Строительные материалы и изделия

Шлаковые цементы

• Шлаковые цементы являются разновидностью цементов с ак­тивными минеральными добавками, в которых последние пред­ставлены доменными гранулированными шлаками. Способность этих шлаков к самостоятельному водному твердению позволяет

получать шлаковый цемент по качеству выше, чем пуццолано - вый (с другими видами активных минеральных добавок).

Утилизация доменных шлаков для получения цемента — это один из примеров рационального и притом массового применения отходов производства.

• Доменные шлаки представляют собой вторичный продукт (от­ход), получаемый при выплавке чугуна из руд. По химическому составу доменные шлаки приближаются к портландцементу. Д0. менные шлаки состоят в основном из трех оксидов: СаО, Si02 и 90...95% А1203. Для оценки качества шлаков как активной минеральной добавки к вяжущим веществам пользуются двумя модулями — модулем основности Мо и модулем активности Ма:

м %СаО+ %MgO. м — .%А1»0»

10 %Si02 + %А12Оз ** %Si02

При Мо>1 шлаки называют основными, а при Мо<1 — кис-| лыми.

Гидравлическая активность шлаков возрастает с увеличением! значений обоих модулей, при этом чем выше оказывается мо-1 дуль активности, тем быстрее твердеет шлак в измельченномі состоянии. Надо иметь в виду, что шлаки одного и того же| химического состава могут быть активными или почти совсем не! обладать способностью образовывать гидравлическое вяжущее вещество. Это зависит от структуры шлака, получаемой охлаж­дением.

При медленном охлаждении шлака значительная часть его успевает выкристаллизоваться в виде различных устойчивых ми­нералов, которые не обладают вяжущими свойствами. При быст­ром охлаждении шлаков кристаллизация затруднена и шлаки приобретают преимущественно стекловидную (аморфную) струк­туру. При такой структуре составляющие шлака находятся в не­устойчивом неравновесном состоянии и активность их значи­тельно выше, чем у закристаллизованных шлаков. Поэтому для повышения активности шлаков, применяемых для изготовления цементов, все огненно-жидкие шлаки подвергают резкому охлаж­дению. При этом они гранулируются, т. е. образуют в виде мел­ких зерен гранулы очень пористой структуры.

Гранулированные доменные шлаки получают на установках мокрой, полусухой и сухой грануляции. При мокром способе гра­нуляции количество стекловидной фазы оказывается наиболь­шим — 40...95%. Но при мокрой грануляции получается высокая влажность шлака (до 40%), поэтому применение шлаков мокрой грануляции в производстве шлаковых цементов несколько удоро­жает последние за счет большого расхода топлива на сушку шлака (до 80 кг условного топлива на 1 г сухого гранулята). Качество шлака, полученного при мокрой грануляции, пока вы­ше, чем шлаков, полученных другими способами.

Лучшие технико-экономические показатели имеют шлаки при полусухой грануляции их. Этот метод заключается в первичном

хлаждении жидкого шлака водой и окончательном охлаждении 0 о воздухом. Влажность шлака полусухой грануляции составля - 5-..10%. Для полусухой грануляции используются барабанные грануляторы, гидроударные установки и грануляционные мельни­цы - При этом способе грануляции на установке с барабаном (тс. 5.12) жидкий шлак из шлаковозного ковша сливается в приемную ванну и далее поступает на наклонный грануляцион­ный желоб, в который через специальные сопла подается вода под давлением до 0,6 МПа из расчета 0,7... 1,5 м3 на 1 т шлака. Сильно охлажденный шлак вместе с водой поступает на грану­ляционный барабан, где дробится и отбрасывается на площадку склада. При полете частицы шлаки интенсивно охлаждаются воздухом.

При сухой грануляции поток шлакового расплава разбивает­ся сильной струей воздуха или пара на мелкие капли, охлаж­дающиеся далее воздухом. Влажность гранулированного таким образом шлака составляет 0...5%.

ф Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при совместном измельчении портландце - ментного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса или путем тщательного смешения раздельно измельченных тех же компонентов. При совместном измельчении клинкера, шлака и гипса качество шлакопортландцемента несколько выше, так как при раздельном измельчении и последующем смешивании исход­ных материалов не удается получить продукт такой же однород­ности, как в первом случае. Содержание доменного гранулиро­ванного шлака в шлакопортландцементе должно составлять свыше 20% и не более 80% от массы готового продукта. Допус­кается часть шлака в количестве не более 10% заменять при­родными гидравлическими добавками (трепелом, диатомитом и Др.).

• Быстротвердеющий шлакопортландцемент в отличие от щЛа_ копортландцемента характеризуется более интенсивным нарастд. нием прочности в начальный период. Для получения быстро, твердеющего шлакопортландцемента применяют клинкер быстро, твердеющего цемента и доменные шлаки высокой активности

Твердение шлакопортландцемента может быть разделено на два процесса: первичный — гидратация и твердение клинкерной части цемента; вторичный — химическое воздействие продуктов гидратации клинкерной части с доменными гранулированными шлаками. При гидратации трехкальциевого силиката клинкера происходит выделение гидрата оксида кальция, взаимодействую­щего с глиноземом и кремнеземом шлака, и образуются гидро­силикаты и гидроалюминаты кальция. По сравнению с портланд­цементом шлакопортландцемент характеризуется замедленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, но мароч­ная и последующие прочности его примерно одинаковы. С пони­жением температуры прирост прочности шлакопортландцемента сильно снижается. Повышенная температура при достаточной влажности среды оказывает на твердение шлакопортландцемен­та более благоприятное влияние, чем на портландцемент.

По пределу прочности при сжатии и изгибе шлакопортланд­цемент делят на три марки: 300, 400 и 500. Быстротвердеющий шлакопортландцемент М400 должен иметь в трехсуточном воз­расте предел прочности при сжатии не менее 20 МПа и на изгиб не менее 3,5 МПа.

Водостойкость бетонов на шлакопортландцементе выше, чем на портландцементе, из-за отсутствия свободного гидрата оксида кальция. В шлакопортландцементном бетоне она связана шла­ком в труднорастворимые гидроалюминаты и низкоосновные гид­росиликаты кальция, тогда как в портландцементном бетоне гидрат оксида кальция в значительном количестве содержится в свободном виде и может вымываться, ослабляя бетон. Шлако- портландцементный бетон обладает удовлетворительной морозо - и воздухостойкостью. Однако он все же менее стоек, чем бетон на портландцементе.

Применяют шлакопортландцемент в гидротехнических соору­жениях, а также в конструкциях, находящихся в условиях влаж­ной среды. Не следует использовать этот цемент в конструкциях, подвергающихся частому замораживанию и оттаиванию, увлаж­нению и высыханию.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент эффективно приме-; няют в производстве железобетонных изделий, подвергающихся; тепловлажностной обработке.