Наличие пылевато-глинистых примесей снижает показатели получаемого материала. Плохое контактообразование цементного камня с поверхностью мелких кварцевых песков объясняется рядом причин. Во-первых, неплотным прилеганием гидратирующегося вяжущего к поверхности песка еще на этапе приготовления смеси. Во-вторых, плохим смачиванием, которое вызвано наличием на поверхности песка аморфизированных пленок, пылевато-глинистых частиц, гидроксидов железа, гуминовых остатков и др. В-третьих, плохим кристаллохимическим сродством между кварцем и цементным камнем. Поверхность кварцевых зерен, находящихся в составе пылевато-глинистых примесей, покрыта различными пленками и налетами, поэтому их реакционная способность довольно низка, что оказывает отрицательное действие на процессы контактообразования.

Чем больше в песках мельчайших частиц и чем меньше их размеры, тем вероятнее образование агрегатов пылевато-глинистых частиц, заполняющих неровности на поверхности зерен песка и неравномерно распределяющихся при перемешивании.

Степень агрегирования пылевато-глинистых частиц во многом зависит от запаса свободной энергии на их поверхности (от степени их электризации). При уменьшении электризации пылевато-глинистых частиц, происходит разрушение их агрегатов на составляющие мелкие частицы. Для большинства глин рН изоэлектрической точки около 5. При активации пылевато-глинистых примесей растворами электролитов с рН в районе 5 происходит уменьшение степени электризации глинистых частиц, что будет способствовать их дезагрегации.

Физико-химические взаимодействия между цементными гидратами и поверхностью песчаных частиц происходят с момента затворения смеси. При этом важную роль играет электрическое состояние поверхности твердой и жидкой фаз в цементном камне и смеси на различных стадиях твердения. Определяющими на ранних стадиях твердения являются электростатические и межмолекулярные взаимодействия, управляя которыми можно активно воздействовать на процессы структурообразования.

Согласно теории ДЛФО на отрицательно заряженной поверхности кварца адсорбируются преимущественно положительно заряженные продукты гидратации цемента - гидроалюминаты или гидросульфоалюминаты кальция. При перезарядке поверхности кварца, обеспечивается коагуляция отрицательно заряженных гелевых частиц гидросиликатов. Меньшие размеры этих частиц (по сравнению с кристаллогидратами) обеспечивают плотную структуру зоны контакта.

Перезарядку поверхности кварца осуществляют путем смачивания его растворами электролитов, содержащих поливалентные ионы металлов.

Так как в песках, укрепленных цементом, водоцементное отношение мало, то расстояние между кварцевыми зернами тоже невелико, при этом электрическая сила притяжения цементных гидратов к поверхности кварцевых зерен значительно возрастет. При этом может произойти слияние зон контакта рядом расположенных зерен заполнителя и уплотнение смеси в целом.

Интенсифицируя взаимодействие гидратирующихся цементных частиц с поверхностью заполнителя возможно создать оптимальные условия для контактообразования. В результате, возможно получение плотной зоны контакта, улучшение структуры, физико-механических и эксплуатационных характеристик укрепленных цементом каменных материалов.

Исследования проводились на портландцементе марки 400 Балаклеевского завода.

Приготовление смеси осуществлялось следующим образом. Вначале в песок при непрерывном перемешивании добавлялся отсев дробления гранитов, затем смесь смачивалась активирующим раствором электролита (в количестве, соответствующим водопотребности песка). Добавление цемента и воды производилось при непрекращающемся перемешивании. Продолжительность перемешивания устанавливалась опытным путем, т.к. она зависит от: типа смесителя, объема перемешиваемой смеси, используемых типов смесей и т.д. В целом цикл приготовления смеси не удлинялся за счет более качественного предварительного смешения компонентов.

Прочность смешанных песков, укрепленных 8% цемента на 18% выше, чем природных песков укрепленных цементом. При активации этот показатель увеличивается до 25%.

Полученные результаты исследований морозостойкости также подтверждают более высокое качество.

Увеличение морозостойкости связано с тем, что комплексное воздействие на смесь оказывает положительное влияние на структуру и процессы гидратации вяжущего.