Портландцементы с активными минеральными добавками

К этой группе гидравлических вяжущих веществ относят цементы, получаемые совместным помолом портландцементного клинкера и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием указанных компонентов после раздельного измельчения каждого из них.

Активные минеральные добавки представляют собой вещества, содержащие в основном аморфный активный кремнезем, легко вступающий в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием труднорастворимых гидросиликатов кальция. Поскольку портландцемент в процессе твердения выделяет гидроксид кальция, который растворим в воде и поэтому может вымываться из цементного камня, то наличие в составе портландцемента минеральной добавки повышает его водостойкость.

Активные минеральные добавки известны с давних времен, Еще в древнем Риме для придания гидравлических свойств воздушной извести добавляли вулканический пепел - пуццолану (названный по месту залежей вблизи г. Поццуоли в Италии). Отсюда и назвали активные добавки вулканического происхождения "пуццоланическими", а цементы с этими добавками "пуццолановыми".

Активные минеральные добавки разделяют на природные (диатомит, трепел, опока, вулканический пепел, пемза, трассы, туф) и искусственные (доменные гранулированные шлаки, золы от сжигания бурых углей, торфа, горючих сланцев, слабообожженные глины, глиежи, отходы керамического производства и др.).

Среди цементов этой группы различают цемент с минеральными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Портландцемент с минеральными добавками получают путем совместного измельчения портландцементного клинкера, минеральных добавок и гипса. В качестве добавок вводят доменные гранулированные шлаки или активные минеральные добавки осадочного происхождения, но не более 20% массы цемента. Допускается введение в цемент при его помоле пластифицирующих или гидрофобизующих поверхностноактивных добавок не более 0,3% массы цемента. Схватывание цемента протекает несколько замедленно. В ранние сроки твердения немного замедляется набор прочности. Портландцемент с минеральными добавками выпускают марок 400, 500, 550 и 600.

Этот цемент успешно применяют при приготовлении бетонов вместо портландцемента за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость бетона.

Пуццолановым портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким помолом цементного клинкера, гипса и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием этих материалов, измельченных раздельно.

Содержание активных минеральных добавок в пуццолановом портландцементе должно составлять в % по массе цемента: добавок вулканического происхождения (пемза, пепел, туфы, трассы), обожженных глин, глиежа или топливной золы не менее 25 и не более 40, добавок осадочпого происхождения {диатомит, трепел, опока) - не менее 20 и не более 30.

Пуццолановый портландцемент выпускают марок З00 и 400. Цвет цемента светлый; плотность в рыхлом состоянии 800 - 1000, в уплотненном - 1200 - 1600 кг/м3, водопотребность 30 - 38%. Сроки схватывания, тонкость помола и равномерность изменения объема пуццоланового портландцемента такие же, как и у обыкновенного портландцемента.

Пуццолановый портландцемент характеризуется замедленным нарастанием прочности в начальный период твердения по сравнению с портландцементом, изготовленным из того же клинкера. Однако после 3 - 6 мес твердения во влажной среде бетоны на пуццолановом пор-ландцементе достигают той же прочности, что и бетоны на портландцементе.

Пуццолановый портландцемент при твердении выделяет меньше теплоты, чем портландцемент. Это обстоятельство позволяет широко использовать пуццолановый портландцемент при бетонировании больших массивов, например гидротехнических сооружений, где очень опасны температурные деформации конструкций. Однако при температуре ниже 10оC твердение его резко замедляется и даже совсем прекращается. Наоборот, при повышенных температурах пуццолановый портландцемент твердеет более интенсивно, чем портландцемент. Поэтому изделия из бетона на этом цементе целесообразно подвергать тепловлажностной обработке в пропарочных камерах и автоклавах.

Бетоны на пуццолановых портландцементах имеют более высокую водостойкость и водонепроницаемость, чем на портландцементах. Однако пуццолановый портландцемент не морозостоек, поэтому не рекомендуется его применять при возведении конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию.

