В чем разница между бетоном и цементом?

Основное различие между бетоном и цементом заключается в том, что бетон представляет собой композитный материал, состоящий из воды, заполнителя и цемента. Цемент представляет собой очень мелкий порошок из известняка и других минералов, который поглощает воду и действует как связующее вещество, скрепляющее бетон. Хотя цемент сам по себе является строительным материалом, бетон не может быть изготовлен без цемента. Эти два термина часто неправильно используют как взаимозаменяемые, но бетон и цемент — совершенно разные продукты.

Цемент

Цемент производится из известняка, кальция, кремния, железа и алюминия, среди других ингредиентов. Эта смесь нагревается в больших печах примерно до 2700°F (1482°C) с образованием продукта, известного как клинкер, который примерно напоминает мрамор. Их измельчают в порошок и добавляют гипс, создавая серое мучкоподобное вещество, известное как цемент. Когда в цемент добавляется вода, она запускает химический процесс, благодаря которому он затвердевает.

Портландцемент

Существует множество различных видов цемента, но наиболее часто используемый в строительстве – портландцемент. Джозеф Аспдин из Великобритании разработал строительный материал в 1700-х годах, когда он обнаружил, что добавление глины к известняку и перегрев смеси позволяют полученной смеси затвердевать где угодно. Портландцемент — это тип гидравлического цемента, что означает, что при добавлении воды начинается химическая реакция, не зависящая от количества воды. Это позволяет цементу затвердевать под водой и оставаться прочным даже во влажных условиях. Различные типы гидравлического цемента в основном используются в бетоне и строительных растворах.

Бетон

Бетон, напротив, представляет собой кладочный материал, в котором используется цемент для связывания щебня, камня и песка, также называемого заполнителем. Цемент составляет от 10% до 15% от общей массы бетона; точные пропорции варьируются в зависимости от типа производимого бетона. Заполнитель и цемент тщательно смешиваются с водой, которая запускает химическую реакцию, в результате которой цемент затвердевает и схватывается. Перед этим бетонную смесь можно залить в форму, чтобы она затвердела в определенной форме, будь то блок или плита.

Время, необходимое для схватывания бетона, частично зависит от того, сколько гипса добавлено в смесь. Это время можно ускорить, добавив хлорид кальция, или замедлить, добавив сахар. Эти соединения действуют, влияя на развитие затвердевающих кристаллов, образующихся в виде застывшего бетона. В бетон, подвергающийся воздействию условий замерзания и оттаивания, могут быть добавлены дополнительные химические вещества, чтобы предотвратить растрескивание.

Соотношения бетона и цемента

Свойства бетона во многом зависят от соотношения заполнителя, цемента и воды в смеси. Соотношение воды и цемента является наиболее важным, так как слишком мало воды затруднит работу с бетонной смесью, а слишком много ослабит конечный продукт. Это соотношение рассчитывается по следующему уравнению:

В этом расчете r представляет собой отношение q_H2O количество воды в галлонах США, а W_c вес цемента в фунтах. Для затвердевания бетона требуется соотношение не менее 0,25, в то время как значения от 0,35 до 0,4 типичны для большинства применений.

Заполнитель также важен, так как он составляет более 60% бетонной смеси, а в некоторых случаях до 80%. Для более крупных камней требуется меньше бетона, а значит, требуется меньше воды, и конечный продукт может быть более прочным. Заполнитель также дешевле цемента, поэтому более высокий процент может снизить стоимость. Вообще говоря, хороший заполнитель представляет собой комбинацию камней разных размеров с определенным средним и максимальным размером; эти камни должны быть чистыми и прочными и не должны содержать глину или другие минералы, способные впитывать воду.

Высокое содержание камней в бетоне делает его чрезвычайно прочным, и его часто используют для настила бассейнов, небоскребов, метро и фонарных столбов, а также для тротуаров, подъездных путей и дорог. Ингредиенты как в бетоне, так и в цементе являются одними из самых распространенных на Земле, и оба они могут быть переработаны. Однако производство цемента требует большого количества энергии из-за необходимости высоких температур, и отрасль подвергается критике за ее вклад в выбросы углекислого газа.