Тема 10: Шлакощелочные бетоны и основы технологии их производства.

Оглавление

§ 1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОНЕНТОВ 2

§ 2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СВОЙСТВА ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ БЕТОНОВ 3

§ 3. ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНОВ 9

§ 4. УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНОВ 13

§ 5. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ БЕТОНОВ 20

§ 6. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНОВ 24

§ 7. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНОВ 25

§ 8. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ БЕТОНОВ 29

§ 1. Основные характеристики компонентов

Шлакощелочной бетон — искусственный камень, образующийся при твердении смеси шлакощелочного цемента, заполнителей и воды.

В качестве заполнителей в таких бетонах могут использоваться как обычные традиционные — щебень и песок, так и дисперсные — мелкие пески, супеси, легкие суглинки.

Производство изделий из шлакощелочных бетонов на крупном заполнителе практически ничем не отличается от производства портландцементных бетонов на аналогичных заполнителях, в связи с чем этим бетонам в данной работе будет уделено меньше внимания.

Особый же интерес представляют бетоны на дис­персных заполнителях. Это связано с тем, что конструктивные бетоны на основе дисперсных грунтов и портландцемента или других вяжущих на основе кальция получить не удается.

Для изготовления конструктивных бетонов на портландцементе необходимы заполнители с не­большой удельной поверхностью — щебень, гравий и крупные пески, а для песчаных бетонов — круп­ный песок.

Удельная поверхность заполнителей в бетоне на крупном заполнителе равняется 3-4, на песчаном— 20-40, а цемента — 3000-4000 см²/г. Таким образом, в бетоне на крупном заполнителе соотношение между удельной поверхностью вяжущего и заполнителя составляет приблизительно 1:1000, а в цементно-песчаном 1:100. Удельная поверхность песков изменяется от 20 до 120, пылеватых лессовидных частиц — от 4000 до 5000, а глинистых — от 15 000 000 до 1 500 000 000 см²/г.

Следовательно, удельная поверхность большинст­ва грунтов значительно превышает удельную по­верхность вяжущего — портландцемента. Новообразования же, возникающие в результате гидратации цементных минералов, в том числе и гидроокись кальция, практически не вступают в химическое взаимодействие с наиболее дисперсными глинистыми частицами грунтов. Кальциевыми вяжущими такие грунты можно только стабилизировать. Это подтверждается многочисленными исследованиями. Так, по данным В. М. Безрука, цементогрунты или грунтобетоны как на основе гумусовых, глинистых и пылеватых грунтов, так и их смесей с песками различной крупности даже при значительном расходе цемента (до 25%) имеют невысокие показате­ли механической прочности (35—180 кгс/см²), кото­рая снижается на 30—60% при замачивании образцов водой.

Данные, полученные М. Г. Мазо и др., также показали, что предел прочности при сжатии грунтоматериалов на основе супесей, суглинков и глин, стабилизированных смесью извести со шлаком, не превышает 100 кгс/см² и значительно уменьшается в водонасыщенном состоянии. Таким образом, материалы на основе дисперсных грунтов, цемента, из­вести и шлака нельзя отнести к классу конструктивных бетонов.

На шлакощелочных вяжущих можно получить конструктивные бетоны гидратационного твердения на основе дисперсных грунтов, в том числе и содержащих минералы глин. Это объясняется тем, что, как сказано выше, гидроокисид щелочных металлов, возникающие в процессе гидратации шлакощелочных цементов, способны вступать в химическое взаимодействие с минералами глин с образованием нерастворимых щелочных гидроалюмосиликатов — аналогов цеолитов и слюд, обладающих вяжущими свойствами. Поэтому продукты взаимодействия глинистых частиц с едкими щелочами являются как бы дополнительным вяжущим. Они, наряду с продуктами гидратации шлакощелочного вяжущего, частично цементируют песчаные и полностью пылеватые частицы заполнителя, поверхность которых покрывают, повышая тем самым марку шлакощелочного бетона (рис.1) и уплотняя его структуру. Едкая щелочь, кроме взаимодействия с глинистыми частицами, химически активизирует поверхность песчаных и пылеватых частиц, что позволяет использовать в виде заполнителей более мелкодисперсные заполнители, чем в бетонах на клинкерных вяжущих. В результате шлакощелочной бетон на дисперсных заполнителях представляет собой искусственный камень, каркас которого состоит из частиц песчаных фракций, подобно щебню в обычном бетоне, а мелким заполнителем служат пылеватые и наиболее мелкодисперсные песчаные частицы.

Рис.1 Зависимость прочности при сжатии шлакощелочных бетонов от содержания глинистых частиц в заполнителе

1-4 — при содержании глинистых частиц соответственно 1,2; 5,2; 6,4; 8,8%

Содержащиеся в вяжущем шлаковые стекла и минералы глин начинают взаимодействовать с едкими щелочами одновременно. Однако стекловидные силикаты интенсивней гидратируются щелочами, вследствие чего из продуктов их гидратации в щелочной среде формируются щелочные гелевидные и кристаллические новообразования. Глинистые же частицы менее интенсивно взаимодействуют со щелочами, поэтому процесс их гидратации протекает в более длительные сроки. Это приводит к тому, что оставшаяся в свободном состоянии избыточная щелочь входит в состав новообразований, возникающих на основе глинистых минералов. Кроме того, она реагирует с алевритовыми и песчаными частицами заполнителя по поверхности, активизируя ее.