Использование золы-унос ТЭС в качестве добавки при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций и изделий

http://www.cpi-web.ru/Archive/using_zola_7_05.htm

Доктор технических наук Михаэль Лихтманн, STEAG Entsorgungs-GmbH, Динслакен

За последние 35 лет бетон превратился из трехкомпонентной в пятикомпонентную систему. Наряду с цементом, заполнителями и водой обязательными компонентами бетона стали минеральные и химические добавки. Применение золы-унос в качестве минеральной добавки является сегодня непременным атрибутом современной технологии изготовления бетона. Количество золы-унос, используемое ежегодно для изготовления бетона в Германии, достигает примерно 3 миллионов тонн, что является неоспоримым доказательством признания этого продукта. Зола-унос (далее зола), благодаря своим специфическим качествам, способствует улучшению характеристик как бетонной смеси, так и бетона и позволяет сделать производство бетона более рентабельным.

В последнее время наблюдается тенденция к применению сборных железобетонных конструкций и изделий в Германии. Особенно в промышленном и гражданском строительстве применение сборных железобетонных конструкций всё более вытесняет товарный бетон [1]. Прежде всего это объясняется удешевлением процесса и сокращением сроков строительства благодаря использованию типовых строительных конструкций и преимуществ их предварительного изготовления. Высокое качество продукции при изготовлении изделий на предприятии, независимо от погодных условий, современные технологии и внедрение новых типов конструкций способствуют прогрессу в строительстве.

Особое значение имеет изготовление бетонных изделий, в первую очередь дорожных камней, применяемых для покрытия тротуаров и проезжей части дорог. В 2003 году в Германии было произведено около 179 миллионов кв.м. бетонных дорожных камней, что составляет 2,1 кв.м. на душу населения Германии. К этому следует добавить еще около 22 миллионов кв.м. дорожных бетонных плит [2]. В этой области Германия далеко обходит все остальные страны мира. Использование золы в качестве минеральной добавки при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций и изделий позволяет достичь значительных технических и экономических преимуществ.

В данной статье представлены технологические аспекты практического опыта применения золы в производстве бетонных и железобетонных конструкций и изделий в Германии.

Зола как минеральная добавка при изготовлении бетона

Определение золы и требования к ее качеству

DIN EN 450 определяет золу как «мелкозернистую пыль, в основном состоящую из шарообразных, стекловидных частичек, возникающую при сжигании пылевидного угля, которая обладает пуццолановыми свойствами, и в основном состоит из SiO2 и Al2O3». Согласно DIN EN 450 [3] зола должна отбираться на электростанциях, применяющих исключительно молотый антрацит или каменный угль. Для использования других видов угольного топлива, а также различных добавок при сжигании (исключение составляют: бурый уголь до 10 M.-% и шламм из очистных сооружений Германии до 5 M.-%), необходимо получить разрешение стройнадзора Германии.

Требования к характеристикам золы, используемой в производстве бетона, и частота контроля её качества регламентируются нормами DIN EN 450 (таблица 1).

Влияние золы на свойства бетона

C точки зрения воздействия на бетон различают инертные добавки (тип 1) и пуццолановые или латентно-гидравлические добавки (тип 2). Зола, соответствующая требованиям норм DIN EN 450, или допущенная комитетом стройнадзора к использованию в бетоне, применяется в качестве добавки типа 2 [4].

В отличие от других добавок зола трояко воздействует на свойства бетона [5]. Так же, как инертные добавки, она выполняет роль наполнителя, что делает бетон более плотным. Кроме того, она обладает еще целым рядом преимуществ. Шарообразная форма частичек золы придает ей свойство, получившее название «шарикоподшипниковый эффект», благодаря которому улучшается скольжение цемента и песка по стекловидной поверхности частичек золы [6]. Подобное реологическое влияние (пластифицирующий эффект) позволяют уменьшить количество воды в бетоне, что повышает его плотность и прочность.

Наряду с вышеописанными преимуществами, зола существенно повышает прочность бетона, благодаря, так называемой, пуццолановой реакции (гидравлическая активность золы), при которой взаимодействуют содержащиеся в золе аморфный оксид кремния и оксид алюминия с гидроокисью кальция, образующейся при гидратации цемента, в результате чего формируется кальций-силикат-гидрат-фаза (CSH-фаза) (рис.1).

