7.8. Пуццолановый портландцемент.

Пуццолановый портландцемент - твердеющее в воде и во влажных условиях гидравлическое вяжущее, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, гипса и активных минеральных добавок.

Пуццолановый портландцемент отличается от портландцемента с активными минеральными добавками тем, что, во-первых, и нём используется не рядовой клинкер, а нормированный по содержанию С₃А (не более 8%), и, во-вторых, количество активной минеральной добавки существенно выше. Количество вводимой добавки зависит от её активности. Чем выше активность добавки, тем меньше может быть её содержание в цементе, и тем выше будет его качество.

Активные минеральные добавки - это природные и искусственные минеральные вещества, которые сами по себе вяжущими свойствами не обладают, но, будучи смешанными в тонкомолотом виде с известью, при занижении водой образуют тесто, способное после предварительного твердения на воздухе продолжать твердеть под водой, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость и антикоррозионные свойства.

Различают природные и техногенные активные, минеральные добавки. Природные добавки бывают двух видов - осадочного происхождения и вулканические. Первые образовались при осаждении в водоемах остатков некоторых растений и содержат в основном активный кремнезём (диатомиты, опоки, трепелы). К ним же относятся глиежи - горные породы, образующиеся в результате природного обжига глин при подземных пожарах.

Вулканические породы образовались при извержении лавы в ранние геологические эпохи и содержат в основном алюмосиликаты. К ним относятся пеплы, пемзы, туфы, трассы.

Минеральная добавка считается активной, если она обеспечивает схватывание теста, приготовленного из неё и гидратной извести не позднее 7 суток после затворения, и обеспечивав водостойкость образца из того же теста в течение не менее 3 суток после окончания схватывания. Добавки осадочного происхождения обычно более дисперсны и содержат кремнезём в весьма реакционноспособной аморфной форме, поэтому они обладают высокой активностью. Согласно ГОСТ в пуццолановом портландцементе содержание минеральных добавок осадочного происхождения должно составлять 20-30%, а прочих активных добавок -20-40%.

При производстве пуццоланового портландцемента применяют две технологические схемы, отличающиеся порядком измельчения составляющих цемента; совместный помол всех компонентов в одном агрегате или раздельный помол портландцементного клинкера с гипсом и добавки с последующим смешением этих материалов.

При совместном помоле компонентов в одной мельнице технологическая схема производства пуццоланового цемента аналогична схеме получения рядового портландцемента. Нужно учитывать, что клинкер и добавка обладают различной размолоспособностью. Может возникнуть ситуация, когда клинкер окажется недоизмельченным, что ведёт к потере прочности. Поэтому более эффективен (особенно при использовании мягких добавок) двухступенчатый совместный помол, когда на первой стадии измельчают портландцементный клинкер с гипсом до обычной или несколько меньшей удельной поверхности, а затем в мельницу дозируют активную минеральную добавку, а затем всю смесь домалывают до заданной дисперсности.

Практикуется также введение активных минеральных добавок непосредственно в бетонную смесь в процессе её изготовления - мокрой присадкой или в виде дисперсного порошка сухой добавки. В бетоносмеситель сначала загружают цемент с добавкой и активно перемешивают вяжущее в течение 2-2,5 мин с необходимым количеством воды, а затем дозируют заполнители и производят окончательное перемешивание бетона.

При взаимодействии пуццоланового цемента с водой протекают два последовательных процесса: гидратация клинкерных минералов и взаимодействие активного вещества добавки с выделяющейся при этом известью и с гироалюминатами и гидросиликатами. Первичные процессы гидратации идут по обычным схемам, но несколько быстрее, так как известь непрерывно связывается и уходит из зоны реакции, что ускоряет процесс. Кроме того, частицы добавки разъединяют зёрна клинкера и облегчают доступ воды к ним. Несмотря на это набор прочности вначале идёт медленнее, чем в обычном портландцементе, так как в этом вяжущем клинкер как бы разбавлен добавкой, а, следовательно, количество продуктов гидратации меньше.

Характер вторичных процессов зависит от химической природы активной минеральной добавки. Если активным веществом добавки является аморфный кремнезём, то эти процессы могут быть представлены в виде следующих реакций: Са(ОН)₂ +SiO₂ + nH₂О -> CaO-SiO₂-nH₂O

C₂SH₂ + SiO₂ -> 2 [CSH(B)]

3CaO-Al₂O₃-6H₂O + SiO₂ + nH₂O -» CaOSi0₂nH₂0 + CaOAl₂0₃-mH₂0 Продукты этих реакций кристаллизуются в порах первоначально возникшей структуры, что заметно повышает плотность камня. Фазовый состав пуццоланового цементного камня отличается от состава портландцементного камня. Во-первых, в нём отсутствует свободная известь, во вторых, гидросиликаты кальция представлены только их низкоосновными разновидностями, в основном серии CSH(B), а также основность гидроалюминатной составляющей оказывается ниже. Гак как реакция между активным кремнезёмом добавки и гидроксидом кальция протекает только в присутствии воды, то пуццолановый портландцемент отличается большей чувствительностью к преждевременному высыханию, он лучше твердеет в воде и в атмосфере насыщенного пара. При твердении на воздухе его прочность нарастает медленнее, и рост сё после полного высыхания практически прекращается.

Реакции активных минеральных добавок с известью при нормальных температурах идут медленно, поэтому прочность пуццоланового цемента на ранних сроках твердения ниже, чем у соответствующего портландцемента. Однако в отдалённые сроки прочностные характеристики пуццоланового вяжущего может быть даже выше, чем у бездобавочного цемента. Твердение пуццоланового портландцемента можно ускорить, используя более активные добавки (при соответствующем уменьшении их количества) и клинкер с более высоким содержанием C₃S, а также путём более тонкого помола и увеличения дозировки гипса, но не более 3,5% по SO₃.

Выпускают две марки пуццоланового портландцемента - 300 и 400. Водопотребность такого вяжущего, особенно при использовании мягких высокодисперсных добавок, значительно выше, чем у портландцемента, и составляет 28-4%. Поэтому морозостойкость и водостойкость бетонов на пуццолановом портландцементе ниже, чем на портландцементе.

Требования к пуццолановому портландцементу но тонкости помола, срокам схватывания, равномерности изменения объёма такие же, как и к рядовому портландцементу. Тепловыделение этого вяжущего небольшое, поэтому его успешно применяют для бетонирования массивных сооружений. Однако он мало пригоден для зимнего бетонирования, так как очень чувствителен к температурным условиям твердения: при температурах ниже 5''С он практически перестает наращивать прочность. При повышенных температурах пуццолановый цемент твердеет весьма интенсивно, а при автоклавной обработке прочность бетонов через 6-8 ч превышает прочность тех же бетонов в 28 суточном возрасте.

Пуццолановый портландцемент отнесён к группе сульфатостойких цементов, что закономерно, так как в его составе отсутствуют фазы реагирующие с сульфат-ионами - свободная известь и трёхкальциевый алюминат. Это вяжущее устойчиво также к действию пресных вод (отсутствие Са(ОН)₂). Повышенная коррозионная стойкость в отношении других сред обеспечивается повышенной плотностью и непроницаемостью бетонов и растворов.

Пуццолановый портландцемент предназначен для изготовления подземных и подводных частей сооружений, водопроводных трактов, фундаментов, подвальных помещений, туннелей. Поскольку пуццолановое вяжущее имеет пониженные воздухостойкость и морозостойкость, то его не целесообразно применять для наземных сооружений, твердеющих в воздушных условиях. Не допускается применение его для конструкции и сооружений, работающих в условиях попеременного увлажнения высыхания, замораживания и оттаивания.