Шлакощелочные вяжущие и бетоны с силикатными и алюмосиликатными минеральными добавками (22.03.2010)

Автор: Рахимова Наиля Равилевна

В соответствии с принятой в работе классификацией КП и ОФС являются «физически» активными добавками. Результатами исследований влияния способа совмещения шлака с КП и ОФС, размалываемости компонентов и затрат на помол, выявлена целесообразность получения такого вида КШЩВ путем раздельного помола шлака с последующим тщательным перемешиванием. В исследованиях применялся шлак с Sуд 300 м2/кг и добавки с Sуд от 200 до 800 м2/кг. Водопотребность теста КШЩВ с введением добавок и увеличением их содержания значительно не увеличивается. Сроки схватывания КШЩВ при содержании добавок до 10-20% от массы вяжущего не изменяются, либо незначительно сокращаются, а при увеличении содержания до 60% - удлиняются в 2-3 раза. Плотность камня КШЩВ с введением добавок снижается до 8,1%, водопоглощение повышается до 28%.

Исследование влияния группы факторов на прочность камня КШЩВ с добавками молотых добавок КП и ОФС выявило, что незначительное повышение прочностных характеристик наблюдается с повышением температуры твердения образцов, заменой добавки КП на ОФС и увеличением основности шлака. Определяющей предельную концентрацию молотых «физически» активных добавок и формирование прочности камня КШЩВ является дисперсность добавки. Установлено, что активность молотых добавок в составе КШЩВ начинает проявляться при дисперсности, более чем в 1,6 раза превышающей Sуд шлака (рис.6). Это связано со структурообразующим и структурирующим влиянием частиц размером <5 мкм, содержание которых при измельчении КП и ОФС с 200 до 500 и 800 м2/кг увеличивается в 4,5 раза и составляет более 30%. Введение добавок с оптимальной дисперсностью прочности камня не повышает, но позволяет осуществить замену шлака до 50% («возможный» диапазон) с ее сохранением на уровне бездобавочного.

а) б)

Рис.6. Влияние содержания и дисперсности ОФС на прочность

камня КШЩВ (ОХМК, сода): а) в НВУ, б) после ТВО

Установлено, что энергозатраты на получение КШЩВ с более тонкодисперсной минеральной добавкой как минимум не превышают затрат на помол бездобавочного вяжущего, поскольку добавки имеют в 2-2,3 раза большую размалываемость.

Важным показателем эффективности использования минеральных добавок является их влияние на прочность вяжущих в длительные периоды твердения. Результаты исследований влияния добавок на развитие прочности во времени показали, что введение молотых добавок КП и ОФС снижают темпы нарастания прочности в первые 3-7 суток твердения на величину до 20%, к 28 сут КШЩВ практически сравниваются с контрольными (рис.7), а в более поздние сроки твердения по прочности превосходят их (рис.8). Прочность образцов КШЩВ с добавкой КП, прошедших ТВО, повысилась за год твердения на 24% (до 68,3 МПа), а бездобавочного вяжущего на 15%. Прочность вяжущего с добавкой КП, твердевшего в нормально-влажностных условиях (НВУ), повысилась с 51,2 до 75,5 МПа (на 47%), а бездобавочного на 33%. Прочность КШЩВ на основе шлака ОХМК с добавкой ОФС повышается за год на 24% после ТВО, и на 48% при твердении в НВУ. У образцов, изготовленных на шлаках меньшей основности прирост прочности незначительно выше.

Рис.7. Кинетика набора прочности Рис.8. Прирост прочности образцов камня ШЩВ

камня КШЩВ: 1 – КШЩВ с МК; и КШЩВ с на основе шлака ОХМК с кремнеземистыми

2 – ШЩВ; 3; КШЩВ с КП и ОФС добавками за период твердения до 1 года

На содовом затворителе с добавками молотых КП и ОФС до 50% получены на содовом затворителе КШЩВ марок 400, силикатном – марок 800, соответственно, бетоны классов В25 и 60. В присутствии добавок повышается модуль упругости ШЩБ на 25% снижается призменная прочность на 15-20%, морозостойкость с F600 до F400, водонепроницаемость с W20 до W6 ШЩБ, высолообразование остается на уровне бездобавочных составов.

Микрокремнезем. Малые добавки «химически» активного кремнезема в виде техногенного МК оказывают комплексное положительное воздействие на свойства теста, камня, растворов и бетонов на основе КШЩВ, заключающееся в пластифицирующем, упрочняющем с ранних сроков твердения, «связывающем» эффектах.

Водопотребность теста с добавками МК до 20% снижается с 24,9-25,8% до 18,7-19,4%, сокращение сроков схватывания составляет 1,3 – 2 раза.

Для химически активной добавки оптимальная концентрация и «упрочняющий» эффект добавки определяется условиями твердения, основностью шлака и временем предварительной выдержки образцов перед ТВО. При твердении в НВУ введение МК позволяет повысить прочность ШЩК на 37% при использовании шлака ОХМК и на 27% при использовании ЧМК (рис.9). При твердении в НВУ предельно допустимое содержание МК составило 7% при использовании шлака ОХМК и 5% - ЧМК.

При твердении образцов в условиях ТВО введение МК в ШЩВ позволяет повысить прочность камня (ШЩК) на 105% (до 115 МПа при содержа-

нии добавки 4%) при использовании шлака ОХМК.

