Регулирование морозостойкости бетона на шлакопортландцементах

УДК 666.031

РЕГУЛИРОВАНИЕ МОРОЗОСТОЙКОСТИ БЕТОНА НА ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТАХ

Б.Я. Трофимов

Рассматриваются вопросы оптимизации содержания шлака в шлакопортландцементе и способы регулирования морозостойкости пропаренного бетона, применяемого для сборных железобетонных изделий.

Применение шлакопортландцементов при производстве сборного и монолитного железобетона с использованием прогревных способов ускорения твердения бетона позволяет добиваться наибольшей экономии топливно-энергетических ресурсов в связи с чем доля производства таких цементов в некоторых странах достигает 40...65% при содержании шлака до 80...90% . В ряде регионов нашей страны также высока доля потребления шлакопортландцементов, для расширения области применения бетонов на шлакопортланд-цементах необходимо выяснить возможность применения таких бетонов для изделий с нормируемыми требованиями по морозостойкости. Имеющиеся публикации и нормативные документы противоречивы: с одной стороны ограничивают применение таких цементов для изделий с морозостойкостью бетона марок до Р 75... 100, или разрешают их применение для более высоких значений марок по морозостойкости при содержании шлака в шлакопортландцементе не более 30...35 %, с другой стороны имеются сведения о возможности получения бетонов на таких цементах с маркой по морозостойкости Б 500 и более.

В связи с большой эффективностью применения бетона на шлакопортландцементах для сборных железобетонных изделий особенно важно выявление возможности и пределов регулирования морозостойкости бетонов, прошедших тепловлажностную обработку. В этих условиях формируется более тонкодисперсная, повышенной стабильности при циклическом замораживании структура гидратных новообразований именно при использовании шлакопортландцементов. Следовательно, основным способом повышения морозостойкости таких бетонов должно стать уменьшение капиллярной и рост резервной пористости.

Для экспериментальной проверки морозостойкости бетона были приготовлены в лабораторной шаровой мельнице шлакопортландцементы совместным помолом клинкера Коркинского цементного завода, кислого (Мо 1) гранулированного доменного шлака ЧМЗ и двуводного гипса. Граншлак получается мокрой грануляцией бассейновым способом и характеризуется содержанием стеклофазы в пределах 90...95 % по массе, при

остаточной влажности 25...30% по массе. К основным кристаллическим фазам шлака относится мелилит (2Са0А12038Ю2), к второстепенным - вол-ластонит (р -СаОБЮг) и анортит (Са0А120328Ю2), которые вяжущими свойствами в тонкомолотом виде не обладают. Изготавливались пять разновидностей цементов с различным содержанием шлака от 0 до 90 %.

Введение 22,5 % шлака в состав вяжущего не ухудшает его свойства, при 45% шлака на 10% снижается прочность при сжатии и незначительно (на 1,5 %) при изгибе. Введение 67,5 и 90 % шлака резко (более чем в 2 раза) снижает активность цемента, что, вероятно, связано с недостаточным количеством активизатора (Са(ОН)2), необходимого для возбуждения гидравлической активности шлака.

Количество образующейся при гидратации цемента извести в процентах от массы клинкерной части

СН = 0,49 а СзБ + 0,22 р С28.

Принимая после пропаривания степень гидратации алита а = 0,8, а белита р = 0,2, из (1) получим

СН = 0,392С38 + 0,044С28.

Количество извести, связываемое шлаком в зависимости от его активности, находится в пределах 15...25 % от массы шлака. Тогда оптимальная доля шлака в составе шлакопортландцемента может быть определена из соотношения:

СН

Ш

= 15. ..25

где Ш - содержание шлака в долях единицы от суммы шлака и клинкерной части в составе смешанного вяжущего;

0,95 - суммарная доля шлака и клинкерной составляющей в составе шлакопортландцемента.

Из (3) получаем:

0,95СН

111=-

СН + 15...25

или с учетом минералогического состава клинкера: 0,372С38 + 0,042С 28

Ш =

0,392С38 + 0,044С28 + (15... 25) ’

Трофимов Б.Я. Регулирование морозостойкости бетона

___________________на шлакопортландцементах

этилсиликонат натрия (ГКЖ-10) 0,15 %, нейтрализованный черный контакт (НЧК) 0,01 % совместно с сульфатом натрия (СН) - 1 %.

Морозостойкость бетона определялась испытанием морозостойкости образцов кубов с ребром 100 мм, которые пропаривались по режиму 4+4+8+2 при температуре изотермической выдержки 358 К для образцов на чисто клинкерном цементе и 368 К при введении шлака в состав цемента. Насыщение образцов водой проводилось в течение 4 суток, через 7 суток после пропарки образцы подвергались циклическому замораживанию по основному способу в соответствии с ГОСТ 10060. Результаты определения морозостойкости бетона на цементах с различным содержанием шлака, добавками и начальной величиной В/Ц приведены в табл. 2.

Увеличение исходного В/Ц приводит к резкому уменьшению морозостойкости бетона. Смешанное вяжущее, также как и чисто клинкерное при высоких В/Ц не позволяет получать бетоны с

Таблица 1

Принятые составы бетона на цементах с различным содержанием шлака для определения морозостойкости

№ В/Ц Количество шлака в цементе, % Количество, кг, на 1 м3 бетонной смеси Средняя плотность бетонной смеси, кг/м3

цемента песка щебня воды

1 0,3 0 553 462 1258 166 2439

2 0,6 0 276 620 1333 166 2386

3 0,3 50 620 386 1226 186 2418

4 0,6 90 310 569 1304 186 2369

5 0,375 45 483 487 1253 181 2404

6 0,525 45 345 562 1259 181 2383

7 0,45 22,5 402 490 1319 181 2392

8 0,45 67,5 402 490 1319 181 2392

9 0,45 45 412 490 1319 181 2392

Таблица 2

Результаты определения морозостойкости бетона с добавками

Составы бетона по табл. 1 Морозостойкость бетона в циклах

Без добавок СНВ+ЛСТ С-4+СНВ С-4 ГКЖ-10 НЧК+СН

1 430 >450 >450 >450 >450 >450

2 43 >100 101 106 106 >100

л :> 465 >450 >480 >480 >480 387

4 35 110 >100 75 >75 >75

5 >450 >450 >450 415 >450 >450

6 82 >150 >150 >150 >150 >150

7 154 >200 >200 >200 >200 >200

8 212 294 >200 194 >200 >200

9 158 202 >200 154 >200 >200

Примечания:

• Точное количество циклов, соответствующее 5 % падению прочности циклически замораживаемых образцов, находилось линейным интерполированием при устойчивом падении прочности в двух последних определениях с интервалом 25-50 циклов.

• Знак > обозначает, что после соответствующего количества циклических замораживаний не было падения прочности, или оно было меньше нормируемого падения.

где С3Б, С28 - содержание алита и белита в клинкере, % по массе.

В Коркинском клинкере содержится 57 % алита и 20 % белита. Для активации кислого доменного шлака требуется повышенное количество извести (принимаем верхний предел - 25 %). Тогда оптимальная доля шлака в шлакопортландцементе Коркинского завода со шлаком ЧМЗ составит 0,457, что близко к экспериментальным результатам по прочности.

Составы бетона, использованные для изготовления образцов на цементах с различным содержанием шлака, приведены в табл. 1.

Для регулирования пористости бетона вводились пластифицирующие, воздухововлекающие и ускоряющие твердение добавки: смола воздухововлекающая (СНВ) 0,02 % от массы цемента совместно с техническим лигносульфонатом (ЛСТ) 0,25 %, суперпластификатор на нафталиновой основе С-4 в количестве 0,7 % совместно с 0,02 % СНВ, отдельно суперпластификатор С-4 - 0,7 %,

Серия «Строительство и архитектура», выпуск 4

19

Строительные материалы и изделия

морозостойкостью более 30...50 циклов. Уменьшение В/Ц повышает морозостойкость бетона также на обоих разновидностях вяжущего. Увеличение количества шлака в цементе с 22,5 % до 75 % при постоянных значениях начального В/Ц незначительно изменяет морозостойкость бетона (составы 7, 8, 9 табл. 2). Введение добавок, регулирующих характер поровой структуры бетона за счет водо-редуцирования и воздухововлечения (СНВ + ЛСТ, С-4 + СНВ), в наибольшей мере способствует повышению морозостойкости бетона. Для бетона на цементе без шлака эффективны также гидрофоби-зующие добавки (ГКЖ-10, НЧК + СН). Высокая морозостойкость пропаренного бетона может быть обеспечена на смешанном вяжущем, содержащим 90 % шлака.

Из полученных результатов следует вывод -введением добавок в состав пропаренного бетона удается значительно повысить его морозостой-

кость, причем количество шлака в цементе (вплоть до 90 %) практически не оказывает отрицательного влияния на этот показатель. Наоборот, с увеличением содержания шлака в цементе до 45 % наблюдается повышение морозостойкости бетона. И только при большем содержании шлака в вяжущем отмечается незначительное снижение морозостойкости, которая остается выше стойкости при циклическом замораживании образцов бетона на чисто клинкерном цементе.

Таким образом, проведенные исследования подтвердили возможность получения пропаренного бетона высокой морозостойкости при использовании шлакопортландцементов с содержанием кислого доменного гранулированного шлака до 90 % при непременном условии уменьшения макропористости и создании резервной пористости бетона за счет введения пластифицирующе-воздухововле-кающих добавок и снижения исходного В/Ц.