Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Шлаколужні цементи: класифікація, сировинні матеріали, процеси твердіння, властивості

Мішані лужно-лужноземельні цементи – є поєднанням порошків силікатів системи СаО - Аl₂O₃ - SiO₂ та сполук лужних металів, що дають у водних розчинах сильну лужну реакцію (рН>13). У якості порошкоподібного силікатного компоненту пригодні метастабільні, розчинні в лужних розчинах матеріали. До них, в першу чергу, відносяться склоподібні металургійні шлаки (доменний, елетротермофосфорний, ваграночний граншлаки тощо). Найбіль широко використовують доменні граншлаки, а цемент на їх основі здобув назву шлаколужного.

Шлак повинен мати тонкість помелу 2,8-3,5 тис. см²/г, тобто його дисперсність сорозмірна з дисперсністтю портландцементу. Його модуль основності - (М = CaO + MgO / SiO₂ + Аl₂О₃) може становити від 0,6 до 1,2.

Лужний компонент шлаколужних цементів, як правило, використовують у вигляді водного розчину 10-30%-ної конценрації. В якості лужних компонентів використовують сполуки наступних основних груп:

1) гідроксиди натрію або калію;

2) несилікатні солі слабких кислот - Na₂СО₃, K₂СО₃, NaF, KF та ін.;

3) силікатні солі - Na₂O^. nSiO₂, К₂O^. nSiO₂ (розчинні силікати натрію та калію, їх водні розчини називаються натрієвим або калієвим рідким склом);

4) алюмінатні солі - n Na₂O^. Аl₂О₃, n K₂O^. Аl₂О₃.

На практиці, в основному, використовують гідроксид і солі натрію, тому що ці сполуки значно дешевщі та менш дефіцитні. В разрахунку на сухі заповнювачі оптимальна густина водных розчинів лужних компонентів першої та другої групп становить 1,15-1,20, а третьої - 1,20-1,25 г/см³. У якості лужних компонентів можуть використовуватись як чисті технічні продукти, так і різні промислові відходи, які містять указанні сполуки. При цьому расход лужних компонентів у перерахунку на суху речовину становить 30-60 кг на кубометр бетонної суміші.

Відзнаковою особливісттю шлаколужних в’яжучих є те, що лужний гідроксид, який вводиться як лужний компонент, або що образується в процесі взаємодії з шлаковим компонентом, є активным по відношенню до багатьох тонкодисперсних матеріалів: глинистим домішкам заповнювачив, золам-винесення теплових електростанцій, тонкомеленим горілим шахтним породам і т.ін. Тому підвищений вміст глинистих домішок у заповнювачах практично не впливає негативно на міцністні властивості бетонів, а тонкодисперсні добавки зол-винесення та шлаків теплових електростанцій, аморфізованих горілих шахтних порід, які вводяться в кількості 20-40% від маси шлакового компоненту, не тільки не снижують активность в^,яжучого, але і підвищують ії, особливо при тепловологовій обробці бетонів.

Процеси, що відбуваються при твердінні шлаколужних цементів, а також продукти, які виникають при цьому, аналогічні процесам и продуктам твердіння портландцементу. Відповідно теорії професора В.Д. Глуховського, який вперше запропонував лужні та шлаколужні цементи, процес гідратації шлаколужного цементу починається з розчинення найбідьш аморфізованих ділянок шлакового скла. Гідрозолі кремнєкислоти та гідроксида алюмінію, які утворились при цьому, взаімодіють з перешедшими в рідку фазу катіонами кальцію й між собою. В результаті відбувається коагуляція та утворення плівки гелей на поверхні гідратованих зерен шлаку. Ця плівка є полупроникливою мембраною, яка пропускає лужний розчин до внутрішніх поверхонь зерна та затримує гелевидні продукти реакції, що утворились під плівкою. Гелі, які зкоогулювали, частково адсорбують лужні катіони, в результаті новоутворення цементного каменю носять мішаний характер. Цей процес поєднується з процесом утворення лужних гідроалюмокремнієвих гелей по схемі 1 (див. лужні цементи). Далі, як і при твердінні портландцементу, гелевидні продукти ущільнюються, частково кристалізуються та утворюють міцний цементний камень.

При зачиненні шлакового скла розчинами лужних солей слабких кислот процес гідратації починається з катіонного обміну між сіллю та гідроксидом кальцію, що утворився в результаті початкової взаїмодії шлака з водою. Внаслідок цього утворюється гідроксид натрію, інтенсифікуючий основний процес гідратації, а в складі продуктів твердіння присутні нерозчиненні в воді та лужних розчинах кальцієві та магнієві солі: СаСО₃, MgCO₃ та ін.

Аналогічно лужним цементам склад продуктів твердіння шлаколужного цементу визначається природою лужного компоненту, величиною рН рідкої фази, фізико-хімічною природою шлака, умовами та тривалісттю твердіння. В загальному випадку новоутворення шлаколужного цементного каменю представленні переважно низькоосновними гідросилікатами кальцію mCaO ^. SiO₂^. n H₂O (де модуль m близький до 1), мішанними натрієво-кальцієвими гідросилікатами (Na, Ca) ^. SiO₂ ^. nH₂O, гідроалюмосилікатами типу Na₂O^. Аl₂O₃^. (2-4)SiO₂^. (m+1)H₂O, а також кремінною кислотою.

Нормальна густота шлаколужного цементного тіста складає 25-30% для основних шлаків (модуль основності – М_о = СaO + MgO/ SiO₂ + Аl₂O₃ > 1) і 23-29% для кислих шлаків (Мо < 1).

Шлаколужні цементи належать до низькоекзотермічних (табл. 1), їх тепловиділення зумовлюється складом шлаку, природою лужного компоненту й наявністю добавок.

Строки тужавіння шлаколужних цементів на доменних шлаках і лужних компонентах перших двух груп приблизно такі ж, як у портландцемента – початок тужавіння наступає не раніш 30 хвилин, кінець – не пізніше, ніж через 12 годин. Строки тужавіння цементів на основі силікатів натрію, особливо силікатів натрію з низьким силікатним модулем (Мs=SiO₂/Na₂O < 2) і свіжомелених основних шлаках, можуть бути надмірно короткими – 3-20 хвилин. При застосуванні промислового рідкого скла з силікатним модулем більш 2,6 вони наближаються до нормальних - початок 30-120 хвилин, кінець – не пізніше 12 годин. При використанні кислих шлаків строки тужавіння цементів нормальні незалежно від модуля розчину силіката натрію.

Таблиця 1. Тепловіділення різних цементів

Шлаколужні цементи твердіють у звичайних умовах, у воді та в умовах тепловологовій обробці. При цьому, в зрівнянні з портландцементом, швидкість твердіння шлаколужних цементів значно вища, особливо при пропарюванні та автоклавуванні.

Активність шлаколужних цементів також залежить, в основному, від виду лужного компоненту і модуля основності шлаку. Із зменьшенням основності шлаку потрібно збільшити основність лужного компоненту чи ввести до складу цементу 1-5% високоосновної добавки, яка швидко гідратує, наприклад клінкер портландцементу або високоосновні металургійні шлаки.

При застосуванні доменних граншлаків Украіни, які відносяться до основних, активність шлаколужних цементів нормального твердіння становить: при використанні лужних компонентів 1 та 2 груп (Na₂CO_3, NaOH) 35-50 МПа; при використанні розчинів силікатів натрію з силікатним модулем 1-2 80-100 МПа; при використанні розчинів силікатів натрію з силікатним модулем більш 2,5 50-70 МПа. В умовах пропарювання активність шлаків, зачинених розчинами Na₂CO₃ та Na₂O ^. (2,6 -3,4)SiO₂ суттєво зростає.

В зрівнянні з портландцементом у складі новоутворень шлаколужного цементного каменю відсутні відносно крупні, армуючі кристали Са(ОН)₂ та 3СаО×Аl₂O₃ ×6Н₂О. Тому шлаколужний цементний камень відрізняється суттєво більшою усадкою та набуханням. Цей недолік шлаколужних цементів можна значно знизити введенням у цемент тонкомелених наповнювачів (меленого кварцевого піску, золи-винесення ТЕС, глини) і 1-5% добавок клинкеру портландцементу.

Лужні компоненти шлаколужних цементів знижують температуру замерзання води. Тому вони є одночасно протиморозними добавками та шлаколужні цементи можуть достатньо інтенсивно тверднути і при негативних температурах.