Цементы в строительстве
Цементы — это вяжущие для растворов и бетонов. Процесс изготовления состав и свойства нормируются по DIN 1164 и подвергаются надзору. Соответствующие знаки этого напечатаны на разноцветных мешках с цементом и наклейках на силосах.
Изготовление цементов
Для изготовления цемента используется известняк и глина. Их смесь в природе встречается как мергель. Известняк является основной составной частью цемента; в глине содержатся гидравлические добавки — двуокись кремния, окись алюминия и окислы железа.
Известняк и глина должны быть смешаны в правильном соотношении. Для этого сырье смешивается собственным методом производителя в больших складских цехах, несколько раз перемешивается (гомогенизируется), чтобы избежать колебаний состава смеси. После этого сырье тонко размалывается в сырьевую муку (рис. «Изготовление цемента»).
Обжиг сырьевой муки происходит в ротационных туннельных печах. Они состоят из отделанной внутри огнеупорной стальной трубы диаметром до 6 м и длиной до 200 м. Труба слегка наклонена и вращается со скоростью полтора-два оборота в минуту. Печь нагревается на нижнем конце угольным, мазутным или газовым пламенем. Сырьевая мука заполняется в верхнем конце ротационной печи. При этом она нагревается до температуры около 800 °С и высыхает. Вследствие вращения печи материал движется медленно вниз и нагревается до 1100 °С. Из известняка выводится углекислый газ СO2. Остается жженая известь (СаО). В нижней части печи температура растет до 1450 °С, и сырье спекается (агломерируется). При этом жженая известь соединяется с гидравлическими добавками из глины в цементный клинкер (см. рис. Изготовление цемента). Куски цементного клинкера имеют округлую форму и диаметр от 1 до 2 сантиметров.
После этого цементный клинкер тонко размалывают в трубчатых (шаровых) мельницах. При этом к цементу добавляется до 5% гипсового камня или ангидрита (искусственного гипсового камня). Это необходимо, чтобы замедлить начало схватывания. Тонкоразмолотый цемент отделяется от оставшихся зерен клинкера с помощью ветрового сепаратора и выдувается в силос (см. рис. Изготовление цемента).
Складирование. Цемент гигроскопичен, т.е. он может воспринимать влагу из воздуха и грунта. При этом он образует застывшие кучи цемента. Если такой кусок можно раздавить между пальцами, то такой цемент еще можно использовать, однако при этом прочность раствора или бетона уменьшится. В метках цемент снаружи может складироваться для по возможности быстрейшего использования, если он тщательно защищен от влажности, дождя и поднимающейся влажности из земли. Поэтому мешки с цементом нельзя класть непосредственно на сырую землю. Даже правильно складированный цемент через 3 месяца теряет около 10% прочности. При работе с цементом следует учитывать требования безопасности при работе с материалами (статьи R и S).
Виды и состав цемента
Цемент по DIN EN 197 подразделяется на пять основных видов (табл. «Состав и виды цемента»). Более подробные сведения приведены в Нормах.
Доменный песок (S) или гранулированные доменные шлаки являются латентными (скрытыми) гидравлическими материалами, которые при взаимодействии с составляющей жженой извести придают цементу гидравлические свойства (табл. «Цвета обозначающие цементные мешки»).
Кремниевая пыль (D), или микросиликат, — это стекловидный окисел кремния (SiO), который образуется, когда охлаждается фильтрованная пыль при изготовлении металла — кремния. При этом образуются почти правильные шарики диаметром 0,1 микрометра (десятитысячная доля миллиметра). В 10 раз меньше шарики искусственно изготовленного наносиликата.
Пуццоланы (Р) в природе встречаются как вулканические выбросы и как седиментарные (осадочные) породы, но они могут также производиться промышленным образом. Например, в Германии преимущественно добавляется трасс.
Летучая зола (V) получается с помощью электростатического или механического отделения пылевидных частичек из дымовых газов установок, работающих на угле. Шарообразные стекловидные частички имеют гидравлические свойства.
Обожженый шифер (Т) в молотом виде имеет ярко выраженные гидравлические свойства.
Известняк (L) может подмешиваться к цементу, если содержание в нем карбоната кальция (СаСО3) составляет более 75%.
Свойства и применение цемента
Прочность — важнейшее свойство цемента. По прочности на сжатие цементы делятся на три класса, причем минимальная прочность в Н/мм2 после 28-дневной выдержки в обозначении укладывается цифрами (табл. «Классы прочности цемента»). Для прогресса строительства важным является быстрый набор прочности за 2 и за 7 дней (рис. «Нарастание прочности цемента при 20 градусах»). Каждый класс прочности содержит два вида цемента, один цемент с обычной начальной прочностью обозначается буквой N, и другой цемент с высокой начальной прочностью обозначается буквой R. (=рапид, т.е. быстрый). 
Различные классы прочности отдельных цементов можно определить по различной окраске мешков или поставочных накладных и наклеек на силосах, а также по цвету букв нормативного обозначения, названию завода-поставщика, знаку о надзорной проверке и веса (см. табл. «Состав и виды цемента»). Вес полного мешка цемента составляет 25 кг.
Начало твердения для цементов классов прочности 32,5 и 42,5 начинается самое меньшее через 60 минут, для класса прочности 52,5 — через 45 минут. Окончание твердения происходит не ранее 12 часов после укладки. Увеличение времени начала твердения достигается с помощью добавок гипса.
Твердением называют дальнейший набор прочности на сжатие цемента в растворе и бетона. Оно не ограничено во времени. Однако имеются максимальные значения прочности на сжатие, которые могут достигнуть цементы классов 32,5 и 42,5 (см. табл. «Классы прочности цемента»).
Портландцемент DIN 1164 СЕМ I 42,5 R
Означает портландцемент по DIN 1164 с минимальной прочностью на сжатие в 42,5 Н/мм2 и высокой на¬чальной прочностью через 28 дней.
Доменный портландцемент DIN 1164 СЕМ II/AS 32,5
Означает доменный портландцемент по DIN 1164 с содержанием от 6 до 20% доменного леска, класса прочности 32,5 с обычной начальной прочностью через 28 дней.
Доменный цемент DIN 1164 СЕМ Ш/В 32,5 — LH/SR
Означает доменный цемент по DIN 1164 с содержанием от 66 до 80% доменного песка, класса прочности 32,5 и обычной начальной прочностью, а также с низким выделением гидратационного тепла и высоким сопротивлением действию сульфатов.
Гидратационное тепло образуется после смешивания цемента с водой затворения. Алюминиевая составляющая в цементе очень быстро реагирует с другими материалами и поэтому является определяющей для развития тепла в цементе. При низких наружных температурах, например зимой, это тепло является желательным. Летом, однако, оно может привести к температурным напряжениям и образованию трещин. Такие повреждения могут возникнуть при бетонировании массивных строительных элементов, как, например, плотин. Поэтому там применяют цементы с:
- Низким выделением тепла при гидратации (LH);
- Умеренным выделением тепла при гидратации (МН) и
- Очень низким выделением тепла при гидратации (VLH).
Сопротивление сульфатам имеют цементы с низкими составляющими алюминиевых соединений. Такие цементы имеют высокое сопротивление сульфатам и обозначаются SR (англ, сульфат резистант). Это могут быть цементы СЕМ I и СЕМ Ш/В. Эти цементы применяются в подземном и гидротехническом строительстве.
Щелочность (алкалитет) может быть недостатком. Поэтому там, где заполнитель содержит составные части, реагирующие со щелочами, например в определенных частях Германии, применяются цементы с низкой щелочностью (цементы NA).
