Цемент с минеральными добавками это плюсы и минусы

Обновлено: 13.05.2024

Для того чтобы придать или улучшить определенные свойства портландцемента, в его состав дополняют специальными минеральными добавками или регулируют состав этих добавок.

Свойства минеральных добавок

Во всем видах минеральных добавок содержатся активные химические вещества.

К данным веществам относятся:

аморфный диоксид кремния – входит в состав вулканических горных пород и добавок искусственного происхождения;
аморфный водный диоксид кремния – входит в состав трепела, диатомита и некоторых других горных пород осадочного происхождения;
алюмосиликаты – входят в состав искусственных добавок и пород вулканического происхождения;
метакаолинит – входит в состав глинитов, глиежи, золы-уноса и топливных шлаков;
активный глинозем – входит в состав глинитов и топливных шлаков.

В составе извести и в продуктах, получившихся при твердении портландцемента, содержится гидроксид кальция, который при нормальной температуре и в присутствии влаги способен взаимодействовать со всеми перечисленными минеральными добавками. При их взаимодействии образуются нерастворимые продукты.

В результате такой реакции, у извести появляются гидравлические свойства, а портландцемент получает более низкую себестоимость и приобретает некоторые специальные свойства.

Виды минеральных добавок

Активные минеральные добавки, могут быть природного и искусственного происхождения.

Природные минеральные добавки

К активным минеральным добавкам природного происхождения относятся осадочные горные породы и породы вулканического происхождения.

К таким породам относятся:

трепел;
диатомит;
глиежи;
опоку;
туф;
трасс;
пемза;
и вулканический пепел.

Искусственные минеральные добавки

К активным минеральным добавкам искусственного происхождения относятся отходы и побочные продукты промышленности. В том числе продукты, получаемые при производстве глинозема и обожжении глины при температуре до 800 °С.

К данным продуктам относятся:

гранулированные доменные шлаки;
электротермофосфорные шлаки;
топливные шлаки;
топливные золы;
нефелиновый шлам;
двухкальциевый силикат;
цемянка;
глиниты и др.

В зависимости от вида активных минеральных добавок и их количества, портландцементы с такими добавками делятся на 3 вида:

ПЦД – портландцемент с минеральными добавками;
ППЦ – пуццолановый портландцемент;
ШПЦ – шлакопортландцемент.

Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД)

ПЦД состоит из клинкера, минеральных добавок и гипса, которые перемешивают вместе, предварительно измельчив. При этом количество минеральных добавок в составе ПЦД не должно превышать 20%, для того чтобы сохранить все основные свойства портландцемента.

При добавлении минеральных веществ в состав портландцемента, его свойства хоть и сохраняются, но претерпевают некоторые изменения:

морозостойкость – немного снижается;
водостойкость – улучшается;
сопротивляемость коррозии – улучшается;
тепловыделение – становится ниже.

Благодаря тому, что до 20% состава ПЦД занимают минеральные добавки, экономиться портландцементный клинкер, что и способствует снижению себестоимости конечного продукта. В итоге мы получаем экономически выгодный цемент с улучшенными качествами и сниженной себестоимостью.

ПЦД выпускают всего несколько марок, это: М400, М500, М550 и М600. На отдельных заводах выпускают ПЦД М300, но только согласно специальному разрешению на это.

Если при строительстве объекта не требуется высокая морозостойкость, то вместо обычного портландцемента, чаще всего применяют именно ПЦД, поэтому он и получил такое широкое распространение.

Пуццолановый портландцемент (ППЦ)

ППЦ изготавливают также как и ПЦД, путем измельчения клинкера, гипса и минеральных добавок.

Но в составе ППЦ есть некоторые отличия:

портландцементный клинкер содержит менее 8% С3А;
активные минеральные добавки составляют от 20% до 40% объема.

Содержание минеральных добавок зависит от минерального состава и активности самих добавок.

ППЦ выпускают двух марок: М300 и М400 и согласно ГОСТу 76-го года, он относится к классу сульфатостойких цементов.

Шлакопортландцемент (ШПЦ)

ШПЦ изготавливают также как и ППЦ, но минеральный состав несколько отличается. В качестве активной минеральной добавки в ЩПЦ используется гранулированные доменные шлаки, объем содержания, которых варьируется от 20% до 80% от массы самого цемента.

Шлакопортландцемент выпускается трех марок: М300, М400 и М500. При этом он может иметь 2 разновидности, а именно сульфатостойкий шлакопортландцемент (СШПЦ) и быстротвердеющий шлакопортландцемент (ШПЦБ).

Для того чтобы изготовить ШПЦБ используют портландцементный клинкер высокого качества и размалывают его до 5000 кв.см/гр.

Для того чтобы иметь возможность управлять свойствами и структурой готового бетона и бетонной смеси, используют химические и минеральные добавки.

Виды бетонных добавок

Минеральные добавки – это порошки минеральных пород. Данные породы могут быть, как природного (горные породы), так и искусственного (молотые шлаки, зола и т. д.) происхождения.

Вещества, которые добавляют в бетонную смесь, для того чтобы улучшить или добавить какие-либо свойства, делятся на несколько групп. Группы бывают следующие: добавки, заполнители, наполнители, разбавители, уплотнители, модификаторы и т. д.

Минеральные добавки от минеральных заполнителей отличаются тем, что у них зерна имеют меньший размер и обычно не превышают 0,16 мм. При этом минеральные добавки не растворяются в воде, что отличает их от химических модификаторов.

При замешивании бетонной смеси, в наполнители образуются пустоты, которые заполняются цементом, а вместе с ним и минеральными добавками, это позволяет укрепить структуру готового бетона. В некоторых ситуациях данное свойство минеральных добавок позволяет уменьшить расход цемента. Вещества добавляемые в бетон, для того чтобы снизить расход цемента, называют наполнителями, поэтому если с помощью минеральных добавок удалось снизить расход цемента, то в данных случаях их называют минеральными наполнителями.

Разные минеральные добавки по-разному влияют на свойства и структуру готового бетона. И в зависимости от дисперсности добавки делят на разбавители и уплотнители цемента.

Минеральные разбавители

К ним относит зола и другие минеральные вещества, разбавители имеют состав, близкий к составу цемента еще его называют гранулометрическим составом, удельная поверхность такого вещества от 0,2 до 0,5 кв.м/грамм.

Минеральные уплотнители

К уплотнителям относится микрокремнезем, зерна уплотнителей обычно в 100 раз меньше, чем зерна цемента. Удельная поверхность уплотнителей от 20 до 30 кв.м/грамм. Благодаря таким мельчайшим размерам зерен, уплотнители способны заполнять пустоты между зернами цемента, что позволяет одновременно увеличить плотность и прочность готового бетона.

Виды минеральных добавок

Различают активные и инертные минеральные добавки.

Активные минеральные добавки

Данные добавки способны вступать во взаимодействие с диоксидом кальция даже при комнатных температурах, но с обязательным присутствием воды, результатом такого взаимодействия становится вещество с вяжущими свойствами.

После добавления активных минеральных добавок в бетонную смесь, они начинают взаимодействовать с Ca(OH)₂, который выделяется при гидратации портландцемента.

Существуют активные минеральные добавки, которые способны самостоятельно твердеть и тем самым увеличивать прочность общей конструкции. К таким добавкам относится молотый доменный шлак, который активизируется и начинает твердеть после добавления извести в состав.

На свойства самих минеральных добавок самое большое влияние оказывает их зерновой состав, так как именно он в значительной степени определяет удельную поверхность вещества, а вместе с этим и их реакционную способность. Так же зерновой состав в значительной степени влияет на возможность увеличения плотности готовой бетонной структуры.

Инертные минеральные добавки

Данный вид минеральных добавок, не вступает не в какие реакции при обычных температурах. Но при автоклавной обработке, данные добавки могут проявлять реакционную способность и вступать во взаимодействие с компонентами цемента. Так же применяют и другие способы для того, чтобы заставить инертные минеральные добавки вступать в реакцию с другими компонентами бетонной смеси.

Инертные минеральные добавки чаще всего используют для того, чтобы регулировать зерновой состав и заполнение пустот в твердой фазе бетона. Данный подход позволяет управлять свойствами бетона и бетонной смеси.

К инертным минеральным добавкам относятся кварцевый песок, глина, известняки и другие.

Активные природные минеральные добавки

Данный вид добавок получают путем измельчения различных горных пород, осадочного и вулканического происхождения.

К породам осадочного происхождения относятся:

К породам вулканического происхождения относятся:

Активные природные минеральные добавки иногда называют «пуццоланы». Данное название впервые было применено к туфу, который добывали в одном и одноименных мест в Италии.

Природные минеральные добавки на 80-90% состоят из глинозема и кремнезема, которые определяют активность таких добавок. Эти добавки довольно широко применяются в производстве цемента. А самым большим недостатком таких добавок является повышенная водопотребность.

Без какого материала не обходится сегодня современное строительство? Конечно же, без цемента. Цемент является основным компонентом при заливке фундаментов, возведении монолитно-каркасных зданий, производстве железобетонных плит, приготовлении штукатурных растворов и строительных смесей. На сегодняшний день альтернативы этому уникальному материалу нет. Так как продукт относительно недорогой и имеет высокие показатели прочности, его применяют практически во всех строительных сферах.

Цемент представляет собой мелкодисперсный порошок серого (белого) цвета, образующий при добавлении воды пластичную вязкую массу, которая может принимать любую форму. При высыхании она становится подобна камню по прочности. Причем, затвердевать цементу свойственно, как на воздухе, так и в воде.

Производится цемент в 4 этапа:

Сначала добывают сырье. К сырью относятся такие породы, как мел, известняк, ракушечник, глина, глинистые сланцы, лессы. Очень ценятся доломиты и карбонатные осадочные породы. Может добавляться шлак.
Затем производится переработка сырья. Известняк смешивается с глиной в соотношении 75:25 и сырье отправляется в печь. Обжиг производится при температуре 1450 градусов, происходит частичное плавление пород..
В результате обжига получают гранулы клинкера. После добавления 3-5% гипса клинкер измельчают до порошкообразного состояния. Гипс нужен для ускорения процесса схватывания.
Добавляют нужные примеси. В зависимости от марки цемента добавляют специальные добавки для усиления свойств получаемого продукта.

Свойства цемента таковы, что при смешивании его с водой и образовании кристаллогидратов выделяется тепло. Это обязательно нужно учитывать при проведении строительных работ, поскольку в монолитах верхние слои остывают быстрее, а внутренние медленнее, что в результате может приводить к образованию трещин.

Из-за гигроскопичности цемента хранить его рекомендуется в сухих помещениях, поскольку под воздействием влаги в нем образуются комки. Такой материал теряет свои изначальные свойства и не может использоваться на ответственных участках.

Кроме того, цемент характеризуется:

Тонким помолом.
Коррозионной устойчивостью.
Морозостойкостью.

Марка цемента означает предел его прочности на сжатие. Так, например, марка М 200 означает, что выдерживаемая нагрузка не превышает 200 кгс/см 2.

Из явных преимуществ цемента можно выделить:

Устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям и химическому воздействию.
Возможность использования бетона и штукатурных растворов в водной среде.
Высокую адгезию материала.
Невысокую стоимость, благодаря широкому распространению и несложной добыче известняка, сланцев и других природных ископаемых, являющихся основными компонентами при производстве цемента.
Долговечность. Срок эксплуатации бетона не меньше, чем сооружений из скальных пород.
Высокую прочность. Цемент марки М 700 может выдерживать до 700 кгс/см 2.

Недостатки цемента:

При длительном контакте с цементом и несоблюдении правил техники безопасности при работе с ним, у человека могут развиваться легочные заболевания.
Его способность впитывать влагу приводит при длительном хранении к частичной потере прочностных свойств.

Существует много разновидностей цемента, но основным компонентом для их производства служит портландцемент. После внесения в него добавок, в определенном составе и количестве, происходит изменение технических характеристик вида.

Основными видами цемента на сегодняшний день являются:

Отдельно не используется, а служит основой для производства других видов цемента.

Получается в результате помола клинкера, шлака, добавления активных веществ. Использование шлаков способствует снижению стоимости продукта.

Для него характерна повышенная огнестойкость. Даже при температуре 16000С его технические характеристики почти не меняются. При застывании выделяет тепло.

Имеет, как правило, повышенные прочностные характеристики. Набирает расчетную прочность намного быстрее конструкций, создаваемых на основе обычного цемента.

Компенсирует усадку бетона за счет своего расширения на этапе схватывания и затвердения раствора.

Легко затвердевает в жидкой среде, отличается повышенной морозоустойчивостью, водонепроницаем. На воздухе затвердевает медленней.

После затвердевания проявляет особую устойчивость к сульфатной среде.

Вид цемента	Рекомендовано применение	Состав (без портландцемента)
Быстротвердеющий	Скоростное строительство, железобетонные конструкции	Силикат, кальция гидроалюминат
Шлаковый	Приготовление растворов и бетонов	Шлаки, известь, гипс
Расширяющийся	Соединение железобетонных конструкций, заполнение трещин и швов, фасадная штукатурка стен из ракушечника	Гипс, кальция гидроалюминат и другие добавки
Глиноземистый	Промышленное строительство, связанное с агрессивной газовой или водной средой, высокими температурами. Аварийные и ремонтные работы. Возможно временное заделывание пробоин в кораблях.	Гипс, высокоглиноземистые шлаки
Пуццолановый	Для подводных и подземных конструкций, не подвергающихся резкому перепаду температур	Трепел, диатомит, гипс
Сульфатостойкий	Гидротехническое строительство	Силикат, кальция гидроалюминат

Как видим, разновидностей цемента много. Обширна и сфера их применения. Поэтому сказать, какой из цементов лучше, однозначно не получится. В зависимости от тех или иных условий, температурного режима при эксплуатации, расчетной прочности и так далее следует выбирать подходящий вид и марку материала.

Марок цемента тоже достаточно много, поэтому остановимся на самых основных:

Цемент марки 400 применяется при изготовлении монолитов и ж/бетона.
М 500 – для строительства гидротехнических сооружений, производства асбестоцементных конструкций, заливки фундаментов, бордюров, тротуаров.
М 600 – при бетонировании с высоким качеством.
М 700 – при производстве высокопрочных бетонов (класс от В35), работе с высоконапряженными конструкциями.

Цемент лучше покупать в мешках. На них хоть указаны характеристики материала, рекомендации по применению, данные о производителе. Желательно также проверить у продавца сертификаты качества. Еще обратите внимание на внешний вид цемента. Он должен быть серым, без зеленоватого оттенка. Если взять цемент в руку, то он должен просыпаться сквозь пальцы, как мука, без всяких комочков.

Цемент повсеместно используется при проведении строительных, ремонтных и реставрационных работ:

Из него делают бетон, перемешивая с гравием или измельченным камнем. Бетон используется для заливки фундаментов, сооружения дамб, строительства промышленных зданий.
Получают железобетон, добавляя нужное количество арматуры. Такой продукт отличается особой прочностью и долговечностью. Примером этого может служить Останкинская телебашня, построенная из железобетона почти 60 лет назад на высоту 540 м. Современная область применения – монолитно-каркасные здания, плиты перекрытия, балки, подземные и подводные сооружения, строительство метро.
В составе штукатурного раствора цемент применяют для кладки стен, выравнивания стен и полов, наружной и внутренней отделки помещений, обустройства садовых дорожек и отмостков в ландшафтном дизайне.

Цементный раствор не рекомендуется использовать для внутренней штукатурки жилых помещений. Это связано с опасностью для здоровья человека. Влага застаивается в доме, поскольку стены из бетона и цементной штукатурки не «дышат». Влажный климат способствует развитию грибка, плесени, всевозможных микроорганизмов, которые могут попадать к человеку через органы дыхания. Ну, а дальше развиваются болезни. Вот почему специалисты советуют использовать гипсовую штукатурку или известковый раствор.

Если говорить о ГОСТ на цемент, то при его производстве руководствуются, в основном:

Помимо этого предусмотрены ГОСТы для цементов разного вида:

В статье авторы рассматривают влияние минеральных добавок, а именно метокаолина и известняка, на свойства портландцемента.

Ключевые слова: портландцемент, минеральная добавка, метокаолин, известняк.

Цементные бетоны являются самым распространенным материалом в современном строительстве. Они занимают лидирующую позицию на рынке строительных материалов, и их стоимость напрямую зависит от стоимости компонентов, самым дорогим из которых является цемент.

Производство цемента существенно выросло в течение последних десятилетий и на сегодняшний день является третьим по величине источником выбросов углекислого газа в мире. Снижение удельного количества выбросов парниковых газов и удешевление конечной продукции — это приоритетные задачи для технологов цементной промышленности.

Одним из путей выполнения этих задач является уменьшение содержания клинкера в цементе путем использования минеральных добавок. Это позволяет как уменьшить количество выбросов парниковых газов в атмосферу, так и снизить конечную стоимость цемента для потребителей.

Минеральная добавка — это дисперсный неорганический материал природного или техногенного происхождения, вводимый в бетонную или растворную смесь в процессе их приготовления в целях направленного регулирования их технологических свойств и/или строительно-технических свойств бетонов и/или придания им новых свойств. Минеральные добавки могут быть как техногенного, так и природного происхождения.

Основными эксплуатационными свойствами цемента и изделий на его основе являются: водопотребность, тонкость помола, тепловыделение, прочность, пористость и морозостойкость.

Для регулирования и улучшения свойств цементных бетонов, а также удешевления, используют различные минеральные добавки.

Одним из минеральных наполнителей, обладающих высокой реакционной способностью, является метакаолин — продукт дегидратации обогащенных природных каолинов. Известно, что метакаолин рекомендуется как добавка для получения высокопрочных бетонов, улучшающая структуру цементного камня и позволяющая получить повышенную прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона. Несмотря на то, что эффективность метакаолина как минеральной добавки с высокой активностью подтверждается рядом исследователей, использование его в производстве бетона остается ограниченным. Причиной такой ситуации является недостаточная информированность производителей бетона об основных преимуществах этой добавки, а также изученность технологических условий эффективного ее применения.

Дляпроведенияработыбыл использован портландцемент ЦЕМ Ӏ 42,5 Н (далее ЦЕМ1) производства ООО «ХайдельбергЦемент Рус».

Современное строительство предъявляет все более высокие требования к бетону, а это влечет за собой необходимость использования огромного количества цемента на основе клинкера. Его производство негативно сказывается экологической ситуации в мире. Поэтому появляется необходимость использования альтернативных видов вяжущих. Одним из таких является молотый доменный гранулированный шлак. Ещё в середине прошлого века было проделано много работы по применению такого вида отходов в качестве вяжущего. В начале прошлого года на российском строительном рынке появился молотый доменный гранулированный шлак, производства ООО «ПСК «Мечел Материалы». В статье проведен анализ активных минеральных добавок и приведены результаты испытаний бетона с применением молотого доменного шлака на прочность.

Ключевые слова: шлакощелочной бетон, вяжущее, молотый шлак, отходы.

В настоящее время портландцемент по сумме технико-экономических факторов — наличия во всем мире практически неограниченной сырьевой базы, освоенного технологического процесса и оборудования, соответствия необходимому уровню свойств и долговечности — является основным общестроительным вяжущим веществом. Однако производство портландцемента по обжиговой технологии достаточно энергоемкое и сопровождается большими выбросами С02 (6–8 % от массы сжигаемого топлива), что негативно влияет на экологическую ситуацию в мире. Поэтому создание безобжиговых вяжущих и строительных материалов на их основе для замещения энергоемкого портландцемента остается актуальной задачей для современного строительного материаловедения [1,2,3].

Так же, одной из важнейших задач современного строительства является повышение экономической эффективности при одновременном обеспечении высоких показателей долговечности и физико-механических свойств искусственного камня [4,5]

Много публикаций, особенно заграничных, посвящено поиску альтернативных вяжущих на основе безклинкерных материалов. Такими материалами могут стать вещества щелочной активации, более известные в иностранной технической литературе как геополимеры [6,7].

Внедрение эффективных и дешевых вяжущих и композиционных материалов на их основе, способных свободно конкурировать с портландцементом, является актуальной задачей, решение которой позволит снизить себестоимость строительства [8]. Тем более в России, с точки зрения доступности сырьевой базы, имеются возможности производства достаточно перспективных строительных материалов, к числу которых относятся шлакощелочные вяжущие (ШЩВ). [9].

1.1 Сравнение свойств минеральных добавок

Минеральные добавки отличаются от заполнителя мелким размером зерен, менее 0.16мм, а от химических добавок тем, что не растворяются в воде.

Минеральные добавки делятся на активные и инертные:

 Активные, в присутствии воды способны взаимодействовать с диоксидами кальция при обычной температуре, образуя соединения, обладающие вяжущими свойствами;

 Инертные, при обычной температуре не вступают в реакцию с компонентами цемента, однако при определенных условиях, они могут проявлять реакционную способность.

Минеральные добавки из техногенного сырья имеют различный минеральные состав и дисперсность, в связи с чем обладают различным влиянием на бетонную смесь, что определяет область их применения. Рассмотрим характеристики минеральных добавок из техногенного сырья (табл. 1).

Читайте также: