Где применяют пуццолановый цемент

Пуццолана в цементе: что это?

Для строительства объектов жилищного, промышленного, сельскохозяйственного назначения, работающих в условиях повышенной влажности, применяются различные виды пуццолановых цементов, состоящих из искусственного вяжущего вещества — клинкера с присоединением природных добавок. Рассмотрим основные преимущества, недостатки и способы использования этой смеси.

Свойства цемента

Пуццолановый портландцемент светлее, чем обыкновенный цемент. Удельный вес (около 2,8—2,9) и объемный вес его меньше, чем у обыкновенного цемента. При одинаковой весовой дозировке пуццолановый портландцемент дает более высокие выход и плотность теста, раствора и бетона, чем обыкновенный цемент, вследствие чего растворы и бетоны получаются более водонепроницаемыми. Чтобы получить тесто нормальной густоты, в пуццолановый портландцемент нужно добавлять больше воды (до 30—40%), причем он образует более вязкую смесь, чем обыкновенный цемент.

В силу этого понижается одвижность бетонных смесей; во избежание такого явления приходится немного (на 5—10%;) увеличивать расход цемента в бетоне или вводить пластифицирующую добавку.
Тонкость помола, сроки схватывания и равномерность изменения объема у описываемого цемента должны быть такие же, как и у обыкновенного цемента; практически же схватывание происходит медленнее.

Марки пуццоланового портландцемента

В зависимости от прочности пуццолановые портландцемента бывают пяти марок: 200, 250, 300, 400 и 500. Наши заводы выпускают этот цемент для строительства крупнейших гидротехнических сооружений.

Для данного цемента согласно ГОСТ предел прочности при сжатии и растяжении образцов из стандартного раствора жесткой консистенции с нормальным песком в пропорции 1 :3 (по весу) должен быть не ниже величин, приведенных в таблице 1.

Предел прочности при сжатии и растяжении в кг/см2

По новому методу при переходе на испытание образцов из раствора пластичной консистенции этот цемент будет иметь марки от 150 до 300; предел прочности при сжатии и изгибе должен быть не ниже виличин, приведенных в табл 2

Предел прочности при сжатии и изгибе кг/см2

В первые дни и недели после затворения водой пуццолановый портландцемент твердеет медленнее, чем без гидравлической добавки. После шестимесячного твердения в воде этот цемент обычно приобретает такую же прочность, что и цемент (из того же клинкера) без добавки.

Пуццолановый портландцемент выделяет меньше тепла при твердении, чем обыкновенный цемент. Это благоприятствует возведению массивных сооружений, но затрудняет зимние бетонные работы, так как может потребоваться искусственный прогрев бетона.

Отличительная особенность цемента

Отличительная особенность данного цемента что свободная гидроокись кальция, выделяющаяся при твердении портландцемента, соединяется с активным кремнеземом добавки и образует с ним гидросиликат кальция, почти нерастворимый в воде, по реакции:
Ca(0H),+Si02+вода=Ca0 — Si02 — nH20.

Связывание большей части свободной гидроокиси кальция приводит к тому, что хорошо затвердевший пуццолановый порnландцемент не выщелачивается пресной водой и при соответствующем составе клинкерной его части не разрушается под действием морских и других минерализованных вод.

Если содержание трехкальииевого алюмината в клинкере такого цемента не более 8%, то цемент называется сульфат о стойким пуццолановым портландцементом; в нем не образуется цементная бацилла. Поэтому его долговечность в морских и других минерализованных водах во много раз превышает долговечность обыкновенного портландцемента. Однако этот цемент, так же как и обычный, подвержен вредному действию свободных кислот (в том числе углекислоты) и концентрированных растворов магнезиальных солей.

Технология производства

Компоненты для создания цемента (клинкер и гипс, известь, минеральные добавки) после добычи в карьере подвозят к месту обработки, после чего по отдельности измельчают в особых дробилках. Затем их смешивают в нужных пропорциях, загружают в воздушные шаровые мельницы и еще раз тщательно перемалывают. Далее состав отправляют в накопительные бункеры. По мере надобности его извлекают партиями, нагревают до +800…+1000 градусов, отправляют в технологическую вращающуюся печь для дальнейшего прогрева при +1450 градусах. Потом порошок охлаждают с помощью роторного охладителя, соединяют с гипсом и пуццоланом.

Шаровая мельница для производства цемента

Если требуется произведение материала в больших объемах, тонкий помол компонентов осуществляется совместно — они сразу смешиваются друг с другом. Также возможно приготовление пуццоланового портландцемента прямо на строительной площадке. Для этой цели применяется специальная сушильно-помольная установка. Данная технология снижает транспортную загруженность, дает возможность изменения состава в зависимости от потребности при помощи введения новых наполнителей. Тем не менее, она применяется исключительно при постройке крупных объектов.

Состав пуццоланового цемента

Согласно технологии производства, закрепленной в ГОСТ, состав цемента должен быть следующим:

• портландцементный клинкер — до 80%;
• добавки — в зависимости от степени активности, — от 20 до 35%;
• дополнительные присадки — до 5%.

Одним из важных элементов является гипс. Он регулирует скорость схватывания конечного состава. Его доля должна быть не более, чем 3,5% от общей массы.

В качестве активных добавок применяются вещества вулканического происхождения, обожженный сланец, кремнезем, топливная зола, глина, доменный шлак, известь, пемза. Процентное содержание добавки зависит от степени активности конкретного вещества. Составляющие естественного происхождения влияют на технические свойства конечной смеси. Они повышают такие характеристики, как теплостойкость и сопротивление влаге. Их применение оправдано невысокой стоимостью. При добавлении таких компонентов происходит уменьшение цены конечного продукта на 10-15%.

Оксид кальция обеспечивает повышение скорости отверждения портландцемента, но снижает водостойкость.

Технические показатели

Пуццолановый бетон обладает рядом специфических характеристик. Данный материал, соответствующий ГОСТ, должен включать не менее 20-40% активных добавок. Его плотность необходима быть не менее 2,7-2,9 г/см3. При отвердении после 28 дней прочность на сжатие бетона составляет 42,5-62,5 МПа. Начало схватывания начинается через 45 минут, а завершение процесса наблюдается через 12 часов. Полное отвердение залитого массива наступает примерно через 28 суток.

Густота цементного раствора составляет 28-35%. В рыхлом состоянии объемный вес данного строительного материала составляет 800-1000 кг/м3. Удельный — колеблется в пределах 2,7-2,9 кгс/м3. В уплотненном виде объемный вес составляет 120-1600 кг/м3. Тонкость помола на сите №008 — 10%.

Пуццолановый портландцемент

Пуццолановый портландцемент относится к группе сульфатостойких цементов. Технология сульфатостойких цементов отличается от обычной: во-первых, при помоле в портландцементный клинкер вводят активную минеральную добавку в намного большем количестве, чем в обычный ПЦ. Процент этой добавки определяется в зависимости от ее вида (это могут быть трассовые вещества и минеральные гидравлические вяжущие). На упаковке цемента всегда есть сведения о добавке и ее проценте: например, ДО 20 – этот цемент «почти» бездобавочный. Трепел, опока, диатомит добавляются в цементы в малых количествах, поскольку этим добавкам свойственна не только высокая гидравлическая активность, но и повышенная потребность в воде затворения, в результате чего готовая бетонная смесь будет иметь густоту выше нормы, что делает укладку сложной и может привести к снижению качества бетонирования. А вот у трасса, туфа, пемзы и у всех остальных пуццоланов нет этих «побочных» эффектов, поэтому процент этих добавок в цемент может быть намного выше – до 40%. На упаковке цемента все это написано.

Пуццолановый портландцемент можно отличить даже визуально – порошок отличается светлым цветом, светлее чем обыкновенный цемент. Плотность пуццоланового ПЦ меньше – всего 2,8-2,9 т/м3. (Имеется в виду истинная плотность, без учета воздушных пор; для сравнения: истинная плотность портландцемента бездобавочного М500 равна 3,2 т/м3). Поэтому при одной и той же рецептуре смеси и количеству введенного в замес цемента бетон и раствор на пуццолановом ПЦ будет более плотным, выход смеси также будет больше – но и плотность получится слишком высокой, что препятствует эффективной укладке смеси.

К пуццолановым цементам требуется особый подход: их добавляют в растворы количественно больше по сравнению с обычными (расход цемента увеличивают на 5-10%), и/или вводят пластификатор для повышения удобоукладываемости смеси. Теперь о приятном: хотя первые трое-шесть суток твердения бетоны на пуццолановом ПЦ «отстают» от классических, не имеющих в своем составе гидравлической добавки, зато после полугода набора прочности в воде изделия приобретают прочность цементного камня, а их поверхность уже через 28 суток нормального твердения приобретает уникальные качества: не происходит выщелачивания в пресной воде, не наблюдается разрушений даже в жесткой минерализованной, агрессивной, сульфатной и морской воде. Таким образом, применение пуццоланового ПЦ и бетонов на его основе оптимально для конструкций, от которых требуется повышенная химико-физическая стойкость и возможен набор марочной прочности в воде и влажных средах. Одна из перспектив для пуццолановых цементов связана с развитием технологии экобетона.

