Электропрогрев легких бетонов на шлаковом вяжущем

На металлургических шлаках при тепловой обработке до 100°С (в %): шлака 70—90. извести 10—25. двуводного гипса 3—10 и портландцемента 5—15. Расход ¦их для тяжелых и ячеистых бетонов составляет не менее 350—400 кг/м3.

В наших опытах для определения оптимального по прочности состава шлаковых вяжущих на доменном гранулированном (кислом) шлаке Нижне-Тагильского завода изготовлялись легко-бетонные образцы размером 10 X 10 X X 10 см с различным соотношением составляющих вяжущего, но при одинаковом .расходе его 225 кг/м3 При этом расход остальных материалов на I м3 бетона составлял шлаковой пемзы — 910 кг, песка из шлаковой пемзы — 535 кг. воды—240 л. Проверялась также эффективность добавок (ускорителей хлористого кальция) и хлорного железа в количестве 1—2% от веса вяжущего.

После предварительного выдерживания в течение 2—3 ч образцы подвергались электропрогреву при 98°С по режиму 3 -J- 5 + 0 ч от сети переменного тока



Для производства сборных изделий на, основе бесцементных и малоцементных вяжущих требуются дорогостоящие автоклавы и сложное паросиловое хозяйство. Поэтому значительный интерес представляют исследовательские работы с использованием электропрогрева изделий.

Работами А. В. Волженокого и его учеников доказано, что изготовление изделий на различных металлургических и топливных шлаках возможно с термо обработкой в пропарочных камерах 1_3. В результате наших предыдущих исследований была установлена эффективность применения электропрогрева для крупноразмерных изделий из легких бетонов на искусственных пористых заполнителях (прочностью 50—100 кг/см3). Позднее нами проведены опыты по определению характера твердения и свойств легких бетонов на шлаковых вяжущих, изготовленных с применением электропрогрева.

В опытах использованы следующие материалы: портландцемент Воскресенского завода (марка С00); кислый (А) = 0.84) доменный гранулированный шлак Нижне-Тагильского зводе (том кость помола 5000—5500 еле) негашенная известь Люберецкого завода (со держание активной CaO + MgO = 65— 70%, скорость гашения 18 мни ) гипс двуводный Артемовсюго месторождения (добавлялся в шлак при помопе в количестве 5% по весу): керамзит Лианозовского завода (марка 400) шлаковая пемза Ждановского металлургического завода (мягка 856).

Крупные заполнители и легки удовлетворяли требованиям ГОСТ 9778—61, а их гранулометрический состав укладывался в пределы, рекомендуемые для легких заполнителей.

Объемный вес всех бетонов, высушенных до постоянного ве~а. составлял, керамзитобетона 970—1000 кг/м3, бетона «а шлаковой пемзе 1690—1720 кг/м3

Исследования показывают, что оптимальное соотношение составляющих бесцементного и малоцементного вяжущего через понижающие трансформаторы напряжения РНШ-59. Три образца испытывались после прогрева (через 10—12 ч), а другие три после хранения в течение 28 суток в камере нормального твердения.

Приведенные на рис. I данные показывают, что бетон на шлаковой пемзе, приготовленный на бесцементном (шлак 70% + известь 30%) и малоцементном (шлак 80% + известь 10%+цемент 10%) вяжушем. по прочностным свойствам мало отличается от бетона на портландцементе как непосредственно после прогрева, так и при последуюшем хранении. Данные рис I получены при жесткости смеси 50—60 сек Бетон подвергали электропрогреву при 983С по режиму 3+5+ + 0 ч.

Для выяснения зависимости прироста прочности легкого бетона от продолжительности электропрогрева на выявленных оптимальных составах вяжущего (табл. I) образцы 10x10x10 см из керамзнтобетона и бетона на шлаковой пемзе подвергались прогреву при 98°С

Следует отметить, что при изготовлении керамзитобстона бесцементмое, портландцементное вяжушее, при оптимальном режиме прогрева 3+2 ч и одинаковых расходах вяжущего 200 кг/л, обеспечивают одинаковые прочности бетона (80— 83 кг/с.ч2). Эти данные в некоторой степени согласуются с опытными данными А. В. Волженского по пропаренному керамзитобетону на вяжущих из гранулированных шлаков московской ТЭЦ-II.



Для бетона на шлаковой пемзе наиболее целесообразным следует признать применение малоцементного вяжущего состава — шлак 80% + известь 10% + + цемент 10%. Прочностные показатели в этом случае получаются наилучшими.

Дальнейшие исследования имели целью определить макро- и микрострук-туру образцов легкого бетона на различных вяжущих, подвергнутых электропрогреву, и характер новообразований в них.

При микроисследованиях керамзнтобетон на портландцементе являлся эталоном для малоцементных и бесцементных бетонов. Образцы керамзитобетона трехсуточного нормального твердения имели неплотную структуру, что выражается в плохом сцеплении цементного камня с зернами заполнителя. Поры в образцах имели округлую форму. Через 28 суток нормального твердения этот бетон заметно уплотнился, прочность его повысилась.

Образны керамзнтобстона па портландцементе после электропрогрева имеют плотную структуру и хорошее сцепленне цементнего камня с зернами заполнителя Единичные микротрещины обнаружены в образцах, подвергнутых более длительному электропрогреву

Керамзитобетон да малоцементном вяжущем имеет несколько более рыхлую структуру, чем бетон на портландцементе. Цементного камня с зернами заполнителя хорошее. В образцах нормального твердения преобладают круглые поры, тогда как в прогретых образцах поры имеют слегка вытянутую форму; в прогретых по более длительному режиму (3+6+6) обнаружены цепочки из нескольких пор. Керамзитобетон на бесцементноч вяжущем вначале имел более рыхлую структуру, чем бетон на портландцементе. Однако сцепление камня с зернами заполнителя удовлетворительное. поэтому прочность прогретых образцов на бесцементном вяжущем практически не отличается от прочности бетона на портландцементе.

Надо отметить, что показатель светопреломления массы снижается по мере добавки в портландцементе молотого граншлака. Это указывает на изменение состава гидратированной массы. Видимо, при чистом портландцементе гидратированная масса имеет в основном силикатный состав (Л= 1,550—1,554). а при шлаковом вяжущем—алюминатный и гидросульфоалюминатный (N = 1.534—1,53/). Из кристаллических новообразовании удалось определи кальцит, низкоосновный гидроалюминат кальция, гидросульфоалюминат кальция трехсульфатной формы, двуводный гипс.

В образцах бетона на шлаковой пемзе отмечены те же закономерности, которые указаны выше для керамзитобетона.

В частности, этот бетон на портландцементе имеет плотную структуру, особенно после электропрогрева. Слияние цементного камня с зернами заполнителя хорошее.

Образны бетона на шлаковой пемзе нормального твердения на матоцементном и бесцементном вяжушем отличаются от образцов на портзандцементе более рыхлой структурой Отмечены отслоения цемент з о камня от заполнителя. Однако после электропрогрева структура этих образов заметно уплотнилась и отмеченных отслоений не стало Более длительный электропрогрев (3+6+0) не дал преимуществ перед коротким прогревом (1+3 + 0) оборот в образцах более длительного прогрева отмечены микротрешины.

Все петрографические и термографические исследования образцов легкого бетона, подвергнутых электропрогреву на разных вяжущих, показали, что новообразования находятся о виде гелеобразной массы выделить их не представляется возможным. Количество этих новообразований (по эффектам на термограммах) при цементном, малоцементном и бесцементном вяжущих примерно одинаково. Последнее можно объяснить гидравлической активностью мелких частиц кремнеземистых легких песков (керамзитового, шлаковой пемзы), которые взаимодействуют с известью (находящейся в количестве 10—30% в шлаковом вяжущем) и образуют дополни тельное количество гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Кроме того, известь шлакового вяжушего, видимо, больше, чем портландцемент, активизирует наружные слон, увеличивая прочность крупного заполнителя (керамзита, шлаковой пемзы). Сцепление его с цементным камнем увеличивается. Последнее подтверждается наличием изветковой пленки на наружных гранях крупных заполнителей образца легкого бетона на шлаковом вяжущем. Уместно сказать, что исследуемые бетоны были низких марок со значительным расходом крупного заполнителя, прочность керамзита и шлаковой пемзы оказывала значительное влияние на прочность бетона.

