Шлакощелочные бетоны высокой прочности для водохозяйственного строительства

В Узбекистане запасы сырья, применяемые в качестве заполнителей для бетонов, ограничены. Для решения этой задачи необходимо применение высокоактивных веществ, что позволит эффективно утилизировать имеющиеся ресурсы. К ним относятся шлакощелочные вяжущие. Основным фактором, оказывающим значительное влияние на прочность шлакощелочного бетона, является вид щелочного компонента. Бетон на основе гравелита, подчиняется общим закономерностям, действующим при твердении шлакощелочного бетона. Со временем прочность бетона только увеличивается.

На основе гравелита и шлакощелочного вяжущего можно получить высокоэффективные конструкционные бетоны с однородной структурой, формирующиеся за счет создания жесткого каркаса путем образования прочных контактов при взаимодействии глинистых пылевидных и карбонатных компонентов гравелита со шлакощелочными вяжущими.

Ключевые слова: гидротехнический бетон, шлакощелочные вяжущие, гравелит, крупные заполнители, дроблённый бетон, цементный камень, расход шлак, структура бетона, прочностные характеристики, кинетика изменения, высокоактивные вещества.

Многолетний опыт научных исследований в области шлакощелочных бетонов и разработанные при этом способы модифицирования свойств вяжущих открыли возможность их использования не только в сельском хозяйстве, промышленном, дорожном, но и в водохозяйственном строительстве.

Получение материалов, отвечающих требованиям современного строительства, обеспечивается применением высокоактивных шлакощелочных композиций, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с портландцементными, делает их экономически выгодными при строительстве водохозяйственных сооружений из монолитного бетона на основе гравелита.

В настоящее время в Узбекистане запасы сырья, применяемые в качестве заполнителей для бетонов, ограничены. Для решения этой задачи необходимо применение высокоактивных веществ, которые позволяют эффективно утилизировать имеющиеся ресурсы. К ним относятся шлакощелочные вяжущие, которые активно взаимодействуют с заполнителями в виде гравелита различного минералогического состава.

Использование таких шлакощелочных вяжущих даёт возможность получать высокопрочные шлакощелочные бетоны не только на основе щебня и гравия, но и на низкопробных гравелитах. Такие бетоны могут применяться практически во всех областях водохозяйственного строительства.

Приготовление шлакощелочных бетонов на основе гравелита, а также производство работ осуществляется в соответствии с требованиями существующих нормативных документов.

При проведении экспериментов изменяли расход шлака от 200 до 600 кг на 1 куб.м бетона. В результате было установлено, что с увеличением количества шлака, независимо от вида щелочного компонента, прочность бетона возрастает. При этом необходимо отметить, что увеличение расхода шлака более 500 кг/куб.м приводит к не значительному увеличению прочности [1]. Такая тенденция характерна для бетона на любом щелочном компоненте.

Полученные данные показывают, что кинетика изменения функции «прочность бетона–расход шлака» для образцов, которые были подвергнуты тепловлажностной обработке и твердевших в нормальных условиях примерно идентична. Необходимо отметить, что прочность увеличивается на 20–50 %.

Необходимым условием получения шлакощелочных бетонов высокой прочности является эффективное уплотнение смеси в процессе формования изделий и конструкций. С целью научного обоснования и оптимизации параметров технологических операций были проведены исследования реологических свойств и процесса вибрационного уплотнения шлакощелочных бетонных смесей.

Прочность бетона нормального твердения в возрасте 1 суток, при расходе шлака 430 кг/куб.м в зависимости от вида щелочного компонента составляют 6–12 Мпа, в возрасте 7 суток — 18–39 Мпа. Бетоны, подвергнутые тепловлажностной обработке, отличаются более замедленным ростом прочности во времени и в более позднем возрасте (180 суток). Прочность пропаренных образцов оказалась ниже прочности бетона аналогичного состава, твердевшего при нормальной температуре [2].

Следующим фактором, оказывающим значительное влияние на прочность шлакощелочного бетона, является вид щелочного компонента. Бетон на основе гравелита, также подчиняется общим закономерностям, действующим при твердении шлакощелочного бетона. Со временем прочность бетона увеличивается, причем необходио отметить, что абсолютные показатели в раннем возрасте при использовании силикатных щелочных компонентов выше, чем при использовании соды или содосульфатной смеси (таблица 1).

Таблица 1

Влияние вида щелочного компонента на прочность бетона

Также имеют место существенные отличия в период твердения ШЩБ на гравелите. Так, на 28 сутки прочность бетона на соде составляет 16 Мпа, а на 90 сутки прочность увеличивается в два раза и продолжает интенсивно расти [3]. Это объясняется тем, что возникающие в процессе твердения соединения цеолитного характера, образующиеся при участии заполнителя, в состав которого входит глинистая пленка, кристаллизуется и повышается прочность системы в более поздние сроки.

Последующим фактором является зависимость прочности ШЩБ от гранулометрического состава гравелита. Количество шлака в составе бетона составляло 400 кг/куб.м, при использовании в качестве щелочного компонента раствора соды и метасиликата натрия плотностью 1200 и 1250 кг/куб. м. Результаты испытаний показали, что наиболее рациональным являются составы, в которых присутствуют три фракции гравелита, причем размеры наибольших зёрен заполнителя не превышает 40 мм.

По полученным данным рекомендуются следующие соотношения между фракциями гравелита (таблица 2).

Таблица 2

Зависимость прочности при сжатии ШЩБ от гранулометрического состава гравелита

Важным направлением расширения производства эффективных бетонных и железобетонных конструкций из шлакощелочного бетона на существующих заводах сборного железобетона является регулирование в требуемых пределах его технологических свойств. Для этих целей из ряда поверхностно-активных веществ в результате исследований в качестве добавки предложен гравелит, который добавляли совместно с водным раствором щелочного компонента. В исследованиях использованы доменный гранулированный шлак, речной песок и содощелочной плав.

Введение в небольших количествах модифицированной добавки увеличивает сроки схватывания шлакощелочного бетона нормальной густоты, не только при обычной, но и при повышенной температуре. При этом снижается жёсткость и вибровязкость бетонной смеси и обеспечивается достаточно высокая стойкость её к расслаиванию.

Таблица 3

Характеристики шлакощелочного вяжущего ибетона с модифицированной добавкой

Шлакощелочной бетон предназначается для строительства зданий и сооружений в водохозяйственном и сельском хозяйстве, так как его прочностные характеристики вполне удовлетворяют требования, предъявляемые Государственным стандартом к высокопрочным бетонам. На основе гравелита и шлакощелочного вяжущего можно получить высокоэффективные конструкционные бетоны с однородной структурой, формирующиеся за счет создания жесткого каркаса путем образования прочных контактов при взаимодействии глинистых пылевидных и карбонатных компонентов гравелита со шлакощелочными вяжущими [4].

Таким образом, можно сделать заключение, что при использовании соды и содосульфатной смеси темп твердения ШЩБ на гравелите несколько ниже, чем при использовании силикатных щелочных компонентов. Но по абсолютным значениям показатели прочности и в том, и в другом случае достаточно высокие..

Экономическая эффективность при применении такого бетона достигается за счёт оптимизации технологии изготовления бетона и применения заполнителя гравелита — дешёвого и доступного на территории Узбекистана.

1 Глуховский В. Д. — Шлакощелочные бетоны. Труды научно-технических институтов./ Киев, 1989 г. — 97 с.

2 Комар А. Г. — Строительные материалы и изделия./ М., Высшая школа, 1999 г. — 269 с.

3 Лещинский М. Ю., Скрамтаев Б. Г. — Испытание прочности бетона. Труды научно-технических институтов. / М., 1983. — 241 с.

4 Технология бетона: учеб. для вузов / Баженов Ю. М. — Москва.: Высшая школа. 1987. — 148 с.