Шлакощелочные бетоны, жаростойкие бетоны, полимерцементные бетоны, полимербетоны, свойства, области применения

Шлакощелочные бетоны. Для приготовления бетонов использование вторичного сырья промышленности, в частности шлаков и зол, дает большой экономический эффект. Щелочная активизация гранулированных доменных шлаков может достигаться не только введением в них извести, но и добавкой щелочей (NaOH и КОИ), а также щелочных солей слабых кислот (сода, поташ, жидкое стекло). Основной компонент этих вяжущих — гранулированный доменный шлак используют в виде тонкоизмельченного порошка, подобного цементу. Щелочи вводят в виде водных растворов в бетонные смеси непосредственно при их изготовлении. Растворимое стекло целесообразно применять с повышенным модулем п, равным отношению числа молекул кремнезема к молекулам R20. Растворимое стекло в сочетании с основными шлаками дает наилучшие результаты при химическом составе, характеризуемом молекулярным отношением w=$i(VR20 в пределах 1,7—2,2. При кислых шлаках целесообразно применять растворимое стекло с меньшим модулем п= 1,2...1,5. В бетонные смеси растворимое стекло обычно вводят в виде раствора плотностью 1,2—1,25 кг/л. Сода и содово-поташные материалы применяют в виде водных 15 %-ных растворов плотностью 1,14—1,16 кг/л.

Твердение шлакоцементных комбинаций обусловлено гидратацией шлакового стекла под влиянием гидроксильных ионов с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция группы CSH (В), а также гидрогранатов и гидроалюмосиликатов натрия (при использовании соды и натриевого жидкого стекла).

Растворы пластичной консистенции, состава 1:3, при нормальных условиях твердения достигают прочности при сжатии 20—25 МПа. При пропаривании в течение 8—12 ч при 90—95 °С прочность растворов и бетонов возрастает до 35—60 МПа в зависимости от свойств шлаков, расхода шлакощелочного вяжущего и щелочного компонента. В частности, при применении растворимого стекла стеклошлаковое отношение достигает 0,3—0,35. Значительный расход растворимого стекла делает особо актуальной задачу всемерного использования для изготовления шлакощелочных бетонов отходов различных производств. Рассматриваемые вяжущие и бетоны (в особенности мелкозернистые на песках с повышенным содержанием глинистых частиц) применяют в производстве строительных изделий различного назначения.

Жаростойкий бетон предназначен для конструкций, испытывающих в процессе эксплуатации длительное воздействие высоких температур.При нагреве бетона, изготовленного на портландцементе, происходят процессы дегидратации Са(ОН)2 и разложения гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, образовавшихся в процессе твердения цемента. В результате прочность бетона значительно уменьшается, а оксид кальция в последующем под воздействием влаги гидратируется и увеличивается в объеме. Это приводит к растрескиванию конструкций.

Для придания бетону на портландцементе необходимой стойкости к действию высоких температур в его состав вводят тонкодисперсные добавки, содержащие активный аморфный кремнезем, который способен связывать оксид кальция при температуре 700...900°С благодаря реакциям в твердом состоянии. В качестве добавок применяют пемзу, золу ТЭС, шамот, доменный гранулированный шлак. Заполнителями в жаростойких бетонах служат огнеупорные материалы: шамот, бой огнеупорного магнезитового кирпича, корунд, хромитовая руда. В качестве вяжущих используют жидкое стекло, глиноземистый и высокоглиноземистый цементы, периклазовый цемент, фосфатное связующее. Тип вяжущего вещества и заполнителей для жаростойкого бетона выбирают с учетом температуры эксплуатации конструкции.

По степени огнеупорности жаростойкие бетоны разделяют на следующие группы: высокоогнеупорные с огнеупорностью в пределах 1580... 1770 °С и жароупорные с огнеупорностью ниже 1580 °С.

Установлены классы жаростойкого бетона по прочности на сжатие (от В1 до В40). В зависимости от предельно допускаемой температуры применения жаростойкие бетоны подразделяют на классы от 3-го (Т = 300 °С) до 18-го (1800 °С).

Полимербетонами называют бетоны, в которых вяжущими служат различные полимерные смолы, а заполнителями — неорганические материалы — песок и щебень. Для экономии смолы и улучшения свойств полимербетонов в них иногда вводят помолотые наполнители. Для ускорения твердения и улучшения свойств применяют отвердители, пластификаторы и другие специальные добавки.

Наиболее часто для полимербетонов используют термореактивные смолы - фурановые, эпоксидные, полиэфирные. Отверждение полимерного вяжущего осуществляется при обычной температуре, а в некоторых случаях — с подогревом.

Полимербетоны благодаря высокой износостойкости и водостойкости применяют в облицовках гидротехнических сооружений. Некоторые элементы гидротехнических сооружений — водоприемники, водосливы, водопропускные лотки — испытывают большое изнашивающее воздействие потоков воды со взвешенным в ней песком и перемещаемых ею каменных наносов. Такие воздействия особенно характерны для паводковых периодов в горных районах. При прохождении высокоскоростных потоков воды разрушение материала облицовки возможно от действия кавитации, выражающейся в резком захлопывании воздушных пузырьков в воде у поверхности облицовки, сопровождающемся местными ударными воздействиями большой силы. Бетонная облицовка в таких условиях разрушается иногда за один год эксплуатации, облицовка металлическими листами толщиной 20 мм разрушается за 4...5 лет, полимербетонная же облицовка на основе мономера ФА выдерживает более 10 лет.

В практике гидротехнического строительства используются главным образом фурановые полимербетоны, характеризующиеся минимальной стоимостью при достаточно высоких эксплуатационных свойствах. Обычно для устройства монолитной облицовки применяют полимербе-тон на мономере ФА следующего состава (мае. ч.): мономер ФА — 100; бензосульфокислота БСК — 22...27; растворитель для БСК (ацетон или спирт) — 2...2,5; андезитовая мука — 140... 160; песок кварцевый (фракция 0,5...2 мм) — 125...150; щебень (три фракции от 5 до 40 мм) -850...1000.

Работы по приготовлению и укладке полимербетона должны производиться при сухой погоде с использованием сухих наполнителей и заполнителей. Дня обеспечения сцепления полимербетона с основанием последнее должно быть сухим и очищенным от пыли и грязи. При больших площадях бетонирования и высоких изнашивающих нагрузках рекомендуется армирование стальными сетками. На особо нагруженных участках используют дисперсионно-армированный полимербетон.

Полимерцементные бетоны и растворы содержат от 0,2 до 5...12% добавки синтетической смолы или каучука, их вводят в виде эмульсий или суспензий, что обеспечивает более равномерное распределение полимера в объеме материала. Обычно применяют водные дисперсии поливинилацетата, полистирола, поливинилхлорида, латексы, а также кремнийорганические соединения. В результате уменьшаются водопоглощение и водопроницаемость, увеличивается в 2...3 раза прочность бетона при растяжении и изгибе.

Полимерцементные материалы применяют в виде красок, клеев, обмазок (например, для защиты арматуры); полимерце- -ментные растворы и бетоны используют для устройства полов, а также в виде защитных слоев резервуаров, труб и других сооружений.