Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Бетоны с добавкой золы-унос. Исследованиями и практикой установлена эффективность введения сухих пылевидных зол при изготовлении бетонных и растворных смесей в качестве активных минеральных добавок и микронаполнителей.

Бетонные смеси с золами обладают большей связностью, лучшей перекачиваемостью, меньшим водоотделением и расслоением. Бетон имеет при этом большую прочность, плотность, водонепроницаемость, стойкость к некоторым видам коррозии, меньшую теплопроводность.

Наиболее эффективны как активные добавки в бетонах кислые золы, не обладающие вяжущими свойствами; их пуццоланическая активность проявляется во взаимодействии с цементным вяжущим. В зависимости от этой характеристики по отношению к конкретному цементу, водопотребности и удобоукладываемости бетонной смеси, условий и длительности твердения удается существенно сократить расход цемента.

Оптимальное содержание золы (кг/м3), составляет для бетонов: пропариваемого — около 150; нормального твердения — 100. В соответствии с известными рекомендациями применение 150 кг золы-уноса на 1 м3 тяжелого бетона классов В7,5—ВЗО позволяет сэкономить 40—80 кг цемента. В бетонах, подвергаемых тепловой обработке, применение золы дает возможность экономить до 25% цемента.

Значительный практический опыт применения золы-уноса в бетонах накоплен в гидротехническом строительстве. В настоящее время доказана эффективность замены 25—30% портландцемента золой-уносом для бетонов внутренних зон массивных гидротехнических сооружений и 15—20% для бетона в подводных частях сооружений. В ряде случаев обоснована целесообразность увеличения содержания в гидротехническом бетоне золы-уноса до 50—60% от массы цемента. При замене золой до 40% цемента при их совместным измельчением прочность бетона через 28 сут близка, а через 60 сут практически равна прочности бетона без добавки.

Впервые в 1961 г. произведена опытно-производственная укладка бетона с добавкой 15—20% золы-уноса в тело плотины Братской ГЭС. Было уложено около 5000 м3 бетона с золой, который по основным физико-механическим характеристикам не отличался от бетона без добавки золы.

При строительстве Днестровского гидроузла введение в вяжущее 25% золы не снизило прочностные показатели гидротехнического бетона в возрасте 180 сут и позволило повысить коэффициент эффективности использования цемента.

В настоящее время все шире применяется зола-унос в производстве сборных железобетонных конструкций. Сухую золу вводят в бетон классов В7,5—В40 в количестве до 20—30% от массы цемента. Однако при чрезмерном содержании золы возможно вспучивание поверхности пропариваемых изделий.

Одной из существенных характеристик золы как активной минеральной добавки в бетон является ее гидравлическая активность. Традиционными методами она определяется по способности зол поглощать известь из известкового раствора, а также проявлять вяжущие свойства в сочетании с гидратной известью. Ускоренным методом определения активности зол является микрокалориметрический метод, в соответствии с которым активность золы определяется по величине теплоты ее смачивания в полярных и неполярных жидкостях, учитывая коэффициент гидрофильное™ и ряд других параметров.

Требования к золам, как к активным минеральным добавкам в бетонную смесь, обусловлены физико-химическим механизмом их влияния на процессы твердения и структурообразования бетона. Гидравлическая активность зол, как и других веществ пуццоланового типа, в значительной мере обусловлена химическим взаимодействием входящих в них оксидов кремния и алюминия с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидролизе клинкерных минералов, с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Гидратации зол способствует их стекловидная фаза, кристаллическая фаза в этом процессе практически инертна. Химическая активность зол непосредственно связана также с их дисперсностью.

По современным представлениям прочность цементов и бетонов с добавкой золы зависит от толщины затронутого химическими процессами поверхностного слоя зольной частицы.

Положительному влиянию золы на структурообразование бетона способствует также «эффект мелких порошков», расширяющих свободное пространство, в котором осаждаются продукты гидратации, что ускоряет процесс твердения цемента.

Действующие нормативные документы разрешают применять золу-унос в качестве добавки для приготовления бетонов сборных и монолитных конструкций зданий и сооружений, кроме конструкций, эксплуатируемых в средах со средней и сильной агрессивностью.

В зависимости от области применения золу подразделяют на виды: I — для железобетонных конструкций и изделий; II — для бетонных конструкций и изделий; III — для конструкций гидротехнических сооружений. В пределах отдельных видов дополнительно выделяют классы золы для бетонов: А — тяжелого; Б — легкого.

 Удельная поверхность золы класса А должна быть не менее 2800 см2/г, а класса Б — 1500—4000 см2/г. Остаток на сите № 008 для золы класса А не должен превышать 15% по массе. По химическому составу к золе предъявляют требования, указанные в табл. 3.13. Влажность золы сухого отбора должна быть не более 3%.

Золу-унос не рекомендуется применять в бетонах, предварительно армированных напряженной термически упрочненной арматурой.

Для применения в бетонах образцы из смеси золы и цемента проверяют кипячением в воде на равномерность изменения объема.

Подбор составов бетона с добавкой золы заключается в определении такого соотношения компонентов, включая золу, при котором требуемые свойства бетонной смеси и бетона достигаются при минимальном расходе цемента. В бетонной смеси зола выполняет роль не только активной минеральной добавки, увеличивающей количество вяжущего, но и микронаполнителя, улучшающего гранулометрию песка и активно влияющего на процессы структурообразования бетона. Учитывая полифункциональный характер зольной добавки, введение ее лишь взамен части цемента или части песка не позволяет решить задачу оптимизации составов.

Уменьшение расхода цемента при введении золы-унос прежде всего целесообразно при «излишней активности» цемента, т. е. в тех случаях, когда марка применяемого цемента выше рекомендуемой. При применении золы ТЭС допускается снижение минимальной типовой нормы расхода цемента для неармированных бетонных изделий до 150 кг/м3, а для армированных железобетонных — до 180 кг/м3. Суммарный расход цемента и золы при этом должен быть соответственно не менее 200 и 220 кг/м3. Количество золы назначается пропорционально требуемому проценту снижения «излишней активности» цемента.

Введение золы-унос в оптимальном количестве не повышает во-допотребность бетонных смесей, что объясняется оплавленностью и относительно правильной формой зерен. При высокой дисперсности золы и незначительном содержании в ней несгоревшего угля удо-боукладываемость смеси повышается. Пластифицирующий эффект золы повышается при наличии в бетонной смеси мелкого заполнителя с недостаточным количеством тонких фракций.

Ряд исследователей считают, что шарообразные частицы золы могут рассматриваться как твердые «шарикоподшипники» в смеси, они аналогично пузырькам эмульгированного воздуха при использовании воздухововлекающих добавок оказывают пластифицирующее действие на бетонную смесь.

Повышение дисперсности зол и снижение их водопотребности могут быть достигнуты отбором их из последних полей электрофильтров или помолом, разрушающим входящие в них органоминеральные агрегаты.

Введение золы-уноса способствует снижению водоотделения бетонной смеси. Пластифицирующая и водоудерживающая способность золы обусловливает перспективность ее применения в литых бетонах.

Бетонные смеси с оптимальной добавкой золы имеют достаточно высокую жизнеспособность и пригодны для транспортирования на дальние расстояния.

Влияние золы на прочность бетона зависит от ее свойств и дисперсности, содержания и химико-минералогического состава цемента, возраста и условий обработки бетона. Для оценки влияния золы на прочность бетона введено понятие ее «цементирующей эффективности», которое характеризуется коэффициентом Кц э.

Цементирующая эффективность золы-уноса характеризует количество цемента в кг. заменяемое без снижения прочности бетона 1 кг золы. Установлено, что подобно известному в технологии бетона правилу цементно-водного (или водоцементного) отношения, констатирующему однозначную связь данного параметра с прочностью бетона, справедливо правило приведенного Ц/В.

Определив значение (Ц/В)пр и задав оптимальное содержание золы с известным значением Кц э, можно найти требуемое (Ц/В) золосодер-жащих бетонов и проектировать их составы.

Большинство исследователей отмечают положительное влияние повышения дисперсности золы на прочность бетона. Установлено, что активность золы существенно повышается при доведении размеров ее частиц до 5—30 мкм. Произведение удельной поверхности золы на содержание в ней стекловидной фазы близко к коэффициенту К в формуле Фере, с которым прямо пропорционально связана прочность бетона. В соответствии с формулой Фере прочность бетона на сжатие в возрасте 28 сут:

где Vu — объем цемента; VB — объем воды; А — объем воздуха.

Исследовав прочность растворов из цементов, полученных смешиванием клинкера и золы, измельченных до значений удельной поверхности 2500—6400 и 3000—8000 см2/г соответственно, М. Венюа установил необходимое соответствие между гранулометрическим составом золы и тонкостью помола клинкера. Наиболее значительно повышение дисперсности золы сказывается на прочности бетона в раннем возрасте.

По сравнению с раздельным помолом лучшие результаты получены при совместном измельчении цемента и золы. Совместный помол позволил обосновать возможность получения трехкомпонентного вяжущего (35% цемента — 25 золы — 40 шлака), прочность которого при сжатии составляет через 60 сут — 84, при растяжении — 90% прочности бетона на цементе без добавок.

Значительный эффект от повышения дисперсности наблюдается после тепловлажностной обработки бетона, которой к 28-суточному возрасту ослабляется.

Характерно, что влияние дисперсности золы на прочность бетона проявляется заметно сильнее, чем цемента. Это обусловлено пластифицирующим эффектом тонких фракций золы на бетонные смеси, несмотря на возможное при этом увеличение нормальной густоты золосодержащих элементов. Домол даже малоактивных зол до 4000— 5000 см2Д позволяет сэкономить 20—30% цемента без снижения класса бетона. Более целесообразным является мокрый домол, при котором золу не подсушивают и достигается более высокая дисперсность.

В ранние сроки твердения (до 28 сут), особенно при введении гру-бодисперсной золы, прочность бетона снижается, хотя и не пропорционально количеству добавки, затем наблюдается выравнивание, а иногда и более высокая прочность в бетонах с зольной добавкой.

Для достижения высокой прочности золосодержащих бетонов определенное значение имеет химико-минералогический состав клинкера. В раннем возрасте росту прочности бетона способствует повышенное содержание в клинкере щелочей, ускоряющих химическое взаимодействие золы и цемента; в более позднем — для проявления пуццолановой реакции золы предпочтительнее цементы с повышенным содержанием алита, которые при гидролизе образуют повышенную концентрацию Са(ОН)2.

Прочность золосодержащего бетона, пропаренного при 95 °С, на 12—15% превышает прочность бетона, пропаренного при 80 °С. Повышение температуры позволяет на 1—2 ч сократить время тепловой обработки.

Для бетонов с добавкой золы характерен сравнительно интенсивный рост прочности в поздние сроки твердения. По данным японских исследователей, прочность при сжатии бетонов, содержащих 190 и 240 кг/м3 цемента и 30%-ную добавку золы в 10-летнем возрасте, соответственно в 1,44 и 1,43 раза превышает прочность бетона в возрасте 3 мес. Отмечается возможность и более интенсивного роста прочности при сжатии. При испытании кернов из бетонного дорожного покрытия, в котором 30% цемента заменено золой, наблюдалась прочность при сжатии 37 МПа через 3 мес и 61 МПа — через 9,5 лет.

Из данной таблицы видно, что в период 28—180 сут интенсивность роста прочности при сжатии золосодержащих бетонов примерно такая же или выше, чем у бетонов, не содержащих золу.

В некоторых работах отмечается, что при длительном твердении интенсивно растет прочность золосодержащих бетонов не только при сжатии, но также при растяжении и изгибе. Образцы в виде стержней и брусков, вырезанных из опытной бетонной кладки, показали прочность при изгибе золосодержащих бетонов через 3 мес. — 80, а через 10 лет — 150% прочности контрольного бетона. У бетонов с золой, так же как и с другими активными минеральными добавками, более высокое отношение прочности на растяжение к прочности на сжатие.

Для золосодержащих бетонов значительный эффект дает введение добавок ПАВ. Пластифицирующие ПАВ оказывают дефлокулирую-щее действие на высокодисперсные золы, склонные к агрегированию. Доля флокул в золе составляет 10—15%, и они поглощают на каждые 100 кг 6—9 л воды.

Представляет интерес влияние на прочность бетона добавок ускорителей твердения, в частности хлорида кальция. В одной из работ отмечается, что введение 1,2—1,5% хлорида кальция от массы смешанного вяжущего позволило увеличить прочность золосодержащего бетона в 7-суточном возрасте на 18—25%, а в возрасте 28 сут — на 10— 15%.

Замещение части цемента золой приводит к уменьшению усадочных деформаций бетона, которое проявляется при снижении водопотребности бетонной смеси. Уменьшение усадки объясняется тем, что зола адсорбирует из цемента растворимые щелочи и образует устойчивые, нерастворимые алюмосиликаты.

Зола способствует повышению сульфатостойкосги цементных бетонов так же, как и другие активные минеральные добавки. Результаты 10-летних испытаний показали, что бетон, содержащий зольный цемент, более стоек к воздействию морской воды даже по сравнению с бетоном на шлакопортландцементе.

Наиболее значительное улучшение сульфатостойкости отмечалось для бетонов на портландцементе с высоким содержанием С3А. Наилучшие результаты отмечены для бетонов при введении зол с наибольшим содержанием Si02 + А1203, т. е. наиболее кислых по химическому составу. Незначительно отражается добавка золы на стойкости бетона к углекислой, общекислотной и магнезиальной агрессии.

По рекомендациям НИИЖБ при использовании в бетонной смеси реакционноспособных заполнителей, содержащих опал, халцедон, кремниевые сланцы, вулканические туфы и т. п., зола может быть применена лишь в том случае, если суммарное содержание щелочных оксидов в вяжущем в перерасчете на Na20 будет не более 0,6% по массе. В золах сухого отбора обычно содержится 1—5% щелочных оксидов, использование их в смесях с реакционно-способными заполнителями возможно при добавке в практически бесщелочные цементы. В то же время ряд исследований показал, что замещение цемента всеми видами золы уменьшает взаимодействие между щелочами и заполнителями. Верхний допустимый предел возможного суммарного содержания щелочных оксидов в цементно-зольном вяжущем рекомендуется 1,5%.

 Снижение расхода цемента при введении в бетонную смесь золы приводит к уменьшению тепловыделения бетона и его разогрева в начальный период. Детальные исследования применения зольных цементов в гидротехнических бетонах показали, что тепловыделение в бетоне на цементах с 25% золы Иркутской и Красноярской ТЭЦ на 15—25% ниже тепловыделения бетона на цементе без добавок.

Введение в состав цементов или непосредственно в бетонные смеси значительного количества минеральных добавок для уменьшения тепловыделения оправдан лишь в тех случаях, когда они не вызывают повышения водопотребности. К таким добавкам, наряду с доменным шлаком, относится зола. При использовании золы-унос наблюдается 50%-ное уменьшение экзотермии твердеющего бетона в возрасте 28сут.

В мировой практике гидротехнического строительства имеется множество примеров, когда введение золы положительно сказалось на термической трещиностойкости массивных бетонных сооружений. При укладке бетонной смеси с добавкой 15% золы от массы вяжущего, например, на строительстве Братской ГЭС разогрев бетона в блоках был примерно на 6 °С ниже, чем без добавки.

Зола, как и другие активные минеральные добавки, при умеренном содержании в бетонной смеси повышает водонепроницаемость бетона. Это объясняется гидравлическими свойствами зол и повышением плотности бетона. Значительно повышает водонепроницаемость введение в бетон воздухововлекающей добавки СНВ и хлористого кальция. Наиболее эффективным оказалось совместное введение двух добавок. Водонепроницаемость бетона в этом случае повышается уже в возрасте 28 сут до W12.

