Прочие вяжущие материалы

ЧТО такое вспомогательные вяжущие материалы?

В первоначальном варианте бетон представляет собой смесь портландцемента, песка, крупного заполнителя и воды. Основным вяжущиv материалом в бетоне является портландцемент. На сегодняшний день большинство бетонных смесей содержат вспомогательные вяжущие материалы, которые составляют цементирующий компонент бетона. Эти материалы чаще всего являются побочными продуктами других процессов или натуральными материалами. Для использования в бетоне они могут быть обработанными или необработанными. Некоторые из этих материалов называются пуццоланами, которые сами по себе не имеют цементирующих свойств, но при использовании портландцемента - вступают в реакцию с образованием вяжущих структур. Другие материалы, такие как шлак, изначально имеют вяжущие свойства.

Для использования в бетоне вспомогательные цементирующие материалы, иногда называемые минеральными добавками, должны соответствовать требованиям и принятым стандартам. Они могут использоваться  бетоне по отдельности или в комбинации. На бетонном заводе они могут добавляться в бетонную смесь как единое вяжущее или как отдельно замешиваемый компонент.

Некоторые из этих материалов приведены ниже:

• Зола уноса является сопутствующим продуктом угольных печей на энергогенерирующих предприятиях, это невоспламеняющийся материал, извлекаемый из летучих газов. Зона уноса, используемая в бетоне, должна соответствовать требованиям стандарта ASTM C 618. Количество золы уноса может варьироваться от 5% до 65% массы всех цементирующих материалов, в зависимости от источника и состава золы, а также требований к производительности бетона. Характеристики золы могут сильно разниться в зависимости от вида сжигаемого угля. Зола уноса класса F обычно получается при сжигании антрацита или битумного угля и обычно имеет мало кальциевого содержимого. Зола уноса класса C получается при сжигании подбитумного угля и обычно имеет вяжущие и пуццонановые свойства.
• Поризованные гранулированные доменные шлаки(GGBFS) - это неметаллический побочный продукт домен, когда железная руда превращается в чушки чугуна. Жидкие шлаки быстро конденсируются и образуют гранулы, которые затем разбиваются до крупности портландцемента. GGBFS, используемые как цементирующий материал, должны соответствовать стандартной спецификации, ASTM C 989. В ней описаны три сорта - 80, 100 и 120, где более высокому сорту соответствуют больший потенциал прочности. GGBFS имеют цементирующие свойства сами по себе, но они усиливаются при использовании вместе с портландцементом. Шлаки используются в объеме от 20% до 70% цементирующих материалов.
• Микрокремнезем- это высокоактивный пуццолановый материал и является побочным продуктом производства кремния или феррокремниевых металлов. Он собирается из летучих газов электрических газовых домен. Микрокремнезем - это сверхмелкий порошок, с размером частиц в 100 раз меньше обычного цементного зерна. Микрокремнезем встречается как уплотненный порошок или в водно-растворимой форме.Стандартной спецификацией для микроремнезеема является ASTM C 1240. Он используется обычно от 5% до 12% от массы вяжущих материалов в бетонных структурах, для которых требуется высокая прочность или существенно повышенная водонепроницаемость. Из-за экстремально маленького размера предписывается соблюдать особенные процедуры при заливке и выдерживании бетона с микрокремнеземом. 
• Природные пуццоланы. Различные природные материалы обладают или могут получить пуццолановые свойства. Эти материалы также описаны в стандарте ASTM C 618. Природные пуццоланы обычно имеют вулканическое происхождение, так как эти кремнийсодержащие материалы имеют свойство вступать в реакцию, если они быстро охлаждаются. В США среди природных пуццоланов на рынке представлены метакаолин, обожженные сланцы или глина. Эти материалы получаются контролируемым жжением природных минералов. Метакаолин производится из относительно чистой каолинитовой глины и используется в объеме от 5% до 15% от вяжущих материалов в смеси. Обожженные глина или сланцы используются с большей долей в общей массе цементирующих веществ. Другие природные пуццоланы включают в себя: вулканическое стекло, цеолитовые трасы или туфы, золу рисовой шелухи и диатомовую землю.

ЗАЧЕМ используются вспомогательные цементирующие материалы?

Вспомогательные цементирующие материалы могут использоваться для улучшения свойств бетона как в затвердевшем, так и в незатвердевшем состоянии. Обычно они используются для улучшения удобства и времени обработки смеси и увеличения прочности. Они позволяют производителю бетона создать специальную рецептуру смеси для конкретного применения. Бетоны с высоким содержанием портландцемента подвержены трещинообразованию и повышенному выделению тепла при твердении. До определенной степени эти процессы можно уменьшить с использованием вспомогательных цементирующих материалов.

Такие материалы, как зола уноса, шлаки и микрокремнезем позволяют бетонной промышленности использовать миллионы тонн тех материалов, которые в противном случае считались бы отходами и были захоронены на свалке. Более того, они снижают объем потребления портландцемента в пересчете на объем бетонной смеси. При производстве портландцемента затрачивается много энергии и выделяется большое количество выбросов, которые сокращаются и уменьшаются при использовании вспомогательных материалов.

КАК эти материалы изменяют свойства бетона?

Свежеприготовленный бетон: В общем случае, вспомогательные цементирующие материалы улучшают устойчивость и удобоукладываемость из-за добавления дополнительного количества мелкого заполнителя в смесь. Бетон с микрокремнеземом обычно используется с низким водоцементным отношением и суперпластификаторами, и подобные смеси обычно более однородные и вязкие, чем обычный бетон. Зола уноса и шлаки обычно уменьшают потребность в воде для требуемой подвижности. Продолжительность схватывания бетона может быть увеличена использованием цементирующих материалов в высоких пропорциях. Это может пригодиться в жаркую погоду. Замедление схватывания в зимнюю погоду компенсируется снижением содержания вспомогательных вяжущих в бетоне. Из-за повышенной доли заполнителей, объем и скорость водоотделения в таких бетонах часто уменьшается. Уменьшенное водоотделение в сочетании с замедленным схватыванием могут вызвать усадочные разломы и дать право на специальные меры при заливке и выравнивании (см. CIP 5).

Прочность: состав бетонных смесей может адаптироваться для набора требуемой прочности и скорости ее набора, в соответствии с требованиями проекта. При использовании вспомогательных вяжущих (кроме микрокремнезема) скорость набора прочности вначале может быть меньше, но набор продолжается больше времени, если сравнивать с смеси с содержанием только портландцемента в качестве вяжущего, что в конечном итоге приводит к большей итоговой прочности. Микрокремнезем часто используется для приготовления смесей прочностью более 70 МПа. Бетон, содержащий вспомогательные вяжущие, требует особого подхода к выдерживанию как тестовых образцов, так и самой структуры, чтобы удостовериться, что требуемые свойства будут достигнуты.

Долговечность: вспомогательные вяжущие могут использоваться для уменьшения тепловыделения при гидратации цемента и уменьшения вероятности термических разломов в массивных структурных элементах. Эти материалы изменяют микроструктуру бетона и увеличивают водонепроницаемость, уменьшая проникновение не только воды, но и солей в бетон. В результате уменьшатся проявления различных разрушений бетона, таких как коррозия арматуры и химическая атака. Большинство вспомогательных вяжущих могут уменьшить внутреннее расширение бетона вследствие химических реакций, таких как щелочная реакция заполнителей и сульфатная атака. Сопротивление замораживанию и оттаиванию требует использование воздухововлеченного бетона. Бетон с соответствующими системой воздушных пустот и прочностью будет хорошо себя показывать в данных услових.

Оптимальная комбинация материалов будет изменяться в зависимости от требований к показателям и типа вяжущего. Производитель бетонных смесей, зная доступность местных материалов, может обеспечить пропорции смеси для требуемых показателей. Предписывающие ограничения на пропорции смеси могут сдерживать оптимизацию состава и экономию. Улучшения смеси, обсуждавшиеся в этой статье, не являются взимозаменяемыми, и состав  смеси должен быть подобран под наиболее наиболее важный показатель с имеющимися материалами.