Пуцолановий цемент, виробництво і застосування пуццоланового цементу

Пуцолановий цементом називається гідравлічна терпка речовина, що твердне у воді і у вологих умовах, що отримується шляхом сумісного помелу цементного клінкеру з активною мінеральною добавкою або ретельно змішуванням в сухому вигляді тих же окремо подрібнених матеріалів.

Виробництво пуццоланового цементу по найпоширенішому способу - спільному помолу - відрізняється від виробництва цементу тим, що клінкер, що виходить з печі, розмелюють в багатокамерною млині разом з активною мінеральною добавкою і гіпсом. До помелу добавку подрібнюють і сушать в сушильній барабані, гіпс ж тільки дроблять. Оскільки витрати по отриманню клінкеру вище, ніж витрати по дробленню і сушінні добавки, собівартість пуццоланового цементу нижче собівартості цементу. Зі збільшенням кількості введеної добавки собівартість зменшується.

Необхідна кількість добавки залежить від активності: чим вона вища, тим менше її вводиться в пуццолановий цемент. Хоча мaлоактівниe дешеві добавки вводяться в більшій кількості (чим активні), знижують вартість цементу, все ж немає підстав вважати ці добавки більш вигідними. Навіть при оптимальних дозуваннях вони дають пуццолановий цемент меншою міцності, ніж більш активні добавки, так як містять порівняно більше інертних складових.

Пуцолановий цемент можна виготовляти не тільки на заводах, а й безпосередньо на будівництвах, у спеціальних сушильно-помольних установках, де активна мінеральна добавка висушується, розмелюють і змішується з цементом або здійснюється спільний помел клінкеру з попередньо висушеної добавкою. При цьому транспортується тільки клінкер, так як перевозити його зручніше, ніж перемелений цемент; крім того, зменшується завантаження транспорту, так як добавка є місцевим матеріалом. Поряд з цим, на будівництвах отримують свіжовиготовленого пуццолановий цемент, склад якого можна змінювати, вводячи в нього наповнювачі. Однак будівництво помольних установок може надаватися рентабельним лише на дуже великих будівництвах.

В інших випадках можна застосовувати запропоновану С. В. Шестоперову мокру пуццоланізацію цементу, при якій активна мінеральна добавка в суміші з водою вводиться у вигляді водної суспензії в бетономішалку в процесі виготовлення бетонної суміші. Це можливо лише при легко розпускаються у воді добавках, якими є багато видів трепелов і діятимуть. Мокра присадка гідравлічних добавок була вперше застосована на будівництві каналу імені Москви. Поряд з мокрою можлива і суха присадка в бетономішалку тонкоізмолотой добавки. Однак в цьому випадку вона гірше змішується з цементом.

Вимоги стандарту до тонкості помелу такі ж, що і для цементу, залишок на ситі №008 не повинен перевищувати 15%. Однак доцільно розмелюють пуццолановий цемент можливо більш тонко, так як при цьому збільшується поверхня взаємодії між реагують компонентами, що веде до прискорення твердіння. Дуже ефективний, особливо при використанні м'яких добавок, двоступеневий помел, при якого спочатку подрібнюють цементний клінкер з гіпсом до звичайної або дещо меншою питомою поверхні, а потім в млин подають активну мінеральну добавку, і всю суміш подрібнюють до заданої тонкості помелу. При спільному помелі, коли в млин одночасно завантажують клінкер, добавку і гіпс, добавка розмелюють в першу чергу, і вона виявляється подрібненої більш тонко, ніж цементним клінкер, що знижує властивості пуццоланового цементу.

При твердінні пуццоланового цементу спочатку взаємодіють з водою цементні частки, утворюючи гідрат окису кальцію, двухкальціевий гідросилікат С2 S Н2 і високоосновні гідроалюмінати і гідроферріти кальцію. Наявність активної мінеральної добавки прискорює гідратацію і гідроліз цементної частини пуццоланового цементу. Слідом за цим активна складова добавок вступає у взаємодію з продуктами гідратації цементу, в першу чергу з гідратом окису кальцію. Це викликає поступове зменшення концентрації вапна в рідкій фазі твердіє системи, в результаті чого двухкальціевий гідросилікат переходить в однокальціевий - CSH (В), а високоосновні гідроалюмінати - в менш основні. При взаємодії гідроалюмінатов і активного Si02 можливе утворення сульфатостійких гідрогранатов типу 3СаО * А l 2 О3 * xSi02 (6-2х) Н2 О, які значно швидше виникають при автоклавного твердінні.

Пуцоланові цементи, при твердінні яких пов'язується гідрат окису кальцію і утворюються менш основні гідросилікати і гідроалюмінати кальцію, ніж при твердінні цементу, значно більш стійкі по відношенню до вилуговування прісною водою і до впливу мінералізованих вод.

Деякі активні мінеральні добавки, наприклад обпалена глина, містять досить багато активного глинозему, який при взаємодії з гідратом окису кальцію утворює в процесі твердіння значна кількість гідроалюмінати кальцію, що сприяє утворенню додаткової кількості гідросульфоалюміната кальцію при сульфатної корозії. Тому пуццолановий цемент на основі обпаленої глини протягом тривалого часу рекомендували лише для споруд, що піддаються впливу прісних вод.

Однак роботи І. С. Канцепольского показали, що якщо каолінітові і полімінеральні глини обпалювати при температурі переходу аморфного глинозему в кристалічний стан (900-1000 ° C), то при такому випалюванні глинозем втрачає свою хімічну активність, а кремнезем певною мірою зберігає її. Таким чином, обпалені глини підвищують сульфатостойкость цементу. Сульфатостойкий цемент виходить в цьому випадку при підвищених дозах високообожженних глин (30% і вище). На цій основі в Середній Азії випускається глієжі-цемент, стійкий як в прісних, так і в мінералізованих водах. Розчинної глинозему в глієжі має бути не більше 3%.

При взаємодії з водою і гідратом окису кальцію, що утворюється при твердінні цементу, окремі зерна подрібненої добавки збільшуються в обсязі (набухають). Це викликає ущільнення розчину або бетону. Ущільнення збільшує також водо- і солестойкость пуццоланового цементу, так як ускладнює проникнення агресивних вод всередину бетонного масиву і перешкоджає руйнуванню бетону. Тому при визначенні активності мінеральної добавки необхідно встановлювати ступінь її набрякання у вапняній воді.

Питома вага пуццоланового (Трепельне) цементу в пухкому стані 800-1000 кг / м 3. а в ущільненому 1200-1600 кг / м 3. Питома вага його - 2,7-2,9. Отже, як об'ємний, так і питома вага пуццоланового цементу нижче, ніж у цементу. Тому вихід тесту з пуццоланового цементу більше, ніж з цементу. При одному і тому ж ваговій кількості в'язкої речовини з пуццоланового цементу виходить більш щільний і водонепроникний бетон, так як обсяг цієї кількості пуццоланового цементу більше обсягу цементу.

Пуцолановий цемент твердне повільніше, ніж цемент. При стандартних випробуваннях в трамбувати зразках з розчину жорсткої консистенції вперше терміни він має меншу міцність, ніж цемент, з якого він виготовлений. Однак в подальшому пуццолановий цемент наздоганяє і навіть переганяє його порочності, причому чим активніше добавка, тим в більш короткий термін це відбувається.

Більш висока кінцева міцність пуццоланового цементу пояснюється тим, що загальна кількість гідросилікату кальцію, що утворюється в пуцолановому цементі, більше, ніж в цементі. Повільне наростання міцності пуццоланового цементу вперше терміни викликається тим, що вводиться добавка як би розбавляє цементний розчин, зменшує кількість чистого цементу. Однак, як тільки значна кількість активного кремнезему добавки вступить у взаємодію з виділяється гідратом окису кальцію, твердіння значно прискорюється і міцність розчинів з пуццоланового цементу стає такою ж, як і у розчинів з цементу. Тому розчини та бетони на пуцолановому цементі повинні перебувати у вологому середовищі більш тривалий час, ніж вироби з цементу.

Уповільнення тверднення викликається також більшою водопотребностью пуцоланових цементів, особливо виготовлених на основі трепелов і діятимуть. Введення активних мінеральних добавок збільшує кількість води, необхідне для отримання цементного тіста нормальної густоти приблизно з 25 до 30-40% і вище. Відповідно підвищується і нормальна густота розчину з піском 1: 3. При використанні в якості добавок траса або туфу водопотребность пуццоланового цементу дещо менше, але все ж перевищує водопотре6ность цементу.

Підвищений витрата води і ряд інших причин викликають необхідність збільшувати витрата пуццоланового цементу на 1м3 бетону на 15-20% в порівнянні з цементом тієї ж марки. Вид використовуваної добавки впливає на властивості пуццоланового цементу. Тому, щоб мати більш точне уявлення про властивості даного в'яжучого, замість узагальненої назви «пуццолановий цемент» доцільніше застосовувати приватні назви: Трепельне цемент, трасовий і т. Д.

Чи не підвищує водопотребности бетонної суміші добавка золи виносу, яку можна вводити до складу, як цементу, так і бетонної суміші. Заміна золою частини цементу дозволяє зменшити його витрати, практично не погіршуючи якості бетону.

При випробуванні стандартних трамбувати зразків з розчинів жорсткої консистенції відставання пуццоланового цементу по міцності спостерігається лише протягом дуже короткого часу, так як позначається висока ущільнююча здатність гідравлічних добавок і більший вихід цементного тесту.

При випробуванні в зразках з розчинів пластичної консистенції, т. Е. В умовах, більш близьких до практичних, швидкість наростання міцності пуццоланового цементу сповільнюється більше і в більшості випадків навіть у віддалені терміни вона не досягає міцності цементу.

Марки пуццоланового цементу за ДСТУ Б 970-61: 300, 400, 500 і 600. Вони відповідають межі міцності при стисненні через 28 діб зразків з розчину жорсткої консистенції в кг / см 2. Намічений до введення ГОСТ 10178-62 передбачає марки 200, 250, 300, 400 і 450 під час випробування в зразках з розчину пластичної консистенції. Межа міцності при вигині повинен бути відповідно не менше: 35, 40, 50, 60 і 65 кг / см 2.

При твердінні Пуцолановой цементу внаслідок більш повільного перебігу цього процесу виділяється менше тепла, ніж при твердінні цементу. Однак зниження тепловиділення не пропорційно вмісту добавки (воно менше), що пояснюється прискоренням гідратації цементних зерен.

Стандарт передбачає такі ж терміни схоплювання для пуццоланового цементу, як і для цементу: початок схоплювання повинен наступати не раніше 45 хв, а кінець не пізніше 12 год. Пуцолановий цемент повинен виявляти рівномірність зміни об'єму при випробуванні кип'ятінням і в парах води.

Водовідділення пуцоланових цементів менше, ніж у цементу, при твердих добавках (трас, туф та ін.) Воно мало відрізняється від водовідділенням цементу. Усадка і набухання пуццоланового цементу, при твердінні на повітрі і в воді, більш високі, ніж у цементу, причому найбільшу усадку і набухання дають пуццолановиє цементи на основі добавок осадового походження.

Пуцолановий цемент поступається цементу по воздухостойкость. При досить тривалому твердінні у вологих умовах в перші терміни він не виявляє зазвичай при подальшому твердінні на повітрі зниження міцності. Однак приріст міцності в цьому випадку значно менше, ніж при зберіганні у воді.

Застосовувати пуццолановий цемент при знижених температурах недоцільно, так як при цьому сильно сповільнюється і без того повільне тверднення цього цементу. Навпаки підвищена температура в поєднанні з вологим середовищем дає сприятливі результати. Тому прискорення твердіння пуццоланового цементу шляхом водотепловой обробки дає відносно більший ефект, ніж для цементу. Пуцолановий цемент виявляє меншу морозостійкість ніж цемент.

Міцність пуццоланового цементу при тривалому зберіганні (на складах) знижується швидше, ніж міцність цементу внаслідок більшої гігроскопічності активних мінеральних добавок. Вони поглинають вологу з повітря, а це викликає гідратацію деякої частини пуццоланового цементу.

Пуцолановий цемент застосовують для підводних і підземних бетонних і залізобетонних конструкцій, що піддаються дії прісних і сульфатних вод. Його можна використовувати і для конструкцій, а також будівельних розчинів, що знаходяться в умовах підвищеної вологості. Його застосовують також для внутрімассівного бетону гідротехнічних споруд. Внаслідок зниженою морозо- і воздухостойкость цей цемент не рекомендується використовувати в наземних бетонних і залізобетонних конструкціях в умовах повітряного твердіння. Спостерігається при цьому швидке висихання може призупинити твердіння і викликати значну усадку цементу. Не рекомендується також застосовувати пуццолановий цемент для тих частин споруд, які знаходяться на змінному рівні води в умовах поперемінного зволоження і висихання, заморожування і відтавання.

Додайте популярності даної статті