При изготовлении портландцемента стандарт допускает добавку к клинкеру активных минеральных (гидравлических) добавок в количестве, определяемом видом портландцемента и качеством добавки. Неотъемлемой частью портландцемента является добавка гипса; получение пластифицированного и гидрофобного портландцемента достигается добавкой поверхностно-активных веществ.

Активные минеральные добавки. Активные минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные.

Природные активные минеральные добавки бывают:

• осадочного происхождения, образованные в результате осаждения в водоемах остатков некоторых растений или в результате природного обжига глинистых пород;
• вулканического происхождения, образовавшиеся в результате извержения магмы.

В качестве добавок осадочного происхождения в цементном производстве применяются:

• диатомиты - горные породы, состоящие преимущественно из скопления микроскопических панцирей диатомовых микроорганизмов и содержащие главным образом кремнезем в аморфном состоянии;

• трепелы - горные породы, состоящие из микроскопических округлых зерен и содержащие, главным образом, аморфный кремнезем. Трепелы и диатомиты по своим физическим свойствам сходны с глинами: они пластичны, вязки и легко распускаются в воде;

• опоки - уплотненные диатомиты и трепелы;

• глиежи - горные породы, образовавшиеся в результате природного обжига глины при подземных пожарах в угольных пластах.

Добавками вулканического происхождения являются:

• пеплы вулканические - представляющие собой рыхлые продукты извержения вулканов и содержащие в основном алюмосиликаты;

• туфы вулканические - уплотненные и сцементированные (склеенные) застывшей магмой вулканические пеплы;

• трассы љ-видоизмененные разновидности вулканических туфов;

• пемза - камневидные породы, характеризирующиеся пористым губчатым строением.

Назначение активных минеральных добавок в портландцементе состоит в том, чтобы связать в нерастворимые в воде соединения свободный гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении цемента. В соответствии с этим основным показателем качества гидравлической добавки является способность ее связывать Са(ОН)₂. Эта способность добавки характеризуется ее активностью.

За показатель активности гидравлической добавки, принимается количество извести в миллиграммах, поглощаемой из известкового раствора 1 г добавки в течение 30 сут. Различные добавки, применяемые для портландцемента, должны иметь активность не ниже следующей в мг СаО/г.

Диатомиты, трепелы, опоки..................150
Глиежи.................................................30
Вулканические пеплы и туфы, пемза ... 50
Трассы................................................ 60

Методика определения активности добавок и технические требования к ним приведены в ГОСТ 6269-63.

В качестве искусственных активных минеральных добавок используют:

• доменные гранулированные шлаки, которые состоят в основном из CaO, SiO₂, A1₂O₃ и MgO;

• кремнеземистые отходы - вещества, богатые активным кремнеземом, получаемые при извлечении глинозема, из глины при производстве алюминия (сиштоф);

• топливные золы и шлаки - остаточный продукт, образующийся при определенном температурном режиме сжигания некоторых видов топлива; он состоит из кислотных окислов (кремнезема, глинозема);

• обожженные глины - продукт искусственного обжига глинистых пород, а также самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы (глинистые и углекислые сланцы).

Оценка качества искусственных активных минеральных добавок, за исключением доменных шлаков, производится так же, как и природных - по величине активности, которая должна быть не ниже следующей (ГОСТ 6269.63)]в мг СаО/г:

Кремнеземистые отходы................................... 200
Обожженные глины, топливные золы и шлаки .....50

Кроме того, содержание в добавках ангидрида серной кислоты (SO₃) должно быть не более 3% и содержание несгоревших частиц топлива в топливных шлаках и золах не более 15%.

Среди разнообразных искусственных добавок больше всего применяют доменные гранулированные шлаки. В зависимости от химического состава они подразделяются на основные и кислые. Основные шлаки подразделяются на три сорта, кислые - на два сорта и и две группы 2-го сорта.

Основными показателями качества доменных гранулированных шлаков для их разделения на сорта является модуль основности Мо и модуль активности М а.

Модуль основности равен отношению суммы основных окислов (CaO + MgO) к сумме кислотных (SiO₂ + А1₂О₃)
Мо = %CaO + %MgO %SiO₂ + %А1₂О₃

Шлаки относятся к основным, если Мо больше или равен 1; при Л1. меньше 1 шлаки относятся к кислым.

Модуль основности характеризует гидравлическую активность шлаков, т. е. способность их порошков к самостоятельному твердению при смешивании с водой. Эта способность проявляется только у основных шлаков и тем больше, чем выше их модуль основности.

Улучшается качество шлаков и с повышением модуля активности, т. е. отношения А1₂О₃ к SiO₂. В этом случае в шлаках возрастает относительное содержание алюминатов кальция, отличающихся от силикатов кальция быстрым твердением.

Требования, предъявляемые к химическому составу доменных гранулированных шлаков ГОСТ 3476.60, приведены в табл. 2.

Таблица 2
Требования к химическому составу доменных гранулированных шлаков

Активность шлака зависит не только от его химико-минералогического состава, но и от скорости охлаждения шлакового расплава. В быстроохлажденном шлаке большая часть окислов CaO, SiO₂, А1₂О₃, MgO и др. находится в составе стекла, а в медленно охлажденных шлаках - в виде кристаллической фазы. В связи с большей реакционной способностью стекловидной фазы по сравнению с кристаллическим состоянием вещества того же химического состава, становится очевидной и более высокая активность быстроохлажденных шлаков.

Быстро охладить расплавленный шлак можно в воде (мокрый способ) или вначале под действием воды с последующим охлаждением на воздухе (полусухой способ), или под действием холодного воздуха, водовоздушной или пароводяной смеси (сухой способ). При резком охлаждении шлаковый равплав дробится на мелкие зерна - гранулы, размер которых от 0,2-0,5 до 10-15 мм. Поэтому процесс быстрого охлаждения шлака получил название грануляции, а получаемый продукт - гранулированным доменным шлаком.

В связи с тем, что быстроохлажденные шлаки имеют более высокую активность, чем медленноохлажденные, для производства шлакопортландцемента используются только гранулированные доменные шлаки.

Гипс. Гипс как добавка к клинкеру при получении портландцемента вводится в виде гипсового камня. По химическому составу он представлен в основном двуводным сернокислым кальцием CaSO₄-2H₂O. Химически чистый двуводный сернокислый кальций содержит: СаО -32,56; SO3 -46,51 и Н2О -20,93%. В зависимости от содержания CaSO₄-2H₂O в гипсовом камне последний подразделяется на 3 сорта. К. 1-му сорту относится гипсовый камень с содержанием Са₅О₄-2НгО не менее 90%, ко 2-му сорту .не менее 75% и к 3-му сорту не менее 65%.

Поверхностно-активные добавки. Поверхностно-активные добавки подразделяются на пластифицирующие и гидрофобизующие. Их используют, как отмечалось, для изготовления соответственно пластифицированного и гидрофобного портландцементов. Однако эти добавки вводят также и во все другие разновидности портландце.ментов. При этом каждый цемент приобретает дополнительное название, соответственно пластифицированный или гидрофобный. Например, пластифицированный дорожный портландцемент или гидрофобный сульфатостойкий портландцемент.
Пластифицирующие поверхностно-активные добавки применяют в виде концентратов сульфитно-спиртовой барды (ССБ). Они образуются как отход при получении целлюлозы по сульфитному способу. В зависимости от агрегатного состояния и соответственно содержания сухого вещества различают концентраты ССБ жидкие (КБЖ), содержание сухих веществ, в которых не менее 50%, твердые (КБТ) - не менее 76%, и порошкообразные (КБП) - не менее 87%.

Оптимальное количество вводимой добавки в цемент находится в пределах 0,15.0,25% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.

Гидрофобизующие поверхностно-активные добавки применяют в виде асидола, асидол-мылонафта и мылонафта, являющихся нафтеновыми (нефтяными) кислотами, образующимися при переработке нефти. Кроме указанных веществ, применяют также олеиновую кислоту. Она содержится в животных жирах.

Количество вводимой гидрофобизующей добавки зависит от ее вида и состава цемента и устанавливается опытом. Обычно величина этой добавки находится в пределах от 0,06 до 0,30% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.

Для лучшего распределения добавок в цементе их вводят в цементную мельницу в жидком виде. Для этой цели применяют специальные дозировочные механизмы. Если же добавки поступают ил завод в виде пасты, например мылонафт, или в твердом состоя их растворяют и горячей коде.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок цемента в России».