К отрицательным последствиям введения золы в бетонную смесь можно отнести снижение стойкости к истиранию и кавитации.

Добавка золы в бетон не рекомендуется при производстве работ в осенне-зимний период методом «термоса», так как она замедляет твердение бетона при низких температурах. При строительстве в районах с жарким и сухим климатом уход за бетоном, имеющим в своем составе золу, должен быть более длительным, чем в районах с умеренным климатом.

Как и другие гидравлические добавки, зола-унос снижает морозо-и воздухостойкость бетона. В бетонах морозостойкостью F50 и выше или подвергаемых попеременному увлажнению и высушиванию возможность применения золы устанавливается специальными исследованиями. Снижение морозостойкости бетона можно компенсировать введением воздухововлекающих добавок.

Степень снижения морозостойкости бетонов при введение в них зол различна и зависит от их характеристик. К значительному разбросу основных физико-механических свойств бетона, в том числе и морозостойкости, приводит неоднородность состава и свойств золы-уноса.

Результаты долгосрочных испытаний показали, что при использовании золы не должно возникать особых опасений из-за коррозии стальной арматуры, если соблюдены общие требования, предъявляемые к проектированию и изготовлению железобетона.

Испытания бетонов длительными нагрузками показали, что введение золы значительно снижает ползучесть бетона. Так, при испытании в течение 240 сут ползучесть бетона с добавкой золы-уноса оказалась на 34,5% ниже показателя контрольного бетона. При введении добавки ПАВ деформации ползучести золосодержащих бетонов мало отличаются от деформаций бетонов без золы. После испытаний бетона с ЛСТ в течение 300 сут ползучесть при отсутствии добавок золы составила 59,2 • Ю-5 и 59,5 • 10~5 при 20% золы.

Исследованиями выявлено, что золы снижают коэффициент линейного температурного расширения растворной части бетона в воздушно-сухом состоянии, приближая его к значениям, которые характерны для заполнителей. Так, при температуре 20 °С коэффициент линейного расширения для обычных растворов равен 8,8, растворов с 25% золы и добавкой ПАВ — 5,8, гранита — 3,8. Эти данные показывают, что введение золы в бетон должно повышать его термическую трещиностойкость в условиях нагревания и охлаждения.

Вследствие сравнительно невысокой водопотребности бетонных смесей замена до 20% цемента золой практически не отражается на усадочных деформациях бетона при твердении его на воздухе.

Накоплен положительный опыт по применению литых золосодержащих бетонных смесей в монолитных тонкостенных железобетонных конструкциях. В состав бетона вводят 100—150 кг/м3 золы и пластифицирующую добавку. Бетоны из литых смесей с добавкой золы имеют достаточно высокие физико-механические свойства, а конструкции из них — хорошее качество поверхности. Пластичность бетонных смесей благодаря введению в их состав золы существенно увеличивается.

Типовая технологическая линия по производству бетонной смеси с добавкой золы-уноса ( 3.5) включает приемное устройство, склад, расходный бункер и дозатор. Золу доставляют железнодорожным транспортом в вагонах типа «Хоппер». Возможна ее доставка и другими специальными транспортными средствами.

После разгрузки золы сжатый воздух подается в емкость для аэрирования и создания необходимого давления, а также в смесительное отделение для образования воздушной среды определенной расчетной концентрации. Взрыхленная сжатым воздухом аэрированная зола поступает под действием разности давлений в смесительную камеру, откуда по транспортному трубопроводу — на склад. Рабочее давление сжатого воздуха на входе трубопровода пневмосистемы зависит от концентрации золы-уноса и дальности подачи.

С помощью распределительного устройства, входящего в комплект установки, золу-унос распределяют по сил осам. Для очистки воздуха, выходящего из силосов, предусмотрены фильтры и циклоны, под которыми установлены пылесборнйки. Пыль отсасывается и транспортируется на склад. При помощи струйных или камерных насосов зола подается в бункер-осадитель, установленный в надбункерном отделении бетоносмесительного узла, а затем в расходные бункеры.

Механизмы тракта подачи золы выключаются автоматически по сигналу указателя уровня, установленного в расходном бункере. Нео-севшая зола вместе с воздухом попадает в циклоны, где смесь вторично очищается и осаждается. Из дозатора зола подается непосредственно в бетоносмеситель. Воздух, поступающий в приемное устройство и струйный насос, проходит масловодоочистку. При использовании неочищенного воздуха зола налипает на стенки трубопроводов и вся система выходит из строя.

Таким образом, для хранения, транспортировки и дозирования золы сухого отбора применяют, в основном, такие же технологическое оборудование и транспортные средства, что и для цемента.

Строительные растворы. Золу применяют в качестве компонента строительных растворов, в котором сочетаются свойства минеральной добавки, пластификатора и микронаполнителя. Зола улучшает пластичность и водоудерживающую способность растворных смесей, свойства затвердевших растворов. При применении в растворах тонкодисперсных зол, отбираемых с последних полей электрофильтров, существенно снижается расход вяжущих. Применение золы как добавки рационально при получении эффективных растворов для каменной кладки и возведения стен из крупноразмерных элементов. Однако растворы с добавкой золы не следует применять в зимнее время в связи с замедленным темпом их твердения при пониженной температуре.

В строительных растворах применяют как сухую золу, так и золу гидроудаления.

В цементных растворах оптимальное содержание золы рекомендуется 100—200 кг/м3, при этом в «тощих» малоцементных растворах оно составляет 80—125% массы цемента, в более «жирных» — 40—50%. При расходе цемента более 400 кг/м3 введение золы в состав раствора малоэффективно. Тонкодисперсная зола-унос может применяться взамен части цемента и песка. Крупнодисперсную золу рационально применять вместо части песка без изменения расхода цемента.

При применении золы-уноса в цементных растворах необходимый расход цемента обычно снижается на 30—50 кг/м3 при одновременном улучшении удобоукладываемости растворной смеси. Перерасход цемента при полной замене песка золой устраняется добавкой небольшого количества известкового теста.

При полной замене песка золой повышаются деформации усадки во времени и деформации при попеременном увлажнении и высушивании. Они в 2—3 раза выше, чем у цементно-песчаных растворов.

В цементно-известковых растворах золой можно заменять часть цемента, извести или песка. При этом экономится до 30—50 кг цемента и 40—70 кг известкового теста на 1 м3 раствора без ухудшения удобоукладываемости и прочности.

Цементно-известково-зольные растворы характеризуются весьма низкой расслаиваемостью. Их применяют так же, как и растворы, без добавки золы, в основном для кладки надземных частей зданий.

В известковых растворах применением золы-уноса возможно снизить на 50% расход известкового теста без понижения прочности и ухудшения других свойств. При замене 50% извести удвоенным по массе количеством золы-уноса достигается не только экономия извести, но и повышается прочность раствора. Без применения цемента на известково-зольном вяжущем можно получать растворы марки М25 и выше.

Подбор составов золосодержащих растворов производят в два этапа. Вначале определяют расход составляющих раствора в килограммах на 1 м3 без добавки золы, а затем уточняют его, учитывая введение золы, предполагая при этом, что средняя плотность раствора увеличивается на 20—40 кг/м3, а водопотребность растворных смесей не изменяется.

Технология приготовления растворов с добавкой золы состоит из дозирования исходных компонентов по массе и перемешивания затем их в растворосмесителях в течение 3—5 мин до получения однородной смеси.

Золу можно использовать и в различных отделочных составах. Например, для шпаклевки внутренних поверхностей на стройках в массовых масштабах применяют так называемую «беспесчанку», представляющую собой гипсовое тесто с замедлителем схватывания. Замена золой 30 — 50% гипса не только не ухудшает качество этой шпаклевки, но даже несколько сокращает расход замедлителя.

Золу применяют в цементных растворах, служащих для заделки трещин в железобетонных конструкциях, в том числе и массивных. При этом определяющее значение имеют хорошая перекачиваемость растворов, их связность, стабильность свойств во времени, уменьшение водоотделения и сегрегации (расслоения). Зола, используемая в таких растворах, должна иметь определенные ограничения по крупности: остаток на сите 45 мкм должен составлять от 12,5 до 30%; для замоноличивания крупных полостей, выработок и т. п. можно применять золу, характеризующуюся остатком на сите 45 мкм, доходящим до 60%.

Ячеистые бетоны. Шлаковые и зольные вяжущие, как показал многолетний опыт, с успехом могут заменять в производстве ячеистобе-тонных изделий известково-кремнеземистые и известково-цементные вяжущие. Молотые топливные шлаки и пылевидные золы позволяют также заменить тонкодисперсный кварцевый песок в составе ячеисто-бетонных изделий. Наряду с автоклавной технологией при применении шлакозольных вяжущих повышенной активности представляется возможным получение ячеистых бетонов в условиях пропаривания при атмосферном давлении. В композиции с портландцементом применение высокодисперсных зол и шлаков способствует твердению ячеистых бетонов и без тепловой обработки.

Зола и золошлаковые смеси в производстве ячеистых бетонов могут использоваться как в сухом виде, так и в виде шлама

На основе бесклинкерных и малоклинкерных шлаковых вяжущих при мокром и сухом помоле, как установлено в МИСИ им. В.В. Куйбышева, возможно получение ячеистых бетонов с прочностью при сжатии 8—12 МПа при плотности 1000—1200 кг/м3, 6—9 МПа при 800—1000 кг/м3, 4-5,5 МПа при 600—700 кг/м3 и 1—2,5 МПа при плотности 300—500 кг/м3. Верхние значения прочности относятся к ячеистым бетонам, изготовленным на основе высоко- и среднекаль-циевых гранулированных шлаков, а также на основе кислых гранулированных шлаков и золы-уноса с добавкой 50—75 кг/м3 портландцемента.

Замена тонкомолотого известково-песчаного вяжущего известко-во-шлаковым или зольным позволяет снизить расход извести 2— 3 раза.

Для производства безавтоклавных газозолошлаковых бетонов желательно применение цемента с повышенным содержанием активных минералов — алита и трехкальциевого алюмината. При изготовлении автоклавных ячеистых бетонов возможно применение цементов с пониженной активностью, в том числе шлакопортландцемента и пуц-цоланового портландцемента.

Ячеистый золобетон является разновидностью ячеистых бетонов, в которых зола выполняет роль кремнеземистого компонента. По сравнению с обычным кремнеземистым компонентом — молотым кварцевым песком — зола обладает более высокой реакционной способностью, требует значительно меньших (а при достаточной дисперсности вообще не требует) затрат на измельчение и позволяет получать ячеистый бетон меньшей средней плотности. Недостатки золы как кремнеземистого компонента следующие: меньшее, чем в кварцевом песке, содержание Si02; наличие несгоревшего топлива и нестабильность химического состава. Технологические требования к золе, применяемой в ячеистых бетонах, таковы: содержание стекловидных и оплавленных частиц должно составлять не менее 50%, несгоревших частиц бурого угля — не более 3%, каменного — не более 5%; удельная поверхность 3000—5000 см2/г; набухание в воде не должно превышать 5%.

С применением золы-уноса выпускается пока примерно 10% общего объема производства ячеистобетонных изделий, причем значительную часть от этого количества составляют изделия, изготовляемые на базе сланцевой золы. Эффективное использование сланцевой золы обусловлено ее химико-минералогическим составом (свободный оксид кальция — 15—25%, клинкерные минералы — 10—15%, ангидрит —7—10%, активное стекло —30—35%), а также комплексом технологических приемов, в результате которых обеспечивается гидратация свободного оксида кальция в виде пережога до автоклавной обработки (тонкий помол золы, литьевой способ формования и выдерживания сырца при повышенной температуре в условиях, исключающих большие температурные перепады). Сланцевая пылевидная зола должна содержать оксид кальция в количестве не менее 35%, в том числе свободного СаО — не менее 15—25%, в ней недопустимо более 6% S03 и 3% (К20 + Na20).

