Бетон и железобетон на шлаковых заполнителях
Содержание
-
Введение. Причины перехода на шлаковые заполнители; сырьевая база (доменные/сталеплавильные/энергетические шлаки), экономия природного щебня и песка.
-
Свойства и классификация шлаков как заполнителей. Плотные и пористые шлаки; зерновой состав; примеси (сернистые соединения, металл). Нормативные рамки и испытания.
-
Подготовка шлакового заполнителя. Охлаждение (водогрануляция/воздушное), дробление и сортировка, стабилизация объёмной устойчивости, пылеподавление; контроль насыпной плотности.
-
Тяжёлые бетоны на плотных шлаках. Подбор составов, удобоукладываемость, водопотребность, прочность, морозостойкость, истираемость; влияние серы и щёлочности на коррозионную стойкость арматуры.
-
Лёгкие бетоны на пористых шлаках. Плотность/теплопроводность, усадка и ползучесть, трещиностойкость; области применения ограждающих конструкций.
-
Зола-унос и золо-шлаковые смеси как добавки/вяжущие. Влияние на реологию и долговечность; примеры изделий и режимы тепловой обработки.
-
Железобетон на шлаковых заполнителях. Сцепление «бетон–сталь», карбонизация и коррозия, требования к преднапряжённому ЖБ.
-
Технология и термообработка изделий. Пропаривание/прогрев бетонов на шлакопортландцементе и с золой; рекомендуемые температурно-временные режимы.
-
Экономика/экология и опыт внедрения. Снижение дефицита заполнителей, утилизация ТЭЦ-отходов, примеры заводского применения.
-
Приложения. Типовые требования и методы контроля, справочные таблицы.
Подробное изложение (по смысловым блокам)
1) Шлаки как источники заполнителей: сырьё, типы, риски
В сборнике систематизируются типы шлаков (доменные, сталеплавильные, цветной металлургии, фосфорные; а также золошлаковые отходы ТЭС) и обсуждается, какие из них допустимы как крупные/мелкие заполнители. Основной норматив для бетонов тех лет — линейка ГОСТ 5578 (для шлакового щебня/песка в бетонах) с диапазонами истинной плотности 1,7–3,6 т/м³, а также требования к грансоставу и вредным примесям.
Ключевой риск — сернистые и сернокислые соединения: для щебня S ≤ 2,5 % (по массе), превышение требует дополнительных исследований, особенно для преднапряжённого ЖБ. Это закреплено в ГОСТ 5578-76/-94 и повторяется в текущих редакциях/обзорах.
2) Подготовка и контроль качества шлаковых заполнителей
Показано, что свойства зависят от охлаждения (водогрануляция → стекловидность/мелкозернистость; воздушное охлаждение → кристаллизация, возможность плотного щебня), а также от дробления/сортировки. Для тяжёлых бетонов подчёркивают минимальные насыпные плотности: ориентиры для плотных шлаков — ~≥ 1000 кг/м³ для щебня (и выше для песка), чтобы не «провалиться» по маркам тяжёлого бетона.
Контроль: зерновой состав, лещадность, пылевидные и слабые зерна, морозостойкость, а также объёмная стабильность (предотвратить поздние расширения).
3) Тяжёлые бетоны на шлаковых щебнях
В разделе (и отдельных статьях) сравниваются прочность/жёсткость/износостойкость тяжелых бетонов на плотных шлаках с бетонами на природных щебнях: у сталешлака часто выше прочность и износостойкость, но надо следить за усадкой/объёмной стабильностью и коррозионной обстановкой для арматуры (сера, щёлочи). Современные обзоры подтверждают эти тенденции (лучше износ/прочность, сложнее удобоукладываемость и объёмная стабильность).
Отдельные нормы и методички проговаривают ограничения для преднапряжённых конструкций и требование специсследований при S > 2,5 % — сборник аккуратно увязывает это с реальным заводским контролем.
4) Лёгкие бетоны на пористых шлаках
Пористые шлаки — база для лёгких бетонов; ключевые показатели — средняя плотность/λ-теплопроводность, усадка/ползучесть и трещиностойкость ограждающих конструкций. В работах того времени лёгкие составы на золо-шлаковых сырьёвах рассматривались как способ разгрузки ограждений и панелей при приемлемой прочности. (Обзор по лёгким бетонам и пористым заполнителям — для общего бэкграунда.)
5) Зола-унос и золо-шлаковые смеси: добавки и вяжущие
Хотя фокус сборника — шлаковые заполнители, статьи затрагивали золы ТЭС (в виде минеральной добавки/компонента вяжущего) — это видно по сопутствующим работам авторов сборника («применение золы ТЭС в несущих конструкциях», «тяжёлый бетон с повышенной дозировкой золы» и т. п.). Параллельные «Рекомендации…» НИИЖБ (1986) дают регламент по дозировкам и режимам тепловой обработки бетонов с золой/шлаком.
6) Железобетон на шлаковых заполнителях: сцепление и долговечность
Критические вопросы для ЖБ: сцепление стержня в бетоне на шлаках (структура переходной зоны), карбонизация/проницаемость и коррозия арматуры при наличии сернистых соединений и растворимых солей. Нормы требуют проверок при проектировании преднапряжённого ЖБ и при работе во влажно-агрессивных средах; сборник сопоставляет результаты стендовых испытаний и заводской практики.
7) Технология, пропаривание и тепловая обработка
Для изделий из бетона с золой/шлаками приводятся режимы пропаривания (предвыдержка → подъём Т → изотермика → охлаждение), типичные 90–95 °С в изотермике и минимальные выдержки порядка ≥ 8 ч (для портландцементных и шлакопортландцементных систем с золой), с увязкой под требуемую раннюю прочность и трещиностойкость.
8) Экономика/экология и «кейсы»
Снижение потребления природного щебня и утилизация отходов ТЭС — две сильные стороны. В сборнике приводились примеры внедрения (в т. ч. крупнопанельное домостроение, напольные и дорожные элементы, монолит), с обсуждением энергосбережения и пылеулавливания. (Отдельные публикации авторов сборника 1975–1987 гг. показывают масштаб практики.)