Из истории пуццолановых добавок

Известковые растворы способны твердеть, поглощая диоксид углерода из воздуха, а без доступа воздуха твердение прекращается. В части прочности известковые штукатурки без добавок малостабильны, но добавка природного трасса резко меняет их химию и физику. Об этом знали еще в глубокой древности: ученые подтверждают невероятный исторический возраст первых известковых штукатурок — порядка 7,5 тысяч лет.

В измельченном вулканическом туфе содержится свободная кремниевая кислота и ряд минералов, а вода связана химически и физически. Добавка кремнеземистых веществ в бетон придает ему сульфатостойкость, но главное — позволяет строить и на земле, и под землей, и в воде. После добавки активного кремнезема известь способна твердеть без доступа воздуха, и даже под водой. Причем при контакте с водой содержащие трасс растворы твердеют и достигают марочной прочности еще быстрее чем на воздухе.

Трасс и пуццолана в древности

О том, что трасс, пемза, вулканический туф, в мелкоразмолотом виде добавленный к цементной строительной смеси, не только изменяет ее реологию, но и значительно повышает физическую прочность и стойкость в агрессивных средах, знали еще древние римляне. Древние водопроводы и мостовые акведуки были построены из бетона с трассовыми добавками, что дало конструкциям прочность в воздухе и в воде. Добавка трасса к известковому раствору включает сложную цепь химических процессов, в частности: известковый раствор с трассом способен затвердевать не только под действием воздуха, но и полностью погруженным в речную или морскую воду. О вредном воздействии сульфатов и солей на бетон (и о том, как быстро на бетонных конструкциях появляются высолы) — отдельная долгая тема.

Опыт римского бетона датируется первым веком до н.э. Тысячи лет развития технологии отделяют нас от Древней Греции, Финикии, Рима, но гидротехнические сооружения глубочайшей древности не только сохранились (фрагментами), но даже способны работать. А в древних «Справочниках Строителей» есть рекомендации о приготовлении вяжущего из извести, кирпичной муки и трасса. Древние славяне тоже знали об этом, и добавляли молотую обожженную глину в известь, чтобы добавить водостойкости известковым штукатуркам.

В 16 веке римские технологии уже стали повсеместными, а в Европе пуццолану стали звать трассом. Добавляли трасс с той же целью — чтобы бетонные строения стали прочнее и не боялись воды, а название «трасс» историки относят к цементным полам террацо, пришедшим из Италии и также имеющим в корне латинское «терра» – земля.

Современное применение трасса

Трасс в наше время добывают во многих странах: в Германии – берега Рейна и поныне славятся залежами трасса, вулканическая зона добычи известна с глубокой древности и до сих пор не исчерпана. Залежи трасса на Рейне очень мощные, порядка нескольких десятков метров и при этом поверхностные, и разрабатываются открытым способом.

Трасс может храниться сколько угодно, но при добавке в бетонную смесь, где присутствует цемент, вода и гидравлическая известь, начинается реакция, одним из процессов которой является связывание извести и рост плотных молекулярных оболочек на ее частицах. Еще один нюанс: набор прочности трассосодержащего бетона отличается от обычного – график плавнее и медленнее, а это значит, что опасные для массива внутренние напряжения не появятся. Химия трассосодержащих растворов очень сложна и ее нюансы не так уж важны для частного строителя. А вот в современных бетонах мастера разбираются, и покупают цемент с нужным составом: поскольку от фундамента (особенно при высоком УГВ), от эко-парковки или садовой дорожки требуется повышенная стойкость к воде, то практично применить трассосодержащий цементный продукт.

Разновидности портландцемента, их особенности и сфера применения

Портландцемент является одной из разновидностей цемента. Он имеет достаточно большое количество подвидов, которые отличаются сферой применения, ценовой политикой и своими свойствами.

Главной особенностью цемента — быстрота его твердения на первые три дня. Этот результат достигается путем введения гранул шлака или активных минералов. При этом клинкер рекомендуется более тщательно измельчить.Выпускаемые марки М400 и М500 предназначены для напряженных конструкций и сооружений.

Благодаря быстроте схватывания цемента, уменьшается время выдержки монолита в съемной опалубке.Важно помнить, что быстротвердеющий цемент не может подлежать длительному хранению. Уже через несколько месяцев он может полностью потерять свои главные преимущества.