Цемент начали производить в прошлом столетии. В начале 20-х годов XIX в. Е. Делиев получил обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей работы в книге, изданной в Москве в 1825 г. В 1856 г. был пущен первый в России завод портландцемента.

Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах.

Цемент - это собирательное название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.

В группу цемента входят все виды портландцемента, пуццоланового портландцемента, шлакопортландцемента, глиноземистый цемент, расширяющиеся цементы и некоторые другие.

Цемент каждого вида может при твердении развивать различную прочность, характеризуемую маркой. Марки цемента регламентированы строительными нормами и правилами (СНиП) и ГОСТом. Выпускают цементы преимущественно марок 200, 300, 400, 500 и 600 (по показателям испытания в пластичных растворах).

С повышением марки цемента эффективность его применения в бетонах часто возрастает за счет уменьшения удельного расхода вяжущего.

Из числа цементов разных видов наиболее важное значение имеет портландцемент.

Портландцемент не всегда удовлетворяет отдельным специальным требованиям, которые предъявляют к бетонам и строительным растворам при различных условиях их применения. Поэтому промышленность выпускает некоторые разновидности портландцемента: сульфатостойкий, с умеренной экзотермией, быстротвердеющий, гидрофобный, пластифицированный и некоторые другие цементы.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава: в клинкере должно быть не более 5% трехкальциевого алюмината и не более 50% трехкальциевого силиката.

Низкое предельное содержание трехкальциевого алюмината требуется потому, что сульфатная коррозия развивается в результате взаимодействия сульфатов, находящихся в окружающей среде, с трехкальциевым гидроалюминатом цементного камня. Если в цементном камне С3А присутствует в малых количествах, то образуется незначительное количество гидросульфоалюмината кальция. Тогда он не опасен, так как распределяется в порах бетона, вытесняя оттуда воду или воздух, и внутренних напряжений в бетоне не вызывает. В небольших количествах гидросульфоалюминат кальция даже иногда полезен, так как уплотняет бетон.

В клинкере сульфатостойкого портландцемента ограничивается также содержание трехкальциевого силиката для уменьшения величины тепловыделения цемента. Поэтому сульфатостойкий портландцемент обладает повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией, т.е. качествами, необходимыми при изготовлении бетонов для отдельных зон гидротехнических и иных сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии. Сульфатостойкий портландцемент обычно выпускают двух марок - 300 и 400.

Портландцемент с умеренной экзотермией изготовляют из клинкера, который должен содержать не более 50% трехкальциевого силиката и не более 8% трехкальциевого алюмината. Такой цемент при умеренной экзотермии отличается также несколько повышенной сульфатостойкостью, поскольку в нем обычно содержится умеренное количество трехкальциевого алюмината.

Этот вид портландцемента применяют в гидротехническом строительстве в массивных бетонных конструкциях, подвергающихся частому попеременному замораживанию и оттаиванию в пресной или слабо минерализованной воде. Марка по прочности обычно 300 и 400.

Быстротвердеющий портландцемент содержит много трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината и очень тонко измельчен. Поэтому такой цемент характеризуется интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения - через 1 и 3 суток. Выпускается также особо быстротвердеющий цемент. Он показывает через трое суток прочность при сжатии 450- 500 кГ/кв. см (при испытании в жестких растворах).

Гидрофобный портландцемент изготовляют, вводя при помоле клинкера 0,1 - 0,2% мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих поверхностно-активных добавок.

Эти вещества, адсорбируясь на частицах цемента, образуют тончайшую - в среднем мономолекулярную, т. е. толщиной в одну молекулу, оболочку. Но эта тончайшая оболочка придает цементу особые свойства. В этом сущность гидрофобизации цемента как метода, позволяющего в определенной степени управлять свойствами цемента в отношении действия воды на различных этапах его использования.

Как известно, взаимодействие цемента с водой есть двуединый противоречивый процесс. Сродство к воде органически присуще цементу, без этого свойства он не мог бы служить вяжущим веществом. Но вместе с тем на определенных стадиях применения цемента вода для него вредна. Так, при хранении и перевозках цемент портится от влаги, вода с содержащимися в ней примесями вызывает коррозию цементного камня и при частом попеременном замораживании и оттаивании цементных материалов разрушает их.

Задача преодоления противоречий, заложенных в самой природе цемента, в известной мере решается его гидрофобизацией.

Гидрофобный цемент при перевозках и хранении даже в очень влажных условиях не портится. Поверхностно-активные вещества, содержащиеся в нем, оказывают пластифицирующее действие на бетонные (растворные) смеси, а также уменьшают водопроницаемость и повышают коррозионную стойкость и морозостойкость бетона. Например, если обычный бетон выдерживает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания, то гидрофобизированный может выдержать 1000 и более циклов.

Марки гидрофобного цемента те же, что и портландского. Гидрофобный цемент был создан в СССР. На основе советского опыта было начато изготовление этого цемента и за границей (например, в Англии).

Пластифицированный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера около 0,25% сульфитно-спиртовой барды (считая на сухое вещество) от веса цемента. Это поверхностно-активное вещество пластифицирует бетонные смеси, преимущественно жирные, позволяет снижать водоцементное отношение без ухудшения подвижности смесей и в ряде случаев дает возможность уменьшать расход цемента. Вместе с тем повышается морозостойкость отвердевшего бетона.

Белый портландцемент изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах).

Цветные цементы получают на основе белого портландцементного клинкера путем совместного помола с пигментами различных цветов, например с охрой, железным суриком, окисью хрома. Можно также получать цветные цементы смешиванием белого цемента с пигментами. Применение белого и цветных портландцементов, способствующее архитектурно-декоративному оформлению сооружений, имеет большое значение в индустриальной отделке крупноэлементных зданий. Эти цементы применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений. Кроме перечисленных, имеются еще некоторые специальные сорта портландцемента, например тампонажный, для производства асбестоцементных изделий.

Ячеистые бетоны получают путем вспучивания при помощи порообразователя смеси вяжущего, кремнеземистого заполнителя и воды с образованием в процессе твердения ячеистой структуры с равномерно распределенными по объему воздушными порами.

Среди населения бетон, как правило, ассоциируется с чем-то непробиваемым, массивным. Действительно, в лучшем понимании это материал с минимальными деформациями и очень малой воздухопроницаемостью, способный выдерживать большие нагрузки при осевом сжатии, обладающий высокой морозостойкостью (более 1000 циклов замораживания-оттаивания).

Указанные выше свойства обеспечиваются при оптимальном расходе минерального вяжущего и высокопрочных заполнителей различных фракций, например, щебня от 5 до 80 мм. Иной подход требует неординарных решений при подборе сырьевой смеси и в технологии производства. В противном случае диструкции не избежать диструкции, которая отражается в снижении качественных характеристик бетонных изделий. В частности, увеличение содержания вяжущих (новообразований) в соответствии с высокой дисперсностью заполнителей сопровождается высоким содержанием воды. В полученном бетоне наблюдается значительный объем капиллярной пористости, снижающий его водостойкость. В результате каждый цикл увлажнения-высыхания сопровождается потерей механической прочности из-за подверженности новообразований в бетоне к водоразмягчению по причине слабой закристаллизованности цементирующей связки. В начальный период высыхания бетона интенсивность испарения воды с поверхности больше интенсивности диффузии влаги внутри материала. В результате создается перепад влагосодержания по направлению потока влаги. Неравномерность усадки при этом вызывает появление напряжений, величины которых бывают большими собственной прочности поверхностного слоя цементного камня на растяжение, из-за чего появляются трещины. Высокое насыщение такого бетона водой при замораживании-оттаивании ведет к разрушению мелких пор и потере массы с увеличением удельного веса крупных пор, еще более снижающих водостойкость материала.

