Шлакощелочной бетон

Шлакощелочной бетон - новая группа бетона на основе шлакощелочных вяжущих, созданных под руководством В.Д.Глуховського в инженерно-строительном институте. Как и цементные бетоны, шлакощелочные бетоны классифицируют по следующим основным признакам: структуре, плотности, виду и крупностью заполнителей, составу вяжущего и условиями твердения.

В зависимости от требуемых свойств и назначения шлакощелочных бетонов их структура может быть плотной, пористой и ячеистой. По средней плотности их подразделяют на тяжелые и легкие, а по наибольшей крупности заполнителей - по мелко и крупно зернистости.

Исходными материалами для шлакощелочных бетонов является шлакощелочные вяжущие различных марок, крупные и мелкие заполнители и модифицирующие добавки. Как крупные заполнители следует использовать щебень и гравий, которые применяются для обычных бетонов на портландцементе и его разновидностях, но при этом допустимый более высокое содержание пылевидных и глиняных частиц. В качестве мелкого заполнителя можно применять очень мелкие пески (модуль крупности Мк = 0,6 ... 1,3), отходы промышленности, а также сыпучие материалы, в которых массовая доля пылевидных и глиняных частиц составляет до 25% (в том числе глиняных не более 5%).

Шлакощелочные бетонные смесь характеризуются более высоким по сравнению с обычными бетонными смесями коэффициентом тиксотропного разрежения при вибрационной обработке в процессе уплотнения и формирования изделий.

Физико-механические свойства шлакощелочных бетонов можно изменять в широких пределах путем подбора исходных материалов (сырьевых) для получения вяжущего, заполнителей и добавок, изменением состава бетонной смеси и специальными технологическими приемами. Диапазон изменения свойств и области применения шлакощелочных бетонов практически не отличается от портландцементного бетона, однако уровень показателей этих свойств в шлакощелочных бетонов, как правило, значительно выше. Это относится прежде всего к прочности при сжатии и растяжении, морозостойкости, стойкости в агрессивных средах, водной непроницаемости и др.. Согласно ДСТУ Б В.2.7-24-95 установлены марки по прочности для шлакощелочных бетонов от М200 до МИ400 (соответственно классы от В10 до В110), по морозостойкости от Р200 до Р1000, по водонепроницаемости (от4). Такие показатели для портландцементного бетона практически недостижимы.

Основные факторы прочности шлакощелочных бетонов:

- Вид шлака, его модуль основности и помола
- Вид щелочного компонента, изменение плотности его водного раствора;
- Расход шлака и шлакоростворимое отношения;
- Физико-механические свойства заполнителей и параметры структуры бетона;
- Условия твердения.

Наиболее высокая прочность шлакощелочных бетонов достигается при использовании в качестве щелочного компонента растворимых силикатов натрия: метасиликата (Мс = 1) и дисидикату (Мс = 2). На их основе и заполнителях из прочных изверженных пород получены бетоны с прочностью при сжатии более 120 МПа.

Шлакощелочные бетоны высоких марок (выше 100 МПа) можно получить тремя способами:

- Применением высокоактивного (М800. .. М1400) вяжущего и обычных шлакових отношений (более 0,4);
- Применением вяжущих средней активности и низких шлаковых отношений;
- Применением высокоактивных вяжущих и низких шлаковых отношений.

Третий способ является наиболее эффективным благодаря более полному проявлению характерного для шлакощелочных композиций явления самоуплотнения системы в начальной стадии процесса структурообразования.

Наибольшее повышение прочности при увеличении плотности раствора щелочного компонента достигнуто в композициях на кислом шлаке (более 60%) в условиях тепловой обработки бетона.

При использовании в качестве щелочного компонента низкомодульной растворимых силикатов натрия получены высокопрочные бетоны на доменных гранульованних шлаках различной основности. В бетонах таких составов прочность мало зависит от расхода шлака, особенно при тепловой обработке бетона. Наиболее существенное влияние на прочность шлакощелочного бетона оказывает плотность раствора щелочного компонента - независимо от основности шлака плотность раствора составляет не менее 1,25 ... 1,30 кг / л.

Наиболее эффективными композициями для получения высокопрочных шлакощелочных бетонов как при нормальном твердении, так и при тепловой обработке являются нейтральные доменные шлаки и метасиликат натрия. Как и для бетонов на портландцементе важное значение для повышения прочности имеет оптимизация момента приложения механических и температурных воздействий с учетом стадийных переходов в развитии микроструктур твердения шлакощелочных вяжущих.

В процессе исследования условий синтеза прочности шлакощелочных бетонов было установлено, что наиболее активные композиции исходных материалов, обеспечивающих высокую прочность бетона, характеризуются слишком короткими и переменными сроками схватывания, что затрудняет получение стабильных результатов и практическое использование таких композиций. В связи с этим была предложена идея эффективного управления кинетикой процесса взаимодействия элементов композиции путем снижения скорости этого процесса в начальной стадии. Была поставлена не только задача продления сроков схватывания, что имеет большое самостоятельное значение, поскольку повышается технологичность шлакощелочных бетонных смесей. Очень важным результатом регулирования сроков схватывания высокоактивных композиций является обеспечение возможности получения высокопрочных бетонов со стабильными свойствами. Установлено, что торможение процессов взаимодействия компонентов шлакощелочного вяжущего на начальной стадии способствует более полному протеканию этих процессов, снижению внутренних напряжений, препятствует возникновению обусловленных НИМИ дефектов структуры и уменьшению риска ЕГО "саморазрушения".

Под руководством профессора В.Д.Глуховського были разработаны эффективные технологические приемы временного "экранирования" высокоактивных фаз поверхностного слоя частиц шлака путем связывания ионов в устойчивые в щелочной среде минеральные или органические пленки. Для этой цели рекомендуется вводить добавку, например, оксалат натрия (1,5% от массы шлака, совместимый помол), что также дополнительно пластифицированного бетонную смесь и позволяет уменьшить раствора шлаковое отношения. Таким образом, обеспечиваются дополнительные условия для повышения плотности и прочности. Второй прием - введение в раствор щелочного компонента добавок-антикоагулянтов в виде щелочных ортофосфатов. В количестве 2,5% от массы цемента. Существенным положительным "побочным" эффектом введения этой добавки является повышение прочности бетона на 20% и более.

Определение состава тяжелого шлакощелочного бетона выполняют расчетно графическим методом на основе обобщения результатов экспериментальных исследований, проведенных в Проблемной научно-исследовательской лаборатории грунта силикатов КИСИ. Основные положения методики определения изложены в РСН 336-84.

Исходными данными для определения шлакощелочных бетонной смеси есть заданные предел прочности бетона при сжатии и удобно укладываемость смеси, вид шлака, щелочного компонента и заполнителей.

Главным фактором удобно укладываемости шлакощелочной бетонной смеси характеризуется показателем жесткости по ГОСТ 10181.1-81, является количество теста вяжущего.

Определение состава бетонов на основе шлакощелочного вяжущего также осуществляется с использованием эмпирических зависимостей с учетом свойств исходных материалов.
Для приготовления шлакощелочных бетонной смеси существующие бетонные цеха и заводы необходимо оборудовать технологической линией для приготовления раствора щелочного компонента. Сухие компоненты (шлак и заполнители), а также воду и щелочной раствор дозируют с точностью до 1%. Смесь рекомендуется приготавливать в бетономешалках с принудительным перемешиванием материалов.

Необходимо обеспечить нормальные условия хранения молотого шлака, не допускать его смешивания с другими видами вяжущих, в том числе с портландцементом и его разновидностями. Операции, связанные с приемом, растворением и использованием щелочных компонентов, должен выполнять специально проинструктированный персонал с тщательным соблюдением правил техники безопасности и сохранения окружающей среды.

Укладка и уплотнение бетонной смеси при бетонировании конструкций осуществляются обычными методами. В большинстве случаев следует использовать шлакощелочные вяжущие с модифицирующими добавками, регулируя сроки схватывания. Для смазки форм и инвентарной опалубки используют смеси отработанных масел или солярового масла с петролатумом, автолом (солидолом) или другие масла после предварительного испытания.