Пуццолановый портландцемент — твердеющее в воде и во влажных условиях гидравлическое вяжущее, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, гипса и активных минеральных добавок. Он отличается от портландцемента с активными минеральными добавками тем, что, во-первых, в нем используется не рядовой клинкер, а нормированный по содержанию СгА (не более 8%) и, во-вторых, количество активной минеральной добавки существенно выше. Количество вводимой добавки зависит от ее активноети. Чем выше активность добавки, тем меньше может быть ее содержание в цементе, и тем выше будет его качество.
Активные минеральные добавки — это природные и искусственные минеральные вещества, которые сами по себе вяжущими свойствами не обладают, но, будучи смешанными в тонкомолотом виде с известью, при затворении водой образуют тесто, способное после предварительного твердения на воздухе продолжать твердеть под водой, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость и антикоррозионные свойства.
Различают природные и техногенные активные минеральные добавки. Природные добавки бывают двух видов — осадочного происхождения и вулканические. Первые образовались при осаждении в водоемах остатков некоторых растений и содержат в основном активный кремнезем (диатомиты, опоки, трепелы). К ним же относятся глиежи — горные породы, образующиеся в результате природного обжига глин при подземных пожарах. Вулканические породы сформировались при извержении вулканов в ранние геологические эпохи и содержат в основном алюмосиликаты. К ним относятся пеплы, пемзы, туфы, трассы.
Минеральная добавка считается активной, если она обеспечивает схватывание теста, приготовленного на основе добавки и гид-ратной извести, не позднее 7 суток после затворения, и обеспечивает водостойкость образца из того же теста в течение не менее 3 суток после окончания схватывания. Содержание минеральных добавок в пуццолановом портландцементе осадочного происхождения должно составлять 20-30%, а прочих активных добавок - 20-40%.
При совместном помоле компонентов в одной мельнице технологическая схема производства пуццоланового цемента аналогична схеме получения рядового портландцемента. Следует учитывать, что клинкер и добавка обладают различной размолоспо-собностью. Может возникнуть ситуация, когда клинкер окажется недоизмельченным, что ведет к потере прочности. Поэтому более эффективен (особенно при использовании мягких добавок) двухступенчатый совместный помол, когда на первой стадии измельчают портландцементный клинкер с гипсом до обычной или несколько меньшей удельной поверхности, а затем в мельницу дозируют активную минеральную добавку, и всю смесь домалывают до заданной дисперсности.

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее в воде и на воздухе вяжущее вещество, получаемое путем обжига до спекания или плавления смеси материалов, обогащенных глиноземом и оксидом кальция, и последующего тонкого помола продукта обжига. Вяжущие свойства глиноземистого цемента обеспечиваются преимущественно низкоосновными алюминатами кальция., В отличие от портландцемента глиноземистый цемент не содержит ни гипса, ни активных минеральных добавок. Однако он может содержать до 2% специальных добавок, интенсифицирующих помол, при условии, что они не снижают его строительно-технические свойства.
Химический состав глиноземистого цемента колеблется в пределах: А12Ог - 35-50%, Si02 - 5-15%, Fe203 - 5-15%, СаО- 35-45%. Минералогический состав глиноземистого цемента зависит от состава сырья и технологии производства. Важнейшим минералом этого вяжущего является моноалюминат кальция (СаО • А12Ог), который обеспечивает при нормальных сроках схватывания быстрое твердение цемента. В глиноземистом цементе могут содержаться и другие алюминаты кальция — 5СаО ■ ЗА12Ор YlCaO- 1A120V СаО-2Al2Ov а также ферриты, алюмоферриты и силикаты кальция. Силикатная составляющая глиноземистого цемента представлена в основном двухкальциевым силикатом, однако в этом вяжущем он является инертным минералом, поскольку в ранние сроки твердения гидратация C2S протекает с невысокой скоростью.
Основное сырье для изготовления глиноземистого цемента — бокситы и известняки или известь. Пригодность бокситов для производства глиноземистого цемента оценивают по коэффициенту качества к = А120^'Si02. Бокситы считают пригодными, если к > 5-6. При способе спекания можно использовать только высококачественные и однородные по составу бокситы, в которых содержание Si02 не превышает 8%, a Fe203 —не более 10%. Технология производства аналогична схеме получения портландцемента. Обжиг ведут осторожно при температурах не выше 1250— 1350°С, так как уже при 1400°С появляется значительное количество расплава, что может нарушить нормальную работу печи.

Способ плавления при производстве глиноземистого цемента получил большее распространение, что обусловлено возможностью использования грубомолотой сырьевой смеси на основе сырья с высоким содержанием примесей (в том числе и плавней), так как они при обжиге частично удаляются. Плавление шихты происходит при сравнительно низких температурах (1380—1600°С) и осуществляется в вагранках, доменных печах, электродуговых печах или конверторах. При плавке в электродуговых печах в печь загружают прокаленные известь и бокситы, а также железную руду, металлический лом и кокс. При плавке оксиды железа и кремния, присутствующие в сырье, восстанавливаются и взаимодействуют друг с другом с образованием ферросилиция. В силу того, что плотность расплава ферросилиция составляет 6,5 г/см3, а плотность расплава цемента — 3 г/см3, они естественным образом расслаиваются. Сливая раздельно верхний и нижний слои этих расплавов, получают два продукта — клинкер глиноземистого цемента и ферросилиций, широко используемый в металлургии. Плавка ведется при температурах 1800-2000°С. Охлажденный клинкер направляют на дробление и помол. Плавка в электрических печах позволяет получать глиноземистый цемент высокого качества, но требует повышенного расхода электрической энергии.
При плавлении в доменных печах («русский способ») одновременно получают глиноземистый клинкер и чугун. Сырьевую смесь, состоящую из железистого боксита, известняка, металлического лома и кокса, послойно загружают в печь. В результате доменного процесса из руды получают расплав чугуна, а в виде шлака — глиноземистый клинкер. Температура выпускаемого из домны расплава глиноземистого шлака составляет 1550—1650°С, а чугуна — 1450—1500°С. Расплавленной шлак сливают в изложницы, где он медленно охлаждается и кристаллизуется. При доменной плавке кремнезем восстанавливается не в полной мере, поэтому в этой технологии необходимо использовать малокремнеземистые бокситы и строго контролировать химический состав обжигаемой шихты. Обжиг в доменной печи очень экономичен.
Плавленый клинкер отличается высокой твердостью, поэтому для его измельчения на первом этапе применяют двухстадийное дробление. Тонкий помол клинкера осуществляют в шаровых мельницах. При этом вводят до 2% углесодержащих добавок (угольная мелочь, сажа) для интенсификации помола. Расход электроэнергии на помол плавленых клинкеров примерно в два раза выше, чем клинкеров того же состава, обожженных до спекания. Помол ведут до остатка на сите № 008 не более 10%.

Твердение глиноземистого цемента. При затворении порошка глиноземистого цемента водой образование пластичного теста, его последующее уплотнение и схватывание, протекают так же, как и при смешении портландцемента с водой. Но химическая сторона гидратации и твердения глиноземистого цемента имеет существенные особенности.Продукты гидратации выделяются в виде гелеобразных масс. При дальнейшем твердении происходит уплотнение геля двух-кальциевого алюмината и кристаллизация дополнительных количеств новообразований, что приводит к интенсивному упрочнению камня. Кроме гидроалюмината кальция состава C2AHZ, образуется также гидроалюминат С4АНи Обе эти фазы являются метастабильными, с течением времени возможно их превращение в стабильную кубическую форму гидроалюмината кальция состава СуАН6, что приводит к существенному спаду прочности за счет возникающих внутренних напряжений.
Таким образом, процессы гидратации и твердения глиноземистого цемента имеют следующие отличительные особенности: связывается большое количество воды; выделяются гелеобразные массы гидроалюминатов кальция и А1{ОН)3; процесс сопровождается выделением большого количества теплоты (высокоэкзотер-мичное вяжущее); скорости реакций гидратации и твердения выше, чем у портландцемента (быстротвердеющее вяжущее); характер новообразований и, следовательно, свойства цемента в значительной мере зависят от температурных условий твердения, образующийся при твердении камень отличается повышенными плотностью, коррозионной стойкостью, морозостойкостью и меньше подвержен усадке.
Марку глиноземистого цемента определяют по пределу прочности при сжатии образцов, приготовленных из раствора жесткой консистенции состава 1:3, в возрасте 3 суток. Выпускают глиноземистый цемент трех марок: 400, 500 и 600. При этом нормируется не только трехсуточная прочность, но и прочность через 1 сутки твердения, она должна составлять для марок 400, 500 и 600, соответственно, не менее 23, 28 и 33 МПа. Однако схватывается глиноземистый цемент в обычные сроки: начало схватывания наступает не ранее 30 мин, а конец — не позднее 12 ч с момента затворения. С увеличением тонкости помола цемента и повышением температуры затворяющей воды сроки схватывания сокращаются.
Так как при твердении глиноземистого цемента выделяется значительное количество теплоты, то его целесообразно использовать при низких температурах, но исключено его применение в массивном бетоне и в условиях высоких температур (при жарком климате или при пропаривании).
Глиноземистый цемент отличается повышенной водостойкостью и устойчивостью по отношению к действию сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализованых вод. Это объясняется повышенными плотностью и водонепроницаемостью бетона на таком вяжущем, а также отсутствием в нем легкорастворимых веществ и защитным действием пленок из гидроксида алюминия, обволакивающих частицы цементного камня. Однако растворы щелочей разрушают цементный камень и бетон на основе глиноземистого цемента.