Активные минеральные добавки
Еще в древности было известно, что смешением воздушной извести с вулканическим туфом можно получить гидравлически твердеющее вяжущее. Задолго до нашей эры греки для изготовления стойких в пресной и морской воде гидравлических растворов применяли туф Санторинского месторождения, а римляне — вулканический туф с месторождения Поццуоли. Такие добавки в последующем и были названы пуццоланами, а цементы, их содержащие, — пуццолановыми.
Для пемзы характерно пористое губчатое строение, она представляет собой вспученное вулканическое стекло. Витрофиры имеют порфировую структуру и состоят на 75—85% из темного вулканического стекла. В их состав входят также полевые шпаты, кварц и др. Резкое охлаждение выбрасываемых из вулканов пород приводит к быстрой их закалке, что способствует образованию в них вулканического стекла. Они содержат также щелочные алюмосиликаты цеолитового характера, кристаллы полевого шпата, авгита и др. Иногда минералы бывают остеклованными.
К искусственным добавкам относятся: кремнеземистые отходы, получаемые при извлечении глинозема из глины; искусственные обожженные в соответствующих керамических печах либо в самовозгорающихся отвалах пустых шахтных пород глины и глинистые и углистые сланцы; золы, зола-унос и шлаки, получающиеся при сжигании некоторых видов топлива; для них характерно преобладающее содержание кислотных оксидов. В ГОСТ из этих добавок указаны только кислые золы-унос; стандартом регламентированы и такие искусственные добавки, как доменные гранулированные шлаки, а также белитовый (нефелиновый шлам), получаемый при комплексной переработке нефелинов и содержащий до 80% минерала белита, частично гидратированного.
Активные минеральные добавки Способны химически взаимодействовать с гидроксидом кальция; в диатомите и трепелах в реакцию вступает содержащийся в их составе кремнезем. К. Г. Красильников, исследуя поверхностные свойства гидратированного кремнезема и его взаимодействие с гидроксидом кальция в водной среде, установил, что одной из важнейших характеристик является природа поверхности кремнезема; строение поверхностного слоя характеризуется расположением тетраэдров Si04, только частично связанных с объемной структурой, причем свободные углы этих тетраэдров, выходящие на поверхность, представляют собой гидроксильные группы.
Нами отмечалось, что развивающиеся при механическом диспергировании кварца деформации нарушают кристаллическую структуру поверхностного слоя и несколько аморфизируют его. Деструктированные в результате этого Слои кварца обладают высокой химической активностью, в частности по отношению к воде, что выражается в повышенной их растворимости.
Выше уже указывалось, что глиежи и золы-уноса являются продуктом обжига глинистых материалов. По мнению одних ученых, обжиг каолинитовых глин в интервале 873—1073К приводит к разложению каолинита на кремнезем и глинозем, по мнению других — к образованию метакаолинита. Независимо от вида и состава образующихся продуктов обжига они интенсивно взаимодействуют с гидроксидом кальция, причем установлено, что при этом образуется неизвестное ранее соединение — гидрогеленит (гидроалюмосиликат кальция) — 2СаО-АЬОз-SiO-2-8Н20, а при соответствующей концентрации извести и ЗСаО• 2Si02a 1073К качество их, как активных добавок, снижается. Важно также минимальное содержание в них растворимого глинозема. Например, максимально допустимое содержание растворимого глинозема для глиежей — 2%.
Более сложной представляется природа гидравлической активности пород вулканического происхождения. Кремнезем и глинозем в них можно считать потенциально способными взаимодействовать с гидроксидом кальция. Однако это зависит от их структурных связей в составе породы. Наибольшей активностью обладает вулканическое стекло. Существенную роль в химическом связывании гидроксида кальция играют щелочные алюмосиликаты (анальцим — Na20-Al203-4Si02-2H20 и др.), являющиеся цеолитами и способные обменивать содержащиеся в них ионы щелочных металлов на ионы двухвалентных металлов и, в частности, извести. Как известно, такой ионный обмен смягчает жесткую воду. Исследования показали, что реакции обмена протекают в значительной степени при повышении температуры до 313—323 К, причем в течение года в раствор переходит до 85% содержащихся в породе щелочей.
Примерный химический состав активных минеральных добавок приведен в табл. 19.
Таблица 19. Химический состав (%) активных минеральных добавок
Активные минеральные добавки, виды, назначение и реакционная способность.
Активными минеральными добавками называют тонкоизмельченные природные или искусственные материалы, вводимые в известковые вяжущие и цементы для улучшения их свойств и придания специальных качеств.
Природными считают добавки, получаемые из пород осадочного и вулканического происхождения. Они относятся к так называемым кислым добавкам. Среди искусственных имеются как кислые (золы и т. п.), так и основные добавки, например доменные и электро-термофосфорные шлаки, а также белитовый (нефелиновый) шлам.
Сами по себе кислые кремнеземисто-глиноземистые активные добавки не способны твердеть, но в смеси с воздушной известью образуют вяжущие вещества, твердеющие при обычных температурах в воздушно-влажной или водной среде. Это обусловливается способностью кислых добавок взаимодействовать с гидроксидом кальция, содержащимся в гашеной воздушной извести, и давать водостойкие цементирующие новообразования.
В прошлом некоторые кислые кремнеземисто-глиноземистые активные добавки вулканического происхождения называли пуццоланами. В соответствии с этим смеси извести с активными вулканическими добавками стали называть известково-пуццолановыми цементами.
Известково-пуццолановыми вяжущими веществами часто считают смеси воздушной извести с любыми кислыми активными добавками (природными и искусственными).
Введение кислых добавок в портландцемента способствует улучшению ряда его технических свойств (водостойкости, сульфатостойкости), снижает экзотермию. При этом гидроксид кальция, выделяющийся при твердении портландцемента, связывается добавками, образуя малорастворимые соединения.
Портландцемент с кислой добавкой называют пуццолановым. Активные минеральные добавки, получаемые искусственно и содержащие в своем составе до 30—50 % оксида кальция в виде силикатов, алюминатов и ферритов, способных к гидролизу и гидратации под воздействием активизаторов, относят к материалам со скрытыми гидравлическими свойствами. Это доменные и некоторые другие гранулированные шлаки с высоким содержанием стекловидной фазы, по химическому составу отвечающей составу низкоосновных силикатов и алюминатов кальция.
Природными минеральными добавками осадочного происхождения являются диатомиты, трепелы, опоки и глиежи.
Диатомиты и трепелы по внешнему виду мало различаются и представляют собой легкие пористые малопрочные породы светло-серого или желтовато-серого цвета, окрашенные иногда в темные тона органическими примесями. Эти породы часто перемешаны с песком, глинами, карбонатными породами и т. п. Встречаются диатомиты и белого цвета (кисатибский). Средняя плотность диатомитов и трепелов (в кусках) в зависимости от степени уплотнения и содержания указанных примесей обычно колеблется в пределах 400—1000 кг/м3, причем у трепелов она выше, чем у диатомитов.
Опоки— более тяжелые и плотные породы со средней плотностью 1200—1600 кг/м3. Это уплотненные разновидности диатомитов и трепелов иногда значительной прочности.
Глиежи представляют собой «горелые» породы, образовавшиеся в результате обжига межугольных глин при самовозгорании угля под землей. Глиежи по своим физическим и химическим свойствам подобны глинам, обожженным при 800—1000°С. Они характеризуются иногда неоднородностью, что необходимо учитывать при их использовании. В них может содержаться некоторое количество и несгоревшего топлива (до 2—3 %). Истинная плотность глиежей 2,4—2,7 г/см3, а средняя плотность (в куске) 1400—2500 кг/м3, прочность на сжатие в пределах 20—60 МПа. Большие залежи глиежей имеются в Кузнецком бассейне (Сибирь), в Узбекистане и других местах.
К природным минеральным добавкам вулканического происхождения относят вулканические пеплы, туфы, пемзы, трассы и др. При извержении вулканов из их кратеров, кроме изливающейся лавы, выбрасывается огромное количество раскаленных обломков горных пород разной величины и мельчайших пылевидных частиц лавы. Более крупные обломки выпадают на склонах вулканов, мельчайшие же частицы охлаждаются воздухом и осаждаются на землю в виде вулканического пепла.
