Современное состояние стандартизации и нормирования свойств цемента

Ю.В.Никифоров, к.т.н.
ООО "Журнал "Цемент"

Цементы являются одним из основных компонентов при производстве сухих строительных смесей.

Широкий ассортимент производимых сухих строительных смесей требует использования цементов различного химико-минералогического и вещественного составов, а также характеризующихся разными строительно-техническими свойствами.

Отсутствие специальных стандартов на состав и свойства сухих строительных смесей вынуждает потребителей подбирать цементы исходя из свойств этого вида вяжущего.

Цементная промышленность России выпускает достаточно широкий ассортимент цементов, объем производства, которых в 2002 г. составил 37,7 млн. тонн.

Можно ожидать, что в 2003 г. объем производства цемента составит на уровне 40-41 млн. т.

В России в настоящее время работают 52 цементных завода, из которых 48 предприятий работают по полному циклу и 4 помольные установки используют привозной клинкер.

Проектная мощность предприятий цементной промышленности России в настоящее время составляет 72 млн. т, и цементное производство представлено во всех экономических регионах страны.

В 2003 г. в мире произведено 1720 млн. тонн цемента.

Цементы: портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, белый портландцемент

Цементная промышленность России в соответствии с ГОСТ 10178-85 выпускает цементы широко ассортимента:
- бездобавочный (ПЦ ДО) и с 5% минеральных добавок (ПЦ Д5);
- с минеральными добавками до 20% (ПЦ Д20);
- быстротвердеющий портландцемент с минеральными добавками до 20% (ПЦ Д20-Б);
- шлакопортландцемент и быстротвердеющий шлакопортландцемент (ШПЦ, ШПЦ-Б).

В последние годы производство цемента с минеральными добавками снизилось, особенно шлакопортландцемента. Так в середине 80-х годов прошлого столетия объем производства шлакопортландцемента составлял 26-28% (по СССР), в настоящее время этот показатель не превышает 6-8%.

В соответствии с ГОСТ 310 по механической прочности на сжатие цементы подразделяются на марки:
- портландцемент - 400, 500, 550, 600;
- шлакопортландцемент - 300, 400, 500;
- портландцемент быстротвердеющий - 400 и 500;
- шлакопортландцемент быстротвердеющий - 400.

По химико-минералогическому составу клинкера, выпускаемые отечественной цементной промышленностью, существенно не отличаются. Химико-технологические приемы позволяют регулировать химический состав клинкера и цемента.

Следует обратить внимание на содержание щелочных оксидов в клинкере, которые при определенных количествах отрицательно сказываются на стабильность свойств цемента и повышают высолообразование.

В стандарте количество щелочных оксидов в цементе не ограничено. Сказано только, что массовая доля этих оксидов в цементах, изготовляемых с использованием белитового (нефелинового) шлама в пересчете на Na₂O не должна быть более 1,2%.

Наибольшее количество щелочей содержится в клинкерах Сланцевского, Пикалевского, Катав-Ивановского и некоторых других заводов. Большое значение для выбора цементов, применяемых для производства сухих строительных смесей является возможность наличия ложного схватывания цемента.

Явление ложного схватывания имеет место вскоре после затворения цемента водой и проявляется в преждевременном механически устраняемом загустевании цементного теста или раствора.

Ложное схватывание не относится к числу неустранимых дефектов цемента, но, тем не менее, вызывает существенные трудности при использовании такого цемента, особенно в составе сухих строительных смесей. Причиной ложного схватывания может быть дегидратация гипса при помоле цемента вследствие высокой температуры в мельнице до полуводной фазы или до ангидрита, наличие повышенного количества щелочных соединений в клинкере, аэрации цемента, повышающую поверхностную активность клинкерных минералов, а также введения некоторых ПАВ в процессе помола цемента или затворения.

По разработанной НИИЦементом методике (Методика определения ложного схватывания цемента по кривым структурообразования. НИИЦемент, Москва, 1980 г.) явление ложного схватывания по кривым структурообразования можно разделить на I или II типов. Ложное схватывание I типа характеризуется полной, а II типа частичной преждевременной потерей пластичности по окончании процесса перемешивания.

В стандарте 10178-85 указывается, что цемент не должен проявлять признаков ложного схватывания.

На эту характеристику следует при производстве ССС обращать особое внимание.

Также, при выборе цемента, для производства сухих строительных смесей большое значение имеют тонкость помола и зерновой состав.

Производимые отечественные цементы, выпускаемые по открытому циклу помола, характеризуются удельной поверхностью 250-300 м²/кг. При использовании замкнутого цикла помола удельная поверхность цемента возрастает до 350-380 м²/кг. Для обеспечения ранней прочности цемента содержание частиц менее 2 мкм должно составлять более 10%.

Применяемые гидравлические добавки различны по природе и гидравлической активности. Их использование при производстве цементов, применяемых для изготовления сухих строительных смесей, может привести к нарушению стабильности свойств. Поэтому при производстве сухих строительных смесей рекомендуется использовать бездобавочные цементы.

Глиноземистый цемент.

По ГОСТ 969-91 предусмотрено производство 4 видов цементов, в основном отличающихся содержанием глинозема.

Так, содержание глинозема в глиноземистом цементе (ГЦ) должно быть не менее 35%, в высокоглиноземистом цементе (ВГЦ-I) не менее - 60%, в высокоглиноземистом цементе (ВГЦ II) - не менее 70% и в высокоглиноземистом цементе (ВГЦ III) - не менее 80%.

В России основным производителем глиноземистого цемента (ГЦ) является Пашийский металлургический завод. Высокоглиноземистые цементы, выпускаемые небольшими партиями, используются главным образом как огнеупорные вяжущие. Глиноземистый цемент успешно применяется для обеспечения высокой ранней прочности вяжущего. Его часто при производстве сухих строительных смесей используют в смеси с портландцементом. Использование глиноземистого цемента эффективно при изготовлении гидроизоляционных покрытий, самонивелирующих полов, для ремонта бетонных и железобетонных изделий и других работ, где от вяжущего материала требуется высокая ранняя прочность.

На российском рынке цементов в последние годы появляются импортные глиноземистые цементы. В частности, французская фирма Lagarge поставляет глиноземистый цемент под названием "Fondu" (ФГ).

Сравнение химического состава глиноземистых цементов Пашийского завода (ПГ) и цемента "Fondu" свидетельствует о том, что при практически равном содержании Al2O3 французский цемент содержит больше соединений железа и значительно меньше кремнезема. Это сказывается на прочностных характеристиках цементов, особенно в ранние сроки твердения.

Цемент ПГ характеризуется отсутствием спада прочности, в то время как ФГ теряет прочность в 28 суточном возрасте.

Для глиноземистого цемента характерно быстрое выделение тепла за короткий отрезок времени, начиная через 5-8 часов после схватывания.

Белый портландцемент

Белый портландцемент является разновидностью обычного портландцемента и отличается химико-минералогическим составом, определяющим цвет.

Химический состав белого цемента отличается от обычного портландцемента повышенным содержанием SiO₂, Al₂O₃ и незначительным количеством оксидов железа, которые и определяют цвет.

Эталоном белизны являются стекла молочного цвета, коэффициент отражения которых не менее 96,3%. Методика определения белизны цемента изложена в стандарте.

По стандарту белый цемент подразделяется на 3 сорта:
- I сорт (высший) - 80%
- II сорт - 76%
- III сорт - 72%.

В России белый цемент производится на Щуровском цементном заводе.

Особенность сырьевой базы и технологии помола не позволяют в настоящее время выпускать цемент выше II сорта. По прочности белый цемент этого завода соответствует марки "400".

В последние годы на российском рынке цементов появились белые цементы завода "Aalborg Portland" (Дания) и цементного завода г. Рогожник (компания Holcim, Словакия).

Белые цементы этих заводов характеризуются высокой белизной и прочностью, что объясняется использованием очень чистых материалов и высокой удельной поверхностью цементов.

Новые стандарты и новые требования к цементам.

С 1 марта 2002 года введен в действие новый стандарт на методы испытаний цемента - ГОСТ-30744-2001 "Цементы, методы испытаний с использованием полифракционного песка", гармонизированный с европейским стандартом EN 196-1: 2000 "Цемент. Часть 1. Состав, технические требования и критерии соответствия для обычных цементов".

Новый стандарт является первой стадией подготовки к переходу на требования к цементу по европейскому стандарту EN 197-1: 2000.

В соответствии с постановлением Госстроя РФ новый стандарт на методы испытаний цемента применяется параллельно с действующим ГОСТ 310.1 - ГОСТ 310.4.

Новый ГОСТ 30744-2001 должен использоваться при поставках цемента по EN 197-1, ГОСТ 310 - при поставках по действующим российским стандартам.

Решение об использовании того или иного метода испытаний принимает само предприятие в зависимости от заключенных контрактов на поставку цемента.

Проведение параллельных испытаний цементов по ГОСТ 30744 и ГОСТ 310.4 показывают различные результаты, обусловленные тем, что:
- при испытании по ГОСТ 310.4 применяют монофракционный песок и испытания выполняют при подбираемом водоцементном отношении;
- при испытании по ГОСТ 30744 используют полифракционный песок при водоцементном отношении без исключений (В/Ц)=0,5.

В настоящее время разработан проект стандарта, в котором приведены требования к общестроительным цементам и критерии оценки их соответствия.

Проект стандарта гармонизирован с европейским стандартом EN 197-1. Предполагается, что этот стандарт будет действовать с 2003 г. параллельно с ГОСТ 10178-85.

В проекте стандарта, прошедшего практически все стадии согласования, цементы по вещественному составу подразделены на пять основных типов:
- ЦЕМ I - портландцемент;
- ЦЕМ II - портландцемент с минеральными добавками;
- ЦЕМ III - шлакопортландцемент;
- ЦЕМ IV- пуццолановый цемент;
- ЦЕМ V - композиционный цемент.

Тип цемента характеризует массовое содержание в цементе основных и второстепенных компонентов без учета сульфата кальция и технологических добавок.

Проект стандарта устанавливает требования к физико-механическим характеристикам цементов, отличающихся от требований, предусмотренных ГОСТ 10178-85:
- физико-механические характеристики цементов определяются по ГОСТ 30744 с использованием полифракционного песка;
- вместо марок введены классы прочности 22,5; 32,5; 42,5; 52,5, которые характеризуются нормативной прочностью на сжатие в возрасте 28 суток и начальной прочностью на сжатие в возрасте 2 или 7 суток (последнее только для классов 22,5Н и 32,5Н);
- для каждого класса прочности, кроме класса 22,5, определены два класса начальной прочности: класс с обычной начальной прочностью (Н) и класс с высокой начальной прочностью (Б);
- для всех классов прочности, кроме класса 52,5, установлены нормативы по максимальной прочности;
- для цемента всех классов установлен норматив по начальным срокам схватывания;
- для всех цементов установлен норматив по равномерности изменения объема по расширению в кольце Ле Шателье.

Требования к химическим характеристикам цементов характеризуются тем, что:
- норматив по потерям при прокаливании (ппп) и нерастворимому остатку (н.о.) установлен только для цементов типов I и III;
- норматив по содержанию SO3 установлен только по верхнему пределу и различается в зависимости от типа и класса прочности цемента.

Введение в действие новых стандартов, гармонизированных с европейскими стандартами, будет способствовать повышению конкурентоспособности цементов российских производителей и стран СНГ и выходу их на мировой рынок.

Новая система стандартизации процессов и продуктов России

Система стандартизации России со II половины 2003 г. принципиально меняется. С 1 июля 2003 г. вступил в силу Закон "О техническом регулировании". Одновременно прекратили действие Законы "О стандартизации" и "О сертификации продукции и услуг". Система ГОСТ'ов в связи с этим отмирает. На смену ей приходит 2-х уровневая система, содержащая обязательные технические регламенты, утверждаемые законом и добровольно принимаемые стандарты, чьи требования могут быть выше предусмотренных регламентами.

По словам Председателя Госстандарта РФ В. Усова реорганизация системы стандартизации мотивирована не только предстоящим вступлением России в ВТО. "Реформа нужна нашим предпринимателям, - говорит В. Усов. - Нельзя же в конце концов, бизнесу жить по двойным стандартам: один для внутреннего пользования, другой для внешнего рынка.

Регламенты будут определять только те параметры продукции, которые касаются вопросов:
- безопасности (биологической, пожарной, механической, взрывобезопасности и др.);
- экологии;
- единства измерения;
- защиты прав потребителя от дезинформации.

Остальные показатели и характеристики будут определять бизнес (соглашение между производителем и потребителем), добровольно принимая стандарты продукции, гармонизированные с техническими регламентами.

Действующие в настоящее время строительные нормы и правила, а также стандарты на цементы согласно п.1, ст. 46 Закона "О техническом регулировании" будут действовать до принятия соответствующих регламентов, которые заменят эти нормативные документы. Это должно произойти в течение 7 лет. По истечении этого срока, если не будут разработаны технические регламенты, обязательные нормы, стандарты превратятся в добровольные. Госстандартом России подготовлен проект программы разработки технических регламентов на 2003-2010 гг. В составе проекта 219 регламентов, в том числе 20 - по строительству. Возможно, их еще будет больше.

Первые разработанные технические регламенты будут скорее всего приняты постановлением Правительства, но в дальнейшем они должны приниматься федеральным законам или постановление Правительства России и вступают в силу не ранее, чем через 6 месяцев со дня официального его опубликования.

Согласно Закону, существующие ныне государственные стандарты переходят в разряд национальных. Они приобретают добровольный характер, и будут утверждаться национальным органом по стандартизации.

Кроме национальных стандартов, в стране будут также разрабатываться для добровольного применения и самостоятельно утверждаться стандарты организаций: - коммерческих, общественных, научных, саморегулируемых, а также объединений юридических лиц.

Практически единственное ограничение для них - стандарты организаций не должны противоречить техническим регламентам.

Технические условия, которые широко применяются в строительстве в качестве нормативных документов, по которым поставляются строительные материалы и изделия, Закон не предусматривает

Впереди у Госстроя РФ и Госстандарта России большая работа. В течение переходного периода, который может растянуться до 7 лет, до принятия регламентов будет возникать необходимость в уточнении, изменении и дополнении действующих норм (стандартов). Порядок решения этих вопросов Законом не определен. Это может вызвать определенные трудности.

Решение возможных проблем является задачей не только специалистов Госстроя РФ и Госстандарта, но и специалистов промышленности.

Источники:
1. Закон РФ "О техническом регулировании".
2. Коренные изменения в технормировании, стандартизации, сертификации. Комментарий начальника Управления стандартизации, технического нормирования и сертификации Госстроя России В. Тишенко. "Строительная газета" №5, 31 января 2003 г.
3. Накануне важного всероссийского события - с 1 июля с.г. страна переходит на новые условия технического нормирования и стандартизации. Интервью с начальником Управления стандартизации, технического нормирования и сертификации Госстроя России В. Тишенко. "Строительная газета" №26, 27 июня 2003 г.
4. Т. Рыбакова. Прощай, дорогой ГОСТ. Известия, 28 мая 2003 г.
5. Вопросов больше, чем ответов. Интервью с начальником Научно-технического управления Министерства строительного комплекса Московской области В. П. Абарыковым. Строительство и бизнес № 6 (34), июнь 2003 г.