Применение цемента с пуццоланой что это

Пуццолановый портландцемент: экологически чистый строительный раствор

Главная страница » Пуццолановый портландцемент: экологически чистый строительный раствор

Рассматривая пуццолановый портландцемент, проще упомянуть технологию обычного цементного раствора на основе пуццолана. Речь идёт о строительной композиции, которая использовалась ещё во времена существования Древнего Рима. Строители римляне получали цементный раствор смешиванием 1/3 извести с 2/3 измельчённого вулканического пепла. К составу добавляли лёгкие камни лавы и воду. Таким способом римляне получали цементный раствор, успешно применяемый в строительстве зданий, мостов и прочих сооружений, часть которых уцелела до сего момента.

Что представляет собой компонент пуццолан?

Компонент пуццолан (Pozzolana), используемый в качестве добавки портландцемента, — это вулканический пепел, запасов которого достаточно много в Италии в районе расположения вулкана Везувий. Пуццолановый компонент содержит кремнезём и глинозём в реактивной форме.

Действующий вулкан «Везувий» — место существенных запасов вулканического пепла – главного компонента под производство пуццоланового строительного раствора

Сам по себе материал не обладает какими-либо цементирующими свойствами. Однако если смешать пуццолан с водой или известью, получается реакция с гидроксидом кальция, сопровождаемая образованием соединений, наделённых свойствами связывающего материала.

Состав римской цементной смеси более 2000 лет не был доступен широким слоям строительного сообщества. Лишь в конце прошлого столетия в США впервые произвели пуццолановый цемент, который появился на рынке в качестве экологически чистой связывающей структуры.

Теперь существуют два типа упомянутого компонента пуццолан:

1. Искусственный.
2. Натуральный.

Состав первого типа включает летучую золу, кремнезём, рисовую шелуху, доменный шлак. Состав второго типа включает обожжённую глину, пумицит, диатомовую землю.

Как производят пуццолановый портландцемент?

Основными сырьевыми материалами производства пуццоланового портландцемента являются известняк (CaCO₂) и глина (SiO₂, AI₂, O₃, Fe₂O₃). Оба вида горных пород добывают, транспортируют к месту обработки, где измельчают специальными дробилками.

Измельчённую массу частиц глины с известняком загружают на воздушные шаровые мельницы, в желаемых пропорциях и в соответствии с требованиями. Загруженный состав тщательно перемешивают перед отправкой в накопительные бункеры.

Приготовленный промышленным способом пуццолановый портландцемент – пример конкретного использования в строительной деятельности при заливке бетонного основания

На следующем этапе производства смесь в требуемом количестве извлекается из бункеров, предварительно нагревается до 800-1000°C. В результате прогрева получают из смеси CaCO₃ химический элемент CaO (негашёная известь).

Предварительно нагретую смесь затем направляют в технологическую вращающуюся печь, где прогревают до 1450°C. Получаемый в процессе такого обжига клинкерный порошок охлаждают роторным охладителем. Охлаждённый клинкер смешивают с гипсом и пуццоланом в требуемой пропорции. Как результат — получается пуццолановый портландцемент.

Какими свойствами обладает пуццолановый портландцемент?

Свойства описываемого строительного продукта можно отметить следующими деталями:

• время (минимум) начального схватывания — 30 минут,
• время (максимум) окончательного схватывания — 600 минут,
• упрочнение за 3 суток — 13МПа,
• упрочнение за 7 дней — 22 МПа,
• упрочнение за 28 дней — 33 МПа,
• усадка при высыхании не превышает 0,15%,
• крупность (тонкость) структуры не менее 300 м 2 /кг,

Начальная сила пуццоланового портландцемента меньше, чем для обычного портландцемента, но окончательная сила упрочнения равна 28-дневной силе упрочнения обычного портландцемента. Соответственно, пуццолановый портландцемент имеет несколько меньшую скорость наращивания силы упрочнения.

Где предпочтительно использовать пуццолановый портландцемент?

Предпочтительное использование стройматериала видится при строительстве гидротехнических сооружений, морских объектов, сооружаемых в зоне береговой линии моря, при строительстве плотин и т. п.

Портландцемент на основе пуццолана – это не просто экологически чистая конструкция, но также высоконадёжная для эксплуатации в «мокрых» условиях

Также очевидным является применение пуццоланового портландцемента при монтаже предварительно напряженных и постнапряженных бетонных элементов. Удачным применение видится в составе кладочных и штукатурных растворов, поскольку такой подход даёт лучшую отделку поверхности.

Явный пример — использование пуццоланового портландцемента в декоративных и художественных структурах. Также широкое использование раствора отмечается в производстве сборных канализационных труб в жёстких условиях бетонирования.

Преимущественные стороны экологически чистого раствора

Налицо экологически чистый цемент, учитывая, что компоненты, используемые в производстве, изготовлены на основе натуральных переработанных отходов. Стройматериал — очень «тонкий» цемент, следовательно, оптимально подходящий под исполнение штукатурных работ.

Пуццолан как материал относительно дешёвый по цене, следовательно, снижается общая стоимость цемента, что делает экономичным строительство в целом. Пуццолановый цемент отличается высокой степенью стойкости против сульфатного воздействия, поэтому подходит для гидротехнических сооружений широкого назначения.

Использование в предварительно напряженных и постнапряженных бетонных элементах снижает выбросы окиси углерода из бетона, что делает строительный объект экологически чистым. Поскольку пуццолан имеет тонкую структуру, качественно заполняются промежутки армирования. Таким образом, уменьшается усадка, образование ячеистых структур, трещин, что, в свою очередь, увеличивает прочность и долговечность бетона.

Недостатки строительного пуццоланового цемента

Уменьшенное значение начального упрочнения оказывает влияние на раннее снятие опалубки. Поскольку содержимое представляет более тонкий материал, подача бетона несколько затруднена.

По сравнению с обычным портландцементом время установки получается меньшим. Снижение уровня щёлочности снижает устойчивость по отношению к коррозии стальной арматуры.

Поскольку прочность этого вида бетона увеличивается медленно, процесс отверждения очень важен. Любая непреднамеренная ошибка в этом может вызвать проблемы долговечности конструкции.

Заключение

Бетон является одним из наиболее важных и основных компонентов зданий современной цивилизации. Этот стройматериал будет продолжать пользоваться спросом в ближайшие годы. По сути, невозможно сегодня представить мир без бетона. Согласно прогнозам, производство цемента к 2030 году достигнет 5 млрд. метрических тонн, что на 43% больше по сравнению с текущим потреблением. Однако каждые восемь минут цементные заводы сбрасывают в атмосферу 30 000 тонн углерода. Очевидной видится реальная проблема разрушения Вселенной. Вся надежда на экологически чистое производство стройматериалов.

При помощи информации: Saudieng

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Пуццолана в цементе: что это?

Для строительства объектов жилищного, промышленного, сельскохозяйственного назначения, работающих в условиях повышенной влажности, применяются различные виды пуццолановых цементов, состоящих из искусственного вяжущего вещества — клинкера с присоединением природных добавок. Рассмотрим основные преимущества, недостатки и способы использования этой смеси.

Состав, виды и сферы применения

Что такое цемент с пуццоланой? Ответ прост – это гидравлическое вяжущее вещество, вырабатываемое путём перемалывания клинкера (до 80%) с добавками высокой активности (до 40%), плюс незначительное количество алебастра (не более 3,5%).

Общий ежегодный выпуск такого цемента в России достиг 5 млн т. Природные добавки вулканического (пепел, пемза) и осадочного начала (трепел, опока), а также известь, обожжённая глина, доменный шлак в составе цемента разъясняют, что такое пуццолана. Количество этих веществ в данном соединении пропорционально их свойствам и составу. Чем выше активность добавки, тем ниже процент содержания её в изделии.

В зависимости от содержания ингредиентов производят следующие виды изделия:

• пуццолановый;
• известково-глинитный;
• известково-зольный.

Пуццолановый цемент — это самый массовый из всех перечисленных материалов, применяемых в строительстве гидротехнических сооружений (шлюзы, каналы, порты), подземных коммуникаций (метро, туннели), устройстве подвалов, фундаментов и в других аналогичных местах, где есть взаимодействие с пресными и сульфатными водами.

Не следует использовать этот строительный материал из-за низкой воздухостойкости при монтаже надземных конструкций из бетона, находящихся в естественных условиях, которые могут привести к прекращению его твердения и породить оседание части сооружения.

Пуццолановый цемент имеет слабую устойчивость к попеременному воздействию оттаивания и замораживания, высыхания и увлажнения, что ограничивает сферу его применения.