Активное взаимодействие с окружающей средой наблюдается и при использовании известкового вяжущего. После того, как изделие оказалось в воздушной среде, происходит химическая реакция (карбонизация) углекислого газа и новообразования в ячеистом бетоне (гидросиликата кальция), сопровождающаяся увеличением объемной массы изделия. Фактически происходит углекислотная коррозия ячеистого бетона в сухую жаркую погоду. В условиях карбонизации внутренние, еще непрокарбонизированные слои бетона мешают наружным закорбанизированным слоям свободно деформироваться. В результате в них образуются волосяные трещины, способные распространяться в глубину. Под воздействием климатических факторов трещины расширяются и углубляются, уменьшая тем самым долговечность ячеистобетонных конструкций. Естественно, применение в строительстве бетона, каким он представлен выше, не предусмотрено никакими нормативными документами. Разумеется, специалистам-исследователям пришлось немало потрудиться, чтобы из указанного выше диструктивного бетона сделать конструкционно-теплоизоляционный бетон для ограждающих конструкций плотностью 500-600 кг/м 3.

Немалые надежды связываются с ячеистым бетоном с более низкой объемной массой с целью использования его в качестве эффективного утеплителя. Надо сказать, что в бывшем СССР этой проблеме уделялось много внимания. Более 30 научно-исследовательских, проектно-конструкторских и строительных организаций занимались вопросами технологий, оборудования и эффективного применения ячеистого бетона во всех регионах. На уже действующих предприятиях осуществлялась корректировка компонентов сырьевых смесей, регулировался технологический режим, вводились новшества в сами технологии. Это позволяло заметно снизить процент брака и обеспечить рентабельность производства.

К неординарным решениям, обеспечивающим получение полноценного стенового материала из ячеистого бетона с объемной массой 500-600 кг/м 3 и ниже можно отнести следующие: применение автоклавной обработки, позволяющей повысить степень закристаллизованности новообразований, обеспечивающих более высокие прочностные свойства; использование добавок в сырьевой смеси, обеспечивающих снижение водотвердого отношения смеси, уменьшение толщины цементирующей пленки и ограничение сорбционной влажности бетона; отработка технологии приготовления бетонной смеси и режимов пропативания изделий в автоклавах, обеспечивающих уменьшение объема капиллярной пористости и длин капиллярных каналов, разобщения их мелкими сферическими порами, не заполняющимися водой при объемном водонасыщении.

Наличие вышеуказанных свойств у ячеистых бетонов обеспечивает их конкурентоспособность на рынке эффективных стеновых материалов, а конструкция с их применением не уступает слоистым ограждениям. Здесь в качестве утеплителя используются минераловатные плиты, способные противостоять влажной среде благодаря обработке гидрофобизирующими составами, полностью предотвращающими риск значительной концентрации влаги внутри стен и одновременно препятствующих гниению и разрушению конструкций, а также сохраняющих свои свойства на протяжении многих лет - столько, сколько служит само здание.

Нередко приходится наблюдать, как происходит изменение цвета стен из ячеистого силикатобетона в местностях, где воздух загрязнен промышленными и дымовыми газами. В немалой степени это объясняется тем, что их поверхность заряжена отрицательным электрическим зарядом, а частицы сажи - положительным. Отмыть сажу практически невозможно.

Проливные дожди, сопровождающиеся ветром, увлажняют поверхность бетона. При достижении им влажности 20% теплосопротивление уменьшается вдвое по сравнению с сухим состоянием. Для защиты бетона от взаимодействия с окружающей средой чаще всего изготовляется защитное покрытие в виде отделки каменными дроблеными материалами, керамической плиткой, гидрофобными материалами и т.п.. При этом, когда защитные покрытия соответствовали требованиям паропроницаемости и удаления влаги из стены, они служили отведенный им нормативный срок. В других случаях их применение оказывалось нецелесообразным.

Не менее эффективным средством является объемная гидрофобизация. Ее можно осуществить путем включения в бетонную смесь инертных добавок не растворяющихся в воде (например, битума), подвергнутых тонкому измельчению вместе с заполнителем. Полученная смесь перемешивается с ячеистобетонной смесью. В процессе автоклавной обработки расплавленные частички инертных добавок закупоривают большую часть микрокапилляров, ограничивая тем самым проникновение воды внутрь изделия, не меняя прочностных показателей.

