Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)
Т.Н. АКИМОВА
МАРКИ И КЛАССЫ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(МАДИ)
Кафедра дорожно-строительных материалов
Утверждаю Зав. кафедрой доцент ______________ Н.В. Быстров «___» ___________ 2014 г.
Т.Н. АКИМОВА
МАРКИ И КЛАССЫ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Методические указания по дисциплине «Строительные материалы»
МОСКВА
МАДИ 2014
УДК.691-033.2 ББК 38.32
А391
Акимова, Т.Н. А391 Марки и классы портландцемента: методические указания по
дисциплине «Строительные материалы» / Т.Н. Акимова. – М.: МАДИ, 2014. – 12 с.
Методические указания посвящены одной теме – классификации и характеристикам цементов (по маркам и классам) – в связи с пере-ходом на новый стандарт: от разделения цементов на марки (ГОСТ 10178-85) к разделению цементов на классы (ГОСТ 31108-2003). При-ведены технические условия на цемент, методики определения марок и классов цемента по двум стандартам и усреднѐнные соотношения между ними.
Методические указания предназначены для студентов, изучаю-щих дисциплины «Строительные материалы», «Дорожное материало-ведение».
УДК.691-033.2 ББК 38.32 © МАДИ, 2014
3
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Портландцемент – основа современного строительства. Он при-меняется для изготовления бетона и железобетона различного назна-чения: для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, пролетных строений и опор мостов, оснований и покрытий автомо-бильных дорог, гидротехнических сооружений и т.п.
Портландцемент – гидравлическое минеральное вяжущее, для твердения которого предпочтительными, а часто необходимыми, яв-ляются влажные или водные условия твердения в отличие от воздуш-ных минеральных вяжущих (гипсовых, воздушной извести), которые твердеют только в сухих условиях.
Сырьем для производства портландцемента служат известняки (75…78%) и глины (22…25%), Используются и другие виды карбонат-ных пород с высоким содержанием углекислого кальция: плотный из-вестняк, мел, известняк-ракушечник, известковый туф и т.п., т.е. поро-ды, состоящие в основном из СаСО3, а также побочные продукты промышленности, содержащие необходимые для получения клинкера составные части (СаО, Al2O3, SiO2, Fе2О3): доменные шлаки, нефели-новый шлам.
Хорошим сырьѐм для портландцемента являются мергели – природная смесь известняка и глины.
Производство портландцемента включает в себя в основном следующие операции:
добычу и подготовку сырья;
приготовление и корректировку сырьевой смеси (шихты, шлама);
обжиг до спекания (t ≈ 1450°C) и получение клинкера;
помол клинкера, в том числе совместно с добавками. Минералогический состав клинкера, образующийся в результате
обжига, и получаемого из него портландцемента представлен в табл.1. Таблица 1
Минералогический состав клинкера портландцемента
Название минерала
Формула Сокращенное обозначение
Примерное содержание
в клинкере, %
Трехкальциевый силикат (алит)
3СаО∙SiO2 C3S 40…65
Двухкальциевый силикат (белит)
2СаО∙SiO2 C2S 15…40
Трехкальциевый алюминат
ЗСаО∙Al2O3 C3A 5…15
Четырехкальциевый алюмоферрит
4СаО∙Al2O3∙Fе2О3 C4AF 10…20
4
Однако минералогический состав портландцемента отличается от минералогического состава исходного клинкера тем, что портланд-цемент содержит ещѐ и добавки, вводимые при помоле клинкера: двуводный гипс СаSO4∙2Н2О до 5%, а также при необходимости ак-тивные минеральные добавки – диатомит, трепел, опоку, доменные гранулированные шлаки и др.
Основной минералогический состав, количественное содержа-ние минералов существенно влияют на свойства цемента.
Важнейший минерал портландцементного клинкера трехкаль-циевый силикат – алит – 3СаО∙SiO2 (условное обозначение С3S) бы-стро твердеет и обладает высокой прочностью. При твердении он вы-деляет достаточно много тепла.
Двухкальциевый силикат – белит – 2СаО∙SiO2 (С2S) медленно схватывается и твердеет, но с течением времени прочность его неиз-менно возрастает и оказывается весьма высокой через 1–2 года твер-дения. При гидратации выделяет мало тепла,
Трехкальциевый алюминат ЗСаО∙Al2O3 (С3A) является наибо-лее быстро гидратирующимся минералом: он быстро схватывается и твердеет. Но достигнутая в первые сроки твердения прочность в дальнейшем мало или почти не возрастает. Трехкальциевый алюми-нат при твердении выделяет много тепла: больше, чем какой-либо другой минерал.
Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО∙Al2O3∙Fе2О3 (С4AF) твердеет достаточно быстро, обладает невысокой прочностью и вы-деляет умеренное количество тепла (занимает положение примерно между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами). С4AF не об-ладает ярко выраженными свойствами, как предыдущие минералы, и не оказывает определяющего влияния на свойства портландцемента.
Присутствие в цементе свободных СаО и МgО может привести к неравномерному изменению объѐма, образованию трещин в твер-деющем цементном камне. При испытании портландцемента обяза-тельным опытом является проверка на равномерность изменения объема при твердении.
Основное свойство цемента – это способность цементного теста терять пластичность, набирать прочность и превращаться в искусст-венный камень, обладающий значительной прочностью. По прочности через 28 суток твердения цементы подразделяются на марки (по ста-рому стандарту ГОСТ 10178-85) и классы (по новому стандарту ГОСТ 31108-2003).
Марка и класс цемента – это прочностные характеристики, опре-деляемые при строгом соблюдении ряда условий (т.е. строго по стан-дарту). У одного и того же цемента в зависимости от методики ис-пытания можно определить и марку, и класс. В России цементы по
5
прочности изначально подразделялись на марки (старый стандарт). В целях гармонизации с европейскими стандартами цементы по проч-ности разделили на классы (новый стандарт). Однако в настоящее время (до 2015 г.) в нашей стране действуют оба стандарта.
2. МАРКИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА (ГОСТ 10178-85)
Требования по прочности для марок портландцемента по ГОСТ 10178-85 представлены в табл. 2.
Таблица 2 Марки портландцемента (ГОСТ 10178-85)
Марка → 300 400 500 550 600
R28 при сжатии, кгс/см2 (МПа), не менее
300 (29,4)
400 (39,2)
500 (49,0)
550 (53,9)
600 (58,8)
R28 при изгибе, кгс/см2 (МПа), не менее
45 (4,4)
55 (5,4)
60 (5,9)
62 (6,1)
65 (6,4)
Фактический результат предела прочности на сжатие через 28 суток твердения является показателем активности цемента, на-пример: прочность при сжатии через 28 суток твердения составила 435 кгс/см2 (42,6 МПа). Это его активность.
Методику определения марки цемента см. в табл. 11. Таблица 3
Портландцементы по ГОСТ 10178-85
Наименование цемента Обозначение Марки
Портландцемент ПЦ-Д0 ПЦ-Д5 ПЦ-Д20
300, 400, 500, 550,
600
Быстротвердеющий портландцемент * ПЦ-Д20-Б 400, 500
Сульфатостойкий портландцемент ССПЦ-Д0, ССПЦ-Д20
400, 500
Шлакопортландцемент ШПЦ 300, 400, 500
Быстротвердеющий шлакопортландцемент *
ШПЦ-Б 400
Сульфатостойкий шлакопортландцемент
ССШПЦ 300, 400
Пуццолановый портландцемент ППЦ 300, 400
* Для быстротвердеющих цементов определяется прочность и через 3 сут твердения, которая должна быть не ниже значений, обозначенных в табл. 4.
По составу и назначению выпускают различные виды портланд-цемента (табл. 3), без минеральных добавок (ДО) и с минеральными добавками (Д5 и Д20 – до 5 и 20 % добавок соответственно).
6
Таблица 4 Требования по прочности для быстротвердеющих цементов
Обозначение цемента
Марка
Предел прочности в возрасте 3 сут, МПа (кгс/см2), не менее
при изгибе при сжатии
ПЦ-Д20-Б 400 500
3,9 (40) 4,4 (45)
24,5 (250) 27,5 (280)
ШПЦ-Б 400 5,4 (55) 21,5 (220)
Все виды портландцемента могут выпускаться пластифициро-ванными или гидрофобизированными.
Обозначение цемента. Например, портландцемент марки 400 с добавками до 20% быстротвердеющий пластифицированный обо-значается следующим образом:
Портландцемент 400-Д20-Б-ПЛ или ПЦ 400-Д20-Б-ПЛ.
В качестве добавок используются доменные гранулированные и электротермофосфорные шлаки, горные породы осадочного происхо-ждения (диатомиты, трепелы, опоки), глиежи (естественно обожжен-ные глины) и др.
Цемент для бетона дорожных и аэродромных покрытий
Цемент для бетона дорожных и аэродромных покрытий, железо-бетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных шпал, мос-товых конструкций, стоек опор высоковольтных линий электропередач должен изготовляться на основе клинкера нормированного состава (буква Н в обозначении цемента) с содержанием трехкальциевого алюмината С3А в количестве не более 8% по массе.
Для всех вышеперечисленных изделий можно применять порт-ландцементы 400-Д0-Н и 500-Д0-Н. Для труб, шпал, опор, мостовых конструкций независимо от вида добавки применяется ПЦ 500-Д5-Н,
Для бетона дорожных и аэродромных покрытий можно исполь-зовать цементы ПЦ 400-Д20-Н и ПЦ 500-Д20-Н при применении в ка-честве добавки доменного гранулированного шлака не более 15%. Начало схватывания портландцемента для бетона дорожных и аэро-дромных покрытий должно наступать не ранее чем через 2 ч, порт-ландцемента для труб – не ранее чем через 2 ч 15 мин от начала за-творения цемента. Не допускается наличие ложного схватывания.
3. КЛАССЫ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
3.1. Цементы общестроительные (ГОСТ 31108-2003)
Методику определения класса цемента см. в табл. 11. Классификацию цементов по ГОСТ 31108-2003 см. в табл. 5–7.
7
Таблица 5 Классификация цементов по вещественному составу
Тип цемента Обозначение
Портландцемент ЦЕМ I
Портландцемент с минеральными добавками
ЦЕМ II
Шлакопортландцемент ЦЕМ III
Пуццолановый цемент ЦЕМ IV
Композиционный цемент ЦЕМ V
По содержанию портландцементного клинкера и добавок цемен-ты типов ЦЕМ II – ЦЕМ V подразделяются на подтипы:
А – 80–94 %;
В – 65–79 %. По прочности на сжатие в возрасте 28 сут цементы подразде-
ляются на классы 22,5; 32,5; 42,5; 52,5. По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) сут (скорости тверде-
ния) (кроме класса 22,5) цементы подразделяются на:
нормально твердеющий – Н;
быстротвердеющий – Б Таблица 6
Применяемые активные минеральные добавки и их обозначение
Добавка Обозначение При изготовлении цементов ДП и ЖИ в качестве вспомогатель-ного компонента (активной ми-неральной добавки) допускается применять только доменный
гранулированный шлак
Шлак Ш
Пуццолана П
Зола-унос З
Глиеж Г
Микрокремнезѐм МК
Известняк И
Таблица 7 Требования к физико-механическим свойствам цементов
Класс прочности цемента
Прочность на сжатие, МПа, в возрасте Начало
схватыва-ния, мин, не ранее Р
авном
ер-
ность
изм
ене-
ния о
бъ
ѐм
а
(расш
ирение)
мм
, не б
ол
ее
2 сут, не ме-
нее
7 сут, не ме-
нее
28 сут
не менее
не более
22,5Н – 11 22,5 42,5
75
10
32,5Н – 16 32,5 52,5
32,5Б 10 –
42,5Н 10 – 42,5 62,5 60
42,5Б 20 –
52,5Н 52,5Б
20 30
– –
52,5 – 45
8
Примеры условных обозначений. 1. Портландцемент класса 42,5 быстротвердеющий:
Портландцемент ЦЕМ I 42,5Б ГОСТ 31108-2003.
2. Портландцемент со шлаком (Ш) от 21 до 35 %, класса прочно-сти 32,5, нормальнотвердеющий:
Портландцемент со шлаком ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н ГОСТ 31108-2003.
3. Портландцемент с известняком (И) от 6 до 20 %, класса проч-ности 32,5, нормальнотвердеющий:
Портландцемент с известняком ЦЕМ II/А-И 32,5Н ГОСТ 31108-2003.
4. Композиционный портландцемент с суммарным содержанием доменного гранулированного шлака (Ш), золы-уноса (З) и известняка (И) от 6 до 20 %, класса прочности 32,5, быстротвердеющий:
Композиционный портландцемент ЦЕМ II/А-К(Ш-З-И) 32,5Б ГОСТ 31108-2003.
3.2. Цементы для транспортного строительства (ГОСТ Р 55224-2012)
Для транспортных сооружений различного назначения предна-значены соответствующие цементы (табл. 8). К ним в отличие от обще-строительных цементов предъявляются требования по пределу проч-ности при изгибе (табл. 9) и дополнительные требования по минерало-гическому составу клинкера (табл. 10), а также требования по срокам схватывания и тонкости помола (удельной поверхности) цементов.
Таблица 8 Типы и классы прочности цементов
для транспортного строительства (ГОСТ Р 55224-2012)
Назначение цемента
Обозначение Типы цементов по веществен-ному составу
Классы прочности цементов
1 2 3 4
Для бетона дорожных и аэродромных покрытий
ДП ЦЕМ I,
ЦЕМ II/А-Ш
32,5Н; 32,5Б; 42,5Н; 42,5Б; 52,5
Н; 52,5Б
Для бетона дорожных оснований
ДО
ЦЕМ II/А-Ш, ЦЕМ II/В-Ш, ЦЕМ III/А, ЦЕМV/А
32,5Н; 32,5Б; 42,5Н
Для железобетонных изделий и мостовых конструкций
ЖИ ЦЕЕМ I, ЦЕМ
II/А-Ш
32,5Н; 32,5Б; 42,5Н; 42,5Б; 52,5
Н; 52,5Б
9
Продолжение табл. 8
1 2 3 4
Для укрепления грунтов УГ
Типы не уста-навливают. Со-держание ми-неральных до-бавок допуска-ется до 80 %
массы цемента без учѐта мате-риалов, содер-жащих сульфат
кальция
22,5Н; 32,5 Н
Таблица 9 Прочность цементов для транспортного строительства
на растяжение при изгибе (ГОСТ Р 55224-2012)
Срок испытаний,
сут
Прочность на растяжение при изгибе, МПа, не менее, цемента класса
32,5Н 32,5Б 42,5Н 42,5Б 52,5Н 52,5Б
2 – 3,9 3,9 4,1 4,1 4,4
7 4,1 – – – – –
28 5,5 5,5 6,0 6,0 6,5 6,5
Таблица 10 Дополнительные требования к минералогическому составу клинкера для цементов для транспортного строительства
Минерал
Содержание минерала, % массы клинкера, применяемого для изготовления цемента
Для бетона дорожных и аэродромных покрытий (ДП)
Для железобетонных изделий и мостовых
конструкций (ЖИ)
С3А, не более 7 7
Сумма С3А + С4АF, не более
24 –
C3S, не менее 55 55
Начало схватывания цементов ДП и ЖИ должно наступать не ранее чем через 2 ч от начала затворения.
Удельная поверхность цементов ДП и ЖИ должна быть не ме-нее 270 м2/кг и не более 350 м2/кг.
10
4. МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЦЕМЕНТА
В табл. 11 представлены методики определения прочности це-мента для установления его марки или класса.
Таблица 11 Методики определения прочности цемента
Показатели, операции
Старый стандарт ГОСТ 310.4
Новый стандарт ГОСТ 30744-2001
1 2 3
Соотношение Ц : П 1 : 3 1 : 3
Характеристика песка
Монофракционный Размер зѐрен 0,5…0,9 мм,
Содержание SiO2 не менее 98 %
Полифракционный Фракции:
Тонкая 0,08…0,5 мм, Средняя 0,5…1,0 мм, Крупная 1,0…2,0 мм
Их соотношение 1 : 1 : 1
Навеска цемента, г 500 450
Навеска песка, г 1500 1350
В/Ц
В зависимости от расплы-ва конуса в пределах
106…115 мм (обычно ≈ 0,4)
0,5
Приготовление растворной смеси
Перемешивание: – цемента и песка вручную 1 мин, – цемента, песка и воды вручную 1 мин, – цемента, песка и воды в растворомешалке 2,5 мин
Перемешивание в стандартной мешалке
по методике 6 мин)
Определение подвижности
растворной смеси
Расплыв конуса на встря-хивающем столике (30 встряхиваний за 30 с)
_
Образцы Балочки 4 х 4 х 16 см
Уплотнение На виброплощадке
в течение 3 мин
На автоматическом встряхивающем столике в два цикла (два слоя)
по 60 ударов для каждого слоя
Хранение
1 – В формах (24 ± 1) ч в камере влажного хранения при температуре (20 ± 1)°с; 2 – Затем, после расформовки, в воде при темпера-туре (20 ± 1)°с до испытания в зависимости от срока испытания
11
Продолжение табл. 11
1 2 3
Определение прочности при изгибе
Принимают среднеариф-метическое двух наи-
больших результатов ис-пытания трѐх образцов
Принимают средне-арифметическое резуль-
татов испытания трѐх образцов
Определение прочности при сжатии
Принимают среднеариф-метическое четырѐх наи-больших результатов ис-пытания шести половинок
образцов-балочек
Принимают средне-арифметическое шести наибольших результа-
тов испытания шести по-ловинок образцов-
балочек
5. УСРЕДНЁННОЕ СООТНОШЕНИЕ
Соотношение между марками и классами цемента можно опре-делить по данным табл. 12. При испытании цементов по различным методикам (в частности, В/Ц ≈ 0,4 и ВЦ = 0,5) прочностные характери-стики будут отличаться. Для перехода от марки к классу (и наоборот) можно считать, что класс 22,5 соответствует марке 300; 32,5 – марке 400; 42,5 – марке 500; 52,5 – марке 600.
Таблица 12 Усреднѐнное соотношение между марками цемента
по ГОСТ10178 (старый) и классами прочности по ГОСТ 31108 и ГОСТ Р 55224 (новые)
ГОСТ 10178 (старый) Расчѐтная проч-ность по ГОСТ 31108 и ГОСТ 55224, МПа
Среднее со-отношение R31108/R10178,
%
Класс проч-ности це-мента по
ГОСТ 31108 и ГОСТ Р 55224
Марка цемента
Нормативная прочность, МПа
300 29,4…39,1 20,7…32,6 76,9 22,5
400 39,2…48,9 32,7…44,6 87,3 32,5; 42,5
500 49,0…53,8 44,7…50,7 92,6 42,5
550 53,9…58,7 50,8…56,7 95,3 42,5; 52,5
600 58,8…68,6 56,8…68,6 98,2 52,5
12
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие сведения ..................................................................................... 3
2. Марки портландцемента (ГОСТ 10178-85) .......................................... 5
3. Классы портландцемента ...................................................................... 6 3.1. Цементы общестроительные (ГОСТ 31108-2003) ........................ 6 3.2. Цементы для транспортного строительства
(ГОСТ Р 55224-2012) ....................................................................... 8
4. Методики определения прочности цемента ...................................... 10
5. Усреднѐнное соотношение .................................................................. 11
Учебное издание
АКИМОВА Тамара Николаевна
МАРКИ И КЛАССЫ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Методические указания по дисциплине «Строительные материалы»
Редактор Н.П. Лапина
Подписано в печать 14.11.2014 г. Формат 60×84/16 Усл. печ. л. 0,75. Тираж 75 экз. Заказ . Цена 20 руб.
МАДИ, 125319, Москва, Ленинградский пр-т, 64.