CC BY
41УДК 666.94(083.74)
Л.Д. ШАХОВА, д-р техн. наук (shahova_ld@polyplast-nm.ru), Р.А. КОТЛЯРОВ, канд. техн. наук (kotliarov.ra@polyplast-nm.ru)
ООО «Полипласт Новомосковск» (301661, Тульская обл., г. Новомосковск, Комсомольское ш., 72)
Требования к нормальной густоте, водопотребности и водоотделению цементов для транспортного строительства
В настоящее время в РФ действует параллельно несколько стандартов на цементы для транспортного строительства, в которых отличаются технические требования к качеству продукции. Приведены сравнительные данные по нормативным требованиям к показателям качества цемента для транспортного строительства по отношению к воде, изложенные в различных нормативных документах РФ и зарубежных стран. Показано, что в ASTM и европейских нормах отсутствует такой показатель качества цемента, как водоотделение. Регулирование данного показателя цемента на цементных заводах невозможно, так как он относится к числу неуправляемых параметров. Анализ технической литературы показал, что водоотделение цемента не несет технологической нагрузки при производстве бетонной смеси. А водоотделение бетонной смеси зависит от многих факторов, и в первую очередь от состава самой бетонной смеси и качества ее смешивания. Высказано предложение заменить в стандарте ГОСТ Р 55224-2012 этот показатель качества цемента на показатель «нормальная густота».
Ключевые слова: цемент, транспортное строительство, водоотделение, нормальная густота, водопотребность.
Для цитирования: Шахова Л.Д., Котляров Р.А. Требования к нормальной густоте, водопотребности и водоотделению цементов для транспортного строительства // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 57-60.
L.D. SHAHOVA, Doctor of Sciences (Engineering) (shahova_ld@polyplast-nm.ru), R.A. KOTLIAROV, Candidate of Sciences (Engineering) (kotliarov.ra@polyplast-nm.ru)
OOO "Polyplast Novomoskovsk" (72, Komsomolskoye Highway, Novomoskovsk, 301661, Tula Region, Russian Federation)
Requirements for Normal Consistency, Water Demand and Water Separation of Cements for Transport Construction
At present, in the Russian Federation, there are several parallel standards on cement for the transport construction which differ by technical requirements for production quality. The comparative data on the regulatory requirements for the quality indexes of cement for the transport construction with regard to water set out in various regulatory documents of the RF and foreign countries are presented. It is shown that in ASTM and European norms there is no such indicator of cement quality as water separation. Regulation of this indicator of cement at cement factories is impossible since it is among the uncontrolled parameters. Analysis of the technical literature shows that the water separation of cement does not carry any technological load when producing the concrete mix. The water separation of the concrete mix depends on many factors, and first of all on the composition of the concrete mix itself and quality of its mixing. It is proposed to replace this indicator of cement quality with the indicator of "normal consistency" in the standard GOST P 55224-2012.
Keywords: cement, transport construction, water separation, normal consistency, water demand.
For citation: Shahova L.D., Kotliarov R.A. Requirements for normal consistency, water demand and water separation of cements for transport construction. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 5, pp. 57-60. (In Russian).
По ГОСТ 10178—85 «Портландцемент и шлакопорт-ландцемент. Технические условия» для бетона дорожных и аэродромных покрытий поставляется цемент, изготавливаемый на основе клинкера нормированного состава с содержанием С3А не более 8 мас. % (п. 1.14). Для бетона дорожных и аэродромных покрытий выпускались следующие типы цементов: бездобавочные цементы ПЦ 400-Д0-Н, ПЦ 500-Д0-Н; добавочные ПЦ 400-Д20-Н и ПЦ 500-Д20-Н при применении в качестве минеральной добавки гранулированного доменного шлака в количестве не более 15%. Дополнительными требованиями к этим цементам были: начало схватывания не ранее 2 ч; удельная поверхность с добавками шлака не менее 280 м2/кг (п. 1.14).
Из всех перечисленных марок и классов цемента до настоящего времени для производителей дорожных бетонов актуален только цемент ПЦ 500-Д0-Н.
В 2002 г. Московским автомобильно-дорожным институтом, ЗАО «Научно-технический центр», ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ЦНИИС) разработан стандарт отрасли «Портландцемент для бетонов искусственных сооружений и дорожных одежд Санкт-Петербургской кольцевой автомобильной дороги». Основные требования к качеству цемента в этом документе гармонизированы с требованиями п. 1.14 ГОСТ 10178—85. Также в нем впервые заложены требования по удельной поверхности (не менее 260 и не более 350 м2/кг) и водоотделению (не более 30%).
В 2005 г. разработана «Справочная энциклопедия дорожника. I том. Строительство и реконструкция автомобильных дорог» под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. А.П. Васильева. В справочнике приведены требования к материалам для строительства цементобе-тонных покрытий и принципы проектирования состава дорожного бетона. Основными требованиями к цементам стали требования п. 1.14 ГОСТ 10178—85, никаких дополнительных требований к цементам для дорожных бетонов не выдвигалось.
В 2012 г. введен в действие ГОСТ Р 55224-2012 «Цементы для транспортного строительства», разработанный ООО Фирма «Цемискон». В данном стандарте введена новая классификация цементов по областям применения, ужесточены требования к минералогическому составу клинкера и введены новые показатели качества. В этот стандарт вошли требования по удельной поверхности цементов и водоотделению, заложенные еще в СТО для Санкт-Петербургской кольцевой автомобильной дороги. Следует отметить, что значение по водоотделению было ужесточено - не более 28%. Данный стандарт не имеет аналогов в европейской нормативной документации на цементы для транспортного строительства.
Параллельно с ГОСТ 55244-2012 существует ГОСТ 33174-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Цемент. Технические требования», разработанный ООО «Биотех», Межгосударственным тех-
Таблица 1
Требования к цементам для транспортного строительства в Германии
Класс цемента по DIN EN 197-1 и DIN 1164-10 Дополнительные требования
CEM I 32,5 R или CEM I 42,5 N CEM II/A-LL1 CEM II/A-LL1 CEM II/A-S1 CEM II/B-S1 CEM II/A-T1 CEM II/B-T1 CEM III/A>42,51 - начало схватывания при 20°С > 2 ч2 - удельная поверхность <3500 см2/г3 - нормальная густота <28%3 - прочность в 2-суточном возрасте <29 МПа3 - для бетонов верхнего и нижнего слоев применять тот же класс цемента по прочности4 - содержание щелочных оксидов в пересчете на Nа20<0,8%5 -температура цемента 80оС
Примечание: 1 По согласованию с потребителем. 2Не применяется к СЕМ I 42^ в высокопрочном бетоне. 3Только для цемента СЕМ I 32^. 4При двухслойном покрытии. 5Для всех портландцементов общее содержание щелочи в перерасчете на эквивалент Na20<0,8% от массы (для других цементов содержание щелочи в соответствии с Директивой по щелочам.
ническим комитетом по стандартизации МТК418 «Дорожное хозяйство» и введенный в действие в качестве национального стандарта РФ с 01.07.2015 г. В данном стандарте предложена несколько иная классификация цементов по областям применения. Основные требования повторяют требования ГОСТ 55224—2012. Но содержатся дополнительные требования по нормальной густоте (п. 5.11) — не более 30% и температуре цемента при отгрузке (п. 5.14) — не более 80°С. Требования к верхнему пределу значения удельной поверхности изменены (п. 5.5) — не менее 280 и не более 400 м2/кг.
Европейские нормы к цементам для транспортного строительства сформулированы в документе TL Beton StB 07 [1]. В этом документе требования к цементам в Германии определяются DIN EN 197—1 или в особых случаях DIN 1164—10 с указанием дополнительных требований (табл. 1).
Следует отметить, что дополнительные требования по тонкости помола (не более 3500 см2/г) и нормальной густоте (не более 28%) относятся только к цементу типа CEM I 32,5 R. Таким образом, в требованиях евронорм к цементам любого типа нет такого показателя как водо-отделение, а для отдельных цементов нормируется только показатель нормальной густоты (Normal consistency).
Рассмотрим определение терминов, касающихся показателей качества цемента при оценке его свойств по отношению к воде, которые приведены в ГОСТ 30515-2013 [2] (табл.2).
До ввода в действие ГОСТ 30744 «Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка» [3] водопотребность определялась для цемент-
ного раствора с монофракционным песком по ГОСТ 310.4 [4] по расплыву конуса на встряхивающем столике для подбора В/Ц при изготовлении цементных балочек для испытаний на прочность. В настоящее время такой показатель для цементного раствора с полифракционным песком по ГОСТ 30744 [3] не определяется, так как при изготовлении цементных балочек В/Ц принято постоянным, равным 0,5.
Нормальная густота цементного теста определяется на приборе Вика и оценивается количеством воды в процентах для получения теста нормированной консистенции или пластичности [3].
Показатель водоотделения определяется по ГОСТ 310.6—76 [5]. Методика заключается в смешивании 350 г воды и 350 г цемента. Таким образом, водоцемент-ное отношение составляет 1. Объем осевшего цементного теста (см3) отмечают через 2 ч. Коэффициент водоотделения (объемный) (Кв) в процентах вычисляют по формуле:
Кв=(а-в)/&100,
где а — первоначальный объем цементного теста, см3; в — объем осевшего цементного теста, см3.
К указанной методике возникает ряд вопросов по корректности определения показателя водоотделения в соответствии с определением термина.
■ Назвать пластичным тестом водоцементную суспензию с массовой концентрацией по твердому веществу 50% при соотношении В/Ц=1 очень затруднительно. Даже в бетонных смесях очень редко встречается такое значение В/Ц.
Таблица 2
Определения терминов по ГОСТ 30515-2013
Термин Определение
Цементное тесто Однородная пластичная смесь цемента с водой
Цементный раствор Однородная смесь цемента, кварцевого песка и воды в любых соотношениях
Стандартный цементный раствор Однородная смесь цемента, стандартного песка и воды в нормированном отношении
Стандартный песок Кварцевый природный песок с нормированным зерновым и химическим составом, предназначенный для испытаний цемента
Водоцементное отношение (В/Ц) Отношение массы воды затворения к массе цемента
Цементно-водное отношение (Ц/В) Величина, обратная водоцементному отношению
Водопотребность цемента Водоцементное отношение, при котором достигается нормированная подвижность стандартного цементного раствора
Нормальная густота Водоцементное отношение в процентах, при котором достигается нормированная консистенция цементного теста
Водоотделение Количество воды, отделившееся при расслоении цементного теста, хранившегося в нормированных условиях, вследствие седиментационного осаждения частиц цемента
■ Не указаны сроки проведения испытаний: сразу после помола (проба из мельницы); после хранения в лабораторных условиях и в течение какого времени; при отправке партии цемента потребителю (проба из силоса).
■ В соответствии с определением термина по ГОСТ 30515-2012 [2] некорректно относить расслоение суспензии к седиментационному осаждению. Произ-водители цемента знают, что водоотделение одного и того же цемента при одной и той же тонкости помола изменяется после выдерживания цемента длительное время в силосах. Если даже учитывать, что в процессе хранения может происходить укрупнение частиц за счет агломерации при слеживании, то водо-отделение должно увеличиваться по закону Стокса. Но, как правило, в процессе хранения водоотделение снижается на 5-15%.
■ Для производителей цемента водоотделение относится к неуправляемому параметру, так как до сих пор нет ясности, от каких факторов он зависит, а это обусловливает невозможность регулирования данного показателя.
Наиболее полное исследование по влиянию показателей качества цемента на водоотделение было предпринято на кафедре цементов БГТУ им. Шухова А.С. Нормантовичем под руководством В.М. Коновалова [6]. Показано, что водоудерживающую способность цементных суспензий определяют особенности структурообразования цементного камня в первые минуты гидратации. Седиментационно устойчивы цементы, обладающие высоким зарядом гидратирую-щейся поверхности, что согласуется с законами коллоидной химии. На водоотделение не оказывают влияния тонкость помола, гранулометрический состав цемента, минералогический состав клинкера. Единственным регулятором водоотделения может служить присутствие в цементе полуводного гипса или активного кремнезема минеральных добавок. Для регулирования сроков схватывания отечественные цементные заводы применяют природный двуводный гипсовый камень. Перевести двуводный сульфат кальция в полуводный можно в процессе измельчения цемента, подняв его температуру на выходе из мельницы выше 110—1200С. Но при этом возникает большая опасность получения цементов с ложным схватыванием. При хранении в силосах такой цемент плохо остывает и к потребителю может поступить горячим. Последствия применения цементов с ложным схватыванием или горячего цемента производители бетона хорошо знают.
Схожая методика по определению декантируемой воды дана в ASTM С940-16 [7]. Данная методика разработана для определения отделенной воды из свежеприготовленного смешанного гидравлического цементного раствора, используемого при производстве бетона раздельной укладки независимо от того, включает ли цементный раствор мелкие заполнители, или минеральные добавки, или и то и другое. При этом водоцементное отношение цементного раствора выдерживается согласно технологии.
История вопроса подтверждает, что требования по водоотделению были сформулированы специалистами по дорожному строительству, на основании якобы взаимосвязи между водоотделением цемента и бетонной (растворной) смеси.
Изготовление и испытания бетона для дорожных покрытий в Евросоюзе производятся на основе норм ^ ВеЮп^В 07 [1] и ТР ВеЮп^В [8]. Состав бетона определяется по результатам контроля в процессе производства. При этом для покрытий строительного класса SV от I до III водоцементное отношение не превышает 0,45, а для покрытий от IV до VI классов - 0,5.
Содержание цемента зависит от местных условий. Для покрытий строительного класса SV от I до III расход цемента должен составлять не менее 340 кг/м3 в уплотненном свежем бетоне. И нигде нет нормированных требований к водоотделению самого цемента как показателя его качества.
В данном случае не рассматривается подробно влияние водоотделения бетонной смеси на качество бетона. Известно только, что все свежеприготовленные бетоны подвержены водоотделению и процесс этот продолжается до тех пор, пока все компоненты смеси не уплотнятся до момента затвердевания. Остановимся вкратце на причинах, вызывающих чрезмерное водоотделение бетонных смесей. Анализ причин водоотделения бетонных смесей (Blutender Beton (нем.) или Concrete bleeding (англ.)) приведен в работах [9—14].
Исходными и основными причинами водоотделения бетонных смесей являются:
• неправильно подобранный состав бетонной смеси (В/Ц, количество мелкой фракции, содержание очень мелкой фракции в песке, содержание цемента, тип цемента);
• плохое смешивание компонентов.
Факторы, влияющие на водоотделение при укладке бетонных смесей:
• методы обработки и переработки бетонной смеси;
• температура бетонной смеси;
• температура и относительная влажность окружающей среды;
• марка (тип) и степень последующей обработки бетона;
• высота подачи бетонной смеси в опалубку;
• расположение бетонной смеси — горизонтальное (потолки, полы) или вертикальное (колонны, стены).
К способам сокращения водоотделения бетонных смесей относят:
• снижение содержания воды;
• использование тонкомолотых цементов, например тонкомолотые цементы III типа дают более низкое во-доотделение бетонной смеси, чем цементы I типа;
• увеличение доли мелких фракций в мелком заполнителе;
• использование дополнительного количества цементных материалов;
• использование воздухововлекающих или стабилизирующих добавок;
• добавление тонкодисперсных наполнителей для регулирования водоотделения в виде каменной муки (известняки, природные пуццоланы, топливные золы).
Таким образом, водоотделение бетонных смесей регулируется совершенно другими способами. Водо-отделение подобранных составов бетонных смесей контролируется по двум методикам, нормированным в стандарте ASTM C232 / C232M-14 [15].
Возникают вопросы к показателю водоотделения цемента, нормированного по ГОСТ 55244-2012:
1. Какую технологическую нагрузку несет этот показатель в технологии бетона?
2. Можно ли вносить этот параметр в нормируемый стандарт на цементы для транспортного строительства, если производители цемента не могут обеспечить установленный показатель, особенно на заводах, работающих по сухому способу и на мельницах замкнутого цикла? Водоотделение цементов, выпущенных на цементных заводах нового поколения, превышает значение 30%. Как показала практика обязательной сертификации цементов, введенная с 2016 г., только три предприятия получили сертификаты на дорожные цементы по ГОСТ 55244-2012. А для транспортного строительства продолжают заказывать цемент ПЦ 500-Д0-Н по ГОСТ 10178-85.
Возникает версия, что при переводе требований международных стандартов к цементам для транспортного строительства взамен показателя «нормальная густота» или «водопотребность» (Normal consistency), определяемого по стандартам ASTM 187 [16], EN 196-3 [17], ISO 9597 [18] на приборе Вика (Vicat)), ввели показатель «водоотделение» как показатель качества цемента по водопотребности.
Эксперименты в лабораторных условиях и при проведении промышленных испытаний в отделении помола цемента на ряде цементных заводов подтвердили независимость водоотделения от других показателей качества цемента, которыми могут управлять при производстве цемента, например, удельная поверхность и гранулометрический состав, минералогический состав клинкера, содержание минеральных и технологических добавок. Опыты еще раз подтвердили, что наиболее достижимым способом регулирования водоотделе-ния при производстве цемента является введение в состав цемента даже небольших количеств (1—1,5%) активных минеральных добавок типа опоки или трепела. Однако присутствие этих добавок не допускается требованиями ГОСТ 55244.
В связи с вышеизложенным предлагаем исключить показатель «водоотделение» из стандартов на цементы для транспортного строительства и внести показатель нормальной густоты, значение которой отражает водо-потребность самого цемента в составе бетонной смеси и зависит от тонкости помола цемента, минералогического состава клинкера и содержания минеральных добавок.
Список литературы/ References
1. TL Beton StB 07. Technische Lieferbedingungen für Baustoffe und Baustoffge-mische für Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken aus Beton. http://www.gesetze-bayern.de/Content/ Document/BayVwV290273 (Date of access 27.04.18).
