполняется классификация материала по маркам, видам и прочим характеристикам. Каждый вид цемента имеет свое назначение и используется в соответствии с определенными условиями. Например, марка цемента обозначается М и цифрой. М400 означает, что готовая смесь выдерживает нагрузку 400кг/см2.

Маркировка бетона	Применение	Расход цемента в кг на куб бетона
М100	Минимальная марка прочности. Используется для бетонирования дорожных бордюров, ограждений.	165
М200	Используется для стяжки пола, также подходит для заливки фундаментов.	240
М300	Бетон широкого спектра применения — для строительства объектов общего назначения, заливка фундаментов.	320
М400	Элементы, подвергающиеся высоким нагрузкам: мостовые конструкции, несущие опоры на эстакадах.	417

Виды быстросохнущего цемента и маркировка

Основной параметр отличия – марки цемента, использованные при производстве смеси. От них будут зависеть эксплуатационные характеристики после твердения.

По скорости твердения выделяют два вида:

• Особобыстротвердеющий. Его главное отличие – минимум присадок. Чтобы смесь получить качественной, нужно мелко помолоть клинкер – до удельной поверхности 4000 см2/г. Допускается добавление алита и целита. Уже в первые сутки после заливки плотность будет составлять 30 МПа. Еще через двое суток этот показатель увеличится на 10 МПа.
• Сверхбыстротвердеющий. Часто применяется при создании несущих конструкций. Сохнет значительно быстрее описанного выше – за сутки набирает до 70% марочной прочности. Плотность в 10 МПа, достаточная для демонтажа опалубки, набирается за период от 2 до 4 часов. На скорость твердения влияют температура и влажность окружающей среды. Нужные характеристики достигаются за счет уменьшения удельной поверхности помола до 8000-9000 см2/г.

Маркировка смеси выглядит так: XXX 000 Y0 Z, где:

• XXX – обозначение основного типа цемента – портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистые, гипсоглиноземистые и другие разновидности.
• 000 – тип марки, показывающий максимально допустимую нагрузку в кг/см2.
• Y0 – процентное соотношение минеральных добавок к общей массе смеси.
• Z – быстросохнущий цемент, обозначается буквой «Б».

Преимущества и недостатки быстротвердеющий цемент

Материал активно применяют при возведении высотных сооружений. Использование продукта в изготовлении железобетонных изделий позволяет производителям пропускать этап пропаривания конструкций, что существенно ускоряет время технологического процесса.

Преимущества цемента очевидны при выполнении монолитного строительства. Его использование нивелирует ограничения, вызывающие простои в работе. Не делая значительных перерывов, мастера приступают к выполнению очередных этапов работы.

Но быстротвердеющий цемент не способен вытеснить традиционные марки, поскольку не лишен определенных недостатков:

• его производство требует наличия современного оборудования;
• для производства необходимо высококачественное сырье;
• получаемый бетон требователен к соблюдению правил заливки.

Ускорение затвердевания бетона

Состав и пропорции для приготовления бетона на основе гранита и цемента.

Чтобы получить быстротвердеющий бетон с высокими характеристиками прочности, достигаемыми в естественных условиях уже в первые дни после его заливки, можно использовать и обычный цемент. К способам ускорения застывания бетона относятся:

• уменьшение в растворе цементной и водной составляющих (тощий бетон);
• применение модификаторов, активирующих гидратацию;
• домалывание связующего компонента с добавлением в него гипса.

К тощему бетону относится и бетонный раствор марки 200, из которого уже могут изготавливаться конструкции перекрытий. Менее марочные растворы применяются в подготовке оснований перед дорожным строительством и возведением зданий. Ускорение застывания бетона достигается, благодаря меньшему количеству реагентов, из-за которых процесс гидратации проходит гораздо быстрее. При изготовлении так называемого жесткого бетона нельзя увеличивать дозировку воды, так как ее избыток приведет к ухудшению качества раствора.

Затвердевание бетона проходит быстрее, если при приготовлении в раствор добавлять хлористый кальций. Его содержание в бетоне не должно превышать 3%. Если изготавливается железобетонная конструкция, то количество CaCl2 снижается до 2%. Этот модификатор нельзя закладывать в растворы, которыми будут заливаться железобетонные конструкции с арматурой сечением тоньше 4 мм, так как он станет причиной коррозии металла. Не рекомендуется его применять и для сооружения долговременных ЖБИ. Следует добавить, что хлористый кальций добавляется в смесь вместе с водой. Перед тем как залить жидкость в бетон, модификатор необходимо растворить в ней. Специалисты советуют добавлять CaCl2 в пуццолановые цементы, шлакопортландцементы и цементы с длительным сроком затвердевания.

Быстротвердеющий бетон, набирающий за первые сутки застывания до 50-55% расчетной прочности, получается при домалывании и добавлении в него гипса, содержание которого в связующем компоненте доводится до 3%. Однако лабораторные опыты показали, что лучшие показатели затвердевания показал бетон на основе цемента с 8-процентным содержанием гипса. Специалисты, проводившие исследования отметили, что более эффективным отвердителем является высокопрочный гипс. Бетон, приготовленный с этим модификатором, по показателям прочности почти в 1,5 раза превысил раствор, в который добавлялся обычный строительный гипс.

Начало схватывания цемента

После затворения строительных смесей (бетона или цементно-песчаного раствора) в состав которых входит цемент, начинается химическая реакция – гидратация цемента. В гидратации участвуют цемент и вода. В ходе протекания реакции пластичное связующее обволакивающее наполнитель раствора (щебень, песок, гравий, строительный мусор, шлак и т.п.), затвердевает и превращается в монолитный каменный материал.

Реакция гидратации является необратимо экзотермической – протекает с выделением теплоты. При этом время затвердевания (схватывания) зависит от температуры окружающей среды, количества затворителя, тонкости помола цемента, влажности воздуха, присадок и типа цемента.

Сроки схватывания цемента

Важная техническая характеристика любого бетонного раствора – начало схватывания цемента гост 30515-2013 при стандартных условиях (средняя температура окружающего воздуха 20 градусов Цельсия, средняя влажность окружающего воздуха 75%). «Святое писание» каждого строителя – ГОСТ 30515-2013, дифференцирует общестроительные цементы на три категории:

• Медленносхватывающиеся. Время начала схватывания более 2 часов после затворения.
• Нормально схватывающиеся. Время начала схватывания более 45 минут до 2 часов после затворения.
• Быстросхватывающиеся. Время начала схватывания менее 45 минут после затворения.

Также ГОСТ 30515-2013 определяет предельные отклонения начала схватывания. Для медленносхватывающихся и нормально схватывающихся цементов – минус 15 минут от нормируемого показателя, для быстросхватывающихся – плюс 5 минут от нормируемого показателя. На скорость гидратации цемента кардинально влияет температура воздуха.

При понижении температуры до 5 градусов Цельсия и ниже процесс гидратации практически останавливается. В этом случае конструкцию укрывают специальными матами, строят над ней временный шатер, либо прогревают другими доступными способами. Сроки схватывания любого цемента можно как увеличить, так и уменьшать внесением специальных добавок.

Увеличение скорости набора прочности

Скорость нарастания прочности можно увеличить добавлением сульфата натрия (Na2SO4) и хлористого кальция (CaCl2) – не больше 1-2% на всю массу цемента.

Введение затравочных кристаллов из предварительно гидратированного цемента также будет способствовать ускоренному набору прочности цементного раствора при бетонировании.

Для ускорения процесса твердения цемента можно использовать гидротепловую обработку, общая длительность которой занимает от 12 до 13 часов при температуре 80°С.

Ускорители схватывания цемента

В зависимости от конкретных условий строительства и ремонта застройщику необходимо ускорить начало и период времени схватывания. Например, близится холодное время года и стоит задача максимально ускорить все виды строительных работ, Ускорить схватывание цемента можно с помощью внесения в бетонную смесь специальных присадок.

Популярные присадки для ускорения схватывания цемента:

• Ускоритель твердения для бетона «УП2М», Россия, средняя цена 43 руб/кг.
• Ускоритель твердения для бетона «Форт Ускорин», Россия, средняя цена 24 руб/кг.
• Супер пластификатор ускоритель твердения «Реламикс Т-2», Россия, средняя цена 98 руб/кг.

Указанные и другие присадки для ускорения схватываемости цемента вносятся в момент затворения и начала перемешивания бетонного раствора. В общем случае при стандартных условиях (температура окружающей среды 20 градусов Цельсия, относительная влажность воздуха 75-80%) с помощью указанных видов присадок можно укорить период схватывания и набора марочной прочности в три раза без потери прочности и долговечности конструкции.

Сфера применения

Чаще всего быстросхватывающиеся цементные смеси используют именно при реконструкции зданий и сооружений. В таких домах они могут применяться, к примеру, для гидроизоляции, шпаклевки, герметизации:

• Швов.
• Трещин.
• Зазоров.
• Отверстий.

Очень часто с применением таких материалов ремонтируют цоколи и фундаменты старых зданий.

В новом строительстве такие материалы используются для быстрого крепления к бетону анкеров, каких-либо других металлоконструкций, всевозможных деталей. В некоторых случаях такие растворы применяются и при кладке печей. Также материал этой разновидности может использоваться для изготовления лепных интерьерных украшений, при установке колонн.