Цементы с низкой водопотребностью и умеренной экзотермией

Портландцементы с умеренной экзотермией изготовляют из портландцементного клинкера с содержанием наиболее гидратационно-активных минералов: C₃S не больше 50 % и С₃А не больше 8 %. Как видно по содержанию СзА, клинкер для получения этих цементов аналогичен клинкеру, применяемому для производства сульфатостойкого шлакопортландцемента и пуццоланового цемента, но в отличие от них в цементы с умеренной экзотермией не вводят никаких минеральных добавок. Их выпускают марок 300 и 400.
Исходя из минералогического состава клинкера видно, что эти цементы обладают повышенной коррозионной стойкостью и морозостойкостью, а также повышенной трещиностойкостью, но имеют понижающую скорость гидратации и твердения в начальные сроки после изготовления изделий. Через один год и позднее такие цементы набирают достаточно высокую прочность.
Применять такие цементы необходимо для изготовления соответственно низкотермичных и умеренно термичных бетонов в бетонных и железобетонных конструкциях наружных зон массивных гидротехнических сооружений, работающих в условиях воздействия пресной или слабоминерализованной воды при возможном многократном ее замораживании и оттаивании.

Вяжущее (цемент) низкой водопотребности (ВНВ или ЦНВ) получают помолом портландцементного клинкера совместно с добавками гипса, сухого суперпластификатора и минеральными добавками, или домолом заводского цемента совместно с суперпластификатора (и минеральными добавками). В качестве суперпластификаторов используют в основном три группы веществ: конденсаты сульфонатмеламиноформальдегида, конденсат сульфонатнафталиноформальдегида, некоторые модификации лигносульфонатов. Дозировка суперпластификаторов составляет 0,1—1,2 % массы цемента. При помоле цемента в присутствии суперпластификатора, обычно С-3 в количестве до 3 %, происходит «микрокапсулирование» цементных частиц тончайшими оболочками из суперпластификатора. При этом достигаются чрезвычайно низкая водопотребность (15-18 %), быстрый набор прочности в ранние сроки (через сутки 25-30 МПа), высокая конечная прочность (до 80-100 МПа). Марки ВНВ характеризуют содержание клинкера (остальное – минеральные добавки): ВНВ-100 (100 % клинкера), ВНВ-80 (80 % клинкера), ВНВ-50 (50 % клинкера), ВНВ-30 (30 % клинкера). С увеличением содержания минеральных добавок прочность ВНВ снижается, оставаясь тем не менее достаточно высокой (для ВНВ-30 – на уровне рядового портландцемента), что объясняется механохимической активацией составляющих ВНВ в процессе их совместного сухого помола совместно с суперпластификатором. Использование ВНВ позволяет существенно сократить сроки строительства при возведении монолитных сооружений изготовлять железобетонные конструкции в заводских условиях без использования термообработки.

Заметным преимуществом применения бетонов на ВНВ является снижение температуры изотермического прогрева или полный отказ от тепловой обработки. Так, при изготовлении объемных блоков из мелкозернистого бетона при температуре прогрева 35-50 °С выявлена возможность сокращения ТВО в два раза, причем проектная прочность достигалась уже в возрасте 1 суток, а в возрасте 28 суток фактическая прочность превышала проектную на 50-70 % и более. Наряду с этим эффективность использования ВНВ обусловлена снижением расхода вяжущего при изготовлении 1 м³ равнопрочных бетонов: коэффициент использования вяжущего по данным промышленной апробации составляет 1,7-2,4 для тяжелого бетона и 1,3-1,4 - для мелкозернистого (коэффициент использования портландцемента - 0,6-0,9, т. е. каждому килограмму расхода портландцемента соответствует 0,06-0,09 МПа прочности бетона).

Особенностью ВНВ является многовариантность составов, и соответственно свойств вяжущих, дающая возможность наиболее полно реализовать потенциал портландцементного клинкера в зависимости от конкретных требований, предъявляемых технологией производства и условиями эксплуатации бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Известно, например, что использование на практике принципов механохимической активации позволило получить вяжущие, качество которых при содержании в них 50-70 % минеральных добавок не уступает качеству цементов марок 500-600 (класса 45 по ЕN). При замене гипса в ВНВ на химические регуляторы схватывания и твердения, а также с применением специальных добавок, понижающих точку замерзания воды в бетоне, получена широкая гамма вяжущих для ведения бетонных работ при отрицательных температурах.