Рис.9. Влияние добавки МК на прочность

камня КШЩВ при твердении

в НВУ и после ТВО

рении щелочным компонентом – водным раствором соды. Установлено снижение содержание свободной щелочи на 25%, повышение модуля упругости ШЩБ до 26%, призменной прочности, морозостойкости F700 и сохранение на уровне контрольного водонепроницаемости ШЩБ W20.

В пятой главе приведены результаты исследований свойств КШЩВ, растворов и бетонов, с алюмосиликатными добавками – золой, боем керамического кирпича (БКК), цеолитсодержащими добавками (ЦСД).

Зола. Благодаря содержанию в составе как устойчивых, так и активных форм кремнезема, и возможности регулирования участия золы в формировании свойств КШЩВ диспергированием, зола в аспекте ее рассмотрения как добавки к ШЩВ представляет собой добавку полифункционального действия, имеющей резервы как «физической» так и «химической» активности. При ее введении обнаруживаются положительные эффекты, присущие полностью кристаллическим и аморфным формам кремнезема и описанные в четвертой главе. Кроме этого, ультракислое зольное стекло с размером частиц 10-100 мкм, обладая замедленной способностью гидратироваться в условиях высокощелочной среды по сравнению со шлаковым, служит дополнительным резервом образования продуктов реакции, обладающих вяжущими свойствами. Все это делает добавку золы инструментом управления свойствами КШЩВ более широкого спектра действия. КШЩВ получали раздельным помолом компонентов – шлака до Sуд 300 м2/кг, а золы от 200 до 800 м2/кг, с последующим тщательным смешением. Зола, также, как и КП и ОФС, по размалываемости превосходит шлак в 2-2,3 раза, что не увеличивает затрат не получение КШЩВ оптимальной дисперсности.

Введение молотой золы вызывает увеличение водопотребности до 9,6%, возрастающее с увеличением тонкости помола и концентрации добавки. Сроки схватывания теста КШЩВ с золой дисперсностью 200 м2/кг удлиняются до 1,5 раз, а при дисперсности добавки 500 и 800 м2/кг – до 3 и 4 раз соответственно.

Полифазный состав золы обуславливает зависимость ее активности в составе КШЩВ в равной степени как от дисперсности, так и условий твердения и основности шлака. Для КШЩВ с золой существует граница совместимости компонентов вяжущей системы – шлака и золы, определяемая основностью шлака, условиями твердения и размерами частиц добавки, критической концентрацией кремнезема в композиционных системах и его химическими преобразованиями. В отличие от наполнителей КП и ОФС зола проявляет физическую активность и при невысокой тонкости помола, в 1,5 раза меньшей, чем у шлака, но только при твердении в условиях повышенных температур (рис.10). При ТВО концентрация («возможная») золы при Sуд шлака 300 м2/кг и Sуд золы 200 м2/кг, при которой прочностные характеристики камня не уступают бездобавочным, может достигать 50% в зависимости от основности шлака. С увеличением Sуд золы до 500 и 800 м2/кг, сопровождаемого повышением содержания частиц размером 0-5 мкм до 30 и более процентов эффективность использования ее в составе КШЩВ.

???????i

?????????z

???????????C

???????????»

?????????????

5Прирост прочности камня КШЩВ с добавками золы, молотой до Sуд 500-800 м2/кг, после ТВО, составляет 28-62% в зависимости от вида шлака, условий твердения и дисперсности добавки (рис.10). При увеличении Sуд золы с 200 до 800 м2/кг содержание частиц размером <5 мкм увеличивается в 5 раз Выявленный упрочняющий эффект тонкомолотой золы объясняется сходством механизмов действия МК и высокодисперсных частиц ультракислой золы <5 мкм при повышенных температурах с ШЩВ и продуктами его твердения. В диапазоне концентрации добавок 0-30% в зависимости от дисперсности золы и вида шлака плотность камня КШЩВ снижается на 2,9-4,8%, а водопоглощение повышается на 23-34,8%. Увеличение тонкости помола добавки с Sуд=200 м2/кг до 500 м2/кг оказывает большее влияние на активность золы, чем с Sуд=500 м2/кг до 800 м2/кг. Большие изменения при шаге Sуд 200-500 м2/кг происходят и в гранулометрическом составе шлаков. Более тонкое диспергирование золы более 800 м2/кг при уровне дисперсности шлака 300 м2/кг нецелесообразно. Следовательно, для получения КШЩВ на основе нейтрального и кислого шлаков в зависимости от желаемого результата от совмещения компонентов для повышения активности сверхкислой золы в условиях композиционного вяжущего ее достаточно размалывать до Sуд в 0,7-2,6 раза отличающейся от установленной нормативами дисперсности шлака.

а) б) в)

Рис.10. Влияние содержания и дисперсности золы на прочность КШЩВ: а) на шлаке ЧМК при твердении в НВУ; б) на шлаке ЧМК после ТВО; в) на шлаке ОХМК после ТВО

Сочетая в себе свойства наполнителя и активной добавки, зола образует диапазоны как «эффективного», так и «возможного» замещения шлака. Как следует из приведенных данных при твердении в условиях ТВО зола упрочняет вяжущую систему и до определенных пределов может служить заменителем части шлака в составе КШЩВ (табл.2).

Таблица 2

Диапазоны замещения шлака золой

Шлак Условия твердения Диапазоны замещения шлака золой

«возможный» «эффективный»

ОХМК НВУ 0 – 40-50% (зола Sуд=500-800 м2/кг) 0

ТВО 0 – 50% (зола Sуд=200 м2/кг) 0 – 30%

(зола Sуд=500-800 м2/кг)


загрузка...