Мар 102011
 

В.П. Кузьмина, канд.техн.наук, директор ООО «Колорит-Механохимия»

Статья кандидата технических наук Веры Павловны Кузьминой комплексно описывает еще довольно экзотический в нашей стране строительный материал – цветной цемент. Тем интереснее будет читателям познакомиться с мнением автора – не только известного ученого, но и практика.

Рассмотрим потребительские характеристики цветных цементов, получаемых различными способами. Известно, что нормативно-техническая документация, такая как, государственные стандарты,  отраслевые, ведомственные и другие технические

условия (стандарты предприятия) отражают действительный уровень развития техники и технологии. Анализ данных сборника стандартов стран  мира  на  цементы,

издаваемого Европейской цементной ассоциацией, позволил установить наличие государственных стандартов на цветные  цементы  в трех странах:  Россия,  Болгария,  Венгрия. Известно, что многие страны мира производят цветные цементы по  отраслевым  или  фирменным стандартам, стандартизуя  требования к пигментам для цементов, как например, Великобритания (ВS 1014). Карта технического уровня цветных цементов в сравнении с патентной продукцией приведена в таблице 1.

Анализируя значения  базовой  номенклатуры  показателей качества цветных цементов по стандартам стран, следует отметить следующее:

— Цветные цементы  имеют  те  же классификационные признаки и терминологию, что и общестроительные,  отличаются  от  последних только декоративными свойствами.

Вещественный состав цветных цементов варьируется в широких пределах: государственный стандарт России предусматривает содержание портландцементного клинкера не менее 80%, стандарты Болгарии и Венгрии — не менее 60%,  патент – не менее 60%,  т.е.  предусматривается более широкое применение активных и инертных минеральных добавок  с  рациональным использованием  активности портландцементного клинкера за счет тонкого измельчения цемента.

— Стандарты стран нормируют  тонкость помола цемента,  контролируемую по удельной поверхности методом Блейна. Значение удельной поверхности колеблется в пределах от 250 до 260 м2/кг. ГОСТ РФ не предъявляет требований к удельной поверхности, нормируя остаток на сите N 008, который не дает полной характеристики гранулометрического состава цемента. Механоактивированный цветной цемент имеет удельную поверхность от 600 до 900 м2/кг по методу адсорбции аргона и превышает  требования государственного стандарта ГОСТ 15825 по тонкости помола (проход через сито № 008 от 96 до 98,5%).

— Применение цветных цементов в качестве отделочного  материала диктует  необходимость нормирования его прочности в ранние сроки 1,  3 и 7 суток,  а не в 28 суток. ГОСТ РФ не нормирует прочность цветного портландцемента в ранние сроки, напротив, стандарты стран нормируют.

По кинетике набора прочности механоактивированный цветной цемент превышает рядовые показатели. В трехсуточном возрасте при нормальном твердении он имеет прочность при сжатии 57-78%, а при изгибе – 70-84% от марочной прочности, т.е. имеет отпускную прочность.

Белизна портландцементного клинкера и добавок для цветного портландцемента нормирована только в ГОСТ РФ, стандарты Болгарии и Венгрии не стандартизируют этот показатель,  а  требуют  соответствия цвета цветных цементов утвержденным эталонам.

Цветовая гамма цветных  цементов  во  всех  рассмотренных странах ограничена узким кругом применяемых красящих добавок. Механоактивированные цветные цементы отличает широкая цветовая гамма непривычно ярких и чистых оттенков.  Окрашенные гидросиликаты проявляют высокую стойкость к одновременному атмосферному воздействию тепла, влаги и солнечного света.

Методы испытаний цветных цементов не гармонизированы по странам: Государственный стандарт ГОСТ 10178 на портландцемент и шлакопортландцемент предусматривает применение Европейских  норм  на методы испытания прочности цементов, что соответственно надлежит сделать и для цветных цементов. Однако, в  условиях  спада производства декоративных цементов в России и отсутствия серийного производства цветных цементов, прогрессирующего удорожания топливно — энергетических ресурсов,  нецелесообразно вести переоснащение заводских лабораторий новым  оборудованием.

Основы производства и твердения цветных портландцементов подробно рассмотрены в трудах учёных разных стран мира /1-8/.

О механизме связывания воды при гидратации цветных цементов имеются различные точки зрения, однако все они сходятся на том, что основную роль играет силовое поле притяжения  вблизи поверхности минеральных частиц.  Согласно В.Н. Юнгу формирование коагуляционной  структуры цементного геля сопровождается сжатием (контракцией) его объема. Это явление возникает через 10 — 15 минут после затворения цемента водой и достигает своего максимума в стадии завершения коагуляционного структурообразования и  затем экспоненциально убывает в процессе формирования и упрочнения кристаллогидратной  структуры  цветного цементного камня (микробетона).

Механизм контрактации цементного геля обусловлен следующими физико-химическими процессами: достижением полного смачивания частиц и выделением

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЛОГОВ ЦВЕТНОГО ЦЕМЕНТА                                                                                                                                                                                                            Таблица 4.1.4.3.1.

Наименование показателя Ед. изм.

Принятые нормативные требования

Россия ГОСТ 15825/ патент Болгария БДС 12017 Венгрия MSZ 4702/52)
1 2 3 4 5

 

1. По вещественному составу*)

1.1. Вид используемого портланд-

цементного клинкера

белый                               для цементов всей            для цементов всей         для цементов всей

цветовой гаммы               цветовой гаммы           цветовой гаммы

цветной                             не применяется               нет данных                 то же                                                                                   рядовой отбеленный                 для цементов желто-красной         не применяется             не применяется

гаммы и коричневого цвета

рядовой                       для цемента черного цвета          не применяется              не применяется

 

1.2. Содержание портландцемент-

ного клинкера, не менее

1.2.1. цветной портландцемент     %              80/*)                    80                           80

1.2.2. цветной цемент             %         не нормируется/60             60                           60

1.3.   Содержание красящих

добавок, не более          %              15/10                    15                           15

1.3.1 Содержание органического

пигмента, не более          %               0,5/*)                не нормируется           не нормируется

1.4. Содержание минеральных

добавок, не более    %                       6/40                 20 в сумме с красящей       20 в сумме с кра-

добавкой                    сящей добавкой

1.5. Содержание специальных

добавок, не более            %               2/*)                 не нормируется                не нормируется

1.6. Содержание пластифицирующих

и гидрофобизирующих добавок,

не более                     %               0,3/2,0              не нормируется                 не нормируется

2. Классификация цементов по        красный, желтый, зеленый, красный, желтый, зеленый, красный, желтый, зеленый,

цвету                            голубой, розовый, корич-  голубой, розовый, корич-  голубой, розовый, корич-

невый и черный/белый      невый и черный            невый и черный
 

 

 

1 2 3 4 5

3.По физико-механическим свойствам

3.1. По механической прочности

не менее

МПа     сжатие   ¦  изгиб      ¦ сжатие    ¦   изгиб      ¦  сжатие    ¦ изгиб

марка 25

7 суток                                 не нормируется          12           2             10          2

28 суток                                 не нормируется          25           4             25          4

марка 35

1 сутки                                 не нормируется            не нормируется           12          2,5

3 суток                            не нормируется/70% от марки  14           3             не нормируется

7 суток                                 не нормируется            не нормируется           18          3,2

28 суток                                 не нормируется          35           5,5           35          5,5

марка 300

3 суток**)                       16,2(165)    2,95(30)

28 суток                          29,4(300)    4,40(45)          не нормируется            не нормируется

марка 400

3 суток**)                       22,6(220)         3,44(35)

28 суток                          39,2(400)    5,40(55)          не нормируется            не нормируется

марка 500

3 суток**)                       27,5(280)         3,93(40)

