От чего зависит активность цемента

Активность цемента: что это такое и методы определения

Активность определяет прочностные свойства материала. Это важный показатель, дающий возможность оценить качество цемента, поэтому нормируется государственными стандартами. Определить активность можно разными способами, в т.ч. стандартными и упрощенными в домашних условиях.

Что это такое

По сути, активность — это состояние структуры конкретного материала на любом этапе его использования, определяемое, как абсолютная прочность образца из него. Исходя из результатов теста, ему присваивается марка (М200, М300 и т.п.).

Почему прочность цемента привязана к активности? Дело в том, что она формируется в результате процесса гидратации частиц вяжущего вещества, с последующей кристаллизацией и образованием «цементного камня», и зависит от скорости протекания процесса. Он не останавливается в течение всей эксплуатации. Выделяют характерные этапы:

1. Активная фаза. Основной набор прочности происходит за 28 суток. В течение этого срока в реакцию вступает и кристаллизуется основной объем компонентов.
2. Перспективная фаза. Полная кристаллизация происходит в течение года, когда прочность приближается к максимальному значению.
3. Фаза деградации. В конце срока службы материала, кристаллизованные минералы вступают в реакцию с водой (коррозия), что ведет к его разрушению.

Активность — это динамическая характеристика, изменяющаяся в процессе эксплуатации. Помимо указанных временных особенностей, следует отметить частично гидратированную составляющую. Крупные частицы вяжущего вещества остаются негидратированными и после перспективной фазы. Они исполняют в материале роль наполнителя, но при определенных условиях активизируются позднее.

Факторы, влияющие на прочность цемента

Активность и прочностные характеристики зависят от некоторых факторов.

Условия хранения

При длительном хранении цемента активность постепенно снижается. Скорость изменения зависит от условий хранения. Обнаруживается такая динамика снижения параметра:

1. Сухой закрытый склад при хранении материала в водонепроницаемых мешках — активность не изменяется в течение 1 месяца, через 2 месяца уменьшается на 4-5%, через 3 — на 8-9%, через 4 — на 12-16%;
2. Сухое помещение, но обычные, бумажные мешки — через 1 месяц снижение составляет 4-6%, через 2 месяца — 9-11%, 3 — 13-15%, 4 — 18-22%;
3. При повышенной влажности или хранении в насыпном виде — через 1 месяц — на 10-12%, 2 месяца — 15-17%, 3 — 19-23%, 4 — 24-28%.

В зависимости от срока и условий хранения, реальная марка цемента снижается на порядок. Так через 3 месяца материал марки М400 может превратиться в М300.

Состав материала

Активность любого цемента существенно зависит от вида и количества добавок, наличия примесей, состава и концентрации клинкера. Так при наличии кальцитов и кварца показатель снижается, а при повышенном содержании алюминатов и алита — повышается. Щелочные добавки способны влиять на скорость кристаллизации, причем и в сторону замедления, и в сторону ускорения. Для повышения прочности в цемент добавляется клинкер.

Дисперсность частиц

Она определяется степенью помола компонентов. Мелкодисперсный порошок значительно быстрее вступает в химическую реакцию по своему объему, что повышает активность. При крупном помоле прочность набирается дольше, а ее величина понижена.

Существует также взаимосвязь активности с удельным весом (плотностью) цемента. С повышением этого показателя она возрастает.

Как проводится определение активности цемента

Контрольному испытанию подвергается любая партия материала. По его результатам производитель оценивает необходимость корректировки состава. При необходимости могут дополнительно вводиться замедлители или катализаторы. ГОСТом предусматривается такой порядок испытания:

• готовится раствор (цемент и песок в пропорции 1:3), из которого заливается образец в форме бруска размером 4х4х16 см;
• выдержка образца во влажных условиях в течение 24 ч (обычно, в специальной форме над водой);
• выдержка образцов в ванне с затвором в течение 27 суток;
• в конце испытания определяется прочность на сжатие и изгиб.

