Бетон шлакощелочной: состав и вяжущие компоненты, недостатки и преимущества.

Содержание

состав и вяжущие компоненты, недостатки и преимущества.

Шлакощелочные бетоны – относительно новые строительные материалы. При их производстве используются шлакощелочные вяжущие. Как и другие бетонные смеси, эти материалы классифицируют по виду и фракциям заполнителей, плотности, составу вяжущего.

Исходные материалы

Используемые сырьевые компоненты во многом определяют конечные свойства продукта и его области применения.

Шлакощелочные вяжущие

Представляют собой смесь молотого шлака и щелочного раствора. Шлак – сопутствующий продукт металлургических производств и топливной индустрии. В зависимости от состава, бывает основным и кислым. При производстве бетонных смесей могут использоваться шлаки, не содержащие компоненты, которые могут отрицательно повлиять на свойства конечного продукта. Шлак должен быть свободным от золы, глины и другого мусора.

 

Советы! Наиболее прочный бетон получают на металлургических шлаках. Из отходов топливной индустрии можно использовать шлак, полученный при сгорании антрацитов. Бурый уголь в качестве исходного материала не применяется. Шлак, запланированный для производства бетона, выдерживают под открытым небом не менее полугода. За это время он освобождается от вредных компонентов.

Самые популярные щелочи – каустическая и кальцинированная сода, метасиликат натрия. Состав вяжущего определяет прочность конечного продукта. Прочность бетона на щелочных карбонатах не превышает 80 МПа, на нейтральном шлаке и жидком стекле – 120 МПа и более.

Крупные заполнители

Щебень и гравий. Их характеристики в основном схожи с характеристиками заполнителей, применяемых при производстве бетонных смесей на основе цемента. Отличие – допустимо более высокое содержание глинистых и пылевидных частиц.

Мелкие заполнители

В качестве этого компонента могут использоваться мелкие пески с модулем крупности 0,6-1,3, промышленные отходы, другие сыпучие материалы, в которых доля пылевидных и глинистых частиц по массе не превышает 25%. Глиняных частиц может содержаться не более 5%.

Характеристики шлакощелочных бетонов

В зависимости от типа крупного заполнителя, бетонные смеси различаются по плотности:

  • Тяжелые. Плотность – 1500-1700 кг/м3. Заполнители – гранулированный шлак, аглопорит, пемза, керамзит. Материал используется в качестве конструкционного.
  • Легкие. Плотность – 170-460 кг/м3. Заполнитель – вспученный перлит. Используются в качестве теплоизолятора.

По морозостойкости, находящейся в диапазоне F200-F1000, материалы на шлакощелочном заполнителе превосходят обычные цементные бетоны. Водонепроницаемость – W4-W30.

Одна из разновидностей продукта – мелкозернистые смеси. При их изготовлении используются суглинки и мелкий песок. Конечный продукт обладает высокой плотностью. Однако после определенного периода твердения склонен к трещинообразованию. Предотвращают это негативное явление путем добавления дисперсных компонентов.

Области применения

Свойствами шлакощелочного бетона можно управлять путем изменения его состава, получая материалы со специальными свойствами: высокой жаростойкостью, коррозионной стойкостью, низкой степенью усадки.

Уникальные характеристики этого материала обеспечивают его применение не только в рядовом строительстве, но и для сооружения объектов специального назначения:

  • благодаря способности выдерживать нагрев до +1500°C, некоторые марки шлакощелочного бетона используются для изготовления пожаробезопасного искусственного камня;
  • высокие водоотталкивающие характеристики обеспечивают возможность использования материала для сооружения градирен атомных и тепловых электростанций, каналов орошения;
  • высокопрочные варианты применяются при прокладке железнодорожных путей.

Преимущества шлакощелочного бетона

Шлакощелочный бетон превосходит традиционный материал на портландцементе по ряду характеристик, среди них:

  • Меньшее количество пор. Обеспечивает низкую водопроницаемость, хорошую морозостойкость.
  • Медленное протекание коррозии арматуры.
  • Устойчивость к воздействию агрессивных сред – морской воды, хлоридов, сульфатов, кислот.

Шлакощелочные бетоны: состав, стойкость к внешним нагрузкам и способы получения — Статьи

В группу шлакощелочных входят бетоны, объединяющим признаком которых является применение шлакощелочных вяжущих материалов. Основы теории и технологии шлакощелочных бетонов разработаны в Киевском национальном университете строительства и архитектуры В.Д.Глуховским и успешно развиваются П.В.Кривенко, Е.К. Пушкаревой, Р.Ф.Руновой и др. К шлакощелочным бетонам применима общая классификация бетонов — по структуре и плотности, виду и крупности заполнителей,
условиям твердения, назначению и наиболее характерным свойствам.
Ориентировочный состав тяжелых бетонов, %: молотый гранулированный шлак — 15-30; щелочной компонент — 0,5-1,5; заполнители — 70-85.
Помимо традиционных заполнителей (щебня, гравия, песка) в шлакощелочных бетонах могут быть использованы многие дисперсные природные материалы и попутные продукты различных отраслей промышленности.

Из природных материалов используют многие местные грунты и рыхлые горные породы, такие как мелкие пески, супеси, лессы, гравийно-песчаные и глино-гравийные смеси, которые из-за высокой дисперсности и загрязненности недопустимы для приготовления цементных бетонов. Содержание глинистых частиц может достигать 5%, а пылеватых — 20%. Недопустимо применение заполнителей, содержащих зерна гипса и ангидрита.
Для приготовления тяжелых и легких шлакощелочных бетонов из промышленных отходов можно применять различные шлаки, золы и золошлаковые смеси ТЭС, горелые породы, отходы камнедробления и камнепиления, в том числе известняковые, дисперсные органические отходы растительного происхождения и др.
Применение дисперсных заполнителей с повышенным содержанием пылевидных и глинистых примесей не ухудшает физико-механические свойства шлакощелочных бетонов.
Это объясняется их химическим взаимодействием со щелочным затворителем бетонов с образованием дополнительных цементирующих новообразований — щелочных гидроалюмосиликатов (аналогов природных минералов — анальцима R2О*Аl2О3*45SiO2*nН2О, мусковита R20*ЗАl2О3-6SiO2*nН2О, натролита R2О*Аl203*3SiO2*nН20 и др).

В естественных условиях образование указанных минералов, относящихся в основном к группе цеолитов, происходит медленно, оно существенно ускоряется при пропаривании и автоклавирова-нии, а также при предварительном обжиге. Последний аморфизу-ет глинистое вещество, приводит к переходу глинистых минералов в метакаолин, обладающий высокой реакционной способностью. Положительное влияние глинистых минералов, содержащихся в заполнителях, на прочность и другие свойства шлакощелочных бетонов наблюдается при молярном соотношении R2ОАl2О3<0,5.
Для шлакощелочных бетонов характерно образование плотной и прочной контактной зоны вяжущее — заполнитель из щелочных и щелоче-щелочеземельных гидроалюмосиликатов. По данным П.В.Кривенко и Е.К.Пушкаревой степень взаимного влияния в системе «заполнитель-вяжущее» уменьшается в ряду: кварцевый песок > гранулированный шлак > аглопорит > железистые алевриты и аргилиты > отвальный шлак > керамзит > глинистые сланцы и ар-гилиты > песчаник.
Бетонные смеси на шлакощелочных вяжущих имеют более высокий коэффициент тиксотропного разжижения, что следует учитывать при их вибрационном уплотнении и формовании изделий.
Физико-механические свойства шлакощелочных бетонов можно изменять в широких пределах, подбирая исходные материалы, варьируя состав бетонной смеси и применяя различные технологические приемы. Показатели большинства свойств этого вида бетонов приближаются к показателям цементных бетонов, а в ряде случаев они могут быть и существенно выше.
Прочность шлакощелочных бетонов может достигать значений выше 100 МПа. Наиболее высокая прочность обеспечивается при использовании в качестве щелочного компонента растворов силиката натрия — мета — и дисиликата. Повышение модуля силиката натрия (растворимого стекла) и снижение плотности раствора резко уменьшает прочность.
Наибольшей прочностью отличается бетон на основе основных и нейтральных шлаков в условиях тепловлажностной обработки. Для бетонов на кислых шлаках особенно при твердении в нормальных условиях прочность снижается. Увеличение расхода шлака от 300 до 600 кг/м3 приводит к увеличению прочности бетона, особенно при твердении в нормальных воздушно-влажных условиях.
При постоянной плотности щелочного раствора увеличение растворошлакового отношения (р/ш) уменьшает прочность, однако значительно менее существенно, чем водоцементного отношения для портландцементных бетонов. При этом интенсивность снижения прочности при увеличении р/ш зависит от вида щелочного компонента и возрастает в ряду: метасиликат натрия -» дисиликат натрия -> содощелочной плав -» кальцинированная сода.
Для шлакощелочных бетонов значительно интенсивнее, чем для цементных, растет прочность при тепловлажностной обработке. Если при стандартных режимах тепловлажностной обработки прочность цементных бетонов достигает 70%, то для шлакощелочных до 130% марочной прочности. После тепловлажностной обработки при последующем твердении в естественных условиях рост прочности бетона резко замедляется.
Для стабилизации прочностных характеристик шлакощелочных бетонов в ранние сроки целесообразно введение добавок портландцемента 1..5%, способствующих образованию низкоосновных гидросиликатов. В более поздние сроки положительный эффект дают добавки цеолитов, способствующих синтезу щелочных гидросиликатов.

Композиции исходных материалов, развивающие высокую прочность, часто характеризуются чрезмерно короткими сроками схватывания, что затрудняет их практическое использование. Для удлинения сроков схватывания и повышения технологичности шлакощелочных бетонных смесей вводят добавки, связывающие ионы Са2+ и стойкие в щелочной среде (например 1,5% оксалата натрия от массы шлака).
Вводят также в раствор щелочного затворителя добавки-антикоагулянты (щелочные ортофосфаты и др. ).
При нормальных условиях твердения и длительном водонасыщении шлакощелочной бетон характеризуется большей интенсивностью набора прочности на изгиб по сравнению с цементным. В воздушно-сухих условиях для шлакощелочных, как и других шлаковых бетонов в длительные сроки твердения возможны спады прочности.
Шлакощелочные бетоны достаточно стойки к воздействию внешних факторов. При попеременном увлажнении и высушивании прочность на сжатие бетонов изменяется незначительно. В большей мере после многоциклового увлажнения и высушивания наблюдается снижение прочности при изгибе характерное и для цементных бетонов.
Морозостойкость шлакощелочных бетонов изменяется в пределах 300-1300 циклов и более. Она увеличивается при увеличении плотности раствора щелочного компонента, применении жестких бетонных смесей, твердении бетона в нормальных условиях, использовании заполнителей оптимального гранулометрического состава. Наименее стоек бетон на кислом шлаке. Высокая морозостойкость шлакощелочных бетонов обусловлена особенностями их структуры — меньшей общей пористостью, повышенным содержанием мелких замкнутых пор, высокой плотностью и прочностью контактной зоны. Эти особенности поровой структуры шлакощелочных бетонов, повышенная водо-Удерживающая способность и седиментационная устойчивость бетонных смесей предопределяют низкую водопроницаемость бетонов. Применение в качестве затворителей бетона силикатов натрия способствует повышению количества гелевидной фазы в продуктах твердения и повышению водонепроницаемости бетонов. При изменении расхода шлака от 15 до 30% и водовяжущего отношения от 0,60 до 0,33 по данным В.П.Ильина давление, при котором наблюдается фильтрация, возрастает от 0,4 до 3,4 МПа, коэффициент фильтрации уменьшается от 1,3-106 до 0,4-10-11 см/с. При твердении образцов, содержащих 20% шлака, водонепроницаемость в течение одного года (во влажных условиях) возросла в 20 раз, а в течение 5 лет в 200 раз.
При нагревании шлакощелочного камня процессы дегидратации щелочных гидроалюмосиликатов протекают плавно без нарушения его структуры. При этом гидроалюмосиликаты переходят в достаточно стойкие минералы полевошпатового типа. При температуре 800-900′ в шлакощелочном камне образуется 5-10% по массе эвтектических расплавов, из которых кристаллизуются ориентированные новообразования, обеспечивающие самоармирование структуры. На основе шлакощелочных вяжущих, модифицированных введением шамота, с использованием шлакопемзовых и шамотных заполнителей можно получить бетоны с прочностью 15-40 МПа и температурой применения 1000-1100’С.
Способность шлакощелочных вяжущих к пассивации стальной арматуры позволяет изготавливать армированные бетоны на их основе высокой долговечности.
К настоящему времени накоплен почти 40-летний положительный опыт применения шлакощелочных бетонов в строительстве. На их основе показана эффективность изготовления конструкций широкой номенклатуры, предназначенных для эксплуатации в различных, в том числе и в тяжелых условиях.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин


  • Детальная информация о бетоне b35 (марка, цена, популярность, область использования и карта заводов-изготовителей).
  • Чтобы бетон в троицке купить, больше нет необходимости ездить по заводам, сейчас всё можно сделать через интернет.
  • В тендерной системе «М350» цена бетона за 1 м3 с доставкой в Чехове получается по окончании торгов между допропорядочными БСУ Чеховского и окрестных районов.

Шлакощелочные бетоны

Шлакощелочные бетоны производятся на основе шлакощелочных вяжущих веществ. Затвердение бетона является результатом активизации доменных шлаков после введения в раствор щелочей (NaOH и КОИ) и щелочных солей слабых кислот (поташа, соды, растворимого стекла). Основными компонентами шлакощелочных бетонов являются заполнитель, молотый шлак и щелочной компонент. В качестве заполнителей в таких бетонах могут использоваться попутные продукты промышленности. Грубо говоря, шлакощелочные цементы это вторсырьё тяжёлой промышленности, для их производства могут использоваться шлаки доменных, мартеновских или электротермофосфорных печей, единственное условие — чтобы это были силикатные или алюмосиликатные расплавы. С одной стороны это даёт шлакощелочным бетонам большое преимущество перед цементными бетонами, сырьём для которых являются невозобновимые природные ресурсы. Более того, производство шлакощелочного бетона это выгодный способ утилизировать отходы тяжёлой промышленности. Но с другой стороны, для массового производства такого высокотехнологичного продукта требуется развёрнутая инфраструктура, которой на сегодня в нашей стране нет. По мере истощения открытых карьеров и реанимирования отечественной тяжёлой промышленности шлакощелочные бетоны могут получить широкое распространение, но это дело ближайшего будущего.

Основы теории и практики применения шлакощелочных бетонов разработал В. Д. Глуховский, позднее его изыскания были углублены Е. К. Пушкаревой, Р. Ф. Руновой П. В. Кривенко и другими исследователями.

Для классификации и маркировки шлакощелочных бетонов подходят те же категории и термины, что и для цементных бетонов. По виду структуры шлакощелочные бетоны бывают плотными, крупнопористыми, поризованными и ячеистыми. В зависимости от размера зёрен заполнителя — мелко- и крупнозернистые, по показателю плотности — лёгкие и тяжёлые. Лёгкие бетоны также разделяются на конструкционные, теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные.

Показатели по прочности на сжатие мелкозернистого шлакощелочного бетона в зависимости от расхода компонентов









Расход на кг/м3 бетона Наименование щелочного компонента или цемента Отношение раствора щелочного компонента (РЩ) Жесткость смеси, (с) Прочность, Rсж, (МПа)
Песка Мкр = 0,7 Шлака основного Мс > 1
1530 500 Метасиликат натрия, карбонат калия, портландцемент 0,53 0,15 87
1580 450 0,54 0,15 61,5
1630 400 0,55 0,15 35,5
1530 500 0,46 30. .50 47
1590 400 0,47 30..50 31,5
1530 500 0,57 30 11,5

 

Эксплуатационные характеристики шлакощелочных бетонов имеют как сильные, так и слабые стороны в сравнении с цементными бетонами. Высокопрочные шлакощелочные бетоны производят с применением технологии пропаривания, добавлением растворимых силикатов натрия. Таким образом получают шлакощелочные бетоны от В 10 М 200 до В 110 М 1400.

Особенного внимания заслуживают условия эксплуатации шлакощелочных бетонов: они выдерживают самые жёсткие испытания по перепадам температуры, а заодно демонстрируют высокую влагостойкость и жаропрочность.

Морозостойкость: в зависимости от использованных компонентов, плотности щелочного компонента, условий твердения и подбора мелкого гранулированного состава, шлакощелочной бетон может выдержать от 200 до 1300 циклов замерзания-оттаивания.

Водонепроницаемость: определяется пористостью структуры, объёмом и количеством пор и другими показателями, варьируется от W4 до W30.

Шлакощелочные бетоны имеют антикоррозионные свойства и высокую биостойкость: арматура в объёме такого бетона сохраняется гораздо дольше даже в агрессивных средах.

Жаростойкость: производятся специальные шлакощелочные бетоны, способные длительно выдерживать температуру вплоть до 1500°С. Их способность выдерживать сверхвысокие температуры является результатом тщательного подбора всех компонентов смеси, благодаря чему термическое расширение во всём объёме монолитного изделия происходит равномерно.

Подбор состава шлакощелочного бетона

При подборе состава шлакощелочных бетонов с целью улучшения их экономичности необходимо стремиться к уменьшению расхода шлака и щелочного компонента и применять жесткие и малоподвижные смеси с жесткостью от 30 до 200 сек. Уплотнение таких бетонных смесей обеспечивается предлагаемой установкой.

Максимальный расход шлака в тяжелых бетонах не должен превышать 600 кг/м3. Сучетом повышенной дефицитности щелочных компонентов по сравнению с другими составляющими бетона следует стремиться к наиболее возможному уменьшению соотношения щелочной компонент: шлак в шлакощелочных бетонах.

Рекомендуемый подбор состава бетона основан на том, что в экспериментальных замесах принимают постоянное соотношение между щелочным компонентом и шлаком, в то время как концентрация затворителя (щелочного раствора) является производной величиной.

Подбор состава шлакощелочного бетона сводится к следующему.
Определяют расход воды, требуемый для обеспечения заданной удобоукладываемости бетонной смеси в зависимости от вида и крупности применяемых заполнителей, наличия в них глинистых, илистых и пылевидных примесей и других факторов. Усредненнные ориентировочные расходы воды для щлакощелочных бетонов лежат в пределах от 120 до 190 л/м3.

Задаются тремя значениями шлаководного отношения и определяют соответствующие расходы шлака:

Ш=В*(Ш/В),

где
Ш и В — расходы шлака и воды, кг/м3; ‘ Ш/В • шлаководное отношение….

Варьирование Ш/В рекомендуется осуществлять в пределах от 1,5 до 3, В соответствии с данными табл.1 принимают ориентировочную величину соотношения щелочной компоненты: шлак, а также еще 2 соотношения, отличающихся от исходного на 2-3%, и подсчитывают расход щелочного компонента:

Щ=Ш*(Ш/Щ),

где
Щ — расход щелочного компонента, кг/и3;

Ш/Щ — принятые соотношения щелочной компонент: шлак
(по массе).

Дальнейшие расчеты по определению расхода мелкого и крупного заполнителя производятся для 9 составов бетона, отличающихся величиной шлаковидного отношения и соотношением щелочной компонент: шлак по методике, приведенной в главе 3 настоящего руководства.

По результатам испытаний 9 составов бетона назначается номинальный состав для производства изделий.

Вы также можете посмотреть следующие разделы

  1. Вяжущие вещества
  2. Заполнители
  3. Микрозаполнители
  4. Химические добавки
  5. Вода для бетонов
  6. Условия твердения строительных стеновых блоков
  7. Способы определения жесткости бетонной смеси
  8. О цементно-грунтовых строительных стеновых блоках
  9. Основные характеристики грунтов для производства стеновых строительных блоков
  10. Цементы для изготовления стеновых строительных блоков
  11. Подбор составов цементогрунта
  12. Основные требования к строительным стеновым блокам из грунтобетона
  13. Об арболитовых блоках
  14. Классификация арболитовых стеновых блоков
  15. Материалы для производства строительных арболитовых блоков: Органический целлюлозный заполнитель
  16. Материалы для производства строительных арболитовых блоков: Вяжущие вещества
  17. Материалы для производства строительных арболитовых блоков: Химические добавки
  18. Подбор состава арболита
  19. Твердение и тепловая обработка стеновых арболитовых блоков
  20. Требования к стеновым блокам из арболита
  21. Арболитовые блоки и опилкобетонные блоки – отличия
  22. Дом из арболитовых блоков или дерева: что выбрать?
  23. О саманных блоках
  24. Основные требования к блокам из самана
  25. Материалы для производства саманных стеновых блоков: Вяжущее — глинистые грунты
  26. Материалы для производства саманных стеновых блоков: Заполнители
  27. Методы испытания глинистых грунтов для производства самана: Методика определения содержания глинисты
  28. Методы испытания глинистых грунтов для производства самана: Методика определения содержания глинисты
  29. Методы испытания глинистых грунтов для производства самана: Методика определения вязкости глинистого
  30. Подготовка грунта к производству саманных строительных блоков
  31. Сушка и хранение саманных строительных блоков
  32. Мероприятия по повышению прочности и водостойкости стеновых саманных блоков
  33. Особенности производства саманных строительных блоков в зимнее время
  34. Изготовление блоков из бесцементных бетонов
  35. Про шлакощелочной бетон
  36. Требования к материалам для изготовления шлакощелочного бетона
  37. Рекомендуемые ориентировочные составы тяжелых шлакощелочных бетонов
  38. Изготовление стеновых бетонных блоков из легких шлакощелочных бетонов
  39. Изготовление стеновых бетонных блоков из мелкозернистых шлакощелочных бетонов
  40. Изготовление стеновых бетонных блоков из арболита на шлакощелочном вяжущем
  41. Изготовление блоков с декоративным слоем
  42. Приготовление и нанесение декоративных растворов
  43. Составы декоративных растворов

цена за куб от 3000 руб, доставка

Наш бетонный завод предлагает возможность купить шлакощелочной бетон в СПб. Это материал, который используется для возведения объектов с повышенной ответственностью. Он характеризуется повышенной химической стойкостью и высокой прочностью.

Цены на шлакобетон








Бетон Характеристики Цена за куб
М250 В20 п3 2320 руб
М300 В22,5 п3 2360 руб
М350 В25 п3 2520 руб
М400 В30 п3 2530 руб
М450 В35 п3 2420 руб
М500 В40 п3 2300 руб

Сфера использования шлакощелочного бетона

Благодаря своим улучшенным прочностным характеристикам и стойкостью к агрессивным химическим воздействиям щелочной шлакобетон используется в следующих ответственных направлениях:

  • изготовление шлакоблока с свойствами для строительства объектов с повышенными требованиям по пожаробезопасности;
  • строительство железнодорожных путей;
  • монтаж градирен в сфере энергетике.

Легкие марки шлакощелочного бетона используется при строительстве объектов для устройства теплоизоляционного слоя.

Особенности шлакощелочного бетона

Особые свойства шлакощелочного бетона достигается за счет его состава, включающего следующие ингредиенты:

  • Вяжущее из металлургического шлака, смешанного с каустической содой, кальцинированной содой или другой щелочью.
  • Крупный заполнитель – гравий, щебень и другие виды материалов.
  • Мелкий заполнитель – песок с включением глины не больше 5 %.

Материал выдерживает нагрев до температуры 1500 °C, а также обладает повышенной коррозионной стойкостью. Благодаря малой пористости он характеризуется морозостойкостью и малой водопроницаемостью.

Реализация шлакощелочного бетона в СПб

Наша компания поставляет качественный шлакощелочной бетон собственного производства. Выполняем доставку раствора по Санкт-Петербургу собственными цементовозами.  Обеспечиваем поставки материала любыми партиями, вплоть до крупного опта. Предлагаем цены производителя без посреднических наценок и дополнительные оптовые скидки.

Шлакощелочные бетоны: состав, типы, применение

Шлакощелочные бетоны – это строительный материал, вяжущим веществом которого выступает смесь молотого шлака с щелочным раствором. Заполнителем здесь служат песок, гравий, щебень и другие компоненты, используемые в рецептуре других бетонов. Среди щелочей самыми популярными являются сода (каустическая и кальцинированная) и метасиликат натрия.

Прочность изделий из шлакощелочного бетона зависит от размеров фракций заполнителя и применяемого вяжущего. Так, при использовании нейтрального шлака и жидкого стекла прочность материала достигает 120 МПа, а при замешивании раствора на щелочных карбонатных компонентах показатель едва ли достигнет 80 МПа.

Морозостойкость этой продукции находится на уровне F200-F1000 (до 200 циклов), что превышает аналогичный показатель обычных цементных бетонов. Водопроницаемость изделий зависит от рецептуры смеси и количества глеевых сфер-пор.

Строители классифицируют шлакощелочные бетоны по прочности, пористости, водостойкости, применяемому заполнителю и т.д. Бетонный завод Бетон-М предлагает партнерам все виды востребованных строителями растворов на основе шлакощелочных вяжущих, среди которых: тяжелые, теплоизоляционные, конструкционные, высокопрочные, жаростойкие, ячеистые и прочие материалы.

Тяжелый шлакощелочной бетон обладает плотностью 1500-1700 кг/м³, в качестве заполнителя используются керамзит, гранулированный шлак, аглопорит, пемза и др. Теплоизоляционная продукция имеет плотность 170-460 кг/м³, для замеса этого раствора применяют вспученный перлит. Прочность данных материалов зависит от количества вяжущего вещества и типа заполнителя, максимальный показатель 80 МПа.

Мелкозернистые смеси получают в результате использования легких суглинков и мелкого песка. Такой бетон обладает большой плотностью, что при некоторых обстоятельствах является недостатком: отвердев, он идет трещинами по прошествии определенного срока эксплуатации. Проблема решается добавлением безобжиговых гранул и других дисперсных компонентов.

Из шлакощелочных бетонов производят, в том числе, и пожаробезопасный искусственный камень. Это уникальное свойство материал получает благодаря тому, что коэффициент расширения всех элементов раствора имеет одинаковое значение. Максимальный порог нагрева 1500 °C.

Поскольку некоторые типы шлакощелочных бетонов превосходят по своим водоотталкивающим характеристикам цементные изделия, их применяют в строительстве градирен тепловых и атомных электростанций, оросительных каналов и других объектов, подвергающихся воздействиям агрессивных сред.

Кроме того, этот материал широко используется в малоэтажном строительстве, так как блоки из ячеистого бетона, созданные автоклавным способом, обладают малым весом и повышенной тепло-, звукоизоляцией. Применяют изделия из шлакощелочного бетона и в прокладке железнодорожных путей – здесь в ход идут высокопрочные растворы.

Напомним, что бетонный завод Бетон-М располагается в г. Зеленоград, поэтому заказчику стоит обратить особое внимание на маршрут движения бетоносмесителя от растворного узла к объекту строительства – чтобы доставить продукцию с минимальной потерей времени в московских пробках, сохранив без изменений все характеристики бетона.

Шлакощелочные бетоны высокой прочности для водохозяйственного строительства

Библиографическое описание:

Ашрабова, М. А. Шлакощелочные бетоны высокой прочности для водохозяйственного строительства / М. А. Ашрабова. — Текст : непосредственный // Техника. Технологии. Инженерия. — 2018. — № 3 (9). — С. 23-25. — URL: https://moluch.ru/th/8/archive/95/3422/ (дата обращения: 02.04.2021).



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.

Основными факторами, влияющими на прочность шлакощелочных бетонов (ШЩБ) является расход шлака, вид щелочного компонента. В качестве компонентов шлакощелочного вяжущего используются гравелит.

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

Щелочной компонент

Прочность ШЩБ на гравелите

Мпа, ввозрасте, суток

28

90

180

360

Сода

16,0

32,9

48,6

57,2

Содосульфатная смесь +

П/Ц клинкер

18,6

39,7

53,8

61,7

Метасиликат натрия

32,9

54,8

69,9

87,0

Дисиликат натрия

37,6

60,1

70,4

90,7

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

п/п

Размеры

фракций

мм

Содержание

фракций

%

Предел прочности при сжатии бетона,

Мпа, после тепловлажностной обработки

1 сутки

28 суток

сода

Метасиликат

натрия

сода

Метасиликат

натрия

1

5…10

10…20

35

65

14,8

32,5

18,1

36,0

2

5. .10

10…20

44

56

12,9

30,1

16,8

34,3

3

5..10

10…20

20..40

18

56

56

18,0

39,0

20,0

47,7

4

5..10

10…20

20…40

26

28

46

13,2

32,0

15

36,4

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

Содержание модифицированной добавки,% от массы цемента

Начало схватывания, мин. , при температуре, град. С

Конец схватывания, мин., при температуре, град. С

Жёсткость бет. смеси, с

Прочность при сжатии мелкозернистого пропаренного бетона, МПа

0

23…65

7…12

30

62,5

0,2

44…90

18…37

25

62,5

0,4

58…110

27…58

20

62,0

0,6

70…126

33…73

10

61,5

0,8

77…137

37…84

3

60,5

1,0

82…145

40…93

не определена

59,0

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.

Литература:

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.

Основные термины (генерируются автоматически): щелочной компонент, бетон, прочность бетона, основа гравелита, модифицированная добавка, прочность, расход шлака, сутки, тепловлажностная обработка, водохозяйственное строительство.

Похожие статьи

Улучшение характеристик

бетонов путем ввода активной…

Вывод: При твердении бетона в н. у. при замещении 30 и 50 % портландцемента молотым шлаком без применения добавок прочность 28 суток соответствует нормируемой.

 сокращения продолжительности тепловлажностной обработки изделий, ускорение сроков…

Исследования влияния тепловой

обработки бетона повышенной…

В исследованиях тепловлажностную обработку бетона осуществляли в лабораторной пропарочной камере с автоматическим регулированием режима. Для определения прочности бетона были изготовлены образцы-кубы размерами 100х100х100 мм…

Оценка длительности сохранения гидрофобных свойств…

Повышенная температура обработки МШВ на основе известняка, глины, песчаника и гравелита, оказывает ускоряющее влияние на

4. Ерошкина, Н.А., Калашников В. И., Коровкин, М. О. Вяжущее, полученное из магматических горных пород с добавкой шлака, и бетон на его…

Исследование свойств геополимерного вяжущего на

основе

жидкое стекло, тепловая обработка, гидроксид натрия, прочность, шлак, щелочной активатор, тепловлажностная обработка, щелочной компонент, коэффициент размягчения, качество активатора твердения.

Роль крупного заполнителя на формирование цементного камня…

Прочность образцов бетона в возрасте 28 суток составляла 23,9 МПа, что на 12,55 % меньше прочности бетона, прошедшего ТВО.

Крупный заполнитель (щебень). 700. 5,52. Доломитовая мука. Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу

Морозостойкость гидрофобизированных

бетонов

Гравелит ошлаковое: (шлак:гравелит) = 1,5:1. Sуд. гравелита = 900 м2/кг.

Отмечено незначительное понижение прочности на сжатие образцов минеральношлакового бетона с использованием стеарата цинка.

Влияние состава

бетона с тонким заполнителем на его свойства

— для прочности, МПа, через 28 суток бетона уплотненного под действием собственного веса.

Основы технологии самоуплотняющегося бетона. самоуплотняющийся бетон, бетонная смесь, цементный тест, водоцементное отношение, смесь, бетон, разновидность…

Анализ эффективности песчаных

бетонов по удельному расходу

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным… бетон, каменная мука, расход цемента, общестроительное назначение, самоуплотняющийся бетон, Россия, прочность бетона, организация производства, компонент, удельный расход цемента.

Влияние состава и режимов твердения на свойства…

жидкое стекло, тепловая обработка, гидроксид натрия, прочность, шлак, щелочной активатор, тепловлажностная обработка, щелочной компонент, коэффициент размягчения, качество активатора твердения.

