animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Станок для кирпича / Доменный Шлак В Бетоне

Доменный Шлак В Бетоне

Первые попытки включения гранулированного шлака в состав цемента или гидравлической извести относится к концу XIX века. Использование шлака в качестве активной добавки в цемент стало возможным благодаря Ланжену, который предложил способ грануляции шлаков быстрым их охлаждением при выходе из доменной печи. В результате портландцементы с добавками шлака от 30 до 70% начали использовать в строительстве с самого начала XX века.

Широкое распространение как активные минеральные добавки с пуццолановой активностью и гидравлическими свойствами получили доменные гранулированные шлаки и в СССР как основной вид сырья, чтобы производить шлаковый цемент (шлакопортландцемент). Доменный шлак образуется в результате сплавления находящейся в руде пустой породы и флюса с золой кокса при выплавке чугуна в доменной печи и представляет собой после грануляции силикатное и алюмосиликатное стекло, а также силикаты и алюминаты кальция.

Исследованиями влияния доменного шлака в бетоне на его свойства при использовании его для замены части цемента и в качестве самостоятельного вяжущего занимались А. В. Волженский, Ю.С. Малинин, Р.У. Нерс, В.И. Сатарин, Б.Я. Трофимов, М.Б. Френкель, Ф. Шредер и многие др.

Тонкомолотый доменный гранулированный шлак после соответствующей активации проявляет способность к гидравлическому твердению. Большой запас внутренней химической энергии в стекловидной части гранулированных шлаков, а также наличие самостоятельно твердеющего β-двухкальциевого силиката и активатора твердения шлака - сульфата кальция обусловливает способность основных гранулированных шлаков взаимодействовать с водой и медленно отвердевать. Однако вяжущие свойства измельченных основных гранулированных шлаков проявляются обычно в недостаточной степени. Кислым же шлакам присущи в основном скрытые (потенциальные) вяжущие свойства и пуццолановая активность. Для активации вяжущих свойств основных и кислых гранулированных шлаков к ним добавляют ускорители твердения. Одним из эффективных способов активизации шлака в технологии строительных изделий на шлакопортландцементах является использование камеры тепловлажностной обработки (ТВО) при температуре до 95°С.

Применение шлакопортландцементов в производстве сборного и монолитного железобетона с использованием температурных способов ускорения твердения бетона позволяет добиваться наибольшей экономии топливно-энергетических ресурсов. В ряде регионов нашей страны доля потребления шлакопортландцементов довольно высока, например, в Южно-Уральском регионе она составляет 48-50%. Для расширения области применения бетонов на шлакопортландцементах необходимо установить возможность применения таких бетонов для изделий с нормируемыми требованиями по морозостойкости при использовании их в комплексе с современными пластифицирующими добавками.

В состав доменного шлака входят главным образом четыре оксида: CaO, SiO2, Al2O3, MgO, суммарное содержание которых обычно составляет 90% и выше. Содержание в клинкере MgO, SO3, MnO и других оксидов не должно превышать допустимых ГОСТ величин. Влияние главных оксидов на свойства шлаков связано с тем, что оксид кальция и глинозем (последний в особенности) повышают гидравлическую активность шлаков, а кремнезем отвечает за пуццолановые свойства.

Применение в металлургическом производстве в качестве флюса доломитизированного известняка увеличивает содержание в шлаках MgO до 13-15%, но в присутствии Al2O3 оксид магния образует алюмомагниевые силикаты, которые не вызывают неравномерности изменения объема при твердении шлакопортландцемента, включающего такой шлак. Увеличение в шлаке содержания MnO до 10% не ухудшает его гидравлические свойства.

Активность доменного шлака по отношению к портландцементу зависит от содержания и состава стекла, которое интенсивней взаимодействует с водой, чем кристаллическая фаза того же химического состава. Выявлено, что максимальная гидравлическая активность шлака обеспечивается при содержании кристаллической фазы до 5%. Увеличение степени закристаллизованности шлака до 15-20% не даёт положительного результата, а при количестве стеклофазы менее 80% качество шлака, как компонента шлакопортландцемента, снижается. Кристаллическая фаза шлака чаще всего представлена следующими минералами: β-C2S, CAS2, CMS2, CFS2, C2AS, C2MS2 и др.

При гидратации шлакопортландцемента первыми гидратируют клинкерные частицы, образуя гидросиликатный гель, обволакивающий зёрна шлака и клинкера. Образующийся в жидкой фазе гипсо-известковый раствор способствует возбуждению гидравлической активности шлака. Из высокоосновного гидросиликата, формирующего оболочку вокруг зёрен доменного шлака, выщелачивается известь и на месте первичного гидрата остаётся аморфизированная плёнка, обогащенная глинозёмом и кремнеземом. Образовавшийся гидратный гель весьма устойчив во времени и при благоприятных условиях очень медленно кристаллизуется. В структуре геля при температуре до 233K изменений не наблюдается, при дальнейшем нагревании из аморфной массы могут выкристаллизоваться новообразования, что приводит к разрыву гелевых оболочек вокруг негидратированных зёрен. После образования плотной оболочки гидратация осуществляется с диффузионным контролем по мере проникания влаги через оболочку новообразований и разрывы в ней. Постепенно зёрна шлакового стекла замещаются продуктами гидратации шлака: основными - «нестехиометрическими аморфизированными гидросиликатами с большой поверхностной энергией» и кристаллическими эттрингитоподобной (AFt) фазой, представленной игольчатыми или призматическими кристаллами, а также алюмоферритной (AFm) фазой.

Кристаллические фазы более разбросаны в шлакопортландцементном камне. Глинозём, содержащийся в шлаковом стекле, встречается в гидратированном камне в виде твёрдого раствора в гидросиликатном геле. При повышенном содержании доменного шлака в результате твердения шлакопортландцемента образуется камень, в котором уменьшается содержание свободного гидроксида кальция, взаимодействующего со шлаковым стеклом.

Гидросиликатный гель со временем постепенно уплотняется за счёт поглощения извести, в результате цементный камень увеличивает плотность и прочность. Из-за меньшего содержания извести в шлакопортландцементном камне этот процесс идёт медленнее, чем для портландцементного камня, а структура камня, в сравнении с той, которую имеет портландцемент, формируется с меньшим содержанием кристаллической извести. Эти особенности структуры шлакопортландцементного камня обусловливают его высокие прочностные и эксплуатационные свойства.

Тепловлажностная обработка наиболее благоприятна для твердения шлакопортландцемента, при этом, благодаря активизации шлака, образуется дополнительное количество продуктов гидратации, повышается плотность гелевидной структурной составляющей типа C-S-H (I), формируется мелкодисперсная структура цементного камня. Образующиеся при гидратации шлакопортландцемента гелевидные низкоосновные гидросиликаты обеспечивают формирующемуся камню высокую стабильность и придают бетону способность релаксировать напряжения при фазовых переходах поровой жидкости в процессе замораживания и оттаивания.