Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Дорожные одежды

Основные характеристики шлаковых вяжущих


Основные характеристики шлаковых вяжущих

Одним из специфических свойств металлургических шлаков является их активность — способность к проявлению гидравлических вяжущих свойств при взаимодействии с водой подобно цементу. Это свойство шлаков позволяет различными способами получать из них шлаковые вяжущие.

Активными считаются шлаки, у которых модуль основности больше 1. Наиболее активные основные шлаки характеризуются высоким содержанием глинозема (модуль активности превышает 0,25) при содержании закиси марганца не более 5%. Кислые шлаки обладают достаточной активностью при модуле основности не менее 0,65 и модуле активности не менее 0,33, при содержании закиси марганца в шлаке не более 4%, так как закись марганца уменьшает активность шлака.

Имеются, однако, данные, что активность шлака, определенная по химическому составу, не всегда соответствует активности, определяемой по его прочности аналогично цементу.

Количественная характеристика значения активности шлаков оценивается согласно ГОСТ 3344—83 пределом прочности на сжатие образцов после 28 сут нормального хранения.

Опыт работы показывает, что срок испытания достаточно длителен и необходим экспрессный метод контроля качества активности шлаков. Второе — возраст испытания шлаков 28 сут не является показательным, так как шлаки в отличие от цемента — медленно твердеющее вяжущее.

Для уточнения характера измерения прочности образцов шлака во времени при нормальном хранении были обобщены данные испытаний шлаков металлургических заводов. Образцы испытывали в возрасте от 7 до 360 сут, а также свежеприготовленные образцы, подвергшиеся пропариванию в течение 3 часов при температуре 100 °С.

Параллельно с образцами из гранулированного шлака были испытаны образцы из доменного шлакового щебня, измельченного до удельной площади поверхности 3000 см2/г и определены те же зависимости, что и для гранулированного шлака. В отличие от гранулированных шлаков, представленных в основном стекловидной фазой с небольшим количеством кристаллической фазы, структура шлакового щебня преимущественно мелкопористая, кристаллическая или скрытокристаллическая. Полученные результаты показывают, что активность образцов, изготовленных из измельченного щебня, не ниже, чем образцов из гранулированного шлака.

Результаты проведенной работы показывают, что дорожное шлаковое вяжущее (измельченный до удельной площади поверхности 3000 см2/г шлак без активаторов) является медленно твердеющим. Это обусловливает высокую технологичность строительства шлакоминеральных конструкций с его использованием.

Прочность на сжатие в возрасте 28 сут составляет 1—3 МПа. К 60-суточному возрасту прочности их возрастает в 1,2—1,7 по сравнению с прочностью в возрасте 28 сут, в то время как к 360 сут прочность увеличивается в 6—10 раз, а в некоторых случаях и в 15 раз. Обобщенные физико-механические характеристики шлакового вяжущего приведены в табл. 4.8.

Результаты испытаний влияния срока хранения гранулирован- -ного шлака в закрытом помещении на изменение его активности (марки) показывают незначительное ее уменьшение в течение двух лет. Это позволяет применять при строительстве не только свежие шлаки, но также хранившиеся на складах в течение двух лет.

Вяжущее из шлака с добавлением цемента. При активации шлака цементом происходит более сложный процесс твердения такого вяжущего, чем твердение портландцемента, так как в реакциях участвуют оба компонента. А. А. Пащенко и др. отмечают, что вначале происходит гидратация клинкера. Раствор насыщается ионами Са++, ОН , S04 , что создает условия для щелочной и сульфатной активации шлакового стекла. Так как часть Са(ОН)2 поглощается шлаком, концентрация ее снижается, что способствует переходу возникших при гидратации клинкера высокоосновных соединений в низкоосновные.

Доменный шлак с добавкой цемента является гидравлическим вяжущим веществом, твердеющим во влажных условиях, и характеризуется относительно медленным нарастанием прочности в ранние сроки. Но в более поздние сроки твердения, когда в реакцию вступает основная масса шлака, прочность его значительно возрастает.

Результаты работ с доменными шлаками 10 металлургических заводов показали, что активность шлакового вяжущего с добавкой цемента возрастает по мере увеличения тонкости помола шлака, количества цемента и его марки. В зависимости от удельной поверхности шлака и количества цемента можно получать при испытании по ГОСТ 3344—83 шлаковое вяжущее марок 50—300, ориентировочные составы которых приведены в табл. 4.9.

При применении недробленого гранулированного шлака или фугой шлаковой продукции аналогичной крупности и активности можно получать вяжущее марок 50—250, при этом ориентировочная добавка цемента М 400 составит 10—50%.

При использовании доменного шлака с удельной площадью поверхности не менее 1500 см2/г можно получать вяжущее марок 50—300, при этом ориентировочная добавка цемента М 400 составляет 2-30%.

При применении доменного шлака с удельной площадью поверхности не менее 3000 см2/г можно получать вяжущее марок 50—300, при этом ориентировочная добавка цемента М 400 составляет 2—15%.

Физико-механические показатели вяжущего из доменного шлака с добавкой цемента при испытании по разработанным, ускоренным и стандартным методам должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. 4.10.

Шлаковое вяжущее с добавкой извести. В основе гидратации шлака без активатора лежат последовательные стадии адсорбции воды, сольватации, растворения и гидролиза. Все шлаки, кроме сернистых, маломарганцовистых, почти не способны активироваться в отсутствии извести или отщепляющего ее цемента. Введение

активаторов в систему шлак + вода, как правило, не изменяет химических процессов в этой системе, а лишь форсирует их и прежде всего фиксацию воды и извести, а также растворение серы и глинозема.

По мнению Г. Н. Сиверцева, известь, т. е. комбинация ионов Са+, ОН , обусловливает наибольший эффект гидратации и весьма значительное выщелачивание серы и глинозема. Все исследователи считают, что известь является хорошим фактором повышения активности шлаков.

Проведенные в Союздорнии, Госдорнии и других организациях работы и опыт строительства показывают, что шлаковое вяжущее с добавкой извести является гидравлическим вяжущим. Такое вяжущее можно получить совместным измельчением воздушной или гидравлической извести со шлаком или путем тщательного смещения измельченного или неизмельченного шлака с известью по ГОСТ 9179—77.

Активность шлакового вяжущего увеличивается с увеличением тонкости помола доменного шлака и увеличением в определенных пределах количества извести. Помол шлака в организациях Глав-дорстроя осуществляли в шаровой мельнице по технологии получения минерального порошка.

Для недробленого гранулированного шлака или другой шлаковой продукции аналогичной крупности можно получить вяжущее марки 50, при этом ориентировочная добавка извести составляет 5-10%.

Для шлака с удельной площадью поверхности не менее 1500 см2/г можно получить вяжущее марок 50—150, при этом добавка извести составляет 0,5—10%. Шлаковое вяжущее с добавкой извести является медленносхватывающимся и медленнотверющим вяжущим, но при длительном нормальном твердении во влажных условиях приобретает значительную прочность.

Шлакощелочное вяжущее. Это вяжущее можно получить, как показали работы НИИСП Госстроя УССР и КИСИ и других организаций, активируя измельченный до удельной площади поверхности 3000 см2/г шлак с модулем активности более 1 содощелочным плавом в количестве 5—10%. Плав содержит 95—97% углекислого натрия Na2C03 и 2—4% гидрата окиси натрия NaOH. Такое вяжущее достигает марки прочности 400.

Процессы гидратации шлаков черной металлургии, активированных содой, прежде всего связаны с процессами разрушения силикатной составляющей шлакового стекла под действием щелочи. На первом этапе происходит обменная реакция между содой и СаО, выделяющимся в небольшом количестве из шлака, в результате чего образуется СаС03 и выделяется щелочь. Под действием щелочи на поверхности зерен шлакового стекла образуется пленка из геля кремнекислоты, а затем и растворимые силикаты натрия, которые вступают в обменную реакцию с СаО, в результате возникают гидросиликаты типа CSH(B), и вновь выделяется щелочь. Затем происходит разрушение более стойкой алюмосили-катной составляющей стекла, при этом образуются гидрогранаты и гидроалюмосиликаты натрия. Таким образом, щелочь играет двойную роль. Она и разрушает шлаковое стекло, и сама частично входит в состав новообразований.

При подборе состава вяжущего в работах Союздорнии доменный шлак измельчали в мельнице до удельной площади поверхности 3000 см2/г. Добавку активатора — содощелочного плава — принимали в количестве 5, 8, 10, 15, 20% от массы шлака. Необходимое количество воды определяли по принципу оптимальная влажность — максимальная плотность.

Содощелочной плав предварительно измельчали и растворяли в оптимальном подобранном количестве подогретой до 40—50 °С воды. Плотность раствора содощелочного плава измеряли ареометром с точностью до 0,01.

Образцы вяжущего готовили по стандартной методике (ГОСТ 3344—83) и испытывали после нормального хранения в 28 сут и в более поздние сроки. Результаты испытаний показали, что ориентировочное содержание плава для получения шлакощелочного вяжущего марки 100 составляет 4—5%, марки 200 — 6—7%, марки 300 — 8—10% от массы шлака. Содержание в вяжущем плава более 10% приводит к снижению марки вяжущего. Шлакощелочное вяжущее является медленнотвердеющим. Активность вяжущего к 360 сут возрастает на 40—50%.

Шлакосиликатное вяжущее. В качестве основного компонента этого вяжущего могут быть использованы измельченные до удельной площади поверхности 3000 см2/г фосфорные шлаки. Эти шлаки менее активны, чем доменные. В качестве активаторов в этом случае целесообразно использование высокощелочных активаторов (кальцинированная сода с содержанием 85% чистого Na2C03, жидкое стекло и т. д.).

Жидкое стекло должно иметь кремнеземистый модуль 1,7—1,8 и плотность 1,15—1,25 г/см3. В зависимости от наличия исходных материалов жидкое стекло требуемого модуля можно получить двумя способами: путем автоклавного растворения силиката натрия (силикат глыбы) по ГОСТ 13079—81 с добавкой соответствующего количества едкого натра по ГОСТ 2263—79 и путем добавки едкого натра по ГОСТ 2263—79 в высокомодульное стекло (ГОСТ 13078—81).

В зависимости от количества жидкого стекла, добавляемого в шлак, по данным Казахского филиала Союздорнии можно получить вяжущее марок 50—300, ориентировочные составы которого приведены в табл. 4.13.

Фосфорный шлак с добавкой цементной пыли. В качестве активатора фосфорного гранулированного шлака по данным Казахского филиала Союздорнии можно применять цементную пыль вторичного улавливания, которая относится к среднещелочным.

Цементная пыль не должна быть в виде комков, а также содержать посторонние примеси. Хранение и транспортирование цементной пыли производят аналогично цементу. Марку вяжущего (активность) определяют по ГОСТ 3344—83.

Приведенные выше составы шлаковых вяжущих опробованы и внедрены в практику строительства. Только организациями Мин-трансстроя построено более 200 км. Наряду с этими вяжущими различными авторами предлагаются другие составы, характерной особенностью которых является многокомпонентность и использование дефицитных материалов. Усложнение технологии получения вяжущего или приготовление смеси на строительстве, невозможность получения некоторых дефицитных материалов сдерживают в настоящее время внедрение других составов вяжущих. Внедрение их в будущем возможно, однако при этом следует иметь в виду необходимость определения технических преимуществ новых вяжущих.



Похожие статьи:
Контроль качества облегченных покрытий

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Дорожные одежды

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум