Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Новопашин А.А. Минеральная часть поволжских сланцев. Теоретические основы формирования строительных материалов и опыт применения их в строительстве

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

12.58 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 137 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Таблица 3.8

Влияние тонкости помола золы Сызранской ТЭЦ на равномерность изменения объема

		Равномерность изме
Удельная	Удельный		нения объема
Удельная						Поведение		при хранении
поверх
поверх	вес, г / е ж 3
н о с т ь смг\г		в	парах	в воде
		в	парах	в воде
3 800	2,39	Н/В		Н/В	Не	отлеживается
	2,51	ВЫД.		выд.
6100	2,51	То же		То же	То же
7100	2,54		»	»	Отлеживается		за 60	суток
9 300	2,63		»	>	Отлеживается		за 9	суток
10540	2,70	в ы д .		выд.	Вылежки не требует
		выд.		выд.
11700	2,72	То же		То же	То же
П р и м е ч а н и е .		В графе		«Равномерность изменения объема»					в числителе
показаны	результаты	испытания		по ГОСТ 970—61, в			знаменателе — результаты
.испытаний лепешек после 3-суточной выдержки.
ло-прежнему остается очень низкой. С увеличением									продолжи
тельности вылежки			(рис.	26),	в	процессе	которой		свободная

известь гасится за счет реакции с влагой воздуха, активность зо


лы	как вяжущего увеличивается и к 6 суткам достигает 375 кг/см2 ,
что	соответствует портландцементу марки «300». В дальнейшем
за	счет гидратации и карбонизации основного фонда			активных
•составляющих молотой золы		активность	ее начинает	понижать
ся	так же, как и других гидравлических		вяжущих.
	Как видно, размол золы позволяет получить высокоактивное
вяжущее, так как активность		его определяется тем, что при из

мельчении золы создаются не только благоприятные условия для


своевременной гидратации значительной части свободной										извести,
но и	новые гидравлически			активные		поверхности		зерен.		Вместе
с тем	гидратация	извести		в	свежеразмолотой			золе,	вызывая
объемные деформации,			способна значительно снизить активность
						вяжущего и уменьшить					дол
						говечность		изготовляемых
						на основе золы изделий.
						Расширяемость			зольного
						цементного камня и связь ее
						с равномерностью изменения
						объема	были объектом				все
						стороннего		изучения.			На
						рис. 3.11 изображена				схема
						прибора, позволяющего					од-
				8	Т,сути	новременно замерять				расши-
				8	Т,сути	рение	цементного		камня и
Рис.	26. Влияние вылежки		молотой		золы	'фиксировать		температуру
	на ее активность	как вяжущего.				внутри образца. Прибор СО-

«0

стоит из двух металлических цилинд

ров диаметром

50 и высотой 100 мм.

Первый цилиндр, служащий для за

мера

объемных

изменений,

имеет

подвижный

поршень, в который упи

рается ножка

индикатора,

установ

ленного в штативе. Второй цилиндр

служит для замера температур. Оба

цилиндра

заполняются

цементным

тестом на 0,8 'Высоты и помещают

ся в сосуде

водой,установленный на

нагревателе.

Во

втором

цилиндре

для

фиксирования

температуры

тесто вставляется

термометр. После

этого включается

нагреватель, и во

да в

сосуде

нагревается

до

100°С.

Показания

термометра и

индикато

ра фиксируются

до тех пор, пока

не

прекращается

расширение.

Рис.

27. Схема

прибора

для

Изучение расширяемости сланце-

определения

расширения

слан-

зольного

теста

и формирующегося

цезольного

камня

при

твер

цементного

камня

показало, что она

дении.

находится в прямой связи с равно

мерностью

изменения объема-

и зависит

от ряда

факторов.

На

рис. 28,а показана зависимость

расширяемости

цементного

кам

ня от степени измельчения золы. Как видно, наиболее

интенсивное

расширение

происходит ів течение

.первого часа

твердения,

затем

оно

замедляется

и через

два

часа

прекращается. С

увеличением

тонкости помола абсолютная величина приращения объема умень


шается, но даже		у золы с удельной		поверхностью			F = 10 500cM2 /r
она остается довольно значительной.
Послепомольная			вылежка в закрытой таре, имитирующая							си
лосование	в производственных условиях,				способствует			уменьшению
расширяемости. На рис. 28, б представлены						результаты			опытов
по определению		влияния силосования			на	расширяемость				при
твердении	золы,		размолотой	до	удельной			поверхности
F=6450 см2 /г. Эти			опыты свидетельствуют о том, что					при доста
точно длительной		вылежке в силосах			основная		масса		свободной

извести в золе может быть гидратирована даже при сравнительно


невысокой	степени		измельчения.
Сопоставление данных о степени измельчения, длительности
силосования	и	равномерности изменения объема			(табл.	3.8 и
рис. 27) показывает,			что без силосования	молотая	зола облада
ет равномерностью			изменения объема только при размоле			до ве
личины удельной		поверхности не менее 10 000 см2 /г. Таким				обра
зом, судя по данным, приведенным на				рис. 28, а,	равномерно

стью изменения объема обладает такое сланцезольное вяжущее,

расширяемость которого	не превышает 2,5%.	В тех случаях, ког
да имеется возможность	для достаточного ио	продолжительности


вылеживания,		требования		к тонкости помола могут быть				сниже
ны	до F=7000 см2 /г.
	Уменьшение	расширяемости			с	увеличением	тонкости	помола
опровергает мнение			некоторых		исследователей,		утверждающих,
что	расширяемость		золы	является		следствием	кристаллизации

гидросульфоалюмината кальция. Образование и кристаллизация гидросульфоалюмината определяются количествами реагирую щих веществ и условиями среды. В данном случае условия среды

не зависят от	тонкости	помола	золы, а	количество		реагирующих
веществ увеличивается с		ее увеличением. Следовательно, если бы
' расширяемость	зольного	камня	была	следствием		образования
гидросульфоалюмината,		то она	должна	была	бы	увеличиваться
с увеличением тонкости помола, чего в опытах не наблюдается.
Зависимость равномерности изменения объема и расширяемо
сти сланцезольного вяжущего при твердении					от гашения свобод

ной СаО золы подтверждает высказанные выше соображения от носительно процессов формирования сланцезольного цементного

камня. Размол золы, обнажая законсервированные в стекле	зер
на извести, обеспечивает ее быстрое гашение, вследствие	чего
процессы структурообразования начинают превалировать	над

деструктивными процессами. Отсюда следует, что ускорение га шения извести и стимулирование структурообразования должны способствовать улучшению свойств золы как вяжущего.

Изучение влияния добавки к золе хлористого кальция, кото рый обычно ускоряет гашение извести, показало, что добавка 3%

его обеспечивает приобретение равномерности изменения	объема,
то есть снижение расширяемости до 2,5% после 2-часовой	выдер-

жки- В тех случаях, когда ДѴ, продолжительность вы держки перед пропаркой может быть увеличена, снижение расширяемости до допустимой величины достигается и при мень шей величине добавки хлористого кальция.

Добавка	к молотой золе
портландцемента		также
уменьшает расширяемость
вяжущего	(рис.	29)-
В этой серии опытов осо
бенно наглядно проявляет
себя борьба	двух	тенден

ций, о

которых говорилось

30 40

90 100

выше.

Принцип

адди

тивности

расширяемости

Содержание

клинкерах

Рис. 29.

Влияние

добавки

клинкера

' на

двух вяжущих в смеси не

соблюдается: при

содер

расширяемость молотой золы

жании

смеси

от 0 до

(F—6450 см2 /г).

.30% портландцемента

преобладают

деструктивные

процессы

цементный

камень

сильно

расширяется;

при

большем

содер

жании

портландцемента

более 30%

определяющей становится

его

способность к твердению, в результате чего

расширяемость

резко

уменьшается. Судя по величине расширяемости, оптимальное со

отношение между клинкером и молотой до	такого состояния зо
лой должно быть равно 1:1.
При использовании подобного рода зол	в качестве добавки к

лортландцементам без домола очень часто прибегают к их тепловлажностной обработке, или, как принято говорить, гашению. Га шение золы производят в автоклавах различных конструкций. Так, например, для гашения прибалтийских зол используются бараба ны-самозапарники, в которых необходимая температура и давле

ние	пара	создаются	за счет тепла, выделяющегося при	гидрата
ции	окиси	кальция.
	Для гашения зол		поволжских сланцев этот способ	не приго

ден, так как содержание свободной СаО в них в два раза меньше, чем в прибалтийских. Кроме того, при гашении золы гидратируется не только свободная известь, но и другие активные состав ляющие, обусловливающие высокие вяжущие свойства зольных вяжущих. Опыты, проведенные с целью определения влияния предпомольного гашения золы на активность вяжущего, показали

(рис. 30),	что	каждый	час пропарки дает снижение		активности
вяжущего	на	8—9%.	Поэтому представляется	целесообразным
подбор такого		режима	обработки золы, при	котором	устраня

лось бы вредное действие гашения извести и не терялась актив ность ее как вяжущего, то есть в борьбе разрушающих и струк-

турообразующих

процессов

в цементном

камне,

кото

рых

говорилось

выше,

по

следние

с самого

начала фор

мирования

цементного

камня

были

преобладающими.

Изучение

влияния

комби

нированной

обработки

золы,

то

есть

пропарки

различной

продолжительности

после

дующего

помола

показало,

что

эти

способы

обработки

взаимозаменяемы:

увеличе

ние

продолжительности

про

парки на один час для

обес

печения

равномерности

изме

нения

объема

равноценно

уменьшению

тонкости

помо

ла,

соответствующему

при

мерно

700 см2 /г.

Все это вместе взятое дает

основание для вывода о же

лательности

пропарки

золы,

но

ограничивает

ее

продол

Рис. 30.

Влияние

предпомольной

жительность

до

минимума,

определяемого

возможностя

пропарки и

тонкости помола

золы

на расширяемость

зольного

вяжу

ми

помола.

щего.

При

рассмотрении

химиче

ской

активности

сланцевой

золы было показано, что она способна

присоединять

к себе

СаО,

то есть она ведет себя так же, как и

многие активные минераль

ные добавки, применяемые в производстве

известково-пуццолано-

вых вяжущих и пуццоланоквых портландцементов.

Наличие

золе

собственной

свободной

извести

приводит

тому,

что

добавленная извне

СаО начинает

связываться

толь

ко

через

7—10

суток после

затворения.

Поэтому в

первый

пери

од твердения известково-зольных вяжущих добавка извести-пу шенки уменьшает расширяемость цементного камня пропорцио нально содержанию ее в смеси.

Если эффективность добавки извести в золе рассматривать с точки зрения получения максимальной прочности, то оптималь ная величина ее зависит от продолжительности контрольного вре мени: в первые сроки твердения избыток извести снижает актив ность смешанного вяжущего, а в более отдаленные — увеличива ет ее. В стандартном известково-зольном вяжущем, активность которого определяется по прочности раствора 1:3 в 28-дневном возрасте, добавка извести должна обеспечивать суммарное со держание СаО, определяемое прямым титрованием, в пределах от 15 до 20%.

Специфика

минералогического состава сланцевой

золы

(нали

чие

в ней гидравлически

активных

компонентов

гипса)

де

лает

особенно эффективным применение

ее в композициях с порт

ландцементом. О том, что добавка

сланцевой

золы

портландце

менту оказывает положительное воздействие на его

твердение,

известно

давно.

Автором

установлено,

что

зола

поволжских

сланцев

не является исключением

из

этого

правила:

добавка

30—35%

ее

портландцементу

не только

не

снижает

его

активности как вяжущего, но иногда даже увеличивает

ее. У не

которых

цементов

увеличение активности

не связано

условиями

твердения, но чаще всего оно наблюдается только при термовлаж-


ностной		обработке.	Как правило, наибольший				эффект	в	любых
условиях		твердения	дает применение портландцементов					с	повы
шенным		содержанием		С3 А. К этой группе		• относятся и		цементы
Жигулевского цементного завода. Видимо, в данном случае									при
чина	положительного			эффекта	заключается в удачном сочетании
С3 А	цемента и CaS04			золы,	образующих	гидросул-ьфоалюминат
кальция,		входящий	в	состав	кристаллического		каркаса	цемент
ного	камня.

Об образовании гидросульфоалюмината кальция свидетельст вуют изображенные на рис. 31 графики изменения состава жид кой фазы в твердеющем золопортландцементном камне. В ес


тественных			условиях	твердения		жидкая	фаза	композиций с
малым		содержанием клинкера			характеризуется постепенным увели
чением		содержания О Н - и SO42"" ионов, так как процесс							образова
ния	гидроалюминатов			протекает		медленно, а количество их, об
разующееся			при гидратации		клинкерных		зерен,	очень	невелико.
При	пропарке свободная известь					быстро	связывается		в гидроси

ликаты, вследствие чего количество гидроксильных ионов в раство ре уменьшается, а сланцевая зола обогащает его ионами SO42 - . Увеличение содержания в золопортландцементе клинкера изменя

ет баланс продуктов	гидратации	в пользу С а ( О Н ) 2		и С3 АН6 .
Гидроокись кальция,	реагируя с	хорошо	растворимыми	соедине
ниями типа R2SO4, образует CaS04 -2H2 0			взаимодействие кото
рого с СзАН6 дает гидросульфоалюминат			кальция. Все это в ко

нечном счете приводит к почти полному исчезновению из раствора ионов SO*2 - . ДТА цементного камня из сланцевой золы и двух золопортландцементов с различным содержанием клинкера (рис. 32) также фиксирует присутствие значительных количеств гидросуль


фоалюмината при гидратации золоклинкерных				композиций.
В	цементном	камне	из чистой молотой золы в		первые	часы
твердения содержание			гидросульфоалюмината	(эндотермический
пик при 145°С) невелико: преобладает содержание					двуводного
гипса	(эндотермический		пик при 170—180°С),	образующегося за
счет	гидратации	ангидрита и реакции между		K2SO4 и известью.
С течением времени количество гидросульфоалюмината						посте
пенно увеличивается, а			гипса — уменьшается,	но все же он сов

сем не исчезает. Полное превращение гипса в гидросульфоалю минат задерживается потому, что из-за недостатка свободной

3-9089

Рис. 31. Изменение состава	жидкой	фазы в твердеющем цементном камне из	золопортландцементов состава:
а — золы 80: клинкера 80	(условия	естественные); б— золы 20: клинкера 80	(при пропарке), в — золы 60:
		клинкера 40 (твердение естественное).

Рис. 32. Кривые ДТА цементного камня из молотой золы (а) и золопортландцементов: состава 80:20 (6) и 60 : 40 (в); 1—8 час, 2—1 сутки,

3 — 3 суток, 4 — 7 суток, 5 — 28 суток, 6 — 1 год.

СаО	не образуется		достаточное	количество		гидроалюминатов
кальция.
На	кривой	ДТА	цементного	камня из	20%	клинкера	и 80%
золы	при низких температурах			наблюдается		один эндотермичес
кий эффект с		максимумом 160—165°С, соответствующий,					вероят
но, фазе X — гелю сульфатсодержащих соединений. Увеличение
содержания		клинкера в вяжущем до 40%			не меняет характера
эффектов, изменяется только их				величина.

Вяжущие свойства смесей золы и портландцементного клин кера зависят от их соотношения и условий твердения. При твер дении в естественных условиях при добавке золы в пределах до 20% вяжущее имеет ту же активность, что и чисто клинкерное; при дальнейшем увеличении содержания золы активность уменьша ется примерно по прямой. При пропарке золопортландцементы с соотношением золы: клинкер, равным 35:65, обеспечивают получение 100% проектной прочности, тогда как чисто клинкерный цемент позволяет получить только 70%.

Таким образом, добавка к портландским цементам 35% золы Сызранской ТЭЦ позволяет получить цемент для пропариваемых бетонов, превосходящий по качеству обычные портландцемента и более дешевый (соответственно величине добавки).

3* 67


Применение сланцевой золы в качестве	активной	минераль
ной добавки в портландцементах может встретить		возражения,
так как содержание в золе S03 значительно	превышает		допусти
мое по ГОСТ 6269—54. Однако специально	проведенные		лабора
торные исследования и опыт применения	золопортландцементов

показывают, что сульфаты, содержащиеся в золе, обладают вы сокой химической активностью и вступают в реакцию с алюми натами кальция сразу же при затворении вяжущего водой, то есть ведут себя так же, как гипс, добавляемый для регулирования сроков схватывания.

Опыты по изучению влияния золы на сроки схватывания порт ландцемента показали, что при добавке ее к быстросхватывающемуся клинкерному вяжущему время начала и конца схваты вания постепенно увеличивается и уже при 10% содержания в смеси соответствует требованиям ГОСТ 10178—62. Замедляю щее действие золы достигает максимума при содержании ее в смешанном вяжущем около 40%. При дальнейшем увеличении со держания золы сроки схватывания сокращаются, так как во все большей степени начинает проявляться гашение свободной изве сти.

При среднем содержании в золе 6% S03 или 13% гипса					(в пе
ресчете на	двугидрат)	введение в	смесь 10%	золы соответству
ет добавке	1,3% гипса.	Если такой	добавки	оказывается	доста

точно для нужного замедления схватывания, то следует признать, что зола как замедлитель схватывания действует эффективнее гипса. Объясняется это тем, что значительная часть SÖ3 в золе содержится в виде легко растворимого K2SO4, который с Са(ОН) 2 , образующимся при гидролизе C3 S, дает CaS04-2H2 0, находящий ся в состоянии истинного раствора предельно высокой концентра-

ци. При обычной же добавке гипса его и так	невысокая	раствори
мость (2,05 г/л) подавляется присутствием	Са(ОН) 2 .	Поэтому

реакция образования гидросульфоалюмината, определяющая стой кость золей гидросиликатов кальция и замедление схватывания цементного теста, протекает с меньшей скоростью, и эффект регу лирующего действия гипса снижается. Опыт показывает, что регу лирующее действие золы на скорость схватывания цемента уси ливается с увеличением тонкости ее помола, так как увеличение удельной поверхности золы ускоряет процесс её гидролиза и выде ления в водный раствор ионов S04 2 ~.

Таким образом, высокое по сравнению с допускаемым ГОСТом содержание S0 3 в сланцевой золе не может служить препятствием для использования ее в составе портландских цементов. Более то го, применение золы в качестве добавки к портландцементу осво бождает от необходимости добавлять к нему гипс.

Использование отходов от сжигания сланца в первый период применения его в качестве топлива поставило перед технологами немало сложных задач. Так, при изготовлении сланцезольного кир пича из шлаков слоевого сжигания, из шлаков сланцеперегонного завода и из грубодисперсной золы Кашпирской ЦЭС стенки авто-

клавов так сильно коррозировали, что защита их превратилась в проблему, от решения которой зависела судьба завода. Причиной коррозии автоклавов был сероводород, получавшийся при гидроли зе сульфидов, в значительных количествах входивших в состав шлака. Образованию сульфидов способствовал сам способ сжига ния сланца, не обеспечивавший достаточно полного окисления сер нистых соединений органической части.

При пылевидном сжигании сланца условия для окисления се ры достаточно благоприятны, и поэтому сульфиды, хотя следы их в золе имеются, потеряли свое значение как коррозирующий фак тор.

Развитие коррозионных процессов арматуры в железобетоне, согласно современным воззрениям, определяется совокупным воздействием трех следующих факторов:

а) величиной pH среды;

б) солевым составом жидкой фазы, насыщающей поры це ментного камня;

в) интенсивностью кислородной деполяризации.

Первые два фактора зависят от состава вяжущего, а третий определяется структурой камня, окружающего арматуру. В свою


очередь, структура			цементного		камня	зависит от технологичес
ких	особенностей изготовления				изделия: от величины		В/Ц, степе
ни	уплотнения,	состава бетона			и т. п., то есть от условий,			общих
для	всех вяжущих, применяемых в промышленности						железобе
тона. Поэтому нет оснований полагать,						что в случае	применения
сланцезольных		вяжущих		эти условия		чем-то будут	отличаться
от	условий изготовления			изделий с применением обычных				цемен
тов	и что структура		камня, определяющая кислородную					деполя

ризацию, окажется иной. Отсюда следует, что возможность кор

розии арматуры в бетонах с применением	сланцезольных вяжу
щих определяется составом последних, от	которого	зависят pH
и солевой состав жидкой фазы цементного камня.		\
Под воздействием ионов О Н - шлаковое стекло		разрушается

с образованием гидросиликатов CnSaq, гидро'алюминатов CmAaq, гидроферритов CpFaq и, возможно,аморфной кремнекислоты Si02 aq.


Кроме	того, за счет		растворения	CaSÔ4 ;		Са(ОН) 2 ,		R 2 0 - nSi0 2			в
жидкой фазе накапливаются ионы С а 2 + ;						S04	2 ~, О Н - , R+ и Si04 4 ~
Общее	направление		химических	реакций		к	образованию			нераст
воримых		соединений	приводит к тому, что за счет					взаимодейст
вия ионов в растворе между собою и взаимодействия									растворен
ных	веществ с веществами твердой				фазы		образуются			дополни
тельные		количества	кальциевых	гидросиликатов,				алюминатов			и
ферритов, а также гидросульфоалюминат. В результате										этого	в
растворе		остаются	ионы щелочных		металлов, S04				2 ~	и ОН~
(рис. 31), количество			которых определяет характер					коррозионно

го воздействия на металл.

Добавка к золе портландцементного клинкера обусловливает протекание реакций:

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 137 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