Расширяющийся цемент: таблицы характеристик разных видов

Усадка бетона в монолитных конструкциях приводит к образованию трещин. Решить проблему позволяет использование расширяющегося цемента. Это группа материалов, увеличивающихся в объеме при твердении. Такую особенность обеспечивает введение в состав гидросульфоалюмината кальция и других расширяющих компонентов.

Что такое расширяющийся цемент

Расширяющийся или саморасширяющийся цемент – это материал, на ранних сроках твердения которого цементный камень увеличивается в объемном и линейном размере. Процесс связан с активным образованием крупнокристаллических продуктов гидратации. Показатель расширения зависит от типа и количества добавки, минерального состава вяжущего и условий твердения.

Расширяющиеся цементы (РЦ) готовят методом общего помола глиноземистого и портландцементного клинкера с расширяющей добавкой. Такими веществами являются:

• алюминиевый порошок;
• хлористый кальций;
• гидрат окиси магния;
• гидросульфоалюминат кальция.

Бетонные смеси на основе РЦ имеют много преимуществ над составами из портландцемента:

• повышенную адгезию к любой поверхности;
• морозостойкость F до 1500 циклов;
• водонепроницаемость W12-W20;
• высокую плотность;
• устойчивость к газам и агрессивным составам: кислоты, сульфаты, соединения серы.

Основные недостатки расширяющегося цемента – высокая стоимость и маленький срок годности (1-3 месяца).

Виды и свойства

Большинство видов расширяющихся цементов изготавливают на основе глиноземистого вяжущего. Вторым по популярности является портландцемент. Материалы классифицируют по нескольким критериям:

По свойствам:

1. Безусадочные – линейное расширение смеси компенсирует усадочный процесс. Получается плотный, водонепроницаемый бетон.
2. Расширяющиеся – показатель увеличения размеров в процессе твердения превосходит параметры усадки на 5-6 мм на 1 м.
3. Напряженные — увеличение объема (до 4%) происходит после набора прочности. Материал используют в производстве самонапряженного железобетона. При работе с ним учитывают быстрое схватывание смеси.

По составу:

Глиноземистый цемент (ГЦ)

Высокопрочное и быстротвердеющее вяжущее вещество, полученное после тонкого помола обожженной смеси бокситов и известняков. В его составе оксиды:

• алюминия (35-50%);
• кремния 5-15%);
• кальция (35-45%);
• железа (5-15%).

По процентному содержанию оксида алюминия материал делится на виды согласно ГОСТ 969-2019:

• глиноземистый цемент (ГЦ) – 35%;
• высокоглиноземистый цемент I-III (ВГЦ I-III) – 60 — 80%.

Глиноземистый цемент в процессе гидратации выделяет большое количество тепла и может набирать прочность при температуре до -10°C.

Марка ГЦ	Показатель прочности 3 сутки, МПа	Время схватывания, минут
40	40	10-45
50	50
60	60

Применяется в тампонировании нефтяных скважин, приготовлении огнеупорных бетонов, при возведении причалов и подземных конструкций, сооружении хранилищ агрессивных жидкостей.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ)

Изготавливается из глиноземистых доменных шлаков и природного гипсового камня в пропорции (70:30). Свойства материала регулирует ГОСТ 11052-1974.

Характеристика	Показатель
Прочность раствора через 3 суток	28 МПа
Начало схватывания	От 10 минут
Окончание схватывания	Не более 4 часов
Линейное расширение	0,1-0,7%

Смеси на основе ГГРЦ обеспечивают прочность и влагонепроницаемость при заделке стыков конструкций, дефектов в бетоне, гидроизоляции тоннелей.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ)

В составе ВРЦ три ингредиента тонкого помола: глиноземистый цемент, гипс и гидроалюминат кальция (70:20:10).

Характеристика	Показатель
Период схватывания	4-10 минут
Прочность через 3 суток, 28 суток	30 МПа, 50 МПа

Из-за короткого срока схватывания с раствором сложно работать, поэтому добавляют присадки, замедляющие процесс.

Материал применяют для гидроизоляции резервуаров, бассейнов, тоннелей, фундаментов. Особенность ВРЦ – низкая морозостойкость, с ним работают при положительной температуре.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ)

Вяжущее вещество на 85% состоит из глиноземистого клинкера, гипса, извести и гидроалюмината кальция.