Пропитка поверхностных слоев бетона, подвергающихся активному увлажнению, также осуществляется с помощью водоотталкивающих веществ (например, битума). Объемная гидрофобизация и пропитка нашли эффективное применение в животноводческих фермах и в производственных цехах с высокой влажностью внутреннего воздуха.

Для жилищного и гражданского строительства имеется зарубежный опыт применения композитных блоков, у которых внутренняя часть (сердцевина) может быть представлена эффективным утеплителем из ячеистого бетона, пенополистирола или другого ячеистого жесткого теплоизоляционного материала. По периметру к сердцевине крепится ограждение из отдельных стеночек, представленных соответствующими материалами - изделиями из цементно-песчаного бетона, архитектурного бетона, плитами из природного камня, гипсобетона, пластмассы.

Крепление элементов оболочки к сердцевине может быть осуществлено посредством клеящих составов, крепежных деталей и т.п.

Размеры композитных блоков зависят от наличия тех или иных средств механизации на строительной площадке. Наибольшая нагрузка в кладке воспринимается внешними и внутренними продольными ограждающими плитами. Для обеспечения связи между ними используется армирующая сетка, изготовленная из волокон (нейлон, стекло или из стальной проволоки), связанных между собой снаружи и изнутри короткими отрезками с интервалами.

Согласно имеющейся информации, в странах с развитой рыночной экономикой организация производства стройматериалов увязывается с возможностями реализации их внутри и на внешним рынках. Такой подход заметно отличается от существовавшей системы производства и потребления в СССР, предполагавшей создание крупных предприятий, продукция которых направлялась на стройки, расположенные в различных уголках страны. При такой организации производства допускалось применение технологий с дорогостоящим оборудованием, ибо при стабильном крупном объеме выпуска удельные затраты на единицу продукции были небольшими. К такому типу относилось и производство ячеистобетонных блоков с автоклавным твердением. В нынешних условиях таким предприятиям, если их продукция не идет на экспорт, нужно иметь резерв снижения себестоимости на такую величину, чтобы строительным организациям было целесообразно использовать транспорт для дальних перевозок.

Трудность сбыта своей продукции в условиях нестабильности финансирования капвложений в строительство в западных странах вынуждает производителей стройматериалов переходить к мобильным предприятиям, где задействовано недорогое технологическое оборудование, а небольшие объемы производства на отдельно взятых предприятиях гарантируют им работу под заказ. Поэтому пути пошли и московские производители ячеистобетонных изделий. Ими разработана технология производства ячеистых блоков на мобильных мини-предприятиях, позволяющая выпускать изделия с плотностью 450-500 кг/м 3 неавтоклавного твердения. При этом, как отмечается в рекламных проспектах, их свойства улучшаются с увеличением срока эксплуатации. В частности, повышается жесткость, снижаются усадка, сорбционная влажность и воздухопроницаемость, отпадает необходимость в антикоррозийном покрытии арматуры.

Проявление интереса к ячеистому бетону объясняется также и тем, что использование слоистых ограждений с применением пенополистирола обходится дороже и менее приемлемо по пожарно-техническим условиям. Кроме того, у слоистых конструкций более сложная схема определения теплофизических характеристик ограждения, чем у однослойного, представленного ячеистым бетоном. Известно, что каменные здания с отоплением и другими видами источников тепло- и влаговыделений разрушаются быстрее из-за увлажнения ограждающих конструкций конденсирующимся паром, дифундирующим изнутри помещения наружу. При этом, наряду с разрушительными процессами, снижаются и эксплуатационные свойства ограждения. В однородной конструкции можно с большей вероятностью прогнозировать отсутствие конденсации пара благодаря тому, что для этого может оказаться достаточной информация о соотношении падений упругости пара и температуры в толще ограждения. В многослойной конструкции для этого понадобиться знать еще и о разнице в теплопроводности и паропроницаемости, а также о сопротивлении тепловосприятию материалов слоев ограждения. И после этого данные прогнозирования конденсации пара в ограждении будут считаться неполными.

Следует также учитывать, что для изготовления слоистого ограждения требуется большее количество разнообразных материалов и соответственно большие капвложения. Поэтому, если ограждение из ячеистого бетона будет иметь превышение по массе и толщине, это не означает, что оно дороже.