Шлаковые цементы
Огромные запасы отходов металлургической промышленности (шлаки) нашли широкое применение в производстве цементов.
Шлакопортландцемент (ШПЦ)
Шлакопортландцемент — это гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного тонкого помола портландце- ментного клинкера (до 40 %), доменного гранулированного шлака (30...60 %) и гипса (до 3 %). Его можно также получать тщательным перемешиванием тех же материалов, измельченных раздельно.
Этот вид цемента является разновидностью пуццоланово- го, тонкость помола, как у портландцемента. Начало схватывания не ранее 45 мин, конец — не позднее 10 ч. Прочность ШПЦ на изгиб 4,4...5,9 МПа, на сжатие — 29,4...49 МПа.
Шлакопортландцемент твердеет медленно. При пониженной температуре твердение замедляется, при повышенной (в камерах и автоклавах) — ускоряется. Используют следующие условия твердения: при нормальной температуре, при пропаривании и в автоклаве (170 °С, 8 МПа).
Шлакопортландцемент дешевле, чем обычный портландцемент, примерно на 20 %, в то время как их свойства достаточно близки.
Шлакопортландцемент выпускается марок ШПЦ-300, ШПЦ-400, ШПЦ-500. По сравнению с портландцементом он менее морозостоек (Мрз 100). Поэтому его не рекомендуется применять для конструкций, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, а также к работающим в режиме систематического увлажнения-высыхания и замораживания-оттаивания.
Шлакопортландцемент применяют для бетонных и железобетонных подземных, надземных и подводных сооружений, подвергающихся действию пресных и минерализованных вод, а также для массивного бетона гидротехнических сооружений. Шлакопортландцемент более низких марок может быть использован для строительных растворов, более высоких — для производства бетонных и железобетонных сборных конструкций с применением тепловлажностной обработки.
Выпускают также быстротвердеющий шлакопортландце- мент (ШПЦ-Б) марки 400, отличающийся более высокой тонкостью помола (до 5000 см2/г) и меньшим содержанием шлака. Он характеризуется повышенной сульфатостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью и рекомендуется к применению в подводных и подземных сооружениях.
Быстротвердеющий шлакопортландцемент на третьи сутки твердения раствора характеризуется прочностью на сжатие 21,5 МПа, на изгиб — 5,4 МПа; на 28-е сутки — соответственно 39,2 и 5,4 МПа.
Основным сырьевым материалом для производства шлаковых цементов являются доменные гранулированные шлаки. По химическому составу они близки портландцементу, но содержат меньше СаО и больше Si02 и А1203.
Основными оксидами, образующими минералы шлака, являются СаО (30...50 %), Si02 (28...30 %), А1203 (8...24 %), MgO (1...19 %), суммарное содержание которых обычно больше 90 %. В зависимости от соотношения между основными и кислотными оксидами доменные шлаки делятся на основные и кислые. При этом определяется модуль основности М [см. формулу (4.7)]. Если М > 1, шлаки относятся к основным, если М < 1 — к кислым.
Главный показатель при оценке качества шлаков — коэффициент качества К. Для шлаков с содержанием MgO до 10 % он определяется формулой
При содержании MgO более 10 % применяется формула
Гидравлическая активность возрастает с увеличением значений этих коэффициентов.
При быстром охлаждении (холодной водой, воздухом) в процессе грануляции шлаки приобретают стекловидную структуру, в результате чего их химическая энергия остается в потенциальном состоянии. Поэтому гранулированные доменные шлаки при совместном тонком помоле с возбудителями: щелочными (Са(ОН)2, Mg(OH)2) или сульфатными (CaS04 • 2Н20) — выявляют скрытую химическую энергию и приобретают способность при затворении водой схватываться и затвердевать. Эта особенность доменных шлаков широко используется в производстве шлаковых бесклинкерных цементов.
