12.1. Активные минеральные добавки

При производстве многокомпонентных цементов в качестве добавок вводят активные или инертные минеральные вещества. К активным (гидравлическим) минеральным добавкам относят природные или искусственные вещества, которые в тонкоизмельченном виде обладают гидравлическими или пуццоланическими свойствами. Инертными добавками-наполнителями называют неорганические дисперсные материалы, практически не участвующие в процессе гидратации цемента, но улучшающие его гранулометрический состав и (или) структуру цементного камня.

Способность смеси гидравлической добавки и воздушной извести после конца схватывания твердеть под водой основана на свойстве содержащегося в добавке активного водного кремнезема, находящегося в аморфном, мелкодисперсном состоянии, активно взаимодействовать с гидроксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликатов. В результате тесто в процессе твердения в воде приобретает значительную прочность. Наряду с активным кремнеземом в гидравлических добавках обычно содержится гидроксид алюминия, который при взаимодействии с Са(ОН)₂в растворе образует низкоосновный гидроалюминат, также обладающий гидравлическими свойствами.

В цементной промышленности принято все активные минеральные добавки природного происхождения называть пуццоланами, а вяжущие, содержащие более 20 % таких добавок,— пуццолановыми. Сами по себе эти добавки вяжущими свойствами не обладают.

Пуццолановые добавки содержат кремнезем – диоксид кремния в аморфном, а следовательно, в химически активном состоянии и способны поэтому взаимодействовать в нормальных условиях с растворимым гидроксидом кальция, образуя практически нерастворимые гидросиликаты кальция (ГСК), что значительно повышает стойкость цементного камня в отношении выщелачивания Са(ОН)₂:

.

Природные активные минеральные добавки разделяют по происхождению на осадочные и вулканические. К осадочным относят: диатомиты — рыхлые горные породы, состоящие в основном из скоплений микроскопических панцирей диатомовых водорослей и содержащие 70—98 % кремнезема в аморфном состоянии; их плотность менее 1 г/см³; трепелы — рыхлые горные породы, состоящие из микроскопических, преимущественно округлых зерен размером 0,001—0,012 мм и содержащие 70—95 % кремнезема в аморфном состоянии; плотность — 1,9—2 г/см³; опоки — пористые породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема тонкозернистого строения; их плотность составляет 1,2—2 г/см³; глиежи— обожженные глинистые породы, образовавшиеся в результате подземных пожаров в угольных пластах; их плотность колеблется в значительных пределах.

К добавкам вулканического происхождения относят: пеплы — породы, содержащие преимущественно алюмосиликаты; в природе встречаются в виде рыхлых (пуццоланы), частично уплотненных (трассы) отложений; туфы — уплотненные и сцементированные вулканические пеплы; пемзы (вулканические шлаки) — породы, характеризующиеся пористым строением (вспученное вулканическое стекло); витрофиры — породы порфировой структуры, состоящие в основном из вулканического стекла; трассы — метаморфизированные разновидности вулканических туфов; порфироиды — породы, измененные процессами метаморфизма (окварцевания) фельзито-порфировой структуры.

В качестве искусственных минеральных добавок используют побочные продукты и отходы промышленности: быстроохлажденные (гранулированные) доменные и электротермофосфорные шлаки, топливные золы (уноса) — побочный продукт, образующийся при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии, уловленный электрофильтрами или другими пылеулавливающими устройствами. Весьма перспективной техногенной добавкой является отход производства ферросилиция – аморфныймикрокремнезем(МК), обладающий очень высокой пуццоланической активностью. Кроме того, эффективность действия МК связана с его чрезвычайно высокой дисперсностью. При заполнении пространства между цементными частицами ультрадисперсными частицами МК образуются многочисленные коагуляционные контакты, являющиеся дополнительными центрами образования гидросиликатов кальция. Кроме того, более прочные и устойчивые низкоосновные ГСК кольматируют поры, повышают однородность структуры цементного камня и улучшают его качественные показатели, достигающие высокого уровня, в том числе при использовании рядовых цементов средних марок и обычной технологии их применения.

Наиболее известными и широко применяемыми среди многокомпонентных цементов с минеральными добавками и шлаковых цементов являются пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент.