Гипсо-шлаковым цементом называют гидравлическое вяжущее, получаемое совместным помолом гранулированного доменного шлака, гипса и цементного клинкера. Вместо последнего можно добавлять при помоле известь. Дозировка отдельных компонентов гипсо-шлакового цемента следующая: 80-85% шлака, 10-15% двуводного гипса или ангидрита, до 5% цементного клинкера или до 2% извести.
Для изготовления гипсо-шлакового цемента так же, как и для шлаковых цементов других видов, лучше всего использовать высокоглиноземистые основные доменные шлаки с высокими модулями основности и активности. Однако такие шлаки встречаются редко, обычно же приходится применять шлаки менее активные в гидравлическом отношении, в которых либо мало глинозема, либо мало окиси кальция.
Производство гипсо-шлакового цемента заключается в дроблении гипса и цементного клинкера, сушке шлака и гипса и совместном помоле шлака, гипса и клинкера. Если природный гипс добавлять к шлаку в мельнице, то вследствие подъема температуры при помоле гипс обезвоживается, а выделяющая вода поглощается цементом, прочность которого при этом снижается. Поэтому гипс следует вводить не в мельницу, а в сушильный барабан вместе со шлаком, где он частично обезвоживается. Дозировка отдельных составляющих должна быть возможно более точной, так часто даже сравнительно небольшое ее изменение может заметно ухудшить качество готового продукта.
Твердение гипсо-шлакового цемента основано на одновременном воздействии сульфатных и щелочных возбудителей. Основное значение для сульфатно-шлаковых цементов имеет сульфатное возбуждение, которое заключается в том, что при добавке воды к гиспо-шлаковому цементу в ней растворяется определенное количество гипса и алюмина кальция, который может переходить в раствор, так ак в нем мало окиси кальция. Растворенный в воде гипс взаимодействует с растворенным также в воде гидроалюминатом кальция и образует выделяющийся из раствора гидросульфоалюминат кальция. В результате этого встовре становится меньше гипса и гидроалюмината кальция, и в нем могут растворяться новые порции этих соединений. В данном случае гидросульфоалюминат является продуктом, который образуется в начале процесса твердения и обуславливает нарастание прочности гипсо-шлакового цемента при затворении его водой. Он образуется в виде очень мелких кристаллов за счет растворенных в воде веществ без увеличения объема.
Совершенно по-другому влияет гидросульфоалюминат при воздействии гипсовых вод на затвердевший цемент.
В этом случае вода, находящаяся в порах затвердевшего цемента, насыщена известью и в ней могут растворяться гидроалюминаты кальция. Поэтому, растворенный в воде гипс воздействует на твердый гидроалюминат кальция и образует гидросульфоалюминат, что сопровождается значительным увеличением объема исходного твердого гидроалюмината, и разрушает затвердевший цемент. Появляющийся таким образом гидросульфоалюминат является уже вредным вторичным продуктом. Образуется он при разрушении затвердевшего первичного продукта гидратации.
Вследствие щелочного возбуждения возникает гидросиликат кальция, обусловливающий нарастание прочности в течение длительного времени. Кроме того, возможно образование двухкальциевого гидроалюмината – 2CaO*Al2O3*8H2O. Однако для твердения гипсо-шлакового цемента он имеет меньшее значение, чем гидросульфоалюминат и гидросиликат кальция. Наряду с этим образуется и некоторое количество гидрогеленита и, возможно, гидрограната.
Количество щелочного компонента в сульфатно-шлаковом цементе должно быть ограничено, так как необходима определенная невысокая концентрация извести в растворе, обеспечивающая образование полезных гидросульфоалюминатов. При этом предотвращается возможность неравномерности изменения объема вследствие гипсового разбухания (запоздалое образование гидросульфоалюминатов кальция). Оптимальное содержание щелочного компонента в цементе будет зависеть от способности добавки и шлака выделять в раствор известь.
Как гидросульфоалюминат, так и гидросиликат кальция очень плохо растворяется в воде, вследствие чего затвердевший гипсо-шлаковый цемент отличается стойкостью по отношению к воздействию пресных вод. Он стоек и по отношению к сульфатным водам, так как в этом случае сульфаты с алюминатами взаимодействуют также в жидкой фазе из-за ограниченного содержания в ней гидрата окиси кальция и наличия растворенного гидроалюмината.
Использование шлаков с высоким модулем основности изготовлять гипсо-шлаковый цемент без добавки цемента или извести. При шлаках с низким модулем основности это невозможно, так как извести может оказаться недостаточно для быстрого образования гидросульфоалюмината кальция, что обуславливает медленное твердение такого цемента. Поэтому в данном случае обязательна добавка извести или цемента , при гидролизе которого также выделяется известь. Следует избегать повышенной добавки извести или цемента, а применять такую оптимальную их дозировку, которая обуславливает наилучшую растворимость образующихся при твердении гипсо-шлакового цемента гидроалюминатов кальция. Такая дозировка извести или цемента позволяет получить более высокую прочность и предотвратить возможность гипсового возбухания.
Согласно стандарту (ГОСТ 2543-44) гипсо-шлаковый цемент должен обнаруживать равномерность изменения объема при испытании кипячением и в парах воды. При повышенном содержании цемента гипсо-шлаковый цемент может не выдержать этого испытания из-за наблюдающегося увеличения объема. Начало схватывания гипсо-шлакового цемента должно наступать не ранее 30 минут, а конец не позднее 12 часов после затворения водой.
Большое значение имеют тонкий помол и тесное смешение входящих в гипсо-шлаковый цемент составляющих. По СНиП требуется, чтобы сквозь сито №008 проходило не менее 85% просеиваемой пробы. Желательно же молоть этот цемент значительно более тонко. Марки гипсо-шлакового цемента (минимальные величины прочности через 28 суток образцов из раствора жесткой консистенции 1:3) 300 и 400.
При твердении гипсошлакового цемента выделяется меньше тепла, чем при твердении цемента и шлакоцемента, что является положительным фактором при использовании гипсошлакового цемента в массивном бетона, и отрицательным – в случае твердения этого цемента при пониженных температурах.
Длительное вылеживание (магазинирование) гипсо-шлакового цемента после изготовления снижает его прочность. Из компонентов этого цемента наибольшему изменению при магазинировании подвергается известь, которая быстро гидратируется, а затем карбонизируется, становясь не активной. Поэтому целесообразно вместо извести добавлять цементный клинкер, который более стоек по отношению к воздействию атмосферных влаги и углекислоты. Гипсошлаковый цемент не оказывает карродирующего действия на заложенную в бетон стальную арматуру. Гипсошлаковый цемент, в отличие от шлако-цемента и известково-шлакового цемента, нельзя смешивать с цементом, известью и рядом других вяжущих. Гиспо-шлаковый цемент должен твердеть в течение продолжительного времени во влажной среде.
Использовать это цемент следует преимущественно для бетонных и железобетонных конструкций и строительных растворов в подводных и подземных сооружениях, в особенности в тех случаях, когда они подвергаются выщелачиванию и сульфатной агрессии. Его можно также применять и в надземных сооружениях.
«ТЕХНОЛОГИЯ ЦЕМЕНТА» Ю.М. Бутт