(4) Стабильность
Равномерность изменения объема цементной пасты после затвердевания называется объемной стабильностью цемента. После добавления воды в цемент он постепенно гидратируется и затвердевает, а затвердевшая цементная паста может сохранять определенную форму без трещин, деформаций и разрушения. Вообще говоря, помимо расширения цемента в процессе схватывания и твердения, большинство цементов немного уменьшаются в объеме, но все эти расширения и усадки завершаются до затвердевания, поэтому цементные камни (в том числе бетон и раствор) имеют постоянное изменение объема, то есть хорошую стабильность. Однако если химическая реакция некоторых компонентов в цементе не завершается до затвердевания, а происходит после, сопровождаясь изменением объема, то внутри затвердевшего цементного камня возникает вредное внутреннее напряжение, если это внутреннее напряжение достаточно велико. Если прочность цементного камня значительно снижается и даже происходит разрушение цементного изделия вследствие растрескивания, это означает, что стабильность цемента низкая.
Стабильность является важнейшим показателем качества цемента. Использование цемента с некачественной стабильностью приведет к деформациям, трещинам и даже разрушению бетонных элементов, зданий и раствора, что приведет к серьезным авариям инженерного качества.
(5) Прочность
Прочность цемента является важным показателем для оценки качества цемента и первоосновой для его классификации.
Под прочностью цемента понимается способность затвердевшего тестового тела цементного раствора противостоять внешнему силовому воздействию, выраженная в МПа (MPa), которая является одним из основных физико-механических свойств цемента. В соответствии с различными формами напряжений прочность цемента обычно подразделяется на три вида: прочность на сжатие, прочность на изгиб и прочность на растяжение. Максимальное напряжение, при котором затвердевший цементный раствор разрушается при сжатии, называется прочностью цемента на сжатие; предельное напряжение называется прочностью цемента на изгиб, а затвердевший цементный раствор — прочностью на растяжение. Наконец, максимальное напряжение при разрушении на растяжение называется прочностью цемента на растяжение.
На прочность цемента влияют многие факторы, такие как минеральный состав клинкера, содержание свободного оксида кальция и других микрохимических компонентов, тип и количество смешанных материалов, добавляемых в цемент, количество добавляемого гипса, степень тонкости помола цемента, условия твердения тестового тела и методы испытания на прочность.
(6) Теплота гидратации
Теплота гидратации цемента — это тепло, выделяемое при гидратации цемента. Поскольку она включает в себя ряд процессов гидратации, гидролиза и кристаллизации, она представляет собой теплоту твердения цемента.
Теплота гидратации и скорость выделения тепла зависят в первую очередь от минерального состава цемента. Чем выше скорость гидратации минералов, тем больше теплота гидратации. Из-за различных условий проведения испытаний в разных аспектах часто наблюдаются определенные расхождения в результатах измерения теплоты гидратации клинкерных минералов. Однако результаты испытаний показывают, что общее правило неизменно: теплота гидратации трикальциевого алюмината и скорость выделения тепла наибольшие, затем следуют тетракальциевый алюмоферрит и трикальциевый силикат, а дикальциевый силикат — наименьшие.
(7) Кровотечение и водоудерживающие свойства
Под водоотдачей понимается способность части воды затворения выделяться из цементного раствора. Бетон с высокой водоотдачей имеет больше пор после затвердевания, его непроницаемость и морозостойкость должны быть низкими, кроме того, он снижает коррозионную стойкость.
На свойство кровотечения влияют тип цемента, состав смеси, тонкость помола, химический состав и добавки. Стекание цемента обычно выражается в процентах разницы объемов цементного раствора до и после стекания к первоначальному объему до стекания.
Водоудерживающая способность — это способность материала удерживать воду, что является противоположным свойством кровотечения. При хороших водоудерживающих свойствах вода не будет вытекать, когда раствор остается стоять, но он может выделять воду при использовании водопоглощающего шаблона, вакуумной вибрации или вакуумного отсоса.
Улучшение водоудерживающих свойств может быть достигнуто также за счет уменьшения кровотечения. Например, повышение тонкости помола цемента, ускорение образования когезионной структуры и минимизация кровотечения; добавление в цемент пуццолановых смесей, таких как диатомит, бентонит, микрокристаллический наполнитель, известняк, доломит и т.д., может увеличить его водопотребность, но уменьшить кровотечение (добавление шлака в портландцемент, наоборот, увеличивает его кровотечение); снижение количества добавляемой воды и использование таких добавок, как резинат натрия, также может минимизировать кровотечение.
(8) Изменение объема
Изменение объема цементного камня в процессе эксплуатации, помимо теплового расширения и сжатия, а также карбонизационного сжатия, влияет также на влажное расширение и сухое сжатие. Иными словами, объем затвердевшей цементной пасты изменяется с изменением содержания воды. В сухом состоянии она уменьшается в объеме, а во влажном — расширяется.
Увеличение объема материала за счет поглощения воды называется набуханием. Сушильная усадка — это уменьшение объема цементного бетона, вызванное испарением и потерей воды в капиллярных порах и порах клея. Если усадка при высыхании ограничена, бетон склонен к образованию усадочных трещин.
(9) Морозостойкость
Под морозостойкостью понимается способность цементного бетона противостоять циклам замораживания-оттаивания. При использовании цемента в суровых холодных регионах морозостойкость является одним из существенных свойств цементного камня. И долговечность цементного камня также в основном зависит от его способности противостоять циклам замораживания-оттаивания.
Если температура окружающей среды ниже точки замерзания водонасыщенного цементного бетона, то содержащаяся в нем вода замерзает, увеличивая объем примерно на 9%, создавая напряжение расширения, вызывая отслаивание углов бетона и снижение его прочности; при повышении температуры бетон, находящийся в воде, тает. Такое многократное замораживание и оттаивание приводит к серьезным повреждениям внутренней структуры бетона.
(10) Эрозия окружающей среды
К средам окружающей среды, оказывающим вредное воздействие на прочность цемента, в основном относятся: пресная вода, кислая и кислотная вода, раствор сульфатов, раствор щелочи и т.д. Существует множество факторов, влияющих на процесс эрозии. Помимо типа цемента и минерального состава клинкера, он связан с компактностью и непроницаемостью затвердевшего раствора или бетона, а также с изменением давления, скорости потока и температуры эрозионной среды. Зачастую одновременно сосуществуют и влияют друг на друга несколько видов эрозии.