Активные минеральные добавки в цемент

Обновлено: 17.05.2024

Цементы с активными минеральными добавками

Активные минеральные (гидравлические) добавки — это тонко­дисперсные минеральные вещества, которые при затворении во­дой самостоятельно не твердеют, но, будучи добавленными к воз­душной извести, придают ей способность твердеть в воде. Эта спо­собность основана на том, что содержащиеся в активных мине­ральных добавках кремнезем (Si0₂) и глинозем (А1₂0₃) связыва­ют известь в присутствии воды в нерастворимые гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, обладающие гидравлическими свой­ствами. Активные минеральные добавки бывают природные и ис­кусственные. К природным относятся некоторые горные породы как вулканического (вулканические пеплы, туфы, трассы), так и осадочного (диатомит, трепел, опока, глиежи) происхождения. К искусственным относятся доменные и электротермофосфорные гранулированные шлаки, нефелиновый шлам, искусственно обо-жженые глинистые материалы, зола-унос. Среди этих веществ наи­большее значение имеют пуццоланы — быстро охлажденные веще­ства вулканического происхождения, содержащие Si0₂ и А1₂0₃ в аморфной форме и имеющие высокую активность, и доменный гранулированный шлак, получаемый в качестве побочного про­дукта при выплавке чугуна.

Основными составляющими шлака являются СаО, Si0₂ А1₂0₃ и MgO. Расплавленный шлак, выливаемый из домны, разбивают на гранулы (гранулируют), в результате чего облегчается его даль­нейшая переработка. Грануляция имеет и другую цель — за счет быстрого охлаждения получить стекловидную структуру шлака и тем самым повысить его гидравлическую активность.

Поскольку в составе продуктов гидратации ППЦ отсутствуют растворимый Са(ОН)₂ и высокоактивный С₃АН₆, он более стоек, чем ПЦ, к выщелачиванию и сульфатной коррозии. По сравне­нию с ПЦ он медленнее твердеет, выделяет меньше теплоты и имеет меньшую прочность, характеризуемую марками 300 и 400, что объясняется замещением части клинкера менее активной пуццоланой. ППЦ имеет высокую водопотребность — 30. 40% (ПЦ — только 24. 28%). Морозостойкость и воздухостойкость бетонов на ППЦ низка, однако водонепроницаемость их выше, чем бетонов на ПЦ, так как гидравлическая добавка под влиянием известковой воды сильно набухает. ППЦ дешевле, чем ПЦ, и его выгодно применять в подводных и подземных частях конструкций, во внутренних зонах бетона гидротехнических сооружений. Вслед­ствие пониженной морозо- и воздухостойкости его не используют в атмосферных условиях и в зоне переменного уровня воды.

Шлакопортландцемент (ШПЦ) получают путем совместного помола портландцементного клинкера и гранулированного домен­ного шлака (от 20 до 80 %) с добавлением гипса. Допускается за­мена части шлака (до 10% от массы цемента) пуццоланой. При гидратации клинкерной части ШПЦ образуются те же кристалло­гидраты, что и при твердении ПЦ. Под воздействием насыщенно­го раствора извести стекловидная фаза доменного шлака активи­зируется и вступает в процессы гидратации и гидролиза с образо­ванием гидроалюминатов и гидросиликатов кальция. В ШПЦ гипс не только замедляет схватывание, но и выступает в начальный период наряду с Са(ОН)₂ в роли активизатора твердения шлака. В дальнейшем и гипс, и известь непосредственно реагируют со шлаковыми составляющими, образуя типичные для ШПЦ про­дукты: гидрогеленит и гидрогранаты. При твердении ШПЦ обра­зуются гидросиликаты меньшей основности, чем при твердении ПЦ.

Преимущества ШПЦ перед ПЦ заключаются, во-первых, в более высокой водостойкости в пресных и сульфатных водах, что обусловлено низким содержанием в цементном камне Са(ОН)₂ и меньшей основностью силикатов; во-вторых, в более низкой (на 30. 40%) стоимости. Тепловыделение ШПЦ меньше тепловыде­ления ПЦ, что для массивных конструкций является крайне же­лательным. Высокая адгезия к стальной арматуре и способность при пропаривании набирать прочность быстрее ПЦ позволяют при­менять шлакопортландцемент на заводах железобетонных изде­лий. К недостаткам ШПЦ можно отнести пониженную по сравне­нию с ПЦ активность, в результате чего бетоны на этом цементе твердеют медленнее и имеют более низкие характеристики проч­ности, морозостойкости, водонепроницаемости. Марки ШПЦ по прочности: 300, 400, 500. По прочности и морозостойкости ШПЦ превосходит ППЦ, но уступает ему по водонепроницаемости. Во-допотребность ШПЦ (20. 25 %) немного меньше, чем у порт­ландцемента.

