Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Дорожные одежды

Получение шлакоминеральных материалов заданных характеристик


Получение шлакоминеральных материалов заданных характеристик

Прочность обработанного материала с подобранным составом каменных материалов в значительной степени зависит от содержания вяжущего, который заполняет пустоты между зернами песка и гравия (щебня), обволакивает зерна каменного материала и создает монолитный материал.

Наиболее широкие работы по влиянию количества вяжущего на прочность обработанных материалов проведены при использовании цемента В. А. Шильниковым, А. П. Кузнецовым, Ф. П. Клима-шовым, И. 3. Духовным и др. В результате этих работ предложены зависимости между прочностью и расходом цемента.

При применении цемента марок 300, 500 и 600 его расход должен быть умножен соответственно на коэффициент 1,2; 0,9; 0,8. Приведенные расходы можно применять также для обработки легких искусственных каменных материалов (керамзита, аглопорита и др.). При обработке щебня приведенные расходы вяжущего можно уменьшить на 10—20%, а при применении песков увеличить на 10—20%.

Шлакоминеральные материалы наиболее широко исследовались в Госдорнии и Союдорнии. Результаты работ Союздорнии по определению влияния количества шлака и времени твердения на прочность шлакоминеральных материалов, приведенные на рис. 4.8, показали, что в случае использования измельченного шлакового вяжущего без активаторов судить о прочности шлакоминеральных материалов можно только в возрасте 180 сут.



Рис. 4.8. Влияние времени твердения (а) и количества шлака без активаторов (б) на прочность обработанных материалов:
1 — S шлака — 2000 см7г (70% частиц < 0,071 мм), 20%; 2 — S шлака — 1200 см2/г (30% частиц <0,071 мм), 20%; 3 — S шлака — 300 см2/г (15% частиц < 0,071 мм), 20%

Для приготовления шлакоминеральных материалов с использованием шлакового вяжущего без добавок активатора, которое является медленнотвердеющим, в качестве заполнителя целесообразно использовать известняковый щебень и отходы его дробления или песчано-гравийную смесь, чтобы до омоноличивания материала несущая способность основания обеспечивалась каркасом каменных материалов.

Прочность шлакоминеральных материалов увеличивается при увеличении удельной площади поверхности шлака и его количества в смеси.

В возрасте 360 сут по сравнению со 180 сут прочность увеличивается, а в 90 сут уменьшается в 2 раза. До 60 сут образцы практически не имеют прочности.

При обработке известняков расход вяжущего, указанный в табл. 4.16, уменьшают на 10—20%, а при обработке природных кварцевых песков увеличивают на 10—20%.

Морозостойкость материалов, обработанных шлаковым вяжущим без активаторов, рекомендуется определять в возрасте 180сут. В 180 сут смеси, содержащие 10—20% шлакового вяжущего .с удельной площадью поверхности 1000—3000 см2/г, выдерживают 15—25 циклов попеременного замораживания — оттаивания при коэффициенте морозостойкости 0,8—0,9. В возрасте 360 сут смеси, содержащие 10—20% шлакового вяжущего с удельной площадью поверхности 2000—3000 см2/г, выдерживают 50 циклов попеременного замораживания — оттаивания.

Прочность и рост прочности шлакоминеральных материалов в более ранние сроки можно повысить введением в смесь активатора-цемента. В этом случае можно уменьшить расход шлака и цемента. При разработке оптимальных составов расход цемента применяли в пределах 2—10% и расход шлака 5—20%. Использовали шлаки с удельной площадью поверхности 100, 1000. 2000, 3000 см2/г. Следует отметить также, что расход шлака и особенно активатора цемента уменьшается при измельчении шлака, т. е. увеличении его удельной площади поверхности. В этих смесях требуемые ГОСТ 23558—79 нормативные прочности в зависимости от содержания в смеси шлака и цемента, как это видно из рис. 4.9, могут быть получены в возрасте 28 сут.



Рис. 4.9. Влияние количества шлака (а), цемента (б) и времени твердения (в) на прочность шлакоминеральных материалов

Ориентировочный расход доменного шлака различной крупности и активатора-цемента марки 400 в процентах по массе в случае их раздельного дозирования, для получения различных марок обработанного материала на основе ПГС и легких искусственных материалов в возрасте 28 сут приведен в табл. 4.17 на основе испытаний материалов со шлаками более 10 металлургических заводов.

При использовании шлакового вяжущего марок 100 и 300 по ГОСТ 3344—83 его расход увеличивают или уменьшают на 10— 20%.

При обработке известняков расход вяжущего, указанный в табл. 4.17, уменьшают на 10—20%, а при обработке песков увеличивают на 10—20 Непрочность шлакоминеральных материалов в возрасте 360 сут увеличивается по сравнению с прочностью в возрасте 28 сут в 1,5—2,0 раза.

