Р А З Д Е Л 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Влияние зол и шлаков ТЭС на формирование структуры и свойств мелкозернистых плотных золошлакобетонов
Свойства контактной зоны заполнитель - вяжущее играет решающую роль при создании структуры искусственного конгломерата [29, 30, 31, 32].
Согласно данным, приведенным в работах [33, 34, 35], свойства заполнителя влияют на структуру и прочность бетонов, при этом основными факторами, определяющими роль заполнителей, являются прочность заполнителя, его адгезия с растворной частью бетона, а также состояние структуры контактных зон между вяжущим и заполнителем в связи с возможным возникновением первых разрушений структуры бетона именно из-за нарушения сцепления в зоне контакта [36, 37]. На прочность сцепления заполнителя с цементным камнем влияет природа заполнителя, шероховатость, пористость, чистота поверхности его зерен. Изменение формы, чистоты поверхности заполнителя сравнительно мало изменяют прочность бетона на разрыв [38]. При отрыве цементного теста от поверхности заполнителя, в ряде случаев раствор после отрыва остается на поверхности заполнителя, что свидетельствует о химическом взаимодействии поверхности с цементным тестом [38].
В.Д. Глуховский, В.С. Горшков, И.А. Иванов, Н.И. Федынин и др. отмечают, что энергия взаимодействия между цементным камнем и заполнителем зависит от химической активности продуктов гидратации цемента по отношению к склеиваемым материалам. При этом все заполнители способны быть более или менее активными подложками для зародышей новой фазы в контактном слое. В случае химического взаимодействия заполнителя с цементным камнем сцепление между ними определяется силой атомных связей, которые в большинстве случаев превосходят адгезионные силы. Это ведет к существенному увеличению прочности бетона [39]. Сращивание зерна заполнителя с цементным камнем связано с миграцией гидроксида кальция к поверхности зерна [40].
Содержание в ЗШС ТЭС тех или иных оксидов определяет особенности процессов структурообразования и фазового состава новообразований контактной зоны между заполнителем и цементным камнем.
Согласно данным Ю.М. Бутта и А.А. Мейера, при гидратации стекла мелилитового состава с известью образуются гидрогранаты. Гидратация стекла мелилитового состава протекает более энергично и приводит к образованию гидрогранатов и низкоосновных гидросиликатов кальция.
Из работ А.В. Волженского известно, что содержание в шлаковых стеклах MgO от 0,2 до 8% ускоряет процесс гидратации и гидролиза стекла, что положительно влияет на прочность образцов нормального твердения и ускоренного твердения - в процессе тепловлажностной обработки. С увеличением содержания FeO до 36% происходит некоторое повышение активности стекол. Дальнейшее увеличение закиси железа быстро снижает прочность. Наличие Fe2O3 оказывает отрицательное влияние на вяжущие свойства [33, 41].
Разбавляющий эффект золы, выражающийся в снижении прочности бетона, вызван замещением цементных частиц равными по размеру или более крупными зернами золы. Это приводит к появлению ослабленных участков, микродефектов в каркасе твердеющей структуры, поскольку химические связи между золой и цементом в течение определенного времени менее прочны, чем между продуктами гидратации цемента, особенно в ранние сроки твердения. В более поздние сроки твердения или при тепловлажностной обработке, когда между частицами золы и цемента возникают прочные химические связи, разбавляющий эффект зерен золы проявляется в меньшей степени [73, 74].
При изучении специальных свойств мелкозернистых плотных бетонов на ЗШС Зуевской, Старобешевской, Углегорской ТЭС одним из наиболее важных является детальное изучение совместной работы шлаковой составляющей с цементным камнем, так как при прочих равных условиях, увеличение сцепления заполнителя с цементным камнем приводит к возрастанию показателей прочности бетона на растяжение.
Ширина контактной зоны шлака ТЭС с цементным камнем больше, чем у гранита и составляет 70-100 мкм. Микротвердость шлака (230 МПа) значительно ниже микротвердости гранита (480 МПа), т.е. свойства шлака ТЭС приближены к свойствам цементного камня, что определяет однородность конгломерата и совместную работу компонентов, тем самым повышаются прочностные и деформативные характеристики бетона [42].
Как показали наши исследования, цементный камень плотно заполняет все неровности поверхности зерен заполнителя-шлака ТЭС. Линия контакта отчетливо видна с постепенным переходом в цементный камень, что свидетельствует о химическом взаимодействии вяжущего со шлаком (рис. 2.5).
В целом золошлакобетоны характеризуются плотной структурой с относительно малой пористостью, которая подразделяется на несколько видов: воздушные поры и раковины, возникшие вследствие захвата воздуха при формовании бетонной смеси и изделий; поры и раковины, возникшие вследствие усадки; щелевые поры и неплотности образующиеся на контакте крупных зерен заполнителя с растворной частью бетона (рис. 2.1).
Макрокаппилярные поры в данных бетонах, как правило, очень мелкие и расположены обычно (а нередко и обуславливают) на контактных неплотностях на границе раздела растворная часть - зерна шлака. Плотное строение бетона обусловлено наличием лишь единичных крупных пор (1) в теле бетона (рис. 2.2). Щелевидные полости на контакте шлаковых зерен с растворной частью (1), переходят в щелевидный зазор (2) (рис. 2.1). Присутствуют кристаллизационные поры в полостях (3) в плотном золошлакобетоне (рис. 2.1). Большинство пор (2) расположено на шлаковых зернах (рис. 2.2), как в виде единичных пор, так и в виде щелевидных пор и неплотностей (1) вдоль контакта растворной части со шлаковым щебнем (рис. 2.3).
При этом обнаружено, что нередко такие щелевидные зазоры и полости наблюдаются на контакте слабых и разрушенных зерен шлака. Поэтому плотный контакт между шлаковым щебнем и растворной частью наблюдается преимущественно повсеместно в сравнении с отмечаемыми неп