Цементы с инертными минеральными добавками (микронаполнителями)

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 тонкоизмсльченным добавкам относятся: кварцевые и полевошпатовые пески, песчаники, изверженные горные породы, известняковые и известняково-магнезиальные породы, лёсс и иеграну-лированные распавшиеся доменные шлаки. Этим стандартом установлено, что содержание сернокислых и сернистых соединений в пересчете на S03 не должно превышать 3°/о.; 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 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 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 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 обладают 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.
Песчанистый портландцемент получают путем совместного помола клинкера, добавки гипса и примерно 40% кварцевого песка 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. 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, 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 цемента. Он отличается также пониженным тепловыделением при гидратации.
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 пуццоланизания». Способ «мокрой пуццоланизаиии» применялся на строительстве крупных гидротехнических сооружений. Трехкомпонентный поццолановый портландцемент характеризуется меньшей водопотребностью, чем обычный пуццолановый, пониженным тепловыделением, меньшей склонностью к усадке и набуханию, но зато уступает ему в прочности.