Файл: Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона.pdf

вещества между зернами скелета кремнезема улучшатся все технические свойства бетона.

Гидросиликаты кальция и другие вещества, образовавшие­ ся вначале в коллоидном (субмикрокристаллическом) состоя­ нии, при наличии водной среды и в условиях высокой темпе­ ратуры постепенно переходят в мелко- и даже крупнокристал­ лическое состояние.

Чем выше растворимость образовавшихся веществ, тем ■больше их способность к перекристаллизации с укрупнением кристаллов: так, гидроалюминаты и высокоосновные гидро­ силикаты образуют более крупные кристаллы, нежели одно­ основные типа 'CSH(iB).

К концу запаривания новообразования имеют различную структуру: образовавшиеся вначале успевают в какой-то сте­ пени перекристаллизоваться, более поздние находятся еще в виде коллоидных масс.

С Увеличением времени запаривания наряду с возникно­ вением новых коллоидных масс гидросиликатов происходит их уплотнение, усиление физических и химических связей между субмикрокристаллами, а также перекристаллизация.

До известного времени эти процессы положительно сказы­ ваются на нарастании механической прочности 'бетона, кото­ рая вначале увеличивается, достигает некоторого максимума и затем начинает падать.

Укрупнение частичек новообразований, обусловливающее уменьшение удельной поверхности и площади контактов меж­ ду ними, вызывает снижение механических показателей твер­ деющей системы. С того времени, когда процесс укрупнения частиц вследствие перекристаллизации начинает преобла­ дать над процессом образования новых высокодисперсных частиц, создаются предпосылки уже не к росту, а к падению прочности бетона.

Третья стадия запаривания. С прекращением подачи пара температура в автоклаве падает; скорость падения темпера­ туры зависит от степени изоляции автоклава, а также от на­ личия или отсутствия перепуска пара. (Между стенками авто­ клава и .готовым изделием создается разность температур, изделие начинает постепенно охлаждаться с поверхностных слоев вглубь. Происходип интенсивно^испарение воды из тела изделия и конденсация ее на стенках автоклава.

Слишком 'быстрое охлаждение автоклава иногда вызывает настолько интенсивные токи пара, что они смогут нарушить

283

структуру цементирующих веществ ,и значительно понизить прочность изделий. Кроме того, в изделии могут образоваться трещины от температурных напряжений вследствиеразности температур наружных и внутренних его слоев. /Поэтому необ­ ходимо следить, чтобы скорость охлаждения автоклава не превышала установленных критических ее значений.

С падением температуры в растворе, находящемся в порах изделия, увеличивается концентрация извести и уменьшается концентрация кремнезема, что ведет к образованию высоко­ основных гидросиликатов кальция, а также к охлаждению в порах изделия других растворенных веществ.

По мере испарения влаги из пор изделия происходит вы-

234

сыхание цементирующих веществ, что положительно влияет на их прочность. С этой точки зрения желательно, наоборот, более быстрое охлаждение изделий путем перепуска пара, что также необходимо учитывать при назначении температур­ ного режима третьей стадии запаривания. Обезвоживанию изделий может способствовать вакуумирование автоклавов после выпуска из них пара.

Физические и химические процессы, происходящие при запарке силикатных 'бетонов, схематично изображены на рис. 88.

III. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ СИЛИКАТНЫХ БЕТОНОВ

Известь. Для приготовления силикатных бетонов приме­ няется строительная воздушная известь в виде тонкодисперс­ ных порошков, получаемых либо помолом комовой негашеной извести (молотая кипелка), либо гашением комовой извести (пушонка). Применение молотой кипелки целесообразнее, так как дает возможность использовать эффект гидратациокного ее твердения непосредственно в бетонной смеси после укладки ее в форму. В результате изделие перед запаркой уже будет обладать определенной критической прочностью и способностью хорошо противостоять термическим деструк­ циям. Прочность изделий из плотного силикатного бетона на иззести-кипелке выше, чем изделий с применением известипушонки.

В силикатных бетонах используют кальциевую известь, которая должна соответствовать требованиям ГОСТ 9179-59 «Известьстроительная». Желательно применять известь I сор­ та с содержанием активных CaO+MgO в молотой кипелке не менее 85% и в извести-пушонке не менее 67%.

