Пуццолановый портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера, необходимого количества гипса (до 3,5 %) и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием раздельно измельченных тех же материалов. Добавок вулканического происхождения – обожженной глины, глиежа или топливной золы – вводят 25–40 % от массы цемента, а добавок осадочного происхождения диатомитов, трепелов – 20–30 %. В зависимости от активности гидравлической добавки и минералогического состава клинкера учитывается соотношение между ними. Чем активнее добавка, тем больше она способна связывать гидраты оксида кальция и тем меньше потребуется ее в пуццолановом портландцементе, и наоборот.
Водопотребность пуццолановых портландцементов с плотными и твердыми добавками (трассы, туфы) почти такая же, как и у портландцемента, а при использовании мягких пористых добавок (диатомитов и трепелов) значительно увеличивается. По этой причине необходимая подвижность бетонной смеси обеспечивается более высокой добавкой воды, что вызывает, соответственно, увеличение расхода цемента, чтобы не снизить прочность бетона. Сроки схватывания и тонкость помола пуццоланового цемента такие же, как и для обыкновенного портландцемента, однако пуццолановые портландцементы характеризуются замедленным нарастанием прочности в начальный период твердения по сравнению с портландцементом без добавок, изготовленным из того же клинкера. Пуццолановый портландцемент выпускают марок М200, 300, 400.
При твердении пуццоланового портландцемента происходят два процесса:
1) гидратация минералов портландцементного клинкера;
2) взаимодействие активной минеральной добавки с гидратом оксида кальция, выделяющимся при твердении клинкера. При этом Са(ОН) 2связывается в нерастворимый в воде гидросиликат кальция.
В результате пуццолановый портландцемент оказывается более водостойким, чем обыкновенный портландцемент. При схватывании и твердении пуццоланового цемента выделяется меньше тепла, что позволяет использовать этот цемент для массивных бетонных конструкций. Непригоден пуццолановый портландцемент для изготовления элементов, предназначенных служить в условиях попеременного систематического увлажнения и замораживания или высушивания. Пуццолановые цементы имеют меньшую водопроницаемость, чем портландцемент. Объясняется это набуханием добавки, уплотняющей бетон. Их целесообразно применять для подводных и подземных бетонных и железобетонных конструкций, особенно тогда, когда от бетонов требуется большая водонепроницаемость и высокая водостойкость.
Шлаковые цементы являются разновидностью цементов с активными минеральными добавками, в которых последние представлены доменными гранулированными шлаками. Утилизация доменных шлаков для получения цемента – это один из примеров рационального и массового применения отходов производства.
Доменные шлаки представляют собой вторичный продукт (отход), получаемый при выплавке чугуна из руд. По химическому составу доменные шлаки приближаются к портландцементу и состоят в основном из трех оксидов: СаО, Si0 2и 90–95 % А1 20 3.
Быстротвердеющий шлакопортландцемент, в отличие от обычного шлакового цемента, характеризуется более интенсивным нарастанием прочности в начальный период. Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента применяют клинкер быстротвердеющего цемента и доменные шлаки высокой активности.
Твердение шлакопортландцемента может быть разделено на два процесса: первичный – гидратация и твердение клинкерной части цемента и вторичный – химическое воздействие продуктов гидратации клинкерной части с доменными гранулированными шлаками. При гидратации трехкальциевого силиката клинкера происходит выделение гидрата оксида кальция, взаимодействующего с глиноземом и кремнеземом шлака и образуются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. По сравнению с портландцементом шлакопортландцемент характеризуется замедленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, но марочная и последующие его прочности примерно одинаковы. С понижением температуры прирост прочности шлакопортландцемента сильно снижается. Повышенная температура при достаточной влажности среды оказывает на твердение шлакопортландцемента более благоприятное влияние, чем на портландцемент.
По пределу прочности при сжатии и изгибе шлакопортландцемент делят на три марки: М300, 400 и 500. Быстротвердеющий шлакопортландцемент М400 должен иметь в трехсуточном возрасте предел прочности при сжатии не менее 20 МПа и на изгиб не менее 3,5 МПа.
Водостойкость бетонов на шлаковых цементах выше, чем на портландцементе, что объясняется отсутствием свободного гидрата оксида кальция. В шлакопортландцементном бетоне он связан шлаком в труднорастворимые гидроалюминаты и низкоосновные гидросиликаты кальция, тогда как в портландцементном бетоне гидрат оксида кальция в значительном количестве содержится в свободном виде и может вымываться, ослабляя бетон. Шлако-портландцементный бетон обладает удовлетворительной морозо– и воздухостойкостью, однако он все же менее стоек, чем бетон на портландцементе.
Применяют шлакопортландцемент в гидротехнических сооружениях, а также в конструкциях, находящихся в условиях влажной среды. Не следует использовать этот цемент в конструкциях, подвергающихся частому замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию. Быстротвердеющий шлакопортландцемент эффективно применяют в производстве железобетонных изделий, подвергающихся тепловлажностной обработке.
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее
Это вяжущее получают тщательным смешиванием 50–70 % полуводного гипса с 15–25 % портландцемента и 10–25 % активной минеральной добавки, содержащей кремнезем в активной форме, диатомит, трепел, опоку, активные вулканические породы, глины, обожженные при 600–700 °C, и т. п.
Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ) применяют для устройства оснований полов, панелей для внутренних стен, для изготовления санитарно-технических кабин и других изделий.
Прокатные панели основания пола изготовляют из бетона на гцпв с плотностью 1300 кг/м 3и пределом прочности при сжатии не менее 7 МПа. Панели армируют деревянным каркасом. Эти панели обладают хорошими теплоизолирующими свойствами.
Глиноземистым цементом называют быстротвердеющее (но нормально схватывающееся) гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при тонком измельчении обожженной до плавления (или спекания) сырьевой смеси бокситов и извести с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Для интенсификации процесса помола клинкера допускается введение технологических добавок до 2 %, не ухудшающих качество цемента и снижающих его стоимость. Глиноземистый цемент производят трех марок: М400, 500 и 600.
В состав клинкера этого цемента входят низкоосновные алюминаты, при этом главной составной частью является одно-кальциевый алюминат Са0-А1 20 3. При затворении порошка глиноземистого цемента водой образование пластичного теста, последующее его уплотнение и твердение протекают аналогично обыкновенному портландцементу. Однокальциевый алюминат при взаимодействии с водой гидратируется, образуя в конечном итоге двухкальциевый восьмиводный гидроалюминат и гидрат оксида алюминия. В дальнейшем происходят уплотнение геля двухкальциевого гидроалюмината и кристаллизация продуктов гидратации. Уплотнение и кристаллизация геля глиноземистого цемента протекают очень интенсивно, что обеспечивает быстрое нарастание прочности. Примерно через 5–6 ч прочность глиноземистого цемента может достичь 30 % и более от марочной, через сутки твердения – свыше 90 %, а в 3-суточном возрасте – марочной прочности.
По величине предела прочности при сжатии глиноземистый цемент делят на три марки: М400, 500 и 600. Для определения марки испытывают на сжатие половинки образцов-балочек размером 40x40x160 мм, твердеющие 3 суток в нормальных условиях. Начало схватывания глиноземистого цемента должно наступать не ранее 30 мин, а конец – не позднее 12 часов.
Наиболее благоприятными для твердения глиноземистого цемента являются влажные условия и нормальная температура 20±5 °C. Нарастание прочности цемента в условиях температуры выше 25 °C уменьшается, возможно даже ухудшение достигнутой прочности и разрушение бетона в результате перекристаллизации двухкальциевого гидроалюмината в трехкальциевый. Такое явление называют «болезнью глиноземистого цемента». Поэтому пропаривание изделий на глиноземистом цементе не допускается. При температуре ниже нормальной и близкой к нулю твердение глиноземистого цемента происходит удовлетворительно, что объясняется его высокой экзотермией. В течение 1–3 суток твердения он выделяет в 1,5–2 раза больше тепла, чем портландцемент. Большое тепловыделение ограничивает применение глиноземистого цемента в массивных конструкциях, так как разогрев бетона внутри массива и охлаждение его снаружи вызывают растягивающие напряжения в наружных слоях и образование трещин.
