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.