Шлакощелочные цементы

• 

Подробности

Создано 09.05.2011 17:33

Обновлено 02.10.2011 22:03

Автор: Admin

В строительстве используются главным образом вяжущие на основе соединений щелочно-земельных металлов — элементов ? группы I подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева, в основном кальция.

Установление гидравлических вяжущих свойств у соединений щелочных металлов (элементов I группы I подгруппы периодической системы) послужило предпосылкой для создания щелочных и щелочно-земельных гидравлических вяжущих. В этих вяжущих соединения щелочных металлов являются самостоятельными компонентами, формирующими щелочные гидратные новообразования в продуктах гидратации и твердения, что достигается введением в состав вяжущего значительных количеств щелочных оксидов. Физико-химические процессы при твердении этих вяжущих: R₂О-RO-R₂О₃ SiО₂,
где R₂О - щелочные оксиды Li₂О, Na₂О, K₂О, Cs₂О, Rb₂О; RO - щелочноземельные
оксиды CaO, SrO, BaO; R₂О₃ - амфотерные оксиды A1₂О₃, Fe₂О₃, Cr₂О₃ и т. д.
Продуктами их гидратации являются кристаллические твердые растворы гидратов щелочных алюмосиликатов и низкоосновных силикатов кальция, менее растворимых (О,О35-0,05г на 1 л) и более стойких, чем высокоосновные новообразования (0,5-1,3 г на 1 л), характерные для портландцементного камня и главным образом определяющие свойства бетонов на их основе.

Частным случаем таких вяжущих являются шлакощелочные, в которых соотношение между оксидами находится в пределах, обеспечивающих в процессе твердения синтез гидратных новообразований в виде щелочных алюмосиликатов типа (0,8-1,0)R₂O·Al₂O₃·4SiO₂·nH₂O и щелочно-земельных силикатов типа (0,8-1,5)CaO·SiO₂·mH₂O. Они представляют собой как бы смесь двух типов вяжущих веществ - щелочных алюмосиликатных и щелочно-земельных силикатных.

Такие вяжущие обладают регулируемыми сроками схватывания: начало от 30 мин до 1 ч, конец от 2 до 5 ч. Активность их при удельной поверхности 3 200-3 500 см²/г, и испытания образцов из теста нормальной густоты составляет 60—160 МПа, а при испытании в растворе 50—100 МПа, контракция в 4 раза, а тепловыделение в 2-3 раза меньше, чем у портландцемента.

Шлакощелочные вяжущие по стойкости в водах с низкой гидрокарбонатной жесткостью, минерализованных сульфатных, магнезиальных водах и морской воде превосходят не только обычный портландцемент, но и сульфатостойкие цементы. Они стойки также при действии нефтепродуктов, аммиака, сахара, достаточно стойки в растворах слабых органических и минеральных кислот.

Эти вяжущие апробированы в производственных условиях, и большая заслуга в их разработке принадлежит д-ру техн. наук В. Д. Глуховскому и его сотрудникам, работающим в КИСИ. Перспективность применения этих вяжущих определяется тем, что производство их базируется на использовании промышленных отходов. Так, в качестве сырья можно использовать кислые, нейтральные, основные металлургические, электрофосфорные гранулированные шлаки, а также гранулированные шлаки цветной металлургии.

Используются также щелочесодержащие промышленные отходы, в частности, высокощелочная пыль от электрофильтров клинкерообжигательных печей, метасиликат натрия - побочный продукт при производстве титана и глинозема, содощелочной плав - побочный продукт капролактамового производства, отходы нефтепереработки и целлюлозно-бумажной промышленности.

Высокая активность соединения щелочных металлов, являющихся самостоятельным компонентом вяжущих, позволило расширить круг веществ, пригодных для изготовления шлакощелочных цементов, путем частичной замены в их составе гранулированного шлака широко распространенными естественными минеральными образованиями, такими как глины, горелые породы, эффузивные и интрузивные горные породы. На шлакощелочных цементах традиционных и дисперсных заполнителях разработана группа шлакощелочных бетонов, которые начали с 1962 г. применятся в строительстве. В них используется щебень, гравий, гранитные отсевы, пески различной крупности, содержащие повышенное количество глинистых и пылеватых частиц. Установлено, что для конструкционных шлакощелочных бетонов, приготовляемых на стандартном оборудовании, допускается содержание в заполнителе глинистых частиц до 5, а пылеватых до 20 %.

Предел прочности бетонов, изготавляемых на серийном оборудовании при расходах цемента 300-500 кг на 1 м³ бетона, колеблется в пределах 20-140 МПа. Плотная структура и замкнутый характер пор предопределяет высокую водонепроницаемость бетона на рядовом заполнителе, которая составляет 1,5—2,0 МПа сразу после тепловлажностной обработки, а при оптимальном содержании в заполнителе глинистых и пылеватых частиц может достигать и более высоких показателей. Наряду с повышением прочности бетона эти показатели увеличиваются во времени, независимо от режимов начальной обработки и последующих условий хранения. Коэффициент фильтрации вибрированных бетонов на шлакощелочных цементах и песчаном заполнителе составляет от 5·10^-9 до 4·10^-12 см/с, для цементных бетонов при В/Ц = 0,5 от 0,5·10^-7 до 1·10^-9 см/с. Приведенные данные о высокой сопротивляемости бетонов проникновению воды косвенным образом определяют их высокую морозостойкость, которая в зависимости от состава бетона находится в пределах 300-1 100 циклов.

Шлакощелочные бетоны марок 500-700 характеризуются следующими свойствами. Предел прочности при растяжении составляет 1/10—1/15, при изгибе 1/7-1/10 предела прочности при сжатии, коэффициент однородности при сжатии 0,6-0,65, модуль упругости находится в пределах 2,9—4,2·103 кг/см², предельная сжимаемость 1-2, предельная растяжимость 0,15-0,3 мм/м, а прочность сцепления с гладкой арматурой изменяется от 2,2 до 6 МПа. Деформативные характеристики шлакощелочных бетонов близки к аналогичным характеристикам цементных бетонов. На основе шлакощелочных цементов разработаны высокопрочные бетоны марок 1 000-1 400. Такие бетоны характеризуются низким растворошлаковым по аналогии с водоцементным отношением и значительным расходом щебня: не менее 0,8 м³ щебня в уплотненном состоянии на 1 м³ бетона. В качестве заполнителя для бетонов таких марок используются преимущественно гранитный и базальтовый щебень, ситалловая крошка и др.

Высокопрочные шлакощелочные бетоны являются быстротвердеющими. Быстрое нарастание прочности шлакощелочного бетона в ранние сроки естественного твердения позволяет отказаться в ряде случаев от тепловлажностной обработки или ограничиться кратковременной тепловлажностной обработкой. Высокопрочные шлакощелочные бетоны обладают высокой плотностью, низким водопоглощением (2—4 %), высокой прочностью при истирании, небольшой усадкой и ползучестью. Водопроницаемость их составляет 2,5-3,0 МПа, а морозостойкость 1 200-1 500 циклов. Шлакощелочные бетоны марок 300-1 000 прошли широкую производственную проверку как в нашей стране, так и за рубежом, в частности в Польше. Их применяют в промышленном, гражданском, дорожном, шахтном, гидротехническом, мелиоративном строительстве. В настоящее время из шлакощелочных бетонов сооружены монолитные и сборные облицовки каналов, дорожные и аэродромные покрытия, массивы волноломов, фундаменты зданий, изготовлены преднапряженные лотки, плиты ПНС, шпалы, стеновые панели, тюбинги метрополитенов, перемычки, бордюрные камни, крупные стеновые блоки и др. Бетоны на шлакощелочных цементах характеризуются высокими эксплуатационными свойствами, что подтверждено практикой применения их
в течение 10-15 лет. Установлено, что характерной особенностью этих бетонов
является тенденция к увеличению во времени по прочности (в 1,5-2,5 раза), повышение антикоррозионных и других свойств. Так, прочность бетонных образцов, выпиленных из конструкций после 15-летней эксплуатации, достигла 80 МПа при проектной марке 300, а морозостойкость - 1 000 циклов.

Как показывают последние сообщения в технической литературе, шлакощелочные цементы целесообразно использовать для получения не только плотных и высокопрочных бетонов, но и для других видов бетонов и растворов. Так, в НИИЖБе исследованы ячеистые бетоны на основе шлакощелочных вяжущих, имеющих повышенную прочность для бетонов с плотностью 500-700 кг/м³ по сравнению с такими же бетонами на портландцементе.