Автогенная деформация щелочно-активированного доменного шлакового бетона при различных температурах отверждения

Изучены деформации щелочно-активированного шлакобетона (AASC) с высоким содержанием MgO и Al 2 O 3 , подвергнутые переменной температуре отверждения. В качестве активаторов щелочей использовали силикат натрия и карбонат натрия. Полученные результаты показали развитие деформаций, состоящих как из усадки, так и расширения. На усадку не повлиял тип активатора, в то время как расширение развивалось после фазы охлаждения в стабилизированных изотермических условиях и не прекращалось во время испытаний.Рентгеноструктурный анализ, проведенный вскоре после фазы охлаждения, показал образование кристаллического гидроталькита, которое было связано с наблюдаемым расширением. Смесь с большим количеством силиката натрия показала меньшее расширение, вероятно, из-за ускоренной гидратации и геополимеризации, приводящей к повышенной жесткости связующей матрицы.

1. Введение

Разработка активированных щелочами материалов (ААМ) была в центре внимания в последние несколько десятилетий [1–5].Щелочно-активированный шлак (AAS) и AASC (щелочно-активированный шлакобетон) получают путем активации гранулированного доменного шлака (GGBS) растворами щелочей. Портландцемент можно полностью заменить, что значительно снижает воздействие на окружающую среду по сравнению с обычным бетоном. Бетоны, изготовленные из GGBS, менее чувствительны к термическому растрескиванию в раннем возрасте из-за выделяемого тепла гидратации [6]. Затвердевший бетон имеет более плотную микроструктуру с меньшим и меньшим количеством капиллярных пор, что приводит к повышенной способности противостоять химическим воздействиям [7].Бетоны AAS по прочности сопоставимы с обычным бетоном на портландцементе (OPC); сообщается о прочности на сжатие до 100–130 МПа [8, 9]. GGBS в основном представляет собой аморфный стеклообразный материал, содержащий в основном кальций и алюмосиликаты. В системе с высоким содержанием кальция активация щелочью переводит алюмосиликаты в реакционноспособную форму. В присутствии воды и щелочей ААС в основном образуют гидраты силиката кальция (C – S – H), аналогичные наблюдаемым в OPC, но с более низким соотношением Ca / Si и более высоким содержанием Al [10, 11] и кальций- алюмосиликатные гидраты (C – A – S – H). Поскольку гель содержит определенное количество натрия (Na), его часто называют (C– (N) –A – S – H). Гель C – A – S – H проявляет нанокристалличность, а гель типа C– (N) –A – S – H является аморфным [12]. Точный тип геля, который образуется, зависит от содержания кальция и магния в системе, типа и pH активатора, а также условий отверждения [13–17]. Было показано, что механизмы гидратации в ААС различны [10, 18].

Широкому промышленному внедрению AAS препятствует отсутствие данных о долгосрочной производительности и долговечности.Более того, механизмы автогенной усадки до конца не изучены. Усадка считается важным инженерным свойством из-за риска растрескивания, когда деформации материала сдерживаются изнутри агрегатами.

Для материалов на основе цемента автогенная усадка тесно связана с химической усадкой, развитием микроструктуры и внутренней относительной влажностью материала [19–22]. Усадка бетона при высыхании в основном зависит от объема пасты, площади поверхности, подверженной высыханию, относительной влажности окружающей среды [23] и скорости развития капиллярного давления [24].В материалах, активированных щелочами, как автогенная усадка, так и усадка при высыхании оказываются более сложными, чем в OPC. Как автогенная усадка, так и усадка при высыхании в ААС превышают таковую у OPC сравнимой прочности [9, 25, 26]. Было обнаружено, что химическая, автогенная усадка и усадка при высыхании увеличиваются при добавлении большего количества шлака и силиката натрия [27]. Усадка при высыхании ниже, чем в растворе OPC, была получена в ААС при использовании карбоната натрия в качестве активатора вместо силиката натрия [28].Различные активаторы создают более крупную или более мелкую капиллярную пористость [29], что, как ожидается, повлияет на характер усадки. На пористость также влияет количество шлака в смеси; увеличение содержания шлака приводит к уменьшению общей пористости и более плотной микроструктуре [27]. Более высокая тонкость шлака по Блейну привела к большей реакционной способности и большей пористости [30]. Отверждение при нагревании, помимо обеспечения высокой начальной прочности, снижает усадку при высыхании в ААС [31]. Четкой связи между усадкой при высыхании и потерей влаги в ААС не установлено.Несмотря на более высокую усадку при сушке, наблюдаемую в AAS, фактическая потеря влаги в AAS была меньше, чем в сопоставимых образцах OPC [25]. Авторы объясняют большую усадку при высыхании, наблюдаемую в ААС, увеличением количества более мелких пор с радиусом, соответствующим мезодиапазону (5–50 нм), которые увеличивают капиллярные напряжения, возникающие при их опорожнении [25, 26, 32, 33]. Напротив, в AAS также наблюдалась постоянно более высокая потеря влаги по сравнению с OPC [34]. Авторы сообщили о неравномерном характере усадки при сушке, когда более низкая влажность окружающей среды (более высокая скорость высыхания) не обязательно приводит к более быстрому развитию усадки, указывая на то, что механизмы усадки (при сушке) в AAS значительно сложнее, чем в OPC.

Исследования, посвященные изучению аутогенной усадки материалов, активированных щелочами, ограничены. Щелочная активация шлака раствором силиката натрия может привести к химической усадке в два раза больше, чем у сопоставимой пасты OPC [35]. Автогенная усадка строительных смесей AAS была испытана методом гофрированной трубки [9] в изотермических условиях и линейной автогенной деформации усадки, достигающей 2700–2800 με более прибл. Было зарегистрировано 8 месяцев для смесей AASC, активированных как гранулами простого гидроксида натрия (NaOH), так и комбинацией гидроксида натрия и водного силиката натрия или жидкого стекла [Na 2 O (SiO 2 ) n ], в то время как примерно 400 μ деформация усадки была получена в эталонной смеси OPC.Развитие аутогенной усадки существенно не замедлилось в течение наблюдаемого периода в 8 месяцев, в то время как эталонный показатель OPC стабилизировался около 3-месячной отметки. Движущий механизм автогенной усадки в ААС не выяснен. С одной стороны, химическая усадка больше, чем у OPC, в то время как AAS C – S – H, как было обнаружено, имеет более низкую плотность упаковки атомов, чем C – S – H в OPC; «Таким образом, большая химическая усадка, связанная с гидратацией ААС, вероятно, связана со стекловидной природой самого шлака, что приводит к относительно низкой плотности упаковки атомов негидратированного материала» [35].Другие пришли к выводу, что основным движущим механизмом автогенной усадки активированной щелочью летучей золы / шлака (AFS) было ускоренное самосушение из-за снижения внутренней относительной влажности в мезопорах в затвердевшем состоянии, а не химическая усадка в свежем состоянии. [27]. В том же исследовании было также обнаружено, что мезопоры составляют 60–80% от общего объема пор по сравнению с 36% в пасте OPC. Другое исследование утверждает, что до 90–95% общего объема пор составляют мезопоры в ААС [26].В одном исследовании сообщалось об измерениях усадки образцов AAM, сохраняемых при относительной влажности 99% (что можно рассматривать как аутогенные условия), когда введение добавок, снижающих усадку (SRA) на основе полипропиленгликоля, в шлаковые растворы, активируемые жидким стеклом, привело к уменьшению усадки за счет индуцированного расширения [ 36]. Добавление 1% SRA привело к расширению ~ 200 με за период 25 дней (рис. 1). Увеличение количества SRA до 2% привело к меньшему расширению. Авторы также наблюдали расширение эталона OPC и минимальное, но четко обнаруживаемое расширение в AAS без SRA.Нет четкого согласия относительно того, является ли усадка при высыхании или аутогенная усадка доминирующим механизмом, вызывающим объемные изменения в ААС [37].

Для практического применения важно, чтобы материалы были испытаны в реальных условиях отверждения. Большинство активированных щелочами материалов выигрывают от термического отверждения и, следовательно, обычно термоотверждаются, чтобы быстрее набрать прочность на сжатие, а для геополимеров летучей золы требуется термическое отверждение [38]. Однако испытания на усадку обычно проводят в условиях температуры окружающей среды или после термического отверждения, когда большая часть усадки уже сформировалась.

В данной статье представлены экспериментальные результаты автогенного деформационного поведения ААС при отверждении при переменной температуре («реалистичное»).

2. Экспериментальная программа
2.1. Материалы

Для смесей AASC в данном исследовании использовался измельченный гранулированный доменный шлак (GGBS, Merit 5000), предоставленный MEROX, Швеция. Его химический состав, определенный с помощью XRF-спектрометрии, а также известные свойства цемента, используемого для обычных портландцементных бетонных смесей, перечислены в таблице 1.Дизайн смесей представлен в таблице 2. Никакие суперпластификаторы не использовались ни в одной из изученных смесей AASC. Все смеси содержали 450 кг / м 3 3 GGBS и имели отношение массы к массе 0,45. Единственная разница в смесях — это тип и количество используемого щелочного активатора (10 мас.% И 14 мас.% От массы связующего). Использовали силикат натрия (SS) и карбонат натрия (SC) и их комбинацию. Карбонат натрия был предоставлен в форме сухого порошка CEICH S.A. Водный раствор силиката натрия (SS) был предоставлен PQ Corporation.SS имеет щелочной модуль (SiO 2 / Na 2 O) = 2,2 с 34,37 мас.% SiO 2 , 15,6 мас.% Na 2 O и содержанием твердого вещества 49,97 мас.%. Щелочной модуль жидкого SS был доведен до 1,00 путем добавления гранул гидроксида натрия (NaOH) с химической чистотой 98%. Раствор активатора готовили за 24 часа до смешивания. После перемешивания всех сухих ингредиентов в течение 3 минут в смесителе Hobart был добавлен активатор и перемешивание продолжалось еще 4 минуты. Прочность на сжатие через 28 дней определяли на кубах размером 100 × 100 × 100 мм.Сразу после отливки все образцы были запечатаны в полиэтиленовые пакеты.

2

O


Шлак CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO K 2 O TiO 2 MnO SO 3
Оксиды (мас.%) 30.4 34,97 14,34 0,34 16,14 0,59 0,69 2,82 0,50 0,65

Физические данные Удельная поверхность (кг / м 2 ) Плотность частиц (кг / м 3 ) Насыпная плотность (кг / м 3 ) Содержание влаги (%) Содержание стекла (%)
500 2950 1100 0.1 97–98
450 3000 <2 частей на миллион


Количество (кг / м 3 ) / смесь SC10 SS10 SS14

Шлак 450 450 450
0/4 1332 1332 1332
4/8 331 331 331
Вода, эфф. 202,5 ​​ 202,5 ​​ 202,5 ​​
Цемент
Активатор 10% SC 10% SS 14% SS
Щелочной модуль 1,00 1,00
pH активатора 11,2 13,7 13,7
28-дневная прочность куба (МПа) 48 50 77

2.2. Методы испытаний

Полностью связанные автогенные и термические деформации были зарегистрированы на бетонных цилиндрах Ø = 80 мм, h = 300 мм с помощью двух симметрично установленных датчиков линейной переменной деформации Schaevitz типа 010 MRH. Калибр составлял 100 мм. Результаты представляют собой среднее значение показаний двух линейных переменных дифференциальных трансформаторов (LVDT) на образец. Разброс измерений по каждому материалу составлял менее 10%. Чтобы облегчить извлечение образцов AASC через 8 часов, цилиндрические формы были облицованы прозрачной пластиковой фольгой перед отливкой.Извлеченные цилиндрические образцы с установленными LVDT помещали внутрь водонепроницаемой отливки, которую затем погружали в воду. Температуру отверждения регулировали с точностью ± 3 ° C путем изменения температуры воды. Первоначально установленный температурный путь следовал развитию адиабатической температуры для бетона на основе OPC и с отношением W / B, равным 0,38 [39]. После достижения заданной температуры отверждения регулирование состояло из отверждения при постоянной температуре, стадии охлаждения с постоянной скоростью и отверждения при постоянной комнатной температуре (рис. 2).Общая продолжительность испытаний составила 14 дней. Регистрируемые данные включали свободную деформацию, температуру в центре образца, измеренную литой термопарой, температуру водяной бани и температуру окружающей среды. На уже закаленные образцы устанавливались LVDT. Здесь образцы были извлечены из формы в возрасте 8 часов, а деформации обнулялись через 8,5 часов (после установки LVDT). Перед испытаниями испытательная установка и каротажное оборудование были проверены путем регистрации тепловых деформаций на стальной трубе.Зарегистрированные деформации точно повторяют температурный режим, состоящий из прямых линий, с минимальным отклонением (рис. 2). Температурный путь отверждения и зарегистрированное изменение температуры в центре термоотвержденных образцов показаны в зависимости от реального времени, измеренного после литья. Положительные значения указывают на расширение, а отрицательные — на сжатие (усадку). Также наносятся изотермические эталонные образцы при комнатной температуре (20 ° C), за исключением образца SS14, данные по которому отсутствуют.

XRD-анализ был проведен на образцах порошкообразной пасты 28-дневной давности с использованием аналитического прибора Empyrean XRD PAN, работающего с излучением Cu K α . Общее время сканирования для каждого образца составляло 15 минут, а размер шага составлял 0,0262 ° 2 θ . Образцы термоотверждались в соответствии с процедурой, применявшейся к цилиндрам свободной деформации. Все образцы были измельчены и измельчены через 168 часов. Рентгеноструктурный анализ проводили в течение двух часов после присыпки образцов, что исключало необходимость использования растворителей для остановки гидратации.

3. Результаты испытаний и обсуждение

Применение термического отверждения требует разделения автогенных и термических деформаций, чтобы обеспечить возможность отдельной количественной оценки обоих механизмов. Для успешной развязки крайне важно использовать правильный тепловой коэффициент, особенно для материалов раннего возраста, когда ожидается, что он будет сильно нелинейным. Однако в текущем исследовании попыток развязки не предпринималось. Из-за различных процессов гидратации / геополимеризации в AAM термические коэффициенты, взятые из литературы для бетона, не могут быть применимы.На момент написания нет данных о развитии теплового коэффициента, характерного для раннего возраста ААМ.

Зарегистрированные свободные деформации образцов бетона представлены на рисунках 3–6. Суммарные деформации изотермически отвержденных эталонных образцов AASC значительно превышали значения, наблюдавшиеся ранее для OPC [40]. Референс SS10 уменьшился примерно вдвое больше, чем SC10. Подобные тенденции наблюдались ранее, Duran Atics et al. [28]. Смесь SC10 практически не дала усадки (<20 με ) в течение первых 32 часов термоотверждения при высокой температуре (рис. 5).Поскольку в термическом отверждении нет особенностей, которые могли бы вызвать резкое изменение скорости усадки примерно через 40 часов, форма кривой позволяет предположить, что расширяющиеся продукты могли образоваться уже на этой ранней стадии. В контрольном образце SS10 такого изменения наклона не наблюдалось. Важно отметить, что деформации в течение первых 8,5 часов не регистрировались из-за использованной экспериментальной установки. Следовательно, неизвестно, как могла бы развиться 14-дневная усадка, если бы измерения начали сразу после литья.Например, разница между силикатом натрия и карбонатом может быть еще более значительной. Эти результаты коррелируют с более ранними испытаниями ААС, активированного смесью силиката натрия и гидроксида натрия, где были получены деформации автогенной усадки до 7 раз больше, чем в OPC [18].




Влияние типа активатора, силиката натрия и карбоната натрия на величину и скорость развития усадки было минимальным для образцов, подвергнутых термоотверждению (рис. 6).Увеличение количества активатора силиката натрия с 10 до 15 мас.% Привело к первоначально более высокой скорости развития усадки, что соответствовало более ранним исследованиям [26]. Однако примерно через 48 часов после заливки показатели усадки SS10 и SS14 были почти идентичными. Через 130 часов расширение SS14 было заметно медленнее, чем в двух других образцах с меньшими количествами активатора; скорость набухания образца SC14.

Автогенное расширение наблюдалось во всех термоотверждаемых образцах.Расширение было четко идентифицировано после 130-часовой отметки, когда температура отверждения поддерживалась постоянной. Однако, судя по изменению наклона на стадии охлаждения, вполне вероятно, что расширение началось уже во время охлаждения образцов. Такое расширение, начинающееся во время охлаждения, не редкость для OPC [41, 42]. Образец карбоната натрия начал набухать раньше на стадии охлаждения, чем образец силиката натрия, на что указывает наклон кривых свободной деформации, смещающийся вверх во время периода охлаждения.Различия в деформационном поведении из-за увеличения количества активатора частично можно объяснить различиями в развивающейся структуре пор. Например, большее наблюдаемое количество более мелких мезопор (диаметром 5–50 нм), образующихся в связующих, активируемых щелочами, было связано с развитием более высоких капиллярных напряжений во время их опорожнения [25, 26, 32, 33].

Температурный перепад, отмеченный Δ на Рисунке 6 и приведенный в Таблице 3, указывает на сопряженную автогенную и термическую деформацию (AD + TD) во время стадии охлаждения.TD рассчитывается как α ∗ ΔT, где α — коэффициент теплового расширения, а ΔT — изменение температуры. Значение α в материалах на основе цемента тесно связано с внутренней относительной влажностью образца [43] и также может зависеть от пористой структуры в бетонном теле [44]. К сожалению, развитие теплового коэффициента в AAM недостаточно изучено. Однако наблюдаемые вариации перепада температур указывают на различия в свойствах материалов на этой стадии отверждения, т.е.е., различное содержание влаги, продукты гидратации и / или структура пор. Усадка образца SS14 во время охлаждения была примерно на 30% больше, чем у образца S10 (таблица 3). Усадка Δ была частично автогенной и термической, связанной с коэффициентом теплового расширения CTE. В обычном бетоне КТР резко снижается сразу после заливки из-за большого количества свободной воды (более 20 × 10 −6 / ° C) до минимального значения во время схватывания (∼7 × 10 −6 / ° C). ) [45–47].После этого он медленно увеличивается за счет самовысыхания, приближаясь к значению, характерному для затвердевшего бетона (9… 12 × 10 –6 / ° C) [43]. Уменьшение времени схватывания связано с тем, что свободная вода остается пластичной, а свободная вода непрерывна, а во время формирования твердого каркаса эта непрерывность нарушается. Учитывая это, скорость гидратации SS14 выше, а тепловой коэффициент искажается из-за содержания воды. Следовательно, он должен быть ниже в материале с повышенной скоростью гидратации.Можно сделать вывод, что в ААС развивающаяся структура пор или различные пропорции продуктов гидратации / геополимеризации, или другие, еще неизвестные факторы, оказывают значительное влияние на КТР [44].


Образец Δ тепловое падение ( με ) Раннее расширение из-за теплоты гидратации ( με ) Усадка перед охлаждением ( με ) Расширение за последние 130 часов ( με )

SS10 290 90 −540 210
SC10 250 225 −730 190
SS14 380 150 −710 65

Различия в плотности, пористости и соотношении Ca / Si при образовании C – S – H в AAS по сравнению с OPC и больший объем пасты вместе объясняют гораздо большие деформации (сжатия), наблюдаемые в AAS [10, 35].Шлак, использованный в данном исследовании, имел высокое содержание MgO (15,81 мас.%) И умеренное содержание CaO (29,78 мас.%) (Таблица 1). Системы AAM с высоким содержанием кальция и магния имеют тенденцию к образованию гелей с преобладанием C– (A) –S – H, которые менее пористы, чем полимеризованный гель, который образуется в системе с низким содержанием Ca [16, 48]. В настоящем исследовании доминирующие фазы в ААС были идентифицированы как гель C– (A) –S – H и кальцит (CaCO 3 ), что соответствует более ранним результатам [49] (рис. 7). Высокое содержание Al 2 O 3 в шлаке связано с образованием большего количества эттрингита [10].Используемый здесь шлак имел высокое содержание Al 2 O 3 , 23,5% (Al 2 O 3 / (CaO + Al 2 O 3 + MgO)). Однако ни эттрингит (Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 · 26H 2 O), ни гидрогранеты не были обнаружены ни в одной смеси AAS, что противоречит более ранним выводам [10 , 50]. Кроме того, пики бруцидов не были обнаружены, несмотря на общую тенденцию их образования в цементирующих системах, богатых MgO [51].Возможно, такое образование действительно произошло, но раньше в процессе гидратации, позже преобразовавшись в гидрокальцит [51, 52]. Пики кальцита обнаружены только в смеси ААС, активированной карбонатом натрия. Использование карбоната натрия в качестве активатора связано с длительным процессом твердения [49], при котором щелочность, необходимая для полного растворения шлака, развивается медленно. До образования C– (A) –S – H ионы Ca 2+ из растворенного шлака реагируют с активатором с образованием кальцита (CaCO 3 ), что, в свою очередь, повышает щелочность.Присутствие кальцита в качестве второстепенного или следового продукта реакции в ААС, активированных карбонатом натрия, также было подтверждено Майерсом [53]. Типичным продуктом гидратации в ААС является гидротальцит (Mg 6 Al 2 (CO 3 ) (OH) 16 · 4 (H 2 O) — гидрат алюмината магния). Его образование зависит от содержания MgO в шлаке, типа активатора и условий отверждения, например, [11, 29, 49, 50, 52–54]. Обычно он выпадает в виде крошечных кристаллов, образующихся внутри C – S – H [55].Более высокое содержание MgO связано с более плотной микроструктурой и более высокой прочностью на сжатие из-за дополнительного образования гидроталькита [11]. Доступный Al 2 O 3 сначала имеет тенденцию к образованию гидротальцита (и гидрогранатов / эттрингита), а затем к образованию C– (A) –S – H и AFm, в зависимости от соотношения Ca / Si [50, 56 ]. Небольшие, но заметные пики гидротальцита были идентифицированы для всех трех термоотверждаемых смесей ААС при 11,3, 46,0 град. Остальные три характерны для пиков гидроталькита при 22.7, 34,6 и 38,9 были затенены другими присутствующими кристаллическими фазами. Гидротальцит образует небольшие пластинки, что является одной из возможных причин наблюдаемого расширения. Менее обширное расширение, наблюдаемое в смеси SS14, может быть связано с ускоренной гидратацией и, следовательно, с повышенной скоростью развития прочности. Следовательно, на стадии, когда происходит расширение из-за образования гидроталькита, был построен более жесткий каркас, который лучше сопротивлялся деформациям.

Важно, чтобы испытания на усадку проводились в реальных условиях отверждения, соответствующих реальной структуре.Применение термического отверждения может привести к значительным различиям между деформационными характеристиками бетона, отвержденного при температуре окружающей среды, и бетона, отвержденного при нагревании [42]. Если используется термическое отверждение, необходимо разделение аутогенных и термических деформаций, чтобы иметь возможность количественно оценить оба механизма по отдельности. Для успешной развязки крайне важно использовать правильный тепловой коэффициент, особенно в раннем возрасте, когда ожидается, что он будет нелинейным. В текущем исследовании попыток развязки не предпринималось из-за отсутствия надежных данных, связанных с развитием теплового коэффициента, характерного для ААМ в раннем возрасте.

4. Выводы

Определены автогенные деформации щелочно-активированных бетонов на основе BFS с высоким содержанием MgO, подвергнутых переменным температурам отверждения. Примененная процедура отверждения была направлена ​​на моделирование реалистичного развития температуры. В целом, наблюдаемые значения предельной усадки были выше по сравнению с результатами, опубликованными ранее для бетонов на основе портландцемента. Был сделан вывод, что сочетание процессов гидратации и геополимеризации, которые происходят в шлаковых системах, активированных щелочами, дает микроструктуру, содержащую большее количество более мелких пор.Это может привести к более высоким растягивающим напряжениям и, следовательно, к повышенной усадке.

На зарегистрированную предельную максимальную деформацию не повлиял используемый тип щелочного активатора для термоотверждаемых образцов силиката натрия по сравнению с карбонатом натрия. Однако увеличение количества силиката натрия с 10 до 14 мас.% Привело к значительно большей деформации.

Автогенное расширение было обнаружено во всех смесях AASC. Было невозможно определить точное начало расширения без разделения автогенных и термических деформаций; однако, судя по изменениям наклона графиков свободной деформации, расширение предположительно началось на стадии охлаждения.Расширение не стабилизировалось за время испытаний. Наблюдаемое расширение было связано с образованием гидроталькита из-за высокого содержания MgO в использованном BFS.

Доступность данных

Данные, использованные в этом исследовании, будут предоставлены по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Данные, использованные в публикации, получены от Ph.D. диссертация опубликована в Технологическом университете Лулео [39].Финансирование этой части проекта OPC было предоставлено Trafikverket (Шведская дорожная администрация) и SBUF (Фонд развития шведской строительной индустрии). Материалы были поставлены компанией Cementa Ltd., Швеция. Мы очень ценим их поддержку и техническую помощь сотрудников лаборатории LTU. Кроме того, исследования AASC в значительной степени финансировались правительством Ирака.

Реакция щелочного кремнезема

Что такое щелочно-кремнеземная реакция?

Щелочно-кремнеземная реакция (ASR) — это химическая реакция между щелочами в портландцементе и некоторыми типами минералов кремнезема, присутствующими в некоторых заполнителях.Продукт реакции — гигроскопичный гель, который впитывает влагу и набухает. При определенных обстоятельствах образование геля может вызвать расширение и, в конечном итоге, растрескивание бетона. Факторы, влияющие на частоту и серьезность ASR, включают:

  • Реакционная способность заполнителя (количество и тип присутствующих реакционноспособных минералов кремнезема).
  • Наличие щелочей в бетоне.
  • Условия воздействия (влажность
    и температура).
  • Тип бетонного элемента (размер и детали армирования).

В некоторых случаях ASR может вызвать серьезное разрушение бетона, что приведет к потере работоспособности или сделает бетон более восприимчивым к повреждению другими процессами, такими как замерзание и оттаивание или проникновение хлоридов и коррозия.

Смягчение ASR

Остановить реакцию ASR после ее начала очень сложно, если вообще возможно. В некоторых случаях можно ограничить попадание воды в бетон, но это только замедлит, а не остановит прогресс разрушения.Лучший способ уменьшить ASR — предотвратить его возникновение за счет правильного использования материалов в бетонной смеси. Есть несколько способов уменьшить ASR. Один из вариантов — ограничить содержание щелочи в бетоне за счет минимизации количества щелочи, вносимой портландцементом. Другое решение — ограничить или запретить
использование реактивных агрегатов. Часто это непрактично
указать любой из этих вариантов, если подходящие материалы (слабощелочные цементы или инертные заполнители) недоступны.Другой альтернативой является определение шлакового цемента для предотвращения ASR при использовании реактивных заполнителей.
1

Как шлаковый цемент снижает ASR?

Использование шлакового цемента снизит вероятность возникновения ASR за счет уменьшения количества щелочи в системе, которая может вступить в реакцию с заполнителем. Большая часть щелочей связывается продуктами гидратации шлакового цемента по сравнению с портландцементом, и это означает, что концентрация щелочи в пористом растворе бетона снижается, что, в свою очередь, снижает риск реакции с заполнителем.Количество требуемого шлака будет зависеть от реакционной способности заполнителя и щелочи, вносимой портландцементом; обычно необходимый уровень составляет от 30 до 60% по массе от общего вяжущего материала. На рис. 2 2 показано влияние шлака на двухлетнее расширение бетонных призм (ASTM C1293), содержащих заполнители с умеренной и высокой реакционной способностью, и цемент с очень высоким содержанием щелочи (1,25% Na 2 эквивалента O).

Количество шлака, требуемого для конкретного реактивного заполнителя, может быть определено путем тестирования различных комбинаций шлака и заполнителя в ускоренном испытании с использованием строительного раствора (ASTM C1567). 3 или испытании на бетонную призму (ASTM C1293). 4 В качестве альтернативы можно использовать предписывающий подход AASHTO PP65-115. В этой стандартной практике минимальный уровень шлака определяется с учетом реакционной способности заполнителя, наличия щелочи, условий воздействия, а также размера и типа бетонной конструкции.

Шлаковый цемент содержит небольшое количество щелочей. Обычно количество щелочи такое же, как и в портландцементе с низкой и средней щелочностью (например, от 0,5 до 0,7% Na 2 эквивалента O).Некоторые нормативные требования и стандартные практики, такие как AASHTO PP65-11, 5 , допускают возможность ограничения содержания щелочи в бетоне при использовании реактивных заполнителей. В таких случаях нет необходимости включать щелочи в шлаке при расчете содержания щелочи в бетоне, поскольку они обычно считаются недоступными для реакции с заполнителем. 2

На рис. 3 показана концентрация щелочи (выраженная в единицах гидроксил-иона, OH , концентрация) в поровом растворе, извлеченном из образцов цементного теста двухлетней давности, изготовленных из высокощелочного цемента и различных уровней шлака. 6 Шлак снижает концентрацию гидроксильных ионов сверх того, что ожидается от простого разбавления портландцемента. Это означает, что шлак не вносит щелочи в поровый раствор, а фактически удаляет часть щелочей, содержащихся в портландцементе. Эти щелочи не вступают в реакцию с заполнителем.

На рис. 4 показан график расширения призм бетона за 2 года в зависимости от содержания щелочи в бетоне с учетом только щелочей, обеспечиваемых портландцементом.6 Можно видеть, что для данного количества щелочей портландцемента расширение уменьшается в присутствии шлака, особенно при более высоких уровнях замещения. Это снова указывает на то, что вместо того, чтобы вносить щелочь в шлак ASR, он эффективно потребляет часть щелочей, обеспечиваемых портландцементом, поэтому они не могут вступить в реакцию с заполнителем.

Ссылки

  1. ACI 201.2R-08, «Руководство по долговечному бетону», Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, Мичиган, 2008 г., 49 с.
  2. Томас, М. Д. А., и Иннис, Ф. А., «Влияние шлака на расширение из-за реакции щелочных агрегатов в бетоне»,
    Журнал материалов ACI , т. 95, № 6, ноябрь-декабрь 1998 г., стр. 716-724.
  3. ASTM C1567-13, «Стандартный метод испытаний для определения потенциальной щелочно-кремнеземной реакционной способности комбинаций цементирующих материалов и заполнителя (метод ускоренного растворного раствора)», ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013.
  4. ASTM C1293-8b, «Стандартный метод испытаний для определения изменения длины бетона из-за щелочно-кремнеземной реакции», ASTM International, West Conshohocken, PA, 2008.
  5. AASHTO PP65-11, «Стандартная практика для определения реакционной способности бетонных заполнителей и выбора соответствующих мер для предотвращения опасного расширения в новых бетонных сооружениях», Американская ассоциация государственных служащих автомобильных дорог и транспорта, Вашингтон, округ Колумбия, 2011 г., 24 стр.
  6. Блешински, Р. Ф., «Характеристики и долговечность бетона с тройными смесями кремнеземного дыма и доменного шлака». Докторская диссертация, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада, 2002 г., 1074 стр.

«Как и любой бетон.
смеси, следует провести пробные партии для проверки бетона
характеристики. Результаты могут отличаться в зависимости от различных обстоятельств, в том числе
температура и компоненты смеси, среди прочего. Вам следует
обратитесь за помощью к своему специалисту по шлаковому цементу. Ничего не содержало
в данном документе следует рассматривать или толковать как гарантию или гарантию, либо
явные или подразумеваемые, включая любую гарантию пригодности для конкретного
цель.»

Границы | Влияние условий отверждения на усадку щелочно-активированного высокомагнезиального шведского шлакобетона

Введение

Гранулированный доменный шлак (GBFS) — это побочный продукт, полученный в процессе производства чугуна, который подвергается закалке из расплавленного состояния с образованием аморфного материала, состоящего в основном из алюмосиликатного стекла с кальцием и магнием.Земляной ГБФ также широко используется в качестве дополнительного вяжущего материала в системах на основе портландцемента (ПК) для снижения теплоты гидратации и повышения химической стойкости бетона, особенно при воздействии кислоты (Chidiac and Panesar, 2008). Использование вяжущих для шлаков, активированных щелочами (AAS), для производства бетонов позволило снизить выбросы углерода на 75% по сравнению с обычным портландцементом (Yang et al., 2013).

Механические свойства бетонов AAS контролируются физическими свойствами и химическим составом использованного прекурсора шлака, типом активатора и его дозой, температурой отверждения, а также рядом других параметров (Atiş et al., 2009; Бернал и др., 2014a; Myers et al., 2017; Criado et al., 2018). Наиболее часто используемые щелочные активаторы включают; гидроксид натрия, силикат натрия, сульфат натрия и карбонат натрия (Provis and Van Deventer, 2014; Criado et al., 2018).

Время схватывания паст AAS, активированных силикатом натрия и карбонатом натрия, оказалось значительно дольше, чем время схватывания OPC. С другой стороны, шлаковая паста, активированная карбонатом натрия, имела такое же поведение схватывания, что и бетоны на основе ПК (Atiş et al., 2009).

Бетоны

AAS показали хорошую стойкость к кислотному воздействию, воздействию огня и коррозии (Jiang et al., 1997; Chidiac, Panesar, 2008; Karahan, Yakupoglu, 2011; Mundra et al., 2017). Большинство бетонов ААС, активированных силикатом натрия или гидроксидом натрия, показали более высокую раннюю прочность и прочность на изгиб (Бахарев и др., 1999), но они более чувствительны к температуре отверждения, чем ПК. Кажущаяся энергия активации выше, но при этом наблюдается меньшая теплота гидратации и более высокие скорости реакции (Shi and Day, 1996; Shi et al., 2006; Айдын и Барадан, 2012; Provis et al., 2015).

В целом ААС имеют более высокую усадку по сравнению с ПК-бетоном (Allahverdi et al., 2017; Humad et al., 2018; Orosz et al., 2019). В случае бетонов GGBFS, активированных SS, высокая усадка была связана с наличием большего количества мезопор (Shi, 1996), что привело к увеличению растягивающих напряжений и, следовательно, к большей усадке при высыхании (Häkkinen, 1993). Шлаковые растворы, активированные SS, показали в шесть раз более высокую усадку при высыхании по сравнению с растворами на основе ПК (Atiş et al., 2009). Напротив, шлак, активированный SC, показал более низкие или равные значения усадки при высыхании по сравнению с системами на основе ПК. Кинетика усадки оказалась медленнее при аналогичной относительной влажности (Zheng, 2010; Ye and Radlinska, 2016). Продукты гидратации AAS включали гель C-S-H с более низким соотношением Ca / Si, чем в ПК, с гелем, богатым Si, содержащим большее количество несмешанной воды. Эта несвязанная вода будет испаряться в процессе сушки, впоследствии вызывая значительную усадку (Collins and Sanjayan, 2000; Ye and Radlinska, 2016; Ye et al., 2017). Усадка ASC сильно зависит от применяемых условий отверждения. Например, воздействие относительной влажности (RH) от 50 до 70% было указано как особенно неблагоприятное (Douglas et al., 1992; Bakharev et al., 1999; Krizan and Zivanovic, 2002; Provis and Van Deventer, 2014; Ye et al., др., 2017). Частичная замена BFS на FA имела тенденцию к снижению усадки при высыхании (Wallah and Rangan, 2006; Singh et al., 2016; Humad et al., 2019). Уменьшение молярного отношения NaO к SiO 2 щелочной активации SS снижает значения усадки при сушке, но увеличивает автогенную усадку (Krizan and Zivanovic, 2002; Atiş et al., 2009; Humad et al., 2019).

Термическая обработка может значительно ускорить развитие прочности бетона AAS, и было отмечено снижение предельных значений усадки по сравнению с бетоном PC (Бахарев и др., 1999). Тепловое отверждение привело к увеличению пористости и, как следствие, уменьшению усадки при высыхании (Бахарев и др., 2000; Исмаил и др., 2013). Аналогичный эффект наблюдался при использовании добавок, уменьшающих усадку (SRA). В этом случае усадка при высыхании уменьшалась за счет образования более крупной пористой структуры, что приводило к снижению поверхностного натяжения поровой жидкости (Palacios and Puertas, 2007).

GGBFS с высоким содержанием MgO, который является предметом исследования результатов, представленных в этой публикации, можно найти только в нескольких местах по всему миру. Швеция является одним из примеров, где все GGBFS местного производства имеют содержание MgO от 12 до 19 мас.%. Предыдущие исследования показали, что химический состав реакции и развитая микроструктура в этих системах заметно изменены, что может сильно повлиять на усадку. Включение Al в гель типа C-S-H, типичное для систем AAS, уменьшалось при высоком содержании BFS MgO.Доступный Al сильно потреблялся за счет образования минералов группы гидроталькита (Ben Haha et al., 2011). Увеличение содержания MgO в системах AAS, активированных SS, усиливает образование гидроталькита и формирует более неупорядоченную микроструктуру силикатного геля (Ben Haha et al., 2011; Bernal et al., 2014b). Увеличение содержания MgO в шлаковой системе, активированной щелочью, показало повышенную устойчивость к карбонизации (Bernal et al., 2014b; Park et al., 2018).

Проблема чрезмерной усадки при высыхании в бетоне AAS известна и хорошо изучена относительно систем вяжущих на основе широко доступных доменных шлаков с низким содержанием MgO.Напротив, количество доступных данных, относящихся к AAS на основе BFS с высоким содержанием MgO, довольно ограничено. Настоящее исследование направлено на восполнение этого недостатка знаний и сосредоточено на влиянии различных условий отверждения, механических свойств и микроструктуры на усадку типичного доменного шлака с высоким содержанием MgO, доступного в Швеции, на развитие процесса сушки и автогенной усадки.

Материалы и методы

A (GBFS), тип Merit 5000 (MEROX, Швеция), был использован в качестве основного связующего в этом исследовании.Его химический состав, определенный с использованием спектрометра PANalytical-Zetium XRF, показан в таблице 1. Физические свойства были предоставлены поставщиком, карбонат натрия и силикат натрия использовались в качестве щелочных активаторов. Порошкообразный карбонат натрия (SC) был предоставлен CEICH SA из Польши, а жидкий силикат натрия (SS) — PQ Corporation. Поставляемая SS имела щелочной модуль (M s = массовое отношение SiO 2 / Na 2 O) = 2,2, с 34,37 мас.% SiO 2 ,15.6 мас.% Na 2 O и содержание твердых веществ 49,97 мас.%. Значение M s доводили до 1,0 добавлением гранул гидроксида натрия (чистота 98%) с 76,31 мас.% Na 2 O. Дозировка щелочного активатора варьировалась от 5 до 10 мас.% От общего содержания связующего. , Таблица 2. Содержание BFS во всех бетонных смесях составляло 450 кг / м 3 , а отношение общего количества воды к вяжущему (вес / вес) составляло 0,45. Группа Jehander из Швеции предоставила крупный гранитный заполнитель (размер 4–8 мм) и мелкий заполнитель, кривые сортировки которых показаны на Рисунке 1.Содержание мелкого заполнителя в бетонной смеси составляло около 80 мас.% От общего количества заполнителя. Жидкий силикат натрия и порошковый карбонат натрия растворяли в воде для затворения за 24 ч до изготовления бетона. Все сухие ингредиенты, включая GBFS, грубые и мелкие заполнители, смешивали в течение 1 мин с последующим добавлением воды для смешивания, содержащей щелочные активаторы, и перемешивали еще 3 мин. Для приготовления всех смесей использовали вращающийся тарельчатый миксер типа Zyklos-ZZ75HE.

Таблица 1 .Детали GGBFS, использованные в этой работе.

Таблица 2 . Смешайте пропорции бетонов.

Рисунок 1 . Кривая сортировки комбинированных грубых и мелких заполнителей.

Начальное и конечное время схватывания определяли с использованием аппарата Вика в соответствии со стандартом ASTM C191-13. Прочность на изгиб была определена на 28-дневных балках 100 × 100 × 500 мм 3 при трехточечном изгибе в соответствии со стандартом SS-EN 12390-5: 2009. Применяемая скорость нагрузки составляла 160 Н / с.Прочность на сжатие через 7 и 28 дней определяли как средние значения по результатам трех испытаний на кубах размером 100 × 100 × 100 мм 3 в соответствии со стандартом SS-EN 12390-3. Скорость нагружения была установлена ​​на 10 кН / с.

Усадку определяли с использованием цилиндров диаметром 100 мм и высотой 200 мм. Измерения усадки начинали через 1,5 дня после отливки для образцов, отвержденных при нагревании, и через 2–3 дня для образцов, отвержденных в лабораторных условиях, в зависимости от измеренного времени окончательного схватывания, рис. 2.В дальнейшем все образцы хранили в лабораторных условиях. Значения деформации регистрировали с использованием тензометрического датчика типа DEMEC от Mayes Instruments Limited. Две пары измерительных дисков из нержавеющей стали были приклеены эпоксидной смолой к каждому цилиндру и были разнесены на 100 мм друг от друга.

Рисунок 2 . Время начального и конечного схватывания бетонных смесей ААС.

Процедура отверждения, применяемая к образцам, используемым для определения прочности на сжатие и изгиб, включала запечатывание пластиковыми пакетами с последующим хранением образцов в лабораторных условиях при 20 ± 2 ° C и 40 ± 3% относительной влажности до испытания.Вторая процедура включала термоотверждение при 65 ° C в течение 24 часов сразу после отливки с последующим хранением в лаборатории при 20 ± 2 ° C и относительной влажности 40 ± 3%. Образцы, использованные для определения усадки, были подвергнуты двум дополнительным процедурам отверждения, таблица 3. Третья процедура включала герметизацию только в течение 2–3 дней после отверждения. После удаления пломбы образцы хранили при 20 ± 2 ° C и 40 ± 3% относительной влажности (L незапечатанный), Таблица 3. В 4-м варианте применялось тепловое отверждение запечатанных образцов при 65 ° C в течение 24 часов, после чего следовало удаление запечатывание и хранение образцов в лабораторных условиях при 20 ± 2 ° C и 40 ± 3% относительной влажности (H без запечатывания).

Таблица 3 . Обозначения деталей отверждения лабораторных и термоотверждаемых образцов измерения усадки.

«Микроструктура и микрохимия затвердевших образцов были изучены с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) модели JSM-IT100 в сочетании с системой анализа QUANTAX EDX (энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия) от BRUKER и программой ESPRIT 2. Бетонные образцы для анализа SEM были вырезаны из 28-дневных образцов. Влага удалялась из всех образцов с использованием метода обмена спирта, при котором образцы хранили в спирте в течение 48 часов.На следующем этапе образцы перемещали в камеру для пропитки с низким вакуумом и пропитывали смолой с низкой вязкостью. Тепловая сушка образцов не применялась, чтобы максимально ограничить образование микротрещин. После отверждения в течение 24 ч образцы, пропитанные смолой, шлифовали и полировали поэтапно с использованием полировального спрея, содержащего частицы синтетического алмаза 9, 3 и 1 мкм. Во время полировки к полировальной головке прилагалась нагрузка 35 Н. РЭМ работал при ускоряющем напряжении 15,0 кВ и токе зонда 61–72 мА.”

Результаты и обсуждение

Наименьшее время начального схватывания было измерено для смесей, активированных 10 мас.% SC и 10 мас.% SS (SC10, SS10, соответственно). Наибольшее время окончательного схватывания наблюдали для смесей, активированных 10 мас.% SC и комбинацией 5 мас.% SC + 5 мас.% SS (SC10, SC5 + SS5), Рисунок 2. Эти результаты можно объяснить следующим образом: высокая концентрация карбоната кальция и высокое содержание MgO, что привело к образованию гайлюссита, гидротальцита и кальцита (Humad et al., 2018). Более ранние исследования показали, что присутствие кальцита CaCO 3 имеет тенденцию быстро сокращать время начального схватывания и снижает вязкость свежей смеси. В то же время он продлил окончательную настройку из-за более медленных скоростей реакции и более длительного периода индукции. Значения pH в этих системах также были значительно ниже (Sariibrahimoglu et al., 2012; Provis and Van Deventer, 2014; Bernal, 2016).

Прочность на изгиб бетонных балок AAS достигала 4.5 и 6,0 МПа с несколько более низкими значениями для термоотверждаемых образцов, рис. 3. Наибольшая прочность на сжатие через 7 и 28 дней была измерена для термообработанных образцов, активированных 10 мас.% SS, а наименьшая — для термообработанных образцов. -отвержденный образец, активированный 10 мас.% SC (смесь SC10 H), Рисунок 4. Нет очевидной корреляции между прочностью на сжатие и изгиб среди испытанных образцов. Некоторые смеси имели относительно высокую прочность на сжатие, но показали более низкую прочность на изгиб, что могло быть связано с микротрещинами связующей матрицы.Аналогичные тенденции наблюдались и другими в системах на базе ПК (Wedatalla et al., 2019). Химический состав и гранулометрический состав сильно влияют на кинетику реакции и эволюцию твердых структурных фаз, образующихся в системе шлаков, активированных щелочами (AAS). При высоком содержании MgO (MgO> 5%) наблюдали образование фаз гидротальцита и гелей типа C– (N) –A – S – H (Bernal et al., 2014b). Пониженное поглощение Al C-S-H привело к увеличению прочности на сжатие через 28 дней.Повышение содержания MgO в шлаковых пастах, активированных SH и SS, показало более быстрое развитие прочности и более высокую прочность на сжатие в ранний и поздний периоды гидратации (Ben Haha et al., 2011). Наибольшее увеличение прочности на сжатие между 7 и 28 днями наблюдалось для образцов, не прошедших термообработку, активированных 10 мас.% SS (смесь SS10 L), а наименьшее — для термообработанных образцов, активированных 5 мас.% SC. и 5 мас.% SS (смесь SC5 + SS5 H). Недостаток влаги, необходимой для продолжения реакции GBFS, может быть указан как одна из возможных причин (Collins and Sanjayan, 2001).Более высокая начальная скорость гидратации / реакции, наблюдаемая в термоотверждаемых смесях с последующим ее значительным замедлением, также может быть связана с образованием плотной непроницаемой связующей матрицы, окружающей непрореагировавшие частицы. Эффективный объем доступной GBFS будет ограничен. Образованная связующая матрица также будет менее однородной с большим количеством пор (Helmuth and Verbeck, 1968; Shi et al., 2006).

Рисунок 3 . Результаты испытаний бетонных балок на изгиб после 28 дней отверждения.

Рисунок 4 . Результаты испытаний бетонных кубиков на сжатие после 7 и 28 дней герметичного отверждения.

Используемая процедура отверждения предназначена для моделирования реальных условий жизни, в которых достаточный контроль возможен только в течение ограниченного периода времени. Основное различие между запечатанными и незапечатанными образцами заключалось в максимальном вкладе автогенной усадки и усадки при высыхании. Герметичное отверждение препятствовало развитию усадки при высыхании и давало прочную и плотную связующую матрицу, способную противостоять объемным изменениям без обширных микротрещин.Напротив, использованное отверждение без герметика позволило развить оба типа усадки. Измеренные значения усадки показаны на рисунках 5–7. В целом, бетоны, активированные карбонатом натрия, имели значительно меньшую усадку по сравнению со смесями, активированными силикатом натрия. Самая низкая усадка 1,1 мм / м была измерена на SC-активированном шлакобетоне (смесь SC10 H, запаянная), подвергнутом термообработке, за которой следовало отверждение в течение одного месяца в герметичных условиях, Рис. 5. Смеси, активированные 10 мас.% SS и 5 мас.% SC + 5 мас.% SS, подвергнутых той же самой процедуре отверждения, давали усадку 2,4 и 1,5 мм / м соответственно. Эти более высокие значения могут быть связаны с более интенсивными химическими реакциями, запускаемыми высокими значениями pH. Сформированная микроструктура была более мелкой, что, по-видимому, также приводило к интенсивному самовысыханию, как наблюдали другие (Zhang et al., 2013; Mosale Vijayakumar, 2014). Количество пустых пор, скорее всего, увеличилось из-за более интенсивных реакций, которые в конечном итоге привели к более высокой усадке (Нето и др., 2008).

Рисунок 5 . Усадка лабораторных и термоотверждаемых образцов бетона ААС, активированных 10% карбонатом натрия СК.

Рисунок 6 . Усадка лабораторных и термоотверждаемых образцов бетона ААС, активированных 10% -ным силикатом натрия SS.

Рисунок 7 . Усадка лабораторных и термоотверждаемых образцов бетона ААС, активированных 5% СК + 5% СС.

Примененная термообработка уменьшила измеренную усадку.В случае смесей, активированных комбинацией 5 мас.% SC + 5 мас.% SS, максимальное восстановление достигало 41%. Термическая обработка предположительно привела к более грубой микроструктуре связующей матрицы, что привело к более низким деформациям при растяжении, вызванным испарением поровой воды, и более низким значениям усадки (Бахарев и др., 2000; Коллинз и Санджаян, 2000; Исмаил и др., 2013). . Как описано ранее, более высокая температура отверждения, скорее всего, приведет к более интенсивному образованию продуктов реакции вокруг частиц шлака, таким образом ограничивая или полностью подавляя его дальнейшее растворение, которое обеспечивает все необходимое для частиц реакции затвердевания (Бахарев и др., 1999). Образцы, подвергшиеся термоотверждению, показали лишь умеренное повышение предела прочности на сжатие, что дополнительно подтверждает этот механизм. Подобный эффект высокой температуры отверждения наблюдался в бетонах на основе портландцемента (Helmuth and Verbeck, 1968). Значительная и, к сожалению, неизмеримая часть усадки возникла уже во время термообработки. Применение герметичного отверждения в течение 1 месяца снизило измеренную усадку до 61% в случае бетонов, активированных 10-мас.% SC, Рис. 5. Комбинация термообработки и отверждения в герметичном корпусе в течение 1 месяца снизила измеренную усадку до 50% для смеси SC5 + SS5, Рисунок 7. Отверждение в герметичном корпусе предположительно дополнительно увеличило прочность на разрыв связующей матрицы. и уменьшила его карбонизацию (Ma, Dehn, 2017).

Анализ SEM-BSE показал интенсивное микротрещина в матрице связующего. При анализе полученных изображений учитывались только трещины, заполненные смолой, что исключало трещину, которая могла образоваться из-за условий вакуума в камере для образцов SEM.В целом микротрещины были более обширными в образцах без термической обработки, что может быть связано с высокой усадкой в ​​раннем возрасте, рис. 8. И наоборот, термически отвержденные образцы показали меньше микротрещин, особенно смеси SS10 H и SC5 + SS5. H из-за более прочной матрицы и более крупной микроструктуры.

Рисунок 8 . SEM-BSE-изображения фрагментов 28-дневных (запечатанных) образцов бетона AAS показывают микротрещины, заполненные смолой. Справа показаны образцы, отвержденные в лаборатории (обозначены L), а слева показаны образцы, отвержденные при нагревании (обозначены H ).Агг., Агрегатная частица; BFS, непрореагировавшая или частично прореагировавшая частица доменного шлака. Масштабная линейка на каждом изображении представляет 50 мкм.

Выцветание наблюдали в образцах без термической обработки во время извлечения из формы, рис. 9. Это явление было вызвано миграцией гидроксида натрия из порового раствора на поверхность образцов во время сушки и его последующей реакцией с атмосферным углекислым газом. В результате образовался карбонат натрия (Хиггинс, 1982). Гидроксид остается водорастворимым только в течение короткого периода времени после воздействия атмосферы, поскольку он реагирует с CO 2 с образованием карбонатных солей (Higgins, 1982).Наблюдаемая сильная тенденция связующих ААС к выцветанию может быть связана с высокой концентрацией щелочи в поровом растворе. В некоторых активированных щелочами бетонах это может быть преувеличено из-за открытой микроструктуры, вызванной, например, более низкой степенью реакции и слабым обменным связыванием Na (Wang et al., 1995; Lloyd et al., 2010; Allahverdi et al., 2017; Longhi et al., 2019). Более ранние исследования показали, что в SC-активированных связующих веществах кальций и карбонаты натрия-кальция имеют тенденцию образовываться на ранних стадиях, а не в определяющих прочность фазах C-A-S-H (Fernández-Jiménez et al., 2003). Сообщалось, что через 28 дней образовался сильно сшитый C-A-S-H, обеспечивающий более прочную фазу (Fernández-Jiménez et al., 2003; Xu et al., 2008).

Рисунок 9 . Выцветание отвержденных в лаборатории образцов при извлечении из формы в раннем возрасте и оставлении открытых в лабораторных условиях на 2–3 часа.

Высокое содержание MgO в шлаке имеет тенденцию влиять на ранние свойства связующей матрицы. Более ранние исследования, также проведенные авторами, показали образование гидроталькитоподобных слоистых двойных гидроксидов Mg-Al (Bernal et al., 2016; Humad et al., 2018; Abdollahnejad et al., 2019). Потребление Al также может способствовать увеличению прочности. Фазовый состав в каждом возрасте можно контролировать за счет потребления CO 3 2- разновидностей из активатора. Например, карбонаты кальция образуются с использованием Ca 2+ , высвобождаемого из GBFS. Карбонаты могут захватываться слоистыми двойными гидроксидными фазами Mg – Al. Когда CO 3 2- израсходованы, pH будет увеличиваться, и предполагается, что реакция будет продолжаться так же, как и в случае связующих веществ, активированных гидроксидом натрия (Xu et al., 2008; Бернал и др., 2015). В настоящем исследовании примененное тепловое отверждение (при 65 ° C) повлияло на процесс растворения GBFS и, таким образом, также на доступность Ca 2+ и CO 3 2- в раннем возрасте. Хотя это не подтверждено экспериментально, весьма вероятно, что скорость растворения GBFS была выше в отвержденных при нагревании образцах, что привело к более интенсивному образованию кальцита и гайлюссита. Ранее было показано, что образование гайлуссита преобладает в раннем возрасте в связующих ААС с высоким содержанием MgO (Humad et al., 2018). Высокое содержание карбоната натрия в смеси SC10 обеспечивало избыток ионов Na, что способствовало образованию гайлюссита Na 2 Ca (CO 3 ) 2 · 5H 2 O (Allahverdi et al., 2017) . На следующем этапе гайлуссит начал растворяться и переходил в более стабильные фазы, кроме того, началось образование C-A-S-H (Allahverdi et al., 2017; Humad et al., 2018).

Результаты анализа SEM-EDX показаны в виде тройных диаграмм; CaO, Al 2 O 3 и SiO 2 , рисунок 10.На основании более ранних исследований отмечены типичные области для CSH, N (A) -S-H и C (A) -S-H (Garcia-Lodeiro et al., 2011; Van Deventer et al., 2014). Значения, полученные в результате анализа пятен связующей матрицы, оказались расположенными в области, преимущественно относящейся к фазе C (A) -S-H, что дополнительно подтверждает ранее сформулированный вывод. Кроме того, в отвержденных в лаборатории образцах были обнаружены более высокие количества SiO 2 и меньшие количества кальция, рис. 10А. Это может быть связано с более низкой степенью реакции / гидратации, как и в случае систем на основе портландцемента (Helmuth and Verbeck, 1968).

Рисунок 10 . Тройные диаграммы, показывающие области оксидного состава герметизированных бетонов AAS (возраст 28 дней), измеренные с помощью SEM / EDX и сравненные с результатами (Garcia-Lodeiro et al., 2011; Van Deventer et al., 2014); (A) для образцов, отвержденных при нагревании, (B) для образцов, отвержденных в лаборатории.

Количество поглощенного алюминия в C-S-H можно предсказать из рисунка 11, где все смеси отображались перекрывающимися в одной и той же области. Наличие положительного значения по оси x в диаграммах Al / Si vs.Отношение Mg / Si указывает на образование гидротальцитоподобной фазы и присутствие Al в CSH (Ben Haha et al., 2011), с соотношением Mg / Al 1,1, 0,91 и 0,94 для смесей SC10 H, SS10 H. и SC5 + SS5 H соответственно. В то время как для лабораторно отвержденных образцов отношения Mg / Al составляли 0,88, 0,89 и 1,06 для смесей SC10 L, SS10 L и SC5 + SS5 L соответственно. Однако включение Al в C-S-H снижалось с увеличением содержания MgO. Бен Хаха и др. (2012) заявили, что гидроталькитоподобные фазы, образовавшиеся в течение первых дней с соотношением Mg / Al ~ 2, затем со временем уменьшаются до 1.3 или даже 0,5, что означает, что гидроталькит плохого качества присутствует во всех смесях данного исследования, рис. 11.

Рисунок 11 . Результаты анализа EDX через 28 дней показывают атомное соотношение Al / Si по сравнению с Mg / Si для бетона AAS, подвергнутого нагреванию и отвержденного в лаборатории.

Выводы

Шведский GGBFS с высоким содержанием MgO был изучен для определения влияния условий отверждения на развитие усадки бетонов, активированных щелочами. Кроме того, были определены время схватывания, микроструктура, химический состав и прочность на сжатие.Были оценены четыре различные процедуры отверждения, включая термическую обработку и без термической обработки в сочетании с герметичными и открытыми условиями. Полученные результаты подтвердили, что на все измеренные параметры повлияла примененная процедура отверждения. Запечатанные отвержденные образцы без термической обработки показали более высокую прочность на сжатие в течение 28 дней при активации карбонатом натрия. Применение термообработки в сочетании с отверждением этих бетонов привело к снижению прочности. Все образцы без термообработки и без запаивания показали более высокую усадку, тогда как применение комбинированной термообработки и отверждения с запайкой снизило эти значения на 30–50%.Уменьшение было связано с развитием более интенсивной реакции гидратации / геополимеризации, приводящей к более плотной матрице связующего, имеющей более высокую прочность на растяжение. Следовательно, усадка при сушке и карбонизации была уменьшена за счет герметизации. Термообработанные образцы показали меньшее количество микротрещин и более грубую микроструктуру, что дополнительно указывает на более высокую прочность на растяжение связующей матрицы.

Все представленные результаты основаны только на одном BFS с высоким содержанием MgO, который ограничивает формулировку генерализованных сотрясений мозга.Таким образом, дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на испытании шлаков с переменным содержанием MgO.

Заявление о доступности данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью / дополнительный материал.

Авторские взносы

AH: выполнил все тесты, организовал базу данных, выполнил статистический анализ и написал первый черновик рукописи. JP и AC: редакция прочитала и одобрила представленную версию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Министерство высшего образования и научных исследований Ирака, Ирак, и Технологический университет Лулео, Швеция, финансировали это исследование. Авторы хотели бы поблагодарить технический персонал лаборатории MCE в LTU, Швеция.

Список литературы

Абдоллахнеджад, З., Луукконен, Т., Мастали, М., Юлиниеми, Дж., Киннунен, П., Илликайнен, М. (2019). «Разработка щелочно-активированных магниевых алюмосиликатных связующих из мыльного камня», в материалах Международной конференции по устойчивым материалам, системам и конструкциям, новому поколению строительных материалов, RILEM Proceedings PRO 128 (Ровинь, Хорватия).337–344.

Аллахверди А., Кани Э. Н. и Шаверди Б. (2017). Карбонизация против высолов в доменном шлаке, активированном щелочью, в зависимости от химического состава активатора. Внутр. J. Civil Eng. 15, 565–573. DOI: 10.1007 / s40999-017-0225-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Атиш, К. Д., Билим, К., Челик, О., и Карахан, О. (2009). Влияние активатора на прочность и усадку при высыхании щелочно-активированного шлакового раствора. Constr.Строить. Mater . 23, 548–555. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2007.10.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Айдын, С., и Барадан, Б. (2012). Механические и микроструктурные свойства термоотверждаемых щелочно-активированных шлаков. Mater. Дизайн. 35, 374–383. DOI: 10.1016 / j.matdes.2011.10.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бахарев, Т., Санджаян, Дж., И Ченг, Ю. (1999). Влияние отверждения при повышенных температурах на свойства шлакобетона, активированного щелочами. Цемент Бетон Рез. 29, 1619–1625. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (99) 00143-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бахарев Т., Санджаян Дж. И Ченг Ю. (2000). Влияние добавок на свойства щелочно-шлакобетона. Цемент Бетон Рез. 30, 1367–1374. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00349-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бен Хаха, М., Лотенбах, Б., Ле Сау, Г., и Виннефельд, Ф. (2011). Влияние химического состава шлака на гидратацию доменного шлака, активированного щелочами. Часть I: влияние MgO. Цемент Бетон Рез. 41, 955–963. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2011.05.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бен Хаха, М., Лотенбах, Б., Ле Саут, Г., и Виннефельд, Ф. (2012) Влияние химического состава шлака на гидратацию активированного щелочью доменного шлака — Часть II: влияние Al 2 О 3 . Цемент Бетон Рез. 42, 74–83. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2011.08.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бернал, С.А. (2016). Успехи в активации доменных шлаков солями, близкими к нейтральным. RILEM Tech. Lett. 1, 39–44. DOI: 10.21809 / rilemtechlett.2016.8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Берналь, С. А., Провис, Дж. Л., Фернандес-Хименес, А., Кривенко, П. В., Кавалерова, Э., Паласиос, М. и др. (2014a). «Химия связующего — щелочно-активированные материалы с высоким содержанием кальция», в Alkali Activated Materials , ed J. Provis (Sheffield: Springer), 59–91.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Бернал, С.А., Провис, Дж. Л., Майерс, Р. Дж., Сан Николас, Р., и ван Девентер, Дж. С. (2015). Роль карбонатов в химическом образовании шлаковых связующих, активированных карбонатом натрия. Mater. Struct. 48, 517–529. DOI: 10.1617 / s11527-014-0412-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бернал, С. А., Сан Николас, Р., Майерс, Р. Дж., Де Гутьеррес, Р. М., Пуэртас, Ф., Ван Девентер, Дж. С. и др. (2014b). Содержание MgO в шлаке контролирует фазовое развитие и структурные изменения, вызванные ускоренной карбонизацией в связующих, активируемых щелочами. Цемент Бетон Рез. 57, 33–43. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2013.12.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бернал, С. А., Сан Николас, Р., Ван Девентер, Дж. С., и Провис, Дж. Л. (2016). Щелочно-активированные шлаковые цементы, произведенные со смесью активатора карбонат натрия / силикат натрия. Adv. Джем. Res . 28, 262–273. DOI: 10.1680 / jadcr.15.00013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чидиак С. и Пансар Д. (2008).Изменение механических свойств бетона, содержащего измельченный гранулированный доменный шлак, и влияние на испытание на стойкость к образованию накипи через 28 дней. Цементно-бетонные композиты 30, 63–71. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2007.09.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коллинз Ф. и Санджаян Дж. (2000). Влияние распределения пор по размерам на усадку при высыхании шлакобетона, активированного щелочами. Цемент Бетон Рез. 30, 1401–1406. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00327-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коллинз, Ф.и Санджаян Дж. Г. (2001). Микротрещины и повышение прочности шлакобетона, активированного щелочами. Цементно-бетонный композит. 23, 345–352. DOI: 10.1016 / S0958-9465 (01) 00003-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Криадо, М., Уолкли, Б., Ке, X., Провис, Дж., И Бернал, С. (2018). Химический состав шлака и активатора контролирует кинетику реакции шлаковых цементов, активированных метасиликатом натрия. Устойчивое развитие 10: 4709. DOI: 10.3390 / su10124709

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дуглас, Э., Билодо, А., и Малхотра, В. (1992). Свойства и долговечность шлакобетона, активированного щелочами. ACI Mater. J. 89, 509–516. DOI: 10.14359 / 1832

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фернандес-Хименес, А., Пуэртас, Ф., Собрадос, И., и Санс, Дж. (2003). Структура гидратов силиката кальция, образующихся в щелочно-активированном шлаке: Влияние типа щелочного активатора. J. Am. Керамический Soc. 86, 1389–1394. DOI: 10.1111 / j.1151-2916.2003.tb03481.х

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гарсиа-Лодейро, И., Паломо, А., Фернандес-Хименес, А., и Макфи, Д. (2011). Исследования совместимости гелей NASH и CASH. Исследование на тройной диаграмме Na2O – CaO – Al2O3 – SiO2 – h3O. Цемент Бетон Рез. 41, 923–931. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2011.05.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаккинен, Т. (1993). Влияние содержания шлака на микроструктуру, проницаемость и механические свойства бетона. Часть 1, микроструктурные исследования и основные механические свойства. Цемент Бетон Рез. 23, 407–421. DOI: 10.1016 / 0008-8846 (93)

-J

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хельмут, Г. Дж., И Вербек, Р. А. (1968). «Структура и физические свойства цементного теста», в Труды 5-го Международного симпозиума по химии цемента (Токио).

Хиггинс Д. (1982). Выцветание на бетоне. Slough: Цементно-бетонное объединение.

Google Scholar

Хумад, А.М., Котари А., Провис Дж. Л. и Цвирзен А. (2019). Влияние соотношения доменного шлака и летучей золы на схватывание, прочность и усадку щелочно-активированных паст и бетонов. Фронт. Матер. 6: 9. DOI: 10.3389 / fmats.2019.00009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хумад А. М., Провис Дж. Л. и Цвирзен А. (2018). Щелочная активация GGBS с высоким содержанием MgO — свежие и затвердевшие свойства. Mag. Concrete Res. 70, 1256–1264. DOI: 10.1680 / jmacr.17.00436

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Исмаил И., Бернал С. А., Провис Дж., Хамдан С. и Ван Девентер Дж. С. Дж. (2013). Изменения структуры паст, активированных щелочами, в результате высыхания. J. Mater. Sci . 48, 3566–3577. DOI: 10.1007 / s10853-013-7152-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзян В., Силсби М., Бревал Э. и Рой Д. (1997). «Вяжущие материалы, активируемые щелочью в химически агрессивных средах», в Механизмы химического разложения систем на основе цемента.E&FN SPON (Гётеборг, Швеция), 289–296.

Google Scholar

Карахан О., Якупоглу А. (2011). Устойчивость шлакового раствора, активированного щелочами, к истиранию и огню. Adv. Cement Res. 23, 289–297. DOI: 10.1680 / adcr.2011.23.6.289

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крижан, Д., и Живанович, Б. (2002). Влияние дозировки и модуля жидкого стекла на раннюю гидратацию щелочно-шлаковых цементов. Цемент Бетон Рез. 32, 1181–1188.DOI: 10.1016 / S0008-8846 (01) 00717-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ллойд Р. Р., Провис Дж. Л. и Ван Девентер Дж. С. (2010). Состав порового раствора и диффузия щелочи в неорганическом полимерном цементе. Цемент Бетон Рез. 40, 1386–1392. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2010.04.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лонги, М. А., Чжан, З., Родригес, Э. Д., Кирххейм, А. П., и Ван, Х. (2019). Выцветание щелочно-активированных цементов (геополимеров) и влияние на структуру материалов: критический анализ. Фронт. Матер. 6:89. DOI: 10.3389 / fmats.2019.00089

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, Дж., И Ден, Ф. (2017). Усадка и ползучесть шлакобетона, активированного щелочами. Struct. Бетон 18, 801–810. DOI: 10.1002 / suco.201600147

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мундра С., Бернал Лопес С., Криадо М., Хлавачек П., Эбелл Г., Райнеманн С. и др. (2017). Коррозия стали в армированных щелочно-активированных материалах. RILEM Tech. Lett. 2, 33–39. DOI: 10.21809 / rilemtechlett.2017.39

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Майерс Р. Дж., Бернал С. А. и Провис Дж. Л. (2017). Фазовые диаграммы для шлаковых вяжущих, активируемых щелочами. Цемент Бетон Рез. 95, 30–38. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2017.02.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нето, А.А.М., Чинкотто, М.А., и Репетт, В. (2008). Высыхание и автогенная усадка паст и растворов с активированным шлаковым цементом. Цемент Бетон Рез. 38, 565–574. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2007.11.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Орос, К., Хумад, А., Хедлунд, Х., Цвирцен, А. (2019). Автогенная деформация доменного шлакового бетона, активированного щелочами, при различных температурах отверждения. Adv. Гражданский Eng . 2019: 8. DOI: 10.1155 / 2019/6

5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паласиос М. и Пуэртас Ф. (2007). Влияние уменьшающих усадку добавок на свойства щелочно-активированных шлаковых растворов и паст. Цемент Бетон Рез. 37, 691–702. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2006.11.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк, С. М., Джанг, Дж. Г., и Ли, Х. К. (2018). Раскрытие роли MgO в карбонизации активированного щелочами шлакового цемента. Неорг. Chem. Фронт. 5, 1661–1670. DOI: 10.1039 / c7qi00754j

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Провис, Дж. Л., Паломо, А., и Ши, К. (2015) Достижения в понимании активированных щелочами материалов. Цемент Бетон Рез. 78, 110–125. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2015.04.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Провис, Дж. Л., и Ван Девентер, Дж. С. (2014). Материалы, активированные щелочью. Лондон: Спрингер.

Google Scholar

Сариибрахимоглу, К., Левенбург, С. К., Вольке, Дж. Г., Юбао, Л., и Янсен, Дж. А. (2012). Влияние карбоната кальция на отверждение, физико-химические свойства и разложение in vitro инъекционных кальций-фосфатных цементов. J. Biomed. Матер. Res. Часть A 100, 712–719. DOI: 10.1002 / jbm.a.34009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши, К. (1996). Прочность, пористая структура и проницаемость шлаков, активированных щелочами. Цемент Бетон Рез. 26, 1789–1799. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (96) 00174-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши К. и Дэй Р. Л. (1996). Некоторые факторы, влияющие на раннюю гидратацию щелочно-шлаковых цементов. Цементно-бетонное покрытие . 26, 439–447. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (96) 85031-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши К., Кривенко П. В. и Рой Д. (2006) Щелочно-активированные цементы и бетоны . Лондон: CRC Press. DOI: 10.4324 / 97802033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сингх Б., Рахман М., Пасван Р. и Бхаттачарья С. (2016). Влияние концентрации активатора на прочность, ITZ и усадку при высыхании золошлакового геополимерного бетона. Constr. Строить. Матер. 118, 171–179. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.05.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Девентер, Дж., Николас, Р. С., Исмаил, И., Бернал, С., Брайс, Д., и Провис, Дж. (2014). Микроструктура и долговечность активированных щелочами материалов как ключевые параметры для стандартизации. J. Sustain. Материал на цементной основе . 4, 116–128. DOI: 10.1080 / 21650373.2014.979265

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Валлах, С.и Ранган Б.В. (2006). Геополимерный бетон на основе низкокальциевой летучей золы: долговременные свойства. Технологический университет Кертина.

Google Scholar

Ван С., Пу X., Скривенер К. и Пратт П. (1995). Щелочно-активированный шлаковый цемент и бетон: обзор свойств и проблем. Adv. Cement Res. 7, 93–102. DOI: 10.1680 / adcr.1995.7.27.93

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ведаталла, А. М. О., Джиа, Ю., и Ахмед, А.А. М. (2019). Эффект отверждения на свойства высокопрочного бетона. Adv. Civil Eng. 2019: 1683292. DOI: 10.1155 / 2019/1683292

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, Х., Провис, Дж. Л., ван Девентер, Дж. С. и Кривенко, П. В. (2008). Характеристика выдержанных шлакобетонов. ACI Mater. J. 105, 131. DOI: 10.14359 / 19753

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян К., Сонг Дж. И Сонг К. (2013). Оценка снижения выбросов CO2 в бетоне, активированном щелочами. J. Clean. Prod. 39, 265–272. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2012.08.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йе, Х., Картрайт, К., Раджабипур, Ф., и Радлинска, А. (2017). Понимание усадки при высыхании шлаков, активированных щелочами. Цементно-бетонные композиты 76, 13–24. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2016.11.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Е. Х., Радлинска А. (2016). Количественный анализ фазовой сборки и химической усадки щелочно-активированного шлака. J. Adv. Concrete Technol. 14, 245–260. DOI: 10.3151 / jact.14.245

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан В., Закария М. и Хама Ю. (2013). Влияние характеристик заполнителя на усадочные свойства раствора и бетона при высыхании. Constr. Строить. Матер. 49, 500–510. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2013.08.069

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Более пристальный взгляд на экологичную альтернативу портландцементу

www.Concreteinternational.com | Ci | ЯНВАРЬ 2016 37

в основном из-за усиления связи C-A-S-H и

укрупнения пористой структуры, но значительная автогенная усадка

все еще имеет место. Механизмы усадки и

эффективных стратегий смягчения в AASCC по-прежнему нуждаются в постоянном исследовании

, так как сильная усадка сильно ограничивает практическое применение поля.

Потенциал для практического применения в строительстве

Существенное понимание химии, образования продукта

, механики и долговечности AASCC

было получено за последние десятилетия, однако масштабного внедрения

еще предстоит .Несмотря на это, существует несколько приложений для

, для которых AASCC особенно хорошо подходит. Термически отверждаемый

AASCC, используемый в производстве сборных железобетонных изделий, позволит ранее

снимать формы и повысить производительность. В качестве ремонтного материала или материала для установки затвора

быстросхватывающийся AASCC

позволит сократить время простоя и обеспечить отличную долговечность.

Превосходная стойкость к проникновению хлоридов и устойчивость к замерзанию и оттаиванию

также делают AASCC особенно подходящим для использования

в холодном климате с высоким содержанием солей для борьбы с обледенением.

Более того, эти преимущества заключаются в снижении воздействия на окружающую среду

и при тех же затратах, что и традиционные PCC. В

были некоторые упоминания о проблемах безопасности и гигиены труда

, касающихся безопасного обращения со щелочными активаторами; Однако недавнее исследование

показало, что активаторы силиката натрия,

, некоторые из наиболее часто используемых для AASCC, очень безопасны для обращения с

, когда соотношение кремнезема и оксида натрия выше 1.5.32

Резюме

Растущее беспокойство по поводу выбросов и использования энергии в бетонной промышленности

привело к повышению интереса к щелочно-активированному шлаковому цементу

как альтернативе портландцементу

. В то время как некоторые оставшиеся ограничения AASCC, связанные с

на удобоукладываемость, время схватывания и чрезмерную усадку, существуют,

некоторые смеси AASCC демонстрируют многообещающую долговечность и механические свойства

. Они также демонстрируют значительную универсальность

; различные условия отверждения и активаторы могут привести к

быстротвердеющим смесям, которые подходят для ремонта или сборного железобетона

, или к очень медленно застывающим смесям, которые на

больше подходят для массовых бетонных работ.Эти особенности,

в сочетании с хорошо зарекомендовавшими себя экологическими преимуществами,

делают шлакобетон на основе щелочно-активированного шлака жизнеспособной альтернативой

портландцементному бетону, достойной дальнейшего исследования.

Ссылки

1. Кюль, Х., Патент США № 900,939, Патент и товарный знак США

Офис, Вашингтон, округ Колумбия, 1908.

2. Пэрдон, АО, «Действие щелочей при взрыве». Печной шлак », журнал

Общества химической промышленности, В.59, No. 9, 1940, pp. 191-202.

3. Глуховский В.Д. Силикаты почв. Их свойства, технология

, производство и области применения », Док. Tech. Sc. Степень

, диссертация

, Киевский инженерно-строительный институт, Киев, Украина, 1965.

4. Давидовиц, Дж., И Сойер, Дж. Л., Патент США № 4 509 985, Офис патентов и товарных знаков США

, Вашингтон, округ Колумбия , 1985.

5. McLellan, BC; Williams, R.P .; Lay, J .; Van Riessen, A .; и

Corder, G.Д., «Стоимость и выбросы углерода для геополимерных паст в сравнении с обычным портландцементом

», Журнал чистого производства,

V. 19, № 9-10, июнь-июль 2011 г., стр. 1080-1090.

6. Duxson, P .; Provis, J.L .; Lukey, G.C .; и ван Девентер, JSJ,

«Роль неорганических полимерных технологий в разработке

« зеленого бетона »», Cement and Concrete Research, V. 37, No. 12,

Dec. 2007, pp. 1590- 1597.

7. Цзян М.; Чен, X .; Rajabipour, F .; и Хендриксон, Коннектикут,

«Сравнительная оценка жизненного цикла обычного стеклянного порошка,

и щелочноактивированного шлакового бетона и строительного раствора», Журнал инфраструктуры

Systems, т. 20, № 4, декабрь 2014 г.

8. Броу, А.Р., и Аткинсон, А., «Растворы на основе силиката натрия, щелочи —

Активированные шлаки: Часть I. Прочность, гидратация и микроструктура»,

Исследования цемента и бетона, т. 32, № 6, июнь 2002 г., стр.865-879.

9. Deir, E .; Gebregziabiher, B.S .; и Peethamparan, S., «Влияние

исходного материала на кинетику гидратации в раннем возрасте, микроструктуру

и состав связующего геля в щелочно-активированных связующих системах»,

Цемент и бетонные композиты, т. 48, апр. 2014. С. 108-117.

10. Gebregziabiher, B.S .; Thomas, R.J .; и Peethamparan, S., «Very

Кинетика реакций в раннем возрасте и развитие микроструктуры в активированном шлаке щелочей-

», Цемент и бетонные композиты, V.55, январь 2015 г.,

с. 91-102.

11. Thomas, R.J .; Howe, A .; and Peethamparan, S., «Щелочно-активированный бетон

без цемента: разработка практических смесей для строительства»,

Труды 93-го ежегодного собрания Транспортных исследований

Board, Paper No. 14-4674, Transportation Research Board, 2014.

12. Томас, Р.Дж., Питампаран, С., «Щелочно-активированный бетон:

Инженерные свойства и поведение при напряжении и деформации», Строительство и

Строительные материалы, В.93, сентябрь 2015 г., стр. 49–56.

13. Wang, S.D .; Pu, X.C .; Scrivener, K.L .; и Пратт, П.Л., «Щелочь —

Активированный шлаковый цемент и бетон: обзор свойств и проблемы

», Успехи в исследованиях цемента, т. 7, № 27, июль 1995 г.,

стр. 93-102.

14. Atiş, C.D .; Билим, Ц .; Elik, Ö .; и Карахан, О., «Влияние активатора

на прочность и усадку при высыхании щелочноактивированного шлака

Раствор», Строительные и строительные материалы, V.23, No. 1, Jan. 2009,

pp. 548-555.

15. Равикумар Д. и Нейтхалат Н., «Кинетика реакции в силикатном порошке

натрия и жидких активированных шлаковых связующих, оцененных с помощью изотермической калориметрии

», Thermochimica Acta, т. 546, октябрь 2012 г.,

С. 32-43.

16. Gao, X .; Yu, Q.L .; и Брауэрс, Х.Дж.Х., «Кинетика реакции, характер геля

и прочность отвержденных при комнатной температуре щелочно-активированных смесей

шлак-летучая зола», Строительные материалы, V.80,

Апрель 2015 г., стр. 105-115.

17. Ха-ха, M.B .; Le Saot, G .; Winnefeld, F .; and Lothenbach, B.,

«Влияние типа активатора на кинетику гидратации, гидратационную сборку,

и развитие микроструктуры доменной печи, активируемой щелочью

», Исследование цемента и бетона, т. 41, № 3 , Март 2011 г.,

, с. 301–310.

18. Escalante-Garcia, J.I .; Mendoza, G .; и Шарп, Дж. Х., «Косвенное

Определение отношения Ca / Si в геле C-S-H в портландцементах»,

Cement and Concrete Research, V.29, No. 12, декабрь 1999 г., стр. 1999–2003.

19. Bernal, S.A .; de Gutiérrez, R.M .; и Provis, J.L., «Проектирование

и долговечность бетонов на основе щелочно-активированных

Влияние шлака на расширение из-за реакции щелочных агрегатов в бетоне

Название: Влияние шлака на расширение из-за реакции щелочного агрегата в бетоне

Автор (ы): М. Д. А. Томас, Ф. А. Иннис

Публикация: Журнал материалов

Объем: 95

Выпуск: 6

Появляется на страницах: 716-724

Ключевые слова: агрегаты; щелочно-карбонатная реакция; щелочно-кремнеземная реакция; конкретный; шлаки; технические характеристики

Дата: 01.11.1998

Abstract:
Эффективность измельченного гранулированного доменного шлака в контроле расширения за счет реакции щелочного заполнителя (AAR) была оценена с использованием как бетонных призм, так и ускоренных испытаний строительного раствора.В программу было включено шесть агрегатов; четыре из них были классифицированы как реактивные щелочно-кремнеземные (кремнистый известняк, песчаник, грейвак и гранит), один как реактивный щелочно-карбонатный (доломитовый известняк) и один как инертный (доломит). Частичная замена портландцемента шлаком в диапазоне от 25 до 65 процентов была эффективна в замедлении скорости расширения и ограничении окончательного расширения в течение 2 лет в бетонных призмах, отлитых со всеми четырьмя заполнителями, реагирующими с щелочью и кремнеземом (ASR).Однако было обнаружено, что минимальный уровень шлака, необходимый для контроля расширения до приемлемого уровня (например, 0,04 процента через 2 года), зависит от природы заполнителя и количества щелочи, присутствующей в бетоне. По-видимому, существует надежная корреляция между расширением брусков раствора после 14 дней хранения в 1M NaOH при 80 ° C и расширением бетонных призм после 2 лет хранения в воде при 38 ° C. Ускоренное испытание брусками раствора представляется подходящим инструментом. для определения минимального «безопасного» уровня шлака, необходимого для конкретного источника реактивного заполнителя.Использование шлака также снизило начальную скорость расширения бетонных призм, содержащих щелочно-карбонатный реактивный (ACR) заполнитель. Однако расширение за 2 года превысило 0,20 процента для всех испытанных уровней шлака (от 25 до 65 процентов), и это окончательное расширение было фактически больше для бетонов с содержанием шлака от 25 до 50 процентов, чем для контрольного бетона. Расширение брусков раствора составило менее 0,10 процента за 14 дней для всех испытанных смесей, что подтверждает непригодность этого испытания для обнаружения агрегатов ACR.

Термические свойства щелочно-активированной шлаковой штукатурки для деревянных конструкций

Результаты прочности на сжатие и изгиб щелочно-активированной шлаковой вяжущей, песка и полипропиленового волокна показаны на рис. ) достиг максимальной прочности при сжатии через 28 дней (23,65 МПа). За счет уменьшения количества активированного щелочами шлака со связующим материалом PG (шлак + PG и песок и отношения 1,0 / 1,0 и 1,0 / 2,0) прочность на сжатие была ниже на 13% и 51%, соответственно, по сравнению с образцами были связующее и соотношение наполнителя было использовано 1.0 / 0,5. Как и ожидалось, уменьшение количества шлака с PG и увеличение количества песка постоянно снижало прочность образцов на сжатие.

Рис. 5

Прочность на сжатие и изгиб шлаковых штукатурок, активированных щелочами, через 28 дней.

Предел прочности на изгиб образцов смеси (1,0 / 1,0) достиг максимальной изгибающей нагрузки. С частями (1,0 / 0,5) и (1,0 / 2,0) активированного щелочами шлака со связующим материалом PG прочность на изгиб была на 38% и 37% ниже, соответственно, как (1.0 / 1.0). Согласно нашим предыдущим исследованиям 13 образцы показали более высокую остаточную прочность при повышенных температурах, и эти образцы имели более высокую прочность при температуре окружающей среды. Кроме того, смесь с (1.0 / 1.0) показала лучшие механические свойства на деревянной поверхности. Смесь была достаточно крепкой и прилипала к деревянной поверхности. По этой причине для изготовления штукатурки был выбран этот тип образцов с меньшим количеством песка (1,0 / 1,0), который наносился на деревянную поверхность для последующих измерений.

В следующей части работы было исследовано влияние повышенной температуры на щелочно-активированный шлак без полипропиленового волокна и с ним. Термическое поведение шлака, активированного щелочью, определяли дилатометрическим анализом до 1000 ° C (рис. 6). Он показал изменение размеров образцов при повышении температуры. Обе кривые имели схожий характер. Изменение усадки образцов шлакового гипса, активированного щелочью, было постоянным в течение всего периода нагрева. Вода постепенно отделяется от экземпляров, поэтому они сжимаются.В случае пожара штукатурка может разрушиться из-за давления воды, вызванного испарением воды при ее быстро повышающейся температуре. Однако в гипсе полипропиленовое волокно размягчается при температуре 160 ° C и плавится при температуре 590 ° C, создавая микроканалы в областях, подверженных нагреву 25 .

Рис. 6

Относительная линейная усадка шлаковых штукатурок, активированных щелочью, во время дилатометрических анализов.

Конечная усадка (при 1000 ° C) была ниже в образце с полипропиленовым волокном, поскольку волокно образовывало микроканалы для выхода водяного пара.В этом случае водяной пар может выделяться из материала с помощью этих микроканалов. В результате даже после испарения наибольшего количества водяного пара материал становится более стабильным и имеет меньшую усадку (-1,360%) по сравнению с образцом без усадки полипропиленовых волокон (-1,941%). Эта меньшая усадка может быть связана с более плотной структурой 26 .

Кривые коэффициента термической усадки штукатурок показаны на рис. 7. Первый пик коэффициента термической усадки при температуре 190 ° C может быть связан со свободной водой и потерями воды, связанными с гидратационными соединениями в геле типа CSH и алюмосиликатный гель 27 .Вторые пики, идентифицированные около 600-800 ° C, были связаны с разложением карбонатов: CaCO 3 и гидроталькита 28,29 . Следует отметить, что первый и второй пики гипса с полипропиленовым волокном смещаются к более низким температурам 140 ° C и 630 ° C, чем гипс без полипропиленового волокна. Это смещение первого и второго пиков может быть результатом изменения размеров испытуемого материала, когда в материале появляются микроканалы, образованные волокном, для выделения водяного пара, когда температура нагрева ниже 600 ° C.Это связано с тепловыми свойствами полипропиленового волокна. Эндотермические пики расположены при ~ 900 ° C, что может быть связано с кристаллизацией другой аморфной фазы 30 .

Рисунок 7

Коэффициент термоусадки щелочно-шлаковых штукатурок без полипропиленового волокна и с ним.

При испытании с односторонним нагревом использовались образцы двух типов. Первые образцы представляли собой незащищенные деревянные доски (№ 1) толщиной 25 мм.Другой тип образцов (№ 2, № 3 и № 4) был защищен слоем щелочно-активированной штукатурки. На доски нанесен щелочно-активированный штукатурный слой толщиной 5 мм. Во время первого вида образцы древесины подвергали воздействию повышенных температур в заданном режиме до тех пор, пока температура внешней термопары не поднялась до 141,65 ° С. В то время температура в камере печи составляла 795,6 ° C. Результаты нагрева показаны на (рис. 8). Во время испытания на образцах наблюдались трещины в древесине, и испытание было прекращено через 22 минуты.Деревянные доски, как и контрольные образцы, были покрыты щелочно-активированной штукатуркой толщиной 5 мм.

Рисунок 8

Наружная температура штукатурок, измеренная термопарой в регистрирующем устройстве. Примечания: №1 — незащищенный образец дерева; № 2, № 3 и № 4 защищены деревянными образцами из активированной щелочью штукатурки.

Деревянные доски, а также контрольные образцы были покрыты активированной щелочью штукатуркой толщиной 5 мм. Эти образцы были изготовлены с использованием деревянных досок того же размера, толщины и свойств, что и контрольный образец, и, кроме того, на одну сторону досок был нанесен слой активированной щелочью штукатурки толщиной 5 мм.Для установления подобия вариации результатов нагрева были испытаны три образца. Эти образцы были изготовлены в абсолютно таком же состоянии. Образец был аккуратно прикреплен к односторонней нагревательной печи, которая была запрограммирована на контроль температуры нагрева во время нагрева в соответствии с условиями испытаний. Каждый образец подвергался воздействию повышенных температур до тех пор, пока образец не перестал выдерживать нагрев, и на ненагретой стороне образца возникли дефекты или обугленные трещины. Результаты нагрева показаны на (рис.8). Температура неотапливаемой стороны незащищенного деревянного образца начинала повышаться через 1–2 минуты. Между тем, в то время температура печи достигала 300 ° C. При этой температуре вода в древесине полностью испаряется, и на деревянной поверхности начинается процесс пиролиза. Температурная кривая поднимается с постоянной скоростью до тех пор, пока не станут видны трещины на краях образца древесины, а наружная температура не достигнет 141,65 ° C. Во время испытания незащищенного деревянного образца на образцах наблюдались трещины, и испытание было прекращено через 22 минуты.

При нагревании образцов с защитным слоем процедура испытаний использовалась так же, как и для контрольного образца. Во всех трех тестах повышение наружной температуры происходило с задержкой и ниже. Из температурной кривой видно, что внешняя температура образцов начинает повышаться через 10 минут после начала испытания. В начале нагрева из гипса нужно было удалить свободную воду, и полипропиленовая фибра начала плавиться. Температура плавления полипропиленового волокна составляет 160 ° C, а температура горения — 590 ° C.Через 8–10 минут внутри духовки температура достигла 600 ° C. При этой температуре полипропиленовое волокно должно было полностью расплавиться и начать гореть. В соответствии с температурой горения полипропиленового волокна и внешней температурой образца, определенной во время испытания, можно предположить, что процесс обугливания поверхностного слоя древесины t ch начинается через 10 минут после начала нагрева.

Средняя температура внешней термопары трех испытуемых образцов поднялась до 74.3 ° С. Затем измеренная средняя температура в камере нагревательной печи составила 856,0 ° C. Результаты нагрева показаны на рис. 9. Во время испытания наблюдались трещины в древесине через защитный материал образца и деревянный слой, после чего испытание было прекращено. Среднее время после появления трещин и ожогов на ненагретой стороне образцов составило 33 мин.

Рис. 9

Деревянный образец после теплового эксперимента. Примечания: ( a ) — деревянный образец со слоем штукатурки, ( b ) — эксперимент по нагреву проводился для образца без активированного щелочами шлакового гипса, и ( c ) — эксперимент по нагреву проводился с образцом. со щелочно-активированной шлаковой штукатуркой.

При извлечении образца из печи штукатурный слой раскалился, а деревянный слой попытался загореться. Образцы мгновенно охлаждались, после чего штукатурный слой диффундировал с образцов из-за резкого изменения температуры. Без охлаждения процесс обугливания образцов не прекращался. Деревянные образцы покрылись штукатуркой, но не загорелись (рис. 9а).

После испытания облицовочный слой был очищен и измерен оставшийся неповрежденный слой древесины.В зависимости от габаритов образцов рассчитывается среднее минимальное значение неповрежденного слоя древесины. Наибольшее повреждение образцов составило 15 мм (рис. 9б). Значительно меньшее повреждение образцов было обнаружено на образце со щелочно-активированной шлаковой штукатуркой (рис. 9в), и в этом случае глубина поврежденного слоя составляла около 4–5 мм.

Визуальный осмотр активированного шлакового гипса после температурного воздействия показал, что с повышением температуры структура образца становится стабильной и трещины не обнаруживаются.Влияние повышенной температуры на изменения микроструктуры гипса показано на рис. 10. На поверхности активированного щелочью шлакового вяжущего можно было обнаружить сетку из полипропиленового волокна и частицы песчаного наполнителя (рис. 10а). После воздействия повышенных температур расплавленное полипропиленовое волокно и каналы, созданные вместо волокна, можно было обнаружить на поверхности гипса (рис. 10b). Появляются микротрещины, вызванные испарением воды при нагревании.

Рис. 10

Изображения шлаковой штукатурки, активированной щелочью: до ( a ) и после воздействия повышенных температур. ( b ) Увеличение в 10 раз.

При сравнении защищенного и незащищенного образца на рис. 11, можно заметить, что слой штукатурки влияет на скорость обугливания древесины. Глубина обугливания и время эксперимента (рис. 11) оштукатуренного образца древесины отличаются от контрольного (незащищенного) деревянного образца.

Рисунок 11

Зависимость глубины обугливания (мм) деревянного образца от времени испытания (мин).Обратите внимание на начало обугливания ch .

Поперечное сечение незащищенного образца полностью обуглено в результате процесса пиролиза. На поверхности образца возникли трещины и дефекты. Точная глубина образца не была определена точно, потому что все поперечное сечение образца было деформировано. Используя усредненные результаты, была определена глубина обугленного слоя и рассчитана скорость обугливания βn — 1,04 мм / мин. Скорость обугливания древесины незащищенных образцов отличается от стандартной скорости обугливания древесины из-за малых размеров и влажности древесины образца.Влажность древесины оказывает значительное влияние на скорость обугливания древесины.

Расчетная скорость обугливания защищенной древесины, начиная с начала обугливания поверхности древесины t ch (10 минут) β — 0,65 мм / мин. Это соответствует очень низкой скорости обугливания древесины, описанной в экспериментальных испытаниях 18 .

Деревянные конструкции широко используются в строительстве, но их горючесть — одна из самых больших отрицательных характеристик. Плотность, влажность и порода древесины оказывают значительное влияние на скорость обугливания древесины.

Баланс между тепловыми и механическими свойствами древесины указывает на то, что эти материалы необходимо дополнительно защищать от высокой температуры в случае пожара с помощью пассивных изоляционных материалов, которые могут быть механически прикреплены к деревянной конструкции.

% PDF-1.7
%
1166 0 объект
>
эндобдж

xref
1166 159
0000000016 00000 н.
0000005125 00000 н.
0000005392 00000 п.
0000005421 00000 н.
0000005472 00000 н.
0000005510 00000 н.
0000006385 00000 п.
0000006520 00000 н.
0000006671 00000 н.
0000006895 00000 н.
0000007044 00000 н.
0000007178 00000 н.
0000007329 00000 н.
0000007462 00000 н.
0000007612 00000 н.
0000007745 00000 н.
0000007898 00000 п.
0000008031 00000 н.
0000008183 00000 п.
0000008318 00000 н.
0000008469 00000 н.
0000008607 00000 н.
0000008758 00000 н.
0000008892 00000 н.
0000009044 00000 н.
0000009180 00000 н.
0000009332 00000 н.
0000009465 00000 н.
0000009613 00000 н.
0000009747 00000 н.
0000009895 00000 н.
0000010029 00000 п.
0000010179 00000 п.
0000010313 00000 п.
0000010461 00000 п.
0000010598 00000 п.
0000010749 00000 п.
0000010883 00000 п.
0000011031 00000 п.
0000011163 00000 п.
0000011312 00000 п.
0000011440 00000 п.
0000011588 00000 п.
0000011774 00000 п.
0000011922 00000 п.
0000012087 00000 п.
0000012235 00000 п.
0000012400 00000 п.
0000012548 00000 п.
0000012738 00000 п.
0000012889 00000 п.
0000013081 00000 п.
0000013231 00000 п.
0000013410 00000 п.
0000013561 00000 п.
0000013646 00000 п.
0000013731 00000 п.
0000013816 00000 п.
0000013900 00000 п.
0000013984 00000 п.
0000014069 00000 п.
0000014154 00000 п.
0000014237 00000 п.
0000014321 00000 п.
0000014405 00000 п.
0000014489 00000 н.
0000014572 00000 п.
0000014655 00000 п.
0000014737 00000 п.
0000014820 00000 п.
0000014903 00000 п.
0000014985 00000 п.
0000015067 00000 п.
0000015148 00000 п.
0000015233 00000 п.
0000015318 00000 п.
0000015403 00000 п.
0000015489 00000 н.
0000015574 00000 п.
0000015659 00000 п.
0000015744 00000 п.
0000015830 00000 п.
0000015916 00000 п.
0000015960 00000 п.
0000015999 00000 н.
0000016740 00000 п.
0000016844 00000 п.
0000017281 00000 п.
0000023418 00000 п.
0000023965 00000 п.
0000024366 00000 п.
0000025391 00000 п.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

*

*