Морозостойкость шлакоминеральных материалов с активатором-цементом определяют в возрасте 28 сут. Шлакоминеральные материалы с прочностью 1,0—10,0 МПа выдерживают 10—50 цик-пов замораживания — оттаивания, коэффициент морозостойкости при этом 0,7—0,9.

В качестве активатора шлака можно использовать известь. Наиболее широко ее применяют во Франции благодаря исследованиям Центральной лаборатории мостов и дорог; широко исследовали такой материал также в Госдорнии и других организациях. Для уточнения составов шлакоминеральных материалов были проведены специальные работы. Дозировку шлака изменяли в пределах 5—20%, извести гашеной 1—6%. Шлак применяли, с удельной площадью поверхностью 100, 1000, 2000, 3000 см2/г (рис. 4.10).

Результаты работ показали, что в случае применения недробленого гранулированного шлака (удельная площадь поверхности 100 см2/г) прочность шлакоминеральных материалов в возрасте 28 сут составляет 0,2—0,5 МПа, в возрасте 180 сут 0,6—2 МПа.

Применение измельченного шлака позволило ускорить рост прочности шлакоминеральных материалов и повысить ее абсолютное значение. При увеличении количества извести с 1 до 3% и уменьшении крупности шлака со 100 до 1700 см2/г прочность шлакоминеральных материалов повышается с 0,3 до 5 МПа в возрасте 28 сут.



Рис. 4.10. Влияние содержания извести в шлаковом вяжущем (а) и времени твердения (б) на прочность обработанных материалов:

Результаты проведенных работ ео шлаками нескольких металлургических заводов позволили определить ориентировочные составы вяжущего (шлака и извести) для получения шлакоминеральных материалов с заполнителем песчано-гравийной смеси в возрасте 28 сут, которыелриведены в табл. 4.18.

При использовании шлакового вяжущего марки 200 его расход уменьшают на 10—29% по сравнению с расходом вяжущего марки 100.

Прочность шлакоминеральных материалов в возрасте 360 сут увеличивается в 1,5—3 раза по сравнению с нормируемой прочностью в возрасте 28 сут.

Шлакоминеральные материалы с активатором-известью могут выдерживать не более 10 циклов замораживания — оттаивания, р е. иметь максимальную марку морозостойкости Мрз 10.

Шлакоминеральные материалы на шлаковом вяжущем с активатором-известью, имея невысокую прочность и морозостойкость, могут применяться лишь в нижних слоях основания в районах с мягкими климатическими условиями.

Шлакощелочные материалы широко исследовали в К.ИСИ для определения оптимальных составов шлакоминеральных материалов на основе измельченного шлака и активатора — содощелочного плава, применительно к условиям дорожного строительства в Союздорнии были проведены дополнительные работы. Дозировку шлака с удельной площадью поверхности 3000 см2/г применяли в пределах Ю—30% от массы смеси, а плава 5—20% от массы шлака. Плав вводили в смесь, предварительно растворяя в воде. В результате работ получены составы вяжущих, обеспечивающие получение шлакоминеральных материалов требуемой прочности (рис. 4.11). Ориентировочное содержание вяжущего (шлака и содощелочного плава) в смеси с известняковыми отсевами для получения шлакоминерального материала различных марок в возрасте 28 сут приведено в табл. 4.19.

При обработке песчано-гравийной смеси расход шлака, приведенный в табл. 4.19, увеличивают на 10—20%, а при обработке песка —на 15—30%.

Шлакоминеральные матералы марок прочности 20—100 выдерживают до 25 циклов замораживания — оттаивания.

Работы, проведенные со шлакоминеральными материалами на основе измельченного до удельной площади поверхности 3000 см2/г фосфорного шлака и активатора — жидкого стек-л а, показали, что получение той или другой марки прочности шла-косиликатоминеральных материалов зависит от количества шлака и плотности раствора жидкого стекла, имеющего кремнеземистый модуль в пределах 1,7—1,8.



Рис. 4.11. Влияние количества шлака (о) и времени твердения (б) на прочность

Зависимость прочности бетона от содержания в смеси воды была известна давно. Фере в 1891 г. показал, что прочность бетона прямо пропорциональна содержанию цемента и обратно пропорциональна содержанию воды. В дальнейшем работами И. Г. Ма-люги, Н. М. Беляева была установлена зависимость между прочностью бетона и водоцементным отношением.

Установлено, что для полной гидратации .цемента необходимо всего около 15—25% воды от его массы. Чем больше В/Ц отличается от 0,25, тем больше остаток свободной воды и, следовательно, больше пористость бетона. Увеличение и уменьшение расхода воды против оптимального значения приводит к снижению прочности материала. Однако причины снижения прочности различны. При увеличении В/Ц цементное тесто разжижается и увеличивается пористость материала. При уменьшении В/Ц увеличивается жесткость смеси, что не позволяет хорошо ее уплотнять и материал также получается пористым.

Б. Г. Скрамтаев предложил определять прочность бетона по следующей формуле, учитывающей марку цемента /?ц, /?28 = (0,5 - 0,55) /?ц(Д/В-0,5).

Формула справедлива при В/Ц = 0,4-М,2. Кроме того, некоторые исследователи считают, что для низкомарочных бетонов эта зависимость может потребовать корректировки. Применение шлаковых вяжущих вместо цемента также очевидно внесет коррективы в эту зависимость. В исследованиях В. М. Безрука и других влияние вяжущего и воды рассматривается отдельно. Содержание воды связывается не только с количеством вяжущего, но и с возможностью достижения максимальной плотности материала, которая и обеспечивает максимальную прочность материала.

Английские «Технические указания по производству дорожно-строительных и мостостроительных работ» требуют, чтобы влаж-мость была не выше и не ниже 2% от оптимальной. Французские «директивы по строительству цементоминеральных и шлакомине-альных оснований» отмечают, что превышение влажности сверх оптимальной на 1,5% равноценно снижению прочности матерала из-за уменьшения содержания цемента в смеси на 1%, т. е. приблизительно на 20—30%. Эти данные показывают важность в техническом и экономическом отношении правильности назначения количества воды в смесь.

Для уточнения количественного влияния воды на прочность шлакоминеральных материалов в Союздорнии были проведены работы с песчано-гравийной смесью, известняковым щебнем и высевками, а также керамзитовым гравием и шлаковой пемзой, обработанными шлаковым вяжущим. Количество воды в смесях принимали оптимальным, а также ниже и выше оптимума.

Проведенные в Союздорнии работы и опыт строительства показали, что уменьшение или увеличение влажности смеси на 1—2% от оптимальной приводит к снижению прочности обработанного материала на 10—30%. Компенсация потери прочности в этом случае возможна лишь увеличением содержания вяжущего в смеси на 10—20%.

Ориентировочный расход воды для смесей с цементом составляет 5—8%, с медленнотвердеющим вяжущим 8—10% При обработке легких искусственных каменных материалов ориентировочный расход воды составляет 8—11% от массы сухой смеси. Для смесей, содержащих до 10—25% пылевато-глинистых частиц, ориентировочный расход воды увеличивают на 2—3%.

При применении комбинированных комплексных вяжущих, например шлак + цемент, трудно определить зависимость водовяжу-щего отношения и поэтому целесообразно рассматривать отдельно влияние количества вяжущего и его марки на прочность шлакоминеральных материалов и содержание воды на достижение максимальной плотности смеси.

Влияние характеристик каменных материалов. Результаты работ, проведенных в Союздорнии, и опыт строительства показали, что свойства каменных материалов играют большую роль в обеспечении получения обработанных материалов требуемых марок прочности и морозостойкости. Правильный выбор зернового состава, в том числе количества частиц мельче 0,071 мм, прочности каменного материала, формы зерен позволяют значительно уменьшить расход вяжущего при получении требуемой марки шлакоминеральных материалов.

Для исключения перерасхода вяжущего ГОСТ 23558—79 рекомендует применять каменные материалы, зерновые составы которых находятся внутри граничных кривых плотных смесей с коэффициентом сбега 0,6—0,8.

Для сокращения расхода вяжущего на 2—5% по массе смеси целесообразно применять известняки и песчано-гравийные смеси с непрерывным зерновым составом, соответствующим кривым плотных смесей с коэффициентом сбега 0,65—0,75.

Применение прерывистой гранулометрии приводит к уменьшению прочности шлакоминеральных материалов. Однако прерывистая гранулометрия может конкурировать с непрерывной, но не оптимальной для данного материала. Например, прочность обработанного вяжущим каменного материала с прерывистым в песчаной части зерновым составом, ограниченным кривыми плотных смесей с коэффициентом сбега 0,6—0,7, близка прочности каменного материала, имеющего непрерывный зерновой состав с коэффициентом сбега 0,6 или 0,8, обработанного тем же количеством вяжущего. Аналогичные результаты получены при применении каменного материала с прерывистым в области частиц крупнее 5 мм зерновым составом вместо каменного материала с непрерывным зерновым составом с коэффициентом сбега 0,6 или 0,8. Зерновой состав малопрочных и легких каменных материалов должен соответствовать кривым плотных смесей с коэффициентом сбега 0,7—0,8 из-за их повышенной дробимости. Результаты работ показали, что применение каменного материала оптимального зернового состава позволит получать наиболее высокую прочность шлакоминеральных материалов при минимальном расходе вяжущего.

Применение каменных материалов или песков неоптимального зернового состава приводит к необходимости увеличения расхода вяжущего на 20—30%.

При обработке песчано-гравийных смесей недробленым гранулированным шлаком с добавкой цемента, при увеличении пылевато-глинистых частиц с 0 до 5% при постоянном расходе вяжущего прочность на сжатие шлакоминерального материала увеличивается с 1,2 до 2,2 МПа. При обработке отсевов дробления известняков шлакощелочным вяжущим или измельченным шлаком с добавкой цемента максимальную прочность обеспечивает состав шлакоминерального материала, содержащий 6—10% пылевато-глинистых частиц. Таким образом, проведенные работы показали, что содержание в заполнителе частиц мельче 0.071 мм не должно превышать g_10%. Уменьшение до 3—5% или увеличение их количества до 20% приводит к снижению прочности обработанного материала на 15_30% или требует повышения расхода вяжущего на 20—40%. Содержание в крупнозернистых и песчаных смесях частиц, менее 0,14 мм из известняка можно увеличить до 10—15%.



Рис. 4.12. Влияние коэффициента -сбега на прочность обработанных материалов:
1 — известняковый щебень (Молдавия), непрерывный зерновой состав, 7% цемента; 2 — песчано-гравийная смесь (Гуназар-ская), непрерывный зерновой состав с 6% цемента; 3 — песчано-гравийная смесь (Гуназарская), прерывистый зерновой состав без фракции 5—2,5 мм с 6% цемента; 4 — песчано-гравийная смесь (Гуназарская), прерывистый зерновой состав, без фракции 5—1,25 мм с 6% цемента; 5 — легкие искусственные материалы, непрерывный зерновой состав с 15% шлакового вяжущего марки 300; 6 — песчано-гравийная смесь (Гуназарская); прерывистый зерновой состав, без фракции 5—0,63 мм, 6% цемента; 7 — известняковый щебень с 15% цемента; 8 — известняковый щебень с 10% цемента; 9 — известняковый щебень с 7% цемента

Изменение максимальной крупности каменного материала в пределах Ю—40 мм незначительно влияет на изменение прочности обработанного материала. В то же время следует отметить, что для песчаных смесей на естественных песках необходим повышенный расход вяжущего по сравнению со смесями на основе гравия или щебня. Обработка гранулированным доменным шлаком с добавкой цемента песчано-гравийной смеси позволяет получать прочность шлакоминерального материала на 30—70% выше, чем при обработке тем же количеством вяжущего песка. Аналогичные данные получены при использовании керамзитового гравия вместо природного.

Для приготовления обработанных материалов более целесообразно использовать щебень по сравнению с гравием.

Замена гравия на щебень в шлакоминеральных материалах позволяет уменьшить расход вяжущего на 1—2% от массы смеси при обеспечении их равнопрочности.

Кроме того, как показывает опыт строительства, в песчано-гра-вийные смеси для повышения прочности и устойчивости основания в процессе их формирования и обеспечения сдвигоустойчивости при движении построечного транспорта целесообразно добавлять щебень или щебень из гравия в количестве 20—30%.

В настоящее время прочность каменных материалов, используемых в шлакоминеральных материалах, ограничивается минимальными требованиями к прочности действующими государственными стандартами на каменные материалы. Имеются в то же время работы, которые говорят о возможности снижения этих требований.

Начато изучение возможности применения малопрочных легких искусственных каменных материалов в шлакоминеральных материалах. При уменьшении марки прочности каменного материала известняка с 1000 до 100 для получения равнопрочного обработанного материала требуется увеличивать расход вяжущего до 40%.

Каменные материалы, прочность которых менее 30 МПа, рекомендуется применять с максимальной крупностью 20 мм.

Марка легкого искусственного заполнителя должна быть не ниже П35. Снижение марки заполнителя с П35 до П25 приводит к снижению марки обработанного материала с 40 до 20 при одинаковом расходе вяжущего.

Для приготовления обработанных материалов согласно ГОСТ 23558—79 можно использовать каменные материалы различного петрографического состава — известняк, шлак, гранит и др.

Применение известнякового щебня или щебня из шлаков черной металлургии по сравнению со щебнем из других горных пород позволяет уменьшить расход вяжущего на 1—2%.

При устройстве оснований при пониженных положительных и отрицательных температурах в воду за-творения смеси добавляют хлористые соли или готовят смеси на подогретых компонентах.

При строительстве оснований из смесей на основе шлаковых вяжущих без цемента количество добавок солей устанавливают только с учетом обеспечения уплотнения, т. е. исходя из необходимости предохранения смеси от замерзания до завершения ее уплотнения в основаниях.



Похожие статьи:
Контроль качества облегченных покрытий

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Дорожные одежды

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум