§4. Регулирование сроков схватывания и твердения

Известен ряд веществ, применяемых в качестве химических добавок для ускорения или замедления твердения портландцемента, его специальных видов и аналогов.

Химические добавки (17.5) — это вещества, которые ускоряют или замедляют процессы схватывания и твердения цемента.

Известно, что трехкальциевый силикат С₃S количественно преобладает в цементном клинкере и поэтому на процесс твердения цемента можно влиять добавками, ускоряющими или, наоборот, замедляющими гидролитическое разложение С₃S.

Гидролиз трехкальциевого силиката ускоряется в присутствии веществ, которые реагируют с гидроокисью кальция, образуя мало растворимые продукты реакции. В результате гидроокись кальция выводится из сферы реакции и, следовательно, уменьшается концентрация ионов кальция в растворе. Так действуют, например, карбонаты щелочных металлов, образующие со свободной известью практически нерастворимый карбонат кальция:

Са(ОН)₂ + Na₂СО₃ = СаСО₃ + 2 NaОН

Однако растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов) в больших дозах могут вызвать очень быстрое схватывание цемента и уменьшение его прочности.

Введение хлористого кальция в количестве 1-2% от веса цемента значительно ускоряет твердение цемента. Но в то же время добавка хлористого кальция может замедлить процесс в период схватывания. Для производственного процесса это удобно.

Такое действие хлористого кальция вызывается некоторыми сложными физико-химическими и химическими процессами, протекающими в его присутствии в цементном тесте.

Так как большинство химических процессов, в том числе гидратация и гидролиз, ускоряется при повышении температуры, то для ускорения твердения цемента широко применяют тепловлажностную обработку бетонов и изделий из них; иногда одновременно используют введение в бетон химических добавок — ускорителей твердения.

Приведем также примеры, показывающие, как некоторые вещества замедляют гидролиз трехкальциевого силиката и поэтому служат замедлителями схватывания портландцемента (в практике бывают случаи, когда требуется удлинить период схватывания).

§5. Гидравлические добавки

Гидравлические добавки (17.6) — это вещества, которые усиливают вяжущие свойства цементов.

Наиболее распространенная гидравлическая примесь это химически активный кремнезем аморфного строения.

Названия активных примесей определяют названия производных цементов:

• шлакопортландцемент (шлако-силикатный) получают путем совместного помола силикатного клинкера и гранулированного доменного шлака (60-70%). Этот цемент отличается от портландцемента более медленными сроками схватывания и твердения, низкой экзотермией твердения, которая ведет к уменьшению усадки и повышению сульфатостойкости. Он значительно дешевле всех других цементов.

• известковошлаковый цемент. Как примеси к шлакам (кроме клинкера портландцемента) берется известь (кипелка, пушонка). Можно и совсем не брать клинкер портландцемента. Безклинкерное вяжущее: шлак 85-90%, известь 15-10%. В этом случае известь играет роль активатора (щелочного) твердения.

• пуццолановый цемент (силикатно-диатомитовый, силикатно-трасовый, силикатно-туфовый, силикатно-трепельный). Это вяжущее вещество, которое твердеет в воде, или во влажной среде. Его получают путем совместного помола, или тщательного смешивания порознь перемолотых клинкера портландцемента и активного аморфного кремнезема (20-50%). Этот цемент, как подчеркнуто выше, отличается от других тем, что SiО₂ взаимодействует со свободной Ca(OH)₂. При этом получаются труднорастворимые в воде силикаты кальция. Этот цемент в твердом состоянии имеет большую стойкость к агрессивным коррозийным средам и потому используется для строительства гидротехнических подводных и подземных сооружений.

• сульфатостойкий портландцемент добывают из клинкера с пониженным содержанием таких компонентов: 3СаО·Al₂O₃  5%, и 4СаО·Al₂O₃·Fe₂O₃  15%, т.е. клинкер изготавливают из низкоалюминатного сырья. Если содержимое Al₂O₃ больше, в шихту прибавляют примеси кремнезема и оксидов железа — пиритных огарков. В связи с незначительным содержанием 3СаО·Al₂O₃ в этом цементе резко снижается возможность образования цементной бациллы. Поэтому долговечность этого цемента в морских и других минерализованных водах во много раз больше, чем обычного цемента.

• полимерцементы. Полимеров прибавляют до 15% массы. Прибавляют такие полимеры, как поливинилацетат, перхлорвиниловую смолу, сополимер метилметакрилата со стиролом и прочие. Такие цементы определяются высокой прочностью, водонепроницаемостью и пониженной хрупкостью. Они используются, например, для покрытия полов в промышленных сооружениях.

• кислотостойкий цемент. Представляет собой смесь тонко измельченного кварцевого песка с активным кремнеземным веществом, которое имеет высокоразвитую поверхность (трепел и прочее.) После добавления к смеси Na₂SiО₃ (жидкого стекла) получается пластическое тесто, которое схватывается и твердеет, и дальше не реагирует с кислотами (кроме HF).

Используется как вяжущее при футеровке химической аппаратуры кислотостойкими плитками.