28 суток                          49,0(500)    5,90(60)          не нормируется            не нормируется

3.2. По срокам схватывания,

начало, не ранее        час-мин          0 – 45/0-30***)           0 — 45                         0 — 60

конец,  не позднее      час-мин         12 – 00/4-00***)          12 — 00                        12 — 00

3.3. По тонкости помола

остаток на сите 008,

не более                  %               10/4                       15                      не нормируется

удельная поверхность

по Блейну, не менее     м2  /кг           не нормируется       не нормируется                     250 3) 260 4)

4. По химическому составу

4.1. Коэффициент насыщения

(КН) клинкера, не менее                 не нормируется         не нормируется                      0,85

4.2. Содержание оксида магния

(MgO) в клинкере, не более  %               5/*)                       5                             5

4.3. Содержание свободного

оксида кальция (СаО своб.),

не более                   %               1,5/*)               не нормируется                не нормируется

 

  2 3 4 5

4.4. Содержание ангидрида серной

кислоты (SО3) в цементе,

не более                      %             3,5/*)                     3,5/*)              не нормируется

5. Белизна исходных материалов,    %

менее                        абс.шк.

5.1. Белый портландцементный

клинкер

5.2. Отбеленный рядовой порт-

ландцементный клинкер                      68                     не нормируется            не нормируется

5.3. Активные минеральные добавки               40                     не нормируется

68 5)                  не нормируется            не нормируется

40 6)                  не нормируется            не нормируется

6. Номенклатура красящих добавок      Железная красковая гемати-       нет данных   Неорганические и органические

товая руда, желтый железо-                    синтетические пигменты и при-

окисный пигмент, голубой и                   родные красковые руды (марган-

зеленый фталоцианиновый                          цевая руда, охра, мумия)

пигмент, пероксид/желтый

светопрочный,красный 5С,красный,

коричневый,черный,зеленый ж/о пигм.

7. По декоративным характерис-

тикам цементов

7.1. Оценка цветовых характе-         Визуальное сравнение с              нет данных       Визуальное сравнение

ристик цементов                  эталоном (цемент или                                 с эталоном

цементная покраска)/ дифрактометр

диффузного рассеяния(цемент)

7.2. Нормативные требования к         Цемент должен быть однородным       нет данных          нет данных

декоративным свойствам           по цвету и сохранять свой цвет

цементов                         при тепловлажностной обработке

и воздействии ультрафиолетовых

лучей/*)

——————————————————————————————————————

Примечание: 1) Испытание механической прочности при использовании однофракционного песка.

2) Испытание механической прочности при использовании полифракционного песка.

3) Для марки 25. 4) Для марки 35. 5) При производстве зеленого, голубого и розового цементов.

6) При производстве цементов желто-красной гаммы, коричневого и черного.

*) Патент соответствует требованиям ГОСТ 15825.

**)По патенту № 2094403   ***) Для портландцемента цветного с пластифицирующей добавкой, литьевого

 

 

(вытеснением) с их поверхности адсорбированного воздуха; сорбцией воды поверхностью и наружными порами  смачиваемых частиц,  сопровождающейся более плотной упаковкой ориентированных молекул пленочной воды; образованием  ионной среды вокруг частиц цемента (в результате поверхностного растворения составляющих минералов), ведущим к увеличению количества связанной воды; изменением плотности частиц цемента и «воды» при образовании кристаллогидратов. Из приведенного видно,  что при  затворении  цемента  водой возникают сложные физико-химические явления,  сопутствующие процессу образования связанной структуры цементного геля. Интенсивность протекания процесса и прочность структурных связей определяются многими факторами, зависящими от минералогического состава цемента,  наличия в нем разного рода добавок (присадок), способов приготовления и уплотнения цементного геля.

Качество декоративных портландцементов,  выпускаемых в настоящее время промышленностью, еще не отвечает высоким требованиям, которые  представляет к ним строительная индустрия.

