12.2. Пуццолановый портландцемент

Являясь разновидностью портландцемента, пуццолановый портландцемент (ППЦ) получается в результате совместного или раздельного помола с последующим тщательным смешением клинкера, гипса и гидравлической добавки и обладает способностью твердеть на воздухе и в воде.

В ППЦ должно содержаться 21— 40 % по массе активных минеральных добавок. Гипс вводят в цемент с таким расчетом, чтобы содержание SO₃в цементе не превышало 3,5 %. При подборе оптимального состава ППЦ необходимо учитывать минералогический состав клинкера, чтобы при максимально возможном введении добавки в цемент его активность снижалась на минимальную величину; водопотребность цемента при нормальной подвижности растворной или бетонной смеси была минимальной, а плотность, коррозионная устойчивость, морозостойкость и другие положительные свойства проявлялись с максимальной силой. Чем выше активность минеральной добавки по поглощению Са(ОН)₂, тем меньше ее необходимо вводить в цемент, в связи с чем максимальное количество добавки осадочного происхождения ограничено 30 %. Введение в цемент повышенного количества малоактивной добавки снижает себестоимость цемента, но может привести к значительному снижению активности цемента, увеличению его водопотребности и другим отрицательным явлениям в бетонах и растворах.

Аналогично портландцементу без добавок или с содержанием добавок до 20 % тонкость помола ППЦ должна быть такой, чтобы остаток на сите № 008 не превышал 15 %. Начало схватывания должно наступать не раньше, чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее, чем через 10 ч. При производстве ППЦ стремятся измельчить цемент значительно тоньше, так как тонкое измельчение клинкерной составляющей цемента повышает его активность. Как правило, природные минеральные добавки измельчаются в мельнице значительно быстрее клинкера, затрудняя его помол, резко повышая удельную поверхность цемента, увеличивая его водопотребность, снижая марочную прочность. Для улучшения гранулометрического состава клинкерной составляющей в ППЦ рекомендуется осуществлять его помол в сепараторных мельницах с промежуточной сепарацией материала после первой камеры и подачей крупки на помол во вторую камеру мельницы. При помоле ППЦ в мельницах, работающих по открытому циклу, иногда измельчают добавку до остатка на сите № 008 15—20 % и подают ее в цементный силос для тщательного усреднения с клинкерной составляющей цемента, которую измельчают вместе с гипсом одновременно в нескольких мельницах до тонкости помола 7—10 % остатка на сите № 008 (иногда и тоньше). Усредненный ПШЦ при этом имеет остаток на этом сите в пределах 10—13 %, но активность его значительно выше активности цемента, полученного при совместном помоле клинкера с добавкой.

Для повышения сульфатостойкости ППЦ клинкер для его производства должен содержать не более 8 % трехкальциевого алюмината.

Обладая свойствами сульфатостойкого портландцемента, имеющего повышенную коррозионную стойкость к выщелачиванию пресной водой и к воздействию минерализованных вод, ППЦ имеет пониженное тепловыделение, и его рекомендуется применять для приготовления сульфатостойких бетонов в монолитных сооружениях или для изготовления низкотермичных бетонов. В связи с повышенным содержанием добавок бетон на основе ППЦ не рекомендуется применять в изделиях, к которым предъявляются требования по морозостойкости, и в бетонах, подвергающихся попеременному увлажнению и высушиванию без применения специальных мер, усиливающих стойкость бетона к указанным воздействиям.

ППЦ твердеет медленнее, чем портландцемент, особенно в начальные сроки твердения, но при дальнейшем твердении он набирает достаточную прочность, как в растворах, так и в бетонах. ППЦ выпускают марок 300 и 400; он должен иметь предел прочности при изгибе не ниже 4,4 (45) и 5,4 (55) МПа (кгс/см²).

Снижение прочности и скорости твердения ППЦ и его марочной прочности вызвано также повышенной водопотребностью цемента; например, если нормальная густота исходного портландцемента без добавок составляет 23—26 %, то для ППЦ на его основе она обычно 33— 40 %, а иногда и выше, в зависимости от вида добавки и ее количества в цементе. Введение туфа или трасса повышает водопотребность цемента в меньшей степени.

Повышенная водопотребность цемента приводит к увеличению его расхода в бетоне на 15—20 % по сравнению с бездобавочным портландцементом той же марки. Введение в цемент в качестве активной минеральной добавки до 30 % золы-уноса практически не увеличивает его водопотребности и не снижает активности. Добавка пластификатора в ППЦ значительно снижает его водопотребность, повышает сульфатостойкость и улучшает другие показатели. Плотность ППЦ ниже плотности портландцемента и колеблется в пределах 2,7—2,9 г/см³; плотность в рыхлом состоянии 0,8—1, а в уплотненном состоянии 1,2—1,6 г/см³в зависимости от вида добавки и ее количества в цементе.

Некоторые активные минеральные добавки содержат повышенное количество аморфной А1₂О₃, которая при гидратации цемента образует дополнительное количество гидроалюмината, вступающего во взаимодействие с ионом SO₄^2-, содержащимся в сульфатных водах, агрессивное воздействие которых может оказать отрицательное влияние на прочность сооружения, возведенного на основе портландцемента с такой добавкой.

Введение в ППЦ добавок осадочного происхождения значительно понижает его водоотделение, что можно объяснить набуханием этих добавок в воде; введение в цемент туфа или трасса практически не изменяет величину водоотделения по сравнению с бездобавочным портландцементом. Усадка и набухание ППЦ значительно выше усадки и набухания портландцемента, причем ППЦ с добавками осадочного происхождения обладают этим отрицательным качеством в большей степени. Использовать ППЦ при пониженных температурах твердения не рекомендуется в связи с его низкой гидратационной активностью, незначительным тепловыделением в начальные сроки твердения. Повышение температуры твердения изделий из ППЦ положительно влияет на скорость протекания процессов гидратации, формирования цементного камня и рост прочности изделий. Тепловлажностная обработка изделий на основе ППЦ дает относительно больший эффект по сравнению с такой обработкой изделий из портландцемента, значительно ускоряет приобретение ими распалубочной прочности по сравнению с изделиями нормального твердения.

ППЦ значительно быстрее, чем портландцемент, теряет свою активность при хранении на складах. Это можно объяснить повышенной гигроскопичностью тонкомолотых активных минеральных добавок, особенно осадочного происхождения, более интенсивно поглощающих влагу из окружающего воздуха, а присутствие влаги в цементе вызывает гидратационные явления на поверхности клинкерных зерен в местах контакта с влажным заполнителем.

ППЦ рекомендуется применять в бетонах для подземных и подводных сооружений, подвергающихся воздействию пресных или слабо минерализованных вод, для закладки во внутреннюю часть тела плотин и других монолитных сооружений. Нельзя допускать высыхания поверхности бетона в процессе его твердения — это может вызвать прекращение его гидратации и набора прочности, значительные усадки бетона, приводящие к возникновению трещин в монолите. Бетон на основе ППЦ можно использовать для бетонных конструкций и в строительных растворах, работающих в условиях повышенной влажности. В связи с пониженной морозостойкостью и воздухостойкостью ППЦ не рекомендуется применять в наземных бетонных и железобетонных конструкциях воздушного твердения, а также в изделиях, находящихся в зоне переменного уровня воды и подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию.