ГлавнаяПроцессы твердения вяжущих из алитово-алюмоферритовых и белитовых шлаков рассматриваются на примере основного мартеновского шлака московского завода «Серп и молот», представляющего разновидность II-4-Б белитовых шлаков с повышенным содержанием алюмоферритной фазы (7%). Результаты испытаний образцов вяжущих на основе шлака завода «Серп и молот» приводятся в табл. 19, а термограммы — на рис. 24. Данные таблицы показывают, что белитовый шлак твердеет без активизаторов как в условиях пропаривания, так и при автоклавной обработке.
На термограмме (рис. 24, кривая 1) видны широкий эндотермический эффект удаления слабосвязанной воды с максимумом при 202° С и слабый экзотермический пик рекристаллизации гелевидных новообразований. Небольшой эндотермический эффект при 806° С свидетельствует о появлении кальцита. При микроскопическом изучении установлено, что на частицах белита и алюмоферритной фазы появляются мелкие точечные выделения -— прозрачные в первом случае и темно-бурые — во втором. По-видимому, за счет в-2СаО*SiO2 возникает субмикрокристаллический гидросиликат кальция C2SH2, а за счет алюмоферритной фазы — железистые гидрогранаты.Кристаллы мервинита и округлые выделения RO-фазы в условиях пропаривания не изменяются. Появление кальцита обусловлено карбонизацией гидросиликата кальция при высушивании и хранении образцов. Таким образом, твердение ортосилйкатного мартеновского шлака при пропаривании обусловлено гидратацией в-2СаО-SiO2 и алюмоферритной фазы переменного состава. Пониженная активность белита и малое содержание алюмоферритной фазы в шлаке обусловливают довольно низкую прочность образцов.
Автоклавная обработка шлакового вяжущего без активизаторов значительно более эффективна, так как дает возможность в 3 раза повысить прочность образцов. При автоклавной обработке резко увеличивается глубина гидратации клинкерных минералов — в-2СаО*SiO2 и алюмоферритов кальция.Продукты гидратации представлены как гелевидной фазой, так и кристаллическими новообразованиями. Последние включают вытянутые анизотропные кристаллики с N > 1,6 и размерами до 1—2 мк, относящиеся к гидросиликатам кальция, и изо-метричные изотропные кристаллики гидрогранатов. Гелевидная фаза полупрозрачна и имеет среднее светопреломление (примерно 1,54—1,55). Гелевидная фаза содержится в небольшом количестве, что подтверждается и термограммой (см. рис. 24, кривая 2). Эндотермический эффект с максимумом при 518° С свидетельствует о частичном гидролизе в-2СаО*SiO2 с выделением свободного гидрата окиси кальция. При сопоставлении прочностных показателей пропаренных образцов (табл. 19) можно сделать вывод о превалирующем влиянии на процесс твердения в этих условиях двуводного гипса. Это объясняется, судя по данным микроскопического исследования, заметным повышением содержания гелевидных фаз, состоящих в значительной части из комплексных сульфатсодержащих соединений типа моносульфо-алюмината кальция. Введение же извести способствует повышению концентрации CaO в жидкой фазе и увеличивает содержание кристаллических новообразований, что отрицательно отражается на прочности образцов. Так же малоэффективна комплексная известково-гипсовая активизация.
На термограмме пропаренного известково-шлакового вяжущего (рис. 24, кривая 3) видны большие эндотермические эффекты обезвоживания гидрата окиси кальция (539° С) и диссоциации кальцита (842° С), а также небольшой эндотермический эффект с максимумом при 363° С, отражающий дегидратацию железистых гидрогранатов. Термограмма известково-шлакового вяжущего автоклавного твердения (рис. 24, кривая 4) отличается смещением максимумов эндотермических эффектов удаления слабосвязанной воды и обезвоживания гидрогранатов в сторону более высоких температур, свидетельствующем о снижении содержания воды в гелевидных новообразованиях и повышении количества кремнекислоты в кристаллической решетке гидрогранатов. При запаривании с известью (а также с известью и гипсом) возрастает количество активных фаз в вяжущем за счет включения в процесс твердения мервинита и RO-фазы, взаимодействующих по поверхности с гидратом окиси кальция. Однако прочность образцов не увеличивается, так как образующиеся при этом кристаллические гидросиликаты кальция и гидрогранаты обладают слабыми адгезионными свойствами.
Введение при автоклавной обработке в вяжущие из основного мартеновского шлака тонкоизмельченного кварцевого песка значительно повышает прочность образцов за счет перевода кристаллических двухосновных гидросиликатов кальция в волокнистые низкоосновные типа CSH (В). При этом заметно уменьшается (до 1,52—1,53). светопреломление основного цементирующего вещества и почти исчезают анизотропные гидросиликаты кальция. На термограммах (рис. 24, кривые 5 и 6) появляется экзотермический эффект с максимумом при 836—850° С, обусловленный кристаллизацией волластонита за счет обезвоженного гидросиликата кальция CSH(B). Оптимальный состав автоклавного вяжущего включает 5% щелочного активизатора (извести) и 20% тонкоизмельченного кварцевого песка. При этом создается слабощелочная среда, способствующая увеличению растворимости кварца, что в свою очередь облегчает гидратацию в-2СаО*SiO2. Одновременно происходит взаимодействие извести и мервинита. В результате всех указанных реакций образуются субмикрокристаллические низкоосновные гидросиликаты кальция, обеспечивающие быстрое нарастание прочности образцов. При пропаривании введение кварцевого песка не приносит пользы.
Увеличение температуры водотепловой обработки дает возможность более полно использовать вяжущие свойства основных белитовых шлаков. По данным Б.В. Сысоева, применение высоких давлений запаривания (16—40 ат) приводит к увеличению прочности шлакопесчаных вяжущих в 2—3 раза. Результаты экспериментов Б.В. Сысоева даны в табл. 20.
Микроскопическое изучение некоторых образцов Б.В. Сысоева, проведенное Б.Н. Виноградовым, позволило установить, что при температуре 200—250° С в присутствии кварцевого песка происходит полный гидролиз в-2СаО*SiO2 и частичный гидролиз мервинита с образованием микрокристаллических гидросиликатов кальция типа тоберморита. При гидролизе мервинита (а также, по-видимому, и гидратации RO-фазы) выделяется гидрат окиси магния, фиксируемый по эндотермическому эффекту на термограмме с максимумом при 415° С.Твердение вяжущих из алитовых и алюмоферритовых шлаков обусловлено сходными процессами. Такие вяжущие показывают большую прочность при пропаривании и в наибольшей степени активизируются добавкой двуводного гипса (2—5%). При автоклавной обработке в них следует вводить 20—40% тонкоизмельченного кварцевого песка без извести (при преобладании среди активных фаз алита) или с 5% извести (при высоком содержании алюмоферритов кальция).