Строительство

Панельное и крупноблочное строительство промышленных и энергетических объектов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Шлакобетоны по виду крупного заполнителя можно разделить на бетоны из топливных и доменных  шлаков;  в  качестве мелких заполнителей могут быть использованы измельченные шлаки или обычные пески.

Для приготовления шлакобетонов могут применяться цементы любых сортов, смешанные вяжущие и известково-силикатные вяжущие.

Дозировка материалов и некоторые рекомендации по изготовлению шлакобетонов приведены в § 5-5 и 5-6.

Значительные преимущества имеют шлакобетоны с измельченным металлургическим шлаком по показателям прочности изделий и малым расходам цемента при автоклавной обработке. По электропрогреву, к сожалению, до последнего времени нет большого практического опыта применительно к шлакобето-нам.

Некоторые авторы доказывают целесообразность приготовления шлакобетонной смеси на бегунах, ссылаясь на то, что при этом происходит обогащение шлака. Одним из преимуществ обра'ботки шлакобетонной смеси на бегунах является активация шлаков при их измельчении; на этом свойстве основано изготовление пробужденных бетонов. Получаемое при бегунном способе увеличение прочности шлакобетона бывает, по существу, излишним в малонапряженных стеновых конструкциях, толщина которых определяется в большинстве случаев не статическими, а теплотехническими условиями. В отношении же объемного веса шлакобетона, в значительной степени определяющего его коэффициент теплопроводности, бегунный способ, при котором неизбежно измельчение шлака, несомненно, дает худшие показатели, чем приготовление шлакобетона в мешалках.

Интересные результаты были получены по данным [Л. 64] при сравнении прочности образцов бетона, полученного из шлаков Ена-киевского завода, измельченных на шаровой мельнице до тонкости помола цемента, подвергнутых тепловлажностнои обработке в пропарочных камерах, в автоклаве и хранимых во влажных опилках. Образцы бетона приготовлялись из молотого шлака — от 65 до 93%, извести-пушонки — от 5 до 25 % и гипса сырого тонкомолотого —от 2 до 10%; шлакобетонная смесь для части образцов обрабатывалась 4 мин на бегунах, а для остальных перемешивалась в растворомешалке. Кубики размером 7,07x7,07X7,07 см изготовлялись трамбованием, немедленно освобождались из форм и выдерживались до пропарки 12 ч на воздухе при нормальной температуре. Часть кубиков пропаривалась в автоклаве при давлении 8 ат по режиму: подъем давления—4 ч, выдержка — 8 ч; часть кубиков — в пропарочных камерах при температуре 90° С по режиму: подъем температуры — 5 ч, пропарка — 16 ч, остывание до 40° С — 2 ч и часть кубиков хранилась во влажных опилках в лаборатории.

Кубики, подвергавшиеся тепловой обработке, испытывались на сжатие через 48 ч, а кубики естественного твердения — через 28 дней после изготовления. Результаты испытания образцов приведены в табл. 5-41. Данные табл. 5-41 указывают на эффективность тепловой обработки шлакобетона в пропарочных камерах и особенно автоклавах по сравнению с естественным твердением во влажных опилках в течение 28 дней.

Исследованиями СевказНИС и опытом треста Севкавтяжстрой по тем же данным [Л. 64] было установлено, что «пробужденные» бесцементные и малоцементные бетоны весьма чувствительны к тепловой обработке и -нуждаются в специальном режиме при обычном пропаривании, в противном случае на изделиях неизбежно появляются трещины. Для исключения появления трещин изделия до пропарки следует выдерживать в воздушно-сухой среде при температуре +50-н60°С в течение 4—6 ч, после чего в камеры подается влажный пар и температура в течение 10—12 ч доводится до 100° С; при этой температуре изделия выдерживаются 4 ч. Бетоны, пропаренные по указанному режиму, не имеют трещин и в дальнейшем весьма интенсивно повышают свою прочность [Л. 64].

Несмотря на повышение прочности при использовании бегунов, их применение для приготовления смеси шлакобетонов ряд авторов считает нецелесообразным. Так, например, Г. А. Бужевич в докладе на совещании1 по комплексному использованию доменных шлаков в строительстве (1956) [Л. 17] отметил, что применение бегунов для приготовления шлакобетонной смеси не снижает стоимости готовой продукции и не приводит к сокращению суммарного расхода заводских вяжущих (цемента, извести  и  гипса),  а  вызывает  ряд осложнении, нарушает зерновой состав и ведет к повышению объемного веса бетона. Это является .причиной слабого внедрения бегунов на производстве: так, из 55 обследованных заводов шлакобетонных камней 45 изготовляли бетонную смесь в мешалках, 4 — в мешалках или бегунах и только 6 заводов— в бегунах. Следует отметить, что и эти предприятия не отличаются большой производительностью и в основном изготовляют неэффективные сплошные камни или шлаковый кирпич.

Исследованиями б. НИИ строительной техники [Л. 135, 82] также подтверждено, что приготовление шлакобетонных смесей на бегунах хотя и позволяет несколько снизить расход цемента сравнительно с приготовлением смеои в бетономешалках принудительного действия (при той же прочности бетона), но вызывает: а) увеличение объемного веса бетона на 25—30% и соответственно увеличение коэффициентов теплопроводности, а следовательно, необходимой толщины стены. В результате расход вяжущих на 1 ж2 стены практически одинаков; б) увеличение (до 70%) расхода шлака на 1 м2 стены; в) неоднородность структуры материала в крупных изделиях и как следствие неоднородность механических и теплофизических свойств; г) увеличение (примерно в 3,5 раза) расхода электроэнергии (на 1 м2 стены).

Мы также считаем, что не следует переоценивать роль бегунов в производстве шлакобетонных изделий, и особенно для наружных стен. В подавляющем большинстве случаев нецелесообразно применять бегуны для приготовления легких бетонов вообще и шла-кобетонов в частности.

Для будущих заводов с комплексной механизацией всего производства необходимо более совершенное и высокопроизводительное оборудование для .изготовления шлакобетонных смесей.

1. В Полтавском инженерно-строительном институте совместно с трестом Донбассжелезобетон разработан новый способ скоростного перемешивания шлакобетонных смесей с одновременным вибрационным воздействием и пропусканием через смесь электрического тока.

По этому способу смесь шлакобетона, изготовленная в обычном смесителе, загружается в горизонтальный барабан, внутри которого вращается со скоростью 1 440 илг 2 860 об/мин разбалансированный ротор. Ротор отбрасывает частицы смеси на внутреннюю поверхность барабана и одновременно вызывает вибрацию барабана, закрепленного .на упругих прокладках, в результате чего частицы  смеси  не  прилипают  к  по-

 верхности барабана, а вновь попадают на ротор. При ударе зерен шлака о ребра и между собой менее-прочные из них измельчаются, а вибрационное воздействие способствует увеличению трещин и размельчению» шлака. Кроме того, достигается равномерное обволакивание шлаковых зерен коллоидными частицами. Переменный ток напряжением 36 в, пропускаемый через-смссь, способствует диффузии воды и активизирует" процесс гидратации. Наряду с этим появляется большое количество отрицательно заряженных участков,, абсорбирующих известь, что способствует увеличению-прочности конечного материала. При опытах был' принят следующий состав смеси: портландцемент активностью 440—10% от веса шлака; водошлаковое отношение— 13%. Средняя прочность образцов после про-паривания при режиме 4 + 4 + 4 ч составила 95— 101 кГ/см2 без пропускания тока, а при пропускании тока — 124—126 кГ/см2 [Л. 76].

Этот описанный в общих чертах новый метод-приготовления шлакобетонных смесей, конечно, нуждается в доработке как в части технологического режима,, так и оборудования, а равно более глубокой технико-экономической оценке сравнительно с другими способами.

2.         Уплотнение    шлакобетонных    смесей    исследова

лось   Днепропетровским   филиалом   ЮЖНИИ.   Резуль

таты  опытов   показали,  что   при  виброуплотнении  рост

прочности  шлакобетона  намного   опережает  увеличение-

его объемного веса. Так, при вибрировании шлакобето

на в течение 2 мин на виброплощадке с вибропригрузом:

прочность  бетона  возрастает  на  30%,   а  объемный  вес-

только   на   17%   по   сравнению   с   уплотнением   сравни

тельно легким вибратором типа ВВГ-2 с металлической"

плитой.   Таким   образом,   очевидно,   что   при   укладке-

легких    шлакобетонов   в   элементы,   несущие    нагрузки

(в   том   числе   и   для   несущих    и    самонесущих    одно

слойных   стеновых   панелей   и   блоков),   целесообразно,

применять совершенные способы интенсивного  уплотне

ния смесей [Л. 32].

3.         А.  В.   Волженский  и   И.   А.   Ильченко   прив-одяг

данные   исследований   по   выбору   основных   технологи

ческих     параметров     производства     шлакобетона     на-

вяжущих   из   топливных   гранулированных   шлаков,   со

держащих  несгоревших  частиц  до  3%   и  глинозема  до<

30%.

Вяжущее в количестве 400 кг на 1 ж3 шлакобетона, составленное из гранулированных топливных шлаков в количестве 85%, негашеной извести 10% и.1 двухводного гипса 5%, готовилось совместным помолом-до остатка 6—8% на сите № 0085; в качестве заполнителя  применялся шлак Каширской ГРЭС фракций: 5—20 мм — 50% (по объему); 1,2—5 мм — 25% И' 0,15—1,2 мм — 25%. Уплотнение шлакобетонной смеси осуществлялось      на   ,   лабораторной     виброплощадке-

в течение 30 сек с пригрузом в 25 г/смг. Тештовлаж-ноетвая обработка пропариванием проводилась при 95—100° С. Подъем температуры продолжался 3 ч. Предел прочности при сжатии шлакобетона определен на образцах 20X20x20 см. После 13 ч прогрева шлакобетон имел прочность при сжатии 106 кГ/см^, у (объемный вес) = 1 430 кг/ж3 (в высушенном состоянии), водопоглощение—11,2—13,1%, морозостойкость,— до 35 циклов и воздухостойкость — после 75 циклов переменного увлажнения и высушивания снижение прочности менее 15%. После хранения на воздухе-в течение 28 дней при относительной влажности 70— 80% имел место прирост прочности на 12—15%,.. Увеличение продолжительности пропаривания приводит к значительному упрочнению шлакобетона. Особенно резкий рост прочности наблюдается при удлинении прогрева с 10 до 15 ч при 95° С, при этом прочность возрастает на 40—50%. Дальнейшее увеличение времени паропрогрева дает относительно меньший прирост 'прочности. Поэтому рациональная продолжительность тепловлажностной обработки шлакобетона на бесцементных вяжущих из топливных гранулированных шлаков при 95—100° С должна лежать в пределах 13— 15 ч [Л. 20].

Изготовленные по описанной технологии опытные партии крупных стеновых блоков хранились на открытой площадке и при испытаниях показали хорошие результаты. Проведенные исследования показывают, что этот материал может быть применен в крупнопанельном строительстве.

4. Опыт изготовления изделий из шлакобетона с электропрогревом весьма ограничен. Известен опыт треста Мосэнергострой, применявшего электропрогрев, при изготовлении блоков. Формование изделий производилось на шлифованном бетонном полу цеха в форме из двух продольных металлических и двух поперечных деревянных бортов.

После уплотнения шлакобетон выдерживался в течение 4 ч. Участок, подготовленный к электропрогреву^ огораживался, затем к металлическим бортам опалубки, служившим поверхностными электродами, подключались кабели, после чего включался тюк напряжением в 120 в [Л. 80]. По мере твердения удельное сопротивление шлакобетона возрастало и напряжение тока  увеличивалось до  220  в.

Электропрогрев изделий при температуре 80* С производился зимой по режиму 4+16 + 4 ч, при этом блоки приобретали 60—70% заданной прочности, а в период положительных температур — по режиму 4 + 8 + 4 ч и изделия приобретали прочность, равяук» 50—55% от заданной. Расход электроэнергии состава ляет 60—70 кет  ч на 1 ж3 изделия [Л. 80].

Необходимо строго соблюдать заданную температуру электропрогрева. В случае быстрого роста температуры электрический ток отключается; снятие напряжения на час давало снижение температуры на 3—4°. Для ускорения процесса твердения в бетон добавлялся хлористый кальций  в количестве 2%   от веса цемента-.

При больших размерах стеновых блоков (вес 3—-4 т) подъем температуры производился в течение 2— 4 ч. Изотермический прогрев при температуре 85—-90° С продолжался в течение 8—10 ч. Влажность шла--кобетона после электропрогрева находилась в пределах 10—15%. При паропрогреве конечная влажность значительно выше. Это обстоятельство существенно» влияет на качество стеновых элементов и на их теплопроводность.

Расход электроэнергии составлял 70—10О квт-ч на  1 ж3 шлакобетона. При наличии достатстгога квянь

чеетва электроэнергии применение электропрогрева оказывается экономически целесообразнее, чем паропро-грев. При дальнейшем усовершенствовании технологии электропрогрева расход электроэнергии может сократиться.

При использовании шлакобетона для наружных стеновых панелей и блоков важнейшими вопросами являются атмоефероустой-ЧЙВОСТЬ и долговечность этого материала, С. А. Миронов указывает, что при сооружении зданий высокой степени капитальности шлакобетон может применяться только при соблюдении следующих условий:

высоком качестве шлака и, в частности, ограничении содержания   несгоревшего   угля;

предохранении шлакобетона от непосредственного воздействия влаги, особенно при совместном действии влаги и мороза;

защите наружных поверхностей стен штукатуркой из паропроницаемого неплотного известкового или 'Известково-цементного раствора; применение жирной цементной штукатурки, задерживающей конденсирующуюся влагу, мигрирующую от теплой поверхности к охлаждаемой, не способствует сохранности шлакобетона, и такого рода штукатурка во многих случаях отпадает [Л. 68].

Ниже приведены составы, свойства и способы приготовления шлакобетона на производстве и по данным некоторых исследований.

I. При строительстве производственных и жилых объектов я г. Ангарске применялись стеновые блоки из газогенераторных шлаков черемховских углей и смеси шлаков с золой ТЭЦ. Газогенераторный шлак содержит 2—4%, летучих веществ; в крупном шлаке 8—10% непрореагировавшей массы, в. мелком — 2—4%; размеры зерен шлака 20—80 мм.

Газогенераторный шлак имеет особую структуру —• поверхность зерен хорошо обожжена, минеральная часть на поверхности частично спекшаяся, частично вспучена, а иногда немного остеклована, в глубине зерен имеется органическая масса; ее тем больше, чем крупнее зерно шлака. Мелкие зерна органического вещества не содержат. Минеральная часть полукокса имеет слоистую структуру, характерную для черемхов-еких каменных углей. Газогенераторный шлак неморозостоек, разрушения зерен начинаются после 5—6 циклов замораживания и оттаивания:, после 10 циклов потеря в весе достигает 7—10%.

Эти свойства исходного материала определили и низ-кие прочностные показатели и стойкость шлакобетона. Тепловлаж'ностная обработка производилась электропрогревом. При изготовлении в мешалках морозостойкость шлакобетона оказалась неудовлетворительной: при испытании разрушение образцов начиналось после 5—8 циклов, а предел прочности на сжатие составлял 25—40 кГ/см2 при расходе вяжущего около 200 KefM3. Увеличение расхода вяжущего до 300 кг/м3 почти не повышало прочность. Водопоглощение шлакобетона колебалось в пределах 25—31% по весу.

При перемешивании шлакобетонной смеси на бегунах разрушались крупные и слабые зерна шлака, при ;этом улучшалась его структура, так как пелыми оставались более прочные зерна, но увеличивалось количество мелких частиц.

После обработки на бегунах М-112 в течение 5 мин количество зерен размером менее 0,5 мм увеличивалось до 37%, а количество зерен крупнее 20 мм уменьшалось до 2—5%.

Шлакобетон, смесь которого перемешивалась на бегунах при расходе цемента 120 кг/м3 и молотой извести-кипелки 60 кг/м8, имел следующие показатели: объемный вес — в естественном состоянии в среднем 1 490, а в сухом состоянии 1 370 кг/м3; предел прочности при сжатии 100—120 кГ/см2; морозостойкость — 15 циклов, некоторые партии выдержали 25 циклов; водопоглощение   (по   весу)    14—17%.

В Ангарске изготовлялись крупные блоки из смеси 50% газогенераторных шлаков и 50% золы ТЭЦ. Прочность шлакозолобетона и его морозостойкость были такими же, как и у блоков, изготовленных из одного газогенераторного шлака.

2. На одном из крупных уральских строительств в течение ряда лет широко применялись крупные стеновые шлакобетонные блоки марки 75 на шлаке Челябинской ТЭЦ, с объемным весом не более 900 кг/м8 в сухом состоянии и содержанием несгорев-шего угля не более 15% по весу.

Шлак не фракционировался. Крупность шлака характеризуется проходом через сито 5 мм до 70% при наибольшей крупности 20 мм. Применявшиеся составы шлакобетона различных марок приведены в  табл.  5-44.

Основные   свойства   шлакобетона   на   челябинских шлаках приведены в табл. 5-45.

3.         В    тресте   Закавказметаллургстрой    применяется шлакобетон   марок 50, 75,  100,  150 и 200 из доменного гранулированного    шлака    Руставского    металлургического завода  с  расходом  цемента  марки  400   (соответственно):    160,   185,   240,   280   и   380   кг/м3.   Объемный вес   бетонов   марок   до   100 — около   1800   кг/м3,   бетонов более высоких марок 1 900—2 000 кг/м3. Из шлакобетона  изготовляются  стеновые   блоки,   перегородочные плиты,    перемычные    блоки    и    многопустотные    плиты перекрытий.  Из шлакобетона  марки   100 изготовлялись дымовентиляционные  блоки.

4.         В   Днепропетровском   филиале   ЮжНИИ   проведены исследования легких бетонов на гранулированных или вспученных  металлургических шлаках с добавками лессовидных суглинков и золы в количестве 30—60% от объема  цемента;   при  добавке   суглинков  в  количестве 30%  от объема цемеята увеличение прочности происходило  на 35%  при увеличении объемного  веса  всего  на 2—5%.  Было  установлено  также,  что  при применении в- качестве заполнителя для бетонов марок 50—100 смеси  гранулированного шлака  и  щебня  из  отвальных  доменных   шлаков   крупностью   5—40  мм  удается   сократить расход цемента на 68—107 кг/м3 по сравнению со шлакобетоном  на  гранулированном  шлаке  [Л.  32].

5.         Исследованиями   б.   Уральского   филиала   АСиА СССР  установлена  возможность применения  феррохро-мового  шлака   для   изготовления   легких   бетонов   для стеновых    панелей    с    предварительным    запариванием шлака в  автоклаве в  течение 8 ч при давлении 8 ат. При этом образцы шлака разрушениям не подвергаются  и набирают высокую прочность. При  расходе   30— -35%   шлака  и  70—65%   тонкого песка-маршалита образцы из пластичного теста после запаривания" в автоклаве имеют   прочность   200—250   кГ/м?   при   объемном   весе 1 400—1 600  кг/м3  [Л.   120].