// //
Дом arrow Бетоны arrow ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ
ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

Часть 1

 Богатый практический опыт убедительно доказывает, что введение золы-унос в цементные бетоны является одним из эффективных направлений снижения расхода цемента, улучшения ряда свойств бетонных смесей и бетонов. Несмотря на обширные исследования, проблему цементно-зольных бетонов к настоящему времени нельзя считать исчерпанной.

 

 Потенциал золы как активного полифункционального компонента бетонных смесей реализуется полнее при введении в бетонные смеси добавки - суперпластификатора, чем при обычных условиях. Комплекс зола-суперпластификатор особенно эффективен в литых бетонах, для безвибрационной технологии бетонных работ и изготовления конструкций.

 

 Литые цементно-зольные бетоны с добавкой суперпластификатора при умеренных расходах цемента обладают устойчивостью к расслоению и достаточно высокими физико-механическими свойствами. В статье приведены результаты исследований по установлению сложных взаимосвязей расхода золы, ее дисперсности, содержания добавки суперпластификатора для различных параметров составов литых бетонных смесей. Для многопланового анализа этих взаимосвязей и определения оптимальных технологических параметров выполнены обширные исследования, позволившие получить большой комплекс экспериментально-статистических полиномиальных моделей. Новым направлением повышения эффективности золы-уноса в цементных бетонах является комбинирование ее с некоторыми другими минеральными добавками, в частности с микрокремнеземом и карбонатной известью. Применение композиционных золо-микрокремнеземистых и золоизвестково-карбонатных наполнителей в сочетании с суперпластификаторами открывает возможность получения малоцементных бетонов рядовых классов прочности. В данной статье приводятся результаты исследований по влиянию композиционных наполнителей на процессы гидратации и структурообразования цементных паст, технологические свойства бетонных смесей, прочностные и деформативные свойства бетонов, их коррозионную стойкость и защитную способность по отношению к стальной арматуре, рассмотрены особенности технологии малоцементных бетонов, способы проектирования их составов.

 

 Общая характеристика зол

 

 Еще в 1956 году лабораторией бетона ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева была разработана инструкция по применению золы в гидротехническом бетоне, и развернуто углубленное изучение данной проблемы. Уже в этом первом инструктивном материале было указано на эффективность введения золы в бетон, особенно подвергаемый тепло-влажностной обработке. В дальнейшем издан ряд инструктивно-нормативных документов по применению золы в бетонах и растворах, завершившихся разработкой ГОСТ 25811-83.

 

 Зола-унос (в дальнейшем зола) - тонкодисперсный продукт высокотемпературной обработки минеральной части углей. Она образуется при их сжигании в пылевидном состоянии в топках котлов и осаждается улавливающими устройствами из дымовых труб. Наиболее эффективными золоуловителями являются электрофильтры, КПД которых 95...97%. В качестве активной минеральной добавки или наполнителя предпочтительны золы, уловленные и транспортируемые в сухом виде.

 

 Основным компонентом золы (65%) является стекловидная алюмосиликатная фаза в виде частиц шарообразной формы размером до 100 мкм (см. Элинзон М.П., Васильков С.Г. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1980). Из кристаллических фаз в золах могут быть а-кварц и муллит, а при повышенном содержании FeЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - еще и гематит. Количественное соотношение между а-кварцем и муллитом определяется соотношением SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ/AlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, с увеличением которого содержание а-кварца в кристаллической форме возрастает, а муллита убывает. Соответственно возрастает активность зол по поглощению извести (см. Элинзон М.П., Васильков С.Г. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1980). Золы, обогащенные оксидом железа, более легкоплавки, в них образуется больше стекла на поверхности частиц, активность по поглощению извести повышается. Активность золы зависит от содержания стекловидной фазы. Установлена тесная связь между прочностью раствора, содержащего золу, и расчетной удельной поверхностью стекловидной фазы. Стекло в золах можно рассматривать (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987) как материал, содержащий аморфиты - образования, близкие по составу и структуре соответствующим кристаллическим фазам, но с очень высокой удельной поверхностью, и неупорядоченные глиноземисто-кремнеземистые прослойки между ними. Способность стекловидной фазы к гидратации и гидролизу можно объяснить рыхлой субмикроструктурой и относительно высокой проницаемостью аморфитов, обусловленной наличием пустот между ионными группировками. Активность промежуточного вещества стекловидной фазы определяется соотношением глинозема и кремнезема: чем оно больше, тем легче идет процесс гидратации зольного стекла в щелочной и сульфатно-щелочной среде, в нейтральной среде оно устойчиво. На гидравлическую активность кальциево-алюмо-силикатного стекла, содержащегося в золе, положительно влияют примеси магния, железа и некоторых других элементов (см. Элинзон М.П., Васильков С.Г. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1980).

 

 Определенной гидравлической активностью в золах, наряду со стекловидной фазой, обладает дегидратированное и аморфизированное глинистое вещество. Активность зависит от минералогического состава глин, входящих в минеральную часть топлива. С повышением в золе содержания аморфизованного глинистого вещества увеличивается ее водопотребность (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987). В тех случаях, когда минеральная часть топлива имеет значительное содержание карбонатов, в золе образуются низкоосновные силикаты, алюминаты и ферриты кальция, способные взаимодействовать с водой. Высококальциевой зольной частью обладают бурые и каменные угли ряда месторождений Средней Азии и Сибири, горючие сланцы.

 

 В небольшом количестве золы содержатся примеси свободных оксидов кальция и магния, сульфатов, сульфидов и др.

 

 В золах, как правило, содержится углерод в виде различных модификаций коксовых остатков, содержание которых зависит от вида сжигаемого топлива: для бурых углей и горючих сланцев оно составляет менее 4%, каменных углей - 3...12%, а антрацита - 15...25%. Содержание несгоревших углеродистых частиц (НУЧ) в тонкодисперсных фракциях золы меньше, чем в грубодисперсных.

 

 Химический состав зол колеблется в зависимости от месторождения углей.

 

 Содержание основных оксидов в золах различных ТЭС находится в пределах: SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - З7...63%, АlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫОЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - 9...37%, FeЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - 4...17%, CaO - 1...32%, MgO - 0,1...5%, SOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - 0,05...2,5%, NaЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫO+KЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫO - 0,5...5%. Потери при прокаливании, характеризующие содержание в золе НУЧ, составляют 0,5...3%.

 

 Наиболее значительные по содержанию химические компоненты SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ и АlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫОЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ находятся преимущественно в стекловидной фазе, значительная часть SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - в форме кварца, а АlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫОЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - муллита (3AlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ2SOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ).

 

 Химический состав золы значительно изменяется даже при сжигании одного и того же топлива на одной электростанции. Средние значения химического состава золы каждой ТЭС обычно достаточно стабильны (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К.: Будiвельник, 1984). В таблице 1 приведен химический состав зол ТЭС Украины, работающих на донецком угле.

