К таким цементам относят
песчанистый, карбонатный и трехкомпонентный пуццолановый портландцемента.
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.
Микронаполнители используют следующим образом:
1. Вводят измельченный микронаполнитель в состав
бетонной смеси.
2. Раздельно измалывают цемент и микронаполни-
тель, 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 микропаполнитель 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 1 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 тонкоивмельченные кварцевые
микронаполнители об-i ладают химической активностью. Интенсивное образование
гидросиликатов кальция серии CSH (В) 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 состав а — ЗС аО * А1203 MgC03 • 11Н20.
При температуре выше 373К эти соединения разлагаются с образованием исходных
СзАН6 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 ( 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 ( 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 ( 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. Кол- басова [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 пемента. Он отличается также пониженным
тепловыделением при гидратации. Особый интерес представляет повышенная
стойкость при твердении этого немента в условиях углекислой агрессии
благодаря образованию при гидратапии в его составе карбоалюми- ната кальция —
ЗСаО-Al20,v 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 пуццоланизаиии» применялся по предложению С. В. Шестоперова на
строительстве крупных гидротехнических сооружений. Трехкомпонент- ный
поццодаиовый портландцемент ^характеризуется меньшей водопотребностью, чем
обычный пуццолано- вый, пониженным тепловыделением, меньшей склонностью к
усадке и набуханию, но зато уступает ему в прочности.
|