Не рекомендуется готовить бетонную смесь из этого цемента при температуре от 0° C и ниже вследствие низкой морозостойкости.

Технические показатели

По ГОСТ 31108–2003 пуццолановый портландцемент имеет следующие характеристики, приведённые в таблице:

Достоинства и недостатки

Пуццолановые цементы отличаются рядом преимуществ перед обычными строительными смесями:

1. высоким уровнем соединения с металлической арматурой в железобетонных конструкциях;
2. отсутствием большого количества трещин в готовых изделиях;
3. долговечностью сооружений, построенных с их применением;
4. выходом большего количества раствора, бетона;
5. лёгкостью обработки и получением более гладкой поверхности изделий;
6. устойчивостью к пресным и минерализованным водам при уплотнении;
7. быстрым схватыванием;
8. превышает прочность обычного бетона при автоклавном изготовлении конструкций;
9. себестоимость массового производства значительно ниже.

Недостатками такого цемента являются:

• низкая воздухостойкость;
• большие потребности в воде во время приготовления растворов;
• меньшие сроки хранения, а как следствие – понижение прочностных характеристик;
• слабая устойчивость к воздействию низких температур и перепадам влажности.

Подведём итоги. Пуццолановые цементы, несмотря на мелкие недостатки, имеют значительные преимущества, которые делают их незаменимыми при строительстве гидротехнических, подземных, иных конструкций, требующих высокой прочности и противодействия повышенной влажности.

Пуццолановый цемент и его особености

Пуццолановый цемент – это одна из самых древних разновидностей строительного материала. История возникновения цемента этого типа уходит во времена Древнего Рима и Древней Греции. Именно тогда древние строители, добавляя в известь, измельченную вулканическую породу «пуццолану», научились изготавливать вяжущее отличающееся высокой прочностью и влагостойкостью.

• Технология получения
• Где применяют пуццолановый цемент
• Производители пуццоланового цемента

Технология получения

Современный пуццолановый цемент объединяет в себе группу цементов специального назначения, в составе которых содержится не менее 35% активных присадок. В частности, в состав единицы массы цемента пуццоланового (ГОСТ 31108-2003), входят следующие компоненты:

• Портландцементный клинкер: 65-80%.
• Активные добавки (пуццолана, зола уноса, обожженный сланец, микрокремнезем): 20-35%.
• Вспомогательные присадки: 0-5%.

Самый востребованный и распространенный вид пуццоланового цемента – это пуццолановый портландцемент, который изготавливают на цементных заводах полного цикла. Основные «потребительские» свойства пуццоланового цемента:

• Пуццолановый цемент светлее, чем обычный портландцемент общего применения.
• Бетон на основе связующего этого вида выделяет меньше тепла при схватывании и твердении. Актуально при возведении массивных сооружений в теплое время года.
• Повышенная сульфатостойкость и повышенная водонепроницаемость.
• Низкая себестоимость производства относительно портландцемента общего применения.
• Высокая стойкость к образованию трещин.

Физико-механические свойства бетона на основе самого востребованного пуццоланового цемента ЦЕМ II / А-П 42,5Н, регламентированные требованиями ГОСТ 31108-2003:

• Прочность на сжатие в «возрасте» 28 суток: 42,5-62,0 МПа (425-620 кгс/см2).
• Прочность на изгиб: 6,8 МПа (68 кгс/см2).
• Схватывание: начало не ранее 1 часа после затворения, окончание через 4,5 часа после затворения.

Технологическая схема производства пуццоланового цемента стандартная. Суть процесса заключается в отдельном изготовлении клинкера портландцемента и отдельном производстве (сушке) комплекса минеральных присадок.

Далее клинкер и присадки подвергаются совместному помолу в многокамерных шаровых грохотах. Раздельный помол клинкера и добавок с последующим смешиванием, используются редко, когда требуется большой расход цемента. В основном непосредственно на строительных площадках при возведении масштабных объектов – крупных гидротехнических сооружений.

Где применяют пуццолановый цемент

Высокая сульфатостойкость и высокая водостойкость являются определяющими факторами области применения цемента этого вида:

• Строительство подводных и подземных элементов гидротехнических сооружений работающих в условиях отмывания морской и пресной воды: судоремонтные доки, защитные молы, плотины, шлюзы и набережные.
• Инженерные сети: канализационные и водопроводные сооружения.
• Строительство тоннелей, стволов шахт, подземных емкостей.
• Возведение оросительных и осушительных конструкций на солончаковых и заболоченных грунтах.
• Строительство монолитных или сборных фундаментов жилых и промышленных зданий в условиях воздействия грунтовых вод содержащих высокий уровень вредных примесей.
• Производство ЖБИ использующее технологию пропаривания.

Производители пуццоланового цемента

На производстве пуццоланового портландцемента вследствие ограниченности и «специальности» его применения специализируется ограниченный круг отечественных и зарубежных цементных заводов в числе которых:

• Компания ОАО «Новоросцемент».
• Завод ЗАО “КАВКАЗЦЕМЕНТ”
• ОАО «ВЕРХНЕБАКАНСКИЙ ЦЕМЕНТНЫЙ ЗАВОД».
• ОАО «КРАСНОСЕЛЬСКСТРОЙМАТЕРИАЛЫ» (Республика Беларусь).
• ОАО «БЕЛОРУССКИЙ ЦЕМЕНТНЫЙ ЗАВОД» (Республика Беларусь).

В завышении повествования следует отметить, что пуццолановый цемент следует использовать в усилиях повышенной влажности среды. Имеется ввиду обеспечение повышенной влажности, в которой раствор цемента набирает свою марочную прочность. В противном случае технические характеристики конструкций изготовленных на основе связующего этого вида не будут отвечать требованиям ГОСТа и прочим основном потребительским качествам.

Пуццолан

Пуццолан, или пуццолана – природная добавка к бетону и раствору, применяемая с глубокой древности. Названием пуццолановые добавки обязаны итальянской местности Пуццуоли (Путеола) расположенной рядом с Неаполем и Везувием (конечно, добывать их люди начали после последнего гибельного извержения). С пуццоланой римляне построили свой Колизей, римские бани, акведуки и виадуки, а также легендарный водопровод, которые мы можем видеть и сегодня, а старый римский бетон – изучать и ломать голову над его нераскрытыми тайнами. С виду природная пуццолана – пыль, в ее составе мелкодисперсный вулканический туф, пемза и пепел. Но чтобы понять, в силу каких чудес природы пуццолановые песок и пепел, изверженные вулканом, способны придавать уникальные качества бетону и штукатурке, придется вспомнить химию и физику, а для начала – пуццолановые цементы.

Пуццолановый портландцемент

Пуццолановый портландцемент относится к группе сульфатостойких цементов. Технология сульфатостойких цементов отличается от обычной: во-первых, при помоле в портландцементный клинкер вводят активную минеральную добавку в намного большем количестве, чем в обычный ПЦ. Процент этой добавки определяется в зависимости от ее вида (это могут быть трассовые вещества и минеральные гидравлические вяжущие). На упаковке цемента всегда есть сведения о добавке и ее проценте: например, ДО 20 – этот цемент «почти» бездобавочный. Трепел, опока, диатомит добавляются в цементы в малых количествах, поскольку этим добавкам свойственна не только высокая гидравлическая активность, но и повышенная потребность в воде затворения, в результате чего готовая бетонная смесь будет иметь густоту выше нормы, что делает укладку сложной и может привести к снижению качества бетонирования. А вот у трасса, туфа, пемзы и у всех остальных пуццоланов нет этих «побочных» эффектов, поэтому процент этих добавок в цемент может быть намного выше – до 40%. На упаковке цемента все это написано.

Пуццолановый портландцемент можно отличить даже визуально – порошок отличается светлым цветом, светлее чем обыкновенный цемент. Плотность пуццоланового ПЦ меньше – всего 2,8-2,9 т/м3. (Имеется в виду истинная плотность, без учета воздушных пор; для сравнения: истинная плотность портландцемента бездобавочного М500 равна 3,2 т/м3). Поэтому при одной и той же рецептуре смеси и количеству введенного в замес цемента бетон и раствор на пуццолановом ПЦ будет более плотным, выход смеси также будет больше – но и плотность получится слишком высокой, что препятствует эффективной укладке смеси.

К пуццолановым цементам требуется особый подход: их добавляют в растворы количественно больше по сравнению с обычными (расход цемента увеличивают на 5-10%), и/или вводят пластификатор для повышения удобоукладываемости смеси. Теперь о приятном: хотя первые трое-шесть суток твердения бетоны на пуццолановом ПЦ «отстают» от классических, не имеющих в своем составе гидравлической добавки, зато после полугода набора прочности в воде изделия приобретают прочность цементного камня, а их поверхность уже через 28 суток нормального твердения приобретает уникальные качества: не происходит выщелачивания в пресной воде, не наблюдается разрушений даже в жесткой минерализованной, агрессивной, сульфатной и морской воде. Таким образом, применение пуццоланового ПЦ и бетонов на его основе оптимально для конструкций, от которых требуется повышенная химико-физическая стойкость и возможен набор марочной прочности в воде и влажных средах. Одна из перспектив для пуццолановых цементов связана с развитием технологии экобетона.

Из истории пуццолановых добавок

Известковые растворы способны твердеть, поглощая диоксид углерода из воздуха, а без доступа воздуха твердение прекращается. В части прочности известковые штукатурки без добавок малостабильны, но добавка природного трасса резко меняет их химию и физику. Об этом знали еще в глубокой древности: ученые подтверждают невероятный исторический возраст первых известковых штукатурок — порядка 7,5 тысяч лет.

В измельченном вулканическом туфе содержится свободная кремниевая кислота и ряд минералов, а вода связана химически и физически. Добавка кремнеземистых веществ в бетон придает ему сульфатостойкость, но главное — позволяет строить и на земле, и под землей, и в воде. После добавки активного кремнезема известь способна твердеть без доступа воздуха, и даже под водой. Причем при контакте с водой содержащие трасс растворы твердеют и достигают марочной прочности еще быстрее чем на воздухе.

Трасс и пуццолана в древности

О том, что трасс, пемза, вулканический туф, в мелкоразмолотом виде добавленный к цементной строительной смеси, не только изменяет ее реологию, но и значительно повышает физическую прочность и стойкость в агрессивных средах, знали еще древние римляне. Древние водопроводы и мостовые акведуки были построены из бетона с трассовыми добавками, что дало конструкциям прочность в воздухе и в воде. Добавка трасса к известковому раствору включает сложную цепь химических процессов, в частности: известковый раствор с трассом способен затвердевать не только под действием воздуха, но и полностью погруженным в речную или морскую воду. О вредном воздействии сульфатов и солей на бетон (и о том, как быстро на бетонных конструкциях появляются высолы) — отдельная долгая тема.

Опыт римского бетона датируется первым веком до н.э. Тысячи лет развития технологии отделяют нас от Древней Греции, Финикии, Рима, но гидротехнические сооружения глубочайшей древности не только сохранились (фрагментами), но даже способны работать. А в древних «Справочниках Строителей» есть рекомендации о приготовлении вяжущего из извести, кирпичной муки и трасса. Древние славяне тоже знали об этом, и добавляли молотую обожженную глину в известь, чтобы добавить водостойкости известковым штукатуркам.

В 16 веке римские технологии уже стали повсеместными, а в Европе пуццолану стали звать трассом. Добавляли трасс с той же целью — чтобы бетонные строения стали прочнее и не боялись воды, а название «трасс» историки относят к цементным полам террацо, пришедшим из Италии и также имеющим в корне латинское «терра» – земля.

Современное применение трасса

Трасс в наше время добывают во многих странах: в Германии – берега Рейна и поныне славятся залежами трасса, вулканическая зона добычи известна с глубокой древности и до сих пор не исчерпана. Залежи трасса на Рейне очень мощные, порядка нескольких десятков метров и при этом поверхностные, и разрабатываются открытым способом.

Трасс может храниться сколько угодно, но при добавке в бетонную смесь, где присутствует цемент, вода и гидравлическая известь, начинается реакция, одним из процессов которой является связывание извести и рост плотных молекулярных оболочек на ее частицах. Еще один нюанс: набор прочности трассосодержащего бетона отличается от обычного – график плавнее и медленнее, а это значит, что опасные для массива внутренние напряжения не появятся. Химия трассосодержащих растворов очень сложна и ее нюансы не так уж важны для частного строителя. А вот в современных бетонах мастера разбираются, и покупают цемент с нужным составом: поскольку от фундамента (особенно при высоком УГВ), от эко-парковки или садовой дорожки требуется повышенная стойкость к воде, то практично применить трассосодержащий цементный продукт.