Изготовление особо плотного бетона

^ Активные минеральные (иначе гидравлические) добавки могут быть природными и искусственными. К природным активным минеральным добавкам относят некоторые осадочные горные породы (диатомит, трепел, опоку, глиежи — естественно обожженные глинистые породы), а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемзу, трасс). В качестве искусственных активных минеральных добавок используют побочные продукты и отходы промышленности: быстроохлажденные (гранулированные) доменные и электротермофосфорные шлаки, топливные золы и шлаки, нефелиновый шлам (побочный продукт производства глинозема, состоящий на 80 % из двухкальциевого силиката), обожженные при температуре до 800 °С глины (глиниты, цемянка) и др.

В составе минеральных добавок в значительном количестве содержатся химически активные составляющие: аморфный водный диоксид кремния (диатомиты, трепелы и другие осадочные породы); аморфный диоксид кремния и алюмосиликаты (вулканические и искусственные добавки); метакаолинит и активный глинозем (в добавках, содержащих обожженное глинистое вещество — глиниты, глиежи, зола-унос и топливные шлаки). Если такие добавки тонко измельчить, то в присутствии влаги, даже при обычной температуре, они способны взаимодействовать с гидроксидом кальция, находящимся в извести или выделившимся при твердении портланда, образуя практически нерастворимые продукты реакции. В простейшем виде этот процесс можно выразить уравнением

т Са(ОН)₂ SiO₂ n Н₂О = (0,8... 1,5) CaO ·SiO₂ рH₂O

В результате воздушная известь приобретает гидравлические свойства, а портланд — специальные свойства и более низкую себестоимость.
В зависимости от вида активной минеральной добавки и ее количества портланда с минеральными добавками разделены на три вида: портланд с минеральными добавками (ПЦД), пуццолановый портланд (ППЦ) и шлакопортланд (ШПЦ).

^ Портланд с минеральными добавками (ПЦД) получают измельчением а, минеральных добавок и гипса. Предельно допустимое содержание минеральных добавок в е не должно превышать 20 %. При этом практически сохраняются все свойства портланда, кроме морозостойкости (она несколько ниже), а некоторые свойства улучшаются (больше водостойкость, меньше тепловыделение, более высокая сопротивляемость коррозии первого вида). При его получении экономится портландный, что способствует снижению себестоимости а. Марки такого а те же, что и у портланда: 400, 500, 550 и 600. По специальному разрешению допускается на отдельных заводах выпускать ПЦД М 300. ПЦД успешно применяют в строительстве вместо портланда, за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость.

Портланд с минеральными добавками имеет разновидности: быстротвердеющий портланд и сульфатостойкий портланд с минеральными добавками. Для получения указанных ов используют, состав которого аналогичен у со ответственно быстротвердеющего и сульфатостойкого портланда, и минеральные добавки — гранулированный шлак (не более 10...20%) или трепел, опоку, диатомит (не более 5...10 %). Такие ы вы пускают М400 и 500 и применяют практически наравне с быстротвердеющим и сульфатостоиким портландом.

64. Пуццолановый портланд

изготовляют путем совместного топкого помола а, содержащего не более 8 % СзА, необходимого количества гипса и актив ной минеральной добавки 20...40 %, или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Содержание активных минеральных добавок устанавливают с учетом активности минеральной добавки и минерального состава а. В соответствии с ГОСТ 22266—76 он отнесен к группе сульфатостойких ов и выпускается М 3ОО и M 400.

66. Шлакопортланд (ШПЦ)

изготовляют так же, как и пуццолановый портланд, но в качестве активной минеральной добавки используют доменные гранулированные шлаки, содержание которых должно быть не менее 21 % и не более 80 % от массы а.

65. Доменные шлаки представляют собой продукт сплавления веществ, находящихся в пустой породе руды и топлива в основном в виде глины с флюсами (плавнями), которыми обычно являются известняк и доломит. При выплавке 1 т чугуна в среднем получается 0,6...0,75 т шлака. По химическому составу доменные шлаки в основном

состоят из CaO, SiO₂, А1₂О₃ и отчасти MgO, суммарное содержание которых достигает 90...95%. При высокой температуре в доменной печи диоксид кремния и оксид алюминия глинистых минералов взаимодействуют с оксидом кальция. При этом образуются малоосновные силикаты и алюминаты кальция. Структура и состав соединений в шлаках зависят не только от его химического состава, но и от условий охлаждения. Медленно охлажденный шлаковый расплав успевает закристаллизоваться, и образующийся шлак представляет собой конгломерат различных устойчивых соединений в кристаллическом виде, сированных тем или иным количеством шлакового стекла. При быстром охлаждении расплав не успевает закристаллизовываться и шлак образуется в стекловидном состоянии. В этом случае он имеет большую химическую активность. Поэтому для изготовления вяжущих веществ используют шлаки, которые получают быстрым охлаждением расплава водой. Такие шлаки имеют вид зерен (гранул) размером до 10 мм, отсюда их название — гранулированные.

