При производстве вяжущих в ряде случаев необходимо добавлять мелкомолотые минеральные порошки, активизирующие процессы твердения. Активизирующий эффект от введения неактивных минеральных порошков показан в работах В. Н. Юнга и Ю. М. Бутта и связан с увеличением поверхности смачивания водой активных зерен цемента в силу их лучшей пептизации. По виду этих порошков цементам присваивают соответствующее название, например карбонатные (содержат мелкомолотую карбонатную породу); песчаные (мелкомолотый песок); песчано-пуццолановые (мелкомолотые песок и гидравлическую добавку); зольные (золу) и т. д.
Введение минеральных мелкомолотых порошков в портландцемента в одних случаях имеет чисто экономический характер, а в других технико-экономический и вызвано условиями производства работ. Исследования показали, что замена части зерен цемента (до 10% массы цемента) не снижает его качества. Действительно, введение кварцевого песка в указанном количестве, практически инертного для обычных условий твердения, не снижает марочной прочности цемента.
Следует полагать, что для получения экономического эффекта от введения таких добавок, т. е. получения большего количества цемента из одного и того же количества клинкера, решающее значение имеет соответствие гранулометрии цемента и минеральных добавок. В случаях, когда зерна таких порошков раздвигают зерна цемента, а не размещаются между ними, прочность цементного камня снижается из-за большой пористости. Решающим будет суммарный эффект от изменения пористости цементного камня при снижении воды затворения вследствие введения зерен мелкомолотой добавки (уменьшения ее количества) и изменения пористости в нем в результате раздвижки активных зерен цемента (увеличения ее). Опыт показывает, что любое количество минеральной добавки сверх указанного снижает прочность цемента пропорционально ее количеству. Это обстоятельство используется в ряде случаев, например, при производстве цемента более низких марок.
Для уменьшения тепловыделения цемента также вводят минеральные порошки (примером может служить разработка нового типа песчано-пуццоланового портландцемента и других цементов для гидротехнического строительства). Наличие указанных добавок в цементе изменяет ряд свойств исходного цемента, что должно учитываться при выборе вида цемента.
Влияние крупного заполнителя на водонепроницаемость и сцепление бетона с цементным камнем
Водонепроницаемость бетона зависит от его текстурной плотности. Отметим, что по водонепроницаемости бетона нельзя оценивать его морозостойкость. Для доказательства справедливости этого положения можно обратиться к лабораторным испытаниям образцов одного состава, изготовленных на портландцементе и пуццолановом портландцементе. Если образцы бетона на портландцементе, твердевшие вместе с образцами на пуццолановом портландцементе, начинают фильтровать воду при меньшем давлении, чем на пуццолановых портландцементах, то морозостойкость значительно выше у образцов с меньшей водонепроницаемостью, т. е. у образцов на портландцементе.
При этом существенное значение имеет особенность цемента при загустевании-схватывании удерживать и отделять свободную воду, которая появляется в итоге протекания указанного физико-химического процесса. Как известно, цементы, в которые введена гидравлическая добавка, способная связывать такую воду на поверхности зерен, обеспечивают большую водонепроницаемость бетона (раствора).
При этом количество гидравлической добавки имеет существенное значение. Изменение содержания гидравлической добавки — диатомита (с 40 до 50%) повысило количество воды, профильтровавшейся по дефектам в текстуре раствора за первые 50 ч испытания с 475 до 6500 мл. При этом с начала испытания на водонепроницаемость в каждом растворе протекают процессы самоуплотнения, которые можно назвать набуханием ге-левых структур, что обеспечивает резкое снижение его водонепроницаемости. Однако при этом процессе, который проанализирован на протяжении 900 ч, сохраняется та же тенденция к повышению водопроницаемости растворов с необоснованно высоким содержанием диатомита (т. е. таким количеством гидравлической добавки, которая частично не связывается с известью, выделяющейся при твердении минерала C3S).
Применение в однократно уплотняемой бетонной смеси цементов, при твердении которых не отделяется вода от цементного теста, обеспечивает, при прочих равных условиях, наиболее плотный контакт последнего с поверхностью зерен заполнителя. Это обстоятельство создает большую водонепроницаемость текстуры бетона. Однако такого контакта в аналогичных условиях не будет с цементами, в которых происходит отделение воды, что надо иметь в виду при проектировании бетона.
Чтобы показать, как изменяется водонепроницаемость бетонов на крупном заполнителе, рассмотрим результаты испытания контактного слоя из цементного камня и щебня из песчаника, афонито-вого известняка и доломита. Опыты по водонепроницаемости были поставлены на малоалюминатном портландцементе (250 кг на 1 мэ бетона) при достаточно высоком водоцементном отношении 0,70—0,74 (что вызывалось необходимостью получать смеси на разных заполнителях с одной пластичностью-жесткостью).
Такие бетоны имели различную водонепроницаемость. Так, бетон на крупном заполнителе — щебне из песчаника, испытанный по определенной методике, за 150 мин испытания при 5 ат (10-1 МПа) профильтровал 217 см3 воды, на щебне из афонитового известняка — 65 см3, а на щебне из доломита — 1 см3. При изменении технологии уплотнения водонепроницаемость бетона изменяется: при многократном повторном вибрировании она будет значительно меньшей, что связано с повышением качества контактного слоя, из которого отделяется часть воды. Отметим, что кроме породы каменного материала на качество сцепления цементного камня и поверхности заполнителей, на прочность бетона (в итоге на качество такого сцепления) существенно влияет форма зерен мелкого и крупного заполнителя.
Если влияние крупного заполнителя на прочность бетона учитывают, изменяя коэффициент т,то изменение качества песка не учитывается, что сказывается в несовпадении расчетных и экспериментальных показателей прочности при подборе состава бетона. По вопросам исследования причин изменения величины и качества сцепления цементного камня с заполнителем имеется ряд работ, например. При изменении качества цемента приведенные цифры водонепроницаемости изменяются, что связано с ранее изложенными сведениями по вяжущим материалам и их водоотделению при твердении.