Гидравлические добавки связывают известь в низкоосновные силикаты кальция, не обладающие вяжущими свойствами. Генезис многочисленных гидравлических добавок, используемых при производстве вяжущих (помоле клинкера), разнообразен, что отражается на активности добавок, а следовательно, и на строительно-технических свойствах цементов. Добавки названы гидравлическими, так как при введении их в воздушную известь последняя твердеет в воде.
Кроме горных пород — гидравлических добавок известны технические породы, повышающие гидравлические свойства цементов или придающие воздушной извести такие свойства. Введение до 25—40% добавок вулканического происхождения, обожженной глины, глиежа, топливной золы или 20—30% минеральных добавок осадочного происхождения значительно меняет свойства исходных цементов. Последние называют пуццолановыми портландцементами независимо от количества и вида гидравлической добавки. Впервые этот вид цементов был разработан в СССР. С 1933 г. пуццолановые цементы заводского производства применяли на строительстве метрополитена в Москве.
Для бетонов, находящихся под постоянным воздействием воды-среды, в том числе воды, создающей давление на поверхность сооружения, и мягкой воды, этот вид цемента имеет большие преимущества по сравнению с портландцементом. Замедленное, твердение пуццолановых портландцементов в обычных условиях и их воздухо-стойкость более низкая, чем у портландцементов, не допускают их использования в сооружениях, где требуется быстрое упрочнение бетона и могут возникнуть условия, способствующие постепенному разрушению бетона.
По указанной причине пуццолановые цементы нельзя применять в бетоне для дорожных и аэродромных покрытий, в штукатурных растворах и др. При ускоренном тепловлажностном режиме твердения и в массивах бетонных сооружений получается наибольший эффект от использования пуццолановых цементов. Ограничение в применении пуццолановых портландцементов связано с тем, что их твердение проходит в несколько стадий. Так, в первой стадии — при реакции минерала C3S с водой выделяется известь. Во второй стадии физико-химический процесс протекает между выделившейся известью и активным кремнеземом SiO2 (а в ряде случаев и растворимым глиноземом), составляющим основную (реакционную) часть активной гидравлической добавки. Этот процесс протекает медленно и требует тщательного ухода, чтобы обеспечить сохранение в бетоне всего количества воды, введенной при его изготовлении. В случае испарения воды вторая стадия процесса образования в цементном камне набухших низкоосновных силикатов кальция не будет завершена и появятся дефектные места — микропоры, в. которых будет находиться известь и гидравлическая добавка, не обладающая вяжущими свойствами.
Как и реакции с минералами иортландцементного клинкера, в случае образования низкоосновных силикатов реакция извести-гидрата окиси кальция) с кремнеземом гидравлической добавки также начинается с поверхности зерен и идет в глубь их. Полученные гидросиликаты имеют пластинчатое строение кристаллов и относятся к тоберморитовой группе с общей формулой хСа(ОН)2 + Si02+ mH20 = xCaO·Si02·nH20[CSH(B)]. Процесс связываний извести кремнеземом имеет различные объяснения, в основе которых лежит структура кремнезема.
Активность минеральных добавок определяют по следующим показателям, нормируемым ГОСТ 6269—63: количеству извести,, поглощаемой из известкового раствора в течение 30 сут., водостойкости образца из известкового теста и срокам схватывания теста с проверяемой добавкой. При этом считают, что добавка не является активной, если она не соответствует какому-либо из указанных показателей. По поглощению извести добавки делят на поглощающие-30 мг СаО на 1 г добавки (осадочного происхождения — глиежи), 50 мг CaO (пеплы, туфы, пемзы, витрофиры), 60 мг СаО (трассы) и 15 мг СаО (диатомиты). В добавках нормируют содержание ангидрида серной кислоты и растворимого глинозема.
Опыт показывает, что перечисленные требования ГОСТа не позволяют с достаточной объективностью оценивать гидравлические «свойства добавок. По этой причине окончательной оценкой их пригодности является эксперимент с раствором и бетонами. Улучшение строительно-технических свойств вяжущих добавками—пока лучший критерий их пригодности. Определение активности добавок производят по стандартным методам.
ГОСТ 6269—63 дает также оценку некоторым искусственным гидравлическим добавкам: доменным гранулированным шлакам; белитовому (нефелиновому) шламу — отходам глиноземного производства, содержащему до 80% минерала белита (двухкальциевого силиката), частично гидратированного; кислым золам уноса, являющимся отходом при сжигании некоторых видов твердого топлива в пылевидном состоянии. Пригодность этих и многих других добавок для строительного производства определяется на основании специальных исследований. Добавки, не нормируемые этим ГОСТом, должны быть оценены НИИЦементом — головным институтом цементной промышленности. Гранулированный доменный шлак нормирует ГОСТ 3476—60, в белитовом шламе нормируется содержание щелочных окислов (R203) и водорастворимые щелочные окислы (R20), в кислых золах уноса — содержание кремнезема, ангидрида серной кислоты и потери при прокаливании.