Справочник строительных материалов, а также изделий и оборудования для строительства и ремонта квартиры

Онищенко Владимир

В процессе приготовления бетонов некоторые гидрофобизующие добавки вовлекают в бетонную смесь большое количество мельчайших пузырьков воздуха – до 30–50 л на 1 м ³бетонной смеси (3–5 % по объему). Вовлеченный воздух или, если нет добавочного воздухововлечения, адсорбционные слои, активные в смазочном отношении, улучшают подвижность и удобство укладки смеси, а наличие в отвердевшем бетоне мельчайших замкнутых пустот способствует повышению морозостойкости бетона. Гидрофобный цемент отличается и более высокими водостойкостью и водонепроницаемостью.

Цементы с минеральными добавками

К этой группе гидравлических вяжущих веществ принадлежат цементы, получаемые совместным помолом портландцементного клинкера

и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием указанных компонентов после раздельного измельчения каждого из них. В зависимости от вида исходного вяжущего компонента и добавки цементы с активными минеральными добавками делят на пуццолановые и шлакопортландцементы.

Активными минеральными (гидравлическими) добавками называют природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с известью-пушонкой и затворении водой придают ей гидравлические свойства, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость. Гидравлические добавки в порошкообразном состоянии, будучи смешаны с водой, самостоятельно не затвердевают. Активные минеральные добавки подразделяют на природные и искусственные.

Активные минеральные добавки содержат вещество, способное в обычных условиях вступать в химическое взаимодействие с гидратом оксида кальция и давать труднорастворимые продукты реакции. В диатомитах, трепелах и других добавках осадочного происхождения этим веществом является водный кремнезем, а в вулканических и искусственных – преимущественно алюмосиликаты.

Минеральная добавка считается активной, если она обеспечивает схватывание теста, приготовленного на основе добавки и извести-пушонки, не позднее 7 суток после затворения и обеспечивает водостойкость образца не позднее 3 суток после конца его схватывания. Активность минеральных добавок характеризуется также количеством СаО, поглощенного из раствора на 1 г добавки в течение 30 суток. Отдельные виды минеральных добавок имеют активность не менее (мг/л): трепелы и диатомиты – 150, трассы – 60, пемзы, туфы, пеплы – 50, глиежи – 30.

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

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.