Широкая номенклатура выпускаемых промышленностью цементов и неограниченное разнообразие условий их применения в строительстве требуют выбора наиболее эффективных из них для конкретных условий производства. Необходимость сравнительной оценки различных цементов возникает достаточно часто, например при проектировании составов бетонов для определенных технологий производства; при выборе материалов для объектов с большим объёмом бетона (гидротехническое строительство); при введении в цемент различных добавок и определении их количества; при установлении цен на цементы; нормировании расхода цемента и т. д.
Основные свойства цементов – вещественный состав, марочная прочность, сроки схватывания, равномерность изменения объема и некоторые другие – нормируются государственными стандартами. По этим характеристикам в простейших случаях можно сравнивать между собой два или более цемента, например, по их марке.
Одинаковый расход цемента обычно показывают два цемента одной марки и водопотребности в бетонах одного состава на одинаковых заполнителях в возрасте 28 сут нормального твердения. Однако изменение любой из названных характеристик цементов в бетоне может нарушить равенство раскола цемента.
Так, сокращение сроков твердения может повысить эффективность быстротвердеющих (алитовых) цементов, а увеличение – эффективность медленно твердеющих, но имеющих больший потенциал (белитовых) цементов. Аналогичное смещение эффективности может наблюдаться при переходе от нормального твердения к ускоренному (пропариванию), при котором на кинетику роста прочности влияет минералогический состав цемента и расход двух цементов одной марки в бетоне заданной после пропаривания прочности, отличается на 50-100 кг/м3.
Эффективность двух цементов может меняться в бетонных смесях повышенной или пониженной удобоукладываемости, в бетонах различной морозостойкости, проницаемости, износостойкости и т. д.
Неоднозначным является вопрос о выборе критериев оценки эффективности цементов. Очевидно, что применение в качестве критерия эффективности какого-либо показателя, нормируемого ГОСТами на цементы, наиболее желательно и просто, таким показателем могла бы служить марка цемента, определяемая по ГОСТ 320.4-76. По этому критерию цемент распределяется плановыми органами и даются типовые нормы его расхода (СН 386-74). С этой позиции получается, что чем активнее цемент, тем он более эффективен. Однако многолетний опыт производства бетона противоречит приведенным выше соображениям.
Возможны два метода оценки эффективности: абсолютный и относительный. При абсолютном методе за эталон принимается какой-либо цемент, обладающий высокой стабильностью свойств во времени, с которым сравниваются все остальные. К сожалению, таких цементов наша промышленность не выпускает, поэтому более реален относительный метод, состоящий в том, что для данных условный производства стабилизируются основные технологические факторы, проектируются оптимальные составы бетона на сравниваемых цементах и затем определяется их эффективность относительно друг друга по выбранным критериям.
О данным анкетирования ведущих специалистов в области производства цемента и технологии бетона и результатам других исследований сформулированы основные положения по выбору критериев оценки эффективности. Понятие эффективности цемента не абсолютно и имеет смысл только в конкретно четко ограниченных условиях применения цемента в бетоне. Сравнивать эффективность различных цементов можно только для бетонов с одинаковыми прочностью в заданные сроки и условиями твердения, удобоукладываемостью бетонной смеси и условиями эксплуатации бетонных конструкций. Эффективность цементов можно оценить по показателям характеризующим расход цемента на единицу прочности бетона заданного качества и стоимость цемента на единицу прочности бетона.
Для практического использования предложенных критериев при конкретных условиях производства необходимо запроектировать и подобрать составы бетонов на сравниваемых цементах. Результатом экспериментального подбора должны быть зависимости Rб = f(Ц/В) в заданном диапазоне прочности Rб = f(Ц) для бетонной смеси заданной удобоукладываемости.
В качестве примера сравним эффективность портландцемента марки М500 с минеральными добавками и быстротвердеющего портландцемента марки М400, используемых для изготовления сборных и монолитных конструкций из бетонной смеси с осадкой конуса 8 см и проектной маркой бетона М300. Для сборных конструкций после 13 ч тепловой обработки бетон должен иметь отпускную прочность, равную 21 МПа.
В результате подбора составов (см. таблицу) видно, что для производства монолитных конструкций, к которым предъявляются требования только по марочной прочности, более эффективен портландцемент марки М500 с минеральными добавками, для которого коэффициенты эффективности удельного расхода цемента КПЦ = 11,57 (кг/м3)/МПа, ниже чем соответствующие показатели для быстротвердеющего цемента марки М400 КБТЦ = 12,5 (кг/м3)/МПа.
| Вид цемента | После пропаривания | в возрасте 28 сут | ||
|---|---|---|---|---|
| Требуемое Ц/В | Расход цемента, кг/м3 | Требуемое Ц/В | Расход цемента, кг/м3 | |
| Портландцемент с минеральными добавками М500 | 1,9 | 387 | 1,7 | 347 |
| Быстротвердеющий цемент М400 | 1,82 | 342 | 2 | 376 |
При производстве сборных конструкций, для которых наряду с марочной необходимо обеспечить отпускную прочность бетона, более эффективен быстротвердеющий цемент марки М400, так как его коэффициенты эффективности меньше, чем для портландцемента марки М500 К1ПЦ = 12,9; К2ПЦ = 0,252. При необходимости сравнить цементы, конкретные условия применения которых неизвестны, нужно испытать их в усреднённых условиях производства. Под такими условиями предлагается принимать бетонную смесь с осадкой конуса 2-4 см по ГОСТ 10.181-81; проектную марку бетона М300 в возрасте 28 сут нормального твердения в образцах-кубах с ребром 15 см; отпускную прочность для сборных изделий, равную 14 МПа, после пропаривания по режиму (2)+3+6+2 ч при температуре 80°С и испытании через 4 ч после пропаривания; применение в качестве мелкого заполнителя нормального вольского песка по ГОСТ 6139-80 и в качестве крупного заполнителя – щебня фракции 5-20 мм из плотных изверженных пород.
Сравнение эффективности цементов в усредненных условиях применения можно принять нормированным при испытаниях новых видов и марок цементов и в дальнейшем при определении рациональной области их применения и других технико-экономических расчетах.
Необходимо отметить, что предложенные методы дают в основном потребительскую оценку эффективности цементов. Возможны и необходимы другие методы. С точки зрения сокращения энергоемкости материалов и конструкций можно принять такие критерии эффективности, как удельный расход клинкера на единицу прочности бетона, удельную энергоемкость цемента и бетона на его основе и т. д.
В дальнейшем целесообразно разработать и утвердить единую методику оценки эффективности использования цементов в бетоне, что позволит оптимизировать их применение в строительстве.