ЦЕМЕНТ ПЦ-400 в Екатеринбурге

Долговечность цементного камня - это способность цементного
камня (т.е. застывшего цементного раствора) сохранять достаточный уровень
строительно-технических и механических свойств при продолжительной
эксплуатации. Исходя из термодинамической устойчивости продуктов твердения цемента,
можно было бы сделать предположение о очень большой (сотни и тысячи лет)
долговечности цементного камня, однако прямых доказательств такой стабильности
цементного камня нет, поскольку изобретение портландцемента приходится лишь на 1824 г., а лабораторный
прогноз долговечности точных подтверждений не может дать. Более того,
существует большое число факторов, которые попросту трудно заметить,
способствующих разрушению цементного камня при длительной эксплуатации,
обусловленных, в первую очередь, его щелочной природой (рН>12), а также
наличие пористой структуры, проницаемостью в неё газов, воды и растворов, т.е.
цементный камень склонен к химическому взаимодействию

с окружающей средой. Можно выделить различные факторы риска
разрушения (ограниченной долговечности) цементного камня. К внутренним
факторам, наряду со щелочной природой цементного камня, следует отнести
возможность деформации цементного камня при высушивании и увлажнения, а также
формирование недостаточно плотной (проницаемой) поровой структуры. Внешние
факторы недолговечности исходят из конкретных условий эксплуатации (службы)
цементного камня. Эти факторы могут быть причиной разрушения цементного камня
при его многократном замораживании и оттаивании в насыщенном водой состоянии, а
также в результате химической (сульфатной, углекислотной, щелочной) и
биохимической коррозии (воздействие бактерий, грибков, мхов и т.п.). К факторам
риска относятся также многократные нагревания (особенно выше 200°С) и
охлаждения цементного камня, а также его попеременное увлажнение и высушивание,
провоцирующие высолообразование. Проектирование долговечных конструкций на
портландцементе основывается на необходимости получения прочного камня с низкой
проницаемостью и защищённой от агрессивных воздействий поверхностью. Гарантированный
срок службы такого материала, в зависимости от условий эксплуатации, может
составить 50-100 лет и более.

Морозостойкость - способность цементного камня, находящегося
в состоянии насыщенности водой, противостоять многократному попеременному
замораживанию и оттаиванию. Критерием морозостойкости цементного камня является
сохранение им после определённого количества циклов замораживания-оттаивания
(25, 50, до 500 и более) исходной прочности: потери прочности при сжатии не
должны превышать 5%, а потери массы - 3% (при стандартных базовых испытаниях
бетона по ГОСТ 10060.1). Для определения морозостойкости, помимо прямого
замораживания при (-15+ -20)°С и оттаивания образцов в воде при
(+15-и-20)"С, применяют также ускоренные методы, основанные на использовании
вместо воды раствора Na2SO4 и NaCl, и замораживание при температуре -50°С (ГОСТ
10060.2, ГОСТ 10060.4). Основным фактором устойчивости к замораживанию является
структура пространства пор. При попадании воды в поры и понижении её
температуры до точки замерзания образующийся лёд увеличивается в объёме
примерно на 9%, что приводит к возникновению в структуре материала высоких
механических напряжений и соответствующих им деформаций. Если все поры в
материале будут заполнены водой, разрушение должно произойти уже после первого
цикла замораживания. Повышение морозостойкости может быть обусловлено
формированием в структуре определённого объёма пор, не заполняющихся водой, в
которые отжимается часть воды при замораживании. В частности, при твердении цементного
камня возникает система пор, заполненных паровоздушной смесью, так называемые
«резервные поры», наличие которых и определяет морозостойкость цементного
камня. Разрушение материала происходит тогда, когда объём «резервных пор», в
которые может отжиматься вода, мал по сравнению с объёмом образующегося льда,
или когда в результате многократно повторяющихся циклов замораживания все поры
будут постепенно заполнены водой. Чем выше относительный объём «резервных пор»
по сравнению с общим объёмом пор, заполненных водой, тем выше морозостойкость
раствора, бетона. Основными источниками таких резервных пор являются поры C-S-H
геля, а также контракционные поры, образовавшиеся в ходе гидратации и твердения
цемента. Если объём этих пор оказывается недостаточным для достижения заданной
морозостойкости бетонов и растворов, в их состав вводят специальные
воздухововлекающие добавки, обеспечивающие дополнительное количество резервных
пор. Применительно к сухим строительным смесям морозостойкость составов,
предназначенных для работы в атмосферных условиях, например, фасадных,
обеспечивается путём минимизации капиллярной пористости и формирования
дополнительного количества «резервных пор» за счет:

-оптимизации гранулометрии заполнителя и наполнителя и
соотношения цемент-заполнитель в составе смеси;

-минимизации величины В/Ц;

-применения высокоактивных быстротвердеющих цементов,
обеспечивающих в ранние сроки твердения в цементном камне высокое содержание
C-S-H геля;

-применения воздухововлекающих добавок.