Качество доменных гранулированных шлаков характеризуют модулями основности М₀ и активности М_а:

Если модуль основности равен или больше единицы шлак называют основным, при модуле меньше единицы— кислым. Гидравлическая активность доменных шлаков в большинстве случаев с увеличением М₀ и особенно М_а возрастает. Если основные шлаки измельчить и смешать с водой, то они схватываются и затвердевают, т. е. обладают самостоятельными вяжущими свойствами особенно в присутствии активизаторов (например, извести или гипса). Такие шлаки можно вводить в шлакопортланд до 50...80 %. Кислые шлаки не обладают самостоятельными вяжущими свойствами, но при наличии гидроксида кальция, выделяющегося при твердении ной части шлакопортланда, твердеют, образуя низкоосновные гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Во избежание значительного снижения морозостойкости и водонепронцаемости бетонов их дозировка должна быть умеренной — не более 40 %.

Шлакопортланд выпускают трех марок- 300, 400, 500. Он имеет две разновидности: быстротвердеющий шлакопортланд и сульфатостойкий шлакопортланд.

Быстротвердеющий шлакопортланд изготовляют из высококачественных ов и активных гранулированных шлаков, размалывая их до 4000... 5000 см²/г. 3 сут БШПЦ должен приобрести прочность при сжатии не менее 13,6 МПа, при изгибе — не менее 3,4 МПа.

Сульфатостойкий шлакопортланд входит в группу сульфатостойких ов. Повышенная сульфатостойкость этого а обеспечивается применением а и гранулированного шлака, в которых А1₂О₃ не более 8%. Другие минеральные добавки, кроме шлака, не допускаются. При таком составе вяжущего в затвердевшем камне преобладают низкоосновные гидросиликаты и гидроалюминаты кальция и практически отсутствует свободный гидроксид кальция, что и способствует повышению сульфатостойкости шлакопортланда по сравнению с портландом.

^ Твердение ов с активными минеральными добавками

Процесс твердения пуццоланового и шлакопортланда более сложен, чем у портланда, поскольку в нем участвуют оба их компонента — и активная минеральная добавка. При затворении этих ов водой вначале преимущественное развитие получают гидролиз и гидратация ных зерен. В результате образуются те же соединения, что и при затворении портланда. Затем возникают вторичные процессы — взаимодействие продуктов гидратации и прежде всего гидроксида кальция с активной минеральной добавкой с образованием в зависимости от вида добавки нерастворимых в воде гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Вторичные процессы при обычной темпера туре протекают продолжительное время и требуют влажных условий. Поэтому пуццолановый и обычный шлакопортланды по сравнению с портландом характеризуются относительно медленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, но марочная прочность их примерно одинакова.

Твердение пуццоланового и шлакопортландов сопровождается меньшей экзотермией, что позволяет использовать эти ы для бетонирования массивных сооружений (плотины, фундаменты и т. п.). Использование их в зимних условиях вызывает трудности, так как при температуре ниже 10 °С процессы схватывания и твердения резко замедляются, а при температуре ниже 5°С совсем прекращаются. Наоборот, при повышенных температурах пуццолановый и шлакопортланды твердеют более интенсивно, чем портланд, поэтому изделия из бетона на этих ах целесообразно подвергать тепловлажностной обработке.

Свойства. Стойкость пуццоланового и шлакопортландов при воздействии пресных, особенно мягких, и сульфатных вод выше, чем портландов. В кислых и углекислых водах эти ы, как и портланды, недостаточно стойки.

^ Водопотребность пуццолановых портландов выше, чем у портландов, так как на смачивание развитой поверхности минеральных добавок требуется значительный объем воды (нормальная густота пуццоланового портланда 28...35%, а обычного портланда 22...26 %). Вследствие повышенной водопотребности и, следовательно, пористости ного камня бетоны на пуццолановом портланде менее морозостойки, чем на портланде. Водопотребность шлакопортланда существенно не отличается от водопотребности обычных портландов, но химически связывается воды меньше, чем при гидратации портланда. Это приводит к снижению плотности бетона на шлакопортланде и, как правило, морозостойкости по сравнению с бетоном на портланде.

Бетоны на пуццолановых ах характеризуются значительными деформациями усадки и набухания, что связано с повышенным содержанием в ном камне гелевидных новообразований и развитой сетью мельчайших капилляров. При твердении в воздушно-сухих условиях бетон на пуццолановом портланде теряет прочность, что объясняется большой усадкой и «выветриванием» воды из гидратных соединений, т. е. он обладает пониженной воздухостойкостью.

^ Усадка и набухание шлакопортланда приблизительно такие, как и у портланда. Воздухостойкость шлакопортланда выше, чем пуццоланового портланда, но уступает портланду.

^ Жаростойкость бетонов на шлакопортланде значительно выше, чем на портланде. Это объясняется главным образом, пониженным содержанием в них свободного гидроксида кальция и наличием шлаков. Вследствие меньшего содержания ной части в пуццолановом и шлакопортландах их себестоимость ниже, чем портландов той же марки.

Пуццолановый портланд и шлакопортланд применяют для массивных бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений (плотин, шлюзов туннелей, канализационных и водопроводных сетей, фундаментов и т. п.). Широко используют эти ы в производстве сборных изделий с тепловлажностной обработкой (ТВО).

Не эффективны эти ы, в особенности пуццолановый портланд, в наземных конструкциях в районах с сухим климатом или в цехах с пониженной влажностью воздуха, а также в частях сооружений, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию.

Другие вяжущие с активными минеральными добавками