Для производства бетона и особенно железобетонных элементов рациональным является применение быстротвердеющих и высокопрочных цементов, обеспечивают ускоренный рост прочности изделий и снижения расхода вяжущих на 1 м³ бетона. Важнейшим следствием применения быстротвердеющих (БТЦ) и высокопрочных цементов (ИПЦ) является сокращение цикла тепловой обработки и температуры пропаривания, а в ряде случаев и переход на без пропарочную технологию изготовления изделий.

На основе высокопрочных цементов возможно изготовление высокопрочных бетонов, позволяющие уменьшить массу конструкций и расход арматуры, перейти на тонкостенные конструкции.

К настоящему времени разработано четыре основных направления получения ШТЦ и ВМЦ:

1. Оптимизация всех переделов производства цемента при строгой регламентации технологических параметров.
2. Модифицирование состав клинкерных минералов, их легирования путем введения в сырьевую смесь специальных добавок.
3. Введение в цемент специальных добавок, способствующих кристаллизации.
4. Синтез смешанных цементов, каждый из компонентов которых укрепляет элементы структуры цементного камня.

Для получения высокопрочных и быстротвердеющих цементов используют сырьевые смеси с максимальной реакционной способностью, зависит от физико-химической природы сырьевых материалов, их химического состава и дисперсности. Повышенной реакционной способностью обладают "молодые" осадочные породы, материалы имеющие стекловидную структуру - золы, шлаки и т.п.

Сырьевая шихта должна иметь минимальное содержание вредных примесей. Зерна кварца должны быть сосредоточены во фракциях с размером менее 15 мкм. При просеивании пробы шихты на сите №02 остаток должен быть практически нулевым, на сите №008 - 2...3%.

Клинкер ШТЦ содержит повышенное содержание (60...65%) наиболее активных минералов - трехкальциевого силиката С3S и трехкальциевого алюмината С3А. Тонкость помола его более высокая, удельная поверхность составляет примерно 350 м²/кг. Увеличение в цементном клинкере содержания C3S до 60...65% и удельной поверхности до 400 м²/кг и более позволяет получить быстротвердеющие высокопрочные цементы с прочностью на сжатие 25...30 МПа через 1 сутки и 80...90 МПа в возрасте 28 суток. Однако при этом резко возрастают энергозатраты, снижается производительность оборудования.

Для получения ШТЦ и ВМЦ большое значение имеет тонкий помол и высокая гомогенность сырьевой смеси, сильный и равномерный обжиг клинкера, правильный подбор вида и зольности топлива, резкое охлаждение клинкера. Большое значение для активности клинкера имеет его микрокристаллическая структура.

Односуточная прочность портландцемента определяется содержанием зерен менее 10 мкм, а двухсуточное - до 30 мкм. В ШТЦ и ВМЦ содержание фракций цемента размером менее 30 мкм должен составлять не менее 65...75%, в ​​зависимости от марки портландцемента он может достигать до 80%.

Обеспечение необходимого зернового состава ШТЦ и ВМЦ возможно при помоле в мельницах, работающих в замкнутом цикле. При этом однако имеет место существенное (до 40...50%) снижение производительности помольных агрегатов.

Исследованиями было показано, что вводя небольшие добавки фосфатов, сульфатов, оксидов меди, галогенидов можно повысить прочность цемента и скорость ее роста.

Модифицирование клинкера легирующими добавками заключается в изменении ими свойств эвтектических расплавов, образующихся в сырьевой шихте при обжиге, изменении скорости кристаллизации С3S из расплава, образовании твердых растворов в кристаллах основных минералов с повышенной реакционной способностью.

Введение добавок, ускоряющих кристаллизацию (Крент) в цемент, позволяет при твердении цемента достичь необходимого оптимальной степени перенасыщения, при котором формируется кристаллический сросток.

Крент получают из каолина и серной кислоты или сернокислого железа, а также с обожженного алунита. При введении в цемент 45...60 кг/т Крент прочность его повышается на одну марку.

На сегодня в ряде стран разработаны надшвидкотверднучи цементы, позволяющие уже через 2...6 час. после замешивания достигать прочность при сжатии 5...20 МПа а в 28 суток - 70...80 МПа и более.

Разработана технология фторсодержащего надшвидкотверднучого портландцемента. Как сырьевые материалы для него используются известняк, шлаки вторичного переплавку алюминия, фторид кальция и специальная добавка для содержания фтора в клинкере. Цемент, модифицированный фтором, достигается через 6 часов. нормального твердения прочности на сжатие 5...8 МПа. Применение фторсодержащего цемента позволяет обеспечить при производстве железобетонных изделий необходимую распалубочную прочность уже через 1 час тепловой обработки.

Перспективным способом получения надшвидкотверднучих цементов является введение в состав сырьевых смесей сульфата кальция в количестве около 10%. Сульфоалюминаты кальция, образующиеся при обжиге добавляют цемента способности к быстрому твердения, высокую гидравлическую активность. Сырьевым компонентом для производства сульфоалюминатного клинкера могут быть фосфогипс и другие промышленные отходы.

Быстротвердеющий цемент - бесалит получают помолом клинкера специального состава (сульфоалюмінатнобелітового) и гипса. Через 6 ч. после замешивания бесалит при температуре 20°С приобретает прочности 7...15 МПа и более, что позволяет его использовать для изготовления сборных изделий и конструкций без тепловлажностной обработки.

Для бесалита характерны короткие сроки схватывания - начало не ранее 5 мин., конец не позднее 1 ч., Что требует использования бетонной смеси немедленно после изготовления.

Технология вяжущих с низкой водопотребностью (ВНВ), что также можно отнести к высокопрочных цементов, основанная на тонком помоле портландцемента в присутствии добавки сухого суперпластификатора и дополнительном введении минеральных добавок. Нормальная густота ВНВ достигает 17...18%. В зависимости от содержания минеральной добавки (в%) изготавливают ВНВ-100, ВНВ-50, ВНВ-30 и др.