ШПЦ используют в массивных наземных, подземных и под­водных сооружениях, в частности, при воздействии агрессив­ной среды; для изготовления бетонных и железобетонных изде­лий; в составе кладочных и штукатурных растворов. Не реко­мендуется применять ШПЦ в конструкциях, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент в отличие от ШПЦ го­товят из клинкера нормированного состава (С₃А < 8 %, А1₂0₃< 5 %, MgO < 5 %) и с содержанием доменного шлака от 40 до 60 %. Сульфатостойкий шлакопортландцемент имеет две марки: 300 и 400. Он применяется в основном для подземных и подводных час­тей бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию сульфатных и пресных вод.

Активные минеральные добавки в цемент

ГОСТ Р 56196-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДОБАВКИ АКТИВНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ДЛЯ ЦЕМЕНТОВ

Общие технические условия

Active mineral additives for cements. General specifications

Дата введения 2015-04-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью Фирма "ЦЕМИСКОН"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ВНЕСЕНА поправка*, опубликованная в ИУС N 7, 2015 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на активные минеральные добавки (далее - добавки) для цементов и устанавливает технические требования к ним, правила приемки, методы контроля.

Настоящий стандарт не распространяется на гранулированные шлаки, применяемые для производства цементов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 3306-88 Сетки с квадратными ячейками из стальной рифленой проволоки. Технические условия

ГОСТ 3476-74 Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов

ГОСТ 5382-91 Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа

ГОСТ 25094-94 Добавки активные минеральные для цементов. Методы испытаний

ГОСТ 30515-2013 Цементы. Общие технические условия

ГОСТ 30744-2001 Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения, Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины, приведенные в ГОСТ 30515.

4 Классификация

4.1 Активные минеральные добавки подразделяют на следующие группы:

- природные минеральные добавки;

- техногенные минеральные добавки - побочные продукты промышленных производств.

4.1.1 К природным минеральным добавкам относятся:

- пуццоланы осадочного происхождения (диатомиты, трепелы, опоки);

- пуццоланы вулканического происхождения (пеплы, туфы, трассы, вулканические шлаки, цеолит, цеолитизированные породы);

- природные обожженные пуццоланы (обожженные глинистые породы - глиежи).

4.1.2 К техногенным минеральным добавкам относятся:

- доменные гранулированные шлаки по ГОСТ 3476;

- зола-уноса, получаемая путем электростатического или механического осаждения твердых частиц из дымовых газов, образующихся при сжигании тонкомолотого угля, горючих сланцев. Зола-уноса может быть кислой, проявляющей пуццоланические свойства и основной, проявляющей гидравлические свойства;

- микрокремнезем (силикатная пыль), образующийся при восстановлении высокочистого кварца углем в электрических дуговых печах при изготовлении кремния и ферросилиция;

- обожженный сланец, получаемый обжигом в специальной печи при температуре 800 °С и в тонкомолотом состоянии проявляющий гидравлические и пуццоланические свойства.

4.2 В качестве условного обозначения добавки применяют заглавную букву ее наименования:

- глиеж и обожженный сланец - Г;

5 Технические требования

5.1 Характеристики

5.1.1 Требования к физико-механическим показателям добавок приведены в таблице 1.

Активные минеральные добавки в цемент

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2019 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на активные минеральные добавки для цементов (далее - добавки) и устанавливает метод определения активности по прочности на сжатие.

Настоящий стандарт не распространяется на доменные гранулированные шлаки, применяемые для производства цементов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 3306 Сетки с квадратными ячейками из стальной рифленой проволоки. Технические условия

ГОСТ 4013 Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих материалов. Технические условия

ГОСТ 6139 Песок для испытаний цемента. Технические условия

ГОСТ 6613 Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. Технические условия

ГОСТ 24104 Весы лабораторные. Общие технические требования

ГОСТ 30515 Цементы. Общие технические условия

ГОСТ 30744 Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 30515.

4 Средства контроля и вспомогательное оборудование

Смеситель для приготовления раствора, трехгнездовые разъемные формы размерами 4040160 мм для изготовления образцов-балочек, насадка к формам, приспособления для укладки раствора в форму, встряхивающий стол для уплотнения раствора в форме, пластинки для накрывания формы с раствором, прибор для испытания на изгиб образцов-балочек, машина для испытания на сжатие половинок образцов-балочек - по ГОСТ 30744.

Пропарочная камера любой конструкции, обеспечивающая создание в ней среды насыщенного пара заданной температуры.

Лабораторная мельница для помола материалов. Лабораторную мельницу используют также для смешивания материалов при замене мелющих тел на резиновые шарики, пробки и аналогичные тела, не вызывающие дополнительного измельчения материалов.

Сито с контрольной сеткой N 008 по ГОСТ 6613.

Прибор для определения удельной поверхности методом воздухопроницаемости по ГОСТ 30744.

Сушильный лабораторный электрошкаф.

5 Подготовка к испытанию и проведение испытания

5.1 Общие положения

Погрешность средств контроля при взвешивании материалов при приготовлении смесей не должна превышать ±1 г.

Общие положения при определении тонкости помола материалов и испытании смесей на прочность - по ГОСТ 30744.

5.2 Подготовка материалов

5.2.1 Для проведения испытаний от каждой партии добавки отбирают не менее пяти точечных проб.

5.2.2 Из точечных проб составляют объединенную пробу. Масса объединенной пробы должна быть не менее 12 кг. Масса объединенной пробы кусковой дробленой добавки должна быть не менее 12 кг, недробленой - не менее 30 кг.

Объединенную пробу недробленой добавки дробят до кусков размером не более 50 мм.

Объединенную пробу дробят так, чтобы проба без остатка прошла через сито N 10 по ГОСТ 3306.

5.2.3 Из объединенной пробы сокращением получают среднюю лабораторную пробу массой 6 кг.

5.2.4 Пробу добавки массой 6 кг высушивают в сушильном электрошкафу при температуре (100±5)°С до постоянной массы и измельчают в лабораторной мельнице. Тонкость помола должна быть такой, чтобы остаток на сите с сеткой N 008 составлял не менее 13% и не более 15% массы просеиваемой пробы.

Добавки, обладающие высокой исходной дисперсностью и имеющие остаток на сите с сеткой N 008 менее 13% и удельную поверхность более 300 м/кг, могут быть использованы без предварительного помола.

Подготовленную пробу добавки хранят до испытаний в герметичной таре.

5.2.5 Портландцементный клинкер, предназначенный для испытаний, стандартный песок по ГОСТ 6139 и гипсовый камень по ГОСТ 4013 раздельно измельчают в лабораторной мельнице. Тонкость помола должна быть такой, чтобы остаток на сите с сеткой N 008 составлял:

- для портландцементного клинкера не менее 6% и не более 8% массы просеиваемой пробы;

- для стандартного песка не менее 13% и не более 15% массы просеиваемой пробы;

- для гипсового камня не менее 4% и не более 6% массы просеиваемой пробы.

Допускается измельчать гипсовый камень растиранием в фарфоровой ступке до требуемой тонкости помола.

5.3 Определение прочности

5.3.1 Из материалов, подготовленных по 5.2, путем перемешивания в лабораторной мельнице в течение 2 ч готовят смеси, соответствующие по составам приведенным в таблице 1.

Активные минеральные добавки, виды и применение активных минеральных добавок.

Активными минеральными или гидравлическими добавками называют природные и искусственные материалы, которые при смешивании их в тонкоизмельченном виде с воздушной известью придают ей свойства гидравлического вяжущего вещества, а в смеси с цементом повышают его водо- и сульфатостойкость.

В большинстве случаев взаимодействие извести и активными минеральными добавками основано на том, что содержащийся в последних активный (аморфный, мелкодисперсный) кремнезем связывает известь в присутствии воды в гидросилиткат кальция, который и обуславливает ее гидравлическое твердение, т.е. нарастание прочности под водой после предварительного затвердевания на воздухе, а также способность сопротивляться выщелачивающему действию воды. Кроме кремнезема в состав активных минеральных добавок входит глинезем, который в присутствии влаги также может взаимодействовать с известью, образуя гидроалюминат кальция, обладающий гидравлическими свойствами.

При твердении из цемента выделяется гидрат окиси кальция, понижающий его сопротивляемость по отношению к выщелачиванию и воздействию некоторых солей, содержащихся в минерализованных водах. Поэтому для повышения водостойкости цемента в пресных и сульфатных водах в него вводят активные минеральные добавки.

Активные минеральные добавки бывают природные и искусственные. К первым относятся осадочные породы: диатомиты, трепелы, опоки и глиежи, также вулканические породы – пеплы, туфы, пемзы, трассы, а ко вторым – доменные гранулированные шлаки , топливные золы и шлаки, искусственно обожженные глинистые материалы и кремнеземные отходы. Все эти добавки в порошковом состоянии при затворении водой не затвердевают.

Все вулканические породы, встречающиеся в природе в землисторыхлом состоянии, называют пуццоланами (по названию итальянского селения Поццуоли в Неаполитанском заливе, где они впервые стали разрабатываться). К пуццоланам относят все пористые вулканические материалы, состоящие из отдельных мелких зерен или небольших кусков (например, вулканические пески). Иногда пуццоланами обобщенно называют все виды активных минеральных добавок.

Для всех вулканических добавок характерно сравнительно высокое содержание кремнезема и глинозема. Активность активных минеральных добавок зависит от скорости охлаждения расплавленной вулканической магмы. Особенно быстро охлаждается лава, попавшая в воду в тех случаях, когда вулканы находятся вблизи морей или рек. Быстроохлажденные вулканические породы обладают большим запасом химической энергии. Такие добавки часто в значительной части или почти целиком состоят из стекла.

Вулканические добавки характеризуются высоким содержанием алюмосиликатов. При введении этих добавок в состав цементов свободная известь связывается нерасстеклованной алюмосиликатной составляющей этих добавок.

На активность этих добавок влияет также содержание в них химически связанной воды. Это подтверждается тем, что вулканический трасс после прокаливания теряет способность придавать извести гидравлические свойства.

К искусственно обожженным глинистым материалам относятся глинит, цемянка, керамзит, аглопорит, горелые породы (самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы). Обожженная глина в виде измельченного в порошок битого кирпича (цемянки) применялась еще в древней Руси в качестве гидравлической добавки в смеси с воздушной известью.

Для получения глинита глину необходимо обжечь при температуре порядка 600-800 0 С.

В некоторых местах встречается так называемый глиеж, что означает глина, естественно жженая (гли-е-ж). Глиеж осадочного происхождения, он относится к горелым породам и является продуктом природного обжига глины.

Кремнеземистые отходы (сиштоф) представляют собой богатые кремнекислотой материалы, получаемые в производстве сернокислого алюминия при извлечении глинозема из глины. Такие же отходы получаются и при производстве АIСl₃ из каолинита методом хлорирования в присутствии СО. Эти отходы являются весьма активной добавкой.

Активность зол зависит от температурного режима сжигания топлива, а также от размера его кусков и продолжительности пребывания в зоне высоких температур. Как и глинистые материалы, наибольшей активностью обладают золы топлива, сжигаемого при температуре 600-800 0 С. При более высокой температуре сжигания топлива качество золы как активной минеральной добавки снижается.

При сжигании горючих сланцев и некоторых других видов топлива получаются основные золы, которые сами по себе являются медленно твердеющими вяжущими веществами.

Активность активных минеральных добавок, определяемая по поглощению извести из известкового раствора (в мг СаО на 1г добавки) составляет: у диатомитов, трепелов и опок – 150-400; вулканических пеплов, пемзы и туфа – 50-150; трассов – 60-150; глиежей – 30-100; обожженных глин, топливных шлаков и зол – 50-100. Добавки с меньшей активностью относятся к инертным.

Количество несгоревших частиц топлива в топливных шлаках не должно превышать 15%, а в топливных золах 20% SO 3 в топливных шлаках и золах должно быть больше 3%.

Возможно Вас заинтересует: Минеральный порошок. ГОСТ 16557—2005 «Порошок минеральный для приготовления строительных смесей», цена за 1 тн.

Пуццолановый цемент, производство и применение пуццоланового цемента.

Пуццолановым цементом называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и во влажных условиях, получаемое путем совместного помола цементного клинкера с активной минеральной добавкой или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов.

Весовое содержание добавок зависит от их состава и свойств. Содержание добавок осадочного происхождения составляет 20-35%, добавок вулканического происхождения обожженной глины, глиежа и топливной золы 25-40%. Устанавливая оптимальное соотношение между цементным клинкером и активной минеральной добавкой, приходится также учитывать и минералогический состав клинкера. При помоле пуццоланового цемента добавляют гипс в количестве, необходимом для регулирования сроков схватывания, с тем, однако, чтобы содержание SO 3 в пуццолановом цементе не превышало 3,5%.

Требуемое количество добавки зависит от активности: чем она выше, тем меньше ее вводится в пуццолановый цемент. Хотя мaлоактивныe дешевые добавки вводимые в большем количестве (чем активные), понижают стоимость цемента, все же нет оснований считать эти добавки более выгодными. Даже при оптимальных дозировках они дают пуццолановый цемент меньшей прочности, чем более активные добавки, так как содержат сравнительно больше инертных составляющих.

Пуццолановый цемент можно изготовлять не только на заводах, но и непосредственно на стройках, в специальных сушильно-помольных установках, где активная минеральная добавка высушивается, размалывается и смешивается с цементом или осуществляется совместный помол клинкера с предварительно высушенной добавкой. При этом транспортируется только клинкер, так как перевозить его удобнее, чем измолотый цемент; кроме того, уменьшается загрузка транспорта, так как добавка является местным материалом. Наряду с этим, на стройках получают свежеизготовленныЙ пуццолановый цемент, состав которого можно изменять, вводя в него наполнители. Однако строительство помольных установок может оказываться рентабельным только на очень крупных стройках.