Последующие опыты были посвящены изучению влияния добавок хлористых солей: хлористого кальция и хлорного

железа как ускорителей твердения бетона Известно, что эти добавки при электропрогреве применять особенно целесообразно, так как они способствуют быстрому и разномерному разогреву массивных изделий.

Методика опытов была аналогичной предыдущим. Хлорное железо и хлористый кальций добавлялись в количестве 1 и 2% от веса при одинаковых составах бетона и режимах электропрогрева (табл. I). Результаты опытов выявили, что добавка хлористого кальция и хлорного железа в количестве I и 2% при принятых режимах прогрева 3 + 3+0 ч (98) не ускоряет прирост прочности бетона по сравнению с аналогичными бетонаv I без добавок эт ix солей. а даже понижает прочностные показатели образцов (ряс. 3). Позорные результаты противоречат производственным и опытным данным применения хлористых солей в технологии получения тяжелых бетонов. Это можно объяснить спецификой низкомарочных легких бетонов на шлаковых вяжуших, в которых прочность заполнителя оказывает значительно большее влияние на прочность бетона. чем прочность цементного камня.

Дифференциально термические и петрографические исследования образцов с добавкой этих солей не выявили каких- либо отличий как в структуре, так и в характере новообразований го сравнению с Образцами без добавок. Это согласуется с ранее проведенными в НИИЖБе исследованиями В. П. Ганина природы ускоряющего действия хлористых солей при электропрогреве тяжелых бетонов. В. П Ганин пришел к заключению, что причина ускоряющего действия этих солей заключается не в возникновении дополнительных новообразований, а лишь в диспергировании (расщеплении) цементных зерен и увеличении площади их сцепления с заполнителем. Поэтому надо полагать, что с увеличением расхода цемента в большей степени проявится ускоряющее действие хлористых солей.

В исследуемых нами видах легкого бетона расход вяжущего составлял 200— 225 кг/м3 при расходе воды 220—240 л/м3, поэтому -невысокая концентрация солей (принимается в % от веса вяжущего) при коротких режимах прогрева приводила к незначительному разложению зерен вяжущего. Кроме того, шлаковое вяжущее было тонкомолотое (удельная поверхность 5000—5500 г/см2) и, видимо, ее уже не подвергались дальнейшему диспергированию.

При дальнейших опытах изучались некоторые свойства исследуемых легких бетонов морозостойкость, коэффициент размягчения, водопоглощение. Изготовлялись образцы 10 X Ю X 10 с-м на цементном, малоиементнсм и бесцементном вяжущих Испытывали их через 7—10 суток после электропрогрева. Морозостойкость и водопоглощение образцов осе- де.тяли согласно I ОСТ 7025—54: после 15, 25 н 35 циклов замораживания той температуре —15н-20”С в течение 5 ч я оттаивания при + 10 - 20°С —4 ч. Образцы взвешивали и испытывали на "седел прочности при сжатии Вм те с эт ,м определялся коэффициент размягчения

Результаты опытов приведены в табл. 2 Из таблицы видно, что керамзитобетон на шлаковой пемзе с бесцемемтным вяжущем имеет удовлетворительные свойства. Коэффициент морозостойкости после 15, 25 и 35 циклов замораживания - и оттаивания составлял 0.68—I для керамзитобетона н 0,79—I для бетона и пемзе. Потеря в весе после 25 циклез не превышала 3—4%. Водотстлощезле и коэффициент размягчения Тетонов и цементном, бесцементном и мдлэием—г- яо.ч вяжущих незначительно - друг от друга С увеличением рас»;:да вяжущего до 250 кг/м3 и богастойкость и долговечность этих улучшаться.