Тестированию подвергается не менее 4-х образцов, а результат учитывается, как среднеарифметическое значение прочностных параметров. Эта величина признается показателем активности. Она сравнивается с нормируемыми значениями, по которым и присваивается марка.

Определение в домашних условиях

При покупке используют визуально-тактильный способ. Он включает оценку цвета и состояния. Цемент с высокой активностью имеет серый цвет с зеленоватым отливом. Порошок должен аналогично воде протекать между пальцами руки. Возможно наличие небольших комочков материала в мешке. Они должны легко разминаться в порошок пальцами. Твердые комки существенно снижают качественные характеристики цемента.

Перед началом строительства можно провести тестирование водно-визуальным способом. Для этого потребуется минеральная вода щелочного типа, например, Смирновская, Боржоми, Дилижан. Цемент смешивается с минеральной водой, тщательно перемешивается до получения консистенции теста. Из него лепится образец в виде диска с утолщением в средней части и тонкими краями. Если образец затвердел в течение 7-12 минут и нагрелся так, что это чувствуется рукой, то можно признать цемент качественным, с высокой активностью.

Некачественный материал твердеет не раньше чем через 30 минут, а затем образец начинает трескаться. Некоторые фальсификаты способны быстро схватываться и нагреваться, но образцы значительно деформируются, и на них появляются трещины.

Если цемент прошел успешно первый тест, то испытания следует продолжить. Затвердевший диск оборачивается увлажненной тканью и укладывается в пластиковую емкость (можно использовать полиэтиленовый пакет). После выдержки в течение 3 суток образец извлекается и осматривается. Хороший материал становится еще прочнее, издает характерный, металлический звук при постукивании и не рассыпается при ударе. Допускаются мелкие, небольшие трещины в виде поверхностной сетки.

При проведении тестирования учитывают, что разные партии цемента различаются по активности. К какой партии он принадлежит определяют по ярлыку на мешке. Если в разных мешках находится материал из разных партий, то образцы для испытания надо приготовить для каждой партии.

При ответственном строительстве важно помнить, что от качества цемента зависит надежность и долговечность всего сооружения. Активность материала определяет его прочностные характеристики и считается важнейшим параметром. Перед началом работ необходимо убедиться в том, что он соответствует марке, а элементарные испытания позволяют оценить его качество.

Как происходит определение активности цемента?

Цемент часто называют «скоропортящимся» продуктом. «Скоропортящийся» означает быструю потерю активности, от которой напрямую зависит прочность бетона на сжатие и изгиб. В связи с этим, активность цемента, является самой важной технической характеристикой, которую можно определить несколькими способами.

• Как можно определить активность цемента – обзор технологий
• Определение активности цемента в домашних условиях
• Визуально-тактильный метод
• Водно-визуальный метод

Как можно определить активность цемента – обзор технологий

Самую точную величину активности цемента определяют только в лабораторных условиях. Это достаточно длительный процесс, поэтому разработано несколько экспресс технологий, позволяющих более-менее точно ответить на вопрос: «Можно ли данный конкретный цемент использовать по его прямому назначению?».

Рассмотрим все существующие способы проверки активности незаменимого строительного материала.

Алгоритм проверки активности цемента в соответствии с требованиями нормативных документов:

• Заливка образцов 40х40х160 миллиметров;
• Выдержка образцов в формах над водой в течение 24 часов;
• Выдержка образцов в ванне с гидрозатвором в течение 27 суток;
• Испытание образцов на прочность на специальном оборудовании.

Величину предела прочности на сжатие определяют как среднее арифметическое четырех наибольших чисел из шести испытаний образцов. Полученное значение и есть «активность» цемента.

Определение активности цемента в домашних условиях

Для строительства малоответственных бетонных конструкций будет достаточно определение активности двумя «народными» методами, которые, несмотря на весьма относительную точность, тем не менее, позволяют сделать вывод о пригодности или непригодности цемента.

Визуально-тактильный метод

Если нет возможности проверить россыпной цемент, придется приобрести мешок материала и произвести осмотр его содержимого в плане цвета и агрегатного состояния. Качественный «активный» цемент должен иметь серо-зеленоватый оттенок и протекать сквозь пальцы как вода.

В крайнем случае, качественный, но немного лежалый цемент, может слеживаться в небольшие комочки, которые должны рассыпаться в пыль при малейшем прикосновении. Твердые комки указывают на значительную потерю активности – подобный материал можно использовать только в качестве наполнителя.

Водно-визуальный метод

Для реализации данной технологии также потребуется приобрести мешок цемента, а также подготовить следующие материалы:

• Щелочную минеральную воду на выбор: «Ессентуки» № №4,17, «Славяновская», «Смирновская», «Ласточка», «Боржоми», «Саирме», «Набеглави», «Дилижан»;
• Одноразовую тарелку;
• Полиэтиленовый пакет;
• Мокрую ткань.

Проверяемый цемент смешивают с минеральной водой до консистенции теста. Из полученного «теста» очень быстро лепят образец, что-то вроде оладья имеющего утолщенную середину и тонкие края периметра.

Если в течение 5-10 минут «оладий» застыл и ощутимо нагрелся – вы купили качественный свежий цемент, имеющий высокую активность. При этом образцы из фальсифицированного цемента либо вообще не застывают, либо застывают фрагментарно через 45-60 минут и растрескиваются.

Образцы из китайских цементов низкого качества и нагревают и быстро застывают, но в конце схватывания «оладий» сильно деформируется и также растрескивается.

При положительном результате испытания, проверку следует продолжить. Застывший образец заворачивается во влажную ткань, помещается в полиэтиленовый пакет и в таком состоянии выдерживается в течение 72 часов. Далее образец подвергается осмотру.

Если «оладий» твердый и при постукивании издает «металлический» звук и не рассыпается при падении, испытуемый цемент можно использовать для приготовления бетона как «вяжущее». На поверхности образца допускается неглубокая сетка трещин от тепловой деформации.

Если образец рыхлый, его можно расколоть в руках, а при падении он рассыпается на несколько кусочков – вы приобрели либо контрафактный, либо не очень свежий, либо хранившийся в ненадлежащих условиях цемент, от использования которого лучше отказаться.

Важно! При покупке небольшой партии (мешка) цемента для проведения испытаний на активность, следует обратить внимание на номер партии. В соответствии с требованиями ГОСТ номер партии и дата выпуска указываются на ярлыке дополнительно (справедливо только для фасованного материала, предназначенного для продажи через сети розничной или Интернет-торговли).

Дело в том, что активность цемента фасованного из разных партий может существенно различаться. Поэтому проведенные визуально-тактильные и водно-визуальные испытания на активность, справедливы исключительно для цемента определенной партии цемента фасованной в определенный день.

В любом случае, следует отдавать предпочтение стационарным торговым точкам, заслуживающим доверия – это работа на рынке в течение нескольких лет, средневзвешенные цены и наличие полного пакета сопроводительной документации.

Цемент с известняком

Известняк является инертным минеральным компонентом, который широко используется для производства цемента в мировой практике. Данный материал не обладает ни гидравлической, ни пуццоланической активностью. Поэтому количество известняка при производстве цемента обычно ограничено цифрой не более 15-16%, в отличие от активных минеральных добавок — шлака и золы, которые можно вводить в количестве до 60%. Основная функция известняка состоит в оптимизации гранулометрического состава цемента, в уплотнении структуры и снижении пустотности цементного камня. Благодаря этому повышается начальная прочность растворов и бетонов. Также известняк, по причине хорошей водоудерживающей способности, снижает водоотделение цемента, что способствует производству более качественных и однородных по своей структуре бетонных и растворных смесей (отсутствие водоотделения и расслоения). Кроме того, известняк улучшает пластичность и удобоукладываемость бетонных смесей, что способствует получению более качественных поверхностей бетонных изделий, снижению количества пор и раковин.

Качество известняка оказывает большое влияние на качество цемента и может меняться в зависимости от сырьевой базы разных производителей. Чем выше содержание оксида кальция в известняке и меньше оксида магния и кремния, тем выше качество известняка.

Результаты химического анализа демонстрируют высокое качество карбонатных пород заводов ЛафаржХолсим Россия. Известняк месторождения «Приокское», которое является сырьевой базой завода Щурово к тому же используется для производства белого портландцемента, так как характеризуется высоким показателями по белизне.

Поскольку известняк является материалом собственной сырьевой базы наших заводов, мы можем управлять его стабильностью качества и, как следствие, стабильностью качества цемента. Цементы с минеральной добавкой известняка в настоящий момент производятся на всех заводах – в Щурово, Ферзиково и Вольске. Завод Ферзиково уже в течении нескольких лет производит цемент с известняком в навале и тарированном виде, который хорошо себя зарекомендовал с точки зрения качества. На Щуровском и Вольском заводе в текущем году начался процесс постановки на производство цементов с известняком по причине значительного роста стоимости шлака. Общий объем производства цементов с известняком на текущий момент уже достиг 1 млн. тонн.

Поскольку качество известняков на различных заводах отличает, поэтому его содержание в цементе на разных заводах также будет разное для достижения оптимального качества цементов – на Ферзиково и Вольске 14%, на Щурово 11%. Для сравнения, характеристики цементов с известняком различных заводов, а также бетона на его основе представлены в таблицах ниже.

ЦЕМ II/А-И 42.5Б ФЕР

ЦЕМ II/А-И 42.5Н ЩУР

ЦЕМ II/А-И 42.5Н ВОЛ

Продукт

Бетонная смесь

Бетон

Показатель

В/Ц

ОК / ОКt /t

см см мин

R_ТВО

МПа

R_3суток

МПа

R_7суток

МПа

R_28суток

МПа

ЦементДобавка

ЦЕМ II/А 42.5 Хим.добавка (1% от веса цемента)

ЦЕМ II/А-И 42.5Б ФЕР

ЦЕМ II/А-И 42.5Н ЩУР

ЦЕМ II/А-И 42.5Н ВОЛ

Из таблицы видно, что прочностные характеристики бетона на основе цементов с известняком различных заводов сопоставимы.

Прочностные характеристики бетонов на основе цементов с известняком заводов Щурово и Ферзиково сопоставимы с прочностными характеристиками бетонов на основе цементов с композиционной добавкой шлака и известняка и поэтому являются взаимозаменяемыми. Показатели долговечности бетона (морозостойкость, водонепроницаемость, коррозионная стойкость) завися от его структуры, от наличия открытой капиллярной пористости. Чем выше открытая капиллярная пористость бетона, тем выше его проницаемость для различных агрессивных сред, тем ниже долговечность. Открытая капиллярная пористость бетона зависит от показателя водоцементного отношения: чем выше водоцементное отношение, тем выше открытая капиллярная пористость. Поскольку водоцементное отношение бетонов на основе цементов с известняком находится на одинаковом уровне по сравнению с цементами с композиционной минеральной добавкой шлака и известняка, значит и показатели долговечности у бетонов на основе этих цементов будут сопоставимыми. Сравнительные результаты тестирования морозостойкости и водонепроницаемости бетонов на основе цементов с известняком и композиционных цементов заводов Щурово и Ферзиково подтвердили сопоставимость этих характеристик. Полученные показатели морозостойкости F1200 и водонепроницаемости W8 позволяют широко использовать цементы с известняком для общестроительного применения в изделиях, к которым не предъявляется специальных требований повышенной долговечности.

Таким образом, цементы с известняком имеют отличные перспективы для их использования в сегментах товарного бетона, сборного железобетона (особенно там, где требуется высокое качество поверхности), мелкоштучных изделий и сухих строительных смесей.

Что влияет на прочность бетона?

Как известно, бетон состоит из заполнителя, воды и цемента. Состав бетонной смеси должен обеспечить заданные свойства стройматериала: морозостойкость, прочность и т.д. Казалось бы, использование природных материалов не требует особых технологических ухищрений. Однако каждый из элементов будущей бетонной конструкции требует к себе пристального внимания – иначе получить качественные, прочные и надежные бетоны невозможно. Малейшая ошибка или недосмотр может привести к снижению качества материала и последующему разрушению конструкции.

Выбор заполнителей для производства бетона

Чтобы сделать бетон высокой прочности, важно верно подобрать состав заполнителя. Это значит: смесь должна быть составлена таким образом, чтобы пустот между зернами, заполняемых цементным тестом, было по возможности меньше.

Песок единой фракции содержит в общем объеме порядка 40% пустот, а составленный из зерен различных фракций песок значительно плотнее. Чтобы добиться максимальной плотности, песок рассеивают на мелкий и крупный по размерам, затем по определенной технологии составляют зерновую смесь, в которой частицы прилегают друг к другу очень плотно, и цементному тесту потребуется заполнять лишь незначительные промежутки. Изготовленный на такой сухой смеси бетон будет иметь большую прочность и плотность и потребует небольшого расхода вяжущего средства.

Если же бетон изготавливается на заполнителях произвольного состава, которые берутся из карьеров или получаются методом дробления камней, большой плотности получить невозможно. В этом варианте потребуется очень высокий расход цемента, а бетон высокой прочности из такого состава не получится.

Вода в бетоне

Необходимая для получения высокопрочного бетона вода должна быть чистой. Негативное воздействие способны оказать любые примеси: сульфаты, органические кислоты или жиры. Они негативно повлияют на процесс твердения бетона, поэтому производители предпочитают использовать очищенную питьевую воду для изготовления качественного бетона.

Если приходится использовать торфяную, речную, грунтовую воду, насыщенную органическими примесями, требуется вначале проверить их состав в химической лаборатории. Еще в большей степени это относится к промышленным водам, в которых могут содержаться примеси гипса или серной кислоты. Такие составы способны спровоцировать разрушение бетона, а приготовленные на морской воде состав впоследствии покроется солевыми налетами, которые испортят его вид и самым негативным образом скажутся на прочности изделия.

Цемент для бетона

Очень большое влияние на конечное качество и марочную прочность бетона влияет цемент, который используется при создании смеси. Чем мельче помол клинкера, тем выше его клеящая способность, и соответственно, тем прочнее будет бетон и наоборот. Поэтому предпочтительно использовать цемент сверхтонкого помола. ОТ мелкости помола зависит и такой важный показатель вяжущего, как — активность. Активность напрямую связана с марочной прочностью цементного вяжущего

Для приготовления различных видов бетона используют и разные типы цемента. Его выбор зависит от вида сооружения, для которого готовятся те или иные виды цементного бетона. Конструкции работающие в условиях агрессивных сред требуют спеицальных видов цементного вяжущего. В частности, наибольшей популярностью пользуются различные виды сульфатостойкого цемента. Благодаря своей устойчивости к солям, сульфатостойкое вяжущее позволяет производить бетон, не подвергающийся разрушению при воздействии на него агрессивных сред (например — морской воды).

Как правило такие виды бетонных смесей производят на заводах ориентированных на выпуск мостовых конструкции, железобетонных элементов гидросооружений и т.д. В большинстве же случаев применяются обычные виды бетона товарного, имеющего довольно неплохие характеристики по морозостойкости и водонепроницаемости.