Регулирование морозостойкости бетона на шлакопортландцементах

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 шлакопортландцементах 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 F 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 F 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 (Mo 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 (2CaOAl2O3SiO2), к второстепенным - волластонит (Д -CaOSiO2) и анортит (CaOAl2O32SiO2), 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 a C₃S + 0,22 Д C₂S. (1)

Принимая после пропаривания степень гидратации алита а = 0,8, а белита Д = 0,2, из (1) по лучим

CH = 0,392C3S + 0,044C2S.               (2)

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

СН(0,95-Ш) __{1; 25}

Ш            ’

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

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

Из (3) получаем:

_ш_ 0,95СН

СН + 15...25 ’

или с учетом минералогического состава клинкера:

_     0,372C₃S + 0,042C₂S

" 0,392C3S + 0,044C2S + (15... 25) ’     ( } где C3S, C2S - 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 %, этилсиликонат натрия (ГКЖ-10) 0,15 %, нейтрализованный черный контакт (НЧК) 0,01 % совместно с сульфатом натрия (CH) - 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	о,з	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
3	465	>450	>480	>480	>480	387
4	35	ПО	>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