Использование летучей золы в бетоне на портландцементе (PCC) имеет много преимуществ и улучшает характеристики бетона как в свежем, так и в затвердевшем состоянии. Использование летучей золы в бетоне улучшает удобоукладываемость пластичного бетона, а также прочность и долговечность затвердевшего бетона. Использование летучей золы также экономически эффективно. При добавлении в бетон летучей золы количество портландцемента может быть уменьшено.
Преимущества свежего бетона. Как правило, летучая зола приносит пользу свежему бетону, уменьшая потребность в воде для смешивания и улучшая текучесть пасты. Полученные преимущества заключаются в следующем:
-
Улучшенная работоспособность. Частицы летучей золы сферической формы действуют как миниатюрные шарикоподшипники в бетонной смеси, обеспечивая эффект смазки. Этот же эффект также улучшает прокачиваемость бетона за счет снижения потерь на трение в процессе прокачки и отделки плоской поверхности.
Рисунок 3-1: Летучая зола улучшает удобоукладываемость бетона дорожного покрытия.
Снижение потребности в воде. Замена цемента золой-уносом снижает потребность в воде при данном спаде. Когда летучая зола используется в количестве около 20 процентов от общего количества вяжущего, потребность в воде снижается примерно на 10 процентов. Более высокое содержание летучей золы приведет к более высокому снижению расхода воды. Снижение потребности в воде практически не влияет на усадку/растрескивание при высыхании. Известно, что некоторая летучая зола в определенных ситуациях снижает усадку при высыхании.
Пониженная теплота гидратации. Замена цемента таким же количеством летучей золы может снизить теплоту гидратации бетона. Это снижение теплоты гидратации не снижает долгосрочного прироста прочности или долговечности. Пониженная теплота гидратации уменьшает проблемы с повышением температуры при укладке массивного бетона.
Преимущества затвердевшего бетона. Одним из основных преимуществ летучей золы является ее реакция с доступной известью и щелочью в бетоне с образованием дополнительных вяжущих соединений. Следующие уравнения иллюстрируют пуццолановую реакцию летучей золы с известью с образованием дополнительного связующего на основе гидрата силиката кальция (CSH):
Рисунок 3-2: Типичный прирост прочности зольного бетона.
- Пониженная проходимость. Снижение содержания воды в сочетании с производством дополнительных вяжущих композиций снижает взаимосвязь пор бетона, тем самым уменьшая проницаемость. Уменьшенная проницаемость приводит к повышению долговечности и устойчивости к различным формам износа (см. рис. 3-3).
Рисунок 3-3: Проницаемость зольного бетона.
- Улучшенная долговечность. Уменьшение свободной извести и, как следствие, увеличение содержания вяжущих компонентов в сочетании со снижением проницаемости повышают долговечность бетона. Это дает несколько преимуществ:
- Улучшена устойчивость к ASR. Летучая зола вступает в реакцию с имеющейся в бетоне щелочью, что делает ее менее доступной для реакции с некоторыми минералами кремнезема, содержащимися в заполнителях.
- Повышенная устойчивость к сульфатной атаке. Летучая зола вызывает три явления, которые улучшают устойчивость к сульфатам:
- Летучая зола поглощает свободную известь, делая ее недоступной для реакции с сульфатом.
- Пониженная проницаемость препятствует проникновению сульфатов в бетон.
- Замена цемента снижает количество доступных реактивных алюминатов
Рисунок 3-4: Бетон с летучей золой используется в условиях сильного воздействия
такие как палубы и пирсы моста Sunshine Skyway в Тампа-Бэй.Требования к дизайну смеси и спецификациям
Процедуры дозирования бетонных смесей с летучей золой (FAC) обязательно немного отличаются от процедур для обычного PCC. Основные рекомендации по выбору пропорций бетона содержатся в Руководстве по бетонной практике Американского института бетона (ACI), раздел 211.1. Дорожные агентства обычно используют варианты этой процедуры, но основные концепции, рекомендованные ACI, широко признаны и приняты. В ACI 232.2 очень мало информации о пропорциях.
Летучая зола используется для снижения стоимости и повышения производительности PCC. Как правило, от 15 до 30 процентов портландцемента заменяют летучей золой, а еще более высокие проценты используются для укладки массивного бетона. Эквивалентный или больший вес летучей золы заменяется удаленным цементом. Соотношение замены летучей золы и портландцемента обычно составляет от 1:1 до 1.5:1.
Состав смеси следует оценивать с различным процентным содержанием летучей золы. Кривые зависимости времени от силы могут быть построены для каждого условия. Чтобы соответствовать требованиям спецификации, разрабатываются кривые для различных коэффициентов замещения и выбирается оптимальный процент замещения. Расчет смеси должен быть выполнен с использованием предлагаемых строительных материалов. Рекомендуется, чтобы тестируемый бетон с летучей золой включал местные материалы при оценке эффективности.
Цементные факторы. Поскольку добавление летучей золы вносит свой вклад в общее количество вяжущего материала, доступного в смеси, минимальный коэффициент цемента (портландцемент), используемый в PCC, может быть эффективно уменьшен для FAC. ACI признает этот вклад и рекомендует использовать соотношение вода/(цемент плюс пуццолан) для FAC вместо обычного соотношения вода/цемент, используемого в PCC.
Частицы летучей золы реагируют со свободной известью в цементной матрице с образованием дополнительного вяжущего материала и, таким образом, с увеличением длительной прочности.
Свойства летучей золы
Тонкость. Тонкость летучей золы важна, потому что она влияет на скорость пуццолановой активности и удобоукладываемость бетона. Спецификации требуют минимум 66 процентов прохождения через сито 0.044 мм (№ 325).
Удельный вес. Хотя удельный вес напрямую не влияет на качество бетона, он имеет значение для определения изменений других характеристик летучей золы. Его следует регулярно проверять в качестве меры контроля качества и сопоставлять с другими характеристиками летучей золы, которые могут колебаться.
Химический состав. Реакционноспособные алюмосиликатные и алюмосиликатные компоненты летучей золы обычно представлены в номенклатуре их оксидов, таких как диоксид кремния, оксид алюминия и оксид кальция. Изменчивость химического состава регулярно проверяется в качестве меры контроля качества. Алюмосиликатные компоненты реагируют с гидроксидом кальция с образованием дополнительных вяжущих материалов. Летучая зола, как правило, способствует повышению прочности бетона быстрее, когда эти компоненты присутствуют в более мелких фракциях летучей золы.
Содержание триоксида серы ограничено пятью процентами, поскольку было показано, что большее количество увеличивает расширение бруска строительного раствора.
Содержание доступных щелочей в большинстве зол меньше установленного предела в 1.5 процента. Содержание выше этого может способствовать проблемам расширения щелочных заполнителей.
Содержание углерода. LOI – это показатель несгоревшего углерода, оставшегося в золе. Он может варьироваться до пяти процентов в соответствии с AASHTO и шести процентов в соответствии с ASTM. Несгоревший углерод может поглощать воздухововлекающие примеси (AEAs) и повышать потребность в воде. Кроме того, некоторая часть углерода в летучей золе может быть инкапсулирована в стекло или иным образом быть менее активной и, следовательно, не влиять на смесь. И наоборот, некоторая летучая зола с низкими значениями LOI может иметь тип углерода с очень большой площадью поверхности, что приведет к увеличению доз AEA. Изменения в LOI могут способствовать колебаниям содержания воздуха и требуют более тщательного мониторинга вовлеченного воздуха в бетон в полевых условиях. Кроме того, если летучая зола имеет очень высокое содержание углерода, частицы углерода могут всплывать вверх во время процесса отделки бетона и могут образовывать темные полосы на поверхности.
Другие составляющие
Агрегаты. Как и в случае с любой бетонной смесью, необходимы соответствующие образцы и испытания, чтобы гарантировать, что заполнители, используемые в составе смеси, имеют хорошее качество и соответствуют материалам, которые будут использоваться в проекте. Заполнители, содержащие реакционноспособный кремнезем, могут использоваться в FAC.
Цемент. Летучая зола может эффективно использоваться в сочетании со всеми типами цементов: портландцементом, цементом с высокими эксплуатационными характеристиками и цементами с добавками. Однако следует соблюдать особую осторожность при использовании летучей золы с высокой начальной прочностью или пуццолановых цементов. Для оценки влияния добавления летучей золы на характеристики бетона с высокой начальной прочностью необходимо провести соответствующие испытания смеси. Смешанные или пуццолановые цементы уже содержат летучую золу или другой пуццолан. Дополнительная замена цемента повлияет на ранний набор прочности. Характеристики цемента различаются, как и летучая зола, и не все комбинации дают хороший бетон. Выбранный портландцемент должен быть испытан и одобрен сам по себе, а также оценен в сочетании с конкретной используемой летучей золой.
Воздухововлекающие добавки (ВВА). Чем выше содержание углерода в летучей золе, тем сложнее контролировать содержание воздуха. Кроме того, если содержание углерода меняется, необходимо тщательно контролировать содержание воздуха и изменять нормы дозирования примеси, чтобы обеспечить надлежащие уровни вовлечения воздуха.
Ретардеры. Добавление летучей золы не должно заметно изменять эффективность химического замедлителя схватывания. Некоторая летучая зола может задерживать время схватывания и может уменьшить потребность в замедлителе схватывания.
Водяные редукторы. Бетон с летучей золой обычно требует меньше воды, но его можно улучшить с помощью добавки, уменьшающей количество воды. Эффективность этих добавок может варьироваться в зависимости от добавления летучей золы.
Строительные практики
Бетонные смеси с летучей золой могут быть разработаны так, чтобы они по своим характеристикам практически не отличались от смесей PCC с небольшими отличиями. При смешивании и размещении любого FAC могут быть желательны некоторые незначительные изменения в полевых условиях. Полезными будут следующие общие правила:
Заводские операции. Летучая зола требует отдельного водонепроницаемого, герметичного силоса или бункера для хранения. Будьте осторожны и четко пометьте загрузочную трубу для летучей золы, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение при доставке. Если отдельный бункер для хранения не может быть предоставлен, можно разделить силос для цемента. Если возможно, используйте перегородку с двойными стенками для предотвращения перекрестного загрязнения. Благодаря сферической форме частиц сухая летучая зола более текучая, чем сухой портландцемент. Угол естественного откоса летучей золы обычно меньше, чем у цемента.
Как и в случае любой бетонной смеси, время и условия смешивания имеют решающее значение для производства качественного бетона. Увеличение объема пасты и удобоукладываемости бетона (эффект шарикоподшипников), связанные с использованием летучей золы, обычно улучшают эффективность смешивания.
Полевые практики. Начиная с первой доставки бетона на рабочую площадку, каждую загрузку следует проверять на наличие вовлеченного воздуха до тех пор, пока персонал проекта не будет уверен, что достигается постоянное содержание воздуха. После этого периодические испытания должны продолжаться для обеспечения согласованности. Бетон следует укладывать как можно быстрее, чтобы свести к минимуму потери воздуха при длительном перемешивании. Следует следовать обычной практике консолидации. Следует избегать чрезмерной вибрации, чтобы свести к минимуму потери внутреннего воздуха.
Характеристики удобоукладываемости смеси FAC позволяют легко наносить ее. Многие подрядчики сообщают об улучшении гладкости покрытий FAC по сравнению с покрытиями, построенными с использованием обычного PCC. FAC содержит больше пасты, чем обычный PCC, что благоприятно сказывается на отделке. Более медленное развитие FAC на ранней стадии может также привести к более длительному удержанию влаги.
Рисунок 3-5: Отделка бетона с летучей золой
Исправление проблем. Тем, кто впервые использует летучую золу в бетоне, следует оценить эффективность предлагаемых смесей до начала строительства. Все ингредиенты бетона должны быть проверены и оценены для разработки желаемого состава смеси.
Содержание воздуха. Тонкость летучей золы и улучшенная обрабатываемость FAC, естественно, затрудняют выделение и удержание увлеченного воздуха. Кроме того, остаточный несгоревший углерод в золе поглощает часть воздухововлекающего агента и затрудняет достижение желаемого содержания воздуха. Зола с более высоким содержанием углерода, естественно, требует более высокого содержания AEA. Проверка качества и контроль качества золы у источника должны гарантировать, что используемая летучая зола поддерживает однородное содержание углерода (LOI) для предотвращения недопустимых колебаний вовлекаемого воздуха. Новые технологии и процедуры для решения проблемы несгоревшего углерода в летучей золе описаны в главе 10.
Низкая ранняя прочность. Бетонные смеси с летучей золой обычно имеют более низкую прочность в раннем возрасте. Более медленный набор прочности может потребовать усиления форм для смягчения гидравлических нагрузок. Следует отметить, что снятие опалубки и открытие для движения могут быть отложены из-за более медленного набора прочности. Низкая ранняя сила может быть преодолена с помощью ускорителей.
Сезонные ограничения. График строительства должен предусматривать время для FAC, чтобы набрать достаточную плотность и прочность, чтобы выдерживать противообледенительные применения и циклы замораживания-оттаивания перед зимними месяцами. Прирост прочности FAC минимален в холодные месяцы. Хотя пуццолановые реакции значительно уменьшаются при температуре ниже 4.4°C (40°F), прирост прочности может продолжаться более медленными темпами из-за продолжающейся гидратации цемента. Химические добавки могут быть использованы для компенсации сезонных ограничений.
Обыкновенный портландцемент – составные части, свойства, типы и применение
Обыкновенный портландцемент является одним из наиболее широко используемых видов цемента. Обсуждаются типы, свойства, составляющие, производство, использование и преимущества обычного портландцемента. В 1824 году Джозеф Аспдин дал название портландцементу, поскольку он имеет сходство по цвету и качеству с портлендским камнем, который представляет собой бело-серый известняк на острове Портленд, Дорсет.
Компоненты обычного портландцемента
- Глинистые или силикаты глинозема в виде глин и сланцев.
- Известняк или карбонат кальция в виде известняка, мела и мергеля, который представляет собой смесь глины и карбоната кальция.
Основными химическими составляющими портландцемента являются:
Известь (СаО) 60 в 67% Кремнезем (SiO2) 17 в 25% Глинозем (Al2O3) 3 в 8% Оксид железа (Fe2O3) 0.5 в 6% Магнезия (MgO) 0.1 в 4% Триоксид серы (SO3) 1 в 3% Сода и/или калий (Na2O+K2O) 0.5 в 1.3% Вышеупомянутые составляющие сырья вступают в химические реакции во время горения и плавления и объединяются с образованием следующих соединений, называемых МОДУЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.
Соединение Сокращенное обозначение Трехкальциевый силикат (3CaO.SiO2) C3S Двухкальциевый силикат (2CaO.SiO2) C2S Трехкальциевый алюминат (3CaO.Al2O3) C3A Tetracalcium aluminoferrite (4CaO.Al2O3.Fe2O3) C4AF Соотношение вышеуказанных четырех соединений варьируется в различных портландцементах. Трехкальциевый силикат и двухкальциевый силикаты вносят наибольший вклад в окончательную прочность. Начальное схватывание портландцемента происходит за счет трехкальциевого алюмината. Трехкальциевый силикат быстро гидратируется и в большей степени способствует ранней прочности. Внесение двухкальциевого силиката происходит через 7 дней и может продолжаться до 1 года. Трехкальциевый алюминат быстро гидратируется, выделяет много тепла и вносит лишь небольшой вклад в прочность в течение первых 24 часов. Тетракальциевый алюмоферрит сравнительно неактивен. Все четыре соединения выделяют тепло при смешивании с водой, алюминат выделяет максимальное количество тепла, а двухкальциевый силикат выделяет минимальное количество тепла. Благодаря этому алюминат трикальция отвечает за большинство нежелательных свойств бетона. Цемент с меньшим содержанием C3A будет иметь более высокий предел прочности, меньшее выделение тепла и меньшее растрескивание. В таблице ниже приведены состав и процентное содержание найденных соединений для нормального и быстрого твердения и низкотемпературного портландцемента.
Состав и содержание соединений портландцемента:
Портландцемент Обычный Быстрое отверждение Слабый нагрев (A) Состав: Процент известь 63.1 64.5 60 кремнезем 20.6 20.7 22.5 Оксид алюминия 6.3 5.2 5.2 Оксид железа 3.6 2.9 4.6 (B) Соединение: процент C3S 40 50 25 C2S 30 21 35 C3A 11 9 6 C3A 12 9 14 Свойства обычного портландцемента
Таблица 2: Свойства цемента OPC
Свойства Ценности Удельный вес 3.12 Нормальная консистенция 29% Начальное время схватывания 65min Окончательное время схватывания 275 тонкость 330 кг / м 2 устойчивость 2.5мм Объемная плотность 830-1650 кг/м 3 Производство цемента OPC
1. Дробление и измельчение сырья
- Сухой процесс
- Мокрый процесс
- Полумокрый процесс
Рис. 1: Технологическая схема производства цемента OPC.
2. Смешивание или смешивание
На этом этапе измельченное сырье (известняк) смешивается или смешивается с глиной в желаемой пропорции (известняк: 75%, глина: 25%) и хорошо перемешивается с помощью сжатого воздуха для получения однородной смеси. При сухом способе эти смеси хранятся в силосах; шламоемкости используются в мокром процессе. Полученный материал известен как суспензия, содержащая 35-40% воды.
3. Обогрев
Это основной важный шаг в производстве цемента OPC, продукт, полученный в результате смешивания, подается в печь с помощью ленточных конвейеров. Сначала смесь предварительно нагревают до 550°С, при этом вся влага испаряется, а глина расщепляется на кремнезем, оксид алюминия, оксид железа. В следующей зоне температура повышается до 1500 градусов Цельсия, где оксиды образуют соответствующие силикат, алюминаты и феррит. На последнем этапе продукт охлаждается до 200°C, где конечный продукт, полученный в печи, известен как цементные клинкеры, которые имеют форму зеленовато-черных или серых шариков.
4. Шлифование
На этом этапе цементный клинкер и необходимое количество гипса смешиваются и измельчаются в очень мелкие частицы, которые хранятся в силосах, а затем упаковываются в цементные мешки и распределяются. Срок годности цемента OPC обычно составляет 3 месяца.
13 типов цемента [PDF]: свойства и применение в бетонных конструкциях
Обычный портландцемент является наиболее широко используемым типом цемента, который подходит для всех типов бетонных конструкций. Это наиболее часто производимый и используемый тип цемента во всем мире, годовой объем производства которого составляет около 3.8 миллиона кубических метров в год. Этот цемент подходит для всех видов бетонных конструкций.
2. Портланд-пуццолановый цемент (PPC)
Портланд-пуццолановый цемент получают путем измельчения пуццоланового клинкера с портландцементом. Его также получают путем добавления пуццолана с добавлением гипса или сульфата кальция или путем тщательного и однородного смешивания портландцемента и тонкого пуццолана.
Этот цемент обладает более высокой стойкостью к различным химическим воздействиям на бетон по сравнению с обычным портландцементом, благодаря чему он получил широкое применение. Он используется в морских сооружениях, канализационных работах, канализационных работах, а также для укладки бетона под водой, например, мостов, пирсов, плотин, массовых бетонных работ и т. д.
3. Быстротвердеющий цемент
Быстротвердеющий цемент в первые дни достигает высокой прочности; он используется в бетоне, где опалубка снимается на ранней стадии, и аналогичен обычному портландцементу (OPC). Этот цемент имеет повышенное содержание извести и содержит более высокое содержание c3s и более тонкий помол, что обеспечивает более высокий набор прочности, чем OPC на ранней стадии.
Прочность быстротвердеющего цемента через трое суток аналогична прочности 7-суточного цемента OPC при том же водоцементном отношении. Таким образом, преимущество этого цемента заключается в том, что опалубку можно снять раньше, что увеличивает скорость строительства и снижает стоимость строительства за счет экономии стоимости опалубки.
Быстротвердеющий цемент используется в сборных железобетонных конструкциях, дорожных работах и т.д.
4. Быстросхватывающийся цемент
Разница между быстросхватывающимся цементом и быстротвердеющим цементом заключается в том, что быстросхватывающийся цемент схватывается раньше. При этом скорость набора прочности аналогична обычному портландцементу, а быстротвердеющий цемент быстро набирает прочность. Опалубку в обоих случаях можно снять раньше.
Быстросхватывающийся цемент используется там, где работы должны быть выполнены в кратчайшие сроки, а также для бетонирования в статической или проточной воде.
5. Низкотемпературный цемент
Низкотемпературный цемент производится путем поддержания процентного содержания алюмината трикальция ниже 6% за счет увеличения доли C2S. Небольшое количество алюмината трикальция позволяет бетону производить низкую теплоту гидратации. Низкотемпературный цемент подходит для массового бетонного строительства, такого как гравитационные плотины, поскольку низкая теплота гидратации предотвращает растрескивание бетона из-за тепла.
Этот цемент обладает повышенной устойчивостью к сульфатам, менее реакционноспособен, а время начального схватывания больше, чем у OPC.
6. Цемент, устойчивый к сульфатам
Цемент, устойчивый к сульфатам, используется для снижения риска воздействия сульфатов на бетон и, таким образом, используется при строительстве фундаментов с высоким содержанием сульфатов в почве. В этом цементе снижено содержание C3A и C4AF.
Сульфатостойкий цемент используется в строительстве, подверженном сильному сульфатному воздействию воды и грунта в таких местах, как облицовка каналов, водопропускных труб, подпорных стен, сифонов и т. д.
7. Цемент из доменного шлака
Доменный шлакоцемент получают путем помола клинкеров с содержанием шлака около 60% и по своим свойствам более или менее напоминает портландцемент. Его можно использовать для работ, где преобладают экономические соображения.
8. Цемент с высоким содержанием глинозема
Высокоглиноземистый цемент получают плавлением смеси бокситов и извести и измельчением с клинкером. Это быстротвердеющий цемент с начальным и окончательным временем схватывания около 3.5 и 5 часов соответственно.
Прочность на сжатие этого цемента очень высока и более работоспособна, чем у обычного портландцемента, и используется в работах, где бетон подвергается воздействию высоких температур, мороза и кислот.
9. Белый цемент
Он готовится из сырья, не содержащего оксида железа, и представляет собой разновидность обычного портландцемента белого цвета. Он дороже и используется в архитектурных целях, таких как сборные навесные и облицовочные панели, поверхность терраццо и т. д., а также для внутренних и наружных декоративных работ, таких как наружная отделка зданий, облицовочные плиты, напольные покрытия, декоративные бетонные изделия, садовые дорожки, бассейны. бассейны и т.д.
10. Цветной цемент
Производится путем смешивания 5-10% минеральных пигментов с обычным цементом. Они широко используются для декоративных работ на полах.
11. Воздухововлекающий цемент
Воздухововлекающий цемент получают добавлением при помоле клинкера местных воздухововлекающих агентов, таких как смолы, клеи, натриевые соли сульфатов и т.п.
Этот тип цемента особенно подходит для улучшения удобоукладываемости при меньшем водоцементном отношении и для повышения морозостойкости бетона.
12. Расширяющийся цемент
Расширяющийся цемент немного расширяется со временем и не дает усадки во время и после твердения. Этот цемент в основном используется для заливки анкерных болтов и каналов из предварительно напряженного бетона.
13. Гидрографический цемент
Гидрографический цемент готовится путем смешивания гидрофобизаторов и обладает высокой удобоукладываемостью и прочностью. Он обладает свойством отталкивать воду и не подвержен влиянию муссонов или дождей.
Гидрофобный цемент в основном используется для строительства водных сооружений, таких как плотины, резервуары для воды, водосбросы, водоподпорные сооружения и т. д.
Часто задаваемые вопросы о различных типах цемента
Обыкновенный портландцемент (OPC), портланд-пуццолановый цемент (PPC), быстротвердеющий цемент, быстротвердеющий цемент, низкотемпературный цемент, сульфатостойкий цемент, доменный шлаковый цемент, высокоглиноземистый цемент, белый цемент, цветной цемент, воздухововлекающий цемент , расширяющийся цемент и гидрографический цемент.
Обыкновенный портландцемент является наиболее часто используемым типом цемента.
Обычный портландцемент является наиболее широко используемым типом цемента, который подходит для всех типов бетонных конструкций.
Он используется в морских сооружениях, фундаментах, очистных сооружениях, очистных сооружениях, а также для укладки бетона под водой, например, мостов, пирсов, плотин, массовых бетонных работ и т. д.
Применяется при строительстве плотин, водосбросов, резервуаров для воды, водоподпорных сооружений, подводных сооружений.
