Цементы и другие вяжущие вещества можно смешивать не только с активными в химическом отношении веществами (кислые гидравлические добавки и доменные шлаки), но и с тонко измолотыми инертными при обычных температурах добавками, называемыми наполнителями или, по В. Н. Юнгу, — микронаполнителями.
К добавкам-наполнителям относятся: кварцевый песок, известняк, доломит, изверженные породы, природный пылевидный кварц, глины и ряд других. К наполнителям причисляют и добавки, для которых характерна слабая гидравлическая активность (некоторые виды топливных зол и шлаков), так как они главным образом выполняют при твердении роль наполнителя, а их гидравлические свойства проявляются лишь через длительный срок. Нельзя считать совершенно инертными и такие неактивные добавки как лесок и ряд других наполнителей, так как и они при наличии влажной среды постепенно вступают во взаимодействие с гидратом окиси кальция, выделяющимся при твердении цемента. Однако при обычных условиях твердения, без повышенной температуры, это взаимодействие идет весьма медленно и лишь в тонком поверхностном слое добавки, которую поэтому практически можно считать инертной .
Прочность цемента при добавке к нему наполнителя зависит от свойств добавки. Как указывалось выше, цементные зерна гидратируются медленно, и через длительные сроки в твердеющем цементе всегда можно обнаружить не разложенные клинкерные зерна. Зерна, не проходящие через сито № 008, т. е. размером больше 80 мк, гидратируются в незначительной степени и могут быть заменены наполнителями, причем это не вызовет существенного снижения прочности.
Если в твердеющем цементе каждая частица микро-наполнителя окружена продуктами гидратации цемента, то прочность такого цемента не будет ниже прочности исходного цемента. Следовательно, прочность смешанного цемента в сильной степени зависит от степени измельчения цемента и наполнителя, от соотношения между ними, а также от тщательного смешения, исходных составных частей смешанного цемента.
Степень измельчения цемента должна быть во всех случаях не ниже степени измельчения наполнителя. При этих условиях более вероятно, что зерна наполнителя будут окружены продуктами гидратации цемента. Поэтому вопрос о совместном или раздельном помоле клинкера, и микронаполнителя должен решаться в зависимости от степени размалываемости обоих составляющих смешанного цемента. Если наполнитель более твердый и при совместном помоле цемент будет измельчаться тоньше, чем микронаполнитель, то совместный помол более целесообразен. В противном, случае раздельный помол и последующее смешение цемента и наполнителя дают лучшие результаты, но при этом трудно тщательно перемешать материал и добиться равномерного распределения наполнителя в цементе. Более эффективен двухступенчатый помол, при котором клинкер вначале измельчается до обычной тонкости помола или несколько грубее, а затем к полученному продукту в тот же помольный агрегат добавляют дробленый наполнитель и весь материал размалывают до конечной тонкости помола.
Наполнитель может существенно изменить водопотребность цемента, причем она тем меньше, чем плотнее и крупнее зерна добавки. Мягкие добавки, отличающиеся высокой водопотребностью, дают худшие результаты. Свойства наполнителя оказывают также большое влияние на пластичность и водоудерживающую способность бетонной смеси. Тепловыделение и усадочные деформации при добавке наполнителя уменьшаются. Введение наполнителя ускоряет процесс гидратации цементных зерен. Зерна наполнителя участвуют в процессе формирования кристаллической структуры цементного камня. На поверхности зерен наполнителя гелеобразная фаза уплотняется и кристаллизуется более интенсивно. В ряде случаев наполнитель оказывает модифицирующее влияние на продукты гидратации цементных зерен, способствуя развитию отдельных кристаллических форм новообразований.
Если для изготовления обычных рядовых бетонов и растворов применяют цементы высоких марок, выпускаемых цементными заводами, то их избыточная прочность не используется.
Исходя из этого, в ряде случаев рационально к цементам высоких марок добавлять местные дешевые добавки, которыми являются, например, кварцевые пески и карбонатные породы.
Введение наполнительных добавок так же, как и гидравлических, снижает расход электроэнергии, топлива и себестоимость конечного продукта. Правильным подбором гранулометрического состава наполнителей можно повысить плотность затвердевшего цемента и бетона.
Одним из первых видов цементов с наполнителями, нашедших применение в строительстве, является песчанистый цемент. Для него характерны небольшие объемные деформации. Хорошие результаты дает запаривание в автоклаве изготовленных из него изделий под давлением. Прочность обработанных таким образом изделий из песчанистого цемента не ниже, а в ряде случаев и выше прочности изделий из цемента. Дозировка песка в песчанистом цементе составляет 25-40% в случае твердения при обычных температурах и 40-50% при твердении в автоклавах.
Виды цементов с наполнителями: