ГлавнаяБолее удачной является классификация по минеральному составу, разработанная впервые для доменных отвальных шлаков Н.А. Тороповым и О.М. Астреевой. В соответствии с этой классификацией среди доменных отвальных шлаков может быть выделено 9 разновидностей, характеризующихся преобладанием того или иного минерала (алюмината кальция, шпинели, мелилитов, орто- или метасиликатов кальция и марганца). При распространении принципов классификации Н.А. Торопова и О.М. Астреевой на шлаки сталеплавильные, специальные, цветной металлургии и топливные количество кристаллических разновидностей должно быть увеличено до 25—30, что существенно усложнит классификацию. В то же время при разделении по признаку преобладания того или иного минерала не учитывается роль аморфных фаз, определяющих в ряде случаев поведение шлаков и зол при твердении в условиях водотепловой обработки.
Г.Н. Сиверцевым в классификации шлаков за основу принято влияние некоторых компонентов на гидравлическую активность доменных шлаков при твердении в условиях нормальных температур. В качестве основных компонентов выбраны носители активности, т. е. компоненты, обусловливающие механизм отвердевания шлака (ортосиликат и алюминаты кальция), и возбудители активности (сульфид кальция — ольдгамит). Остальные шлаки и золы классифицируются опять-таки по происхождению, физическому состоянию и химическому составу.
Классификация Г.Н. Сиверцева является вполне приемлемой для шлаковых вяжущих нормального твердения. Однако наши исследования показали, что в условиях интенсификации процесса твердения шлаковых вяжущих при водотепловой обработке практически полностью устраняется отрицательное влияние на активность шлакового стекла закиси марганца и в связи с этим теряется смысл разделения доменных шлаков по содержанию MnO. Были получены также данные о решающем влиянии глинозема на активность кислых гранулированных шлаков доменной плавки, цветной металлургии, энергетики и химической промышленности.
А.В. Волженским и Б.Н. Виноградовым при разработке предлагаемой классификации шлаков и зол (табл. 16) за основу принят принцип генезиса (условий образования) рассматриваемых материалов, что позволило выделить три крупные группы шлаков и зол, отличающихся физическим состоянием.
Дальнейшая более дробная разбивка внутри указанных групп произведена с использованием принципов предшествовавших классификаций, но при учете поведения фаз, слагающих шлаки и золы, в условиях водотепловой обработки с активизаторами твердения. В частности, стекловидные шлаки, образующиеся при быстром охлаждении расплавов, делятся по .химическому составу (с учетом содержания сульфида кальция — ольдгамита), кристаллические шлаки, образующиеся при медленном охлаждении расплавов, — по минеральному составу гидравлически активных фаз, а шлаки, образующиеся при твердофазовых реакциях или взаимодействии твердых фаз с расплавом, — также по химическому составу.В пределах трех выделенных групп шлаки и золы распределены в соответствии со степенью их гидравлической активности — от более реакционноспособных, требующих малых добавок активизаторов твердения и небольших температур (80—100°С), к малоактивным, нуждающимся в увеличенных дозировках активизаторов твердения и водотепловой обработке под давлением (температура 100—200°С и более).
Всего предлагаемая классификация (табл. 16) включает 17 разновидностей шлаков и зол, в том числе 8 стекловидных и 9 кристаллических.
В классификации учтены как широкораспространенные шлаки и золы, получаемые в больших количествах (сотни тысяч и миллионы тонн) и представляющие поэтому практический интерес для промышленности строительных материалов, так и некоторые малораспространенные разновидности I-1-A (основные самоактивизирующиеся гранулированные шлаки) и II-4-A (алитово-алюмоферритовые кристаллические шлаки), обладающие способностью к самостоятельному твердению.
Б.Н. Виноградовым установлено, что явная или потенциальная (т. е. проявляющаяся при водотепловой обработке в присутствии активизаторов) гидравлическая активность шлаковых и зольных фаз убывает следующим образом: трехкальциевый силикат —> алюмоферриты кальция —> в-2СаО*SiO2 —> основное шлаковое стекло —> кислое шлаковое стекло —> мелилиты —> у-2СаО*SiO2 —> мервинит —> монтичеллит —> анортит —> ранкинит —> псевдоволластонит —> фаялит —> пироксены. В связи с этим ценность шлака или золы тем выше, чем больше содержание гидравлически активных компонентов.
Наличие самостоятельно твердеющих фаз (C3S, алюмоферритов кальция, P-C2S или основного шлакового стекла) обусловливает возможность использования таких шлаков (с активиза-торами твердения или без них) для изготовления бетонов, твердеющих в нормальных воздушно-влажных условиях. Если же такие фазы отсутствуют или наблюдаются в небольших количествах, то необходимо введение активизаторов твердения и применение водотепловой обработки — пропаривания в камерах при 80—95° С или запаривания в автоклавах при давлении 8—16 ат. Свойства вяжущих из основных или высокоглиноземистых кислых шлаков и зол, твердеющих в условиях автоклавной Обработки, могут быть значительно улучшены введением (совместно с активизаторами) тонкомолотой кремнеземистой добавки (например, кварцевого песка) в количестве 10—25% веса вяжущего.
Нежелательными компонентами в шлаках и золах являются свободные окиси кальция и магния в крупнокристаллическом состоянии (пережог), сульфиды марганца и железа, а также невыгоревшие органические вещества. Вредное влияние свободных окисей кальция и магния проявляется при содержании их в шлаках и золах свыше 3—5%. Эти соединения в форме пережога могут присутствовать в основных мартеновских, феррохромовых шлаках и сланцевых золах. Такие шлаки и золы характеризуются неравномерностью изменения объема и нуждаются в предварительной обработке с целью измельчения или гашения CaO и MgO, а также для разрушения пленок стекла, обволакивающих мелкие кристаллы CaO и MgO в топливных шлаках и золах.
Сульфиды железа и марганца, обусловливающие возможность так называемого «железистого» и «марганцевого» распада шлаков, могут быть опасны лишь при твердении шлаковых вяжущих в нормальных условиях. Применение водотепловой обработки способствует быстрому переходу указанных соединений в гидраты окисей железа и марганца до затвердевания бетона, в связи с чем содержание сульфидов в шлаках для производства пропаренных или запаренных изделий нормировать не следует. Необходимо лишь иметь в виду возможность выделения при гидролизе и окислении сульфидов сероводорода и сернистого газа, отравляющих атмосферу в производственных помещениях и вызывающих коррозию металла.
Органические вещества ухудшают процессы твердения и в некоторых условиях способны к изменениям объема, сопровождающимся появлением внутренних напряжений и деформаций изделий.