Физико-механические свойства вяжущих веществ

При использовании шлакощелочных вяжущих в практике строительного производства необходимо учитывать основные особенности их физико-механических свойств, обуславливающие отличие от портландцемента.

Увеличение удельной поверхности шлака и концентрации щелочного компонента позволяет существенно расширить диапазон характерных показателе бетонной смеси и бетонов. К наиболее важным характеристикам относятся: водопотребность, сроки схватывания, скорость набора прочности, коррозионная стойкость и долговечность.

Водопотребность и нормальная густота. Наличие щелочного компонента оказывает пластифицирующее действие на тесто, обеспечивая более низкое водовяжущее отношение, нормальную густоту, более высокую подвижность.

Характерным для шлакощелочных вяжущих является растворо-шлаковое отношение (Р/Ш), что не совсем адекватно с В/Ц отношением для портландцементов. Раствор щелочного компонента состоит из определенного количества щелочных веществ, растворенных в воде.

Нормальная густота зависит от состава шлака и природы щелочного компонента. Снижение удельной поверхности шлака с 350 до 250 м²/кг приводит к незначительному уменьшению нормальной густоты теста. Причем сроки хранения молотого шлака (6-12 мес.) и свежемолотого не существенно влияют на водопотребность и на сроки схватывания.

В соответствии с нормативами начало схватывания для вяжущих на силикатах натрия должно наступать не ранее 20 минут и конец схватывания не позднее 12 часов. Однако при использовании в качестве щелочного компонента растворимых силикатов натрия сроки схватывания могут быть короче требуемых стандартом. Быстрое схватывание шлакощелочного теста возможно при использовании щелочных компонентов с высокой (предельной) концентрацией, а применяемые шлаки имеют М_о более 1. Кроме того, на сроки схватывания оказывают влияние содержание SO₃ в шлаке и степени остеклованности последнего.

Скорость набора прочности. Скорость процессов структурообразования шлакощелочных вяжущих существенно зависит от химического, минералогического и фазового состава шлака. Так с увеличением основности шлака скорость набора прочности возрастает, что сопровождается непрерывным ростом прочности. Наиболее высокая активность характеризует шлакощелочные вяжущие на основе щелочных силикатов натрия, поскольку вместе с ними в систему вводится коллоидный кремнезем, - что обеспечивает высокую прочность в ранние сроки твердения.

Таблица 6.7. Физико-химические свойства шлакощелочных цементов.

Примечание: СЩП – содощелочной плав, отход химического производства; Нг - нормальная густота; НК – нормальная концентрация.

В шлакощелочных цементах соединения щелочных металлов являются самостоятельными компонентами вяжущих, формирующими в продуктах гидратации водостойкие щелочные новообразования {соединения типа (a₁R₂O*a₂SiO₂*a₃Al₂O₃*a₄H₂O)}.

Это достигается избытком этих соединений, их концентрацией, что исключает присутствие в его составе каких бы то ни было кальциевых вяжущих и отличает этот класс вяжущих от всех прочих.

При использовании в качестве щелочного компонента растворимого стекла (Мс£3) активность цемента возрастает, а сроки схватывания уменьшаются. С увеличением продолжительности твердения бетона более интенсивный рост прочности наблюдается у вяжущих несиликатных солях щелочных металлов, причем с понижением основности шлака интенсивность роста прочности повышается. Темп набора прочности в зависимости от вида ЩК и его плотности представлен в таблице.

Недостатком шлакощелочного вяжущего является “высолообразование”, как следствие избытка щелочи и образование на поверхности кристаллов Na₂СO₃. Для связывания щелочи вводят глины в естественном или обожженном состоянии.

В соответствии с техническими условиями шлакощелочной цемент выпускается марок 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000.

Выпускается декоративный шлакощелочной цемент марок 200, 300 и 400.

Используются шлакощелочные цементы для приготовления бетонов и растворов с заданными свойствами, способными работать в более агрессивных средах, чем бетоны на портландцементе.