Цветным цементам свойственна склонность к усадочным явлениям, что  вызывает необходимость изготовления растворов и бетонов на качественных заполнителях при относительно  меньших  удельных расходах цемента. Возникновение в процессе твердения усадочных  деформаций  и микротрещин, через которые происходит миграция гидрооксида кальция на поверхность и последующая карбонизация, способствует течению процесса высолообразования. Высолообразование цементного камня из портландцемента —  процесс диффузионный,  определяется не содержанием в цементе водорастворимых солей и извести Са(ОН)2, а плотностью цементного камня.  Цветные шлакопортландцементы не дают высолов, однако, их производство ограничено наличием отбеленных промышленных шлаков. Установлена взаимосвязь  процесса высолообразования с условиями гидратации цемента.  Выявлено,  что повышение влажности  и температуры свыше 40оС среды твердения усиливает высолообразование. Наибольшее количество высолов образуется в первую неделю твердения декоративного цемента. Минералогический состав  клинкера оказывает определенное влияние на процесс высолообразования.  Увеличение  в цементном клинкере содержания С2S (КН<0,85 при n = 3,6) или С3S (КН  =  0,90 при n<2,5) способствует  снижению высолообразования.  Еще большее снижение высолообразования достигается при повышении плотности  цементного камня с увеличением содержания силикатов (n > 3,6 при КН = 0,90).

Исследованием диффузии гидрооксида кальция с помощью метода меченных атомов установлено, что процесс высолообразования определяется способностью гидрооксида кальция перемещаться в цементном камне,  ее же количество играет меньшую роль. В связи с этим эффективным является способ снижения высолообразования  за  счет уменьшения подвижности гидрооксида кальция, что достигается введением в цемент кремний содержащих добавок.  Снижает высолообразование уплотнение цементного камня. Уменьшение макропористости на 2 — 3% снижает высолообразование на 35 — 50%.

Эффективность гидравлических добавок обусловлена не только их активностью, но и влиянием на плотность цементного камня.

Введение кремнийорганических соединений типа полиорганилсилоксановых жидкостей при помоле клинкера белого портландцемента, интенсифицируя этот процесс на 10-25%, позволяет получить цемент повышенной высолостойкости,  гидрофобности  и  механической прочности.  С уменьшением длины цепи органического радикала наблюдается некоторое повышение эффективности действия за счет лучшей адсорбции на цементных частицах.   Комплексная добавка ускоряет процесс  твердения  цементного камня,  повышает его плотность и способствует образованию гидрооксида кальция в активном аморфном состоянии, что и повышает высолостойкость цемента.  Повышается также морозостойкость и механическая прочность цементного камня на 10 — 20%,  снижается пористость  на 3%  и его гидрофобность,  уменьшается водопоглощение вдвое. С введением пигментов снижается плотность цементного камня и усиливается процесс высолообразования,  в виде белых налетов, которые видны на цветной поверхности.

В настоящее  время предложено много способов и приемов снижения высолообразования  (уменьшение  водоцементного  отношения, правильный подбор исходных материалов,  использование чистых материалов, хорошее перемешивание составляющих, соблюдение условий твердения).  Тоско К., Сиро И., Ваки Д. проводя исследования по предотвращению высолообразования цветных цементов,  установили, что для ликвидации высолообразования следует ввести в состав цемента акрилат кальция  и  мальтозную кислоту.  Эти вещества,  находясь в жидкой фазе цементного раствора, вступают в реакцию с ионами Са2+, Na+, К+, образуют нерастворимые соли, в результате чего уплотняется структура,  уменьшается испарение  воды,  что  способствует предотвращению выцветания камня. Рабой Р.,  Конлон К.  и П.Хамель изучили выцветы на поверхности двух бетонов — плотного и пористого, изготовленных на окрашенных цементах. Авторами показано, что незначительные выцветы дают бетоны на пуццолановых цементах и совсем  не  дают шлаковые. Для предотвращения выцветов ими предлагается избегать  избытка воды затворения и конденсации ее на поверхности изделия. И.Ф.Пономарев, П.Г.Гайджуров,  А.П.Зубехин и др., занимаясь разработкой  методов  повышения цветостойкости декоративных цементов, установили, что процесс высолообразования,  происходящий за счет молекулярной диффузии, описываемой уравнениями Фика, может быть устранен за счет ввода  в  цемент  одновременно активных добавок и поливинилацетатной эмульсии.