Искусственные кислые активные минеральные добавки
К добавкам этого рода относят активные кремнеземистые отходы, обожженные глины (глинит, цемянки, пылевидные отходы, образующиеся при обжиге керамзита и аглопорита, горелые породы), топливные золы и шлаки.
Кремнеземистым отходам присущи значительные колебания по химическому составу. Они, в частности, нередко содержат повышенное количество серного ангидрида.
Цемянка, глинит, керамзит, аглопорит, горелые породы представляют собой обожженную глину. Их плотность 2,3—2,6 г/см3. Цемянка — порошок, получаемый тонким измельчением боя кирпича, черепицы и т. п. Глинит— тонкий порошок измельченный специально обожженной при 600—800 °С глины с повышенным содержанием каолинита. Обжиг ведут до возможно полного превращения химически малоактивного каолинита в метакаолинит Al203-2Si02, обладающий значительной активностью при взаимодействии с гид-роксидом кальция и водой. Для каждой глины имеется своя оптимальная температура обжига, выше и ниже которой химическая активность обожженного продукта заметно снижается.
Керамзит и аглопорит — легкие заполнители бетонов, получаемые в виде вспученных пористых гранул или кусков путем обжига глинистых материалов при 1000— 1200 °С. Пылевидные частицы, образующиеся при обжиге керамзита и аглопорита или иногда получаемые специально их измельчением, часто подобно цемянкам обладают свойствами активных минеральных добавок»
Горелые породы получаются в результате обжига глин, содержащихся в так называемых пустых породах, сопровождающих угольные месторождения и выбрасываемых в отвалы (терриконы) при добыче угля. В пустых породах содержится обычно некоторое количество угля, который часто в отвалах начинает гореть (самовозгорание), при этом развиваются достаточно высокие температуры, обусловливающие обжиг сопутствующих пород. Горелые породы характеризуются обычно значительной неоднородностью по степени обжига, что отрицательно отражается на их свойствах как активной гидравлической добавки.
Топливные шлаки и золы представляют собой минеральные отходы сжигания различных видов каменного угля, сланцев и торфа. Шлаками обычно считают топливные отходы в виде спекшихся плотных и ноздреватых кусков и зерен размерами более 0,3—0,5 мм. Рыхлые дисперсные материалы с частицами менее 0,3 мм называют золами. Если при пылевидном сжигании топлива минеральная часть в расплавленном состоянии резко охлаждается, то получается топливный гранулированный шлак стекловидной структуры в виде зерен размером до 7—10 мм.
Химический и фазовый составы топливных шлаков и зол очень разнообразны и зависят от вида сжигаемых углей, сланца или торфа, характера угленосной породы и условий сжигания топлива. В золах и шлаках содержится обычно’иесгоревшее топливо, часто отрицательно влияющее на свойства этих материалов как активных добавок.
Шлаки и золы с повышенным содержанием оксида кальция (до 10—20 % и выше) в ряде случаев представляют собой медленнотвердеющие вяжущие вещества.
Плотность топливных шлаков и зол 2,2—2,8 г/см3. Насыпная плотность шлаков 700—1000 и зол 500— 1000 кг/м3.
Активность минеральных добавок, т.е. способность связывать гидроксид кальция в присутствии воды при обычных температурах, обусловлена содержанием в них веществ, находящихся в химически активной форме. Естественно, что характер и интенсивность их взаимодействия с известью различны в зависимости от того, каких химически активных веществ больше в той или иной минеральной добавке. Поэтому кислые активные минеральные добавки условно по виду вещества, определяющего их химическую активность и механизм связывания СаО, можно разделить на три группы: состоящие в основном из аморфного кремнезема (трепелы, диатомиты, опоки и т.п.); богатые продуктами обжига глинистых веществ (глйииты, глиежи, цемянки, горелые породы, топливные шлаки и золы); и представляющие собой быстроохлаж-денную магму, в той или иной мере измененную вторичными процессами, со значительным содержанием силикатов и алюмосиликатов в стекловидном состоянии (вулканические пеплы, туфы, пемзы, трассы и т. п.).
9. Какие преимущества дает использование в технологии вяжущих техногенного сырья.
Активные минеральные добавки, виды и применение активных минеральных добавок.
Активными минеральными или гидравлическими добавками называют природные и искусственные материалы, которые при смешивании их в тонкоизмельченном виде с воздушной известью придают ей свойства гидравлического вяжущего вещества, а в смеси с цементом повышают его водо- и сульфатостойкость.
В большинстве случаев взаимодействие извести и активными минеральными добавками основано на том, что содержащийся в последних активный (аморфный, мелкодисперсный) кремнезем связывает известь в присутствии воды в гидросилиткат кальция, который и обуславливает ее гидравлическое твердение, т.е. нарастание прочности под водой после предварительного затвердевания на воздухе, а также способность сопротивляться выщелачивающему действию воды. Кроме кремнезема в состав активных минеральных добавок входит глинезем, который в присутствии влаги также может взаимодействовать с известью, образуя гидроалюминат кальция, обладающий гидравлическими свойствами.
При твердении из цемента выделяется гидрат окиси кальция, понижающий его сопротивляемость по отношению к выщелачиванию и воздействию некоторых солей, содержащихся в минерализованных водах. Поэтому для повышения водостойкости цемента в пресных и сульфатных водах в него вводят активные минеральные добавки.
Диатомит или диатомовая земля представляет собой рыхлую горную породу, состоящую главным образом из скоплений микроскопических панцирей диатомовых водорослей (диатомей) и содержащую кремнезем преимущественно в аморфном состоянии. Трепел – также рыхлая горная порода, состоящая главным образом из мельчайших округлых зерен аморфного кремнезема. Опока — это плотная горная порода, являющаяся продуктом уплотнения диатомитов и трепелов и состоящая также из аморфного кремнезема. Наиболее активная из перечисленных добавок осадочного происхождения — трепел, а наиболее распространенная — опока. Диатомиты и трепелы способны размокать в воде. Это можно использовать при так называемой мокрой присадке этих материалов. Она заключается в том, что разболтанный в воде диатомит или трепел при изготовлении бетонной смеси добавляют в бетономешалку.
При извержении вулканов из кратера выливаются потоки жидкой расплавленной лавы, застывающие по склонам горы в виде более или менее плотной и твердой стекловидной породы (обсидиан, вулканические лавы и шлаки). Кроме того, из кратера вместе с газами и парами выбрасываются мелкие куски и пылеобразные частицы этой лавы. Они уносятся ветром иногда на значительные расстояния, охлаждаются воздухом или вулканическими дождями, сопровождающими извержение, и падают на землю, где отлагаются в виде пористых вулканических пород с различной величиной зерен. Вулканический пепел представляет собой рыхлые, частично уплотненные отложения вулканических пород. Туф — это уплотненный и сцементированный вулканический пепел, трасс — метаморфизованная разновидность вулканического туфа, пемза — камневидная порода пористого губчатого строения.
Все вулканические породы, встречающиеся в природе в землисторыхлом состоянии, называют пуццоланами (по названию итальянского селения Поццуоли в Неаполитанском заливе, где они впервые стали разрабатываться). К пуццоланам относят все пористые вулканические материалы, состоящие из отдельных мелких зерен или небольших кусков (например, вулканические пески). Иногда пуццоланами обобщенно называют все виды активных минеральных добавок.
Для всех вулканических добавок характерно сравнительно высокое содержание кремнезема и глинозема. Активность активных минеральных добавок зависит от скорости охлаждения расплавленной вулканической магмы. Особенно быстро охлаждается лава, попавшая в воду в тех случаях, когда вулканы находятся вблизи морей или рек. Быстроохлажденные вулканические породы обладают большим запасом химической энергии. Такие добавки часто в значительной части или почти целиком состоят из стекла.
Вулканические добавки характеризуются высоким содержанием алюмосиликатов. При введении этих добавок в состав цементов свободная известь связывается нерасстеклованной алюмосиликатной составляющей этих добавок.
На активность этих добавок влияет также содержание в них химически связанной воды. Это подтверждается тем, что вулканический трасс после прокаливания теряет способность придавать извести гидравлические свойства.
К искусственно обожженным глинистым материалам относятся глинит, цемянка, керамзит, аглопорит, горелые породы (самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы). Обожженная глина в виде измельченного в порошок битого кирпича (цемянки) применялась еще в древней Руси в качестве гидравлической добавки в смеси с воздушной известью.
Для получения глинита глину необходимо обжечь при температуре порядка 600-800 0 С.
В некоторых местах встречается так называемый глиеж, что означает глина, естественно жженая (гли-е-ж). Глиеж осадочного происхождения, он относится к горелым породам и является продуктом природного обжига глины.
Кремнеземистые отходы (сиштоф) представляют собой богатые кремнекислотой материалы, получаемые в производстве сернокислого алюминия при извлечении глинозема из глины. Такие же отходы получаются и при производстве АIСl3 из каолинита методом хлорирования в присутствии СО. Эти отходы являются весьма активной добавкой.
Топливные шлаки и золы — побочный продукт, образующийся при сжигании некоторых видов топлива. В составе минеральной части топливных зол и шлаков обычно преобладают кислотные окислы. Содержание кремнезема, глинозема и окиси железа в кислых шлaках и золах превышает 50%.
Активность зол зависит от температурного режима сжигания топлива, а также от размера его кусков и продолжительности пребывания в зоне высоких температур. Как и глинистые материалы, наибольшей активностью обладают золы топлива, сжигаемого при температуре 600-800 0 С. При более высокой температуре сжигания топлива качество золы как активной минеральной добавки снижается.
При сжигании горючих сланцев и некоторых других видов топлива получаются основные золы, которые сами по себе являются медленно твердеющими вяжущими веществами.
Активность активных минеральных добавок, определяемая по поглощению извести из известкового раствора (в мг СаО на 1г добавки) составляет: у диатомитов, трепелов и опок – 150-400; вулканических пеплов, пемзы и туфа – 50-150; трассов – 60-150; глиежей – 30-100; обожженных глин, топливных шлаков и зол – 50-100. Добавки с меньшей активностью относятся к инертным.
Количество несгоревших частиц топлива в топливных шлаках не должно превышать 15%, а в топливных золах 20% SO 3 в топливных шлаках и золах должно быть больше 3%.
Возможно Вас заинтересует: Минеральный порошок. ГОСТ 16557—2005 «Порошок минеральный для приготовления строительных смесей», цена за 1 тн.
Минеральные добавки для бетонов
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.
Минеральные добавки
Виды и механизм действия минеральных добавок
Минеральные добавки, получаемые из природного или техногенного сырья, представляют собой порошки и отличаются от химических модификаторов тем, что они не растворяются в воде, являясь тонкодисперсной составляющей твердой фазы бетона или раствора.
Тонкомолотые минеральные добавки, в зависимости от их состава, химической активности и преобладающего механизма действия, подразделяются на следующие группы:
Механизм действия таких добавок основан на увеличении удельной поверхности составляющих компонентов цементного теста и, в связи с этим, объема прочно удерживаемой адсорбционной воды (при условии, что их дисперсность будет соизмерима с размерами зерен цемента). Это обусловливает получение необходимого количества цементного теста, обеспечивающего образование достаточной толщины обмазки на поверхности зерен заполнителя и. благодаря этому — получение заданной удобоукладываемости смеси.
К неактивным добавкам-наполнителям естественного происхождения относятся тонкодисперсные материалы и тонкомолотые (до тонкости помола цемента) вещества:
Неактивные минеральные добавки-наполнители — отходы промышленного производства:
Минеральные добавки-наполнители, получаемые из вышеперечисленных сырьевых материалов, должны соответствовать следующим техническим требованиям:
В общем случае требуемое количество неактивных минеральных добавок в смеси с клинкерным цементом определяется в зависимости от марки цемента из расчета, что замена добавкой 1 % массы цемента приводит к получению композитного (смешанного) вяжущего с активностью меньшей на 1 %, чем без добавочного цемента.
Таким образом, технический эффект введения добавок-наполнителей связан с возможностью «разбавления» цемента до уровня, обеспечивающего получение оптимального соотношения между активностью цемента и прочностью (маркой) бетона или раствора и, как следствие, экономии цемента.
Активные минеральные добавки-наполнители — это вещества естественного происхождения или промышленные отходы, находящиеся в тонкодисперсном состоянии или измельченные до тонкости помола цемента и состоящие в основном из аморфного кремнезема (SiO2 более 50 %), обладающие гидравлической* активностью или пуццоланическим** действием.
* Гидравлическая активность — способность добавки связывать СаО или известь, выделяющуюся при твердении цемента, с образованием труднорастворимых новообразований.
** Пуццоланическая активность — способность добавки связывать известь в низкоосновные гидросиликаты кальция.
В качестве сырья для получения активных минеральных добавок-наполнителей используются горные породы осадочного и вулканического происхождения, а также некоторые виды промышленных отходов:
Механизм действия гидравлически активных добавок в основном. обусловлен их химическим взаимодействием с известью, образующейся в результате гидролиза С3S при гидратации цемента. При этом, в основном, образуются низкоосновные гидросиликаты кальция типа C-S-H (B), гидроалюминаты и гидроферриты кальция, которые увеличивая гелевую составляющую цементного камня, улучшают прочностные и деформативные свойства бетона.
Пуццоланический эффект действия тонкодисперсных добавок в бетонах проявляется в химическом взаимодействии активного кремнезема с известью по схеме:
Наряду с этим, поскольку дисперсность частиц добавки соизмерима с размерами зерен цемента, наблюдается пластифицирующий эффект, проявление которого повышается с увеличением (до оптимального) количества вводимой добавки. Образование гидросиликатов кальция обеспечивает повышение плотности и прочности цементного камня и, соответственно, бетона и раствора за счет вовлечения активной части добавки в формирующуюся структуру цементного камня.
Таким образом, введение химически активных минеральных добавок- наполнителей способствует не только сокращению расхода цемента, но и повышению коррозионной стойкости бетона, что свидетельствует о технической и экономической эффективности использования добавок в бетонах и растворах.
Активные минеральные добавки-заменители части цемента — это тонкомолотые минеральные вещества, состоящие из низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция, аморфного кремнезема и других веществ, которые обладают достаточно заметной (самостоятельной) гидравлической и пудцоланической активностью, особенно при твердении бетона в автоклавах или пропарочных камерах.
Механизм действия таких добавок обусловлен процессами гидратационного твердения, как заменителя части цемента, и к тому же, учитывая, что зерновой состав добавок близок к дисперсности цемента, пластифицирующим эффектом. Таким образом, целью применения таких добавок является придание бетонной и растворной смеси требуемой подвижности и замена ими части клинкерного цемента, не приводящая к снижению прочности бетона или раствора.
К добавкам-заменителям части клинкерного цемента можно отнести тонкоизмельченные кремнеземистую опоковидную породу, доменные гранулированные шлаки, доменную муку, золу-уноса и гранулированные шлаки ТЭС.
Технические требования, которым должны удовлетворять такие добавки, аналогичны сырьевым материалам, из которых производятся активные минеральные добавки:
Минеральные добавки для бетонов и растворов считаются активными, если они обеспечивают конец схватывания теста, приготовленного на основе добавки и извести-пушонки, не позднее 7 суток после затворения водой и водостойкость образцов из этого же теста не позднее 3-х суток после конца его схватывания. Кроме того, в добавках получаемых из кремнеземистых пород, введены ограничения по содержанию ангидрида серной кислоты (SO3 должно быть не более 3 % по массе), а в кремнеземистой опоковидной породе должно быть SiO2 не менее 75 %, Al2O3 не менее 5 %, SO3 не более 0,3 %, выгорающих частиц не более 7 % и растворимого глинозема не более 2 % по массе.
Химический состав доменных отвальных и гранулированных шлаков, а также доменной муки должны соответствовать ГОСТ 3476.
К добавкам, полученным из золы ТЭС, предъявляются требования по содержанию сульфатов, выгорающих частиц несгоревшего угля, которые регламентируются нормативными документами.
Принципиальное отличие активных добавок от неактивных состоит в том, что для снижения активности цемента до требуемого значения их можно вводить в значительно большем количестве.
К минеральным пластифицирующим добавкам естественного происхождения относятся:
Минеральными пластификаторами отходами промышленности являются следующие продукты:
Качество минеральных пластифицирующих добавок регламентируется специальными техническими условиями и государственными стандартами по тонкости помола добавок, дисперсности и подвижности теста (для тестообразных добавок).
