Пуццолановые портландцементы

Пуццолановый портландцемент – гидравлическое вяжущее, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок (20…50 %) и природного гипса. Гипса должно быть столько, чтобы содержание SO₃ в цементе не превышает 3,5 %.

Необходимость введения в цемент минеральных добавок объясняется тем, что при твердении обычного портландцемента образуется свободная гидратная известь Са(ОН)₂, которая снижает устойчивость цементного камня в проточных напорных и слабоминерализованных водах. Для нейтрализации (снижения количества) гидратной извести вводят активные добавки, содержащие активную (растворимую) форму кремнезема (SiО₂), который при взаимодействии с Са(ОН)₂ образует нерастворимые гидросиликаты кальция (СаО∙SiO₂∙nH₂O):

Са(ОН)₂ + SiO₂ + nH₂O → СаО∙SiO₂∙nH₂O.

Аналогичная реакция проходит при взаимодействии активного глинозема с Са(ОН)₂.

Частицы активной добавки при взаимодействии с Са(ОН)₂, во влажной среде набухают, что вызывает уплотнение бетона и его водонепроницаемость. Кроме того, пуццолановый портландцемент является сульфатостойким, поскольку содержание трехкальциевого алюмината С₃А (СаО×Аℓ₂О₃) в клинкере, используемом для получения этого цемента, ограничено до 8 %.

Активные добавки по происхождению делят на природные и искусственные, а по химическому составу – на кислые (М < 1) и основные (М ≥ 1), что определяется модулем М:

(4.7)

К природным активным добавкам относятся следующие горные породы:

− трепел – сильнопористая богатая аморфным кремнеземом порода (70…90 % SiO₂);

− д иатомит – пористая порода, содержащая аморфный кремнезем до 95 %;

− опока – сильнопористая порода с содержанием аморфного кремнезема до 80 %;

К природным добавкам вулканического происхождения относятся вулканические пеплы, туфы, пемзы и др. По химическому составу вулканические добавки состоят в основном из кремнезема и глинозема (70…90 %).

К искусственным добавкам относятся отходы промышленности: доменные гранулированные шлаки, золы от сжигания бурых углей, торфа, горючих сланцев, цемянки – молотый бой керамических изделий (кирпич, черепица и др.).

Активность добавок определяют по поглощению извести из известкового раствора (мг CaO на 1 г добавки):

− у диатомитов, трепелов и опок – 150…400;

− вулканических пеплов, пемзы, туфа – 50…150;

− трассов – 60…150;

− обожженных глин, топливных шлаков и зол – 50…100.

Добавки с меньшей активностью относятся к инертным.

Активные минеральные добавки известны с давнего времени. Еще в Древнем Риме для придания гидравлических свойств воздушной извести, к ней добавляли измельченный слабообожженный керамический бой, а позже – вулканический пепел, который добывали вблизи г. Пуццоли (отсюда и появился термин “пуццоланы”).

Допустимое количество применяемых добавок в различных цементах приведено в табл. 4.2.

Водопоребность пуццоланового портландцемента зависит от вида добавки. При использовании мягких пористых диатомитов количество воды для получения теста нормальной густоты составляет 30…40 % (у обычного портландцемента – 22…30 %). Повышенный расход воды вызывает необходимость увеличивать расход пуццоланового портландцемента на 15…20 % по сравнению с портландцементом той же марки для сохранения требуемой прочности бетона.

Кроме того, большая водопотребность влечет за собой понижение морозостойкости. Однако плотность и водонепроницаемость бетонов на пуццолановом портландцементе выше плотности и водонепроницаемости бетонов на портландцементе. Это объясняется набуханием минеральной добавки при твердении бетона в воде, что уплотняет бетон. Отсюда следует, что для твердения пуццоланового портландцемента нужно создавать влажные условия твердения.

При твердении на воздухе пуццолановый портландцемент дает большие усадочные деформации, наблюдается снижение прочности.

Пуццолановый портландцемент твердеет медленнее, чем портландцемент: в начальные сроки он обладает меньшей прочностью, чем портландцемент той же марки. Однако в дальнейшем прочность пуццоланового портландцемента становится равной и даже превышает его прочность, причем чем активнее добавка, тем в более короткий срок это происходит.

При понижении температуры твердение пуццоланового портландцемента замедляется сильнее, чем твердение портландцемента. Повышение же температуры при достаточной влажности приводит к более интенсивному твердению по сравнению с портландцементом.

При твердении пуццолановогоо портландцемента выделяется меньше тепла, что позволяет использовать его для сооружений массивных бетонных конструкций.

При длительном хранении активность пуццоланового портландцемента снижается быстрее, чем обычного портландцемента вследствие большей гигроскопичности активных минеральных добавок.

Сроки схватывания пуццоланового портландцемента такие же, как и сроки схватывания портландцемента.

Портландцемент выпускается марок 300 и 400. Его применяют для подводных и подземных бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся действию пресных и сульфатных вод. Его применяют также для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений. Его можно использовать для конструкций и растворов, находящихся в условиях повышенной влажности.

Вследствие пониженной морозостойкости и воздухостойкости пуццолановый портландцемент не рекомендуется применять в наземных бетонных и железобетонных кнструкциях в условиях воздушного твердения. Не рекомендуется также применять этот цемент для тех частей сооружения, которые находятся на переменном уровне воды: в условиях попеременного увлажнения и высыхания, замораживания и оттаивания.

Пуццолановый портландцемент применяют для подводных и подземных элементов сооружений, а также для элементов, работающих в слабоагрессивной среде. Пуццолановый портландцемент не рекомендуется хранить на складах длительное время, так как он утрачивает активность быстрее, чем обычный цемент.