Шлаколужні в’яжучі (шлаколужних цементів і бетон)
Шлаколужних цементів – це високоміцне в’яжучий, повністю заміняє звичайний цемент і складається з меленого шлаку, змішаного з будь лугом (рідке скло, сода і т.д.). Процес твердіння цього цементу при його замішуванні аналогічний твердненню звичайного, тобто допускається тверднення при позитивній температурі, прискорена обробка в пропарювальних камерах. На основі шлаколужних цементу можуть бути отримані залізобетонні вироби, що володіють підвищеною стійкістю до агресивних середовищ. При цьому можуть застосовуватися забруднені наповнювачі (з глинистими включеннями).
Встановлення в’яжучих властивостей у сполук лужних металів (літію, калію, натрію, рубідію, цезію) змінило традиційні уявлення про закономірності прояву в’яжучих властивостей неорганічними речовинами і послужило основою для створення нового класу цементів – лужних. Вони являють собою суміш лугів I-ої групи сполук (по періодичній системі) і алюмосилікатів природного і штучного (металургійні шлаки) походження. Їдкі луги і солі лужних металів, що дають у водному середовищі лужну реакцію, при достатній їх концентрації взаємодіють з мінералами глин і алюмосиликатами.
В останні кілька років, у зв’язку з невиправдано високими цінами на портландцемент, і збільшуються обсягами будівництва, як ніколи стає актуальним питання розробки і впровадження у виробництва нових в’яжучих речовин, цементів. Найбільш цікавим у цій ситуації є шлаколужних цементів. Але назвати шлаколужних цементів новим матеріалом буде не зовсім вірно.
Шлаколужних цементів – це далеко не новий продукт, який успішно використовується в світі з початку 19-го століття. Шлаколужних цементів винайшов Еміль Лангін в 1824 році, через 38 років після винаходу Джоном Аспідіном портландцементу, який відразу міцно зайняв свою нішу на ринку цементів. Німеччина почала виробництво шлаколужного цементу в 1865 році, а через 15 років шлаколужних цементів повсюдно використовувався у всій Європі поряд з портландцементом. Зокрема шлаколужних цементів використовувався при будівництві Метро в Парижі в 1889 році. А 1896 року виробництво шлаколужного цементу почали і США.
Шлаколужне в’яжуче є оптимальним в’яжучим для будівництва доріг.Європейський стандарт шлаколужного цементу № 6699 вперше був прийнятий в Європі в 1923 році.В даний час шлаколужних цементів широко використовується у всьому світі.Лідерами виробництва є Японія та Сінгапур.
У Європі, за даними 2011 р., є наступні тенденції використання шлаколужного цементу:Великобританія і Ірландія – 2,5 млн. тонн на рік.Континентальна Європа – 17,7 млн. тонн на рік (у відсотковому співвідношенні виробництво шлаколужного цементу від загального обсягу виробництва всіх цементів: Нідерланди – 54%, Італія – 27%, Бельгія – 25%, Німеччина – 24%).
При використанні шлаколужного цементу при виробництві бетону у получающейся цементної пасти набагато менше капілярних пор, ніж у бетону, виготовленого на звичайному портландцементі. Цей фактор значно зменшує водопоглинання і збільшує морозостійкість бетону, що збільшує експлуатаційні властивості бетонних конструкцій. Корозія арматури в шлаколужного бетону в рази менше, ніж в портландцементного бетонах.
Шлаколужних бетон незамінний при виготовленні масивних бетонних конструкцій, тому при бетонуванні цих конструкцій на портландцементах виникає наступна проблема: бетон при твердненні виділяє тепло (екзотермієй) – чим більше масив, тим вище температура (вона може досягати 80 ° С). Далі йде процес охолодження конструкції і при різкому охолодженні можуть утворюватися деформаційні тріщини. У разі застосування щлакощелочного бетону утворення тріщин виключається.
Переваги шлаколужного цементу (в’яжучих на його основі):
Висока міцність (до 130 МПа);
Прекрасна оброблюваність;
Прекрасна легкоукладальність;
Низька теплота гідратації;
Набір міцності за 1-у добу до 30%;
Водонепроникність і стійкість до морської води;
Висока хімічна стійкість;
Високий опір хлоридів, сульфатів і кислот;
Морозостійкість до 1000 циклів і більше;
Висока жароміцність (до 1400 ° С, на відміну від звичайного бетону – 300-400 ° С);
Збільшення терміну експлуатації конструкцій;Низьке вплив на навколишнє середовище;
Зменшення собівартості конструкцій.
У СНД шлаколужних бетон застосовувався на радянських військових об’єктах, зокрема, при будівництві Балаклавської штольні в м. Севастополі, яка витримує удар прямого попадання атомної бомби.
Для цивільного будівництва виробництво шлаколужного бетону було освоєно в 60-х роках минулого сторіччя в м. Маріуполі на комбінаті «Ждановстрой». При цьому використовувалися гранульовані шлаки комбінату «Азовсталь» і відходи (содовий плав) Щекінскій хімічного комбінату (г.Тула).
У 1987 році в м. Липецьк, Будівельним управлінням «Центрметаллургремонт», був побудований 20-поверховий, 80-квартирний житловий будинок, повністю виконаний з бетонів на шлаколужних цементів. Для приготування шлаколужних цементу використовувався нейтральний гранульований шлак від домни № 6 Новолипецького металургійного комбінату. В якості лужного активатора використовувалися відходи місцевого хімічного виробництва, що містять до 50% каустичної соди.
Відмінності в сировинних матеріалах і складах новоутворень лужних цементів дозволили розділити їх на два класи. У цементів I класу основними структуротворними елементами служать лужні і лужноземельні цеолітоподібних гідроалюмосілікати, а додатковими можуть бути низькоосновних гідросилікати кальцію.
У цементів II класу, навпаки, основними є низькоосновних гідросилікати кальцію, а додатковими – гідроалюмосілікати, які внаслідок більш повільної кристалізації виникають в цементному камені на більш пізніх стадіях. Утворюючись в основному в поровое просторі, вони ущільнюють його, сприяючи виникненню міцних контактів з первинними фазами, що обумовлює формування більш однорідної та щільної структури цементного каменю.
З лужних цементів II класу найбільше застосування знайшли шлаколужні цементи, одержувані на основі сполук лужних металів і мелених металургійних шлаків. Вони здатні тверднути на повітрі, у воді і в умовах термовлажностной обробки. Утворений при цьому штучний камінь по ряду фізико-механічних показників (міцності, водонепроникності, корозійної стійкості та ін) перевершує портландцементний камінь.
Завдяки управлінню властивостями шлаколужних в’яжучих на різних стадіях структуроутворення були отримані шлаколужні цементи спеціального призначення: жаро-, морозо-, корозійностійкі, швидкотверднучі, безусадочние, тампонажні.