Портландцементы с активными минеральными добавками

Активными минеральными добавками называют вещества, которые в тонкоизмельченном состоянии при смешивании с воздушной известью придают ей гидравличность: известковое тесто после затвердевания на воздухе способно набирать прочность в воде. Эти добавки, которые также называют гидравлическими или пуццолановыми, содержат кремнезем в аморфной, т.е. химически активной, форме. Он способен связывать гидроксид кальция, содержащийся в извести или выделяющийся при гидратации портландцементного клинкера, в практически нерастворимые гидросиликаты кальция. В результате ПЦ приобретает специальные свойства. Кроме того, введение минеральных добавок взамен части клинкера существенно (до 20%) снижает себестоимость цемента за счет сокращения расхода топлива и электроэнергии. Ведь затраты на подготовку добавки (главным образом на сушку) примерно в 10 раз меньше, чем на обжиг такого же количества клинкера.

Активные минеральные добавки делятся на природные и искусственные. Природные добавки могут быть осадочного или вулканического происхождения. Добавки осадочного происхождения — диатомит, трепел, опока; вулканического — пепел, пемза, туф. К искусственным добавкам относятся гранулированные доменный и электротермофосфорный шлаки, нефелиновый шлам, зола-унос ТЭС, являющиеся побочными продуктами или отходами промышленности.

В зависимости от вида активной минеральной добавки и ее количества выпускают следующие разновидности портландцемента: портландцемент с минеральными добавками (сокращенное наименование ПЦ Д5 и ПЦ Д20), пуццолановый портландцемент (ППЦ) и шлако-портландцемент (ШПЦ) различных марок.

Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД), так как содержание добавок в нем невелико, практически ни в чем не уступает обычному (только морозостойкость несколько ниже), но имеет большую водостойкость и лучше сопротивляется коррозии выщелачивания. Его успешно применяют в строительстве наряду с портландцементом, за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость. Промышленность выпускает разновидности ПЦД: быстротвердеющий и сульфатостойкий на портландцементных клинкерах нормированного минерального состава. Марки этих цементов 400 и 500.

Пуццолановый портландцемент (ППЦ) получают совместным помолом клинкера с содержанием С3А не более 8 % минеральной добавки природного происхождения и двуводного гипса. Содержание добавки назначают с учетом ее активности и минерального состава клинкера. Так как в составе цементного камня отсутствует гидроксид кальция и ограничено содержание гидроалюминатов кальция, ППЦ обладает повышенной коррозионной стойкостью и поэтому отнесен к группе сульфатостойких цементов. Водопотребность ППЦ выше, чем у обычного ПЦ и составляет 28 ... 36 %. Твердеет пуццолановый портландцемент медленнее обычного с меньшим тепловыделением. Морозо- и воздухостойкость его ниже, чем у портландцемента. Применяют ППЦ при бетонировании подземных и подводных частей сооружений (фундаментов, туннелей, плотин), а также внутренних зон массивных конструкций. Не рекомендуется использовать в растворах и бетонах для конструкций, работающих в условиях попеременного замораживания и оттаивания, а также на воздухе в районах с сухим жарким климатом.

Шлакопортландцемент (ШПЦ) изготавливают так же, как пуццолановый портландцемент, но в качестве добавки используют гранулированный доменный или электротермофосфорный шлак в количестве до 60 % массы вяжущего для марок 400 и 500 и до 80 % для марки 300.

Доменный шлак — побочный продукт при выплавке чугуна (на 1 т чугуна приходится 0,6...0,7 т шлака). По химическому составу шлак близок к клинкеру: суммарное содержание CaO, SiO2 и А12О3 может доходить до 85%. Гранулированный шлак в виде пористых зерен размером до 10 мм получают быстрым охлаждением огненно-жидкого расплава водой или паром. В результате шлак имеет стекловидную структуру и обладает повышенной химической активностью. В тонкомолотом состоянии некоторые шлаки проявляют способность к самостоятельному твердению, но этот процесс идет крайне медленно. Твердение ускоряется в присутствии гидроксида кальция.

Активными компонентами ШПЦ являются клинкер и шлак. Шлак усваивает необходимый ему гидроксид кальция, выделяющийся при гидратации клинкера, и сам твердеет. В то же время он выполняет роль активной минеральной добавки, химически связывая Са(ОН), и повышая коррозионную стойкость цементного камня. Обе составляющие ШПЦ как бы дополняют друг друга.

Особенности ШПЦ имеет те же, что и пуццолановый портландцемент: замедленный набор прочности при нормальной и особенно около нулевой положительной температуре; тепловыделение ниже, чем у обычного ПЦ; повышенная коррозионная стойкость и водостойкость. По морозостойкости и воздухостойкости превосходит ППЦ, но несколько уступает обычному ПЦ.

Для удовлетворения нужд строительства производятся разновидности ШПЦ: сульфатостойкий марок 300 и 400 с содержанием С3А в клинкере не более 8 % и быстротвердеющий марок 400 и 500. Используют ШПЦ при бетонировании массивных наземных и подземных конструкций, а также подводных частей сооружений, подвергающихся действию пресной и минерализованной воды; эффективен при заводском производстве бетонных и железобетонных изделий с пропариванием.