СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Цементы с инертными минеральными добавками (микронаполнителями)

К таким цементам относят песчанистый, карбонат­ный и трехкомпонентный пуццолановый портландце - менты. Песчанистый портландцемент пробовали при­менять за рубежом еще 50—60 лет тому назад, но производство его не получило развития. При изготов­лении такого цемента путем однократного совместного помола клинкера и песка с добавкой гипса было уста­новлено, что при обычной тонкости помола прочност­ные показатели снижаются в размере, равном пример­но проценту содержания песка. Дальнейшие исследо­вания показали, что лучшие результаты могут быть получены при повышенной удельной поверхности клинкерного компонента и сравнительно меньшей тон­кости помола инертной добавки, так как ее дисперс­ность в составе смешанного (т. е. с микронаполните­лем) цемента существенно не влияет на прочность растворов и бетонов нормального твердения. Повыше­ние же удельной поверхности клинкерной составляю­щей положительно сказывается на прочности цемента, что позволяет в известной степени компенсировать снижение прочности от разбавления цемента инертным материалом.

Стандарта на микронаполняющие добавки нет. В ГОСТ на гидротехнический бетон предусмотрены требо­вания к таким добавкам, вводимым в состав бетонной смеси. К наполняющим тонкоизмельченным добавкам относятся: кварцевые и полевошпатовые пески, пес­чаники, изверженные горные породы, известняковые и известняково-магнезиальные породы, лёсс и неграну - лированные распавшиеся доменные шлаки. Этим стандартом установлено, что содержание сернокислых и сернистых соединений в пересчете на S03 не должно превышать 3%; содержание органических примесей допускается в количествах, определяемых при провер­ке колориметрической пробой (метод окрашивания). Остаток на сите №02 не должен превышать 5% и сквозь сито № 008 должно проходить не менее 65% пробы. Наполняющая добавка не должна вызывать повышения водопотребности бетонной смеси.

Микронаполпители используют следующим обра­зом:

1. Вводят измельченный микронаполнитель в состав бетонной смеси.

2. Раздельно измалывают цемент и микронаполни­тель, смешивают их на цементном заводе или перед употреблением.

3. Измельчают совместно цементный клинкер, гипс и микронаполнитель.

4. Осуществляют ступенчатый помол, при котором в одной мельнице предварительно измалывается цемент­ный клинкер с добавкой гипса; полученный порошок направляется во вторую мельницу, куда одновременно поступает микронаполнитель и где они тонко измель­чаются. При использовании твердого высокоабразив­ного кварцевого песка либо кристаллического извест­няка проявляется абразивное действие микронаполните­ля, повышающего дисперсность клинкерных частиц.

Целесообразность введения в портландцементы инертного материала вытекает из этого, что, как сей­час признано, крупные зерна клинкера размером более 50—60 мкм медленно гидратируются и поэтому их роль в процессе твердения цемента незначительна. В связи с этим неполная замена таких клинкерных зерен частицами инертного материала должна несколько замедлять твердение цемента и снижать его прочность. Вместе с тем частицы микронаполнителя принимают некоторое участие в формировании структуры цемент­ного камня. Они раздвигают зерна гидратирующего цемента и этим содействуют ускорению процессов ги­дратации. Зерна микронаполнителя создают поверх­ность, на которой могут располагаться гидратные но­вообразования, появляющиеся в результате гидратации через раствор особо дисперсных зерен клинкера. Они способствуют росту кристаллов гидратных соединений и их уплотнению. Наши исследования показали, что тонкоизмельченные кварцевые микронаполнители об-i ладают химической активностью. Интенсивное обра­зование гидросиликатов кальция серии CSH(B) наб­людается, как известно, в условиях автоклавного твердения при меньшей дисперсности кварцевых зерен.

Микронаполнители в виде карбонатов кальция либо магния также не могут считаться химически инертны­ми веществами. Исследования, проведенные в МХТИ им. Менделеева В. В. Тимашевым и В. М. Колбасовым, позволили установить, что при гидратации в условиях нормальной температуры смеси портландцемента с тонкоизмельченным известняком происходит взаимо­действие клинкерных алюминатных фаз С3А и C4AF с СаС03, приводящее к образованию нового вида сое­динений — карбоалюмината кальция — ЗСаО • А1203 • •СаС03'11Н20 [143]. При взаимодействии с доломи­том может также образоваться аналогичное соединение вероятного состава —ЗСаО-Al203-MgC03-11Н20. При температуре выше 373К эти соединения разлагаются с образованием исходных С3АН6 и углекислых солей кальция и магния, что проявляется также в резком па­дении прочности вяжущего.

Это явление наблюдается при автоклавной обработ­ке при давлении 0,9 МПа в течение 8 ч. Однако по­следующее твердение на воздухе сопровождается, по - видимому, обратной реакцией образования карбоалю - мината кальция и соответственно некоторым восстанов­лением прочности (табл. 29).

Цементы с микронаполнителями по предложению А. В. Волженского были исследованы в НИИЦементе. Их изготовляли путем совместного, а также ступенча­того помола портландцемента с песком либо известня­ком в полузаводской мельнице и испытывали в раство­рах и бетонах. Получены следующие результаты (табл. 30).

Можно видеть, что добавка 15% песка при ступен­чатом помоле практически не влияет на прочность цемента. Добавка же 30% песка или 30% известняка вызывает снижение прочности, увеличивающееся от от 28 к 90 сут. Однако размер снижения прочности меньше процента введенной добавки.

Применялись цементы как совместного, так и сту­пенчатого помола. Для условий нормального твердения получены следующие усредненные данные (табл. 31).

Мы видим, что при ступенчатом помоле повышается сравнительная эффективность применения микронапол­нителей, особенно абразивного кварцевого песка, взя­того в количестве 15% и даже 30%, причем снижение

Прочности при применении песка либо известняка меньше процента введенной добавки.

Песчанистый портландцемент получают путем сов­Местного помола клинкера, добавки гипса и примерно 40% кварцевого песка на Акмянском цементном заводе и используют для производства асбестоцементных лис­тов с применением автоклавной обработки в течение 8 ч при 0,9 МПа. В результате гидратации песчанисто­го цемента при насыщенном паре высокой температу­ры гидроксид кальция химически взаимодействует не только с песком, но частично и с волокнами асбеста, что позволило организовать на трех заводах выпуск асбестоцементных изделий автоклавным способом (гл. 9).

Отличительными особенностями песчанистого це­мента в нормальных условиях твердения является пониженное тепловыделение при гидратации. Другие строительно-технические свойства песчанистых цемен­тов зависят от физико-химической характеристики клинкера и песка и его содержания в цементе по массе, а также от способа измельчения цемента и удельной поверхности его компонентов.

Карбонатный портландцемент получают путем сов­местного помола цементного клинкера с 30—50% из­вестняка. Для изготовления этого цемента желательно применять высокоглиноземистый клинкер с содержани­ем 13% С3А. По данным В. В. Тимашева и В. М. Кол­басова [143], повышению прочности сцепления компо­нентов цемента способствует обеспечение одинаковой поверхности клинкера и карбоната в единице объема и применение двухступенчатого помола при активной обработке цемента.

Плотность и ^особенности кристаллической струк­туры карбонатных пород, а также содержание в них углекислого магния существенно не влияют па свойст­ва этого немента. Он отличается также пониженным тепловыделением при гидратации. Особый интерес пред­ставляет повышенная стойкость при твердении этого цемента в условиях углекислой агрессии благодаря об­разованию при гидратапии в его составе карбоалюми - ната кальция — ЗСаО• А1203• СаС03• 11Н20.

Трехкомпонентный пуццолановый портландцемент С микронаполнителями — гидравлическое вяжущее, со­держащее 50—55% цементного клинкера, 25—30% трепела, 20—25% кварцевого песка и до 5% гипса. Он может быть получен совместным помолом составляю­щих его компонентов. Известна и другая схема его получения — совместное измельчение клинкера, песка и гипса и добавление взмученного в воде трепела не­посредственно в бетономешалку при приготовлении бе­тонной смеси. Она известна как «мокрая пуццоланиза - ния». Способ «мокрой пуццоланизании» применялся по предложению С. В. Шестоперова на строительстве крупных гидротехнических сооружений. Трехкомпонент - ный поццодановый портландцемент ^характеризуется меньшей водопотребностью, чем обычный пуццолано­вый, пониженным тепловыделением, меньшей склон­ностью к усадке и набуханию, но зато уступает ему в прочности.