Активные минеральные добавки и цементы на их основе

АМД – называются природные или искусственные тонкоизмельченные порошки, способные в смеси с некоторыми вяжущими, содержащими СаО_СВ, самостоятельно твердеть.

При взаимодействии АМД с известью образуются гидросиликаты кальция.

Основное техническое назначение АМД заключается в том, что они должны связать Са(ОН)₂ в нерастворимые соединения.

Применение АМД позволяет: снизить стоимость ПЦ, расширить номенклатуру вяжущих, улучшить некоторые свойства цемента.

Классификация АМД:

Природные: Искусственные:

Вулканические: Осадочные: обожженные глины,

Пепел, туф, пемза диатомит, трепел, опока граншлак, золы ТЭЦ.

Свойства АМД. Все добавки представляют собой пористые, малопрочные материалы, легко подвергающиеся измельчению. Их пористость ~ 60-70%. Высокая пористость показывает, что поверхность зерен сильно развита, а значит и у них высокая реакционная способность.

Высокая пористость, большая поверхность и гидрофильность добавок определяют их гигроскопичность. Поэтому влажность добавок в природных условиях значительна, и их надо подсушивать.

По химическому и минералогическому составам АМД отличаются друг от друга и их отношение к Са(ОН)₂ неодинаково.

Добавки осадочного происхождения в основном состоят из аморфного SiO₂, который обладает большой реакционной способностью с известью. Активность добавки зависит от размера частиц: с их уменьшением увеличивается активность.

Добавки вулканического происхождения в основном состоят из быстроохлажденных алюмосиликатов и не содержат аморфного SiO₂. Поэтому процесс взаимодействия их с Са(ОН)₂ в первую очередь происходит за счет адсорбционного связывания Са(ОН)₂ с последующей химической реакцией.

Пуццолановый ПЦ получают тонким измельчением ПЦ клинкера и АМД или смешиванием. Содержание АМД в цементе в % по массе.

Вулканического происхождения, золы, обожженные глины – 25-40%, осадочного происхождения – 20-30%.

Чем более активная добавка, тем меньше ее добавляют.

Твердение пуццоланового ПЦ условно можно разбить на 2 периода:

1) твердение клинкерной составляющей протекает по той же схеме, что и ПЦ;

2) твердение цемента, обусловленного взаимодействием продуктов гидратации с АМД.

При переходе легкорастворимого Са(ОН)₂ в труднорастворимый гидросиликат кальция стойкость пуццоланового ПЦ в пресных водах повышается.

Однокальциевые гидросиликаты кальция вначале выделяются в коллоидном мелкодисперсном состоянии. Затем гелеобразные массивы начинают уплотняться и кристаллизоваться, что ведет к уплотнению цементного камня.

Но действие АМД на этом не заканчивается. Реагируя с C₃АН₆ и C₂SH₄, образует менее основные соединения, что повышает водостойкость цементного камня.

Процессы твердения клинкерной части в присутствии АМД протекают более энергично, т.к. добавки связывают Са(ОН)₂, что способствует более быстрому гидролизу C₃S.

Повышенная скорость гидратации клинкерных минералов не обеспечивает более быстрого роста прочности в начальные сроки, т.к. зерна клинкера разбавляются веществом, не склонным к самостоятельному твердению, но в дальнейшем, к 28 сут, рост прочности пуццоланового ПЦ превышает прочность ПЦ.

Свойства пуццоланового ПЦ. По показателям R_СЖ и R_ИЗГ пуццолановый ПЦ выпускают марок 200, 300, 400, 500.

Водопотребность его до 40%, а у ПЦ – 26-28%.

Температура среды оказывает более сильное влияние на рост прочности. Особенно благоприятна пропарка, а еще лучше автоклавная обработка.

Долговечность бетонов на пуццолановом ПЦ характеризуется морозостойкостью, водостойкостью, воздухостойкостью. Для первых двух показателей особое значение приобретает водопроницаемость.

Бетоны на пуццолановом ПЦ имеют более высокую водонепроницаемость, чем ПЦ из-за: 1) набухание АМД в присутствии насыщенного раствором Са(ОН)₂, что вызывает уплотнение цементного камня; 2) увеличенный объем цементного теста, т.к. плотность его на 10% ниже, чем ПЦ, поэтому при увеличении объема цементного теста получается более плотная структура.

Повышенная водонепроницаемость препятствует проникновению воды внутрь цементного камня, что препятствует коррозии.

Применение: для бетонов подземных, подводных сооружений, подверженных действию сульфатных вод.

Пуццолановый ПЦ необходимо подвергать ТВО или запариванию, но нельзя использовать электропрогрев (пересушивание).

Шлакопортландцемент получают путем совместного помола ПЦ клинкера и доменного гранулированного шлака (21-60%, а иногда и до 80%).

Твердение ШПЦ аналогично пуццолановому ПЦ.

ШПЦ в сравнении с ПЦ характеризуется замедленным нарастанием прочности в начальные сроки и ускорением в последующие.

Свойства ШПЦ. Выпускается марок 300, 400, 500.

Понижение температуры сильно снижает рост прочности. Повышение оказывает благоприятное воздействие.

Стойкость против углекислотной коррозии примерно такая же, как и у ПЦ.

Морозостойкость ниже, чем у ПЦ. Поэтому его не рекомендуют для дорожного строительства. ШПЦ более жаростоек, чем ПЦ из-за низкого содержания Са(ОН)₂.

Алюминатные цементы

Глиноземистым цементом – называется цемент, полученный тонким измельчением клинкера, изготовленного расплавлением или спеканием сырьевой смеси, состоящей из известняков и бокситов, которые обеспечивают преобладание в цементе низкоосновных алюминатов кальция.

Глиноземистый цемент – наиболее дорогой вид вяжущего, т.к. для его производства используют бокситы (алюминиевая пудра), хотя часто используют и шлаки, полученные при производстве алюминия.

Химический состав: СаО – 40%, а у ПЦ – 66%; SiO₂ – 10%, а у ПЦ – 24%; Al₂O₃ – 40%, у ПЦ – 7%; Fe₂O₃ – 10%, у ПЦ – 3%.

Минералогический состав: СaOAl₂O₃, 5CaO3Al₂O₃, CaO2Al₂O₃ и может быть 4CaOAl₂O₃Fe₂O₃, если клинкер содержит оксид железа, не полностью восстанавливает при плавке. А если в клинкере содержится SiO₂, то образуется C₂S и C₂AS – геленит, что ухудшает свойства цемента.

Твердение. При затворении глиноземистый цемент водой его твердение протекает аналогично процесса твердения ПЦ.

CaOAl₂O₃ + 10H₂O → CaOAl₂O₃ 10H₂O – это соединение не устойчиво и распадается на:

2(CaOAl₂O₃ 10H₂O) + H₂O → 2CaOAl₂O₃ 8H₂O + 2Al(OH)₃.

Эти процессы протекают в жидкой гелеобразной фазе и не оказывают отрицательного влияния на твердение ГЦ.

В дальнейшем за счет внутреннего отсоса воды на гидратацию более глубоких слоев цементного зерна происходит уплотнение геля и кристаллизация продуктов гидратации. Процессы гидратации уплотнения и кристаллизации ГЦ развиваются очень энергично и обеспечивают быстрое нарастание прочности.

Быстрое твердение выгодно отличает ГЦ от ПЦ.

Твердение ГЦ лучше всего происходит при низких положительных температурах (20-25⁰С).

Свойства ГЦ. ГЦ является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим. По ГОСТ 969 начало схватывания не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч.

ГЦ выпускается марок 400, 500, 600. Примерно через 5-6 ч прочность может достигнуть 30% марочной, а через 24 ч после затворения до 90% и выше.

Марка ГЦ определяется по величине предела прочности при сжатии половинок балочек 4*4*16 см из раствора Ц: П 1: 3 в возрасте 3 сут. Высокая экзотермия.

Тонкость помола: остаток на сите 008 не более 10%.

ГЦ и бетона на его основе нельзя подвергать тепловой обработке.

Бетоны на ГЦ устойчивы ко всем видам коррозии, морозостоек, воздухостоек, но разрушается в щелочных водах. ГЦ стоек при температуре 1200-1400⁰С и выше, что позволяет получить жаростойкий бетон.

Применение: срочные ремонтные работы, жаростойкий бетон.

Расширяющийся цемент – гидравлическое вяжущее специального состава, которое при твердении в воде увеличивается в объеме, а на воздухе остается безусадочным или расширяется.

Применение этих цементов основано преимущественно на содержании гидросульфоалюминатов кальция в цементном тесте, т.к. при этом увеличивается объем системы.

Получают смешивая ГЦ, гипс и 4CaOAl2O36H2O в зависимости от соотношения получают безусадочные или расширяющиеся.

Применяют для заделки трещин, метро и т.д.