Дополнительно образующиеся гидросиликаты кальция благоприятно влияют на долговечность бетона. Замедленно протекающая гидратация цементного вяжущего, благодаря введению золы, ведет к росту новообразующихся кристаллов, что способствует химическому уплотнению и уменьшению пор в затвердевшем бетоне. Таким образом применение золы способствует уменьшению размера пор и более равномерному их распределению в бетоне [7].

Расчёт количества добавки золы при подборе состава бетона

Благодаря пуццолановым свойствам зола оказывает положительное влияние на прочность бетона. Таким образом её можно рассматривать как составляющую цементного вяжущего. Для учета пуццолановых свойств золы в составе бетона в Германии применяется расчётный коэффициент k. Это означает, что согласно нормам DIN 1045-2 при подборе состава бетона, добавка золы (fb) учитывается при расчёте содержания цемента (z) и водоцементного отношения (так называемое эквивалентное водоцементное отношение), благодаря коэфициенту kf(w/z)eq = w/(z+ kf•fb). При этом минимальное содержание цемента может быть уменьшено для всех экспозиционных классов - кроме XF2 и XF4 - если используются следующие марки цемента: CEM I, CEM II/A-D, CEM II/A-S или CEM II/B-S, CEM II/A-T, CEM II/B-T, CEM II/A-LL, CEM II/A-P, CEM II/A-V, CEM II A/M с основными компонентами S, D, P, V, T, LL, CEM II/B-M (S-D, S-T, D-T), CEM III/A и CEM III/B с содержанием гранулированного доменного шлака до 70 M.-%. При использовании CEM II/A-V и CEM II/A-M подобный расчет золы недопустим также для экспозиционного класса XF3 [9].

Расчетный коэффициент kf составляет 0,4, в особых случаях - 0,7. Для цементов без основных составляющих P, V и D максимальное содержание золы, учитываемое при назначении эквивалентного водоцементного отношения, равняется fb = 0,33z. Для цементов с основными компонентами P или V, не содержащих D - fb = 0,25z, а для цементов с основным компонентом D - fb = 0,15z.

Расчетный коэффициент kf основывается исключительно на свойствах бетона в 28-дневном возрасте и является унифицированным для всех типов цемента и не зависит от свойств и от технологии изготовления бетона. Известно [10, 11, 12], что влияние золы на свойства бетона зависит от времени его выдержки, водоцементного отношения, содержания гидравлического вяжущего, количества золы, продолжительности последующей обработки и т.д., и при определенных условиях коэффициент kf может быть > или = 1.

Коэффициент эффективности kR, рассчитанный в [11], в зависимости от типа цемента, водоцементного отношения (w/z) и содержания золы представлен на рис.2. Эффективность золы увеличивается с уменьшением водоцементного отношения.

При производстве бетонных изделий и конструкций, по технологическим причинам, применяется в основном бетон с низким водоцементным отношением. Это означает, что влияние золы на прочность бетона гораздо больше, чем это заложено в регламентируемом расчетном коэффициенте.

В противоположность к готовым изделиям из бетона, для производства железобетонных конструкций, в которых допускается использование только бетона в соответствии с нормами DIN EN 206-1 и DIN 1045-2, расчет содержания золы происходит согласно вышеизложенным положениям. Для изготовления прочих бетонных изделий зола может применяться с учетом её фактического влияния на прочность бетона.

Изготовление бетонных изделий из полусухих бетонных смесей

Бетонные изделия, пользующиеся самым большим спросом, такие как дорожные камни, плиты и бортовые камни в Германии в основном изготавливаются из полусухих бетонных смесей (содержание воды в бетонной смеси составляет приблизительно 5 - 6 М.-%). Производство бетонных и железобетонных труб - еще одна важная область применения полусухих бетонных смесей. Особенность полусухих бетонных смесей состоит в том, что они подчиняются как бетонно-технологическим, так и грунтово-механическим закономерностям. До сих пор не регламентированы принципы подбора состава и оптимизирования полусухих бетонных смесей. Подбор состава и оптимизирование полусухих бетонных смесей происходят опытным путем, либо на основе гипотетических предположений.

Лабораторный способ steag для изготовления, оптимизирования и испытания полусухих бетонных смесей

Для оптимизирования полусухих бетонных смесей с использованием золы фирма Steag Entsorgungs-GmbH разработала собственный метод, который эффективно применяется для решения практических задач [13, 14, 15]. Метод позволяет на практике использовать результаты исследований полусухих бетонных смесей, проведенных в лабораторных условиях. На их основе могут быть предложены для производства эффективные и экономически рентабельные составы бетонов.

