Высокопрочный бесцементный газошлакобетон —
В последние три года трест Тагилстрон широко применяет в жилищном и промышленном строительстве бесцементным газошлакобетон, изготовляемый на местом известково-шлаковом вяжущем построено больше сорока пятиэтажных жилых домов и целый ряд промышленных объектов с использованием га из шлакобетона в ограждающих конструкциях.
Известно, что в имеющихся сериях проектов жилых домов ограждающие конструкции составляют лишь около •/з от общего объема, а г/з приходится на несущие конструкции из железобетона марок 150 и 200. Поэтому производство изделии из ячеистых бетонов прочностью, позволяющей их применять в несущих конструкциях, приобретает большое значение.
С повышением объемного веса ячеистого бетона резко возрастает его прочность. Нами была исследована возможность получения газошлакобетоиа объемного веса 1000 и 1200 кг/м3 на основе известношлакового вяжущего и песка, а также возможность получения газошлакозолобетона с использованием юлы в качестве кремневого компонента. Основная задача заключалась в том, чтобы установить оптимальные технологические условия газошлакобетона указанных объемах весов с прочностью, необходимой для несущих конструкций.
Решение этой проблемы позволило бы обеспечить комплектный выпуск изделий для многих строительных объектов на одном заводе.
Все исследования проводились на малоактивном гранулированном доменном шлаке Нижне-Тагильского металлургического комбината. По данным петрографического анализа, шлак состоит из стекловидной фазы (80—90%) и кристаллической фазы (10—20%)- Согласно химическому анализу (табл. 1), шлак является кислым (М0=0,83) и по ГОСТ 3476—52 может быть отнесен ко второму сорту.
В качестве кремнеземистого компонента использован молотый кварцевый песок Люберецкого месторождения с удельной поверхностью 3000 3200 см2/г. Активность извести-кипелки, за исключением особо отмеченных случаев, была в пределах 60—65%. Удельная поверхность извести после помола равнялась 4500 см2/г, температура гашения 60— 70°С, скорость гашения 10—15 мин.
Как известно, молотые кислые шлаки, даже гранулированные, обладают незначительными гидравлическими свойствами. Для активизации к ним добавлялись щелочные и сульфатные возбудители (известь и двуводный гипс).
Как показали исследования, в зависимости от количества добавляемых активизаторов меняются п прочностные показатели газошлакобетона. Прочность известково-шлакопесчаных изделий определяется количеством новообразований, необходимых для цементирования непрореагировавших частиц шлака и песка. Количество и качество новообразований (при прочих равных условиях) зависит от расхода извести.
Изменяя добавку извести в пределах 2—12% (в пересчете на 100% СаО+ +MgO) от веса сухих материалов при постоянном содержании кремнезема 44,5% установили, что оптимальная прочность достигается уже при 5% активности смеси, объемный вес 1000 кг/м3 и 1200 кг/м3 (рис. 1).
Увеличение активности смеси до 12п и незначительно снижает прочность при сжатии газошлакобетоиа. но повышает водопоглощение и снижает коэффициент размягчения Кр (водопоглощение увеличивается с 33% до 39%, а Кр уменьшается с 0,71 до 0,6. что связано с изменением характера новообоазовании в условиях тепловлйжностиой обработки).
О качественных изменениях новообразований можно судить по данным рентгеноструктурного анализа и термическим кривым, полученным при нагревании образцов до 1000СС (рис. 2). Основными новообразованиями в системе шлак—известь—песок—вода с добавкой небольшого количества гипса являются одноосновные гидросиликаты CSH(B) и тоберморит (рис. 3 линии на рентгенограмме 11,2; 5,4; 3,07; 2,96; 2,80 И 1,83). Количество гидрогранатов определяется содержанием алюминатных составляющих в шлаке и по сравнению с гидросиликатами очень незначительно, к тому же с изменением активности смеси оно не меняется.
Увеличение активности смеси с 5 до 8% вызывает увеличение количества гидросиликатов всего на 1%. Дальнейшее повышение количества извести в смеси до 12% приводит к увеличению содержания одноосновных гидросиликатов на 4п/о. Одновременно появляется линия в 3,01 А, которая, вероятно, соответствует двухкальцпевому гндроснликату типа C2SH(C).
Данные ДТА подтверждают основные положения рентгеноструктурного анализа. Эндотермическим эффект при 250—27СГС, обусловленный наличием тоберморита в системе, с повышением активности уменьшается, в то время как эффект CSH(B) прн 9J0°C увеличивается. На кривой 3, соответствующей составу с активностью 12″ л, наряду с одноосновными гидросиликатами имеется в небольшом количестве C2SH+) (v) эндотермический эффект при 680°С, а также свободная СаО (500)
Как показывает табл. 2, с увеличена активности смеси с 5 до 12% содержание свободной СаО в газошлачобею- пе увеличивается в три раза. Следовательно, с повышением активности смеси количество тоберморита понижается, а CSH(B) и свободней СаО соответственно увеличивается, что и привозит к ухудшению физико — механических свойств газошлакобетона
Для газошлакозолобстопа объемного веса 1200 кг/м оптимальный расход извести несколько больше и максимальная прочность в 235 кг см2 достигается при 8% активности смеси.
В газошлакозолобетоке обшее содержание алюминатов, связывающихся при автоклавной обработке в гидрогранаты, значительно больше, чем в газошлако- бетоие. Увеличенная потребность в окиси кальция объясняется тем, что гидрогранаты, являясь более основными соединениями, связывают больше СаО, чем гидросиликаты, основность которых в наших условиях, по данным рентгеноструктурного анализа, около единицы.
Интересно отметить, что активность извести, т е. содержание свободной CaO+MgO в процентах, прн постоянной активности смеси, практически не влияет на прочность газошлакобетона вышеуказанных объемных весов (при исследовании влияния активности смеси на прочность газошлакобетона была использована известь, содержащая 60, 70 и 80% СаО+МрО). То обстоятельство, что для производства газошлакобетона может применяться шикоактивная известь, имеет большое практическое значение. При оценке ее пригодности в производстве следует прежде всего обращать внимание на присутствие пережога и на тонкость помола.
Как известно из литературы, гипс в условиях автоклавной обработки играет роль катализатора в процессе образования гидрогранатов. Ввиду того, что в системе известь—шлак—песок незначительное количество алюминатов вводится со шлаком, оптимальная добавка гипса составляет около 3% от веса шлака.
В газошлакозолобетон вместе с золой вводится дополнительное количество алюминатов. Поэтому наибольшая прочность достигается при содержании 5″.о гипса. Дальнейшее увел пение содержания гипса нерационально, т. к. приводит к снижению прочности газошлакобетона и газошлакозолобетона. Очевидно, это объясняется тем, что излишки гипса играют роль наполнителя, собственная прочность которого сравнительно невысока.
Гранулированный шлак, активизированный известью и двуводным гипсом, в условиях автоклавной обработки приобретает высокую прочность, которая, однако, повышается при замене части шлака кварцевым песком.
Для установления оптимального соотношения песка и известково-шлакового вяжущего (Г) добавку песка меняли в пределах от 15 то -65″ .. Наибольшая прочность в 300 кг/см2 достигается при С = 0,8, что соответствует 55,5% известково-шлакового вяжушего и 44,5% песка (рис. 4). По данным химического анализа, при этом соотношении количество несвязанного кремнезема составляет около 30%- Дальнейшее повышение содержания песка приводит к увеличению количества несвязанного кремнезема в системе, который оказывает разбавляющее действие и приводит к снижению прочности. Эта же закономерность наблюдается и для газошлакозолобетона, но прочность его значительно ниже прочности газошлакобетона того же объемного веса. Это явленье легко объясняется характером получаемых новообразований.
При гидротермальной обработке газошлакобетона, в который незначительное количество алюминатов вводится только со шлаком, рост прочности идет в основном за счет образования тоберморита и одноосновных гидроенликатов типа CSH(B). В газошлакозолобетоне.
Тонкий шлиф газошлакобетона, запаренного при 10 ати в течение 4 ч обыкновенном свете (б/а у 200)
Как известно, значительному увеличению прочности способствует тонкий помол сырьевых материалов. Исследовалось влияние удельной поверхности шлаки (5щЛ) при постоянной толщине помола песка и, наоборот, влияние удельной поверхности песка (Sn) при постоянной 5ШЛ
Установлено, что наибольшая прочность достигается при 8,1Л =4000 см2/г. Дальнейшее увеличение удельной поверхности шлака приводит к снижению прочности. По-видимому, это связано с характером распределения новообразований в исследуемой системе.
По данным петрографического анализа, зерна кварца незначительно корродированы по краям, но скопления новообразований по периметру зерна не наблюдалось. Шлаковое стекло, наоборот, окружено плотной каймой новообразований толщиной менее 0,1 мм (рис. 5), что обусловливает прочную связь с основном массой
Следовательно, чрезмерное увеличение удельной поверхности шлака приводит к глубокой гидратации шлакового стекла и замене прочных зерен менее прочными новообразованиями.
Грубомолотый песок в присутствии высокоактивного шлакового стекла корродирует слабо, н отсутствие концентрации новообразований вокруг его зерен не обеспечивает хорошего сцепления о основной массой Газошлакобетон на грубоднеперспом песке характеризуется низкой прочностью. С ростом удельной поверхности песка увеличивается и прочность, но помол свыше 3000 см2/г не эффективен, так как резко увеличивается водопотребность и понижается трешиностойкость, тем более, что дальнейшее увеличение не приводит к повышению прочности.
Немаловажное значение в увеличении прочности газошлакобетона имеет водовяжущее отношение. Оно зависит от вида применяемых материалов, or их соотношения, от удельной поверхности сырьевых материалов и характеризует консистенцию раствора, определяемую по диаметру расплыва (d в см) на вискозиметре Суттарда. Расход воды в значительной мере предопределяет как газобетонной массы, так и свойства газошлакобетона.