Исследованиями и практикой установлена эффективность введения сухих пылевидных зол при изготовлении бетонных и растворных смесей в качестве активных минеральных добавок и микронаполнителей.

Бетонные смеси с золами обладают большей связностью, лучшей перекачиваемостью, меньшим водоотделением и расслоением. Бетон имеет при этом большую прочность, плотность, водонепроницаемость, стойкость к некоторым видам коррозии, меньшую теплопроводность.

Наиболее эффективны как активные добавки в бетонах кислые золы, не обладающие вяжущими свойствами; их пуццоланическая активность проявляется во взаимодействии с цементным вяжущим. В зависимости от этой характеристики по отношению к конкретному цементу, водопотребности и удобоукладываемости бетонной смеси, условий и длительности твердения удается существенно сократить расход цемента.

Оптимальное содержание золы (кг/м3), составляет для бетонов: пропариваемого - около 150; нормального твердения - 100. В соответствии с известными рекомендациями применение 150 кг золы-уноса на 1 м3 тяжелого бетона классов В7,5-ВЗО позволяет сэкономить 40-80 кг цемента. В бетонах, подвергаемых тепловой обработке, применение золы дает возможность экономить до 25% цемента.

Значительный практический опыт применения золы-уноса в бетонах накоплен в гидротехническом строительстве. В настоящее время доказана эффективность замены 25-30% портландцемента золой-уносом для бетонов внутренних зон массивных гидротехнических сооружений и 15-20% для бетона в подводных частях сооружений. В ряде случаев обоснована целесообразность увеличения содержания в гидротехническом бетоне золы-уноса до 50-60% от массы цемента. При замене золой до 40% цемента при их совместным измельчением прочность бетона через 28 сут близка, а через 60 сут практически равна прочности бетона без добавки.

Впервые в 1961 г. произведена опытно-производственная укладка бетона с добавкой 15-20% золы-уноса в тело плотины Братской ГЭС. Было уложено около 5000 м3 бетона с золой, который по основным физико-механическим характеристикам не отличался от бетона без добавки золы.

При строительстве Днестровского гидроузла введение в вяжущее 25% золы не снизило прочностные показатели гидротехнического бетона в возрасте 180 сут и позволило повысить коэффициент эффективности использования цемента.

В настоящее время все шире применяется зола-унос в производстве сборных железобетонных конструкций. Сухую золу вводят в бетон классов В7,5-В40 в количестве до 20-30% от массы цемента. Однако при чрезмерном содержании золы возможно вспучивание поверхности пропариваемых изделий.

Одной из существенных характеристик золы как активной минеральной добавки в бетон является ее гидравлическая активность. Традиционными методами она определяется по способности зол поглощать известь из известкового раствора, а также проявлять вяжущие свойства в сочетании с гидратной известью. Ускоренным методом определения активности зол является микрокалориметрический метод, в соответствии с которым активность золы определяется по величине теплоты ее смачивания в полярных и неполярных жидкостях, учитывая коэффициент гидрофильное™ и ряд других параметров.

Требования к золам, как к активным минеральным добавкам в бетонную смесь, 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 алюминия с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидролизе клинкерных минералов, с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Гидратации зол способствует их стекловидная фаза, кристаллическая фаза в этом процессе практически инертна. Химическая активность зол непосредственно связана также с их дисперсностью.

По современным представлениям прочность цементов и бетонов с добавкой золы зависит от толщины затронутого химическими процессами поверхностного слоя зольной частицы.

Положительному влиянию золы на структурообразование бетона способствует также «эффект мелких порошков», расширяющих свободное пространство, в котором осаждаются продукты гидратации, что ускоряет процесс твердения цемента.

Действующие нормативные документы разрешают применять золу-унос в качестве добавки для приготовления бетонов сборных и монолитных конструкций зданий и сооружений, кроме конструкций, эксплуатируемых в средах со средней и сильной агрессивностью.

В зависимости от области применения золу подразделяют на виды: I - для железобетонных конструкций и изделий; II - для бетонных конструкций и изделий; III - для конструкций гидротехнических сооружений. В пределах отдельных видов дополнительно выделяют классы золы для бетонов: А - тяжелого; Б - легкого.

Удельная поверхность золы класса А должна быть не менее 2800 см2/г, а класса Б - 1500-4000 см2/г. Остаток на сите № 008 для золы класса А не должен превышать 15% по массе. По химическому составу к золе предъявляют требования, указанные в табл. 3.13. Влажность золы сухого отбора должна быть не более 3%.

Для применения в бетонах образцы из смеси золы и цемента проверяют кипячением в воде на равномерность изменения объема.

Подбор составов бетона с добавкой золы заключается в определении такого соотношения компонентов, включая золу, 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 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 части песка не позволяет решить задачу оптимизации составов.

Уменьшение расхода цемента при введении золы-унос прежде всего целесообразно при «излишней активности» цемента, т. е. в тех случаях, когда марка применяемого цемента выше рекомендуемой. При применении золы ТЭС допускается снижение минимальной типовой нормы расхода цемента для неармированных бетонных изделий до 150 кг/м3, а для армированных железобетонных - до 180 кг/м3. Суммарный расход цемента и золы при этом должен быть соответственно не менее 200 и 220 кг/м3. Количество золы назначается пропорционально требуемому проценту снижения «излишней активности» цемента.

Введение золы-унос в оптимальном количестве не повышает во-допотребность бетонных смесей, что объясняется оплавленностью и относительно правильной формой зерен. При высокой дисперсности золы и незначительном содержании в ней несгоревшего угля удо-боукладываемость смеси повышается. Пластифицирующий эффект золы повышается при наличии в бетонной смеси мелкого заполнителя с недостаточным количеством тонких фракций.

Ряд исследователей считают, что шарообразные частицы золы могут рассматриваться как твердые «шарикоподшипники» в смеси, они аналогично пузырькам эмульгированного воздуха при использовании воздухововлекающих добавок оказывают пластифицирующее действие на бетонную смесь.

Повышение дисперсности зол и снижение их водопотребности могут быть достигнуты отбором их из последних полей электрофильтров или помолом, разрушающим входящие в них органоминеральные агрегаты .

Введение золы-уноса способствует снижению водоотделения бетонной смеси . Пластифицирующая и водоудерживающая способность золы обусловливает перспективность ее применения в литых бетонах.

Бетонные смеси с оптимальной добавкой золы имеют достаточно высокую жизнеспособность и пригодны для транспортирования на дальние расстояния.

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 ее «цементирующей эффективности», которое характеризуется коэффициентом Кц э.

Цементирующая эффективность золы-уноса характеризует количество цемента в кг. заменяемое без снижения прочности бетона 1 кг золы. Установлено, что подобно известному в технологии бетона правилу цементно-водного (или водоцементного) отношения, констатирующему однозначную связь данного параметра с прочностью бетона, справедливо правило приведенного Ц/В.

Определив значение (Ц/В)пр и задав оптимальное содержание золы с известным значением Кц э, можно найти требуемое (Ц/В) золосодер-жащих бетонов и проектировать их составы.

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. Произведение удельной поверхности золы на содержание в ней стекловидной фазы близко к коэффициенту К в формуле Фере, с которым прямо пропорционально связана прочность бетона. В соответствии с формулой Фере прочность бетона на сжатие в возрасте 28 сут:

где Vu - объем цемента; VB - объем воды; А - объем воздуха.

Исследовав прочность растворов из цементов, полученных смешиванием клинкера и золы, измельченных до значений удельной поверхности 2500-6400 и 3000-8000 см2/г соответственно, М. Венюа установил необходимое соответствие между гранулометрическим составом золы и тонкостью помола клинкера. Наиболее значительно повышение дисперсности золы сказывается на прочности бетона в раннем возрасте.

По сравнению с раздельным помолом лучшие результаты получены при совместном измельчении цемента и золы. Совместный помол позволил обосновать возможность получения трехкомпонентного вяжущего (35% цемента - 25 золы - 40 шлака), прочность которого при сжатии составляет через 60 сут - 84, при растяжении - 90% прочности бетона на цементе без добавок.

Значительный эффект от повышения дисперсности наблюдается после тепловлажностной обработки бетона, которой к 28-суточному возрасту ослабляется.

Характерно, что влияние дисперсности золы на прочность бетона проявляется заметно сильнее, чем цемента. Это обусловлено пластифицирующим эффектом тонких фракций золы на бетонные смеси, несмотря на возможное при этом увеличение нормальной густоты золосодержащих элементов. Домол даже малоактивных зол до 4000- 5000 см2Д позволяет сэкономить 20-30% цемента без снижения класса бетона. Более целесообразным является мокрый домол, при котором золу не подсушивают и достигается более высокая дисперсность.

В ранние сроки твердения (до 28 сут), особенно при введении гру-бодисперсной золы, прочность бетона снижается, хотя и не пропорционально количеству добавки, затем наблюдается выравнивание, а иногда и более высокая прочность в бетонах с зольной добавкой.

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; в более позднем - для проявления пуццолановой реакции золы предпочтительнее цементы с повышенным содержанием алита, которые при гидролизе образуют повышенную концентрацию Са(ОН)2.

Прочность золосодержащего бетона, пропаренного при 95 °С, на 12-15% превышает прочность бетона, пропаренного при 80 °С. Повышение температуры позволяет на 1-2 ч сократить время тепловой обработки.

Для бетонов с добавкой золы характерен сравнительно интенсивный рост прочности в поздние сроки твердения. По данным японских исследователей, прочность при сжатии бетонов, содержащих 190 и 240 кг/м3 цемента и 30%-ную добавку золы в 10-летнем возрасте, соответственно в 1,44 и 1,43 раза превышает прочность бетона в возрасте 3 мес. 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 мес и 61 МПа - через 9,5 лет.

Из данной таблицы видно, что в период 28-180 сут интенсивность роста прочности при сжатии золосодержащих бетонов примерно такая же или выше, чем у бетонов, не содержащих золу.

В некоторых работах отмечается, что при длительном твердении интенсивно растет прочность золосодержащих бетонов не только при сжатии, но также при растяжении и изгибе. Образцы в виде стержней и брусков, вырезанных из опытной бетонной кладки, показали прочность при изгибе золосодержащих бетонов через 3 мес. - 80, а через 10 лет - 150% прочности контрольного бетона. У бетонов с золой, так же как и с другими активными минеральными добавками, более высокое отношение прочности на растяжение к прочности на сжатие.

Представляет интерес влияние на прочность бетона добавок ускорителей твердения, в частности хлорида кальция. В одной из работ 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 сут - на 10- 15%.

Замещение части цемента золой приводит к уменьшению усадочных деформаций бетона, которое проявляется при снижении водопотребности бетонной смеси. Уменьшение усадки объясняется тем, что зола адсорбирует из цемента растворимые щелочи и образует устойчивые, нерастворимые алюмосиликаты.

Зола способствует повышению сульфатостойкосги цементных бетонов так же, как и другие активные минеральные добавки. Результаты 10-летних испытаний показали, что бетон, содержащий зольный цемент, более стоек к воздействию морской воды даже по сравнению с бетоном на шлакопортландцементе.

Наиболее значительное улучшение сульфатостойкости отмечалось для бетонов на портландцементе с высоким содержанием С3А. Наилучшие результаты отмечены для бетонов при введении зол с наибольшим содержанием Si02 + А1203, т. е. наиболее кислых по химическому составу. Незначительно отражается добавка золы на стойкости бетона к углекислой, общекислотной и магнезиальной агрессии.

По рекомендациям НИИЖБ 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 перерасчете на Na20 будет не более 0,6% по массе. В золах сухого отбора обычно содержится 1-5% щелочных оксидов, использование их в смесях с реакционно-способными заполнителями 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. 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 разогрева 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 на 15-25% ниже тепловыделения бетона на цементе без добавок.

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. При использовании золы-унос наблюдается 50%-ное уменьшение экзотермии твердеющего бетона в возрасте 28сут.

В мировой практике гидротехнического строительства имеется множество примеров, когда введение золы положительно сказалось на термической трещиностойкости массивных бетонных сооружений. При укладке бетонной смеси с добавкой 15% золы от массы вяжущего, например, на строительстве Братской ГЭС разогрев бетона в блоках был примерно на 6 °С ниже, чем без добавки.

Зола, как и другие активные минеральные добавки, при умеренном содержании в бетонной смеси повышает водонепроницаемость бетона. Это объясняется гидравлическими свойствами зол и повышением плотности бетона. Значительно повышает водонепроницаемость введение в бетон воздухововлекающей добавки СНВ и хлористого кальция. Наиболее эффективным оказалось совместное введение двух добавок. Водонепроницаемость бетона в этом случае повышается уже в возрасте 28 сут 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.

Как и другие гидравлические добавки, зола-унос снижает морозо-и воздухостойкость бетона. В бетонах морозостойкостью F50 и выше или подвергаемых попеременному увлажнению и высушиванию возможность применения золы устанавливается специальными исследованиями. Снижение морозостойкости бетона можно компенсировать введением воздухововлекающих добавок.

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

Результаты долгосрочных испытаний показали, что при использовании золы не должно возникать особых опасений из-за коррозии стальной арматуры, если соблюдены общие требования, предъявляемые к проектированию и изготовлению железобетона.

Испытания бетонов длительными нагрузками показали, что введение золы значительно снижает ползучесть бетона. Так, при испытании в течение 240 сут ползучесть бетона с добавкой золы-уноса 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 сут ползучесть при отсутствии добавок золы составила 59,2 Ю-5 и 59,5 10~5 при 20% золы.

Исследованиями выявлено, 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 введение золы в бетон должно повышать его термическую трещиностойкость в условиях нагревания и охлаждения.

Вследствие сравнительно невысокой водопотребности бетонных смесей замена до 20% цемента золой практически не отражается на усадочных деформациях бетона при твердении его на воздухе.

Накоплен положительный опыт по применению литых золосодержащих бетонных смесей в монолитных тонкостенных железобетонных конструкциях. В состав бетона вводят 100-150 кг/м3 золы и пластифицирующую добавку. Бетоны из литых смесей с добавкой золы имеют достаточно высокие физико-механические свойства, а конструкции из них - хорошее качество поверхности. Пластичность бетонных смесей благодаря введению в их состав золы существенно увеличивается.

Типовая технологическая линия по производству бетонной смеси с добавкой золы-уноса (3.5) включает приемное устройство, склад, расходный бункер и дозатор. Золу доставляют железнодорожным транспортом в вагонах типа «Хоппер». Возможна ее доставка и другими специальными транспортными средствами.

После разгрузки золы сжатый воздух подается в емкость для аэрирования и создания необходимого давления, а также в смесительное отделение для образования воздушной среды определенной расчетной концентрации. Взрыхленная сжатым воздухом аэрированная зола поступает под действием разности давлений в смесительную камеру, откуда по транспортному трубопроводу - на склад. Рабочее давление сжатого воздуха на входе трубопровода пневмосистемы зависит от концентрации золы-уноса и дальности подачи.

С помощью распределительного устройства, входящего в комплект установки, золу-унос распределяют по сил осам. Для очистки воздуха, выходящего из силосов, предусмотрены фильтры и циклоны, под которыми установлены пылесборнйки. Пыль отсасывается и транспортируется на склад. При помощи струйных или камерных насосов зола подается в бункер-осадитель, установленный в надбункерном отделении бетоносмесительного узла, а затем в расходные бункеры.

Механизмы тракта подачи золы выключаются автоматически по сигналу указателя уровня, установленного в расходном бункере. Нео-севшая зола вместе с воздухом попадает в циклоны, где смесь вторично очищается и осаждается. Из дозатора зола подается непосредственно в бетоносмеситель. Воздух, поступающий в приемное устройство и струйный насос, проходит масловодоочистку. При использовании неочищенного воздуха зола налипает на стенки трубопроводов и вся система выходит из строя.

Таким образом, для хранения, транспортировки и дозирования золы сухого отбора применяют, в основном, такие же технологическое оборудование и транспортные средства, что и для цемента.

Строительные растворы. Золу применяют в качестве компонента строительных растворов, в котором сочетаются свойства минеральной добавки, пластификатора и микронаполнителя. Зола улучшает пластичность и водоудерживающую способность растворных смесей, свойства затвердевших растворов. При применении в растворах тонкодисперсных зол, отбираемых с последних полей электрофильтров, существенно снижается расход вяжущих. Применение золы как добавки рационально при получении эффективных растворов для каменной кладки и возведения стен из крупноразмерных элементов. Однако растворы с добавкой золы не следует применять в зимнее время в связи с замедленным темпом их твердения при пониженной температуре.

В строительных растворах применяют как сухую золу, так и золу гидроудаления.

В цементных растворах оптимальное содержание золы рекомендуется 100-200 кг/м3, при этом в «тощих» малоцементных растворах оно составляет 80-125% массы цемента, в более «жирных» - 40-50%. При расходе цемента более 400 кг/м3 введение золы в состав раствора малоэффективно. Тонкодисперсная зола-унос может применяться взамен части цемента и песка. Крупнодисперсную золу рационально применять вместо части песка без изменения расхода цемента.

При применении золы-уноса в цементных растворах необходимый расход цемента обычно снижается на 30-50 кг/м3 при одновременном улучшении удобоукладываемости растворной смеси. Перерасход цемента при полной замене песка золой устраняется добавкой небольшого количества известкового теста.

При полной замене песка золой повышаются деформации усадки во времени и деформации при попеременном увлажнении и высушивании. Они в 2-3 раза выше, чем у цементно-песчаных растворов.

В цементно-известковых растворах золой можно заменять часть цемента, извести или песка. При этом экономится до 30-50 кг цемента и 40-70 кг известкового теста на 1 м3 раствора без ухудшения удобоукладываемости и прочности.

Цементно-известково-зольные растворы характеризуются весьма низкой расслаиваемостью. Их применяют так же, как и растворы, без добавки золы, в основном для кладки надземных частей зданий.

В известковых растворах применением золы-уноса возможно снизить на 50% расход известкового теста без понижения прочности и ухудшения других свойств. При замене 50% извести удвоенным по массе количеством золы-уноса достигается не только экономия извести, но и повышается прочность раствора. Без применения цемента на известково-зольном вяжущем можно получать растворы марки М25 и выше.

Подбор составов золосодержащих растворов производят в два этапа. Вначале определяют расход составляющих раствора в килограммах на 1 м3 без добавки золы, а затем уточняют его, учитывая введение золы, предполагая при этом, что средняя плотность раствора увеличивается на 20-40 кг/м3, а водопотребность растворных смесей не изменяется.

Технология приготовления растворов с добавкой золы состоит из дозирования исходных компонентов по массе и перемешивания затем их в растворосмесителях в течение 3-5 мин до получения однородной смеси.

Золу можно использовать и в различных отделочных составах. Например, для шпаклевки внутренних поверхностей на стройках в массовых масштабах применяют так называемую «беспесчанку», представляющую собой гипсовое тесто с замедлителем схватывания. Замена золой 30 - 50% гипса не только не ухудшает качество этой шпаклевки, но даже несколько сокращает расход замедлителя.

Золу применяют в цементных растворах, служащих для заделки трещин в железобетонных конструкциях, в том числе и массивных. При этом определяющее значение имеют хорошая перекачиваемость растворов, их связность, стабильность свойств во времени, уменьшение водоотделения и сегрегации (расслоения). Зола, используемая в таких растворах, должна иметь определенные ограничения по крупности: остаток на сите 45 мкм должен составлять от 12,5 до 30%; для замоноличивания крупных полостей, выработок и т. п. можно применять золу, характеризующуюся остатком на сите 45 мкм, доходящим до 60%.

Ячеистые бетоны. Шлаковые и зольные вяжущие, как показал многолетний опыт, с успехом могут заменять в производстве ячеистобе-тонных изделий известково-кремнеземистые и известково-цементные вяжущие. Молотые топливные шлаки и пылевидные золы позволяют также заменить тонкодисперсный кварцевый песок в составе ячеисто-бетонных изделий. Наряду с автоклавной технологией при применении шлакозольных вяжущих повышенной активности представляется возможным получение ячеистых бетонов в условиях пропаривания при атмосферном давлении. В композиции с портландцементом применение высокодисперсных зол и шлаков способствует твердению ячеистых бетонов и без тепловой обработки.

Зола и золошлаковые смеси в производстве ячеистых бетонов могут использоваться как в сухом виде, так и в виде шлама

На основе бесклинкерных и малоклинкерных шлаковых вяжущих при мокром и сухом помоле, как установлено в МИСИ им. В.В. Куйбышева, возможно получение ячеистых бетонов с прочностью при сжатии 8-12 МПа при плотности 1000-1200 кг/м3, 6-9 МПа при 800-1000 кг/м3, 4-5,5 МПа при 600-700 кг/м3 и 1-2,5 МПа при плотности 300-500 кг/м3. Верхние значения прочности относятся к ячеистым бетонам, изготовленным на основе высоко- и среднекаль-циевых гранулированных шлаков, а также на основе кислых гранулированных шлаков и золы-уноса с добавкой 50-75 кг/м3 портландцемента.

Замена тонкомолотого известково-песчаного вяжущего известко-во-шлаковым или зольным позволяет снизить расход извести 2- 3 раза.

Для производства безавтоклавных газозолошлаковых бетонов желательно применение цемента с повышенным содержанием активных минералов - алита и трехкальциевого алюмината. При изготовлении автоклавных ячеистых бетонов возможно применение цементов с пониженной активностью, в том числе шлакопортландцемента и пуц-цоланового портландцемента.

Ячеистый золобетон является разновидностью ячеистых бетонов, в которых зола выполняет роль кремнеземистого компонента. По сравнению с обычным кремнеземистым компонентом - молотым кварцевым песком - зола обладает более высокой реакционной способностью, требует значительно меньших (а при достаточной дисперсности вообще не требует) затрат на измельчение и позволяет получать ячеистый бетон меньшей средней плотности. Недостатки золы как кремнеземистого компонента следующие: меньшее, чем в кварцевом песке, содержание Si02; наличие несгоревшего топлива и нестабильность химического состава. Технологические требования к золе, применяемой в ячеистых бетонах, таковы: содержание стекловидных и оплавленных частиц должно составлять не менее 50%, несгоревших частиц бурого угля - не более 3%, каменного - не более 5%; удельная поверхность 3000-5000 см2/г; набухание в воде не должно превышать 5%.

С применением золы-уноса выпускается пока примерно 10% общего объема производства ячеистобетонных изделий, причем значительную часть от этого количества составляют изделия, изготовляемые на базе сланцевой золы. Эффективное использование сланцевой золы обусловлено ее химико-минералогическим составом (свободный оксид кальция - 15-25%, клинкерные минералы - 10-15%, ангидрит -7-10%, активное стекло -30-35%), а также комплексом технологических приемов, в результате которых обеспечивается гидратация свободного оксида кальция в виде пережога до автоклавной обработки (тонкий помол золы, литьевой способ формования и выдерживания сырца при повышенной температуре в условиях, исключающих большие температурные перепады). Сланцевая пылевидная зола должна содержать оксид кальция в количестве не менее 35%, в том числе свободного СаО - не менее 15-25%, в ней недопустимо более 6% S03 и 3% (К20 + Na20).

Ячеистые бетоны с применением золы в основном выпускают в виде газозолобетонов со средней плотностью 400-1200 кг/м3. Из них изготавливают теплоизоляционные изделия, панели, блоки и плиты для наружных стен, покрытий, межэтажных перекрытий и внутренних перегородок (3.7).

Самым распространенным способом формования ячеистых золо-бетонов является литьевой, когда в формы заливается смесь, содержащая 50-60% воды. Основные недостатки литьевого формования: недостаточная газоудерживающая способность смеси; неоднородная плотность изделий по высоте; медленное твердение; повышенная влажность изделий после тепловой обработки и большая усадка.

Более приемлемой для производства газобетона является комплексная вибрационная технология, позволяющая за счет эффекта разжижения смеси при вибрации в процессе перемешивания и формования уменьшить количество воды затворения на 25-30%. При этом по сравнению с литьевым способом прочность газобетона возрастает на 15-25%, а усадочные деформации снижаются на 25-30%. Армирование ячеистой структуры газобетона волокнами асбеста, минеральной ваты и другими волокнами способствует снижению усадки и повышению трещиностойкости бетона. Эффективно введение в состав ячеистобетонных смесей крупного пористого заполнителя - шлаковой пемзы, керамзита, аглопорита и др., а также применение смесей с добавками поверхностно-активных веществ.

Прочность ячеистых золобетонов при сжатии составляет 0,5- 15 МПа при средней плотности 400-1200 кг/м3, а морозостойкость достигает 150 циклов. Ячеистые золобетоны на цементе имеют значительно большую стойкость, чем на извести. Негативной особенностью золобетонов является их способность к высокому сорбционно-му увлажнению, вызываемому значительной микропористостью золы. Они отличаются также большей чувствительностью к циклическому увлажнению и высушиванию, чем кирпич или тяжелый бетон. Для защиты от агрессивного воздействия атмосферы на изделия из ячеистых золобетонов наносят различные покрытия.

Экономическая эффективность ячеистых золобетонов обусловлена заменой золой песка, уменьшением в 1,2-1,5 раза расхода известкового вяжущего по сравнению с известково-песчаным и сокращением примерно в 2 раза капитальных вложений на добычу и переработку исходного сырья.

Разработана технология получения золощелочных ячеистых бетонов для устройства теплоизоляции в гражданских, общественных и промышленных зданиях. В результате проведенных исследований был получен ячеистый бетон на жидком стекле и каустифицированном содовом плаве. В качестве исходных материалов использовались зола-унос Ладыженской ГРЭС и растворимый силикат натрия. Образцы ячеистого бетона изготавливались по литьевой технологии путем смешивания золы-уноса с щелочным затворителем с последующим введением в смесь порообразователя, в качестве которого использовалась водная суспензия алюминиевой пудры. Для эмульгирования алюминиевой пудры применялись сульфанол, хозяйственное мыло. Скорость вспучивания ячеистой смеси регулировалась путем добавления едкого натра, а время схватывания - добавкой извести. Изделия из ячеистого бетона подвергались сушке при температуре 60-80 °С в течение 6-10 ч. После сушки образцы приобретают водостойкость и прочность 40-60% от марочной. При хранении в сухом состоянии прочность ячеистого бетона имеет тенденцию к возрастанию.

Для приготовления ячеистого бетона использовался каустифици-рованный содовый плав, полученный путем варки при 80-90 °С содового плава и известкового молока плотностью 1,2 г/см3. Для регулирования интенсивности взаимодействия алюминиевой пудры со щелочным компонентом в состав порообразователя вводили гидрофобные вещества (отработанное машинное масло, олеиновую кислоту), пластификатор ЛСТ, минеральный порошок. Было установлено, что в отличие от ячеистых бетонов на жидком стекле, оптимальные условия твердения бетонов на каустифицированном плаве создаются при тепловлажностной обработке.

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1977

Печатается по решению секции по технологии бетона научно-технического совета НИИЖБ.

Содержатся основные положения по применению золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций в тяжелых бетонах и растворах. Приведены технические требования к золошлаковым материалам, методы их испытаний, а также правила приемки, транспортирования, хранения и применения. Даны схемы установки для отбора сухой золы из золосборников ТЭС и для приготовления шлама из отвальной золошлаковой смеси, таблицы составов бетонов с добавкой золы, бетонов на золошлаковом заполнителе, а также составов растворов для кирпичной и крупноблочной кладки.

Табл. 11, рис. 3.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В 1971 г. в нашей стране были определены задания по применению золошлакового сырья в строительстве и производстве строительных материалов.

Количество золы и шлака, накопленное в отвалах тепловых электростанций, достигает сотни миллионов тонн и с каждым годом увеличивается. Использование же этих отходов развивается очень медленно и не превышает 2 - 3 % общего выхода. Это объясняется следующим:

большим разнообразием физико-механических свойств зол и шлаков, получаемых от различных видов топлива в условиях изменяющихся режимов его сжигания;

отсутствием требуемого количества специальных установок и устройств для организованного отбора, усреднения состава золы и шлака и выдачи их потребителям в виде товарной продукции;

недостаточно широкой постановкой исследований свойств золы и шлака конкретных электростанций, отсутствием четкой классификации зол и шлаков и общесоюзных нормативных документов, регламентирующих их применение;

недостаточным количеством бетоносмесительных установок и заводов, переоборудованных для выпуска бетонов и растворов с золошлаковыми заполнителями.

Однако необходимо отметить, что научно-исследовательскими институтами проведена значительная работа по изучению состава и свойств различных зол и шлаков как добавок и заполнителей бетонов.

Применение золы в бетонах и растворах, а также золошлаковой смеси и шлака в бетонах позволяет частично или полностью заменить цемент, известь, мелкодробленый щебень, доменный гранулированный шлак, природный песок. При этом сокращаются расходы на транспортирование отходов в отвалы, на содержание отвалов и уменьшается потребность в расширении площадей, занимаемых отвалами, а также карьеров для добывания камня и песка.

Экономия от применения золы-уноса как добавки в зависимости от марки бетонов и растворов составляет 0,6 - 1,2 руб. на 1 м 3 . При использовании бетонов на комбинированных заполнителях и на заполнителях из золошлаковой смеси, когда обычные заполнители частично или полностью заменяются золошлаковой смесью или шлаком, экономия составляет 2 - 4 руб. на 1 м 3 бетона.

В Донбассе и Приднепровье, Кузбассе и на Урале применено в строительстве несколько сотен тысяч кубических метров сборных бетонных и железобетонных изделий, изготовленных из бетона на золошлаковых заполнителях. В настоящее время можно считать практически достижимым и экономически выгодным массовое внедрение золошлакового сырья в строительстве. Для этого, прежде всего, необходимо:

снабжать электростанции определенными видами топлива, что улучшит режимы его сжигания и качество зол и шлаков;

на каждой крупной электростанции создать установки и предприятия по отбору, необходимой переработке и поставке зол, шлаков и золошлаковых смесей потребителям в виде товарной продукции установленного качества.

Настоящие рекомендации имеют цель широко информировать строителей о возможности экономии цемента, снижения стоимости и улучшения качества бетона и раствора при использовании золы и шлаков тепловых электростанций.

Рекомендации разработаны НИИ бетона и железобетона Госстроя СССР (канд. техн. наук В .М . Медведев ) и Донецким Промстройниипроектом Госстроя СССР (кандидаты техн. наук И .В . Вольф , Ю .П . Чернышев , инж. В .И . Романов ),

При составлении рекомендаций использованы результаты исследований, выполненных во ВНИИГ Минэнерго СССР, Новокузнецком отделении Уралниистромпроекта, ВНИИЖелезобетона Минпромстройматериалов СССР и в других институтах, а также положительный опыт производственных организаций, внедряющих золу и шлак.

Дирекция НИИЖБ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Рекомендации распространяются на применение в тяжелых бетонах и строительных растворах зол, шлаков и золошлаковых смесей, образующихся от сжигания каменных и антрацитовых углей тепловых электростанций.

1.2. Бетонные и железобетонные конструкции, изготовленные из бетона с добавкой золы или из бетона на золошлаковом заполнителе, допускается применять в зданиях и сооружениях с нормальной, слабоагрессивной и среднеагрессивной средой при условии соблюдения требований, предусмотренных главой СНиП по защите строительных конструкций от коррозии по отношению к тяжелому бетону. Расход портландцемента в бетонах с добавкой золы и шлака должен быть не менее регламентируемого настоящими рекомендациями.

1.3. До проведения специальных исследований и испытаний не допускается применять бетон на заполнителе из золошлаковой смеси для предварительно-напряженных конструкций и конструкций пролетом более 6 м.

2. ВИДЫ ТОПЛИВНЫХ ОТХОДОВ

2.1. Зола представляет собой тонкодисперсный порошок, образующийся из минеральной части твердого топлива, сжигаемого в топках котлов в пылевидном состоянии, и осаждаемый золоулавливающими устройствами из дымовых газов.

2.2. Шлак представляет собой зернистый материал с крупностью зерен 20 - 0,3 мм, который образуется из расплава минеральной части топлива. После охлаждения расплава в водяной ванне кусковой шлак подвергается дроблению и направляется в систему гидроудаления. Шлак получается при раздельном удалении золы и шлака или при переработке золошлаковой смеси из отвалов.

2.3. Золошлаковая смесь тонкодисперсной золы и зернистого шлака образуется при их совместном гидроудалении или составляется из золы и шлака, получаемых раздельно. Для использования золу и шлак берут из отвалов или непосредственно из трубопроводов гидроудаления.

2.4. Зола является гидравлической добавкой, связывающей свободный гидрат окиси кальция, который выделяется в процессе гидратации цемента, практически не увеличивающей водопотребность смешанного вяжущего, растворов и бетонов.

Зола при нормальной температуре замедляет твердение портландцемента и дает значительно лучшие результаты при пропаривании и обработке изделий в автоклавах.

2.5. Химический состав золы при сжигании углей разных месторождений приведен в табл. .

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Пределы изменения химического состава золы, %, образующейся при сжигании углей

Донбасса

Кузбасса

Караганды

Подмосковья

Таблица 2

Технические требования к золе ТЭС
(по ТУ 34 4014-73 Минэнерго СССР)

	Единица измерения	Класс сухой золы
	% (по массе)	Не нормируется		Не нормируется
Влажность, не более
Удельная поверхность, не менее

Таблица 3

Технические требования к золе, шлаку и золошлаковой смеси, образующимся от сжигания антрацитовых и каменных углей Донбасса (по данным Донецкого Промстройниипроекта)

	Технические требования к видам материалов
			золошлаковая смесь
Объемная насыпная масса (в сухом состоянии), кг/м 3 , не менее	Не нормируется
		Не более 10
Модуль крупности, не менее
антрацитовых		Не нормируется
каменных
Остаток на сите № 008, %, не более
Удельная поверхность, см 2 /г, не менее

При несоответствии золошлаковых материалов требованиям п. их пригодность рекомендуется определять лабораторными испытаниями бетонов и растворов, изготовленных с добавкой золы и шлака.

4. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ

4.1. Поставка и приемка золы ТЭС производятся партиями по 100 т. Поставка золы менее 100 т считается целой партией.

4.2. Определение количества поставляемой золы производится по массе в состоянии естественной влажности.

4.3. Поставщик обязан сопроводить каждую партию поставляемой золы паспортом, удостоверяющим ее качество, в котором указываются: наименование поставщика; номер и дата паспорта; номер партии, количество и класс золы; номера вагонов (при железнодорожной поставке) и номера накладных; соответствие качества поставляемой золы в партии техническим требованиям табл. или настоящих рекомендаций с указанием фактических данных.

4.7. При поставке золы в мешках отбирают пробу не менее 1 кг из одного произвольно выбранного мешка от каждых 100 мешков. Все пробы, отобранные от одной партии, смешивают и отбирают среднюю пробу, как указано в п. .

4.8. При поставке золы водным транспортом потребитель по своему усмотрению отбирает из разных мест судна пробы массой по 2 кг из расчета получения 20 кг от каждых 100 т поставляемой золы. Пробы смешивают и отбирают среднюю пробу, как указано в п. .

4.9 Испытания отобранных средних проб золы производят в соответствии с требованиями раздела настоящих рекомендаций.

4.10. Партия золы или вся поставка может быть забракована потребителем, если ее качество по результатам испытания пробы не отвечает техническим требованиям (см. табл. , ).

4.11. При поставке шлака и золошлаковой смеси по усмотрению потребителя проба отбирается от партии объемом, указанным в п. , в количестве 10 - 20 кг, затем перемешивается, и среднюю пробу отбирают, как указано в .

5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ

5.1. Химический анализ золы, шлака и золошлаковой смеси проводят по ГОСТ 5382-73 или ГОСТ 10538 .1-72, ГОСТ 10538.4-72, ГОСТ 10538.5-72 и ГОСТ 11022 -64.

5.2. Потерю массы при прокаливании (п.п.п.) определяют по ГОСТ 5382-73 , но прокаливание производят при температуре 700 - 800 °С.

5.3. Влажность материалов определяют по ГОСТ 9758 -68 или ГОСТ 11014 -70.

5.4. Величину удельной поверхности золы определяют по ГОСТ 310-60 на приборе ПСХ-2 (или ПСХ-4) по инструкции, прилагаемой к прибору, или определяют ее крупность просеиванием на сите № 008.

5.5. Объемную насыпную массу материалов определяют по ГОСТ 9758 -68.

5.6. Равномерность изменения объема цементно-зольного раствора проверяют по ГОСТ 9758 -68 и ГОСТ 310-60.

5.7. Зерновой состав и модуль крупности шлака и золошлаковой смеси определяют по ГОСТ 8735 -65.

5.8. Дробимость в цилиндре определяют по ГОСТ 9758 -68.

6. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

6.1. Зола может доставляться потребителям в мешках или навалом при условии применения закрытых транспортных средств (железнодорожных вагонов типа «цементовоз», судов, контейнеров, автозоловозов).

6.2. Транспортирование золы производят железнодорожным или автотранспортом поставщика, авто- и водным транспортом потребителя.

6.4. Шлак и золошлаковую смесь из отвалов можно транспортировать навалом в открытых полувагонах, автосамосвалах и прицепах.

6.5. Шлак и золошлаковую смесь рекомендуется хранить под навесом или на открытых площадках. Для устранения загрязнения шлака и золошлаковой смеси грунтом складские площадки должны иметь бетонное покрытие и бортовое ограждение.

7. ГАРАНТИИ ПОСТАВЩИКА

7.1. Зола ТЭС должна быть принята техническим контролем поставщика (ТЭС).

7.2. Поставщик гарантирует соответствие золы, шлака и золошлаковой смеси техническим требованиям (см. табл. , ) при соблюдении потребителем условий транспортирования и хранения.

7.3. Шлак и золошлаковая смесь могут отпускаться поставщиком по техническим условиям, установленным в договорах с потребителем и составленным с учетом требований табл. и настоящих рекомендаций.

8. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗОЛЫ, ШЛАКА И ЗОЛОШЛАКОВОЙ СМЕСИ

8.1. Золу I класса (см. табл. ) допускается применять во всех видах тяжелого армированного и неармированного бетона и раствора.

Золу II и III классов допускается применять только в неармированных тяжелых бетонах и во всех видах растворов.

9.3. При раздельном гидрозолоудалении отбор мокрой золы может осуществляться с помощью специальной установки, включающей сгустители Дорра и вакуум-фильтры.

9.4. При необходимости применения золошлаковой смеси из отвалов рекомендуется использовать технический комплекс по приготовлению и применению гидроудаленной золы в виде шлама усредненного состава и определенной влажности производительностью 30 тыс. м 3 готовых изделий в год (см. прил. ).

9.5. Для более эффективного использования золошлаковых смесей в бетонах целесообразно производить их обогащение с целью уменьшения зольной составляющей и достижения оптимального зернового состава.

9.6. Золошлаковую смесь, пригодную по зерновому составу для применения в качестве од нокомпонентного заполнителя бетона, можно отбирать непосредственно из отвала вблизи выпуска золошлаковой пульпы из трубопровода.

9.7. Золошлакову ю смесь, используемую вблизи электростанций, можно транспортировать к месту применения по специальным трубопроводам, соединенным с магистральным трубопроводом гидрозолоудаления.

10. ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛЫ, ШЛАКА И ЗОЛОШЛАКОВОЙ СМЕСИ В ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНАХ

10.1. Применение золы, шлака и золошлаковой смеси в качестве активных минеральных добавок, микронаполнителей и заполнителей позволяет получить следующие эффективные виды бетона:

тяжелый бетон, в состав которого вводится зола вместо части цемента и части заполнителя;

мелкозернистый бетон на однокомпонентном заполнителе из золошлаковой смеси;

мелкозернистый бетон на шлакопесчаном заполнителе, включающем шлак раздельного гидроудаления и природный песок;

бетоны на комбинированных заполнителях, в которых золошлаковая смесь или шлак применяются в сочетании с обычными заполнителями.

Тяжелый бетон с добавкой золы

10.2. В состав тяжелого бетона зола вводится в оптимальном количестве, равном 150 кг/м 3 пропариваемого бетона и 100 кг/м 3 бетона, твердеющего без тепловой обработки. При этом достигается экономия цемента, равная 50 - 70 кг/м 3 пропариваемого бетона и 30 - 40 кг/м 3 бетона, твердеющего без тепловой обработки. Зола в бетоне выполняет роль активной минеральной добавки и микронаполнителя, улучшающего структурообразующие свойства смеси. При введении золы в указанном оптимальном количестве водопотребность бетонной смеси практически не изменяется. Поэтому для корректировки состава смеси, подобранного общепринятыми способами, следует сократить расход цемента в рекомендуемом количестве и уменьшить расход песка и щебня (гравия) в принятой пропорции на величину, равную разности между массой введенной золы и сокращаемого цемента.

Примерные составы бетона, установленные в результате исследований, выполненных в Донецком Промстройниипроекте и в Новокузнецком отделении Уралниистромпроекта, приведены в приложении .

10.3. Золу можно вводить в смеситель одним из способов, перечисленных в п. . Бетонная смесь с осадкой конуса более 2 см может приготовляться в смесителях гравитационного действия, менее подвижные и жесткие смеси следует приготовить в смесителях принудительного перемешивания. Продолжительность перемешивания в смесителях гравитационного действия 60 - 120 с, в смесителях принудительного действия 120 - 180 с в зависимости от подвижности или жесткости смеси.

10.4. Пропаривание конструкций и изделий из бетона на портландцементе и шлакопортландцементе с добавкой золы рекомендуется производить при температуре 90 - 95 °С. Продолжительность изотермического прогрева должна быть равна 8 - 10 ч.

10.5. Тяжелый бетон с добавкой золы рекомендуется применять в случаях, когда требования к нему ограничиваются прочностью на сжатие. Добавка золы в бетон при производстве работы в осенне-зимний период методом «термоса» не рекомендуется, так как она замедляет твердение бетона при низких температурах. В случаях, когда к бетону предъявляются особые требования (истираемость, коррозионная стойкость и др.), вопрос о добавке золы должен решаться на основе специальных опытов.

При строительстве в районах с жарким и сухим климатом уход за бетоном, имеющим в своем составе золу (увлажнение и укрытие поверхностей конструкций от высушивания ветром и солнечной радиацией), должен быть более длительным, чем в районах с умеренным климатом.

Мелкозернистый бетон на однокомпонентном заполнителе из золошлаковой смеси

10.6. В мелкозернистом бетоне на однокомпонентном заполнителе из золошлаковой смеси обычные заполнители - щебень и песок - полностью заменяются золошлаковой смесью, содержащей мелкодисперсные золы, мелкие и крупные фракции шлака. При замене песка и щебня низкого качества (загрязненный и запесоченный щебень из песчаника и известняка, мелкозернистый песок) расход цемента в бетоне на однокомпонентном заполнителе из золошлаковой смеси не повышается. При замене в бетоне такой же прочности высококачественного гранитного щебня и песка золошлаковой смесью расход цемента повышается на 10 - 20 %.

10.7. Золошлаковая смесь, применяемая как однокомпонентный заполнитель, может содержать золу (фракции менее 0,315 мм) в пределах от 20 до 50 %. Корректировать состав золошлаковой смеси необходимо, когда содержание золы в ней выходит за указанные пределы.

При получении золошлаковой смеси смешиванием шлака и золы содержание последней в смеси рекомендуется принимать равным 20 % по массе.

10.8. Состав бетона на заполнителе из золошлаковой смеси можно определять по графикам, построенным на основе экспериментальных данных для применяемых видов и марок цемента, требуемой подвижности бетонной смеси и фактических условий твердения бетона (см. прил. ).

10.9. Приготовление бетонной смеси на заполнителе из золошлаковой смеси рекомендуется производить в смесителях принудительного перемешивания типа С-773, С-357 или лопастных растворобетоносмесителях типа СМ-289, С-209 и С-290. Продолжительность перемешивания должна быть в пределах 3 - 5 мин в зависимости от емкости смесителя и жесткости смеси.

При использовании бегунов типа ЗМ-3, Ц-79 и др., применяемых для получения активизированного бетона из доменного гранулированного шлака, обработку золошлаковой смеси следует вести в слабоувлажненном состоянии 8 - 10 мин. В результате прочность бетона повышается на 20 - 30 % по сравнению с прочностью бетона, получаемого из смеси, приготовленной в обычных смесителях.

10.10. Прочность бетона на золошлаковой смеси, твердеющего в нормальных условиях в течение 1 и 2 лет, достигает соответственно 120 - 130 и 140 - 160 % по отношению к месячной прочности. Для ускорения твердения изделий из этого бетона рекомендуется пропаривание при температуре 90 - 95 °С с продолжительностью изотермического прогрева 8 - 10 ч. При этом к месячному сроку нормального твердения бетон достигает проектной прочности. Бетон на заполнителе из золошлаковой смеси можно подвергать автоклавной обработке, которая обеспечивает получение требуемой прочности сразу после термообработки при расходе цемента, меньшем на 20 - 30 %, чем в бетоне на обычных заполнителях.

10.11. Мелкозернистый бетон на заполнителе из золошлаковой смеси получается прочностью от 5 до 50 МПа * и морозостойкостью от 15 до 150 циклов. Коэффициент теплопроводности такого бетона равен 0,87 - 0,93 Вт/(м ∙ К) ** .

* 1 кгс/см 2 = 0,1 МПа.

** 1 ккал/(ч ∙ м ∙ °С) = 1,16 Вт/(м ∙ К).

Переходные коэффициенты при испытании этого бетона в образцах разного размера принимаются как для тяжелого бетона (ГОСТ 10180 -74). Значения нормативных и расчетных сопротивлений бетона можно принимать в зависимости от его марки по главе СНиП по нормам проектирования бетонных и железобетонных конструкций, а начальный модуль упругости - как для тяжелого бетона с коэффициентом 0,85.

Соответствие бетона дополнительным техническим требованиям (тепловыделение, теплопроводность, водопроницаемость, морозостойкость, коррозионная стойкость в агрессивных средах и др.) подтверждается лабораторными испытаниями на конкретных материалах.

10.12. Бетон на заполнителе из золошлаковой смеси рекомендуется применять:

в шахтном строительстве для изготовления сборных бетонных и железобетонных элементов крепи (затяжек, центрифугированных стоек, тумб, бетонитов) и рудничных шпал;

в сельскохозяйственном и малоэтажном строительстве для изготовления мелких и крупных фундаментных и стеновых блоков, плит перекрытий и покрытий, перемычек, колонн и балок длиной до 6 м.

10.13. Для обеспечения сохранности стальной арматуры в железобетонных конструкциях, изготовленных из бетона на золошлаковой заполнителе, необходимо применят в качестве вяжущего портландцемент, отвечающий требованиям ГОСТ 10178-62* . Расход цемента на 1 м 3 бетона принимается не менее минимально допустимой нормы, определяемой по формуле

С = (0,4 + 0,04 А ) Р ,

где С - расход портландцемента, кг/м 3 бетона (минимально допустимая норма);

А - содержание несгоревших частиц угля в зольных фракциях золошлакового заполнителя, %;

Р - количество зольных фракций в составе золошлакового заполнителя, кг/м 3 бетона.

Формула применима при А = 5 - 15 %. Если А < 5 %, минимально допустимая норма расхода цемента определяется по формуле

С = 0,6 Р .

Мелкозернистый бетон на шлакопесчаном заполнителе

10.14. Мелкозернистый бетон на шлакопесчаном заполнителе приготовляется из шлака раздельного гидроудаления и природного кварцевого песка. По предварительным данным, такой бетон более экономичен, чем мелкозернистый бетон на двухфракционном кварцевом песке (на 20 - 25 % по расходу цемента).

При необходимости изготовления густоармированных и тонкостенных конструкций такой бетон будет эффективен.

Бетон на комбинированных заполнителях, включающих золошлаковую смесь или шлак

10.15. При изготовлении тяжелого бетона золошлаковая смесь может заменить песок частично или полностью. Особенно выгодно вводить золошлаковую смесь вместо мелкозернистого песка, требующего повышенного расхода цемента. Бетон, в котором золошлаковая смесь, заменяющая песок, сочетается со щебнем, по прочности не уступает бетону на высококачественных заполнителях.

При применении золошлаковой смеси или шлака в бетонах в сочетании с обычными заполнителями улучшается зерновой состав и удобоукладываемость бетонной смеси, достигается экономия дорогостоящих заполнителей и в отдельных случаях цемента.

10.16. Применение комбинированных заполнителей требует выделения места на складе, наличия бункеров и дозаторов на бетоно-смесительных установках и заводах.

10.17. Составы бетонов на комбинированных заполнителях устанавливают строительные лаборатории с учетом вида и качества местных материалов, условий производства и требований к бетону.

Бетоны на комбинированных заполнителях можно применять в обычных железобетонных конструкциях наравне с тяжелыми бетонами с учетом ранее оговоренных ограничений. В напряженно-армированных, специальных и особо ответственных конструкциях такие бетоны применять нельзя. Возможность применения для этих конструкций бетонов с комбинированными заполнителями необходимо устанавливать на основе специальных исследований в каждом конкретном случае.

11. ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛЫ В СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРАХ

11.1. Золу рекомендуется применять в цементных, цементно-известковых и известковых растворах. Зола применяется в растворах как активная минеральная добавка, пластификатор и микронаполнитель, улучшающий структуру и качество растворов (пластичность, водоудерживающую способность и прочность).

С применением золы могут быть получены растворы следующих марок (по прочности на сжатие): 4, 10, 25, 50, 75, 100 и 150.

11.2. Строительные растворы с добавкой золы рекомендуется применять для каменной кладки и возведения стен из крупноразмерных элементов. Растворы с добавкой золы не рекомендуется применять в зимний период при кладке методом замораживания в связи с замедленным твердением их при пониженной температуре.

Применение растворов с добавкой золы и шлака для армированной кладки возможно после проверки в лаборатории строительной организации сохранности арматуры в таком растворе.

Цементные растворы с добавкой золы

11.3. Оптимальн ое содержание золы в цементных растворах на портландцементе и шлакопортландцементе рекомендуется в пределах 100 - 200 кг/м 3 . В тощих растворах оптимальное содержание золы составляет 80 - 125 % массы цемента. С увеличением расхода цемента содержание золы уменьшается до 40 - 50 % массы цемента. При высоком расходе цемента - более 400 кг/м 3 введение золы в состав раствора малоэффективно.

Применение мелкодисперсной золы улучшает удобоукладываемость растворной смеси и снижает расход цемента на 30 - 50 кг.

Цементно-известковые растворы с добавкой золы

11.4. Оптимальное содержание золы в цементно-известковых растворах составляет 100 - 200 кг/м 3 . Золу рекомендуется вводить взамен части цемента, извести и песка. При этом достигается экономия до 30 - 50 кг цемента и 40 - 70 кг известкового теста на 1 м 3 раствора без ухудшения удобоукладываемости и прочности. Добавка золы практически не изменяет водопотребности цементно-известковых растворных смесей и эффективна при применении портландцемента и шлакопортландцемента.

Крупнодисперсную золу используют как добавку вместо части извести и песка без уменьшения расхода цемента.

Известковые растворы с добавкой золы

11.5. В известковых растворах при замене извести золой расход известкового теста уменьшается на 50 % без снижения прочности и других свойств этих растворов. При замене 50 % извести удвоенным по массе количеством золы вместо извести и части песка достигается экономия извести и повышается марка раствора. Таким путем можно получить известково-зольный раствор марки 25 без применения цемента. Бесцементные известково-зольные растворы марок 10 и 25 экономичны и могут найти применение в массовом малоэтажном и сельском строительстве.

11.6. Подбор составов растворов с добавкой золы производится в следующей последовательности. Вначале определяется состав раствора без добавки золы с расходом составляющих в килограммах на 1 м 3 раствора. Затем уточняется расход составляющих с учетом введения в раствор золы. В результате добавки золы объемная масса раствора увеличивается лишь на 20 - 40 кг, а водопотребность растворных смесей практически не изменяется. Зола вводится в цементные растворы взамен части цемента и части песка; в цементно-известковые - взамен части цемента, извести и песка. После подбора составы строительных растворов уточняются на пробных замесах.

Примерные составы обычных растворов с добавкой золы и без нее приведены в прил. .

11.7. Строительные растворы с добавкой золы приготовляют централизованно на бетонорастворных заводах или растворосмесительных узлах, оснащенных серийными растворосмесителями вместимостью 150, 375, 750 и 1500 л. Составляющие растворных смесей дозируют по массе. Продолжительность перемешивания растворов с добавкой золы устанавливается из условия получения однородной смеси и составляет 3 - 5 мин.

11.8. Контроль качества растворов с добавкой золы должен включать регулярную проверку качества исходных материалов, точности дозирования и времени перемешивания, физико-механических свойств растворной смеси и затвердевшего раствора.

Подвижность, расслаиваемость, водоудерживающую способность и объемную массу растворных смесей, а также прочность при сжатии и изгибе, плотность, водопоглощение и морозостойкость затвердевших растворов определяют по ГОСТ 5802 -66.

Постоянно контролируют подвижность, объемную массу растворных смесей и прочность при сжатии затвердевших растворов. Другие свойства растворных смесей контролируются, когда к растворам предъявляются специальные требования, диктуемые особыми условиями производства работ или эксплуатации конструкции.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Пропускная способность установки, по расчету, 101 - 500 т золы в год. Вместимость склада, состоящего из шести силосов по 140 т сухой золы, составляет 840 т. Сметная стоимость строительства установки 760 тыс. руб., в том числе строительно-монтажных работ 600 тыс. руб.

Рис. 1. Схема установки сухого отбора золы

1 - вакуум-насос РМК-4, 2 - пневмовинтовой насос НПВ-36-4; 3 - мотор; 4 - бункер-накопитель; 5 - золопровод вакуумный, 6 - осадительная камера с фильтром; 7 - дымовая труба; 8 - дымосос; 9 - электропневматические задвижки; 10 - электрофильтры; 11 - золосборники; 12 - котел ГЭС; 13 - шламопровод на отвал золы и шлака; 14 - склад золы силосный; 15 - отгрузка золы на железнодорожный и автотранспорт; 16 - трубопровод сжатого воздуха; 17 - золопровод напорный; 18 - компрессорная

Схема установки представлена на рис. . От золосборников под электрофильтром, из которых зола выдается в систему гидроудаления, с помощью электропневматических задвижек зола попадает в вакуумный золопровод, осадительную камеру с фильтром и в бункер-накопитель. Вакуум в системе отсоса создается вакуум-насосом, из бункера-накопителя зола захватывается пневмовинтовым насосом, питающимся от компрессорной, и по напорному золопроводу закачивается в силосный склад. С помощью сжатого воздуха, подаваемого по трубопроводу, производится погрузка золы в железнодорожные золовозы или автозоловозы.

По расчетам, окупаемость капитальных затрат на создание установки от прибыли за реализацию сухой золы по 2 - 3 руб. за 1 т произойдет за 6 лет, а от прибыли за счет экономии цемента всего за 1 год.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Отделение приготовления шлама рассчитано на производство 30 тыс. м 3 железобетонных изделий в год и может быть расширено для обеспечения производства 100 тыс. м 3 изделий в год.

Зола в отвале перемещается с помощью бульдозера в бурты, экскаватором грузится в железнодорожные полувагоны и доставляется на завод. За пять летних месяцев на заводе создается запас золы на всю зиму в открытом складе.

Рис. 2. Схема переработки золошлаковой смеси и использования шлама

1 - железнодорожный полувагон; 2 - открытый склад золошлаковой смеси, доставленной из отвала; 3 - экскаватор на гусеничном ходу; 4 - самосвал для подачи золошлаковой смеси в бассейн; 5 - самоходная шламомешалка; 6 - бассейн для приготовления шлама; 7 - шламонасос; 8 - шламопровод в бункер бетоносмесительного отделения; 9 - бункер для шлама; 10 - дозатор для шлама; 11 - бетоносмесительное отделение

В отделении приготовления шлама (рис. ) имеются два шламбассейна емкостью по 36 м 3 , работающие поочередно на приготовление и расход шлама. Экскаватор грузит золу из открытого склада в автосамосвал, который перемещает ее в шламбассейн. Скоростные самоходные мешалки перемешивают смесь с водой и добавкой СДБ в количестве, обеспечивающем получение шлама постоянного состава и консистенции. Шлам насосом перекачивается в дозировочное отделение бетоносмесительного узла и расходуется через жидкостный автоматический дозатор. Дозируемое количество шлама содержит 90 - 100 % необходимого количества воды для получения бетонной смеси. Получаемая бетонная смесь (см. прил. ) имеет осадку конуса 20 - 24 см.

Капитальные затраты на создание отделения 67,4 тыс. руб. Возможная годовая экономия 118,6 тыс. руб. складывается из уменьшения расхода цемента на 125 кг/м 3 бетона и дефицитного песка до 30 %, а также исключения затрат на работы по отделке поверхностей панелей под окраску.

Снижение стоимости изделия составляет 2 р. 36 к. на 1 м 3 , или 4 %.

Разработанная технология изготовления панелей стен и перекрытий позволила достигнуть высокого качества поверхности изделий, уменьшить время уплотнения смеси (с требуемой осадкой конуса 20 - 24 см) в кассетах конструкции Гипростроммаша до 2 - 3 с и отказаться от шпаклевки поверхности изделий под окраску. Одновременно в результате сокращения длительности вибрирования кассет значительно улучшились условия труда в цехе.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Таблица 1

Составы тяжелого бетона с добавкой золы на портландцементе или шлакопортландцементе, гранитном щебне крупностью 10 - 20 мм и мелкозернистом кварцевом песке, твердеющего в условиях тепловой обработки

Марка бетона

на шлакопортландцемеите марки 300

на портландцементе марка 400

на портландцементе марки 500

осадка конуса, см

жесткость, с

Таблица 2

Составы тяжелого бетона на портландцементе или шла копортландцементе, гранитном щебне крупностью 10 - 20 мм и мелкозернистом кварцевом песке, твердеющего в условиях тепловой обработки

Марка бетона

Удобоукладываемость бетонной смеси

Расход материалов на 1 м 3 бетона, кг

на портландцементе марки 400

на портландцементе марки 500

осадка конуса, см

жесткость, с

Таблица 3

Составы бетона на заполнителе из золошлаковой смеси, приготовленного в бетоносмесителе принудительного действия и твердеющего в условиях тепловой обработки

Марка бетона	Удобоукладываемость бетонной смеси		Расход материалов на 1 м 3 бетона, кг
			на шлакопортландцементе марки 300			на портландцементе марки 400			на портландцементе марки 500
	осадка конуса, см	жесткость, с		золошлаковая смесь			золошлаковая смесь			золошлаковая смесь

Немного об углях.

В России существует несколько крупных угольных бассейнов.

Кузнецкий угольный бассейн (Кемеровская область) является одним из самых крупных угольных месторождений мира. По качеству угли разнообразны и относятся к числу лучших углей. В глубоких горизонтах угли содержат: золы 4—16 %, влаги 5—15%, фосфора до 0,12%, летучих веществ 4—42%, серы 0,4—0,6%; обладают теплотой сгорания 7000—8600 ккал/кг (29,1—36,01 МДж/кг); угли залегающие вблизи поверхности, характеризуются более высоким содержанием влаги, золы до 30% и пониженным содержанием серы.

Восточно-сибирские угли

Иркутский угольный бассейн расположен в южной части Иркутской области.

Хакасские угли

Минусинский угольный бассейн, расположен в Минусинской котловине (республика Хакасия). К наиболее крупным из них относятся Черногорское и Изыхское угольное месторождение. В бассейне преобладают каменные длиннопламенные угли с теплотой сгорания 31-37 МДж/кг. Содержание серы редко превышает 1%. Угли относятся к среднезольным, при этом максимальная зольность (11-29,7%) характерна для углей Изыхского месторождения, минимальная (6,6-17,8%) - для углей Бейского месторождения.

Канско-Ачинский угольный бассейн

Находится в Красноярском крае, бассейн обладает наиболее значительными запасами энергетического бурого угля, добывающегося в основном открытым способом.
Зольность в среднем составляет 7 — 14%, теплотворная способность 2800 — 3800 ккал/кг, малосернистые.

Экибастузский угольный бассейн (Казахстан) является одним из самых значительных по запасам и занимает первое место в мире по плотности угля: на площади 62 квадратных километра запасы угля оцениваются в 13 миллиардов тонн или 200 тонн на один квадратный метр. А по добыче угля открытым способом является одним из наиболее перспективных районов в мире. Зольность каменных углей, поступающих в Россию на предприятия энергетики, достигает 40-50%. Основные потребители угля из этого басcейна находятся на Урале.

В зависимости от степени углефикации (метаморфизма) существуют бурые угли, каменные угли и антрациты. Самая низкая теплота сгорания у бурых углей, а самая высокая — у антрацитов. Наиболее выгодное отношение цены и удельной теплоты сгорания имеют каменные угли. Угли марок Д, Г и антрациты находят свое применение, как правило, в котельных, т.к. они могут гореть без поддува. Угли марок СС, ОС, Т применяются для получения электрической энергии, т.к. они имеют большую теплоту сгорания, но сжигание данного вида углей связано с определенными технологическими сложностями, которые оправданы лишь в случае необходимости использования большого количества угля. В черной металлургии используются обычно марки Г, Ж, для производства сталей и чугуна.

В зависимости от вида угля, его месторождения, места и способа сжигания на выходе получается совершенно разная зола.

Золы, получаемые из бурых углей Канско-Ачинского бассейна, имеют очень большой потенциал в строительной отрасли, так как содержат в себе большое количество (до 40-50%) зольного вяжущего. Вяжущее, выделенное из буроугольной золы почти идеально подходит для производства всего спектра легких и особо легких бетонов: пенобетоны, газобетоны и т.д.

Единственным минусом зольного вяжущего является наличие свободного кальция, который служит миной замедленного действия. Не удалив свободный кальций вы рискуете получить саморазрушающиеся строительные материалы, удаление свободного кальция происходит путем добавления 1% раствора CaCl2. Также в буроугольной золе содержится магнетит до 3-5%, применяемый в качестве наполнителя для особо тяжелых бетонов, либо как сырье для металлургии. Оставшиеся из бурогольной золы продукты имеют ценность песка, несгоревший уголь может быть направлен на повторно в котел.

Кислые золы

При исследовании механизма гидратации зольных цементов выявлены все стадии процесса взаимодействия частицы добавки с цементной матрицей, характерные для пуццолановой реакции и протекающие на поверхности пуццолановой частицы, в данном случае зольной, соприкасающейся с твердеющим цементным камнем (контактная зона). Основные из этих стадий:

Адсорбция гидроксилов жидкой фазы цементного камня на катионных центрах стеклофазы на поверхности пуццоланы выход катионов стеклофазы в раствор и их замещение гидроксилами;

Возникновение на поверхности частиц вследствие накопления гидроксилов отрицательного заряда, адсорбция поверхностью пуццоланы щелочных ионов и кальция и образование вокруг частицы й-потенциала;

Формирование на поверхности пуццолановой частицы полупроницаемой пленки из первичных (щелочных) и вторичных (кальциевых) продуктов гидратации

Подсос воды под полупроницаемую пленку и возникновение под ней осмотического давления, следствием чего является разрушение пленки и образование вокруг

Частицы пуццоланы стерической поры толщиной 1–2 мкм, отделяющей частицу от цементного камня;

Постепенное заполнение поры продуктами гидратации цемента и пуццолановой реакции, вследствие чего частица пуццоланы срастается с цементным камнем;

Формирование после полного зарастания поры прочной и долговечной структуры напоминающей микробетон Юнга, где, однако, заполнителем является не непрогидратировавшийся остаток клинкера, а остаток частицы золы.

На рис. 5.1 наглядно видно образование и последующее «прошивание» новообразованиями стерической поры вокруг частицы золы.

Рис. 5.1 Зона перехода частицы золы в цементном камне

Процессы в контактной зоне определяют развитие прочности и другие СТС зольных цементов. Так, цементы с тонкодисперсной золой в ранние сроки уступают по прочности цементам с более грубодисперсной золой, однако в дальнейшем рост их прочностипроисходит более интенсивно. При этом степень гидратации в ранние сроки цементов с тонкодисперсной золой даже несколько выше Причиной снижения начальной прочности является образование большего числа сферических пор при использовании тонкодисперсной золы-уноса. Те же факторы определяют пониженные деформации усадки, повышеннуютрещиностойкость и другие СТС зольных цементов. Наличие в золе наряду с порами контактной зоны также большого числа полых частиц может вызвать снижение морозостойкости зольных цементов.

Большое влияние на долговечность бетона на основе зольных цементов оказывает содержание остатков несгоревшего топлива в золе.

Морфология кислых зольных частиц такова, что частички кокса в них вплавлены в алюмосиликатное стекло. Поэтому при затворении цемента углерод первоначально изолирован силикатным стеклом от цементной матрицы.

Однако после двух-трех лет службы бетона стеклообразная алюмосиликатная оболочка вокруг углеродного включения зольных частиц коррозирует, вследствие чего в бетоне образуется большое число микроэлементов, состоящих из пары углерод – металл и электролита – жидкой фазы бетона. Возникновение микропотенциалов и микротоков от таких элементов ведет к депассивации арматуры и, как следствие, к возникновению язвенной коррозии арматуры, особенно при работе бетона в воздушно-влажных условиях.

При воздушно-сухих или водных условиях твердения бетона коррозия арматуры бетона под влиянием углерода золы может и не наблюдаться в первом случае из-за недостатка жидкой фазы бетона, во втором – из-за недостаточного доступа кислорода к поверхности арматуры. Здесь стоит отметить, что в принципе по сходному механизму –депассивации поверхности арматуры – воздействует и ион Cl - , из-за чего его предельно допустимое содержание в цементе ограничивают величиной 0,1%. Такой же норматив обычно относят и к золе-уносу (см., например BS 3892, р. 1 или ТУ 34–70–10317–92).

Опасность возникновения коррозии стальной арматуры в бетоне вынуждает ограничивать содержание несгоревшего угля (ППП) в золе, используемой в качестве активной минеральной добавки к цементу. Поэтому нормативы по предельному значению ППП золы содержатся во всех стандартах на золу-унос, используемую в качестве добавки к цементу, и обычно составляют 3–5%.

Таким условиям по содержанию несгоревшего топлива удовлетворяют золы молодых

бурых углей, а также газовых и частично – длиннопламенных. В золах тощих углей содержание углерода достигает 18–20%, антрацита – 26–28%. Эти золы могут быть использованы только после сепарации.

Например, зола Луганской ГРЭС с общим значением ППП 28% сепарацией была разделена на две фракции: тонкую с ППП 5,8% и грубую с ППП 55%. В золе Волгоградской ТЭС при валовом значении ППП около 8% содержание угля в тонкой фракции составляло 3%, в крупной фракции достигало 35%. Первая в основном удовлетворяет требованиям к добавкам, вторая − может быть использована в качестве топлива, либо сырьевого материала, содержащего топливо.

Теплотворная способность крупных фракций золы тощих углей и антрацитов достигает от 7–10 до 14–15 тыс. кДж/кг.

Мировой опыт показывает, что для массового применения в качестве добавки к цементу необходима предварительная переработка или обогащение золы-уноса для превращения отхода от сжигания углей в полезный продукт, пригодный для дальнейшего применения.

Практикуются следующие методы корректировки качества золы:

1) Фракционирование с отделением крупной фракции золы может осуществляться с помощью воздушной сепарации. Это позволяет в несколько раз снизить содержание остаточного углерода в золе и повысить стабильность ее свойств.

2) Другим способом отделения частиц золы, содержащих большой остаток несгоревшего топлива, является магнитная или электростатическая сепарация. Выше было показано, каким образом частицы золы, обогащенные углеродом, приобретают магнитные свойства, позволяющие производить магнитную сепарацию золы. Электростатическая сепарация связана с тем, что в электрическом поле частицы золы, обогащенные углем, приобретают положительный заряд, а алюмосиликатные частицы, бедные углем – отрицательный. После электростатической сепарации содержание углерода в отсепарированной золе может быть снижено в 10– 15 раз. Существуют промышленные образцы электростатических сепараторов производительностью до 40 т/ч.

3) Флотация золы применяется для отделения от общей массы золы ксеносфер (полых частиц золы), которые являются весьма полезным и дорогостоящим продуктом, используемым при производстве особенно легких и теплоизоляционных бетонов и изделий. Недостатком способа является необходимость сушки золы после флотации.

4) Важным способом повышения качества золы является ее домол. Лучше, если домолу подвергается предварительно отсепарированная зола, освобожденная от большей части несгоревшего топлива. Домолнесепарированной золы целесообразен только при невысоком общем значении ее ППП, не превосходящем 3–5%. Домол позволяет не только повысить качество, но и стабилизировать химический состав золы, что особенно важно при производстве высокопрочных цементов и бетонов.

При отсутствии в России поставщиков тонкодисперсной сепарированной золы-уноса домол целесообразно осуществлять на цементном заводе, использующем золу-унос. Для этого необходимо выделить одну цементную мельницу, дооборудованную устройством для дозирования в нее золы. После домола золу можно не подавать вновь в цементную мельницу, выпускающую зольный цемент, но смешивать в нужном соотношении с бездобавочным цементом.

Основные золы

К основным золам относятся сланцевые золы Прибалтийской ГРЭС и Сланцевской ТЭЦ, золы молодых углей Канско-Ачинского и Итато-Боготольского бассейнов (Березовская ГРЭС, Красноярские ТЭЦ–1 и ТЭЦ–2 и др.), а также ТЭЦ и ГРЭС некоторых других регионов, работающих на сланцах, например, Сызранской.

Общим для них является содержание СаО в золе от 20 до 40% и более, в том числе 7–20% СаО св.

Петрографический и микрорентгеноспектральный анализы показали, что эти золы характеризуются сочетанием кислых зольных частиц, по морфологии и химическому составу аналогичных кислым золам-унос, и основных частиц, содержащих C 2 S, C 12 A 7 , СаО св и некоторое количество ангидрита, образовавшегося на их поверхности при контакте с дымовыми газами. Стеклофаза содержится главным образом в кислых частицах зол.

Исследованные золы содержали 10–14% β-С 2 S, 5–8% кварца, до 15% ангидрита, до 4% железистых соединений типа гематита и магнетита, от 8 до 28% СаО св, а также около одной трети по массе стеклофазы. Состав фракций золы определяется их дисперсностью. В тонких фракциях накапливаются ангидрит, оксиды щелочей и относительно мало СаО св, в крупных почти нет ангидрита, меньше щелочей, но значительно больше СаО св. Фракционирование зол по дисперсности может осуществляться на самих ТЭС в процессе золоулавливания. Например, на Прибалтийской ГРЭС тонкие фракции с удельной поверхностью 350 м 2 /кг и более и содержанием СаО св 7–8% осаждаются в 3–4 полях электрофильтра, в то время как грубодисперсная зола, содержащая 12–20% СаО св – в пылеосадительной камере, циклонах и 1–2 полях электрофильтра.

Пригодность основных зол для производства цемента обычно ставится под сомнение. Как правило, они используются в дорожном строительстве для укрепления грунта дорожных оснований, в сельском хозяйстве для известкования почв и т. п.

Однако исследованиями, выполненными в НИИЦементе и Фирме «Цемискон», установлено, что вследствие кратковременности пребывания в горячей зоне топки котла свободная известь в частицах золы не является мертво обожженной. При затворении водой ее гашение начинается уже через несколько часов, а через сутки гасится до 70% свободной извести. Ангидрит растворяется медленнее, затрудняя доступ воды к остальной части СаО св. Вследствие этого окончание гашения СаО св наблюдается только через 7–10 суток, в те же сроки заканчивается растворение ангидрита.

После окончания процессов гашения СаО св и растворения ангидрита в части гидратированных зол отчетливо фиксируются гипс и эттрингит. В других образцах ни один из этих минералов методом РФА или петрографически не обнаруживается, однако методом ИКС по полосе поглощения 1100– 1200 см –1 установлено наличие большого количества рентгеноаморфногоэттрингита. Исследования показали, что морфология продуктов гидратации определяется соотношением скорости гидратации СаО св, CaSO 4 , C 12 A 7 и алюмосодержащего стекла, причем существенно соотношение количества СаО св и SO 3 в золе.

Фактором, определяющим допустимый ввод основной золы и контролирующим прочность цемента с этой золой, является расширение цементов. Изучение фазового состава новообразований показало, что расширение МЦ с основной золой имеет гидроксидную и сульфоалюминатную составляющие.

Оксидное расширение в основном происходит в первые сутки гидратации и полностью завершается к 7–10 суткам, когда структура цементного камня еще способна к деформациям. Часть эттрингита образуется после 7 суток. При этом могут образовываться хорошо оформленные кристаллы эттрингита, что ведет к возрастанию прочности, либо рыхлые бесформенные пучки, из которых позднее формируются иглы. При формировании эттрингита в виде квазиаморфных пучков расширение цемента значительно возрастает и он, несмотря на весьма высокую прочность, не выдерживает испытания на равномерность изменения объема.

Было установлено, что формирование игольчатых кристаллов эттрингита может быть ускорено, а линейное расширение цементов снижено при оптимизации отношения SO 3 /CaO св в цементе (сульфоизвестковый модуль). Исследование влияния этого модуля на линейное расширение и прочность цемента показало, что максимум прочности достигается при величине модуля 1,1–1,2. При этих значениях равномерность изменения объема обеспечивается даже при довольно значительной величине линейного расширения. Например, при содержании в цементе основной золы с 14,4% СаО св в количестве20% прочность цемента при испытаниях по ГОСТ 310.4 составила в 3-суточном возрасте 39,4, в 28-суточном – 59,6, в 6-месячном – 77,4 МПа. Прочность после пропаривания –56,6 МПа. Линейное расширение составило 0,22% в 28-суточном возрасте и 0,45% после ТВО.

Ввод в цемент основной золы должен быть таким, чтобы содержание СаО св в цементе не превышало 3,0, максимум – 3,5%. При большем содержании СаО св расширение является чрезмерным даже при оптимизации ввода гипса и формировании эттрингита в виде игольчатых кристаллических сростков. Это может привести к неравномерности изменения объема цемента.

Велико влияние дисперсности цемента на линейное расширение и прочность цементов с основной золой. С увеличением дисперсности с 300 до 400 м 2 /кг линейное расширение снижается в среднем на 30–35%, а прочность цементов возрастает на 10–17%.

Таким образом, установлены условия, при которых достигается высокое качество цементов с основной золой:

Сульфоизвестковый модуль 1,1 – 1,2;

Дисперсность не менее 350 м 2 /кг. Выводы проверены и подтверждены какв лабораторных, так и в производственных условиях при изготовлении сборного железобетона класса прочности В25 – В30. Наблюдения за состоянием этих изделий после эксплуатации в несущих конструкциях зданий в течение 3-х лет не выявили каких-либо повреждений бетона на цементе с основной золой.

Специальные зольные цементы

В связи с тем, что при гидратации цементов с основной золой наблюдается значительное линейное расширение, были проведены исследования по получению зольных напрягающих и безусадочных цементов, а также цементов с регулируемым расширением. Такие цементы нужны для получения плотных водонепроницаемых бетонов.

Показано, что цементы оптимального состава, содержащие 20–25% основной золы с содержанием СаО св около 15% и удовлетворяющие требованиям, указанным выше имеют энергию самонапряжения в пределах 1,5–3 МПа и могут применяться как напрягающие цементы с малой энергией самонапряжения. При увеличении содержания золы в цементе до 25% или содержания СаО св в золе до 20–25% самонапряжение возрастает до 3–5 МПа, что соответствует НЦ 20 и НЦ 40 со средним и высоким самонапряжением.

Для получения безусадочных цементов и цементов с регулируемым расширением в состав цемента вводили комплексную добавку, состоящую из высококальциевой основной золы, шлака или трепела и кварцевого песка.

Соотношение компонентов определяет величину линейного расширения, самонапряжение и прочность цемента. Исследовали составы, содержавшие шлак в количестве 5–15%, золу 5–25%, песок 3–11%, трепел 5–10% Прочность цементов в 28-суточном возрасте составляла 42–56 МПа, после пропаривания – 29–49 МПа.

Определены наиболее эффективные составы цементов с комплексной добавкой клинкер – 60 –80%, высококальциевая зола с содержанием СаО св не более 18% – 10–25%, шлак гранулированный – 5–25%, кварцевый песок–3–10%.

Должны быть также выполнены условия указанные выше. Цементы такого состава являются безусадочными либо слаборасширяющимися и позволяют получить бетон с водонепроницаемостью W8 и более.

Дозировка золы

Для кислой золы класса А с ППП не более 5% содержание золы в цементе обычно составляет 10–20%. Такое количество золы допускает в цементе типа СЕМ II европейский стандарт EN 197–1, российские ГОСТ 31108 и ГОСТ 10178, китайский GB 175 и другие. В специальных зольных цементах содержание золы может достигать 40–50%.

Тонкую фракцию кислой золы можно смешивать с бездобавочным цементом в количестве до 20% от массы готового продукта, грубую – использовать в качестве компонента сырьевой смеси, определяя необходимую дозировку этой фракции золы расчетом состава сырьевой смеси.

Микрокремнезем

Цементы и бетоны с содержанием микрокремнезема. Ультрамелкие пуццолановые побочные продукты промышленности кремниевых сплавов обозначаются, по крайней мере, 17 различными названиями, некоторые из них представлены в таблице 1. В научном мире термин "конденсированные пары кремнезема" сейчас применяется по отношению к парам, получаемым из целого ряда сплавов. Большинство исследований влияния этих материалов на бетон посвящено концентрированным парам кремнезема, для обозначения которых становится общепринятым термин "микрокремнезем". Для удобства в данном тексте материалы, представляющие особый интерес для бетонной промышленности, называются "микрокремнезем".

Альтернативные названия микрокремнезема:

Кремнеземистая мука;

Кремнеземистая пыль;

Кремнеземистые пары;

Пары кремнезема;

Летучий кремнезем;

Кремнезем из электродуговых печей;

Пирогенный кремнезем;

Конденсированные пары кремнезема.

История. Норвежский Технологический Институт изучает свойства бетона с содержанием микрокремнезема уже 35 лет. Расширение применения порошка микрокремнезема в готовых бетонных смесях с 1975 привело к принятию норвежских стандартов для микрокремнезема в цементе (1976) и в бетоне (1978). В Канаде использование микрокремнезема в бетоне было одобрено в 1981, в том же году первые промышленные смеси портландцемент/микрокремнезем были произведены в Исландии. В Канаде такие смеси появились в 1982. Микрокремнезем используется везде – от бетонных блоков до нефтяных сооружений, и его рабочие качества исследуются и проверяются по всему миру.

Источники и производство. Кремний, феррокремний и другие кремниевые сплавы вырабатываются в электродуговых печах. Чистый кварц плавится с углем и рудами при очень высоких температурах, и микрокремнезем собирается путем охлаждения и фильтрования печных газов. Заводы кремниевых сплавов потребляют огромное количество энергии, поэтому они обычно расположены там, где доступна дешевая гидроэлектроэнергия. В число ведущих производителей входят Норвегия, Канада и Исландия.

Химические и физические характеристики. Вид сплава, вырабатываемого в печи, является основным фактором, определяющим характер материала, собранного в рукавных фильтрах. Печи для производства феррокремниевых сплавов с содержанием кремния свыше 72% дают микрокремнезем, очень сходный по своим свойствам и составу. Конденсированные пары кальциево-кремниевых, феррохромо-кремниевых и кремниево-марганцевых сплавов могут обладать сходными физическими характеристиками, но их химический состав может существенно отличаться.

Частицы микрокремнезема имеют гладкую поверхность и сферическую форму. Средний размер частиц составляет 0,1–0,2 микрон, то есть они в 50–100 раз мельче цемента или летучей золы, а удельная площадь поверхности составляет от 13000 до 25000 м 2 /кг. Порошок, собранный в фильтрах, фактически состоит из рыхлых агломератов с очень низкой насыпной плотностью.

По сравнению с другими вяжущими материалами, микрокремнезем отличается очень высоким содержанием реактивного кремнезема и мелкостью. На содержание углерода и, следовательно, цвет влияет главным образом наличие или отсутствие в печи системы теплорегенерации. Не считая этого, изменчивость материала в зависимости от особенностей печи или состава сплава крайне невысока.

Виды и сорта. В настоящее время в Великобритании имеется в основном микрокремнезем из чистых сплавов. Чистейший продукт поступает с металло-кремниевого производства, отличается высокой ценой и ограниченной сферой применения – промышленность огнеупорных материалов. Микрокремнезем для использования в бетоне получают из феррокремниевых сплавов. Некоторые поставщики микрокремнезема смешивают материал из различных источников для получения продукта постоянного состава с разницей в содержании реактивного кремнезема ±2%.

Пары сплавов с высоким содержанием кальция или марганца настолько отличаются по химическому составу по сравнению с чистым микрокремнеземом, что их следует рассматривать как различные материалы. Проведены небольшие исследования их применения в бетоне и очевидно, что их пуццолановая активность гораздо ниже.

Суспензии в сравнении с порошками. Необработанный микрокремнезем очень трудно транспортировать и хранить. Был сделан ряд попыток получить более удобный в обращении материал с помощью таких методов как микрогранулирование путем длительной аэрации, механическое гранулирование и агломерация путем высушивания суспензий. Хотя с такими материалами и легче обращаться, но они все же плохо рассеиваются в бетонной смеси и, как правило, необходимо использовать пластификатор или суперпластификатор.

Суспензии микрокремнезема, по-видимому, представляют собой наиболее практичную форму для крупномасштабного производства обычного бетона. Сырой микрокремнезем смешивается с равным количеством воды и суспензируется с помощью высокомощных смесительных установок. Для обеспечения химической и физической стабильности суспензии водородный показатель pH должен находиться в пределах от 4,5 до 5,5.

Существуют суспензии, включающие в себя целый ряд химических добавок, но недавний опыт на участке в Великобритании показывает, что обычный бетон можно получить при добавлении одной водной суспензии. Удельный вес суспензий составляет 1,3– 1,4, а вязкость – 20 секунд при 4мм чашке, то есть показатели сравнительно низкие.

Воздействие на свойства бетона. Суспензии и порошки существенно отличаются только по своему воздействию на пластичный бетон. Их влияние на свойства затвердевшего бетона одинаково. Поскольку суспензии микрокремнезема без примесей, вероятно, представляют наибольший интерес для производителей бетона, в остальной части текста термин "микрокремнезем" употребляется по отношении к 50% водной суспензии, если не указано иное. Дозировка микрокремнезема выражается в процентном содержании твердого микрокремнезема от массы цемента. Вес добавляемой в смесь суспензии в два раза превышает вес требуемого твердого микрокремнезема.

Пластические свойства . Правильно составленная бетонная смесь, содержащая менее 300 кг/м 3 обычного портландцемента и менее 10% микрокремнезема, практически не отличается по водопотребности для эквивалентной номинальной осадки конуса по сравнению с обычными смесями с тем же общим содержанием вяжущих. Даже в таких небольших дозах микрокремнезем обеспечивает отличительные "квазитиксотропные" свойства смеси. На первый взгляд свежеприготовленная бетонная смесь кажется более жесткой, чем показывают результаты теста осадки конуса, однако, ее намного легче подавать насосом, укладывать и отделывать. На участке наблюдалось аномальное поведение смеси, такое как повышение удобообрабатываемости после длительного перемешивания или прохождения через бетононасос.

Жирные смеси с более высоким содержанием микрокремнезема и/или цемента могут стать вязкими и требовать больше усилий для укладки и уплотнения, в таком случае рекомендуется использовать пластификаторы.

Рассеявшись, мельчайшие частицы микрокремнезема уплотняют и стабилизируют смесь и существенно снижают выступание воды и расслоение. В жирных смесях это может привести к образованию трещин при пластической усадке, поскольку вода, испаряющаяся с поверхности, не заменяется выступающей водой. В жаркую или ветреную погоду необходимо уделять особое внимание защите и выдерживанию бетона.

Нарастание прочности. Как и все пуццолановые материалы, микрокремнезем вступает в реакцию с гидроокисью кальция Ca(OH) 2 , освобождаемой при гидратации портландцемента для образования вяжущих соединений. Очень высокая чистота и мелкость микрокремнезема способствует более эффективной и быстрой реакции. При надлежащем рассеивании тысячи реактивных сферических микрочастиц окружают каждое зерно цемента, уплотняя цементный раствор, заполняя пустоты прочными продуктами гидратации и улучшая сцепление с заполнителями. Степень пуццолановой активности зависит от содержания реактивного кремнезема, но на практике между двумя видами материала с высоким содержанием кремнезема существует довольно незначительное различие.

Микрокремнезем может обеспечить прочность на сжатие, намного превышающую прочность обычных бетонов, и здесь ограничивающим фактором является только прочность заполнителя. При использовании природных заполнителей достигается прочность свыше 150 МПа, а при использовании специальных высокопрочных заполнителей можно достичь прочности 300 МПа.

Темпы нарастания прочности обычного бетона с содержанием микрокремнезема слегка отличается по сравнению с современными бетонами на обычном портландцементе. Обычно через 7 дней он приобретает только 55–65% от 28-дневной прочности при выдерживании при температуре 20 о С. Основная пуццолановая активность, по-видимому, протекает между 7 и 20 днями. Микрокремнезем зачастую используется в сочетании с летучей золой и гранулированным доменным шлаком для достижения более приемлемых темпов нарастания прочности.

Опыт других стран, недавно получивший подтверждение в Великобритании, показал, что 1 кг микрокремнезема может обеспечивать такую же прочность, как 3–5 кг обычного портландцемента, в смесях одинаковой удобообрабатываемости при умеренном содержании микрокремнезема и цемента в обеих смесях. На эту вяжущую эффективность или К-фактор оказывает влияние содержание обоих материалов, но при содержании обычного портландцемента 200–300 кг/м 3 и микрокремнезема – менее 10%, значение К-фактора может составлять около 4. В Норвегии средняя дозировка микрокремнезема для смесей обычной прочности составляет 8%.

При добавлении микрокремнезема в количестве до 30% в сочетании с суперпластификаторами можно получить смеси с отношением вода/вяжущие ниже 0,3. Такие бетоны могут достигать очень высокой ранней прочности и они нашли широкое применение там, где осуществляется выдерживание во влажном режиме. Выдерживание в сухом режиме ведет к самовысушиванию и результаты ранних тестов могут оказаться разочаровывающими.

Известно, что пуццолан более чувствителен к изменениям температуры, нежели портландцемент, и микрокремнезем– не исключение. При низких температурах пуццолановая реакция замедляется, а при высоких – ускоряется, причем в обоих случаях значительнее по сравнению с портландцементом. Ни о каких существенных неблагоприятных эффектах на время схватывания обычных бетонов с содержанием микрокремнезема в условиях стран ЕС не сообщается.

Щелочность. Доказано, что микрокремнезем оказывает существенное влияние на щелочность воды в порах цементного геля. Пуццолановая реакция, по-видимому, приводит к образованию геля с высоким содержанием кремнезема, связывающего щелочные металлы, и возможно, с высоким содержанием связанной воды. Уровень водородного показателя pH воды в порах бетона на обычном портландцементе равен 14. При добавлении даже умеренного количества микрокремнезема он очень быстро снижается до 13. При добавлении свыше 15% микрокремнезем в конечном счете забирает из воды в порах практически все ионы щелочных металлов, понижая уровень pH до 12,5. При добавлении около 25% микрокремнезем нейтрализует всю свободную известь, освобожденную силикатами портландцемента. При этом общий уровень pH бетона едва ли снижается до того, что это оказывает неблагоприятное воздействие на инертность арматуры.

Проницаемость. Эффект заполнения пор, создаваемый пуццолановыми сферическими микрочастицами, способствует значительному уменьшению капиллярной пористости и проницаемости бетона. Фактически непроницаемый бетон можно получить при умеренном содержании микрокремнезема и сравнительно низком содержании обычного портландцемента. Поскольку микрокремнезем оказывает большее влияние на проницаемость, чем на прочность, бетон с содержанием микрокремнезема всегда будет гораздо менее проницаемым, чем бетон эквивалентной прочности на обычном портландцементе.

Защита арматуры. Теоретически, пониженная щелочность бетона с содержанием микрокремнезема должна ослаблять его устойчивость к карбонизации и хлоридам. В Норвегии и Швеции исследования бетонных конструкций в возрасте до 12 лет показали, что высококачественные бетоны с содержанием микрокремнезема обладают не меньшей устойчивостью к карбонизации, чем бетоны такой же прочности на обычном портландцементе, и гораздо лучше предотвращают проникновение хлоридов из морской воды. Однако, плохо выдержанный бетон с микрокремнеземом в этом отношении страдает больше, нежели бетон на обычном портландцементе.

Проведена масса лабораторных измерений коррозии арматуры, но предсказать ее рабочие характеристики в реальных условиях трудно. Хотя можно с уверенностью сказать, что при условии надлежащего выдерживания, способность бетона с микрокремнеземом защищать стальную арматуру не будет существенно отличаться по сравнению с бетоном той же прочности на обычном портландцементе.

Морозостойкость. Низкая проницаемость и повышенная плотность цементного камня обеспечивает прекрасную морозостойкость бетона с микрокремнеземом. По всей видимости, не существует теоретической несовместимости микрокремнезема с воздухововлекающими добавками, в действительности стабильная реологическая структура пластичного бетона с микрокремнеземом должна уменьшать потерю вовлеченного воздуха при транспортировке и вибрировании.

Химическое воздействие. Известно, что низкая проницаемость и низкое содержание свободной извести повышает устойчивость бетона к воздействию агрессивных химических веществ. Бетон с содержанием микрокремнезема обладает этими качествами и проявляет прекрасную устойчивость к воздействию целого ряда веществ. Долгосрочные полевые испытания в Норвегии показали, что по своей потенциальной устойчивости к сульфатам он равен сульфатостойкому портландцементу.

Кремнеземная пыль (КП), называемая также микрокремнеземом или микронаполнителем, представляет собой побочный продукт металлургического производства при выплавке ферросилиция и его сплавов, образующийся в результате восстановления углеродом кварца высокой чистоты в электропечах. В процессе выплавки кремниевых сплавов некоторая часть моноокиси кремния SiO переходит в газообразное состояние и, подвергаясь окислению и конденсации, образует чрезвычайно мелкий продукт в виде шарообразных частиц с высоким содержанием аморфного кремнезема. Новые возможности использования КП тесно связаны с прогрессом в области создания эффективных суперпластификаторов– их сочетание дало толчок к созданию бетонов нового поколения, обладающих высокой прочностью (от 60 до 150МПа), повышенной удобоукладываемостью и долговечностью.

Кремнеземная пыль, как сказано выше, представляет собой очень мелкие шарообразные частички аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 20 м 2 /г. Тонкость КП можно проиллюстрировать сравнением с другими порошкообразными материалами:

Кремнеземная пыль 140000–300000 см 2 /г;

Золы уноса 4000–7000 см 2 /г;

Портландцемент 3000–4000 см 2 /г.

Гранулометрический состав КП свидетельствует о том, что размер большинства частиц не превышает 1 микрона, а средний размер частиц составляет около 0,1 микрона, т.е. примерно в 100 раз меньше среднего размера зерна цемента. Кремнеземную пыль можно получать в трех состояниях - природном и уплотненном, а также в виде водной суспензии (около 50%). Плотность КП в естественном состоянии составляет примерно 2,2 г/см 3 (портландцемента – 3,1 г/см 3), а объемная плотность в рыхлом состоянии – 130–430 кг/м 3 (цемента – 1500 кг/м 3). За счет уплотнения можно повысить плотность до 480–720 кг/м 3 . Весьма мелкий гранулометрический состав и значительная удельная поверхность зерен аморфного кремнезема обусловливают высокие пуццолановые свойства и позитивное влияние КП на свойства бетона. Кремнезем в таком виде легко вступает в реакцию с гидроокисью кальция, высвобождаемой в процессе гидратации цемента, повышая тем самым количество гидратированных силикатов типа CSH в результате реакции:

SiO 2 + xCa(OH) 2 + yH 2 O↔xCaO + SiO 2 + (x+y)H 2 O

Эта вновь образовавшаяся фаза CSH характеризуется меньшим отношением C/S (даже до 1,4), чем CSH в результате гидратации цемента. Как следствие, она обладает способностью присоединять другие ионы, особенно щелочи, что имеет существенное значение в связи с применением КП для уменьшения расширения, вызванного реакциями между щелочами и заполнителем. На рис. 2 показаны графики изменения содержания Са(ОН) 2 в течение трех месяцев гидратации растворов из портландцемента 35 с добавками КП в размере от 10 до 30% (В/Ц и В/Ц + КП = 0,4). В случае добавки КП в количестве 10–20% заметный процесс восстановления гидроокиси кальция начинается через 3 дня, а при добавке 30% – уже через один день и протекает весьма интенсивно вплоть до 28-го дня твердения.

Это означает, что в этот период пуццолановая реакция является наиболее интенсивной. Тем не менее, следует подчеркнуть, что с учетом необходимости защиты арматуры содержание КП в бетонах не должно превышать 10%. Известно, что прочность переходной зоны между цементным раствором и крупным заполнителем меньше прочности самого раствора. Эта зона содержит больше пустых пространств, образующихся вследствие скопления свободной воды около зерен заполнителя, а также сложностей, связанных с более плотной упаковкой частиц у его поверхности. В этом пространстве скапливается больше частиц портландита.

В случае отсутствия добавки КП образуются крупные кристаллы Са(ОН) 2 , ориентированные параллельно поверхности заполнителя или арматуры. Кристаллы портландита обладают меньшей прочностью, чем гидратированные силикаты кальция CSH. Именно поэтому переходная зона и является самым слабым звеном в обычном бетоне. Добавка КП даже в количестве 2-5% приводит к уплотнению структуры переходной зоны за счет заполнения свободных пространств. Поэтому уменьшается как величина кристаллов портландита, так и степень их ориентации относительно зерен заполнителя, что обусловливает упрочнение этой слабой зоны бетона.

В результате происходит восстановление самопроизвольно отдаваемой воды, снижается пористость переходной зоны и повышается сцепление теста с заполнителем и арматурой. Пуццолановые реакции, как фактор химического воздействия, вызывают дальнейшее повышение прочности и долговечности бетона. Считается, что в течение первых 7 дней твердения воздействие КП на свойства бетона имеет в основном физический характер, а позднее – как физический, так и химический. В результате физического и химического воздействия происходит благоприятное изменение микроструктуры теста, связанное со значительным уменьшением пористости в зоне капиллярных пор. Изменение структуры пор в бетоне рассматривается многими исследователями как главный фактор влияния КП на механические свойства и прочность бетона.

Эти изменения находят свое отражение в снижении проницаемости бетона, а также в уменьшении коэффициентов диффузии ионов хлора. В свою очередь, снижение водопроницаемости способствует повышению стойкости бетона к воздействиям агрессивных сред. В случае добавки 15% кремнеземной пыли, на каждое зерно цемента в бетонной смеси приходится свыше 2 млн. частичек пыли, что и объясняет их существенное влияние на свойства бетона. Наконец, КП способствует устранению расширения бетона при реакциях щелочей с реакционно-способным заполнителем. С учетом изложенного прим