2. ГОСТ 30515—2013. Цементы. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2014. 38 с.
2. GOST No. 30515-2013 Cements. General specifications. Moscow: Standartinform. 38 p. (In Russian).
3. ГОСТ 30744-2001. Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка. М.: Стандартинформ, 2011. 34 с.
3. GOST No. 30744-2001. Cements. Test methods with use of polyfractional sand. Moscow: Standartinform. 34 p. (In Russian).
4. ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии. М.: Издательство стандартов, 1992. 15 с.
4. GOST No. 310.4-81. Cements. Methods of determination of strength at a bend and compression. Moscow: Izdatelstvo standartov. 1992. 34 p. (In Russian).
5. ГОСТ 310.6—85. Цементы. Метод определения во-доотделения. М.: Издательство стандартов, 1993. 4 с.
5. GOST No. 310.6-85. Cements. Water separation definition method. Moscow: Izdatelstvo standartov. 1993. 15 p. (In Russian).
6. Нормантович А.С. Регулирование процесса водоот-деления цементно-водных дисперсных систем. Дисс... канд. техн. наук. Белгород. 2005. 124 с.
6. Normantovich A.S. Regulation of process of water separation of cement-water disperse systems. Cand. Diss. (Engineering). Belgorod. 2005. 124 p. (In Russian).
7. ASTM C940—16. Standard Test Method for Expansion and Bleeding of Freshly Mixed Grouts for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory. Philadelphia: American Society for Testing Material (ASTM). 2016.
8. TP Beton-StB Technische Prüfvorschriften für Baustoffe und Baustoffgemische für Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken aus Beton, Ausgabe 2010. Quelle: FGSV; FGSV Regelwerk R 1 Köln (Deutschland), FGSV Verlag. 2010. 72 p.
9. Egmond B., Hermann K. Bleeding Concrete. Cement bulletin. 1999. No. 67, pp. 3-7.
10. Concrete Bleeding. Causes, effects and control. By Concrete Construction Staff. 1988. October. http://www. concreteconstruction.net/how-to/construction/ concrete-bleeding_o (Date of access 27.04.18).
11. Goguen C. Concrete Bleeding. National Precast Concrete Association. Precast Inc. Magazine. 2014. September-October. https://precast.org/2014/09/ concrete-bleeding/ (Date of access 27.04.18).
12. Norm SIA 162/1: Betonbauten Materialprüfung. Zürich: Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein Postfach. 1989. 80 p.
13. Weigler H., Karl S. Beton: Arten, Herstellung, Eigenschaften. Berlin: Ernst. 1989. 292 p.
14. Singh B. Bleeding in concrete. International journal of civil engineering and technology. 2013. March-April. Vol. 4, Issue 2, pp. 247-249.
15. ASTM C232 / C232M-14. Standard Test Method for Bleeding of Concrete. American Society for Testing Material (ASTM). 2014.
16. ASTM C187 - 16. Standard Test Method for Amount of Water Required for Normal Consistency of Hydraulic Cement Paste. American Society for Testing Material (ASTM). 2016.
17. BS EN 196-3-2016. Methods of testing cement. Determination of setting times and soundness. British Standards. 2016.
18. ISO 9597:2008. Cement. Test methods. Determination of setting time and soundness specifies the methods for determining standard consistence, setting times and soundness of cements. Geneva: International Organization for Standardization (ISO). 2008.
Технология производства стеновых цементно-песчаных изделий
Балакшин Ю.З., Терехов В.А. М.: ООО РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ». 2012. - 276 с.
В книге описано производство и применение стеновых материалов методом вибропрессования из цементно-песчаных бетонов. Рассмотрена существующая и перспективная номенклатура изделий и их свойства. Описаны сырьевые материалы для производства цементно-песчаных изделий: песок, щебень, вяжущие и химические добавки.
Сформулированы специфические требования к сырьевым материалам, а также рекомендации по подбору состава бетонной смеси. Подробно представлена технология производства цементно-песчанных вибропрессованных стеновых изделий. Особое внимание уделено технологическому контролю на производстве и техническому контролю и обслуживанию оборудования. Чертежи и табличная информация облегчают восприятие материала. Книга предназначена для организации производственно-технического обучения на предприятии, будет полезна инженерно-техническому персоналу и широкому кругу специалистов.
Заказать литературу можно через редакцию, направив заявку по e-mail: mail@rifsm.ru, или оформить заказ на сайте www.rifsm.ru
