Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Шлаковыми вяжущими веществами, используемыми обычно для изготовления изделий, подвергаемых тепловой обработке в автоклавах при 175—200 °С, называют продукты совместного тонкого измельчения нестандартных гранулированных или медленноохлажденных (отвальных) шлаков черной и цветной металлургии или шлаков электротермической возгонки фосфора и т.д. с  активизаторами   их  твердения (портландцементным клинкером, известью и гипсом).

Для изготовления этих вяжущих можно применять топливные гранулированные шлаки, шлаки электротермической возгонки фосфора, а также золы, особенно содержащие до 20—40 % СаО. Обычно цемент или известь вводят в шлаки в количестве 10—20%, а гипс — 3—5 % по массе вяжущего. Иногда добавляют и 10— 15 % кварцевого песка.

Разработке составов этих вяжущих и технологии автоклавных изделий из них способствовали многочисленные исследования П. И. Боженова, П. П. Будникова, Ю. С. Бурова, 10. М. Бутта, Б. Н. Виноградова, А. В. Волженского, Е. А. Галибиной, Г. В. Гем-мерлинга, К. В. Гладких, В. С. Горшкова, Н. Л. Дйлакторского, И. А. Иванова, Э. Г. Оямаа, В. Н. Попко, Г. В. Пухальского и др.

Активность шлаковых вяжущих для бетонов автоклавного твердения зависит от многих факторов. Она, как правило, уменьшается с изменением минерального состава исходных шлаков в последовательности, данной Б. Н. Виноградовым.

Наличие в шлаках значительного количества фаз, способных самостоятельно твердеть (алюмоферриты кальция, |3-C2S или основное шлаковое стекло), создает предпосылки к использованию этих вяжущих при обычных температурных условиях твердения или, что, несомненно, лучше, при пропаривании при 90—95 °С.

Если же шлаки состоят из менее активных компонентов (мёрвинит, Y-QS, монтичеллит, анортит, ранкинит, a-CS, фаялит и т. п.), неспособных взаимодействовать с водой и твердеть при 20—100°С, то требуемого эффекта твердения часто достигают, применяя тепловлажностную обработку в автоклавах паром под давлением 0,8— 1,5 МПа (174,5—200 °С). В этом случае вяжущие вещества из неактивных и малоактивных шлаков при испытании автоклавированных образцов из пластичных растворов состава 1 :3 характеризуются часто прочностью на сжатие 20—30 МПа и более. Нежелательными компонентами шлаков являются свободные СаО, MgO, а также MnS и FeS, отрицательно влияющие на свойства получаемых вяжущих веществ.

Получение шлаковых вяжущих веществ, твердеющих при тепловлажностной обработке, мало отличается от производства известково-шлакового или сульфатно-шлакового цемента. Необходимо лишь указать, что при дроблении мартеновских, ваграночных и некоторых других шлаков следует отделять металлические включения магнитными и другими сепараторами. Это предотвращает возможные поломки дробильного и помольного оборудования и способствует возврату значительного количества металла. Так как отвальные шлаки, особенно мартеновские и ваграночные, размалывать труднее, чем гранулированные, то дробить их следует до частиц размером 3— 5 мм.

При совместном помоле шлаков с добавкой негашеной извести в количестве 15—20 % их можно не сушить при влажности не более 1—4 %.

Шлаковые вяжущие вещества размалывают до остатка на сите № 008 не более 10—15 %, однако желательно измельчать их до остатка 3—5 % •

Твердение шлаковых вяжущих в условиях тепловой обработки обусловлено в основном гидратацией составляющих шлака. Введение в вяжущее небольшого количества добавок, а также, главным образом, повышенная температура тепловой обработки ускоряют взаимодействие компонентов шлака с водой.

В вяжущих из кислых топливных гранулированных шлаков с добавками извести при обработке паром в автоклавах образуются низкооснбвиые гидросиликаты кальция типа CSH (В). При твердении этих вяжущих в условиях тепловой обработки при 90—95°С цементирующие новообразования возникают первоначально в высокодисперсном гелевидном состоянии. При автоклавной обработке новообразования приобретают тонкокристаллическое строение.

Истинная плотность известково-шлаковых вяжущих колеблется в пределах 2,8—3,5 г/см3 и зависит, главным образом, от вида шлака и соотношения между шлаком, известью и гипсом. Плотность в рыхлонасыпном состоянии 1000—1300, в уплотненном—1500—1800 кг/м3.

Водопотребность шлаковых вяжущих почти такая же, как и портландцемента  и  шлакопортландцемента.   Она возрастает с увеличением тонкости помола.

Сроки схватывания этих цементов зависят от содержания молотой негашеной извести, вводимой в шлак при помоле в качестве активизатора. С увеличением ее количества сроки схватывания цемента сокращаются. Добавка гипса, как правило, замедляет сроки схватывания этих вяжущих. Вводя 3—5% гипса и применяя гидратную известь, можно регулировать сроки их схватывания в соответствии с требованиями ГОСТ 10178—76 (с изм.).

Равномерность изменения объема шлаковых вяжущих обычно отвечает требованиям норм на шлаковые цементы. Лишь в отдельных случаях, главным образом при применении мартеновских шлаков, возможны неравномерные деформации вследствие гидратации присутствующих иногда в них свободных оксидов кальция и магния. Неравномерность изменения объема при обработке в автоклавах устраняют, вводя в вяжущее тонкомолотый кварцевый песок или активные кремнеземистые добавки.

Прочность рассматриваемых шлаковых вяжущих веществ в затвердевшем состоянии колеблется в широких пределах 10—40 МПа (при определении ее на образцах из пластичного раствора) и зависит главным образом от вида применяемого шлака и условий тепловлажностной обработки. Наибольшую прочность приобретают эти вяжущие при автоклавной обработке паром под давлением 0,8—1,5 МПа (изб.), поэтому их следует применять в первую очередь для изготовления автоклавных ячеистых и плотных бетонов.

Твердение этих вяжущих при повышенных температурах, способствующих кристаллизации цементирующих новообразований (особенно при автоклавизации), предопределяет пониженную их усадку при длительном пребывании на воздухе и набухание во влажной среде. Плотные бетоны автоклавного твердения на шлаковых вяжущих дают меньшую усадку и набухают не так сильно, как бетоны на портландцементе, твердеющие в нормальных условиях.

Тепловыделение при твердении этих вяжущих небольшое и зависит в основном от содержания в них негашеной извести. Так как твердеют эти вяжущие лишь в условиях тепловой обработки, то тепловыделение не влияет сколько-нибудь существенно на развитие температурных деформаций в бетоне. Они определяются прежде всего интенсивностью нагревания и охлаждения изделий в процессе тепловой обработки.

Шлаковые вяжущие стойки по отношению к воздействию мягких и сульфатных вод. Объясняется это отсутствием в затвердевшем цементном камне гидроксида кальция в свободном состоянии, а также тем, что глинозем связывается  преимущественно  в соединения   пониженной основности или в гидрогранаты. Стойкость их против указанных воздействий зависит и от вида используемого шлака.

Выщелачивание водой цементирующих новообразований в автоклавных бетонах значительно замедляется при введении в вяжущее тонкомолотого кварцевого песка (Ю-15%).

Бетоны на этих вяжущих достаточно морозостойки. Как правило, они выдерживают не менее 35—50 циклов замораживания и оттаивания. При прочих равных условиях наиболее морозостойки автоклавные бетоны на вяжущих из доменных и мартеновских шлаков. Бетоны на вяжущих из шлаков цветной металлургии, обработанные паром при 80—100 °С, выдерживают обычно лишь 10— 15 циклов. Автоклавная обработка этих бетонов повышает морозостойкость до 35—40 циклов.

Степень сохранности стальной арматуры в бетонах на этих вяжущих ниже, чем в бетонах нормального твердения из портландцемента. В частности, коррозия стальной арматуры значительно усиливается при эксплуатации железобетонных конструкций в воздушной среде с относительной влажностью более 75 %, а также при попеременном увлажнении и высыхании бетона, поэтому для сохранности арматуры в бетонах на шлаковых вяжущих, работающих в указанных условиях, ее необходимо покрывать противокоррозионными обмазками.

Шлаковые вяжущие вещества можно успешно использовать вместо портландцемента, шлакопортландцемента и извести для производства в заводских условиях сборных бетонных и железобетонных изделий — стеновых блоков и панелей, панелей перекрытий и покрытий, лестничных маршей, площадок и др. Применение шлаковых вяжущих способствует снижению стоимости изделий и экономии более дорогих обжиговых вяжущих веществ.