Пуццолановый портландцемент используют наряду с портландцементом для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций (как сборных, так и монолитных). Вследствие повышенной сульфатостойкости его употребляют для бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений, подвергающихся воздействию мягких и сульфатных вод. Следует учитывать, что в сухих условиях эксплуатации твердение бетона на этом цементе практически прекращается, поэтому в течение первых двух недель бетоны необходимо систематически увлажнять и предохранять от высыхания.

Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным измельчением портландцементного клинкера и доменного гранулированного шлака с добавлением небольшого количества гипса, вводимого для регулирования сроков схватывания и активизации твердения шлака. Шлакопортландцемент можно изготовлять и путем смешивания тех же исходных материалов, но измельченных раздельно. Содержание доменного гранулированного шлака в шлакопортландцементе должно составлять не менее 21 и не более 60% по массе цемента.

Шлакопортландцемент выпускают марок З00, 400 и 500. Он сероватого цвета с голубоватым оттенком, отличается от других видов цемента тем, что содержит большое количество металлических частиц, выявляемых магнитом. Плотность его в рыхлом состоянии 1000 - 1300, а в уплотненном - 1400 - 1800 кг/м3, нормальная густота цементного теста 26 - 30%; тонкость помола и равномерность изменения объема такие же, как и у портландцемента.

Тепловыделение шлакопортландцемента при твердении меньше, чем у портландцемента, но он обладает большей жаро-, водо- и сульфатостойкостью. Морозостойкость шлакопортландцемента несколько ниже.

У шлакопортландцемента по сравнению с портландцементом несколько замедлено нарастание прочности в начальные сроки твердения. В более отдаленные сроки твердения прочность возрастает и через 2 - 3 мес превосходит прочность портландцемента той же марки. Замедление твердения особенно ярко проявляется при пониженных температурах, однако это не является препятствием к широкому применению шлакопортландцемента, а повышение температуры при достаточной влажности окружающей среды резко ускоряет твердение. Бетоны на шлакопортландцементе, подвергаемые тепловлажностной обработке при 80 - 95^оС, набирают более высокую прочность, чем бетоны на портландцементе той же марки, твердеющие в тех же условиях.

Разновидность шлакопортландцемента - быстротвердеющий шлакопортландцемент, который отличается от обычного меньшим содержанием гранулированного доменного шлака (не более 50%) и более высокой тонкостью помола. Быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400 характеризуется интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения, которое особенно ускоряется в условиях тепловлажностной обработки.

Шлакопортландцемент с успехом можно применять для изготовления сборных железобетонных изделий и конструкций, твердеющих в пропарочных камерах. Целесообразно использовать шлакопортландцемент в конструкциях горячих цехов и в гидротехнических сооружениях, подвергающихся сульфатной агрессии. Из него, как и из пуццоланового портландцемента приготовляют строительные кладочные и штукатурные растворы. Не рекомендуется шлакопортландцемент для конструкций, которые находятся под систематическим воздействием попеременного замораживания и оттаивания или увлажнения и высушивания.

Массовый выпуск и широкое применение пуццолановых цементов и шлакопортландцементов можно объяснить не только наличием ряда положительных свойств по сравнению с портландцементом, но и меньшей стоимостью (примерно на 15 - 20%).

Среди сульфатостойких цементов кроме сульфатостойкого портландцемента по вещественному составу различают еще сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками получают измельчением портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, активных минеральных добавок и гипса. В цементе допускается содержание гранулированного доменного шлака не менее 10 - 20% массы цемента и активных минеральных добавок осадочного происхожения (кроме глиежа) не менее 5 - 10%.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент - продукт, получаемый тонким помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, шлака нормированного химического состава (не менее 21 - 60 % по массе цемента) и гипса.

Морозостойкость сульфатостойких цементов ниже, чем у сульфатостойкого портландцемента, но области применения те же.