В других случаях можно применять предложенную С. В. Шестоперовым мокрую пуццоланизацию цемента, при которой активная минеральная добавка в смеси с водой вводится в виде водной суспензии в бетономешалку в процессе изготовления бетонной смеси. Это возможно лишь при легко распускающихся в воде добавках, какими являются многие виды трепелов и диатомитов. Мокрая присадка гидравлических добавок была впервые применена на строительстве канала имени Москвы. Наряду с мокрой возможна и сухая присадка в бетономешалку тонкоизмолотой добавки. Однако в этом случае она хуже смешивается с цементом.

Требования стандарта к тонкости помола такие же, что и для цемента, остаток на сите №008 не должен превышать 15%. Однако целесообразно размалывать пуццолановый цемент возможно более тонко, так как при этом увеличивается поверхность взаимодействия между реагирующими компонентами, что ведет к ускорению твердения. Весьма эффективен, особенно при использовании мягких добавок, двухступенчатый помол, при которого вначале измельчают цементный клинкер с гипсом до обычной или несколько меньшей удельной поверхности, а затем в мельницу подают активную минеральную добавку, и всю смесь измельчают до заданной тонкости помола. При совместном помоле, когда в мельницу одновременно загружают клинкер, добавку и гипс, добавка размалывается в первую очередь, и она оказывается измельченной более тонко, чем цементным клинкер, что понижает свойства пуццоланового цемента.

Пуццолановые цементы, при твердении которых связывается гидрат окиси кальция и образуются менее основные гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, чем при твердении цемента, значительно более стойки по отношению к выщелачиванию пресной водой и к воздействию минерализованых вод.

Некоторые активные минеральные добавки, например обожженная глина, содержат довольно много активного глинозема, который при взаимодействии с гидратом окиси кальция образует в процессе твердения значительное количество гидроалюмината кальция, способствующего образованию дополнительного количества гидросульфоалюмината кальция при сульфатной коррозии. Поэтому пуццолановый цемент на основе обожженной глины в течение длительного времени рекомендовали лишь для сооружений, подверженных воздействию пресных вод.

Однако работы И. С. Канцепольского показали, что если каолинитовые и полиминеральные глины обжигать при температуре перехода аморфного глинозема в кристаллическое состояние (900-1000 °C), то при таком обжиге глинозем теряет свою химическую активность, а кремнезем в определенной степени сохраняет ее. Таким образом, обожженные глины повышают сульфатостойкость цемента. Сульфатостойкий цемент получается в этом случае при повышенных дозировках высокообожженных глин (30% и выше). На этой основе в Средней Азии выпускается глиеж-цемент, стойкий как в пресных, так и в минерализованных водах. Растворимого глинозема в глиеже должно быть не более 3%.

При взаимодействии с водой и гидратом окиси кальция, образующегося при твердении цемента, отдельные зерна измельченной добавки увеличиваются в объеме (набухают). Это вызывает уплотнение раствора или бетона. Уплотнение увеличивает также водо- и солестойкость пуццоланового цемента, так как затрудняет проникновение агрессивных вод внутрь бетонного массива и препятствует разрушению бетона. Поэтому при определении активности минеральной добавки необходимо устанавливать степень ее набухания в известковой воде.

Пуццолановый цемент твердеет медленнее, чем цемент. При стандартных испытаниях в трамбованных образцах из раствора жесткой консистенции впервые сроки он обладает меньшей прочностью, чем цемент, из которого он изготовлен. Однако в дальнейшем пуццолановый цемент догоняет и даже перегоняет его порочности, причем чем активнее добавка, тем в более короткий срок это происходит.

Более высокая конечная прочность пуццоланового цемента объясняется тем, что общее количество гидросиликата кальция, образующегося в пуццолановом цементе, больше, чем в цементе. Медленное нарастание прочности пуццоланового цемента впервые сроки вызывается тем, что вводимая добавка как бы разбавляет цементный раствор, уменьшает количество чистого цемента. Однако, как только значительное количество активного кремнезема добавки вступит во взаимодействие с выделяющимся гидратом окиси кальция, твердение значительно ускоряется и прочность растворов из пуццоланового цемента становится такой же, как и у растворов из цемента. Поэтому растворы и бетоны на пуццолановом цементе должны находиться во влажной среде более продолжительное время, чем изделия из цемента.

Замедление твердения вызывается также большей водопотребностью пуццолановых цементов, особенно изготовляемых на основе трепелов и диатомитов. Введение активных минеральных добавок увеличивает количество воды, необходимое для получения цементного теста нормальной густоты примерно с 25 до 30-40% и выше. Соответственно повышается и нормальная густота раствора с песком 1:3. При использовании в качестве добавок трасса или туфа водопотребность пуццоланового цемента несколько меньше, но все же превышает водопотре6ность цемента.

Повышенный расход воды и ряд других причин вызывают необходимость увеличивать расход пуццоланового цемента на 1м3 бетона на 15-20% по сравнению с цементом той же марки. Вид используемой добавки влияет на свойства пуццоланового цемента. Поэтому, чтобы иметь более точное представление о свойствах данного вяжущего, вместо обобщенного названия «пуццолановый цемент» целесообразнее применять частные названия: трепельный цемент, трассовый и т. д.

Не повышает водопотребности бетонной смеси добавка золы уноса, которую можно вводить в состав, как цемента, так и бетонной смеси. Замена золой части цемента позволяет уменьшить его расход, практически не ухудшая качества бетона.

При испытании стандартных трамбованных образцов из растворов жесткой консистенции отставание пуццоланового цемента по прочности наблюдается лишь в течение очень краткого времени, так как сказывается высокая уплотняющая способность гидравлических добавок и больший выход цементного теста.

При испытании в образцах из растворов пластичной консистенции, т. е. в условиях, более близких к практическим, скорость нарастания прочности пуццоланового цемента замедляется больше и в большинстве случаев даже в отдаленные сроки она не достигает прочности цемента.

Твердение пуццоланового цемента можно ускорить, применяя ряд мероприятий, в частности используя более активные добавки, клинкер с повышенным содержанием трехкальцииевого силиката и трехкальциевого алюмината, которые весьма быстро гидратируются. Ускоряют твердение также более тонкий помол пуццоланового цемента, увеличение в известных пределах дозировки гипса, а также добавка хлористого кальция.

При твердении пуцоланового цемента вследствие более медленного течения этого процесса выделяется меньше тепла, чем при твердении цемента. Однако снижение тепловыделения не пропорционально содержанию добавки (оно меньше), что объясняется ускорением гидратации цементных зерен.

Стандарт предусматривает такие же сроки схватывания для пуццоланового цемента, как и для цемента: начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин, а конец не позднее 12 ч. Пуццолановый цемент должен обнаруживать равномерность изменения объема при испытании кипячением и в парах воды.

Водоотделение пуццолановых цементов меньше, чем у цемента, при твердых добавках (трасс, туф и др.) оно мало отличается от водоотделения цемента. Усадка и набухание пуццоланового цемента, при твердении на воздухе и в воде, более высокие, чем у цемента, причем наибольшую усадку и набухание дают пуццолановые цементы на основе добавок осадочного происхождения.

Пуццолановый цемент уступает цементу по воздухостойкости. При достаточно длительном твердении во влажных условиях в первые сроки он не обнаруживает обычно при дальнейшем твердении на воздухе снижения прочности. Однако прирост прочности в этом случае значительно меньше, чем при хранении в воде.

Применять пуццолановый цемент при пониженных температурах нецелесообразно, так как при этом сильно замедляется и без того медленное твердение этого цемента. Наоборот повышенная температура в сочетании с влажной средой дает благоприятные результаты. Поэтому ускорение твердения пуццоланового цемента путем водотепловой обработки дает относительно больший эффект, чем для цемента. Пуццолановый цемент обнаруживает меньшую морозостойкость чем цемент.

Прочность пуццоланового цемента при длительном хранении (на складах) понижается быстрее, чем прочность цемента вследствие большей гигроскопичности активных минеральных добавок. Они поглощают влагу из воздуха, а это вызывает гидратацию некоторой части пуццоланового цемента.

Для повышения сульфатостойкости пуццолановый цемент изготовляют из клинкера с пониженным содержанием трехкальциевого алюмината (не более 8%.). Такой продукт носит название сульфатостойкого пуццоланового цемента. Содержание С₃S в нем не должно превышать 50%.

Пуццолановый цемент применяют для подводных и подземных бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся действию пресных и сульфатных вод. Его можно использовать и для конструкций, а также строительных растворов, находящихся в условиях повышенной влажности. Его применяют также для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений. Вследствие пониженной морозо- и воздухостойкости этот цемент не рекомендуется использовать в наземных бетонных и железобетонных конструкциях в условиях воздушного твердения. Наблюдающееся при этом быстрое высыхание может приостановить твердение и вызвать значительную усадку цемента. Не рекомендуется также применять пуццолановый цемент для тех частей сооружений, которые находятся на переменном уровне воды в условиях попеременного увлажнения и высыхания, замораживания и оттаивания.

Портландцементы с активными минеральными добавками

Для того чтобы придать или улучшить определенные свойства портландцемента, в его состав дополняют специальными минеральными добавками или регулируют состав этих добавок.

Свойства минеральных добавок

Во всем видах минеральных добавок содержатся активные химические вещества.

К данным веществам относятся:

• аморфный диоксид кремния – входит в состав вулканических горных пород и добавок искусственного происхождения;
• аморфный водный диоксид кремния – входит в состав трепела, диатомита и некоторых других горных пород осадочного происхождения;
• алюмосиликаты – входят в состав искусственных добавок и пород вулканического происхождения;
• метакаолинит – входит в состав глинитов, глиежи, золы-уноса и топливных шлаков;
• активный глинозем – входит в состав глинитов и топливных шлаков.

В составе извести и в продуктах, получившихся при твердении портландцемента, содержится гидроксид кальция, который при нормальной температуре и в присутствии влаги способен взаимодействовать со всеми перечисленными минеральными добавками. При их взаимодействии образуются нерастворимые продукты.

В результате такой реакции, у извести появляются гидравлические свойства, а портландцемент получает более низкую себестоимость и приобретает некоторые специальные свойства.

Виды минеральных добавок

Активные минеральные добавки, могут быть природного и искусственного происхождения.

Природные минеральные добавки

К активным минеральным добавкам природного происхождения относятся осадочные горные породы и породы вулканического происхождения.

К таким породам относятся:

• трепел;
• диатомит;
• глиежи;
• опоку;
• туф;
• трасс;
• пемза;
• и вулканический пепел.

Искусственные минеральные добавки

К активным минеральным добавкам искусственного происхождения относятся отходы и побочные продукты промышленности. В том числе продукты, получаемые при производстве глинозема и обожжении глины при температуре до 800 °С.

К данным продуктам относятся:

• гранулированные доменные шлаки;
• электротермофосфорные шлаки;
• топливные шлаки;
• топливные золы;
• нефелиновый шлам;
• двухкальциевый силикат;
• цемянка;
• глиниты и др.

В зависимости от вида активных минеральных добавок и их количества, портландцементы с такими добавками делятся на 3 вида:

1. ПЦД – портландцемент с минеральными добавками;
2. ППЦ – пуццолановый портландцемент;
3. ШПЦ – шлакопортландцемент.

Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД)

ПЦД состоит из клинкера, минеральных добавок и гипса, которые перемешивают вместе, предварительно измельчив. При этом количество минеральных добавок в составе ПЦД не должно превышать 20%, для того чтобы сохранить все основные свойства портландцемента.

При добавлении минеральных веществ в состав портландцемента, его свойства хоть и сохраняются, но претерпевают некоторые изменения:

• морозостойкость – немного снижается;
• водостойкость – улучшается;
• сопротивляемость коррозии – улучшается;
• тепловыделение – становится ниже.

Благодаря тому, что до 20% состава ПЦД занимают минеральные добавки, экономиться портландцементный клинкер, что и способствует снижению себестоимости конечного продукта. В итоге мы получаем экономически выгодный цемент с улучшенными качествами и сниженной себестоимостью.

ПЦД выпускают всего несколько марок, это: М400, М500, М550 и М600. На отдельных заводах выпускают ПЦД М300, но только согласно специальному разрешению на это.

Если при строительстве объекта не требуется высокая морозостойкость, то вместо обычного портландцемента, чаще всего применяют именно ПЦД, поэтому он и получил такое широкое распространение.

Пуццолановый портландцемент (ППЦ)

ППЦ изготавливают также как и ПЦД, путем измельчения клинкера, гипса и минеральных добавок.

Но в составе ППЦ есть некоторые отличия:

• портландцементный клинкер содержит менее 8% С3А;
• активные минеральные добавки составляют от 20% до 40% объема.

Содержание минеральных добавок зависит от минерального состава и активности самих добавок.

ППЦ выпускают двух марок: М300 и М400 и согласно ГОСТу 76-го года, он относится к классу сульфатостойких цементов.

Шлакопортландцемент (ШПЦ)

ШПЦ изготавливают также как и ППЦ, но минеральный состав несколько отличается. В качестве активной минеральной добавки в ЩПЦ используется гранулированные доменные шлаки, объем содержания, которых варьируется от 20% до 80% от массы самого цемента.

Шлакопортландцемент выпускается трех марок: М300, М400 и М500. При этом он может иметь 2 разновидности, а именно сульфатостойкий шлакопортландцемент (СШПЦ) и быстротвердеющий шлакопортландцемент (ШПЦБ).

Для того чтобы изготовить ШПЦБ используют портландцементный клинкер высокого качества и размалывают его до 5000 кв.см/гр.

Минеральные добавки для бетонов

Для того чтобы иметь возможность управлять свойствами и структурой готового бетона и бетонной смеси, используют химические и минеральные добавки.

Виды бетонных добавок

Минеральные добавки – это порошки минеральных пород. Данные породы могут быть, как природного (горные породы), так и искусственного (молотые шлаки, зола и т. д.) происхождения.

Вещества, которые добавляют в бетонную смесь, для того чтобы улучшить или добавить какие-либо свойства, делятся на несколько групп. Группы бывают следующие: добавки, заполнители, наполнители, разбавители, уплотнители, модификаторы и т. д.

Минеральные добавки от минеральных заполнителей отличаются тем, что у них зерна имеют меньший размер и обычно не превышают 0,16 мм. При этом минеральные добавки не растворяются в воде, что отличает их от химических модификаторов.

При замешивании бетонной смеси, в наполнители образуются пустоты, которые заполняются цементом, а вместе с ним и минеральными добавками, это позволяет укрепить структуру готового бетона. В некоторых ситуациях данное свойство минеральных добавок позволяет уменьшить расход цемента. Вещества добавляемые в бетон, для того чтобы снизить расход цемента, называют наполнителями, поэтому если с помощью минеральных добавок удалось снизить расход цемента, то в данных случаях их называют минеральными наполнителями.

Разные минеральные добавки по-разному влияют на свойства и структуру готового бетона. И в зависимости от дисперсности добавки делят на разбавители и уплотнители цемента.

Минеральные разбавители

К ним относит зола и другие минеральные вещества, разбавители имеют состав, близкий к составу цемента еще его называют гранулометрическим составом, удельная поверхность такого вещества от 0,2 до 0,5 кв.м/грамм.

Минеральные уплотнители

К уплотнителям относится микрокремнезем, зерна уплотнителей обычно в 100 раз меньше, чем зерна цемента. Удельная поверхность уплотнителей от 20 до 30 кв.м/грамм. Благодаря таким мельчайшим размерам зерен, уплотнители способны заполнять пустоты между зернами цемента, что позволяет одновременно увеличить плотность и прочность готового бетона.

Виды минеральных добавок

Различают активные и инертные минеральные добавки.

Активные минеральные добавки

Данные добавки способны вступать во взаимодействие с диоксидом кальция даже при комнатных температурах, но с обязательным присутствием воды, результатом такого взаимодействия становится вещество с вяжущими свойствами.

После добавления активных минеральных добавок в бетонную смесь, они начинают взаимодействовать с Ca(OH)₂, который выделяется при гидратации портландцемента.

Существуют активные минеральные добавки, которые способны самостоятельно твердеть и тем самым увеличивать прочность общей конструкции. К таким добавкам относится молотый доменный шлак, который активизируется и начинает твердеть после добавления извести в состав.

На свойства самих минеральных добавок самое большое влияние оказывает их зерновой состав, так как именно он в значительной степени определяет удельную поверхность вещества, а вместе с этим и их реакционную способность. Так же зерновой состав в значительной степени влияет на возможность увеличения плотности готовой бетонной структуры.

Инертные минеральные добавки

Данный вид минеральных добавок, не вступает не в какие реакции при обычных температурах. Но при автоклавной обработке, данные добавки могут проявлять реакционную способность и вступать во взаимодействие с компонентами цемента. Так же применяют и другие способы для того, чтобы заставить инертные минеральные добавки вступать в реакцию с другими компонентами бетонной смеси.

Инертные минеральные добавки чаще всего используют для того, чтобы регулировать зерновой состав и заполнение пустот в твердой фазе бетона. Данный подход позволяет управлять свойствами бетона и бетонной смеси.

К инертным минеральным добавкам относятся кварцевый песок, глина, известняки и другие.

Активные природные минеральные добавки

Данный вид добавок получают путем измельчения различных горных пород, осадочного и вулканического происхождения.

К породам осадочного происхождения относятся:

К породам вулканического происхождения относятся:

Активные природные минеральные добавки иногда называют «пуццоланы». Данное название впервые было применено к туфу, который добывали в одном и одноименных мест в Италии.

Природные минеральные добавки на 80-90% состоят из глинозема и кремнезема, которые определяют активность таких добавок. Эти добавки довольно широко применяются в производстве цемента. А самым большим недостатком таких добавок является повышенная водопотребность.

Читайте также:

  
• Противоморозная добавка для бетона своими руками
  
• Чем лучше делать разметку на бетоне
  
• Масло для обработки кирпича
  
• Зеркальный цоколь для кухни
  
• Кровельный материал в виде плиток