5. Шлакощелочные бетоны

Тяжелые бетоны. В качестве крупного заполнителя следует применять щебень, гравий, щебень из гравия в соответствии с требованиями ГОСТов, ДСТУ. В качестве мелкого заполнителя допускается применении очень мелкого песка с М_кр = 0,6-1,2, промышленные отходы, а так же заполнители, содержащие до 25% пылевидных и глинистых частиц.

Технические характеристики затвердевшего шлакощелочного бетона определяются так же, как и портландцементного бетона. Прочность бетона регулируется, главным образом, изменением плотности щелочного компонента, степень влияния которой зависит от его природы. Наиболее ощутимо сказывается на повышении прочностных характеристик применение растворимых силикатов натрия. Бетоны на их основе являются высокопрочными. При использовании растворимых силикатов натрия (дисиликат натрия, метасиликат натрия) с плотностью раствора 1250 кг/м³ прочность бетонов составляет 115 МПа. При снижении плотности раствора до 1180 кг/м³ приводит к снижению прочности до 75 МПа. Расход шлака составляет 300-450 кг/м³ бетона.

Несколько меньшими показателями прочности характеризуются шлакощелочные бетоны на карбонатных щелочных компонентах, которая составляет 45-80 МПа. При этом в большей мере проявляется влияние вида шлака (основный, нейтральный, кислый) особо ярко выраженное в бетонах естественного твердения, которые в более поздние сроки твердения продолжают интенсивно набирать прочность. При снижении модуля основности шлака и уменьшении его расхода прочность таких бетонов на одну- полторы марки.

На прочность бетонов также влияет режим тепловлажностной обработки. В отличие от цементных бетонов, которые при общепринятых режимах ТВО достигают 70% марочной прочности, шлакощелочные бетоны при таких же режимах приближаются к 130% марочной прочности. Поэтому для шлакощелочных бетонов можно рекомендовать режимы с более низкой температурой изотермической выдержки, т.е. существенно уменьшить энергозатраты.

Сохранность арматуры в изделиях и конструкциях объясняется повышенной щелочностью среды в теле бетона.

Морозостойкость – одна из важнейших характеристик шлакощелочного бетона, обуславливающаяего долговечность, 2-3 раза превышает морозостойкость цементного бетона. Значения морозостойкости достигают 300-1000 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Мелкозернистые бетоны. В качестве мелких заполнителей используют кварцевые пески с М_кр=0,7-1,2, отвальные золошлаковые материалы, содержащие значительное количество тонкодисперсных частиц – золы и другие. Оптимальное количество золы в бетоне зависит от вида щелочного компонента и режима твердения и составляет 15 – 35%. Прочность таких бетонов достигает 40 -90 МПа, при расходе шлака 300-400 кг/м³. Бетоны отличаются меньшими деформациями усадки. Золошлаковые материалы из отвалов могут полностью заменить в шлакощелочных бетонах традиционные заполнители.

Керамзитобетон. Конструктивно-теплоизоляционный керамзитобетон характеризуется плотностью 1000-1300 кг/м³, и прочностью до 28МПа, конструктивный с плотностью 1500-1800 кг/м³ и прочностью до 40-60МПа. В состав таких бетонов включают низкопрочный керамзитовый гравий с прочностью при сжатии в цилиндре 2,7 МПа и насыпной плотностью 450 кг/м³.

К основным физико-механическим показателям керамзитобетона, помимо прочностных характеристик относятся теплопроводность, сохранность арматуры в бетоне, морозостойкость и атмосферостойкостью. Теплопроводность находится в пределах требований как и у бетонов на портландцементе, сохранность арматуры в керамзитобетоне высокая (по сравнению с керамзитобетоном на цементе –в 2 раза выше), что объясняется высоким и стабильным рН среды, высокой плотностью структуры и замкнутым характером пор шлакощелочного вяжущего.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: