13.5. Сульфатно-шлаковые вяжущие

Основной компонент вяжущего — шлак, к которому в качестве сульфатного возбудителя добавляют двуводный, полуводный гипс или ангидрит, а в качестве щелочного возбудителя — обожженный доломит, известь или портландцемент. Для производства бетонных и железобетонных изделий, а также растворов низких марок применяют два вида сульфатно-шлаковых вяжущих: гипсошлаковое и шлаковое бесклинкерное.

Гипсошлаковое вяжущее.Гипсошлаковым вяжущим (ГШВ) называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного или раздельного (с последующим тщательным смешением) помола гранулированного доменного шлака, гипса и портландцементного клинкера (или извести). Содержание компонентов в вяжущем в зависимости от коэффициента активности шлака колеблется в следующих пределах: шлака 80— 85 %, двуводного гипса или ангидрида 10—15 %, портландцементного клинкера до 5 % или извести около 2 %. Состав ГШВ подбирается экспериментальным путем; дозирование компонентов должно строго контролироваться, так как сравнительно небольшие колебания в содержании компонентов в смеси могут значительно снизить качество вяжущего. Гранулированный шлак перед помолом необходимо сушить.

Введение сульфатсодержащего компонента (гипса) способствует ускорению растворения в воде затворения алюминатов кальция при пониженном содержании СаО в растворе в результате образования с ним гидросульфоалюмината, кристаллизующегося из раствора. Путем снижения концентрации этих веществ в раствор переходят новые порции гидроалюмината и гипса. Образование гидросульфоалюмината из водного раствора в начальные сроки сопровождается образованием мелких кристаллов эттрингита, которые активно участвуют в построении первичного каркаса в твердеющей системе, способствуют росту ее прочности, не создавая при этом вредных напряжений в формирующемся камне.

Присутствие в ГШВ небольшого количества Са(ОН)₂, образующейся в результате гидролиза клинкерной части вяжущего или введенной в него извести, приводит к щелочной активизации силикатной составляющей шлака.

ГШВ должно обладать равномерностью изменения объема, в связи с чем это испытание необходимо проводить для каждой партии вяжущего; одна из причин, вызывающих неравномерность изменения объема вяжущего,— увеличение содержания в нем портландцементного клинкера. ГШВ выпускают марок 100, 150, 200 и 250. Тонкость помола вяжущего должна быть такой, чтобы на сите № 008 оставалось не больше 10 % взятой пробы (практически стремятся получить вяжущее, измельченное значительно тоньше, так как это улучшает его свойства). Начало схватывания должно наступать не раньше чем через 45 мин, а конец—не позднее чем через 18 ч с момента затворения вяжущего. ГШВ в отличие от других вяжущих нельзя смешивать ни с портландцементом, ни с известью.

Применять ГШВ рекомендуется для изготовления растворов, бетонных и железобетонных изделий и конструкций, предназначенных для службы в подземных или подводных сооружениях, подвергающихся выщелачиванию и сульфатной коррозии. Вяжущее может применяться и для надземных сооружений при обязательном предотвращении поверхности изделий от высыхания в начальные сроки твердения.

Шлаковое бесклинкерное вяжущее.Такое вяжущее было предложено П. П. Будниковым в качестве местного гидравлического вяжущего. Оно является продуктом совместного тонкого помола 85—90 % шлака, 6—8 % ангидрида и 4—7 % обожженного доломита. При применении для его производства основных доменных шлаков доломит обжигают при 800—900 °С, а кислых — при 1000—1100 °С. В ряде случаев обожженный доломит заменяют портландцементным клинкером, вводимым в смесь в количестве 2—5 %. Свойства шлакового бесклинкерного вяжущего аналогичны свойствам ГШВ. Оно применяется в изделиях, условия службы которых аналогичны условиям применения гипсошлакового вяжущего.

Шлакощелочные вяжущиесостоят из тонкоизмельченного гранулированного доменного шлака с различным минералогическим составом и щелочного компонента – соединений щелочных металлов натрия или калия – около 5 %. Решающим условием их активности является содержание стекловидной фазы, способной взаимодействовать со щелочами. Наиболее перспективными и экономичными щелочными компонентами в шлакощелочных вяжущих следует считать не чистые химические продукты, а попутные продукты ряда производств, содержащие соответствующие соединения натрия и калия, такие, как содопоташная смесь – попутный продукт производства глинозема из нефелинов и сиенитов, содощелочной плав – попутный продукт капролактамового производства, жидкие щелочесодержащие отходы фенольного производства, плавленая смесь щелочей, фторид натрия – отход суперфосфатного производства, метасиликат натрия – отход производства двуокиси титана и глинозема, пыль электрофильтров клинкерообжигательных печей цементных заводов, щелочесодержащие отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Это прочные вяжущие, для которых характерен интенсивный рост прочности как в течение первого месяца, так и в последующие сроки твердения. Наличие щелочи выполняет роль противоморозной добавки, поэтому шлакощелочные вяжущие достаточно интенсивно твердеют при отрицательных температурах. Молотые шлаки могут храниться неограниченное время, практически не теряя активности. Лишь высокоосновные шлаки теряют некоторую часть своей активности, особенно при тонком помоле, но в значительно меньшей степени, чем цементы. Добавка извести, цемента и других веществ с кальциевой основой обычно приводит к снижению прочности шлакощелочных вяжущих. Важной технологической особенностью является относительно низкое тепловыделение при твердении (в 1,5 – 2,5 раза ниже, чем у портландцемента, имеющее место, несмотря на интенсивный рост прочности в ранние сроки твердения. Низкая растворимость новообразований, стабильность структуры во времени являются решающими условиями долговечности шлакощелочного камня.