Ячеистые бетоны с применением золы в основном выпускают в виде газозолобетонов со средней плотностью 400—1200 кг/м3. Из них изготавливают теплоизоляционные изделия, панели, блоки и плиты для наружных стен, покрытий, межэтажных перекрытий и внутренних перегородок ( 3.7).

Самым распространенным способом формования ячеистых золо-бетонов является литьевой, когда в формы заливается смесь, содержащая 50—60% воды. Основные недостатки литьевого формования: недостаточная газоудерживающая способность смеси; неоднородная плотность изделий по высоте; медленное твердение; повышенная влажность изделий после тепловой обработки и большая усадка.

Более приемлемой для производства газобетона является комплексная вибрационная технология, позволяющая за счет эффекта разжижения смеси при вибрации в процессе перемешивания и формования уменьшить количество воды затворения на 25—30%. При этом по сравнению с литьевым способом прочность газобетона возрастает на 15—25%, а усадочные деформации снижаются на 25—30%. Армирование ячеистой структуры газобетона волокнами асбеста, минеральной ваты и другими волокнами способствует снижению усадки и повышению трещиностойкости бетона. Эффективно введение в состав ячеистобетонных смесей крупного пористого заполнителя — шлаковой пемзы, керамзита, аглопорита и др., а также применение смесей с добавками поверхностно-активных веществ.

Прочность ячеистых золобетонов при сжатии составляет 0,5— 15 МПа при средней плотности 400—1200 кг/м3, а морозостойкость достигает 150 циклов. Ячеистые золобетоны на цементе имеют значительно большую стойкость, чем на извести. Негативной особенностью золобетонов является их способность к высокому сорбционно-му увлажнению, вызываемому значительной микропористостью золы. Они отличаются также большей чувствительностью к циклическому увлажнению и высушиванию, чем кирпич или тяжелый бетон. Для защиты от агрессивного воздействия атмосферы на изделия из ячеистых золобетонов наносят различные покрытия.

Экономическая эффективность ячеистых золобетонов обусловлена заменой золой песка, уменьшением в 1,2—1,5 раза расхода известкового вяжущего по сравнению с известково-песчаным и сокращением примерно в 2 раза капитальных вложений на добычу и переработку исходного сырья.

Разработана технология получения золощелочных ячеистых бетонов для устройства теплоизоляции в гражданских, общественных и промышленных зданиях. В результате проведенных исследований был получен ячеистый бетон на жидком стекле и каустифицированном содовом плаве. В качестве исходных материалов использовались зола-унос Ладыженской ГРЭС и растворимый силикат натрия. Образцы ячеистого бетона изготавливались по литьевой технологии путем смешивания золы-уноса с щелочным затворителем с последующим введением в смесь порообразователя, в качестве которого использовалась водная суспензия алюминиевой пудры. Для эмульгирования алюминиевой пудры применялись сульфанол, хозяйственное мыло. Скорость вспучивания ячеистой смеси регулировалась путем добавления едкого натра, а время схватывания — добавкой извести. Изделия из ячеистого бетона подвергались сушке при температуре 60—80 °С в течение 6—10 ч. После сушки образцы приобретают водостойкость и прочность 40—60% от марочной. При хранении в сухом состоянии прочность ячеистого бетона имеет тенденцию к возрастанию.

Для приготовления ячеистого бетона использовался каустифици-рованный содовый плав, полученный путем варки при 80—90 °С содового плава и известкового молока плотностью 1,2 г/см3. Для регулирования интенсивности взаимодействия алюминиевой пудры со щелочным компонентом в состав порообразователя вводили гидрофобные вещества (отработанное машинное масло, олеиновую кислоту), пластификатор ЛСТ, минеральный порошок. Было установлено, что в отличие от ячеистых бетонов на жидком стекле, оптимальные условия твердения бетонов на каустифицированном плаве создаются при тепловлажностной обработке.