Шлакощелочные бетоны: состав, стойкость к внешним нагрузкам и способы получения

В группу шлакощелочных входят бетоны, объединяющим признаком которых является применение шлакощелочных вяжущих материалов. Основы теории и технологии шлакощелочных бетонов разработаны в Киевском национальном университете строительства и архитектуры В.Д.Глуховским и успешно развиваются П.В.Кривенко, Е.К. Пушкаревой, Р.Ф.Руновой и др. К шлакощелочным бетонам применима общая классификация бетонов - по структуре и плотности, виду и крупности заполнителей,
условиям твердения, назначению и наиболее характерным свойствам.
Ориентировочный состав тяжелых бетонов, %: молотый гранулированный шлак - 15-30; щелочной компонент - 0,5-1,5; заполнители - 70-85.
Помимо традиционных заполнителей (щебня, гравия, песка) в шлакощелочных бетонах могут быть использованы многие дисперсные природные материалы и попутные продукты различных отраслей промышленности.

Из природных материалов используют многие местные грунты и рыхлые горные породы, такие как мелкие пески, супеси, лессы, гравийно-песчаные и глино-гравийные смеси, которые из-за высокой дисперсности и загрязненности недопустимы для приготовления цементных бетонов. Содержание глинистых частиц может достигать 5%, а пылеватых - 20%. Недопустимо применение заполнителей, содержащих зерна гипса и ангидрита.
Для приготовления тяжелых и легких шлакощелочных бетонов из промышленных отходов можно применять различные шлаки, золы и золошлаковые смеси ТЭС, горелые породы, отходы камнедробления и камнепиления, в том числе известняковые, дисперсные органические отходы растительного происхождения и др.
Применение дисперсных заполнителей с повышенным содержанием пылевидных и глинистых примесей не ухудшает физико-механические свойства шлакощелочных бетонов.
Это объясняется их химическим взаимодействием со щелочным затворителем бетонов с образованием дополнительных цементирующих новообразований - щелочных гидроалюмосиликатов (аналогов природных минералов - анальцима R2О*Аl2О3*45SiO2*nН2О, мусковита R20*ЗАl2О3-6SiO2*nН2О, натролита R2О*Аl203*3SiO2*nН20 и др).

В естественных условиях образование указанных минералов, относящихся в основном к группе цеолитов, происходит медленно, оно существенно ускоряется при пропаривании и автоклавирова-нии, а также при предварительном обжиге. Последний аморфизу-ет глинистое вещество, приводит к переходу глинистых минералов в метакаолин, обладающий высокой реакционной способностью. Положительное влияние глинистых минералов, содержащихся в заполнителях, на прочность и другие свойства шлакощелочных бетонов наблюдается при молярном соотношении R2ОАl2О3<0,5.
Для шлакощелочных бетонов характерно образование плотной и прочной контактной зоны вяжущее - заполнитель из щелочных и щелоче-щелочеземельных гидроалюмосиликатов. По данным П.В.Кривенко и Е.К.Пушкаревой степень взаимного влияния в системе «заполнитель-вяжущее» уменьшается в ряду: кварцевый песок > гранулированный шлак > аглопорит > железистые алевриты и аргилиты > отвальный шлак > керамзит > глинистые сланцы и ар-гилиты > песчаник.
Бетонные смеси на шлакощелочных вяжущих имеют более высокий коэффициент тиксотропного разжижения, что следует учитывать при их вибрационном уплотнении и формовании изделий.
Физико-механические свойства шлакощелочных бетонов можно изменять в широких пределах, подбирая исходные материалы, варьируя состав бетонной смеси и применяя различные технологические приемы. Показатели большинства свойств этого вида бетонов приближаются к показателям цементных бетонов, а в ряде случаев они могут быть и существенно выше.
Прочность шлакощелочных бетонов может достигать значений выше 100 МПа. Наиболее высокая прочность обеспечивается при использовании в качестве щелочного компонента растворов силиката натрия - мета - и дисиликата. Повышение модуля силиката натрия (растворимого стекла) и снижение плотности раствора резко уменьшает прочность.
Наибольшей прочностью отличается бетон на основе основных и нейтральных шлаков в условиях тепловлажностной обработки. Для бетонов на кислых шлаках особенно при твердении в нормальных условиях прочность снижается. Увеличение расхода шлака от 300 до 600 кг/м3 приводит к увеличению прочности бетона, особенно при твердении в нормальных воздушно-влажных условиях.
При постоянной плотности щелочного раствора увеличение растворошлакового отношения (р/ш) уменьшает прочность, однако значительно менее существенно, чем водоцементного отношения для портландцементных бетонов. При этом интенсивность снижения прочности при увеличении р/ш зависит от вида щелочного компонента и возрастает в ряду: метасиликат натрия -» дисиликат натрия -> содощелочной плав -» кальцинированная сода.
Для шлакощелочных бетонов значительно интенсивнее, чем для цементных, растет прочность при тепловлажностной обработке. Если при стандартных режимах тепловлажностной обработки прочность цементных бетонов достигает 70%, то для шлакощелочных до 130% марочной прочности. После тепловлажностной обработки при последующем твердении в естественных условиях рост прочности бетона резко замедляется.
Для стабилизации прочностных характеристик шлакощелочных бетонов в ранние сроки целесообразно введение добавок портландцемента 1..5%, способствующих образованию низкоосновных гидросиликатов. В более поздние сроки положительный эффект дают добавки цеолитов, способствующих синтезу щелочных гидросиликатов.

Композиции исходных материалов, развивающие высокую прочность, часто характеризуются чрезмерно короткими сроками схватывания, что затрудняет их практическое использование. Для удлинения сроков схватывания и повышения технологичности шлакощелочных бетонных смесей вводят добавки, связывающие ионы Са2+ и стойкие в щелочной среде (например 1,5% оксалата натрия от массы шлака).
Вводят также в раствор щелочного затворителя добавки-антикоагулянты (щелочные ортофосфаты и др.).
При нормальных условиях твердения и длительном водонасыщении шлакощелочной бетон характеризуется большей интенсивностью набора прочности на изгиб по сравнению с цементным. В воздушно-сухих условиях для шлакощелочных, как и других шлаковых бетонов в длительные сроки твердения возможны спады прочности.
Шлакощелочные бетоны достаточно стойки к воздействию внешних факторов. При попеременном увлажнении и высушивании прочность на сжатие бетонов изменяется незначительно. В большей мере после многоциклового увлажнения и высушивания наблюдается снижение прочности при изгибе характерное и для цементных бетонов.
Морозостойкость шлакощелочных бетонов изменяется в пределах 300-1300 циклов и более. Она увеличивается при увеличении плотности раствора щелочного компонента, применении жестких бетонных смесей, твердении бетона в нормальных условиях, использовании заполнителей оптимального гранулометрического состава. Наименее стоек бетон на кислом шлаке. Высокая морозостойкость шлакощелочных бетонов обусловлена особенностями их структуры - меньшей общей пористостью, повышенным содержанием мелких замкнутых пор, высокой плотностью и прочностью контактной зоны. Эти особенности поровой структуры шлакощелочных бетонов, повышенная водо-Удерживающая способность и седиментационная устойчивость бетонных смесей предопределяют низкую водопроницаемость бетонов. Применение в качестве затворителей бетона силикатов натрия способствует повышению количества гелевидной фазы в продуктах твердения и повышению водонепроницаемости бетонов. При изменении расхода шлака от 15 до 30% и водовяжущего отношения от 0,60 до 0,33 по данным В.П.Ильина давление, при котором наблюдается фильтрация, возрастает от 0,4 до 3,4 МПа, коэффициент фильтрации уменьшается от 1,3-106 до 0,4-10-11 см/с. При твердении образцов, содержащих 20% шлака, водонепроницаемость в течение одного года (во влажных условиях) возросла в 20 раз, а в течение 5 лет в 200 раз.
При нагревании шлакощелочного камня процессы дегидратации щелочных гидроалюмосиликатов протекают плавно без нарушения его структуры. При этом гидроалюмосиликаты переходят в достаточно стойкие минералы полевошпатового типа. При температуре 800-900' в шлакощелочном камне образуется 5-10% по массе эвтектических расплавов, из которых кристаллизуются ориентированные новообразования, обеспечивающие самоармирование структуры. На основе шлакощелочных вяжущих, модифицированных введением шамота, с использованием шлакопемзовых и шамотных заполнителей можно получить бетоны с прочностью 15-40 МПа и температурой применения 1000-1100'С.
Способность шлакощелочных вяжущих к пассивации стальной арматуры позволяет изготавливать армированные бетоны на их основе высокой долговечности.
К настоящему времени накоплен почти 40-летний положительный опыт применения шлакощелочных бетонов в строительстве. На их основе показана эффективность изготовления конструкций широкой номенклатуры, предназначенных для эксплуатации в различных, в том числе и в тяжелых условиях.


Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

• Детальная информация о бетоне b35 (марка, цена, популярность, область использования и карта заводов-изготовителей).
• Чтобы бетон в троицке купить, больше нет необходимости ездить по заводам, сейчас всё можно сделать через интернет.
• В тендерной системе «М350» цена бетона за 1 м3 с доставкой в Чехове получается по окончании торгов между допропорядочными БСУ Чеховского и окрестных районов.