Пористость цементного камня. Модель структуры цементного
камня можно упрощённо представить как состоящую из трёх составляющих:
непрореагировавших с водой полиминеральных частиц клинкера, продуктов
гидратации цементных минералов - цементного геля (CSH-геля) и пор разного
размера: пор геля и капиллярных пор, а также контракционных пор, образовавшихся
из-за уменьшения суммарного объёма твердеющей системы: цемент-вода. Структура
цементного камня включает также воздушные поры (пустоты), образовавшиеся при
перемешивании цементного теста. Капиллярные поры различаются по форме и
размеру, формируя на ранних стадиях гидратации взаимосвязанную систему,
распределённую по объёму цементного камня. Капиллярные поры - это та часть
общего объёма системы цемент-вода, которая не заполнена продуктами гидратации.
Капиллярная пористость зависит от водоцементного отношения В/Ц исходной смеси и
от степени гидратации цемента. Поскольку абсолютный объём продуктов гидратации
в 1,5-2 раза превышает объём входных негидратированных фаз, эти продукты
занимают часть начального порового пространства, а по мере гидратации цемента
объём капиллярных пор уменьшается. При достижении определённой степени
гидратации цементный гель блокирует капиллярные поры в формируются структуре,
поскольку средний размер микропор цементного геля 1,5-2,0 нм) на несколько
порядков меньше размера капиллярных пор. Поры геля занимают около 28% общего
объёма цементного геля. Размеp капиллярных пор находится в широких пределах -
от десятков нанометров до 100 мкм и более, а объём капиллярных пор может
достигать 40% и более в зависимости от В/Ц, характеристик цемента (фазового
состава, дисперсности), степени гидратации цементных минералов, условий
твердения и т.д. Капиллярная пористость цементного камня тем больше, чем выше
начальное значение В/Ц и чем меньше степень гидратации активных фазовых
составляющих цемента. Во всех случаях, в ходе гидратации цемента значение общей
и капиллярной пористости цементного камня снижается, а капиллярные поры
замещаются микропорами геля и порами, образующимися вследствие химической
усадки (контракции).

Усадка цементного камня- это естественное свойство
цементного камня, выражающееся в уменьшении его объема и массы. При первичной
потере влаги цементным образцом необратимые деформации усадки составляют 30-50%
от общей усадки. При последующем переменном увлажнении и высыхании наблюдаются
обратимые знакопеременные деформации усадки-набухания. При усадке в пределах до
0,2-0,6% в цементном камне нет видимых трещин, при больших деформациях
наблюдаются характерные усадочные трещины, свидетельствующие о нестойкости
цементного камня. Усадку цементного камня связывают со следующими явлениями:
при относительной влажности 45-90% преобладают вызывающие усадку напряжения,
связанные с испарением воды из капилляров определённого размера, при
относительной влажности менее 20% и удалении адсорбированной воды преобладает
эффект поверхностного сжатия твёрдой фазы. Другой составляющей усадки при
высыхании цементного камня является нарушение ион-дипольного взаимодействия при
удалении молекул воды как из пространства между частицами, так и потеря
межслоевой воды C-S-H гелем. Основные факторы, влияющие на величину усадки
цементносодержащих материалов при высыхании, следующие:

-повышенное количество цемента в растворах и бетонах;

-усадка в большей степени проявляется при твердении и службе
изделий в условиях повышенных температур и низкой относительной влажности;

-цементы особотонкомолотые (S>500 м2/кг) проявляют
большую склонность к усадке;

-увеличение значения В/Ц при прочих равных условиях приводит
к росту усадочных деформаций;

-минералогический состав клинкера незначительно влияет на
усадочные деформации, хотя имеется тенденция к увеличению деформаций при
переходе к высокоалюминатным цементам и особенно к цементам белитового состава;

-увеличенные деформации раствора (бетона) наблюдаются при
повышенном содержании в их составе тонкодисперсных наполнителей (зол, шлаков,
минеральных наполнителей). Усадка при высыхании может быть существенным
недостатком и требует регулирования и контроля для многих видов сухих
строительных смесей: шпатлёвок, затирок, смесей для устройства полов.