ШЛАКОБЕТОНЫ ПОВЫШЕННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

 

Гилязидинова Н.В., Санталова Т.Н., Рудковская Н.Ю.

(КузГТУ, г.Кемерово, РФ)

 

In article research of different concrete mixes on breeze aggregates is described. This structure is used for improve longevity of concrete. Absorption test, freeze-thaw durability, sulphate resistance for different grades of concrete are described.

 

Современный уровень развития строительного комплекса диктует усовершенствования такого высокофункционального материала как бетон. Постоянно разрабатываются новые материалы и неожиданные способы комбинирования старых, но строители не должны забывать, что результатом их труда являются объекты долговременного пользования, поэтому следует обеспечить на длительный срок эксплуатации зданий или сооружений необходимый ресурс долговечности с минимальными ремонтами.

К бетонным и железобетонным конструкциям предъявляют повышенные требования по прочности на сжатие и растяжение при статических и  динамических нагрузках. Кроме того, железобетонные конструкции часто работают в условиях действия агрессивных сред, поэтому бетон должен обладать повышенной водонепроницаемостью и сопротивляться различным видам агрессии. Наиболее полно предъявленным требованиям отвечают бетоны на шлаковых заполнителях.

Кузбасским государственным техническим университетом разработаны составы тяжёлых бетонов классов В7,5-В35 на мелких и крупных заполнителях из смеси топливных и доменных шлаков Кузнецкого и Западно-Сибирского металлургических комбинатов.

Результаты исследования кузнецких доменных шлаков показали, что они состоят из 85-90% застеклованных мелких частиц и 10-15% закристаллизованных частиц с размерами пор от долей до 5 мм. Такие шлаки относятся к кислым, при обычных температурах (15-25^оС) почти не проявляют активности при взаимодействии с водой, но при воздействии на них механических, химических и тепловых факторов становятся активными. В результате в зоне контакта образуются взаимопрорастающие кристаллы, повышающие прочность и однородность системы в целом. Всё это даёт основание считать, что доменный шлак может являться активным заполнителем бетона, улучшающими его структурное качество и прочностные характеристики. В сравнении с аналогичными бетонами на природных заполнителях они требуют меньшего удельного расхода вяжущего и в тоже время отличаются повышенной водонепроницаемостью, морозостойкостью, сопротивляемостью сульфатной агрессии и действию высоких температур.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что шлаковый бетон оптимальных составов на заполнителях из доменных шлаков при расходе цемента до 400 кг/м³ имеет среднюю плотность 2300-2500 кг/м³ и прочность на сжатие от 15 до 55 МПа, что указывает на высокое качество его структуры. Прочность пропаренного шлакобетона выше на 11-20%, чем бетонов с другими обогащающими добавками. А введение в бетон на шлаковом щебне химических добавок 0,15-0,20% ЛСТМ от массы цемента снижает водопотребность смеси на 15-20%, улучшает структуру и стойкость бетона.

Для определения долговечности шлакобетона в ходе исследований определялось водопоглащение, морозостойкость и сульфатостойкость бетонов различных марок и составов. Показатели долговечности бетона приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Показатели долговечности бетонов

Вид тяжёлого бетона	Класс бетона по прочности на сжатие	Показатели долговечности
		Марка по морозостойкости	Марка по водонепроницаемости	Сульфато- стойкость (коэффициент стойкости, Кс)
Бетон на природных заполнителях	В7,5-В10 В15-В20 В25-В30	F25 F100 F200	W2 W4 W4	0,82 0,88 1,1
Бетон на шлаковом щебне, гранулированном шлаке и золошлаковой смеси	В7,5-В10 В15-В20 В25-В30	F50 F200 F300	W4 W6 W10	1,31 1,49 1,72
Бетон на отвальном шлаке и золошлаковой смеси	В7,5-В10 В15-В20 В25-В30	F50 F200 F400	W4 W6 W10	1,21 1,51 1,68
Бетон на природном гравии и золошлаковой смеси	В7,5-В10 В15-В20 В25-В30	F75 F100 F200	W2 W4 W6	1,25 1,48 1,45

 

Морозостойкость шлакобетонов различных составов изучалась на кубиках размером 100×100×100 мм, выдержанных после пропаривания в течении 28 суток по ускоренной методике, имитирующей цикличное воздействие замораживания-оттаивания. Оно основано на том, что насыщенный раствор сернокислого натрия проникая в поры материалов, при высушивании переходит в перенасыщенный и начинает кристаллизоваться. Эти кристаллы, увеличиваясь в объёме, давят на стенки пор, вызывая в них напряжение растяжения. Если эти напряжения превышают предел прочности материала, то стенки его начинают разрушаться, это и вызывает разрушение всего образца, которое всегда начинается с поверхности (углы, рёбра и т.д).

Как видно из таблицы, морозостойкость бетонов низких классов на природном щебне и песке из шлаков ТЭС (золошлаковая смесь), как и на заполнителях из доменных шлаков В7,5-В10 незначительна – эти бетоны могут применяться в климатических условиях Кузбасса для конструкций II класса по степени ответственности в условиях воздушно-влажностного состояния.

С ростом прочности морозостойкость бетонов увеличивается – они становятся пригодными для применения в конструкциях I класса по степени ответственности. Морозостойкость бетона на заполнителях из доменных шлаков, как и следовало ожидать, выше морозостойкости аналогичных классов бетона на природном гравии (щебне) и песке из золошлаковой смеси. Это объясняется структурным качеством заполнителей и бетона на их основе. Можно утверждать, что морозостойкость бетонов на заполнителях из доменных шлаков на 1-2 марки выше, чем у аналогичных тяжёлых бетонов.

Водопоглощение исследуемых составов бетонов составило 3,9…4,5%, то есть оно не превышает аналогичных оптимальных характеристик плотного тяжёлого бетона на природных заполнителях – 4,5…5%. Это позволяет считать, что долговечность шлакобетонов не уступает долговечности известных составов тяжёлого бетона. Как видно из указанной таблицы, высокая водонепроницаемость шлаковых бетонов классов В15-В35 колеблется от W6 до W10, что позволяет использовать их в конструкциях, подверженных действию напорных вод.

Сульфатостойкость бетона определялась на образцах кубов размером 100×100×100 мм. Образцы выдержанные 24 часа в нормальных условиях помещали в воду, выдерживали 14 суток, затем погружали в 5%-ый раствор Na₂SO_4,а часть испытывали для определения растяжения при раскалывании. Испытание образцов, находящихся в агрессивном растворе проводили через 14,70,126 суток, определяли коэффициент стойкости (К_с). Образцы считаются выдержавшими испытание, если в возрасте 126 суток К_с более 0,8.

Как видно из указанной таблицы, тяжёлый бетон на шлаковых заполнителях (после испытаний в течении 126 суток) обладает достаточно высокой стойкостью к сульфатной агрессии снижение прочности образцов не превышало 8%. Она связана с образованием и накоплением в бетоне малорастворимых солей гипса и гидросульфоалюмината, который при переходе в твёрдую фазу расширяются и разрушают бетон.

Следовательно, можно сделать вывод, что исследуемые составы бетонов могут быть использованы в условиях сульфатной агрессии, встречающихся на многих промышленных предприятиях.

Результаты испытаний стойкости тяжёлого бетона на шлаковом щебне к действию продуктов жизнедеятельности животных, показывают, что в отличие от бетонов на природных заполнителях он обладает высокой стойкостью к коррозии. Это подтверждает целесообразность его применения для изготовления конструктивных элементов сельскохозяйственных зданий и сооружений.

Опираясь на проведённые исследования, можно утверждать, что бетоны на смеси топливных и доменных шлаках не имеют ограничений по области применения. Их можно использовать для изготовления несущих и ограждающих конструкций жилых, гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий повышенной долговечности.