Специальные цементы

Для расширения возможностей применения в строительстве и придания бетону особых свойств цементная промышленность выпускает специальные цементные вяжущие вещества – это глиноземистый цемент и вяжущие на его основе, цементы на основе сульфоалюминатных клинкеров, фосфатные и кислотоупорные цементы, композиционные вяжущие вещества, цементы с добавкой крентов, шлакощелочные вяжущие и др.

Глиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, являющееся про­дуктом тонкого измельчения обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси, составленной из бокситов или высокоглиноземистых шлаков и извест­няков и рассчитанной на преобладание в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция.

Основным минералом глиноземистого цемента является однокальциевый алюминат (СаО·АlОз), который и определяет все его свойства.

Глиноземистый цемент очень быстро твердеет и обладает высокой прочностью. Марки этого цемента 400, 500 и 600, определяются по результатам испытания образцов 3-суточного возраста. Как известно, марки портландцемента назначают по прочности образцов только через 28 суток нормального твердения.

Глиноземистые цементы применяют в строительстве ограниченно из-за высокой стоимости бокситов, но очень широко используют их в качестве компонента таких специальных вяжущих как расширяющиеся водонепроницаемые цементы, напрягающие цементы и др.

Все эти цементы относятся к числу смешанных. Причиной увеличения, объема цементного камня, приготовленного на основе этих цементов, является образование гидросульфоалюмината кальция.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент получают путем тщательного смешивания глиноземистого цемента (~70%), гипса (~20%) и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция состава 4СаО•А1₂О₃•12Н₂О (~10%).

Этот цемент является быстросхватывающимся и быстро твердеющим гидравлическим вяжущим.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают со­вместным тонким измельчением высокоглиноземистых клинкера или шлака и природного двуводного гипса (до 30%).
Этот цемент является быстротвердеющим гидравлическим вяжущим, которое обладает свойством расширения при твердении в воде; при твердении на воздухе он проявляет безусадочные свойства.

Напрягающий цемент (НЦ) представляет собой тонкомолотую смесь, состоящую из 65-75% портландцемента, 13- 20% глиноземистого цемента и 6-10% гипса. В процессе расширения в определенных условиях твердения этот цемент создает в арматуре, независимо от ее расположения в железобетонной конструкции, предварительное напряжение.

В зависимости от достигаемой энергии самонапряжения, определяемой по специальной методике и выражаемой в МПа, выделяют: НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6.

Напрягающий цемент быстро твердеет, прочность его при сжатии через 1 сутки должна быть не менее 15 МПа, а через 28 суток твердения - 50 МПа.

Кислотоупорный цемент состоит из тонкомолотого кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Его затворяют не водой, а жидким стеклом. Для получения необходимой консистенции смеси жидкое стекло разбавляют водой. Твердение такого цемента осуществляется на воздухе вследствие протекания нескольких процессов, включающих: выделение аморфного кремнезема, взаимодействие геля кремниевой кислоты с кремнефтористым натрием с образованием фтористого натрия. Такой цемент используют для изготовления кислотостойких и жаростойких бетонов.

Фосфатные цементы используют преимущественно для получения жаростойких бетонов.

Фосфатные цементы состоят из тонкоизмельченных оксидов (титана, меди, цинка и др.) и затворяются составами, содержащими фосфорную кислоту.

Фосфатные цементы обладают высокой прочностью до 160 МПа и стойкостью к высоким температурам.

Промышленность выпускает также такой специальный цемент как цемент с добавкой крентов - кристаллизационных компонентов, которые способствуют кристаллизации гидросиликатов и трехсульфатной формы гидросульфоалюминатов кальция. Цементы с такими добавками обладают высокой морозо- и сульфатостойкостью. Прочность их выше прочности обычного портландцемента в среднем на 10МПа.

Цементы на основе сульфоалюминатных клинкеров обладают быстрым твердением и высокой прочностью. Через сутки их прочность составляет 20…30 МПа, а через 3 суток – 40…50МПа.

Композиционные вяжущие вещества. Для получения высококаче­ственных бетонов и повышения эффективности использования цемента в бетоне применяют композиционные вяжущие вещества. В этих материалах к основному вяжущему компоненту добавляют специальные добавки и ак­тивные минеральные компоненты, в том числе обладающие вяжущими свойствами. При этом добиваются как существенного улучшения реологи­ческих свойств цементного теста, так и прочности и физико-механических свойств вяжущего и бетонов на его основе.

Для снижения нормальной густоты цементного теста в него вводят пластифи­цирующие добавки. Наиболее эффективно применение так называемых су­перпластификаторов, уменьшающих нормальную густоту цемента на 30... 50%. Введение суперпластификаторов при совместном помоле цемента с сухой добавкой обеспечивает капсулирование ими зерен цемента и позволяет увеличить их оптимальное содержание с целью повышения тонкости помола цемента до 450-600м²/кг и уменьшения энергозатрат на помол. Содержание суперпластификатора в композиционном вяжущем веществе может достигать 1 - 3%. Наличие суперпластификатора в составе цемента препятст­вует агрегированию мельчайших частиц цемента, что обычно ведет к повышению прочности, тем самым увеличивая эффективность тонкомолотых цементов.

Эффективность воздействия на бетонную смесь и бетон таких вяжущих выше, чем при обычном введении супрерпластификатора в бетонные смеси.

Для регулирования свойств композиционных вяжущих в них помимо суперпластификатора вводят другие добавки и активные минеральные ком­поненты. С их помощью регулируют сроки схватывания, воздухововлечение при перемешивании и уплотнении смеси, собственные деформации це­мента и бетона при твердении, плотность и прочность бетона и улучшают его другие свойства. Это позволяет в широком диапазоне варьировать свой­ства композиционного вяжущего вещества в зависимости от его назначения. Композиционные вяжущие вещества изготавливают на цементных заводах или специальных установках, например, по технологии сухих смесей.

Отечественными учеными были разработаны вяжущие низкой водопотребности (ВНВ), положившие начало развитию технологии композици­онных вяжущих веществ. Совместный помол портландцемента с повышен­ной дозировкой суперпластификатора и в ряде случаев с активной мине­ральной добавкой позволил получить ВНВ с самыми различными свойства­ми (табл. 2.1).

Таблица 2.1.