Высокая удельная поверхность шламов позволяют сделать предположение о целесообразности использования их не только как уплотняющих добавок, но и как активных наполнителей с целью повышения прочности цементных материалов. Исследования механизмов действия и характера влияния шламов на кинетику структурообразования и прочность цементных композиции имеют важное практическое значение, так как позволяют в определенных пределах управлять процессами структурообразования цементных композиции с целью получения материалов с высокими технологическими параметрами и физико-механическими свойствами.

С целью установления механизма действия карбонатного шлама на процессы гидратации и твердения цементных систем выполнена серия рентгенофазовых исследований цементного камня с добавками шламов водоподготовки ТЭЦ в количестве от 10 до 20% от массы цемента.

Результаты исследований, позволяют сделать вывод, что одним из возможных механизмов повышения прочности цементных систем в присутствий шлама является активация образования гидроалюминатов кальция САН₁₀. Об этом свидетельствует увеличение интенсивных линий 3,2844; 3,3338 и 3,5688 Å, присутствующих на рентгенограммах цементного камня с добавкой шлама. Кристаллы САН₁₀, имеющие форму гексагональных призм, также как и кристаллы эттрингита армируют и упрочняют структуру материала.

Присутствие на рентгенограммах интенсивных линий кальцита 3,0309; 2,2830; 2,2786;2,3094;1,9099; и 1,91118 Å, а также линий малой интенсивности 3,849Å, свидетельствуют о протекании в системе карбонизационных процессов, а также о присутствии не связанного кальцита, на кристаллах которого происходит активация образования гидратов AFm-фаз.

Установлено, что на рентгенограммах цементного камня при увеличении дозировки шлама происходит увеличение интенсивности линий отнесенных ко ксонотлиту. Кроме того, в составах с добавкой шлама появляются линии трускостита. Таким образом, повышение прочности цементного камня в присутствии шлама может быть связано не только с активацией образования гидратов AFm-фазы, но и ускорением кристаллизации гидросиликатов кальция. Это подтверждается также незначительным снижением интенсивности линий алита 2,744 и 2,7761Å.

Снижение интенсивности линий 2,06 – 2,09 Å, отнесённых к моногидросульфоалюминату кальция в составах с добавками шлама может являться следствием связывания значительной части алюминатных ионов в гидраты AFm-фазы.

При использовании активирующих добавок, механизм действия которых обусловлен, главным образом, интенсивным образованием гидратов AFt-фазы, анализ кинетики начального структурообразования позволяет не только назначить оптимальные дозировки активаторов, но и в определённом смысле управлять процессами схватывания и формирования ранней прочности цементных систем.

Оценка влияния добавок минеральных шламов на формирование начальной структуры цементных композиций проводилась с помощью конического пластомерта по кинетике изменения пластической прочности цементно-песчаных растворов. Соотношение цемента и песка в системе принималось 1:2, исходя из условий, близких к реальному Ц/П отношению в цементных композициях.

Исследования кинетики начального структурообразования цементно-песчаных растворов с добавкой карбонатного шлама Пензенской ТЭЦ№1 показали повышение пластической прочности. Для составов с карбонатным шламом при дозировках 15-20 % характерно резкое увеличение интенсивности начального структурообразования. С учётом термодинамического анализа процессов образования гидросульфоалюминатов (ГСАК) и гидрокарбоалюминатов кальция (ГКАК) ускорение начального схватывания за счёт образования ГКАК проявляется в меньшей степени. Однако результаты рентгенофазового анализа, показавшие присутствие в составе с карбонатным шламом отражений ГКАК, имеющих чёткие максимумы, свидетельствуют о том, что подобный механизм активации может иметь место. Вместе с тем различный характер поведения твердеющих систем с повышенным содержанием карбонатного шлама позволяет сделать предположение, что резкое увеличение интенсивности начального структурообразования может быть обусловлено, главным образом, активацией процессов гидратообразования на подложке тонкодисперсного кальцита.

В цементных системах с добавками тонкодисперсного кальцита возможны два основных процесса формирования структуры твердения и прочности:

- за счет взаимодействия наполнителя с продуктами гидратации и твердения, главным образом, в ионной форме;

- за счет эпитаксиального наращивания кристаллов на затравках кристаллизации тонкодисперсного наполнителя.

Основными гидратными фазами, образующимися в цементном камне в присутствии кальцита, являются гидрокарбоалюминаты кальция, которые могут являться результатом взаимодействия C₃A и C₄AF, а также гидратов CAH₁₀, C₂AH₈, C₄AH_13-19 и C₃AH₆ с кальцитом.