Благодаря использованию steag-прибора для изготовления и испытания полусухих бетонных смесей [16] впервые стало возможно определение объема пор в полусухих бетонных смесях непосредственно после их уплотнения. Это дало возможность путем измерения объема пор определить оптимальный состав бетонной смеси, аналогично тому, как это делается с традиционными бетонами.

Steag-прибор (рис.3) состоит из поромера, изготовленного особым способом, стандартного объема 0,75 л.(1), и модифицированного прокторприбора (Proctortopf) d=100mm (2) с насадкой (3); компенсационной пластиной со съёмной рукояткой (4) и устройством для уплотнения бетона, представляющим собой свободно падающий по направляющей груз (5).

Особенность данного метода состоит в том, что посредством Steag-прибора, наряду с возможностью определения плотности и объёма пор в бетоне непосредственно после его уплотнения, можно изготовить образцы-цилинры для определения прочности на сжатие свежеотформованного бетона, плотности, прочности и долговечности затвердевшего бетона.

Прочность на сжатие свежеотформованного бетона по методу steag

Согласно технологии производства, полусухие бетонные смеси, применяемые для дорожных камней и железобетонных труб, наряду с высокой прочностью в 28-дневном возрасте должны обладать достаточной прочностью в свежеотформованном состоянии.

Прочность на сжатие свежеотформованного бетона незначительна. Поэтому точность и надежность метода испытания имеет большое значение. На сегодняшний день нет общепризнанного метода определения прочности свежеотформованного бетона из полусухих бетонных смесей.

Согласно steag-методу прочность на сжатие свежеотформованного бетона определяется непосредственно после изготовления контрольного цилиндра (рис.5). Испытание производятся с точностью до 0,001N/mm2. Проверка может проводиться на любом прессе, пригодном для измерения малых прочностей (например, для определения прочности цементных призм на изгиб).

С помощью проведенных по данному методу исследований [13] удалось установить непосредстенную зависимость прочности свежеотформованного бетона от выбора кривой гранулометрического состава и содержания воды в бетоне. Зависимость прочности свежеотформованного бетона от плотности уплотнённой полусухой бетонной смеси, прочности в 28-дневном возрасте и водовяжущего отношения незначительна.

Добавка оптимального количества золы может привести к увеличению прочности свежеотформованного бетона [17]. Это объясняется улучшением удобоукладываемости полусухой бетонной смеси и, как следствие, уменьшением объёма пор.

Изменение прочности свежеотформованного бетона при определённых комбинациях цементного вяжущего и заполнителей в зависимости от содержания воды может служить вспомогательным параметром при определении оптимального содержания воды. Содержание воды следует увеличивать до тех пор, пока не наблюдается водоотделение на поверхности испытательного образеца, либо прочность свежеотформованного бетона не начинает падать (рис.6).

Производство дорожных камней

Положительное влияние золы при оптимизировании полусухой бетонной смеси для изготовления нижнего слоя дорожных камней, который, как правило, составляет более 90 % их общего объёма, согласно германскому промышленному стандарту DIN 18105 [18] было подробно рассмотрено в [17].

Например, было проведено оптимрование полусухой бетонной смеси для изготовления нижнего слоя дорожных камней с применением золы по steag-методу.

Состав бетона был оптимизирован таким образом (включая кривую гранулометрического состава), что при содержании золы 70 кг/м3 количество портландцемента 42,5R-класса прочности было уменьшено на 90 кг/м3. Общее количество цементного вяжущего (цемент и зола) удалось уменьшить на 20 кг/м3. Одновременно объем пор уплотненной полусухой бетонной смеси был уменьшен с 5,3 до 3,6 процентов.

Для внедрения золосодержащих полусухих бетонных смесей в производство, оптимизированные в лабораторных условиях бетонные смеси были апробированы непосредственно на предприятии при изготовлении прямоугольных дорожных камней высотой 80 мм. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Результаты испытаний подтвердили правильность данных, полученных в лабораторных условиях по steag-методу. Оптимированный состав полусухой бетонной смеси с золой был успешно внедрён в производство для изготовления нижнего слоя дорожных камней.

Применение золы в качестве добавки при изготовлении полусухой бетонной смеси способствует существенному повышению её удобоукладываемости и уменьшению объёма пор. Прочность свежеотформованного бетона и прочность бетонного изделия в проектном возрасте повышаются благодаря использованию золы. Высолы сводятся к минимуму. Причиной этому являются оптимальная шарообразная форма, выгодный гранулометрический состав и пуццолановые свойства золы.

С 01.03.2005 общегерманские нормы DIN 18105 были окончательно заменены на общеевропейские нормы DIN EN 1338 [19]. Вместо контроля прочности на сжатие в 28-дневном возрасте новые нормы DIN EN 1338 предписывают проверку дорожных камней из бетона на прочность при раскалывании и растяжении при изгибе. Проверке подвергаются до 8 дорожных камней, прочность каждого из которых не должна быть меньше 3,6 MPa, а предельная разрушающая нагрузка - не меньше 250 N/mm2.

Опыт контроля дорожных камней на предел прочности при раскалывании и растяжении при изгибе в Германии еще незначителен. В Австрии же, напротив, на протяжении многих лет ведётся подобный контроль согласно нормам ONORM B 3258 [20]. В соответствии с ONORM B 3258 контроль проводится на шести дорожных камнях. Среднее значение прочности не должно быть ниже 5 N/mm2. Прочность при каждом отдельном испытании должна быть не менее 4 N/mm2.

Результаты экспериментальных проверок бетонных мостовых камней, проведенных в рамках внешнего надзора в 2003 году, представлены в таблице 2. Они демонстрируют, что, независимо от предприятия-изготовителя, свойств и количества цемента, полусухие бетонные смеси могут быть оптимизированы благодаря применению золы таким образом, чтобы с высокой степенью надежности достичь требуемой прочности при раскалывании и растяжении при изгибе дорожных камней [21].

Вышеизложенное доказывает наше утверждение, что применение оптимальных количеств золы, независимо от нормативов и методов контроля, способствует технологически и экономически выгодному производству бетонных дорожных камней [17].

Производство бетонных и железобетонных труб

В нормативах DIN EN 1338 предъявляются требования исключительно к производимой продукции, и ничего не упоминается о составе полусухой бетонной смеси для нижнего слоя дорожных камней . В нормативах для производства бетонных труб DIN EN 1916 [22] и DIN V 1201 [23], напротив, четко обозначены требования к составу бетона. Бетон должен содержать такое количество цемента, воды и добавок, чтобы обеспечить высокие технические и эксплуатационные качества бетонных труб. Водоцементное отношение с учетом пуццолановых или латентно-гидравлических добавок в уплотнённом состоянии не должно превышать 0,45.

В [22] указывается на необходимость уделить особое внимание в случаях прокладки труб в агрессивной среде. Для слабоагрессивной и умеренной химической среды (XA1 und XA 2) производятся трубы из бетона с классом прочности C 35/45 или C 40/50 [23]. Общеизвестно, что сопротивление химическому воздействию может повысить величину плотности бетона. Этого можно добиться путём применения золы, вследствие чего улучшается структура и плотность бетона. Исследования, проведенные в лабораторных условиях по методу steag, подтверждают вышесказанное и делают еще более явными экономические и технологические преимущества использования золы при изготовлении бетонных труб (таблица 4).

Несмотря на замену 120 кг/м3 цемента (CEM I 42,5 R-HS) золой удалось достичь аналогичной прочности на сжатие как свежеотформованного бетона (0,485 N/mm2 и 0,422 N/mm2), так и прочности на сжатие бетона в 28-дневного возрасте (77,9 N/mm2 и 77,3 N/mm2). Это объясняется улучшением удобоукладываемости и, как следствие, уменьшение объёма пор (с 5,1 Vol-% до 2,3 Vol.-%), а также водовяжущего отношения (с 0,36 до 0,33), и пуццолановыми сойствами золы.

Благодаря этому улучшаются и качество поверхности труб. В большинстве случаев можно избежать последующей дорогостоящей и требующей много времени дополнительной доводки бетонных труб, к качеству поверхности которых стандартами DIN EN 1916 предъявляются повышенные требования (рис 7).

Следующим преимуществом применения золы в производстве бетонных труб является возможность отказаться от использования специальных сульфатостойких цементов для противостояния воздействию сульфатов (HS-цементы), при содержании сульфатов транспортируемых вод: SO42-<=1 500 mg/l при соблюдении условий, предписанных в [11].

Особенности производства сборных железобетонных конструкций из бетона согласно DIN 1045-4

Нормативы германского промышленного стандарта DIN 1045-4 [24] регулируют производство сборных бетонных изделий, для которых используется бетон согласно DIN EN 206-1 и DIN 1045-2.

Особенность технологии производства железобетонных конструкций состоит в том, что их распалубка происходит уже спустя несколько часов после заформовки. Это означает, что бетоны для производства железобетонных конструкций должны обладать высокой распалубочной прочностью. Согласно DIN 1045-4 средний показатель прочности на сжатие бетона железобетонных конструкций при распалубке должен быть не меньше 15 N/mm2. Допускается более низкая распалубочная прочность только при соответствующем обосновании.

Высокой распалубочной прочности железобетонных конструкций можно достичь путем тепловой обработки бетонов с содержанием золы. Использование золосодержащих бетонов с низким водоцементным отношением, или с низким эквивалентным водоцементным отношением - ещё одна возможность повышения распалубочной (ранней) прочности железобетонных изделий.

Тепловая обработка золосодержащих бетонов

Тепловая обработка железобетонных конструкций предусматривается DIN 1045-4 для ускорения процесса гидратации. Известно, что высокая температура сильно ускоряет кинетику реакций во время затвердевания бетона. Особенно это верно для золосодержащих бетонов. Посредством повышения температуры ускоряется процесс гидратации в бетоне, существенно повышается скорость пуццолановой реакции золы, что ведет к ускоренному образованию соединений гидросиликатов кальция.

Например, при изготовлении гаражей использовался бетон с содержанием 350 кг/м3 цемента CEM I 42,5 R и 70 кг/м3 золы. Бетон после 7 часов твердения в нормальных условиях (без тепловой обработки) достиг C8/10 класса прочности. С тепловой обработкой, при максимальной температуре 800C, за тот же самый период времени удалось достичь C20/25 класса прочности.

Действие золы на раннюю прочность бетона при тепловой обработке также зависит от реактивности цемента при повышенных температурах.

При изготовлении цементных растворов на основе 3 разных цементов одного вида и класса прочности (CEM I 52,5 R) каждый раз 25 M.-% заменялось на золу. После 6-часовой тепловой обработки при температуре 600C образцы-призмы были испытаны на прочность на сжатие (таблица 5). Прочностные показатели растворов не были идентичны. В то время как относительная прочность на сжатие золосодержащего цементного раствора 1 составляла 73,7 %, тот же показатель золосодержащего цементного раствора 2 равнялся 81,3 %.

В Германии тепловая обработка бетона регулируется соотетствующим директивами [25]. Нарушение предписанных правил тепловой обработки, наряду с желаемым быстрым достижением прочности, может вести к ухудшению долговечности в связи с нарушениями структуры бетона, вызванных новообразованиями в затвердевшем бетоне (эттрингитообразные соединения).

Производство железобетонных конструкций из золосодержащего бетона с низким водоцементным отношением

Использование бетонов с низким водоцементным отношением для производства железобетонных конструкций может привести к неполной гидратации цемента, который остаётся в затвердевшем бетоне и доля которого растет с уменьшением водоцементного отношения. При определенных условиях последствием неполной гидратации цемента может явиться нарушение структуры бетона, что, в свою очередь, ведет к уменьшению прочности на сжатие [27]. Оптимальное количество золы наряду с сокращением негидратизированного цемента в бетоне способствует достижению как высокой ранней прочности, так и прочности в проектном возрасте бетонных изделий. Причиной этому являются оптимизация гранулометрического состава бетона, прежде всего его мелкой составляющей, достижение его плотной структуры и пуццолановые свойства золы.

Результаты экспериментальных лабораторных исследований, проводившихся с целью оптимизирования бетонной смеси для производства железобетонных конструкций с применением золы, подтверждают вышесказанное (таблица 6). Несмотря на уменьшение содержания цемента (CEM I 52,5 R) на 60 кг/м3 при добавлении золы в количестве 80 кг/м3, спустя 20 часов выдержки в воздушной среде при температуре 200C (смесь 1 - 28,8 N/mm2 и смесь 2 - 28,5 N/mm2) удалось достигнуть одинаковой прочности на сжатие. Уже спустя 7 дней (1 день выдержки в воздушной средее и 6 дней выдержки в воде при 200C) показатель прочности смеси с содержанием золы был примерно на 2 N/mm2 выше показателей контрольной смеси (52,4 N/mm2 и 54,5 N/mm2). Спустя 28 дней (заключительная выдержка в воздушной среде при 200C) показатели прочности контрольной смеси были ниже показателей смеси с содержанием золы уже более чем на 3 N/mm2 (62,9 N/mm2 и 66,3 N/mm2).

Золосодержащие бетоны с низким водоцементным отношением могут быть оптимизированы благодаря применению химических добавок таким образом, что наряду с высокой подвижностью бетонной смеси можно добиться высокой как ранней, так и проектной прочности бетона. Например, при изготовлении конструкций из предварительнонапряженного железобетона (рис 8) с классом подвижности по расплыву конуса F6 (легко уплотняемый бетон) с применением 400kg/m3 цемента CEM I 52,5 R и 50 kg/m3 золы, с добавлением высокоэффективного суперпластификатора при эквивалентном водоцементном отношении 0,42, спустя первые 16 часов показатель прочности бетона составлял 36,5 N/mm2, через 7 дней - 52,4 N/mm2, а спустя 28 дней -

64,2 N/mm2 (средние показатели прочности бетона при контроле качества на производстве).

Особенности производства железобетонных конструкций из золосодержащего самоуплотняющегося бетона

Бетоны высокой подвижности представляют собой новейшую тенденцию в технологии производства бетона. Использование таких бетонов способствует существенному улучшению технологических, конструктивно-строительных, экономических, экологических и социальных аспектов производства бетона.

Бетон с подвижности по расплыву конуса от 630 мм обозначается в DIN EN 206-1 и DIN 1045-2 как «сильнотекучий». В то время как бетон с подвижности по расплыву конуса до 700 мм - легко уплотняемый бетон (LVB) - производится согласно DIN EN 206-1 и DIN 1045-2, бетон с подвижности по расплыву конуса свыше 700 мм - самоуплотняющийся бетон (SVB) - производится с учетом Руководства по изготовлению SVB [28].

SVB обладает характеристиками бетонной смеси, отличающимися от DIN EN 206-1 и DIN 1045-2, так как он уплотняется сам под влиянием силы тяжести без дополнительного обычного уплотнения. Дальнейшие отличия SVB от обычного бетона согласно DIN EN 206-1 и DIN 1045-2 заключаются, как правило, в повышенном содржание мелких частиц. SVB необходимо более высокое содержание мелких фракций в составе бетона, с тем чтобы обеспечить устойчивость к процессам расслоения.

Благодаря высокой тонкости помола, практически идеальной шарообразной формы частиц и пуццолановым свойствам, зола великолепно подходит для использования в качестве добавки в SVB. Зола в самоуплотняющемся бетоне выполняет роль наполнителя, транспортной среды и вяжущего. В связи с вышеперечисленным, содержание золы в SVB значительно выше, чем в традиционных вибробетонах (рис. 9, 10, 11).

Следующее преимущество применения золы при изготовлении SVB - уменьшение содержания суперпластификатора [29]. Благодаря реологическим свойствам золы повышается подвижность SVB. Благодаря этому становится возможным уменьшить количество суперпластификатора при изготовление самоуплотняющгося бетона.

SVB-steag-метод для производства железобетонных конструкций из золосодержащего самоуплотняющегося бетона

В отличие от традиционных вибробетонов, область оптимального состава SVB существенно ограничена. Особенно это касается водосодержания бетонной смеси. Даже незначительные изменения могут привести к ухудшению свойств бетона [30]. На сегодняшний день не существует единого общепризнанного метода для установления оптимального содержания воды и химических добавок в SVB.

Был разработан ускоренный метод для определения оптимального содержания воды и химических добавок в SVB. При разработке метода в основу была положена гипотеза, что оптимизирование SVB может проводиться аналогично оптимизированию полусухой бетонной смеси (см. описание steag-метода выше). Оба типа бетона достигают максимально возможной плотности только при условии содержания оптимального количества воды. В то время как полусухой бетонной смеси требуется внешнее воздействие для достижения максимальной плотности, то SVB для достижения этой цели необходимо введение высокоэффективных химических добавок.

Особенность SVB-steag-метода заключается в том, что можно определить оптимальное водосодержание SVB непосредственно по его полусухой бетонной смеси, не принимая во внимание влияние отдельных компонентов. Дальнейшее дозирование химических добавок к уже оптимизированной полусухой бетонной смеси приводит к изготовлению SVB. Возможное воздействие отдельных компонентов на водопотребность SVB, как, например, форма заполнителя, или реологические характеристики минеральных добавок, полностью учитывается.

SVB-steag-метод был апробирован во многих лабораториях и на большом количестве предприятий. При этом. варьировались виды цемента, добавок и гранулометрический состав заполнителя а также объём замесов и порядок введения составляющих бетона. Во всех случаях использования SVB-steag-метода удалось установить оптимальное водосодержание для SVB (рис 12 и 13).

При рассмотрении конфигурации кривых можно определить стабильность SVB относительно общего водосодержания . При плоском прохождении кривой можно говорить о большей стабильности смеси, чем при ее при крутом прохождении. В то время как отклонение от установленного оптимального содержания воды на ± 5 л/м3 для смеси 8 не привело к существенным изменениям плотности и поросодержания полусухой бетонной смеси, тем самым не оказывая существенного воздействия на характеристики SVB (кривая проходит плоско) вышеназванное отклонение для смеси 5 вызвало значительные изменения обеих характеристик - кривая проходит круто. SVB-steag-метод служит для быстрого и практичного определения оптимального содержания воды и химических добавок при разработке, изготовлении и контроле качества SVB.

Высолы на поверхности бетонных изделий

Высолы на поверхности бетонных изделий не рассматриваются как брак, однако могут вести к ухудшению имиджа бетонного изделия с соответствующими финансовыми притязаниями. Причина высолов - транспортировка растворимых солей через капилляры изнутри бетонного изделия на его поверхность, где происходит их выкристаллизация. Излишняя гидроокись кальция на поверхности карбонатизирует в трудно растворимый карбонат кальция. Риск возникновения «эстетического брака» можно значительно уменьшить благодаря применению золы с одновременным оптимизированием состава бетонной смеси.

Повышение структурной плотности за счет эффекта наполнителя и пуццолановой реакции, во время которой расходуется вода и гидроокись кальция и образуются повышающие прочность CSH-фазы, кристаллы которых растут в капиллярных порах бетона, которые в основном и отвечают за транспортные процессы в затвердевшем бетоне. Таким образом можно сократить или предотвратить нежелательную транспортировку веществ [9]. Улучшенная в рамках оптимизирования состава смеси её удобоукладываемость при оптимальном содержании воды также способствует сокращению высолов на поверхности бетонных изделий.

Заключение

Применение золы в качестве минеральной добавки при изготовлении бетоннных и железобетонных конструкций и изделий является непременным атрибутом современной технологии бетона. Наряду с «эффектом наполнителя» зола, благодаря «шарикоподшипниковому эффекту», способствует повышению удобоукладываемости и плотности бетононной смеси, а её пуццолановые свойства способствуют дальнейшему повышению прочности и долговечности затвердевшего бетона. Посредством добавления оптимального количества золы может быть повышена прочность свежеотфорованного бетона из полусухой бетонной смеси при изготовлении дорожных камней и железобетонных труб и распалубочная прочность бетона при производстве железобетонных конструкций и изделий.

В то время как при расчете количества золы для производства бетоннных и железобетонных конструкций и изделий согласно DIN EN 206-1/DIN 1045-2, необходимо учитывать расчётный коэффициент k, расчётное количество золы при изготовлении иных бетоннных и железобетонных изделий зависит от ее действительного влияния на прочностные характеристики бетона. Во многих случаях расчётный коэффициент kf может быть > или =1.

При производстве бетонных изделий из легкоуплотняемого и самоуплотняющегося бетонов большое значение имеют реологические свойства золы, особенно высокая тонкость помола, выгодное фракционирование и шарообразная форма её частиц. С помощью steag-метода и SVB-steag-метода возможно оптимизирование полусухих бетонных смесей и самоуплотняющихся бетонов с минимальными затратами на лабораторное оборудование и временными затратами непосредственно на предприятии-изготовителе. Посредством оптимизирования золосодержащих бетонных смесей, становится возможным предложить производителям бетоннных и железобетонных конструкций и изделий экономичные составы бетонов. Использование золы ведет к улучшению технических и экономических характеристик бетоннных и железобетонных конструкций и изделий .