Тонкость помола извести-кипелки должна соответствовать остаткам на ситах 063 и 009 соответственно не более 2 и 10%. Содержание MgO в молотой кипелке должно быть не больше 5%, так как замедленное гашение MgO может вызвать рас­

1 В настоящее время доказана возможность применения .в силикатных бетонах и магнезиальной извести, что требует некоторого изменения техно­ логии ее обжига и гашения.

285

зания, которые должны быть подобраны таким образом, что­ бы схватывание начиналось не слишком рано, до укладки смеси в формы, и н»е протекало слишком быстро с бурным выделением тепла и обезвоживанием смеси. В то же время схватывание не должно начинаться слишком поздно и затя­ гиваться на длительные сроки, чтобы можно было использо­ вать эффект гидратационного твердения извести. .

Ускорения схватывания добиваются более тонким помолом кипелки. Для замедления схватывания в смесь вводят добав­ ки молотого гипсового камня в количестве 5—7% от веса извести, ССБ или мелассу в количествах 0,2—0,5% от содер­ жания активной СаО в извести. Эффективно замедляет схва­ тывание молотой кипелки совместное введение гипса (2%) и ССБ (до 0,2%). Количество вводимых добавок уточняют опытным путем в каждом отдельном случае.

Кремнеземистые компоненты вяжущего. Кремнеземистый компонент вяжущего обычно приготовляют помолом песка, используемого в качестве заполнителя. Песок, применяемый как компонент вяжущего, должен быть в основном кварцевым и содержать минимальное количество примесей. В качестве кремнеземистого компонента вяжущего в силикатном бетоне может быть использована зола-унос от пылевидного сжига­ ния топлива. Золы являются дисперсным кремнеземисто-гли­ ноземистым материалом, вовсе не требующим помола, или же требуют незначительного домола с известью для улучшения качества и гомогенизации вяжущего.

Заполнители. В качестве заполнителя для тяжелых сили­ катных бетонов используют главным образом пески, на ос­ нове которых изготовляется мелкозернистый силикатный бетон.

Согласно требованиям ОНиП пески должны быть кварце­ вые, с содержанием кремнезема не менее 80%. В песке, при­ меняемом для тяжелого бетона, допускается содержание до 10% равномерно распределенных глинистых примесей, а для газосиликата .5%. Количество слюды в песке не должно пре­ вышать 0,5%, а сернистых и сернокислых соединений быть не больше 1%. .Норма допускаемых органических примесей та­ кая же, как и для песков, используемых для цементных бе­ тонов.

Хотя СНиП и не регламентирует гранулометрический со­ став песков, однако желательно применение крупных песков с зерновым составом, удовлетворяющим требованиям ГОСТ

28Й

10268-62 для обычных бетонов, -соблюдение которых обеспе­ чивает минимальную пустотность песчаного скелета в сили­ катном бетоне.

Возможность использования в качестве заполнителя мел­ ких песков, ,не соответствующих требованиям ГОСТ, должна быть в каждом случае проверена экспериментально и подтверждена соответствующими экономическими расче­

крупнозернистых силикатных бетонов, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268-62 к крупным заполнителям для цементных бетонов. Желательно использовать крупный запол­ нитель из кислых горных пород, способных химически взаи­ модействовать с известью при запаривании бетона.

Введение крупного заполнителя в силикатные бетоны, по13виляет уменьшить расход известково-кремнеземистого вя­ жущего, снизить водопотребность бетонной смеси, что благо­ приятно сказывается на упруго-пластических свойствах и дол­ говечности материала'. Крупный заполнитель особенно выго­ ден при приготовлении силикатных бетонов повышенной проч­ ности и долговечности. Если же применение крупного запол­ нителя (особенно щебня) будет экономически невыгодно, а требуемые свойства бетона могут быть получены и на песча­ ном бетоне, то от него надо отказаться.

IV. ЗАВИСИМОСТИ СВОЙСТВ ТЯЖЕЛЫХ СИЛИКАТНЫХ БЕТОНОВ

ОТ ИХ СОСТАВА

Известково-кремнеземистое вяжущее

Свойства затвердевшего камня из известково-кремнезе­ мистого вяжущего зависят от его структуры и фазового состава новообразований.

Как указывалось выше, при взаимодействии извести и кремнезема в процессе запарки образуются преимущественно гидросиликаты типов C2SH2, C2SH(A), CSH(B), тоберморит C5S6H5 и при высоких давлениях пара ксонотлит C3S3H.

.При применении в качестве кремнеземистых компонентов вяжущего кварцевых песков с ограниченным содержанием полевых шпатов наряду с гидросиликатами кальция появится некоторое количество гидроалюминатов кальция и щелочных

287

гидросиликатов, но их влияние на свойства затвердевшего камня незначительно1.

Характеристика свойств индивидуальных гидросиликатоз кальция, образующихся при автоклавной обработке извест­ ково-кремнеземистого вяжущего, приведена в табл. 56.

П р и м е ч а н и е . В знаменателе приведены показатели свойств после карбонизации образцов в течение 45 суток.

CSH(B) дает наиболее тонкодисперсные новообразования, обладающие наибольшей прочностью, тоберморит может быть представлен как хорошо закристаллизованный одноосновной гидросиликат, прочность которого несколько меньше, СгЭЩА) образует кристаллы гораздо больших размеров, нежели CSH(B), также со значительно меньшей прочностью камня.

В то же время цементный камень из C2SH(A) имеет го­ раздо большую морозостойкость, чем из CSH(B) и тобермо­ рит, а также повышенную пррчность при сжатии в условиях ■последующей карбонизации.

В полиминеральном цементном камне не наблюдается

1 При использовании в составе вяжущего молотых шлаков и зол фа­ зовый состав цементирующих новообразований гораздо сложнее и можег быть представлен гидросиликатами, гидроалюминатами и гидрогранатами, ■находящимися в различных соотношениям между собой.

288

аддитивности свойств в зависимости от количественного со­ держания отдельных минералов. О. В. Кунцевич и Л. М. Хавкин получили наибольшие прочностные свойства цемент­ ного камня при наличии в нем CSH(B) и C2SH(A) с преобла­ данием первого, что можно объяснить большей плотностью затвердевшего цемента, состоящего из частиц разной дисперс­ ности. При этом наблюдалось и повышение морозостойкости цементного камня.

При использовании в качестве вяжущего извести и песка, удовлетворяющих требованиям ГОСТ, состав новообразова­ ний зависит от удельной поверхности молотого песка, соот­ ношения извести и песка и режима автоклавной обработки бетона.

Удельная поверхность извести-пушонки в среднем около

12 000 см2/г, молотой кипелки 4000—6000 см2)г, песка 2000— 3000 см2!г.

Необходимо отметить, что помол материалов — очень энер­ гоемкий процесс, а увеличение тонкости помола резко снижает производительность мельниц. Так, при увеличении тонкости помола песка с 1500 до 3500 см21г производительность шаровой мельницы падает в 3 раза. Поэтому практически применяемый молотый песок имеет удельную поверхность около 2000 см2/г, а молотая кипелка 4000 см2/г.

При определенной тонкости помола песка и давлении в автоклаве при запарке бетона существует оптимальное соот­ ношение между известью и молотым песком И/П = а, при котором вяжущее обладает наибольшей прочностью. Значе­ ния а колеблются от 0,25 до 0,5. С увеличением тонкости по­ мола песка повышается растворимость кремнезема и увели­ чивается оптимальное значение а; при этом в силикатном бетоне увеличивается количество новообразований, повышаю­ щих его прочность.

Повышение давления в автоклаве до определенного преде­ ла (с 8 до 16 атм) также увеличивает растворимость*кремнезема и способствует более глубокому и полному взаимодейст­ вию его с известью. Особенно эффективны повышенные дав­ ления при увеличенной удельной поверхности песка и повы­ шенном значении а. Без увеличения удельной поверхности песка быстрая кристаллизация новообразований твердой фазы при повышенных давлениях затрудняет дальнейшее течение реакции, и эффект значительно снижается.

Некоторые исследователи делали попытку выразить в математической форме зависимость а от удельной поверх-