Высокоактивные вяжущие на основе тонкомолотых доменных гранулированных шлаков —
В строительстве довольно широко применяются различные бесклинкерные и малоклинкерные местные вяжущие вещества, получаемые на основе доменных гранулированных шлаков и обжиговых активизирующих добавок — извести, гипса, портландцементного клинкера. Установлена возможность получения на основе вяжущих морозостойких бетонов средних и повышенных марок после их пропаривания в обычных камерах или автоклавах.
В Днепропетровском филиале НПИСП Госстроя УССР в течение ряда лет проводятся исследования вяжущих на основе доменных гранулирован пых шлаков металлургических заводов Украины. Модуль основности этих шлаков равен 1—1,25 при колебании химического состава в следующих пределах (в % по весу): Si02—37—41; СаО— 42—48; А1203 — 5—9; Fe203 — 0,3— 1,0; MgO—2—3; MnO—0,5—1,5.
Однако существующая технология изготовления шлаковых вяжущих путем совместного помола гранулированного шлака и обжиговых актнвизаторов не лишена некоторых недостатков. Ухудшаются санитарно гигиенические условия труда, особенно при работе с известью кипелкой. Удлиняются сроки твердения бетонов и растворов из-за сравнитель но пониженном реактивной способности вяжущих в условиях нормальных температур.
В шлаковых вяжущих основным не точником гидратных образований служит тонкомологый гранулированный шлак Следовательно, выбор метода его активизации н условий, обеспечивающих интенсификацию процессов гидратации, является решающим фактором. Активизация тонкомолотых шлаков водными растворами химических добавок в виде гидратов окислов или различных солей щелочных и щелочноземельных металлов позволяет достигнуть наиболее высоких результатов. Тонкомолотый шлак может рассматриваться как своеобразный цемент, а химическая добавка — как катализатор гидратационного процесса, повышающего растворимость шлакового стекла и количество новообразований. Значительно упрощается производство вяжущего. Оно сводится только к помолу шлака. Технология получения вяжущего и бетона раствора совмещается в один технологический комплекс (рис. I), если в воду затворения бетона или раствора вводить химическую добавку-активизатор. Могут использоваться различные растворимые соединения как чистых химических продуктов, так и более дешевых отходов химической промышленности, повышающие гидравлическую активность шлака за счет присутствия более активной группы гидроксильных ионов щелочной добавки.
Зависимость прочности при сжатии цементного камня основных доменных шлаков от вида активизирующих добавок и температурного фактора при твердении приведена в таблице.
Значения прочности при сжатии цементного камня получены испытанием образцов размером 5X5X5 см, приготовленных из цементного теста с В/Ц = =0,30 при удельной поверхности шлака 3000 см2/г. При изготовлении цементного теста из шлаковых вяжущих раствори
Мощные предприятия тонкомолотых шлаков следует создавать в комплексе с крупными заводами товарного бетона и сборного железобетона с учетом обеспечения вяжущими соседних предприятий.
Исследованиями также установлена возможность получения на основе этих вяжущих высокопрочных (до 500 кГ/см2) легких бетонов, обладающих требуемой воздухостойкостью и морозостойкостью.
Из полученных результатов видно, что активизация шлаков растворимыми химическими добавками, вводимыми с водой затворения, по сравнению с активизацией обжиговыми добавками, вводимыми в процессе помола шлака, повышает прочность цементного камин па 15—30%. Указанные в таблице добавки, за исключением сернокислого калия и НН1, с повышением температуры твердения от 100 до 170 С способствуют интенсивному росту прочности вяжущего.
Растворимых добавок (в процентном отношении от веса шлака) требуется значительно меньше, чем обжигозых. Это дает возможность, используя дешевые отходы химической промышленности, не только повысить активность шлаковых вяжущих, но и значительно снизить их стоимость.
Результаты исследования вяжущего при активизации шлака отходами глиноземного или капронактамового производства приводятся на рис. 2. Опытами определено влияние на активность вяжущего тонкости помола шлака в пределах 2500—6000 см2/г и условий твердения в пределах изотермических температур 20—100—17СГС. Добавка вводилась с водой затворения в виде растворов 25%-ной концентрации. Активность вяжущего определялась в растворах жесткой консистенции состава 1 : 3 (по массе). Установлено, что нормальная густота шлаковых вяжущих находится в пределах 23—27%; сроки схватывания; начало от 35 мин до 2 ч, конец от 1,5 до 11,5 ч.
Увеличение удельной поверхности шлака с 2500 до 6000 см/г н количества добавки с 3 до 10% повышают показатель нормальной густоты вяжущего и сокращает его сроки схватывания. Активность вяжущих при добавке отходов в виде смеси соды и поташа или соды с незначительным количеством щелочи (2—3%) составляет 400— 500 кГ/см2 при твердении в нормальных условиях, а после автоклавной обработки достигает 1000 кГ/см2.
Введение добавок при помоле шлака снижает активность вяжущего ни 15—20% и сокращает сроки схватывания его тем значительнее, чем выше процент активизатора и тонкость помола. Увеличение количества активизатора (пз расчета на сухое вещество) свыше 8—9%, содержащего в основном соду, поташ и щелочи, неэффективно, так как при этом практически не повышается прочность вяжущего, тогда как избыток активизатора может привести к появлению высолов на поверхности изделий.
Как показали рентгенографические и термографические исследования в процессе гидратации активизированных шлаков образуются низкоосновные гидроспликаты типа CSH(B) (d=3,03; 1,82 и эндотермический эффект при t = = 820°С). Появление в цементном камне кальцита (d=3,85; 3,03; 2,84; 2,49; 2,28; 1,87 и эндотермический эффект в диапазоне температур 730—740°С) объясняется, по-видимому, дегидратацией низкоосновных гидросилнкатов кальция и результатом обменных реакций между углекислой солью и кальциевой составляющей шлакового стекла. Присутствие в шлаковом камне гидросиликатов типа CSH(B) и структурно-устойчивого кальцита свидетельствует о высокой прочности шлаковых и достаточной их долговечности.
В настоящее время в металлургических районах Украины и Урала шлаковые вяжущие получают в основном на помольных установках производительной продолжительности увлажнения, а также от увеличения весовой относительной влажности (рис. 3, 4). Из таблицы и рис. 3, 4 видно, что водопроводные трубы незначительно отличаются по величине водопоглощения (Wn ) от газопроводных. Так, величина набухания первых составляет от 1,089 до 1,724 мм/м (среднее значение по данным статистической 1,258 обработки — 1,32 мм/м), вторых — от 0,952 до 1,407 мм/м (среднее значение по данным статистической обработки 1,015-1,07 мм/м). Эти значения примерно в 10—20 раз более величины набухания бетона и близки к величине набухания цементного камня 8. Это понятно, если учесть что в асбестоцементной массе, используемой для изготовления труб, цемент составляет 80— 90%.
В пересчете па обычные изделия длиной 3,95 м удлинение их может достичь 3,76—6,8 431, а с учетом более продолжительного времени увлажнения —на 5—20% больше.
В действительности удлинение труб будет несколько меньшим, так как их начальная влажность при укладке обычно более 2—5%- При строительстве газопроводов во влажных и водонасыщенных грунтах удлинение труб будет достигать тех же величин, но в течение длительного времени.
Одновременно определяли влияние многократных замачиваний на величину набухания изделий. С этой целью те же образцы подвергали 4—5-кратному замачиванию и последующему высушиванию до их первоначальной массы. Установлено, что при повторных замачиваниях величины набухания асбестоцементных труб понижается па 30— 40%. а после 2—3 циклов она остается практически постоянной.
Таким образом, величина зазора между асбестоцементными трубами, предусматриваемая действующими СН 184—61, является недостаточной (особенно при прокладке их во влажных и водонасыщенных грунтах) Она должна быть увеличена до 8—12 мм.