 

 Таблица 1. Химический состав зол от сжигания углей Донбасса, %

 

Электростанция

SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

АlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫОЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

FeO+FeЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

CaO

MgO

НУЧ, %

 

1

2

3

4

5

6

7

 

Луганская ГРЭС

 

37,4..53

19...24

6...13,5

2,4...4,0

0,7...2

20...26

Дарницкая ТЭС

 

48...57

16...22

6...13

2,4...4,0

0,2...1

8...20

Днепродзержинская ГРЭС

 

36...57

13...20

6...13

2...3

1,4...2

16...26

Запорожская ГРЭС

 

53...57

18...22

17...20

2...3

1,2...1,6

2...3,5

Змиевская ГРЭС

 

37...49

20...27

6...17

2,3...3,3

1,5...2,7

9...16

Зуевская ГРЭС

 

39...54

19...23

7...14

2,5...3,0

0,7...1,9

22...24

Краматорская ТЭЦ

 

48...56

16...24

13...16

2,6...3,4

1,8...2,6

18...28

Криворожская ГРЭС-2

 

43...56

13...24

12...20

1...4

1...2,5

18...27

Кураховская ГРЭС

 

48...55

20...27

10...17

1...4

1...2

2...10

Ладыжинская ГРЭС

 

48...56

22...26

9...14

1,3...3,2

1...5

1...13

Лисичанская ТЭС

 

52

12...25

11...14

3...5

0...4

1...4

Мироновская ГРЭС

 

41...53

21...31

6...12

2...5

0,7...2

1...15

Николаевская ТЭС

 

38...49

19...23

6...10

1,8...2

1,4...1,6

10...28

Одесская ТЭС

 

48,5

18,2

9,5

4,2

1,4

7...20

Приднепровская ГРЭС

 

47...56

18...25

14...20

2

1...1,6

14...26

Северо-Донецкая ТЭЦ

 

49...53

20...28

16...20

2

1,2

1...2

Славянская ГРЭС

 

47...54

21...28

8

2...5

1...2

1...9

Старобешевская ГРЭС

 

40...62

17...26

6...12

1,5...3

1,1...2

13...16

Трипольская ГРЭС

 

45,5

19,4

8,8

3,24

0,35

8...12

Углегорская ГРЭС

 

41...53

21...28

8...15

2...5

1...2

1,5...8

Харьковская ГРЭС-2

 

43...56

13...19

5...14

0,9...2,5

1,5..2,4

15...27

Херсонская ТЭЦ

 

37...49

18...20

4...15

1,5...2

1,0...1,1

18...33

Черкасская ТЭЦ

 

49...51

21...24

11...16

1,3...2

0,6...2,2

8...12

Черниговская ТЭЦ

 

52

23

12

4,3

0,9

18...40

Штеровская ГРЭС

 

56...59

20...26

9...13

1,4...1,8

0,7...1,1

5...10

 

 Важными показателями качества золы являются дисперсность и гранулометрический состав. Многочисленные исследования показывают, что прямой зависимости между этими двумя показателями нет.

 

 Дисперсность золы выражается удельной поверхностью, определяемой методом воздухопроницаемости, а также остатком на ситах при просеивании, этот показатель колеблется от 1000 до 4000 см/г, во многих случаях он приближается к удельной поверхности цемента. Золы, содержащие большее количество остатков несгораемого топлива, имеют более высокие значения удельной поверхности.

 

 Гранулометрический состав зол различен. Размер зерен находится в пределах 1...200 мкм (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К.: Будiвельник, 1984). Содержание фракций более 85 мкм не превышает 20%, 30...40 мкм - около 50%. Более крупные фракции золы образуются при повышенном содержании в минеральной части топлива оксидов плавней СаО и FeЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ.

 

 Дисперсность золы зависит от тонкости измельчения пылевидного топлива, с уменьшением последней увеличивается количество несгоревших частиц. Наиболее дисперсная зола улавливается электрофильтрами, при этом для различных полей электрофильтров гранулометрический состав золы изменяется.

 

 Различные фракции золы имеют различную истинную и среднюю плотность. Объясняется это различиями химико-минералогического состава и формы частиц. Плотность золы уменьшается с увеличением содержания коксовых частиц. Количество несгоревших частиц возрастает по мере увеличения крупности зерен. Так, в золе Приднепровской ГРЭС углеродистых частиц крупнее 85 мкм содержится 27%, а доля фракций мельче 60 мкм - около 9% (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К.: Будiвельник, 1984).

 

 Средняя насыпная плотность золы колеблется от 600 до 1100, истинная - от 1800 до 2400 кг/м.

 

 Для золы характерно значительное содержание частиц, имеющих мелкие замкнутые поры. Они являются результатом вспучивания расплавленной минеральной массы газами, выделяющимися при дегидратации глинистых минералов, диссоциации частиц известняка, гипса и органических веществ. Поры могут достигать 60% объема частиц золы. Высокое содержание микропор в золе обуславливает и высокое значение ее действительной удельной поверхности, измерения которой, выполненные по адсорбции азота (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К.: Будiвельник, 1984), показали, что она на порядок выше удельной поверхности цемента. С высокой удельной поверхностью золы связаны такие ее свойства, как адсорбционная способность, гигроскопичность, гидравлическая активность.

 

 Классификация зол и шлаков предложена А.В.Волженским и Б.Н.Виноградовым (см. Виноградов Б.Н. Влияние заполнителей на свойства бетона. М.: Стройиздат, 1979). В ее основе лежит принцип генезиса. В соответствии с этой классификацией, золы относятся к третьей группе материалов, полученных путем твердофазовых реакций и взаимодействием твердых фаз с расплавом. Они делятся на высококальциевые (СаО20%) и низкокальциевые (СаО20%). Для первых преобладающими являются кристаллические фазы, для вторых - стекло и аморфизованное глинистое вещество. Высококальциевые золы делятся на низкосульфатные (SOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ5%), полученные при сжигании угля и торфа, и сульфатные (SOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ5%) - при сжигании сланцев.

 

 По другой классификационной схеме золы, как и другие топливосодержащие отходы, принято делить (см. Элинзон М.П., Васильков С.Г. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1980):

 

 - по виду ископаемого топлива - на получаемые от обогащения и сжигания бурого и каменного угля, антрацитов, горючих сланцев и торфа;

 

 - по числу пластичности - на высоко-, средне-, умереннопластичные и непластичные;

 

 - по содержанию горючей части - малому (до 5%), среднему (5...20%), большому (более 20%);

 

 - по химическому составу - с высоким содержанием кислых оксидов и щелочей, оксидов кальция, магния и серы;

 

 - по степени плавкости - на тугоплавкие (температура плавления более 1400 °С), среднеплавкие (1250...1400 °С) и легкоплавкие (менее 1250 °С);

 

 - по интервалу размягчения (т.е. разности температур плавления и начала деформации образцов) - с коротким интервалом размягчения (менее 50 °С) и длинным (более 50 °С);

 

 - по степени вспучиваемости - на слабо- или совсем не вспучивающиеся, средне- и сильновспучивающиеся.

 

 Интегральной характеристикой химического состава зол служит модуль основности - (m) - отношение массовых долей основных оксидов к кислым.

 

 Для основных зол m0,9, кислых - m=0,6...0,9, сверхкислых - m0,6. В основных золах суммарное содержание СаО достигает 50%, а в сверхкислых - 12%. Последние являются наиболее распространенными.

 

 Принято деление зол по содержанию НУЧ, %, на 6 категорий:

 1 - до 5

 

 2 - 6...10

 

 3 - 11...15

 

 4 - 16...20

 

 5 - 21...25

 

 6 - более 25

 

 По значению удельной поверхности золы делят на тонко- (SЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ4000см/г), средне- (SЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ=2000...4000 см/г) и грубодисперсные (SЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ2000 см/г). При насыпной плотности менее 800 кг/м золы считаются легкими, 800...1000 - средней плотности и более 1000 кг/м - тяжелыми.

 

 Для характеристики зол как активных минеральных добавок существенной является их гидравлическая активность. Традиционными методами она определяется по поглощению извести из известкового раствора и способности зол проявлять вяжущие свойства при взаимодействии с гидратной известью.

 

 Предложено гидравлическую активность материалов определять с помощью микрокалориметрического метода по значению теплоты их смачивания в полярных и неполярных жидкостях с учетом коэффициента гидрофильности и ряда других параметров (см. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве. М.: Стройиздат, 1980).

 

 Требования к золам как активным минеральным добавкам обусловлены физико-химическим механизмом их влияния на процессы твердения и структурообразования бетона.

 

 Гидравлическая активность зол, как и других веществ пуццоланового типа, в значительной мере обусловлена химическим взаимодействием входящих в них оксидов кремния и аллюминия с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидролизе клинкерных минералов, с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. На гидравлическую активность зол существенно влияет скрытая теплота их расстекловывания, обнаруживаемая при дифференциально-термическом анализе. Гидратации зол способствует их стекловидная фаза, кристаллическая является практически инертной. Химическая активность зол непосредственно связана с их дисперсностью.

 

 Прочность цементов и бетонов с добавкою золы зависит от толщины затронутого химическими процессами поверхностного слоя зольной частицы (см. Элинзон М.П., Васильков С.Г. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1980).

 

 Различные факторы, в том числе дисперность золы, содержание стекла, влияют постольку, поскольку они ускоряют поверхностную коррозию зольных частиц, помещенных в цементный камень.

 

 Некоторые исследователи (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987) положительный эффект влияния золы на структурообразование бетона относят на счет эффекта мелких порошков, расширяющих свободное пространство, в котором осаждаются продукты гидратации, что ускоряет процесс твердения цемента.

 

 В соответствии с ГОСТ 25811-83, по виду сжигаемого угля золы подразделяют на:

 

 - антрацитовые, образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита, тощего каменного угля;

 

 - каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного (кроме тощего) угля;

 

 - буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля.

 

 В зависимости от области применения золу подразделяют на виды:

 

 1 - для железобетонных конструкций и изделий;

 

 2 - для бетонных конструкций и изделий;

 

 3 - для конструкций гидротехнических сооружений.

 

 А также на классы: для тяжелого (А) и легкого (Б) бетона.

 

 Удельная поверхность золы класса А должна быть не менее 2800 смЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ/г, а золы класса Б - в интервале 1500...4000. Остаток на сите N 008 для золы класса А не должен превышать 15% по массе.

 

 По химическому составу и влажности зола должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.

 

 Таблица 2. Требования к золе как добавке в бетоны

 

Показатель

 

Значение показателя для золы вида (класса)

I

II

III

(А и Б)

(А и Б)

(А)

Содержание SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ+AlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ+FeЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, % по массе, не менее, для золы:

 

- антрацитовой и каменноугольной

70

не нормируется

70

 

- буроугольной

 

50

не нормируется

50

Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ,% по массе, не более

 

3

3,5

3

Содержание свободного оксида кальция (СаО), % по массе, не более

 

3

5

2

Содержание оксида магния (MgO), % по массе, не более

 

5

5

5

Потери при прокаливании, % по массе, не более, для золы:

 

- антрацитовой

 

15

20

5

- каменноугольной

 

7

10

5

- буроугольной

 

5

5

3

Влажность, % по массе, не более

 

3

3

3

 

 ГОСТ 25811-83 требует, чтобы зола обеспечивала равномерность изменения объема смеси ее с цементом при испытании образцов кипячением в воде. Если обеспечивается равномерность изменения размера образцов при испытании их в автоклаве при давлении (2,1+0,1) МПа, допускается содержание в золе свободных оксидов кальция и магния в количествах, превышающих указанные в таблице 2.

 

Образцы считаются выдержавшими испытание, если значение их относительного удлинения не превышает: для бетона на портландцементе - 0,5%, шлакопортландцементе - 0,2%.

 

 Большинством зарубежных стандартов на золу также ограничиваются влажность, химический состав и дисперсность золы. Устанавливаемые при этом значения основных показателей изменяются в определенных пределах (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987): влажность не более 1...3%, потери при прокаливании - не более 5...12%, содержание SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - не менее 40...45%, SOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - не более 2,5...5%, дисперсность - не менее 1250...4250 смЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ/г.

 

 Во всех случаях, когда зола используется в бетонной смеси, приготовляемой на реакционноспособных заполнителях, должно учитываться содержание щелочей. Наличие НУЧ в золе вызывает повышение водопотребности бетонной смеси. Отрицательное влияние углеродистых частиц на прочность бетона уменьшается по мере увеличения длительности твердения. Установлено, что при использовании золы с содержанием углерода 2,9; 13,85 и 15,55% прочность бетонов к 18 месяцам твердения оказывалась практически одинаковой (см. Элинзон М.П., Васильков С.Г. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1980).

 

 Возможность применения золы при изготовлении бетонов рационально связывать не с содержанием НУЧ в золе, а с концентрацией их в золоцементном камне (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987). В этом случае представляется возможным применять золы с содержанием НУЧ до 20...25%.

 

 Составы бетонных смесей с добавкой золы

 

Подбор составов с добавкой золы должен заключаться в определении такого соотношения компонентов, при котором требуемые свойства бетонной смеси и бетона достигаются при минимальном расходе цемента.

 

 В бетонной смеси зола выполняет роль не только активной минеральной добавки, увеличивающей общее количество вяжущего, но и микронаполнителя, улучшающего гранулометрию песка и активно влияющего на процессы структурообразования бетона. Учитывая полифункциональный характер зольной добавки, введение ее лишь взамен части цемента или песка не позволяет решить задачу оптимизации составов.

 

 Уменьшение расхода цемента при введении золы целесообразно при излишней активности цемента, т.е. в тех случаях, когда марка применяемого цемента выше рекомендуемой. При использовании золы допускается снижение минимальной типовой нормы расходов цемента для неармированных бетонных изделий до 150, армированных железобетонных - до 180 кг/м, суммарный расход цемента и золы должен быть соответственно не менее 200 и 220 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ.

 

 Для определения количества золы при излишней активности цемента предложена расчетно-экспериментальная методика (см. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высш. шк., 1987). При близости нормальной густоты зольного и цементного теста и твердении бетона в нормальных условиях предполагается, что количество золы должно назначаться пропорционально проценту снижения излишней активности цемента.

 

 Если водопотребность золы превышает 30%, количество вводимой добавки, полученной расчетом на основе прямой пропорциональности, должно быть уменьшено использованием коэффициента

 

ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, (1)

 где ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- выход теста нормальной густоты на 1 г цемента, смЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- то же на 1 г золы.

 

 Выход теста ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫопределяется по формуле

 

ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, (2)

 где ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- истинная плотность цемента или золы, г/смЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- нормальная густота теста, доли единицы.

 

 По данной методике рекомендуется произвести подбор четырех составов бетона для окончательного установления дозировки золы с количеством золы на 5% меньше и больше расчетного. Дозировка золы, при которой требуемые свойства бетона обеспечиваются при наименьшем расходе цемента, принимается оптимальной. Если расход цемента наименьший при максимальной дозировке золы, то подбирают еще 1-2 состава бетона, увеличивая содержание золы на 5...10%. Главное положение, лежащее в основе данной методики, - пропорциональность расхода золы необходимому снижению активности цемента - является теоретически малообоснованным, что обусловливает существенные отклонения расчетных значений от полученных экспериментально.

 

 Предложена методика подбора составов бетона с учетом коэффициента эффективности ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫиспользования цемента (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987).

 

 При использовании золы

 

ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, (3)

 где ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- прочность бетона в заданном возрасте, МПа, ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- расход цемента, кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ.

 

 Значение ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫустанавливается эмпирическим путем. ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫдля пропаренных бетонов без золы в первые сутки с водовяжущим отношением в пределах 0,42...0,54 колеблется от 0,038 до 0,058, а при содержании золы 60% - от 0,067 до 0,12, для бетонов нормального твердения в возрасте 28 суток ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫвозрастает соответственно от 0,065...0,085 до 0,067...0,12 (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987).

 

 С целью получения равнопрочных бетонов при выбранном составе смешанного вяжущего расход цемента можно определить по формуле

 

ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ(4)

 Расход золы

 

ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, (5)

 где ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- массовая доля золы в смешанном вяжущем.

 

 В настоящее время экспериментального материала для подтверждения предложенного метода определения количества и состава цементно-зольного вяжущего недостаточно.

 

 В таблице 3 приведены наши данные о значениях ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫпри введении золы Ладыжинской ГРЭС в равноподвижные бетоны (осадка конуса ОК=4...5 см), изготовленные на портландцементе М 400 Каменец-Подольского цементного завода. Цемент содержал до 20% доменного гранулированного шлака, его нормальная густота 24...26%, средняя активность при пропаривании 25 МПа. В качестве мелкого заполнителя применен Днепровский кварцевый песок с модулем крупности 1,4...1,5. Крупный заполнитель - гранитный щебень, полученный смешиванием фракций 5...20 и 20...40 мм.

 

 Таблица 3. Влияние расхода золы на прочность бетона

 

Расход, кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

Прочность при сжатии, МПа

Коэффициент эффективности

 

Цемент

Зола

В/(Ц+З)

После пропаривания R’сж

Через 28 суток после пропаривания Rсж

Через 28 суток нормального твердения R’’’сж

 

R’cж/Ц

R’’сж/Ц

R’’’сж/Ц

150

 

-

1,12

4,4

6,4

7,8

0,029

0,043

0,052

150

 

50

0,87

9,7

11,6

11,4

0,065

0,077

0,076

150

 

75

0,78

11,6

14,0

10,6

0,077

0,093

0,072

150

 

100

0,70

14,2

14,9

12,5

0,095

0,099

0,083

150

 

125

0,63

14,4

16,1

15,6

0,096

0,107

0,104

150

 

150

0,58

15,7

16,6

14,7

0,105

0,110

0,098

150

 

175

0,54

15,6

16,8

15,3

0,104

0,112

0,102

150

 

200

0,50

16,1

17,3

16,6

0,107

0,115

0,111

250

 

-

0,72

8,5

12,5

13,3

0,034

0,050

0,053

250

 

50

0,60

11,5

15,4

13,9

0,046

0,062

0,056

250

 

100

0,52

24,0

26,6

24,2

0,096

0,106

0,097

250

 

150

0,45

26,1

29,1

25,4

0,104

0,116

0,102

250

 

200

0,40

27,0

29,6

26,6

0,108

0,118

0,106

370

 

-

0,45

29,1

37,7

34,5

0,079

0,102

0,098

370

 

75

0,40

37,9

46,0

47,1

0,102

0,124

0,127

370

 

100

0,38

38,2

43,7

44,6

0,103

0,118

0,120

370

 

125

0,37

33,9

38,0

32,3

0,092

0,103

0,087

370

 

150

0,35

40,8

43,7

39,5

0,110

0,118

0,106

370

 

175

0,35

35,0

39,2

33,4

0,095

0,106

0,090

370

 

200

0,33

37,8

37,6

34,2

0,102

0,101

0,092

 Химический состав и основные физические свойства золы Ладыжинской ГРЭС приведены в таблице 4.

 

 Таблица 4. Состав и свойства золы Ладыжинской ГРЭС

 

Показатель

По данным

 

ВТИ

НИС Гидропроект

ЦНИЛ ГлавКиевгорстрой

Химический состав, %

 

SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

56,3

 

54,43

55,3

TiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

1,1

 

1,4

AlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

25,1

 

26,6

22,34

РеЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

9,2

 

8,72

5,42

FeO

-

 

-

2,52

MgO

1,4

 

1,61

0,12

MnO

 

-

-

2,46

CaO

 

2,3

1,31

5,96

NaЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫO

1,4

 

0,64

0,75

KЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫO

2,7

 

3,84

2,46

SOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

0,5

0,31

0,38

PЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

-

-

0,33

 

Потери при прокаливании, %

 

1,6

0,53

0,24

Истинная плотность, г/смЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

-

 

2,32

-

Удельная поверхность, смЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

3432

 

3303

-

Остаток на сите N 008, %

 

-

18

-

Водопотребность при нормальной густоте теста, %

 

-

15

-

 

 Из таблицы 3 видно, что для всех исследованных бетонов существенное повышение ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫнаблюдается по мере увеличения расхода золы до 150 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ. Наиболее интенсивный рост ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫполучен при определении прочности пропаренных бетонов непосредственно после тепловой обработки. Относительно меньший прирост ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫхарактерен для бетонов нормального твердения и по мере повышения проектной марки бетона. Независимо от марки максимальное значение ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫпри введении золы достигает 0,1...0,12. Значение коэффициента для бетонов без золы марок 100...200 составляет примерно 0,03, в то время как для бетонов М300 и более оно превышает 0,07.

 

 В таблице 5 приведены рекомендованные номинальные составы бетона с добавкой золы, позволяющие обеспечить требуемые проектные марки бетонов как при нормальном твердении, так и при тепловой обработке. В последнем случае после пропаривания достигается 70%-ная отпускная прочность бетона.

 

 Таблица 5. Составы тяжелого бетона с добавкой золы

 

Марка бетона

Удобоукла- дываемость смеси

Цемент

Расход материалов на 1 мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, кг

 

Вода

М400

М500

Зола

Песок

Щебень фракции, мм

3...10

5...20

20...40

100

 

1...3см

200

-

-

710

-

540

800

150

1...3 см

 

150

-

150

570

-

400

970

160

150

 

3...5 см

240

-

-

700

-

500

800

165

3...5 см

 

200

-

150

570

-

400

880

180

200

 

3...5 см

290

260

-

600

-

560

800

165

3...5 см

 

225

200

150

490

-

400

960

180

200

 

20...40 см

265

250

-

710

1280

-

-

110

20...40 см

 

225

200

150

670

1250

-

-

105

200

 

7...9 см

360

330

-

620

-

1280

-

170

6...8 см

 

280

250

150

460

-

1330

-

180

300

 

4...6 см

350

290

-

530

-

510

800

170

5...7 см

 

340

310

150

400

-

400

940

180

300

 

7...9 см

420

380

-

540

-

1250

-

190

5...7 см

 

370

370

150

400

-

1300

-

180

300

1...3 см

 

330

300

-

530

-

1280

-

180

1...3 см

300

270

150

400

-

400

970

175

 

 Анализ приведенных составов показывает что введение золы позволяет экономить до 25% цемента в равнопрочных бетонах. При этом следует отметить, что нижний предел расхода цемента в бетонах с добавкой золы не менее 150 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, установленный по СНиП 5.01.12-85, может быть уменьшен. В примерных составах тяжелого бетона, рекомендованных НИИЖБ и ПромстройНИИпроектом (см. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций. НИИЖБ. М., 1986), при введении 150 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ золы, применении гранитного щебня крупностью 10...20 мм и мелкозернистого кварцевого песка в условиях тепловой обработки для смесей с осадкой конуса 2...5 см установлен расход портландцемента 115...130 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, а с жесткостью 30...60 с (по техническому вискозиметру) - 90...100 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ. О существенном запасе прочности в бетонах с проектной маркой 100 при расходе портландцемента М 400 150 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ и введении золы можно судить и по нашим данным (таблица 6) (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987.).

 

 Таблица 6. Рост прочности бетона с добавкой золы

 

Расход материалов, кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

Прочность при сжатии, МПа

 

Цемент

Зола

Песок

Щебень фракции 5...20 мм

Вода

ЛСТ

Нормальное твердение, сут.

 

Пропаривание

28

90

180

После пропаривания

 

28 сут.

104

 

-

635

1310

160

-

13,5

17,1

17,9

150

 

150

600

1240

155

0,2

18,5

20,8

24,1

198

 

-

645

1340

158

0,2

15,3

19,5

20,8

150

 

150

620

1280

160

0,2

19,5

27,9

30,8

200

 

-

650

1350

165

0,2

17,6

24,2

23,9

150

 

150

600

1240

165

-

-

-

-

20,5

22,6

200

 

-

650

1340

178

-

-

-

-

10,4

15,8

150

150

630

1280

160

-

-

-

-

 

17,5

19,1

 Примечания: активность портландцемента 40,2 МПа

 

 Влияние золы на строительно-технические свойства бетона

 

 Введение в бетонную смесь золы, в отличие от других активных минеральных добавок, обычно не ухудшает, а улучшает удобоукладываемость. Уже первыми исследователями было установлено, что зависимость подвижности бетонной смеси от содержания в смеси золы имеет экстремальный характер, и оптимальное содержание ее должно быть не более 30% массы вяжущего (см. Элинзон М.П., Васильков С.Г. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1980). На пластифицирующий эффект золы влияет форма, состояние поверхности частиц, их дисперсность. Удобоукладываемость бетонной смеси улучшается при введении золы за счет остеклованной поверхности слагаемых ее частиц, которые уменьшают внутреннее трение в бетонной смеси и снижают вязкость.

 

 Ряд исследователей считают, что шарообразные частицы золы могут рассматриваться как твердые шарикоподшипники, они действуют в смеси аналогично тому, как пузырьки эмульгированного воздуха при использовании воздухововлекающих добавок оказывают пластифицирующее воздействие на бетонную смесь, являясь своеобразными воздушными шарикоподшипниками. Более крупные фракции содержат больше НУЧ, обладающих повышенным водопоглощением, и частиц неправильной формы (см. Люр Х.П., Эфас Я. Влияние гранулометрического состава зол с низкими потерями при прокаливании на рост прочности бетона. // Шестой Международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1976. Т.3. С.103-112). Поэтому водопотребность при использовании зол повышенной дисперсности существенно снижается.

 

 Повышение дисперсности зол и снижение их водопотребности могут быть достигнуты отбором их из последних ступеней электрофильтров или помолом, разрушающим входящие в них органоминеральные агрегаты. Уменьшение водопотребности золы при помоле объясняется уменьшением количества капиллярной воды, удерживаемой агрегированными частицами, что ведет к более значительному эффекту, чем возрастание количества адсорбированной пленочной воды по мере увеличения удельной поверхности.

 

 Введение золы способствует снижению водоотделения бетонной смеси (см. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве. М.: Стройиздат, 1980). Пластифицирующая и водоудерживающая способность золы обусловливает перспективность ее применения в легких бетонах.

 

 Бетонные смеси с оптимальной добавкой золы имеют достаточно высокую жизнеспособность и пригодны для транспортирования на дальние расстояния (см. Смит А.Э. Современный подход к применению золы-уноса в бетоне. // Технология товарной бетонной смеси. М.: Стройиздат, 1981. С.18-24).

 

 Вместе с тем существует мнение (см. Стольников В.В. Использование золы-уноса от сжигания пылевидного топлива на тепловых электростанциях. Л.: Энергия, 1989), что повышенное содержание золы способствует ускорению сроков охватывания.

 

 Влияние золы на прочность бетона зависит от ее свойств и дисперсности, содержания и химико-минералогического состава цемента, возраста и условий обработки бетона. Для оценки влияния золы на прочность бетона введено понятие цементирующей эффективности, которое характеризуется коэффициентом ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ(см. Смит А.Э. Современный подход к применению золы-уноса в бетоне. // Технология товарной бетонной смеси. М.: Стройиздат, 1981. С.18-24). При прогнозировании прочности бетона предложено находить приведенное цементно-водное отношение по формуле

 

ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, (6)

 где ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- расход цемента в золосодержащем бетоне; ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- расход воды; ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- массовая доля золы в смешанном вяжущем.

 

 По данным работы (см. Смит А.Э. Современный подход к применению золы-уноса в бетоне. // Технология товарной бетонной смеси. М.: Стройиздат, 1981. С.18-24), ни содержание углерода, ни удельная поверхность не могут быть использованы для оценки ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫзолы. Золы, имеющие самые низкие значения удельной поверхности и различное содержание углерода, показали наиболее высокие значения коэффициента ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ. В целях определения значения ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫможно установить для данного цемента экспериментальную зависимость ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, затем по значениям прочности бетона с добавкой золы определить ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ. Нами совместно с И.Г.Пресманом в лаборатории треста Южатомэнергострой установлено, что значение коэффициента ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫколеблется от 0,2 до 0,4 (при использовании портландцемента Каменец-Подольского цементного завода и золы Ладыжинской ГРЭС).

 

 Определив значение ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫи задав оптимальное содержание золы с известным ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, можно найти требуемое ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫзолосодержащих бетонов и проектировать их составы. Для достижения одинаковой удобоукладываемости требуется (см. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций. / НИИЖБ. М., 1986), чтобы отношение объема свободной воды, взятой сверх количества, необходимого для придания порошкам золы и цемента консистенции нормальной густоты, к объему всего вяжущего у сравниваемых бетонных смесей было одинаково. Кроме того, в смесях одинаковой удобоукладываемости должно быть одинаковым отношение объемов теста на основе цементно-зольного вяжущего и заполнителя.

 

 Наиболее благоприятно влияние добавки золы на прочность бетона при относительно небольшом расходе вяжущего. Это обусловлено заметным снижением водопотребности тощих бетонных смесей при замене части цемента золой. Введение золы Красноярской ТЭЦ в бетоны с расходом вяжущего 150...160 кг/м привело к повышению прочности бетона даже в начальные сроки твердения, в более жирных бетонах эффект оказался значительно слабее (см. Стольников В.В. Использование золы-уноса от сжигания пылевидного топлива на тепловых электростанциях. Л.: Энергия, 1989).

 

 Большинство исследователей отмечают положительное влияние повышения дисперсности золы на прочность бетона. Установлено, что активность золы существенно повышается при доведении размеров ее частиц до 5...30 мкм (см. Ковач Р. Процессы гидратации и долговечности зольных цементов. // Шестой Международный конгресс по химии цементов. М.: Стройиздат, 1976. Т.3. С.91-102; Кокубу И.М. Зола и зольные цементы. // Пятый международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1973. С.405-416). Произведение удельной поверхности золы на содержание в ней стекловидной фазы близко к коэффициенту ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫв формуле Фере, с которым прямо пропорционально связана прочность бетона. В соответствии с формулой Фере, прочность бетона на сжатие в возрасте 28 суток рассчитывается так:

 

ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, (7)

 где ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- объем цемента; ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- объем воды; ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ- объем воздуха.

 

 Исследовав прочность растворов из цементов, полученных смешиванием клинкера и золы, измельченных до значений удельной поверхности 2500...6400 и 3000...8000 см/г, М. Венюа установил необходимое соответствие между гранулометрическим составом золы и тонкостью помола клинкера (см. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве. М.: Стройиздат, 1980). Наиболее значительно повышение дисперсности золы сказывается на прочности бетона в раннем возрасте.

 

 По сравнению с раздельным помолом лучшие результаты получены (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987) при совместном измельчении цемента и золы. Бетон на вяжущем с 30% золы Ангарской ТЭС с удельной поверхностью 5000 смЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ/г в возрасте 28 суток имел более высокую прочность при сжатии и растяжении, чем бетон на портландцементе без добавки. Даже при замене золой 40% цемента прочность бетона через 28 суток была близка к прочности бетона без добавки, а через 60 - практически сравнялась с ней.

 

 Совместный помол позволил обосновать возможность получения трехкомпонентного вяжущего (цемент - 35%, зола - 25%, шлак - 40%), прочность которого через 60 суток составляет при сжатии - 84%, при растяжении - 90% прочности бетона на цементе без добавок (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987).

 

 Значительный эффект от повышения дисперсности наблюдается после тепловлажностной обработки бетона, который к 28-суточному возрасту ослабляется (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К.: Будiвельник, 1984).

 

 Характерно, что влияние дисперсности золы на прочность бетона проявляется сильнее, чем цемента. Это обусловлено заметным пластифицирующим эффектом тонких фракций золы на бетонные смеси, несмотря на увеличение нормальной густоты золосодержащих элементов.

 

 При значениях водоцементного отношения, принятых для испытания цементов, достаточно выраженная зависимость между дисперсностью зол и прочностью растворов не обнаруживается (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987). Этот эффект позволил сделать вывод, что тонкость помола золы должна быть достаточной для разрушения или обдирания стекловидной оболочки на поверхности частиц (см. Ковач Р. Процессы гидратации и долговечности зольных цементов. // Шестой Международный конгресс по химии цементов. М.: Стройиздат, 1976. Т.3. С.91-102).

 

 Для достижения высокой прочности золосодержащих бетонов определенное значение имеет химико-минералогический состав клинкера. В раннем возрасте росту прочности бетона способствует повышенное содержание в клинкере щелочей, ускоряющих химическое взаимодействие золы и цемента (см. Кокубу И.М., Ямада Д. Цементы с добавкой золы. // Шестой международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1976. Т.3. С.83-94). В более позднем для проявления пуццолановой реакции золы предпочтительны цементы с повышенным содержанием алита, которые при гидролизе образуют значительное количество Са(ОН)ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ. Благоприятна добавка зол к бетонам на портландцементах с высоким содержанием минералов - силикатов (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987). Показано, что при замене 30% Сухоложского портландцемента золой увеличение прочности пропаренных бетонов составляло 40%, в то время как прочность пропаренных бетонов на цементах с меньшим содержанием силикатов оставалась на уровне прочности бетонов без золы. Также доказано, что близкими по свойствам к бетонам на клинкерных цементах в условиях тепловлажностной обработки являются бетоны на известково-зольном вяжущем. В состав последнего входит 20% портландцемента или 30% шлакопортландцемента, 16% извести-кипелки, 4% гипса и 50...60% воды. При пропаривании тяжелые бетоны на вяжущем указанного состава с расходом 400...430 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ имеют прочность 3,5...30 МПа.

 

 Для пропаренных золосодержащих бетонов важен выбор оптимальных режимов тепловлажностной обработки, который должен производиться с учетом особенностей золы и применяемого цемента. В общем случае при использовании смешанных вяжущих, содержащих золу или шлак, предпочтительны высокотемпературные режимы пропаривания. В опытах A.M.Сергеева (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К.: Будiвельник, 1984) прочность золосодержащего бетона, пропаренного при 95 °С, на 12...15% превышала прочность бетона, пропаренного при 80 °С. Повышение температуры позволило на 1...2 часа сократить время тепловой обработки.

 

 Для бетонов с добавкой золы характерен сравнительно интенсивный рост прочности в поздние сроки твердения. По данным японских исследователей (см. Кокубу И.М., Ямада Д. Цементы с добавкой золы. // Шестой международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1976. Т.3. С.83-94), прочность при сжатии бетонов, содержащих 190 и 240 кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ цемента и 30%-ную добавку золы, в 10-летнем возрасте соответственно в 1,44 и 1,43 раза превышает прочность бетона в возрасте 3 месяцев. Отмечается возможность и более интенсивного роста прочности при сжатии. При испытании кернов из бетонного дорожного покрытия, в котором 30% цемента заменено золой, наблюдалась прочность при сжатии 37 МПа через 3 месяца и 61 МПа - через 9,5 лет.

 

 В таблице 7 нами приведены данные о росте прочности бетонов нормального твердения, изготовленных на портландцементе Каменец-Подольского завода с добавкой золы Ладыжинской ГРЭС.

 

 Таблица 7. Интенсивность роста прочности бетонов во времени

 

Расход, кг/мЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ

Прочность при сжатии, МПа.

Относительное возрастание прочности по сравнению с прочностью бетона в возрасте 28 суток

 

Цемент

Зола

 

28 суток

90 суток

180 суток

198

 

-

153

195/1,27

208/1,35

150

 

150

195

279/1,43

308/1,58

230

 

-

187

234/1,25

305/1,63

200

 

100

229

288/1,26

350/1,53

320

 

-

286

384/1,34

413/1,44

270

 

100

239

347/1,45

420/1,76

400

 

-

376

488/1,3

510/1,36

350

 

100

379

465/1,23

482/1,27

 

 Из таблицы видно, что в период 28...180 суток интенсивность роста прочности при сжатии золосодержащих бетонов примерно такая же (или выше), как у бетонов, не содержащих золу.

 

 В некоторых работах отмечается, что при длительном твердении интенсивно растет прочность золосодержащих бетонов при растяжении и изгибе. Образцы в виде стержней и брусков, вырезанных из опытной бетонной кладки, показали прочность при изгибе золосодержащих бетонов через 3 месяца - 80%, а через 10 лет - 150% прочности контрольного бетона. У бетонов с золой, как и с другими активными минеральными добавками, более высокое отношение прочности на растяжение к прочности на сжатие (см. Кокубу И.М., Ямада Д. Цементы с добавкой золы. //Шестой международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1976. Т.3. С.83-94).

 

 Для золосодержащих бетонов значительный эффект дает введение добавок ПАВ и ускорителей твердения. Пластифицирующие ПАВ оказывают дефлокулирующее действие на высокодисперсные золы, склонные к агрегированию. Доля флокул в золе составляет 10...15%, и они поглощают на каждые 100 кг 6...9 л воды.

 

 Представляет интерес влияние на прочность бетона добавок ускорителей твердения, в частности хлорида кальция. В работе А.М.Сергеева (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К.: Будiвельник, 1984) отмечается, что введение 1,2...1,5% хлорида кальция от массы смешанного вяжущего позволило увеличить прочность золосодержащего бетона в 7-суточном возрасте на 18...25%, а в возрасте 28 суток - на 10...15%.

 

 Замещение части цемента золой приводит к уменьшению усадочных деформаций бетона (см. Иванов И.А. Легкие бетоны на основе зол электростанций. М.: Стройиздат, 1986), которое проявляется при снижении водопотребности бетонной смеси. Уменьшение усадки объясняется тем, что зола адсорбирует из цемента растворимые щелочи и образует устойчивые, нерастворимые алюмосиликаты (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К.: Будiвельник, 1984).

 

 Зола способствует повышению сульфатостойкости цементных бетонов так же, как и другие активные минеральные добавки. Результаты десятилетних испытаний показали (см. Кокубу И.М. Зола и зольные цементы. // Пятый международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1973. С.405-416), что бетон, содержащий зольный цемент, более стоек к цементорастворимой щелочи и образует устойчивые, нерастворимые алюмосиликаты (см. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. К: Будiвельник, 1984).

 

 Наиболее значительное улучшение сульфатостойкости отмечалось для бетонов на портландцементе с высоким содержанием СЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫА. В опытах В.В.Стольникова (см. Стольников В.В. Использование золы-уноса от сжигания пылевидного топлива на тепловых электростанциях. Л.: Энергия, 1989) коэффициент стойкости цемента после 6 месяцев воздействия раствора составлял 0,33, в то время как при добавлении золы он превышал 1, что свидетельствует о полном отсутствии коррозии образцов. Наилучшие результаты отмечены для бетонов при введении зол с наибольшим содержанием SiOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ+AlЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫOЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ, т.е. наиболее кислых по химическому составу. Введение золы не позволило добиться повышения стойкости бетонов при сульфатно-магнезиальной агрессивности и агрессивности выщелачивания. Незначительно отражается добавка золы на стойкости бетона к углекислой, общекислой и магнезиальной агрессии.

 

 По рекомендации НИИЖБ (см. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций. / НИИЖБ. М., 1986), при использовании в бетонной смеси реакционноспособных заполнителей, содержащих опал, халцедон, кремниевые сланцы, вулканические туфы и т.п., зола может быть применена лишь в том случае, если суммарное содержание щелочных оксидов в вяжущем в пересчете на NaЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫO будет не более 0,6% по массе. В золах сухого отбора обычно содержится 1...5% щелочных оксидов, использование их в соответствии с рекомендациями возможно при добавке в практически бесщелочные цементы. В то же время ряд исследований показал, что замещение цемента всеми видами золы уменьшает взаимодействие между щелочами и заполнителями. В работе (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987) верхний допустимый предел возможного суммарного содержания щелочных оксидов в цементно-зольном вяжущем рекомендуется 1,5%.

 

 Снижение расхода цемента при введении в бетонную смесь золы приводит к уменьшению тепловыделения бетона и его разогреву в начальный период. Детальные исследования применения зольных цементов в гидротехнических бетонах показали, что тепловыделение в бетоне на цементах с 25% золы Иркутской и Красноярской ТЭЦ оказалось на 15...25% ниже тепловыделения бетона на цементе без добавок (см. Стольников В.В. Использование золы-уноса от сжигания пылевидного топлива на тепловых электростанциях. Л.: Энергия, 1989).

 

 Анализ показал, что введение в состав цементов или непосредственно в бетонные смеси значительного количества минеральных добавок для уменьшения тепловыделения оправдан лишь в тех случаях, когда они не вызывают повышения водопотребности. К таким добавкам, наряду с доменным шлаком, относится зола.

 

 Зола, как и другие активные минеральные добавки, при умеренном содержании в бетонной смеси повышает водонепроницаемость бетона. Коэффициент водонепроницаемости бетона в возрасте 6 месяцев, у которого 30% цемента замещено золой, равен 1/5, а при замещении 50% цемента - уменьшается до 1/12 (см. Кокубу И.М., Ямада Д. Цементы с добавкой золы. // Шестой международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1976. Т.3. С.83-94).

 

 Исследование бетона, приготовленного на цементно-зольном вяжущем с 40% золы, показало, что в возрасте 28 суток марка бетона по водонепроницаемости W9, а в возрасте 180 суток - W11. Бетоны, приготовленные на вяжущем с добавкой 60% и 70% золы, имели марку по водонепроницаемости W2 и W1 в возрасте 28 суток и, соответственно, W8 и W3 в возрасте 180 суток. Значительно повысило водонепроницаемость введение в бетон воздухововлекающей добавки СНВ и хлористого кальция. Наиболее эффективным оказалось совместное введение двух добавок. Водонепроницаемость бетона в этом случае повысилась уже в возрасте 28 суток до W12.

 

 К отрицательным последствиям введения золы в бетонную смесь можно отнести снижение стойкости к истиранию и кавитации.

 

 Добавка золы в бетон не рекомендуется при производстве работ в осенне-зимний период методом термоса, так как она замедляет твердение бетона при низких температурах. При строительстве в районах с жарким и сухим климатом уход за бетоном, имеющим в своем составе золу, должен быть более длительным, чем в районах с умеренным климатом (см. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций. / НИИЖБ. М., 1986).

 

 В соответствии с рекомендациями ВНИИГ, в бетоны, к которым предъявляются требования по морозостойкости выше F50, а также в подвергаемые попеременному увлажнению и высушиванию, введение золы допускается после проведения специальных исследований. В рекомендациях НИИЖБ также не отвергается применение золы для морозостойких бетонов, но требуется необходимое экспериментальное обоснование.

 

 Для выяснения причин понижения морозостойкости бетонов при введении в них добавок золы были проведены специальные исследования по изучению структуры цементного камня (см. Горчаков Г.И., Набоков А.Б., Притула С.Ф. Структура и морозостойкость гидротехнического бетона с добавкой золы-уноса ТЭС. // Материалы конф. и совещаний по гидротехнике. Л.: Энергия. 1978. Вып.118. С.80-85) с применением золы Ладыжинской ГРЭС. Установлено, что при дозировке золы 30...40% массы смешанного вяжущего наблюдается резкое увеличение капиллярного подсоса и водопоглощения, особенно в начальные сроки испытаний, что свидетельствует о повышении абсолютного объема открытых капиллярных пор, заполнение которых водой происходит под действием сил гидростатического давления; при этом общая пористость хотя и возрастает, но в значительно меньшей степени. Измерения показали, что при замене цемента золой существенно уменьшается объем контракционных пор. По мере возрастания содержания золы соотношение между капиллярной и контракционной пористостью меняется. Капиллярное водопоглощение с добавлением к цементу золы повышается примерно на 10...20% на каждые 10% добавки золы.

 

 Степень снижения морозостойкости бетонов при введении в них зол различна и зависит от их характеристик. К значительному разбросу основных физико-механических свойств бетона, в том числе и морозостойкости, приводят неоднородность состава и свойства золы.

 

 Значительное повышение морозостойкости золосодержащих бетонов достигается введением добавок ПАВ. Так, для обеспечения проектной морозостойкости бетона сооружений Днестровского гидроузла, содержащего 20...30% золы Ладыжинской ГРЭС, была введена добавка ЛСТ в количестве 0,2% массы цемента. Прочность образцов из обычных и золосодержащих бетонов после 200 циклов замораживания в этом случае оказалась одинаковой. В работе Г.И.Горчакова, А.Б.Набокова и С.Ф.Притулы (см. Горчаков Г.И., Набоков А.Б., Притула С.Ф. Структура и морозостойкость гидротехнического бетона с добавкой золы-уноса ТЭС. // Материалы конф. и совещаний по гидротехнике. Л.: Энергия. 1978. Вып.118. С.80-85) наилучшие результаты получены за счет применения комплексных поверхностно-активных добавок, содержащих пластифицирующий (ЛСТ) и гидрофобизирующий (кубовые остатки синтетических жирных кислот) компоненты в соотношении 1:1 (по массе).

 

 Известно, что бетоны на основе композиционных клинкерных цементов (шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента) обеспечивают щелочность межфазной жидкости в бетоне, достаточную для пассирования стали. Однако такие бетоны быстрее карбонизируются, чем на портландцементе. Этот вывод справедлив также для бетонов на портландцементе, но с введением добавки золы. Результаты многолетних исследований показали, что при замещении 30% цемента золой карбонизация бетона протекает на значительно большей глубине по сравнению с бетоном без золы. Доказано, что между ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫи средней глубиной карбонизации существует линейная зависимость. В ходе опытов, проведенных японским обществом инженеров-строителей (см. Кокубу И.М. Зола и зольные цементы. // Пятый международный конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1973. С.405-416), большое количество образцов золосодержащего бетона с арматурными стержнями хранилось в естественных условиях на воздухе, в том числе в районах с суровой зимой, на морском побережье, в пресной воде и т.д. Одновременно проводилось исследование портовых сооружений, построенных 5...13 лет назад из бетона с добавкой золы. Установлено, что глубина карбонизации в бетоне обратно пропорциональна его прочности в момент начала атмосферного воздействия.

 

 Испытания бетонов длительными нагрузками показали (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987), что введение золы значительно снижает ползучесть бетона. Так, при испытании в течение 240 суток ползучесть бетона с добавками золы оказалась на 34,5% ниже показателя контрольного бетона. При введении добавки ПАВ деформации ползучести золосодержащих бетонов мало отличаются от деформаций бетонов без золы. После испытаний бетона с ЛСТ в течение 300 суток ползучесть при отсутствии добавок золы составила 59,2·10ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ и 59,5·10ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ - при 20% золы.

 

 Исследованиями выявлено (см. Дворкин Л.И., Пресман И.Г. Использование золы-унос ТЭС для приготовления бетонов и растворов при строительстве АЭС. // Информэнерго. М., 1987), что золы снижают коэффициент линейного температурного расширения растворной части бетона в воздушно-сухом состоянии, приближая его к значениям, которые характерны для заполнителей. Так, при температуре 20 °С коэффициент линейного расширения для обычных растворов равен 8,8, растворов с 25% золы и добавкой ПАВ - 5,8, гранита - 3,8. Эти данные показывают, что ведение золы в бетон повышает его термическую трещиностойкость.

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.