В настоящее время,  в европейской части Российской  Федерации  только  ООО «Цемдекор» (город Подольск Московской области) производит в промышленных объемах цветные цементы голубого, красного, желтого, зеленого, коричневого и черного цветов при этом,  их усредненная цена за тонну  с 1995 по 2008 гг. возросла в 4,5 раза.

В России рынок потребления цветных цементов не сформирован в связи с отсутствием предложения от производителя качественного цветного цемента. Декоративный бетон получают из смесей, окрашенных пигментами или колеровочными пастами, хотя из рассмотренных выше данных очевидно то, что применение цветных цементов является значительно эффективнее.

Постановка на собственное производство нового вида цветных механоактивированных портландцементов /9/ позволит создать серийное производство цветного эталонированного портландцемента, создать универсальный полупродукт для развития смежных отраслей и сформировать отечественный рынок потребления цветных цементов.

В долгосрочной перспективе необходимо формирование конкурентных производств цветных цементов на основе лицензионных наукоемких технологий, способных удерживать конъюнктурный отбор товара на внутреннем и внешнем рынках в условиях открытой конкуренции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Авторы Наименование источника
1.                  Боженов П.И.,

Холопова Л.И.

 

2.                  Зайцева Г.М.

 

 

 

3.                  Перцовский В.И.

 

 

 

 

4.                  Атакузиев Т.А.,

Кузнецова Т.В.

Искандарова М.И.

 

5.                  Теореану И.

 

 

 

6.        Боженов П.И.,

Холопова Л.И.

 

 

7.

 

 

 

 

8.          Гулямов М.Г.

 

 

9.          Кузьмина В.П.

Цветные цементы и их применение в строительстве.

Л., Стройиздат, (Ленинград. отделение), 1968.

 

Исследование возможностей управления цветом

отделочных бетонов из цветных клинкерных  цементов.

Автореф. дисс. канд. техн. наук. (05.484) Л., 1969.

 

Разработка тонкослойных декоративно-защитных покрытий и исследование их эксплуатационных качеств для отделки фасадов жилых домов.

Автореферат дисс. канд. техн. наук (05.489). М., 1972.

 

Цветные цементы по малоэнергоемкой технологии:

Ташк. политехн. ин-т им Абу Райхана Боуни. Таш-

кент: Фан., 1988.-100 с., (1) с.: ил.; 20 см.

 

Химия белых и цветных цементов. Основной доклад

М., 1974. 40 с. YI Междунар. конгресс по химии цемента. Москва, сент. 1974. (Докл. 7). Библиогр.: с. 33-41.

 

Цветные клинкерные цементы. М., 1974. 11 с.

YI Междун. конгресс по химии цемента. Москва,  сент. 1974. Доп. докл. Разд. III.III-8 (185). Библиогр. : с. 7-8.

 

Фазовый состав, структура и свойства декоративных цементов. М., 1974.  7 с. YI Междун. конгресс по химии цемента. Москва, сент. 1974. Доп. докл. Раздел III.III-8. (184). Библиогр.: с. 7-8.

 

Декоративные цементы, их получение и твердение.

Ташкент, «Фан», 1971.

 

Механоактивированные цветные цементы // Ж. Строительные материалы,  TECHNOLOGY , 7 /2005, с. 25-27

 

 

 

 Posted by at 19:16

 Leave a Reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

(required)

(required)

Включите изображения, чтобы увидеть вопрос *

Яндекс.Метрика