Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019


30.07.2019





Яндекс.Метрика
         » » Стойкость затвердевших шлаковых и зольных вяжущих во времени

Стойкость затвердевших шлаковых и зольных вяжущих во времени

19.12.2017

Для определения стойкости цементного камня во времени необходимо изучение его прочностных характеристик в возрасте от одного — трех месяцев до двух, трех и более лет при различных условиях хранения.

В.Н. Юнг, Е.Д. Горбачев и другие указывают, что при твердении в водной среде прочность бесклинкерных известково-пуццолановых вяжущих увеличивается в течение длительного времени. В воздушно-сухой среде рост прочности указанных вяжущих веществ через 3—6 мес. прекращается, а к 1—2 годам при относительно небольшом содержании окиси кальция в составе вяжущего (15—30%) наблюдается снижение прочности на 20—40%. Вместе с тем установлено, что при соблюдении определенных требований к составу вяжущих и условиям твердения бетонов и растворов на основе известково-пуццолановых (трепельных, шлаковых, зольных) вяжущих эти бетоны могут сохранять свои строительные свойства во времени даже в условиях эксплуатации конструкций в воздушной среде.

Изучение свойств известково-цемяночных растворов в древних сооружениях (Софийский собор в Киеве и др.) позволило установить их хорошую сохранность во времени, что объясняется относительно высоким содержанием в растворах извести. В частности, в кладочных растворах стен Софийского собора соотношение между известью и «заполнителем» (измельченным красным кирпичом) близко к 1:1 (по весу). Если учесть, что в измельченном кирпиче содержание тонких фракций, способных к взаимодействию с окисью кальция, не превышает половины общего количества кирпичного компонента растворов, то указанное соотношение должно быть повышено до 2:1.

Исследования В.Н. Юнга, А.В. Волженского, Е.Д. Горбачева и др. также свидетельствуют о том, что чем выше (до известного предела) соотношение между окисью кальция и кислой гидравлической добавкой в известково-пуццолановых вяжущих, тем они оказываются более стойкими при твердении в воздушно-сухих условиях.

Поэтому в вяжущих материалах, предназначенных для использования в конструкциях, работающих в сухой воздушной среде, содержание извести должно увеличиваться до 50—60% от веса вяжущего. Хорошим средством для увеличения воздухостойкости подобных вяжущих является также введение в них портландцемента в количестве 20—25% общего веса смешанного вяжущего за счет снижения доли извести.

Для воздухостойкости затвердевших известково-пуццолановых вяжущих веществ имеет также значение структура исходных гидравлических добавок. Кислые добавки, такие, как трепел, диатомит, частички которых характеризуются исключительно высокой пористостью и способностью к адсорбции значительного количества водяных паров из влажного воздуха и отдаче их в сухой среде, сопровождающейся одновременно объемными деформациями значительных диапазонов, дают в сочетании с известью наименее воздухостойкие и морозостойкие цементы.

При более же плотных гидравлических добавках (трассы, некоторые топливные шлаки и золы) получаются вяжущие вещества, более стойкие при твердении в воздушно-сухих условиях.

He исключено, что на увеличение стойкости затвердевших известково-пуццолановых цементов из гидравлических добавок с более плотной структурой частичек оказывают влияние не только пониженные объемные деформации систем при тепловлажностных изменениях среды, но и то, что валовое содержание окиси кальция в вяжущем (в пределах обычно применяемых 15—40%) приходится на пониженное количество активной части гидравлической добавки, распределяющейся на поверхности плотных частичек, обладающих малой удельной поверхностью. Поэтому действительное соотношение между свободной окисью кальция и активным кремнеземом резко возрастает, способствуя образованию более основных и более стойких в воздушной среде гидросиликатов кальция при одновременном сохранении некоторого количества гидрата окиси кальция в свободном состоянии. Наличие последнего является также важным обстоятельством с учетом того, что при воздействии углекислоты в первую очередь начнет карбонизироваться гидрат окиси кальция, защищая от разрушения аморфные, высокодисперсные частички гидросиликатов и повышая прочность цементного камня в связи с образованием долговечного и устойчивого карбоната кальция.

