Характеристика некоторых видов добавок

Введение

Дисперсные минеральные добавки рекомендуются вводить в бетон и бетонные смеси для достижения следующих основных целей:

- Обеспечение экономии цемента, повышение однородности, связанности, удобоукладываемости бетонной смеси и обеспечения специальных свойств.  - Обеспечение специальных свойств бетона - сульфатостойкости, жаростойкости, водостойкости, сопротивляемости щёлочной коррозии, уменьшение тепловыделении; снижение стоимости бетона.

Эффективность действия минеральных добавок зависит от их водопотребности и активности, состава бетона, наличия пластификатора, условий выдерживания и режима ТВО. Эффективность возрастает со снижением класса бетона по прочности, а также при переходе от подвижных к жестким смесям и при использовании песков с повышенной пустотностью. Эффективность применения конкретных видов добавок следует устанавливать опытным путем в процентах подбора состава бетона.

Характеристика некоторых видов добавок

Доменные шлаки

Одним из важнейших компонентов шлаковых цементов является доменный шлак, получаемый при выплавке чугуна; так как в исходной железной руде содержатся глинистые примеси и в коксе — зола, для их удаления в доменную шихту вводят флюсы — карбонаты кальция и магния. В процессе плавки, вступая в химическое взаимодействие с примесями, они образуют шлак, представляющий собой силикатный и алюмосиликатный расплав. Плотность доменных шлаков в два с лишним раза меньше, чем чугуна, поэтому шлаки в горне домны располагаются над слоем расплавленного чугуна и их периодически удаляют через отдельную шлаковую летку. Небольшая часть шлака, захватываемая расплавленным чугуном, также периодически выпускается, но уже через чугунную летку. На 1 т выплавляемого чугуна приходится примерно 0,6—1 т шлака. Основные оксидные составляющие шлака те же, что и у портландцементного клинкера, по соотношения между ними другие. Шлаки в зависимости от агрегата, в котором происходит переплавка того или иного чугуна на сталь, называются шлаками бессемеровского или мартеновского чугуна; шлаки специальных чугунов разделяются на фер-рохромовые, ферромаргапцевые и др. Чугуны разделяются на литейные, передельные и специальные. Каждому виду чугуна соответствует шлак определенного состава; при высоком содержании серы в коксе повышают содержание извести в шлаке; для ускорения процесса плавки в состав шихты вводят марганцевую руду, доломит и др., что влияет на химический состав шлака.  Обычно шлак выпускается из домны с температурой 1673—1773 К, при которой он становится жидкотекучим и минимально вязким. Возможность использования шлака для цемента зависит от характера его переработки по выходе из домны. При медленном охлаждении на воздухе в шлаковых отвалах он превращается в плотный камень, причем в зависимости от состава он может постепенно рассыпаться в порошок вследствие так называемого силикатного распада в результате перехода |3-C2S в Y-QS. Распад может вызываться и гидратацией CaS, FeS и MnS (известковый, железный и марганцевый). Нерассыпающиеся медленно охлажденные шлаки дробят и в кусках применяют в дорожном и других видах строительства; для проверки стойкости шлаков во времени используют специальные методы контроля.

Зола-унос

Зола-уноса (далее — зола) представляет собой тонкодисперсный материал, состоящий, как правило, из частичек размером от долей микрона до 0,14 мм. Зола образуются в результате сжигания твердого топлива на ТЭС, и улавливается электрофильтрами, после чего в сухом состоянии отбирается с помощью золоотборника на производственные нужды, либо вместе с водой и шлаком отправляется на золоотвал.

Строение и состав золы зависит от целого комплекса одновременно действующих факторов: вида и морфологических особенностей сжигаемого топлива, тонкости помола в процессе его подготовки, зольности топлива, химического состава минеральной части топлива, температуры в зоне горения, времени пребывания частиц в этой зоне и др. При значительном содержании карбонатов в минеральной части исходного топлива под воздействием высоких температур в процессе горения образуются силикаты, алюминаты и ферриты кальция – минералы, способные к гидратации. Такие золы при затворении водой способны к схватыванию и самостоятельному твердению. В них, как правило, содержатся окись кальция и окись магния в свободном состоянии.

В соответствии с ГОСТ 25818-91 все золы по виду сжигаемого угля подразделяют на:

- антрацитовые, образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего каменного угля (А);

- каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего, угля (КУ);

- буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля (Б).

В зависимости от химического состава золы подразделяют на типы:

кислые (К) — антрацитовые, каменноугольные и буроугольные, содержащие оксид кальция до 10 %;

основные (О) — буроугольные, содержащие оксид кальция более 10 % по массе.

Золы в зависимости от качественных показателей подразделяют на 4 вида:

I — для железобетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов;

II — для бетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов, строительных растворов;

III — для изделий и конструкций из ячеистого бетона;

IV — для бетонных и железобетонных изделий и конструкций, работающих в особо тяжелых условиях (гидротехнические сооружения, дороги, аэродромы и др.).

Таблица 2. Увеличение водопотребности бетонной смеси, приведение различных минеральных добавок

добавки	Расход добавки, кг/м3	Увеличение водопотребности бетонной смеси при расходе цемента, кг/м3
		<200	200-300	>300
доменные и электротермофосфорные шлаки	<100   100-200   200-300	0   0-5   5-10	0-5   5-10   10-20	5-10   10-20   20-35
топливные золы и гранулированные топливные шлаки	<100   100-200   200-300	0   0-10   5-20	0-5   5-20   15-40	5-15   10-30   –

 

Состав бетона

Номер состава	Расходы компонентов, кг					Ц/В	Плотности, кг/м3
	Ц	В	Д	Щ	П
0	305	195	–	1215	675	1,56	2390
1	238,82	205	200	1215	528,54	1,16	2387,36
2	240	220	225	1215	531	1,09	2431
3	226,73	225	250	1215	501,78	1,01	2418,51

Применяем расход добавки N₁ по таблице 1

Д₁= 200 кг/м³  Расход воды определяем по таблице 2

 

В₁= В₀+ ∆В

 

В₀ – расход воды бетонной смеси без добавки

1. ∆В – увеличение бетонной смеси за счёт введения добавки В₁=195+10=205 л/м³ Рассчитывает расход цемента

 

 

Ц_0, П₀ – расход цемента и песка в составе без добавки

Ц_1, Д₁ – расход цемента и добавки в составе с добавкой

 

 

 

Расход крупного заполнителя в составе с добавкой принимают такие же как и бездобавочных бетонов Щ₁=Щ₀ Щ₁=1215 кг/м³ Расход мелкого заполнителя определяют по формуле

 

 

Определение цементно-водное отношение

 

(Ц/В)₁ = Ц₁/В₁=238,82/205=1,16 

 

Рассчитанные в пунктах 2-6 начальный состав бетона с добавкой проверяют на опытном замесе для уточнения и корректировки удобоукладываемости бетонной смеси.

Таким образом для опытного замеса используется следующий состав(N₁)

 

Ц₁=238,82 кг/м³; В₁=205 л/м³ ; Д₁= 200 кг/м³ ; Щ₁= 1215 кг/м³; П₁=528,54

 

Дополнительные составы бетона с добавкой определяют назначая расходы добавки равные границам диапазонов приведённых в таблице 1, рассчитывая и корректируя составы бетона соотвецтвенно с пунктами 2-7.

1. Применяем ещё один расхода добавки 150 кг аналогичным путём рассчитываем начальные составы бетона(N₃) и осуществляем их корректировку. Д₁= 250 кг/м^3. Расход воды определяем по таблице 2

 

В₁= В₀+ ∆В

 

В₀ – расход воды бетонной смеси без добавки

2. ∆В – увеличение бетонной смеси за счёт введения добавки

 

В₁=195+30=225 л/м³

Рассчитывает расход цемента

 

 

Ц_0, П₀ – расход цемента и песка в составе без добавки

Ц_1, Д₁ – расход цемента и добавки в составе с добавкой

 

 

Расход крупного заполнителя в составе с добавкой принимают такие же как и бездобавочных бетонов Щ₁=Щ₀ Щ₁=1215 кг/м³

Расход мелкого заполнителя определяют по формуле 

 

 

Определение цементно-водное отношение

 

(Ц/В)₁ = Ц₁/В₁=226,73/225=1,01 

 

Рассчитанные в пунктах 2-6 начальный состав бетона с добавкой проверяют на опытном замесе для уточнения и корректировки удобоукладываемости бетонной смеси.

Таким образом для опытного замеса используется следующий состав(N₁)

 

Ц₁=226,73 кг/м³; В₁=225 л/м³ ; Д₁= 250 кг/м³ ; Щ₁= 1215 кг/м³; П₁=501,78 кг/м³

 

Готовим опытный замес из готовой смеси состава № 2 объём 10 литров и проверяем жесткость бетонной смеси составляет 5 сек. соответствует заданному значению.

Определяем плотность смеси опытным путём, её величина составляет 2350 кг/м³ , а расчетное равно 2431 принимаем расчётную. Корректируем расходы компонентов с учётом фактической плотности бетонной смеси и фактических материалов на замес.

 

 

Определяем плотность смеси опытным путём, её величина составляет 2350кг/м³ , а расчетное равно 2387,36 принимаем расчётную. Корректируем расходы компонентов с учётом фактической плотности бетонной смеси и фактических материалов на замес.

 

 

Определяем плотность смеси опытным путём, её величина составляет 2350 кг/м³ , а расчетное равно 2418,51 принимаем расчётную. Корректируем расходы компонентов с учётом фактической плотности бетонной смеси и фактических материалов на замес.

 

 

№ сост.	Расход компонентов					Жёсткость смеси	Ц/В	Плотность, кг/м3
	Ц	В	П	Щ	Д
0	305	195	675	1215	–	5	1,56	2390
1	235	202	520	1196	197	5	1,16	2350
2	232	213	513	1174	218	5	1,09	2350
3	220	219	488	1181	243	5	1,00	2351

 

Дополнительные составы рассчитывают принимая для них значение Ц/В отличаются на ±0,4 исходного расчётного значения соответствующих начальных составов.

При определение водопотребности в этих составах пользуются уточненнымии данными при приготовлении смесей составов 1–3.

 

 

Из бетона № 2 формуем опытные образцы. После этого подвергаем пропариванию по заданному режиму испытания образцов через четыре часа и 28 суток нормального твердения после пропаривания сводим в таблицы и строим зависимости. По критерию минимального расхода цемента применяем состав с оптимальным расходом добавки, цемента, воды и цементно-водного отношения.

Состав 1

1. Расход минеральной добавки состава N₁ применяем с пунктом 1 первой части. Д₁= 200 кг/м³

2. Ц/В в начальном составе

 

Ц/В=1,25

 

Расход воды в начальном составе применяем по рисунку 1 В₁= В₀+ ∆В

В₀ – расход воды бетонной смеси без добавки

∆В – увеличение бетонной смеси за счёт введения добавки

 

В₁=195+10=205 л/м³

3. Расход цемента

 

Ц = Ц/В×В₁ = 1,25×205=256,25 кг/м³

4. Абсолютный объём заполнителя рассчитывают

м³

1. Расход писка определяем при доли писка r принятой по таблице 3

 

П=V_зап*r*ρ_п=695,27*0,555*2,05=791,04 кг/м³

 

2. Расход щебня

 

Щ=V_зап*(1-r)*ρ_щ=695,27*(1-0,555)*2,62=810,6 кг/м³

 

Состав 3

1. Расход минеральной добавки состава N₃ применяем с пунктом 1 первой части. Д₁=250 кг/м³

2. Ц/В в начальном составе

 

Ц/В=1,25

 

Расход воды в начальном составе применяем по рисунку 1

 

В₁= В₀+ ∆В

 

В₀ – расход воды бетонной смеси без добавки

∆В – увеличение бетонной смеси за счёт введения добавки

 

В₁=195+30=225 л/м³

3. Расход цемента

 

Ц = Ц/В×В₁ = 1,25×225=281,25 кг/м³

 

Абсолютный объём заполнителя рассчитывают

 

Расход песка определяем при доли писка r принятой по таблице 3

 

3. П=V_зап*r*ρ_п=667,2*0,555*2,05=759,1 кг/м³

 

Расход щебня

 

4. Щ=V_зап*(1-r)*ρ_щ=667,2*(1-0,555)*2,62=777,9 кг/м³

 

Номер состава	Расходы компонентов, кг					Ц/В	Плотности, кг/м3
	Ц	В	Д	Щ	П
1	256,25	205	200	810,6	791,04	1,25	2263
2	275	220	225	786,05	767,07	1,25	2273
3	281,25	225	250	777,9	759,1	1,25	2293

Введение

Дисперсные минеральные добавки рекомендуются вводить в бетон и бетонные смеси для достижения следующих основных целей:

- Обеспечение экономии цемента, повышение однородности, связанности, удобоукладываемости бетонной смеси и обеспечения специальных свойств.  - Обеспечение специальных свойств бетона - сульфатостойкости, жаростойкости, водостойкости, сопротивляемости щёлочной коррозии, уменьшение тепловыделении; снижение стоимости бетона.

Эффективность действия минеральных добавок зависит от их водопотребности и активности, состава бетона, наличия пластификатора, условий выдерживания и режима ТВО. Эффективность возрастает со снижением класса бетона по прочности, а также при переходе от подвижных к жестким смесям и при использовании песков с повышенной пустотностью. Эффективность применения конкретных видов добавок следует устанавливать опытным путем в процентах подбора состава бетона.

Характеристика некоторых видов добавок

Доменные шлаки

Одним из важнейших компонентов шлаковых цементов является доменный шлак, получаемый при выплавке чугуна; так как в исходной железной руде содержатся глинистые примеси и в коксе — зола, для их удаления в доменную шихту вводят флюсы — карбонаты кальция и магния. В процессе плавки, вступая в химическое взаимодействие с примесями, они образуют шлак, представляющий собой силикатный и алюмосиликатный расплав. Плотность доменных шлаков в два с лишним раза меньше, чем чугуна, поэтому шлаки в горне домны располагаются над слоем расплавленного чугуна и их периодически удаляют через отдельную шлаковую летку. Небольшая часть шлака, захватываемая расплавленным чугуном, также периодически выпускается, но уже через чугунную летку. На 1 т выплавляемого чугуна приходится примерно 0,6—1 т шлака. Основные оксидные составляющие шлака те же, что и у портландцементного клинкера, по соотношения между ними другие. Шлаки в зависимости от агрегата, в котором происходит переплавка того или иного чугуна на сталь, называются шлаками бессемеровского или мартеновского чугуна; шлаки специальных чугунов разделяются на фер-рохромовые, ферромаргапцевые и др. Чугуны разделяются на литейные, передельные и специальные. Каждому виду чугуна соответствует шлак определенного состава; при высоком содержании серы в коксе повышают содержание извести в шлаке; для ускорения процесса плавки в состав шихты вводят марганцевую руду, доломит и др., что влияет на химический состав шлака.  Обычно шлак выпускается из домны с температурой 1673—1773 К, при которой он становится жидкотекучим и минимально вязким. Возможность использования шлака для цемента зависит от характера его переработки по выходе из домны. При медленном охлаждении на воздухе в шлаковых отвалах он превращается в плотный камень, причем в зависимости от состава он может постепенно рассыпаться в порошок вследствие так называемого силикатного распада в результате перехода |3-C2S в Y-QS. Распад может вызываться и гидратацией CaS, FeS и MnS (известковый, железный и марганцевый). Нерассыпающиеся медленно охлажденные шлаки дробят и в кусках применяют в дорожном и других видах строительства; для проверки стойкости шлаков во времени используют специальные методы контроля.

Зола-унос

Зола-уноса (далее — зола) представляет собой тонкодисперсный материал, состоящий, как правило, из частичек размером от долей микрона до 0,14 мм. Зола образуются в результате сжигания твердого топлива на ТЭС, и улавливается электрофильтрами, после чего в сухом состоянии отбирается с помощью золоотборника на производственные нужды, либо вместе с водой и шлаком отправляется на золоотвал.

Строение и состав золы зависит от целого комплекса одновременно действующих факторов: вида и морфологических особенностей сжигаемого топлива, тонкости помола в процессе его подготовки, зольности топлива, химического состава минеральной части топлива, температуры в зоне горения, времени пребывания частиц в этой зоне и др. При значительном содержании карбонатов в минеральной части исходного топлива под воздействием высоких температур в процессе горения образуются силикаты, алюминаты и ферриты кальция – минералы, способные к гидратации. Такие золы при затворении водой способны к схватыванию и самостоятельному твердению. В них, как правило, содержатся окись кальция и окись магния в свободном состоянии.

В соответствии с ГОСТ 25818-91 все золы по виду сжигаемого угля подразделяют на:

- антрацитовые, образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего каменного угля (А);

- каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего, угля (КУ);

- буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля (Б).

В зависимости от химического состава золы подразделяют на типы:

кислые (К) — антрацитовые, каменноугольные и буроугольные, содержащие оксид кальция до 10 %;

основные (О) — буроугольные, содержащие оксид кальция более 10 % по массе.

Золы в зависимости от качественных показателей подразделяют на 4 вида:

I — для железобетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов;

II — для бетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов, строительных растворов;

III — для изделий и конструкций из ячеистого бетона;

IV — для бетонных и железобетонных изделий и конструкций, работающих в особо тяжелых условиях (гидротехнические сооружения, дороги, аэродромы и др.).