Активные минеральные добавки, виды, назначение и реакционная способность.
Активными минеральными добавками называют тонкоизмельченные природные или искусственные материалы, вводимые в известковые вяжущие и цементы для улучшения их свойств и придания специальных качеств.
Природными считают добавки, получаемые из пород осадочного и вулканического происхождения. Они относятся к так называемым кислым добавкам. Среди искусственных имеются как кислые (золы и т. п.), так и основные добавки, например доменные и электро-термофосфорные шлаки, а также белитовый (нефелиновый) шлам.
Сами по себе кислые кремнеземисто-глиноземистые активные добавки не способны твердеть, но в смеси с воздушной известью образуют вяжущие вещества, твердеющие при обычных температурах в воздушно-влажной или водной среде. Это обусловливается способностью кислых добавок взаимодействовать с гидроксидом кальция, содержащимся в гашеной воздушной извести, и давать водостойкие цементирующие новообразования.
В прошлом некоторые кислые кремнеземисто-глиноземистые активные добавки вулканического происхождения называли пуццоланами. В соответствии с этим смеси извести с активными вулканическими добавками стали называть известково-пуццолановыми цементами.
Известково-пуццолановыми вяжущими веществами часто считают смеси воздушной извести с любыми кислыми активными добавками (природными и искусственными).
Введение кислых добавок в портландцемента способствует улучшению ряда его технических свойств (водостойкости, сульфатостойкости), снижает экзотермию. При этом гидроксид кальция, выделяющийся при твердении портландцемента, связывается добавками, образуя малорастворимые соединения.
Портландцемент с кислой добавкой называют пуццолановым. Активные минеральные добавки, получаемые искусственно и содержащие в своем составе до 30—50 % оксида кальция в виде силикатов, алюминатов и ферритов, способных к гидролизу и гидратации под воздействием активизаторов, относят к материалам со скрытыми гидравлическими свойствами. Это доменные и некоторые другие гранулированные шлаки с высоким содержанием стекловидной фазы, по химическому составу отвечающей составу низкоосновных силикатов и алюминатов кальция.
Природными минеральными добавками осадочного происхождения являются диатомиты, трепелы, опоки и глиежи.
Диатомиты и трепелы по внешнему виду мало различаются и представляют собой легкие пористые малопрочные породы светло-серого или желтовато-серого цвета, окрашенные иногда в темные тона органическими примесями. Эти породы часто перемешаны с песком, глинами, карбонатными породами и т. п. Встречаются диатомиты и белого цвета (кисатибский). Средняя плотность диатомитов и трепелов (в кусках) в зависимости от степени уплотнения и содержания указанных примесей обычно колеблется в пределах 400—1000 кг/м3, причем у трепелов она выше, чем у диатомитов.
Опоки— более тяжелые и плотные породы со средней плотностью 1200—1600 кг/м3. Это уплотненные разновидности диатомитов и трепелов иногда значительной прочности.
Глиежи представляют собой «горелые» породы, образовавшиеся в результате обжига межугольных глин при самовозгорании угля под землей. Глиежи по своим физическим и химическим свойствам подобны глинам, обожженным при 800—1000°С. Они характеризуются иногда неоднородностью, что необходимо учитывать при их использовании. В них может содержаться некоторое количество и несгоревшего топлива (до 2—3 %). Истинная плотность глиежей 2,4—2,7 г/см3, а средняя плотность (в куске) 1400—2500 кг/м3, прочность на сжатие в пределах 20—60 МПа. Большие залежи глиежей имеются в Кузнецком бассейне (Сибирь), в Узбекистане и других местах.
К природным минеральным добавкам вулканического происхождения относят вулканические пеплы, туфы, пемзы, трассы и др. При извержении вулканов из их кратеров, кроме изливающейся лавы, выбрасывается огромное количество раскаленных обломков горных пород разной величины и мельчайших пылевидных частиц лавы. Более крупные обломки выпадают на склонах вулканов, мельчайшие же частицы охлаждаются воздухом и осаждаются на землю в виде вулканического пепла.
Искусственные кислые активные минеральные добавки
К добавкам этого рода относят активные кремнеземистые отходы, обожженные глины (глинит, цемянки, пылевидные отходы, образующиеся при обжиге керамзита и аглопорита, горелые породы), топливные золы и шлаки.
Кремнеземистым отходам присущи значительные колебания по химическому составу. Они, в частности, нередко содержат повышенное количество серного ангидрида.
Цемянка, глинит, керамзит, аглопорит, горелые породы представляют собой обожженную глину. Их плотность 2,3—2,6 г/см3. Цемянка — порошок, получаемый тонким измельчением боя кирпича, черепицы и т. п. Глинит— тонкий порошок измельченный специально обожженной при 600—800 °С глины с повышенным содержанием каолинита. Обжиг ведут до возможно полного превращения химически малоактивного каолинита в метакаолинит Al203-2Si02, обладающий значительной активностью при взаимодействии с гид-роксидом кальция и водой. Для каждой глины имеется своя оптимальная температура обжига, выше и ниже которой химическая активность обожженного продукта заметно снижается.
Керамзит и аглопорит — легкие заполнители бетонов, получаемые в виде вспученных пористых гранул или кусков путем обжига глинистых материалов при 1000— 1200 °С. Пылевидные частицы, образующиеся при обжиге керамзита и аглопорита или иногда получаемые специально их измельчением, часто подобно цемянкам обладают свойствами активных минеральных добавок»
Горелые породы получаются в результате обжига глин, содержащихся в так называемых пустых породах, сопровождающих угольные месторождения и выбрасываемых в отвалы (терриконы) при добыче угля. В пустых породах содержится обычно некоторое количество угля, который часто в отвалах начинает гореть (самовозгорание), при этом развиваются достаточно высокие температуры, обусловливающие обжиг сопутствующих пород. Горелые породы характеризуются обычно значительной неоднородностью по степени обжига, что отрицательно отражается на их свойствах как активной гидравлической добавки.
Топливные шлаки и золы представляют собой минеральные отходы сжигания различных видов каменного угля, сланцев и торфа. Шлаками обычно считают топливные отходы в виде спекшихся плотных и ноздреватых кусков и зерен размерами более 0,3—0,5 мм. Рыхлые дисперсные материалы с частицами менее 0,3 мм называют золами. Если при пылевидном сжигании топлива минеральная часть в расплавленном состоянии резко охлаждается, то получается топливный гранулированный шлак стекловидной структуры в виде зерен размером до 7—10 мм.
Химический и фазовый составы топливных шлаков и зол очень разнообразны и зависят от вида сжигаемых углей, сланца или торфа, характера угленосной породы и условий сжигания топлива. В золах и шлаках содержится обычно'иесгоревшее топливо, часто отрицательно влияющее на свойства этих материалов как активных добавок.
Шлаки и золы с повышенным содержанием оксида кальция (до 10—20 % и выше) в ряде случаев представляют собой медленнотвердеющие вяжущие вещества.
Плотность топливных шлаков и зол 2,2—2,8 г/см3. Насыпная плотность шлаков 700—1000 и зол 500— 1000 кг/м3.
Активность минеральных добавок, т.е. способность связывать гидроксид кальция в присутствии воды при обычных температурах, обусловлена содержанием в них веществ, находящихся в химически активной форме. Естественно, что характер и интенсивность их взаимодействия с известью различны в зависимости от того, каких химически активных веществ больше в той или иной минеральной добавке. Поэтому кислые активные минеральные добавки условно по виду вещества, определяющего их химическую активность и механизм связывания СаО, можно разделить на три группы: состоящие в основном из аморфного кремнезема (трепелы, диатомиты, опоки и т.п.); богатые продуктами обжига глинистых веществ (глйииты, глиежи, цемянки, горелые породы, топливные шлаки и золы); и представляющие собой быстроохлаж-денную магму, в той или иной мере измененную вторичными процессами, со значительным содержанием силикатов и алюмосиликатов в стекловидном состоянии (вулканические пеплы, туфы, пемзы, трассы и т. п.).
9. Какие преимущества дает использование в технологии вяжущих техногенного сырья.