При карбонизации гидроокиси кальция в затвердевшем из-вестково-пуццолановом вяжущем веществе выделяется влага, что является важным фактором для долговечности силикатных и алюминатных кальциевых новообразований. При наличии влаги, выделяющейся при карбонизации гидроокиси кальция, создаются относительно благоприятные условия для кристаллизации первоначальных чрезвычайно дисперсных субмикрокристалличе-ских гидросиликатов кальция, образующихся при температурах 10—30° С, способствуя их укрупнению и уплотнению. К тому времени, когда закончится карбонизация избыточной гидроокиси кальция, структура цементного камня окажется достаточно прочной и стойкой как вследствие вновь возникшего карбоната кальция, так и вследствие преобразованных гидросиликатных новообразований. Последующее же воздействие на них углекислоты воздуха если и будет оказывать отрицательное влияние, то оно не будет приводить к разрушению структуры.

Известно, что тепловлажностная, особенно автоклавная, обработка изделий, изготовляемых из известково-пуццолановых вяжущих веществ, обеспечивает высокую воздухостойкость.

Такое явление обусловливается в первую очередь соответствующими изменениями в структуре новообразований, приобретающих более выраженное кристаллическое строение по сравнению с тем, какое они имеют при твердении в обычных температурных условиях.

Можно полагать, что и водотепловая обработка изделий на рассматриваемых вяжущих при температурах 90—95° С при обычном давлении в камерах будет способствовать значительному повышению их воздухостойкости.

По совокупности современных представлений о стойкости известково-шлаковых и известково-зольных вяжущих веществ при твердении их в воздушно-сухих условиях можно полагать, что наименьшей стойкостью должны характеризоваться цементы, получаемые сочетанием извести с кислыми гранулированными шлаками или с кислыми золами, содержащими минимальное количество окиси кальция в своем составе (до 5—20%). К кислым шлакам относятся шлаки цветной металлургии (меднолитейные и никелевые) и, особенно, топливные, а также подавляющее большинство зол. Лишь золы от сжигания углей, торфа и сланцев немногих месторождений содержат до 20—40% окиси кальция в виде двухкальциевого силиката, алюминатов и ферритов, способных к гидролизу, гидратации и твердению при обычных температурах и обеспечивающих длительную стойкость изготовленных из них вяжущих, растворов и бетонов.

При этом наименьшей стойкостью характеризуются вяжущие из зол с малым содержанием окиси кальция до 5—10%. Кроме того, особое опасение должны вызывать золы, содержащие частички не только стекловидной структуры, но и пористые из аморфизированного вещества. Применение таких зол в смеси с известью в виде известково-зольных цементов при твердении в воздушно-сухих условиях должно сопровождаться уже указанными мероприятиями (введение извести до 50—60% веса вяжущего или добавка 20—25% портландцемента) с целью повышения долговечности соответствующих растворов и бетонов.

Несомненно, термообработка изделий из таких известковозольных вяжущих паром при 90—100° С должна значительно повышать их стойкость во времени. Ho тем не менее в ряде случаев не исключена необходимость улучшения долговечности изделий введением портландцемента в количестве 80—100 кг/м3 бетона.

Более стойкими во времени должны быть изделия, изготовленные из известково-шлаковых цементов на основе топливных кислых гранулированных шлаков с плотной стекловидной структурой.

О степени стойкости таких вяжущих и изменениях прочности При длительном нахождении образцов в воздушно-сухих условиях после пропаривания при 95° С можно составить некоторое представление по нижеследующим данным К.В. Гладких. Было использовано вяжущее, изготовленное из топливного гранулированного шлака ТЭЦ-11. Последний является типичным представителем «сверхкислых» гидравлических добавок с содержанием окиси кальция не более 3—5%. Результаты опытов по определению стойкости бетонов во времени на вяжущем из этого шлака могут быть в полной мере отнесены к вяжущим из других аналогичных шлаков.

Исследования включали определения прочности образцов, изготовленных вибрированием из пластичных растворов, подвергавшихся пропариванию при 95° С (режим 3+12 + 3 ч) и запариванию при 8 ат (2+8+3 ч). После термообработки часть образцов хранили в воздушно-сухих условиях и другую часть — в воде в течение 1—1,5 лет. Состав вяжущего для пропаренных образцов был принят 85 : 10:5 (шлак : известь : гипс) и для запаренных — 65 : 20 : 10 : 5 (шлак : известь : молотый песок : гипс).

Результаты опытов, приведенные в табл. 38, позволяют сделать вывод, что запаренные и пропаренные образцы, изготовленные из известково-шлакового вяжущего, являются достаточно устойчивыми при длительном хранении как на воздухе, так и в воде. Характерно, что стабильными являются показатели и для пропаренных образцов из тощего раствора состава 1 : 5 (повесу).
Многие исследователи считают, что прочностные характеристики растворов и бетонов и их долговечность тесно связаны с деформациями материала — усадкой и набуханием под влиянием тепловлажностных изменений.

Несомненно, на объемных деформациях растворов и бетонов отражаются и контракционные явления, происходящие вследствие физико-химического взаимодействия воды и цемента. При этом Н.А. Мощанский отмечает, что величина этих изменений в 5—10 раз меньше, чем величина влажностных деформаций, связанных с потерей бетоном влаги.

По данным ряда исследователей, величина усадки портландцементных бетонов при твердении в воздушно-влажной среде в течение месяца достигает 0,3—0,5 мм/м.

Усадка шлакопесчаных бетонов автоклавного твердения, изготовленных на основе вяжущих веществ из отвальных доменных шлаков, по данным А.В. Волженского и Е.С. Силаенкова, составляет 0,36—0,45 мм/м. Британским стандартом допускается усадка в пределах до 0,4 мм/м для бетонов с объемным весом более 1400 кг/м3 и до 0,5 мм/м для бетонов с объемным весом менее 1400 кг/м3. Для растворов, изготовленных на основе вяжущих из доменных, электрофосфорных и топливных гранулированных шлаков, величина усадки и набухания определялась на пропаренных и запаренных образцах из растворов пластичной консистенции размером 4х4х16 см.

Для сравнения формовали образцы из растворов тех же составов на портландцементе завода «Гигант» марки 400.

Линейные деформации измеряли оптическим прибором ИЗВ-1 на образцах, хранившихся на воздухе и в воде в течение 7 суток, 1, 3, 6 и 12 мес.

За начальный вес, влажность и длину всех образцов принимали показатели, определенные через 6 ч после тепловлажностной обработки. Результаты исследований приводятся в табл. 39 и на рис. 36.
Образцы на вяжущем из топливных гранулированных шлаков состава 85 : 10 : 5 (шлак : известь : гипс) при хранении в воздушной среде в течение одного года показали усадку: пропаренные 0,93 и нормального твердения 1,27 мм/м. Для образцов на вяжущем состава 65 : 20 : 10 : 5 (шлак : известь : молотый песок : гипс) показатели усадки через год практически оказались такими же.

Пропаренные образцы, изготовленные из низкокальциевой

пылевидной золы, характеризуются повышенной усадкой — до 2,2—2,5 мм/м, а при использовании высококальциевых зол усадочные деформации близки к величине усадки шлакопесчаных образцов из топливных гранулированных шлаков и находятся в пределах 0,9—1,5 мм/м. У запаренных образцов величина усадки снижается до 0,8—1 и 0,6—0,8 мм/м соответственно.

У пропаренных образцов на основе вяжущих из доменных гранулированных шлаков и шлаков фосфорного производства усадка составляет 0,59—0,39 мм/м. При запаривании усадочные деформации снижаются в 1,5—2 раза. Пропаренные образцы из растворов на портландцементе через год дают усадку 0,7— 0,75 мм/м, а запаренные — 0,49—0,52 мм/м. Следовательно, пропаренные цементные образцы характеризуются меньшей усадкой (на 0,2—0,5 мм/м) по сравнению с теми же показателями для пропаренных шлакопесчаных образцов. Такую же разницу можно отметить и для запаренных образцов с более благоприятными показателями для цементных растворов.

При этих измерениях усадки влажность образцов изменялась с 7—8 до 1,8—2,5%.

Анализ полученных данных о величине усадки свидетельствует об относительно близких показателях для шлакозолопесчаных и цементных образцов в пределах до 1 мм/м. Стабилизация усадок практически наступает через 3—6 мес. (раньше для запаренных).

В целом данные об усадочных деформациях при высыхании растворов на шлаковых и зольных вяжущих, затвердевших в тепловлажностных условиях, не вызывают каких-либо сомнений с точки зрения их устойчивости во времени.