Характеристика	Показатель
Время схватывания	2-10 минут
Скорость твердения на 3 сутки	60-80%
Водонепроницаемость через 1 сутки	Полная при давлении 0,7 МПа

Смеси с ВБЦ используют при гидроизоляции сооружений, эксплуатируемых при влажности воздуха 75-80%. Цемент проявляет безусадочные свойства только в таких условиях.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ)

Многокомпонентное гидравлическое вяжущее из портландцементного клинкера, глиноземистого доменного шлака, гипсового камня, минеральной добавки (58-63%:5-7%:7-10%:20-25%). Состав обеспечивает быстрый набор прочности, морозостойкость и влагостойкость.

Характеристики	Показатели
Линейное расширение 1 сутки	0,2-1%
Водонепроницаемость	W10-W20
Прочность на сжатие	40 МПа

Материал применяют при производстве сборных конструкций из железобетона, ремонте трещин, заделке стыков.

Напрягающий цемент (НЦ)

Вяжущее вещество получают в результате помола и смешивания портландцементного и глиноземистого клинкера, гипсового камня (65-70%:16-20%:14-16%). Общие требования к напрягающему цементу описывает ГОСТ Р 56727-2015.

Характеристики	Показатели
Расширение	4%
Схватывание	30 минут
Прочность через 1 сутки	20 МПа
Водонепроницаемость	W- 20

Цементы классифицируются по энергии самонапряжения на 4 группы:

• низкая НЦ-5 – 0,7 МПа;
• малая НЦ-10 – 0,7-2 МПа;
• средняя НЦ-20 – 2-3 МПа;
• высокая НЦ-30 – больше 3 МПа.

Выпускается два класса прочности – 32,5 (М400) и 42,5 (М500). Подклассы – нормальнотвердеющий и быстротвердеюший.

Склонность цемента к быстрому твердению и образованию значительной энергии расширения используют при изготовлении самонапряженных ЖБК. Напряжение арматуры в конструкциях обеспечивает твердеющий цемент. Также материал рекомендуют для производства напорных труб, газонепроницаемых конструкций, хранилищ бензина.

Область применения

Расширяющиеся цементы используют на производственных и строительных участках, когда важен быстрый набор прочности и высокий показатель водостойкости бетона. Из них готовят ремонтные составы для трещин и других повреждений поверхности.

Технология работы:

1. Поверхность очищается от пыли и смачивается водой.
2. Ремонтный раствор готовят из расширяющегося цемента и песка (1:2), затворяют чистой водой (В/Ц 0,35-0,4).
3. Инструмент нанесения зависит от типа и размеров повреждения. Это может быть специальный шприц для инъекции, пневмонабрызг или мастерок.
4. Отремонтированную поверхность накрывают полиэтиленовой пленкой и смачивают 7 дней для поддержания высокого уровня влажности.

Состав раствора для заделки микротрещин зависит от их размера:

• 0,2-0,3 мм – доломитовая мука или песок тонкого помола смешивается 1:1 с РЦ;
• 0,5 -3 мм – песок фракцией 1 мм смешивают с РЦ 2:1;
• 3 мм и больше – песок с зерном 1,5 мм пропорция раствора 3:1.

Объем воды во всех случаях одинаковый – 35-40% от массы цемента.

Выбор заполнителя происходит по принципу – размер песка в 3 раза меньше толщины трещины.

В частном строительстве расширяющийся глиноземистый и гипсоглиноземистый цемент используется мало из-за высокой стоимости. Более популярен напрягающий цемент. Благодаря гидроизоляционным характеристикам он применяется при устройстве фундамента, стяжки, перекрытий, эксплуатируемой кровли, изготовлении бассейнов и септиков.

Для создания гидроизоляционного покрытия используют раствор или бетон на основе напряженного цемента НЦ-20.

Использование раствора

Смешать цемент и песок в пропорции 1:2, вода – 40% от количества цемента. Состав наносят вручную или специальной машиной. Рекомендуемая толщина слоя 30 мм. Расход – 15-18 кг цемента на 1 м².

Приготовление бетона для гидроизоляции резервуара

Компоненты:

• напрягающий цемент НЦ-20;
• песок карьерный фракцией до 1,5 мм;
• щебень гранитный размером 10-30 мм;
• водоцементное соотношение – 0,5.

Смешать сухие ингредиенты: цемент, песок, щебень в пропорции 1:1,4:2,3. Затворить водой и перемешать до однородности. Состав наносить на чистое прочное основание, используя армирующую сетку с ячейкой 150×150 мм. В течение 10-12 дней поддерживать влажность бетона, резервуары рекомендуется наполнить водой.

Итог

В России самый крупный производитель расширяющихся цементов – Пашийский металлургическо-цементный завод. Он предлагает глиноземистый цемент всех марок и напрягающий цемент НЦ-20.