Цементы с минеральными добавками и портландцемент, не содержащий минеральных добавок
К характерным особенностям современной цементной промышленности можно отнести все большее развитие производства цементов с минеральными добавками. В России и других европейских странах стандартизированы портландцементы, содержащие до 35% активных минеральных добавок, 20% известняка, 80% композиции добавок, включающих доменный шлак, каменноугольную золу-унос и др. Увеличились допустимые предельные значения содержания шлака и пуццолан в шлако- и пуццолановых портландцементах, достигнув соответственно 80 и 55%.
Увеличение в цементах доли минеральных добавок обусловлено прежде всего необходимостью энергосбережения при их производстве. Известно, что на обжиг клинкера в среднем расходуется 223 кг/т условного топлива, в то время как на сушку добавок лишь около 20 кг/т. Оно продиктовано также целесообразностью полнее использовать гидравлическую активность минеральных добавок, их положительное влияние на структурообразование цементного камня и бетонов, формирование их строительно-технических свойств.
Целесообразность увеличения доли минеральных добавок в цементах не вызывает сомнений для цементных заводов, в то же время для потребителей цементов она неоднозначна. В разное время этот вопрос вызывал споры между производителями и потребителями цементов. С развитием рыночных отношений он приобретает еще большую остроту. Введение минеральных добавок в цементы позволяет экономить наиболее энергоемкий компонент цемента - клинкер и таким образом с макроэкономических позиций уменьшает расход топливных ресурсов на производство самого бетона, изделий и конструкций.
Непосредственно для предприятий потребителей цемента основным условием предпочтительности применения того или иного вида цемента является достигаемый экономический эффект Эц на данном предприятии.
Такими параметрами могут служить, например, проектная 28 сут. прочность или ранняя прочность, достигаемая бетоном при заданных температурно-влажностных условиях, а также водонепроницаемость, морозостойкость и др.; при равной величине Эц большее значение Кэ.ц свидетельствует о большей предпочтительности цемента с позиции обеспечения улучшенных качественных показателей изготавливаемой продукции.
При проектировании составов бетона особенности цементов с минеральными добавками можно учесть тремя основными коэффициентами:
k1=Rц/Rц0; k2=Rб/Rб0; k3=В/В0,
где Rб, Rц и В – соответственно прочность бетона, активность цемента в 28 сут и водопотребность бетонной смеси на цементе с добавкой, R0б, R0ц и В0 – без добавки.
При применении цементов с повышенным содержанием минеральных добавок, как правило, наблюдается некоторое замедление роста прочности в первые 7 дней при сохранении марочной прочности. Если для цемента, не содержащего минеральных добавок, 7-суточная прочность составляет 0,65-0,75 прочности в 28 сут, для портландцемента с 20% доменного шлака она снижается до 0,55-0,65, с 35% шлака до 0,5-0,6, при замене 10% шлака опокой до 0,4-0,5.
Известно, что имеется некоторое критическое содержание минеральной добавки, выше которого активность цемента начинает снижаться, хотя марка цемента и цена на него остаются неизменными. Это критическое содержание для каждой добавки с учетом ее особенностей зависит от химико-минералогического состава клинкера, тонкости помола и температурно-влажностных условий твердения цемента.
Потребителям цемента приходится считаться с тем, что нередко при одинаковых марках цемента, не содержащего минеральных добавок, и цемента с минеральными добавками активность последнего может быть существенно ниже. Можно ориентировочно считать, что каждые 2 МПа активности в среднем эквивалентны расходу 10 кг цемента на 1 м3 бетона.
Практически одинаковая активность цементов без минеральных добавок и содержащих их еще не дает основания считать, что изготовленные на их основе бетоны будут иметь равную прочность при равных цементно-водных отношениях (Ц/В) и обеспечивать при этом равные показатели удобоукладываемости бетонной смеси. Это обусловлено неодинаковыми условиями структурообразования различных цементов в стандартных растворах определенной консистенции и бетонах различной подвижности, с высокой насыщенностью последних полидисперсными заполнителями и др. Коэффициент k2 отражает влияние на прочность особенностей структурообразования бетона при использовании различных цементов и постоянных заполнителях.
Существенным является учет изменения водопотребности бетонной смеси при изменении вида цемента, что прямо учитывается коэффициентом k3.
Как известно, параметром характеризующим водопотребность цемента является его нормальная густота, определяемая при стандартном испытании.
Нормальная густота, однако, не всегда и не полностью характеризует особенности влияния минеральных добавок на необходимые значения Ц/В и расхода цемента. Повышению нормальной густоты, как известно, способствует введение добавок с высокой молекулярной влагоемкостью особенно осадочного происхождения.
Определение эмпирических значений k1, k2 и k3 и параметра К в целом желательно выполнять в результате обобщения опытных данных предприятий-поставщиков и потребителей цемента и учитывать их при проектировании составов бетона.
Формирование цены на цемент с минеральными добавками цементный завод должен выполнять не только с учетом конъюнктурных соображений и затрат на изготовление, но и основываясь на реальной эффективности этих цементов в бетонах. С другой стороны, потребитель цемента при решении вопроса о предпочтительности применения цементов с минеральными добавками должен учитывать наряду с их стоимостью и результаты экспериментальных подборов или расчетного проектирования составов соответствующих бетонных смесей.