13.2. Шлакопортландцемент

Основная разновидность портландцемента с искусственными минеральными добавками — шлакопортландцемент (ШПЦ), получаемый путем совместного (в основном) или раздельного с последующим тщательным смешением помола клинкера, гипса и гранулированного шлака (доменного или электротермофосфорного). ШПЦ является гидравлическим вяжущим веществом, способным твердеть на воздухе и в воде.

В соответствии с ГОСТ 10178—85 содержание гранулированного шлака в ШПЦ должно быть не менее 20 и не более 80 %, причем часть шлака (до 10 % массы цемента) может быть заменена другой активной минеральной добавкой.

При затворении ШПЦ водой в первую очередь гидратируется его клинкерная часть. В результате гидратации и гидролиза клинкерных минералов раствор насыщается гидроксидом кальция, который взаимодействует с алюминатной и силикатной составляющими шлака, действуя на них как активатор, благодаря чему происходят гидролиз и гидратация шлаковой составляющей цемента с образованием гидроалюминатов, гидросиликатов кальция и их смесей различного состава. Определяющим при этом являются химико-минералогический состав шлака и степень его закристаллизованности (количество стекловидной фазы). Введение при помоле в ШПЦ гипса также оказывает активизирующее действие на шлак, ускоряя гидролиз алюминатов кальция из стекловидной фазы шлака.

Выделяющиеся в раствор алюминаты кальция вступают во взаимодействие с гипсом, образуя гидросульфоалюминат кальция, который ускоряет формирование первичного каркаса цементного камня и рост его прочности. Снижая концентрацию алюминатов в растворе, гипс является сульфатным активатором, ускоряющим гидролиз и гидратацию алюмосиликатного стекла и красталлических составляющих шлака. В процессе гидратации ШПЦ выделяется меньше извести, в связи с чем образуются гидратные новообразования меньшей основности по сравнению с портландцементным камнем.

ШПЦ выпускают трех марок: 300, 400 и 500. Выпускается также быстротвердеющий ШПЦ-400-Б марки 400, прочность при сжатии которого в 3-суточном возрасте должна быть не менее 19,6 (200) МПа (кгс/см²).

Основные требования к физико-механическим свойствам ШПЦ аналогичны требованиям к портландцементу, выпускаемому по ГОСТ 10178—85. В зависимости от вида и количества введенного в цемент шлака плотность его составляет 2,8—3 г/см³, плотность в рыхлом состоянии 0,9—1,2 г/см³, а в уплотненном—1,4—1,8 г/см³. Нормальная густота и водопотребность ШПЦ равна или несколько ниже, а водоотделение при одинаковом В/Ц выше, чем у портландцемента. Для снижения водоотделения и увеличения плотности цементного камня (повышения его водонепроницаемости) взамен шлака при помоле разрешается вводить в ШПЦ до 10 % пуццоланической добавки, улучшающей эти свойства цемента. В связи с пониженным содержанием в твердеющем цементном камне кристаллической Са(ОН)₂и образованием гидратных новообразований меньшей основности ШПЦ более устойчив в пресных и минерализованных водах, чем портландцемент. Морозостойкость его несколько выше чем пуццоланового портландцемента, но применять его в зоне переменного уровня при одновременном воздействии замораживания— оттаивания не рекомендуется. В связи с пониженным тепловыделением ШПЦ эффективно применять в монолитных сооружениях, так как его объемные деформации (усадка и набухание) ниже таких деформаций портландцемента, а сцепление цементного камня со стальной арматурой и ее сохранность в железобетонных изделиях этих цементов практически одинаковые.

Применять ШПЦ при низких положительных температурах без выполнения специальных мероприятий (введение добавок, утепление поверхностей твердеющего бетона, его электропрогрев и т. д.) не рекомендуется.

При производстве быстротвердеющего ШПЦ применяют клинкер с повышенным содержанием C₃S (выше 60 %) при содержании С₃А 8—10% (и выше), причем сумма C₃S-+C₃A составляет 68—75 %, содержание шлака в быстротвердеющем ШПЦ обычно колеблется от 30 до 50 %. Тонкость помола такого цемента должна быть выше, чем портландцемента марки 400, и составляет 7—10 % остатка на сите № 008 при удельной поверхности 3500—4500 см²/г, для чего помол в основном осуществляют в сепараторных мельницах.

Применение шлака в качестве добавки при производстве ШПЦ значительно снижает себестоимость цемента. Процесс твердения ШПЦ значительно ускоряется при тепловлажностной обработке, поэтому его эффективно применять для сборных бетонных и железобетонных изделий.