Бетон со шлаком: правильные пропорции и состав смесей

Памятка: ключевые моменты при работе с бетоном на шлаке

1. Используйте только проверенный шлак без примесей.
2. Обязательно просеивайте шлак перед использованием.
3. Соблюдайте пропорции: 1:3:4 (цемент:шлак:песок).
4. Контролируйте количество воды — избыток снижает прочность.
5. Для ответственных конструкций добавляйте пластификаторы.
6. Учитывайте, что шлакобетон легче обычного.
7. Обеспечьте гидроизоляцию для фундаментов.
8. Армируйте конструкции, работающие на изгиб.
9. Дайте бетону выстояться 28 дней для полного твердения.
10. Храните шлак в сухом месте, чтобы избежать комкования.

Виды топливных шлаков

1. отходы от сжигания кускового угля топливные (котельные) доменные шлаки, состоящие в основном из сравнительно крупных кусков с примесями некоторого количества весьма мелких частиц (зола), а также частиц несгоревшего угля;
2. отходы от сжигания угля в измельченном(пылевидном)состоянии топливные золы, состоящие главным образом из оплавленных пылевидных частиц с примесью несгоревшего угля, а иногда некоторого количества сравнительно крупных вспученных или оплавленных кусков, называемых лаками, пылевидного, сжигания.

В зависимости от вида сжигаемого топлива получаются следующие доменные шлаки и золы: антрацитовые (от сжигания антрацитов); каменноугольные; буроугольные и, в частности, подмосковные (от сжигания подмосковных углей); торфяные и т. д.

Часто встречаются смешанны шлаки, полученные oт сжигания смесей различных углей (например, донецких каменных углей с подмосковными и т. п.).

Состав шлаков

• а) от вида угля;
• б) от минералогического состава неорганической его части;
• в) от условий сжигания угля (размера кусков, температуры, развивающейся при сжигании, и т. п.).

Лучшими видами топливных шлаков являются антрацитовые

и хорошо спекшиеся каменноугольные шлаки, так как они состоят главным образом из вспучившихся остеклованных кусков, а несгоревшие частицы угля, антрацита или кокса, сравнительно атмосферо- и морозостойки. К шлаку, применяемому в качестве заполнителя для шлакобетона, предъявляют следующие основные требования:

• а) он не должен содержать землистых и глинистых примесей, кусков металла, случайного мусора, излишка золы и других примесей;
• б) содержание несгоревшего угля, определяемое прокаливанием, не должно превышать:

Топливные шлаки для армированного бетона

Однако описанные выше способы не позволяют улучшить качество подмосковных и других недостаточно спекшихся шлаков. Хотя при длительном выдерживании таких шлаков в крупных отвалах большая часть угля в них выгорает, однако вследствие недостаточно высокой температуры, развивающейся при этом процессе, в отвале остается много неспекшихся слоистых кусков, а количество золы даже увеличивается. Поэтому лучшим способом подготовки таких шлаков является вторичный их обжиг до спекания на специальных спекательных устройствах (агломерация).

Агломерированные шлаки и золы

Подготовленную смесь направляют на спекательные решетки, через которые просасывается воздух, поступающий в спекаемый слой сверху и обеспечивающий интенсивное горение угля. В результате смесь спекается и отчасти вспучивается, давая пористую массу; после охлаждения ее дробят и рассеивают, получая крупный и мелкий заполнитель, называемый вторичным шлаком.

Разработан способ механизированного получения такой шлаковой пемзы

Расплавленный шлак поступает из доменной печи или из шлаковозных ковшей в специальные машины, в которые подается через мелкие отверстия вода, пар или воздух. Пористость шлака можно регулировать, изменяя количество подаваемой воды или пара. Вспученный и затвердевший шлак поступает в дробилку, а затем его рассеивают с помощью вибрационных сит на мелкий и крупный заполнитель.

Достоинства

Рассматривая цемент со шлаком, нужно тщательно изучить все нюансы и особенности. Несмотря на большое количество плюсов, основным достоинством шлакопортландцемента является более низкая себестоимость при прочих равных. Доменный гранулированный шлак, который появляется в качестве отходов выплавки черного металла, проявляет все те же свойства, что и обыкновенный цемент. При этом, предполагает и некоторые положительные свойства.

• Более низкая цена при условии тех же параметров и характеристик прочности.
• Небольшой показатель плотности и удельного веса не оказывают на фундамент и перекрытия существенного давления.
• Прекрасная жаропрочность материала – диапазон нагрева доходит до +800 градусов.
• Коррозийная стойкость на высоком уровне.
• Высокая скорость затвердевания.
• Повышенный показатель морозостойкости при применении технологии пропаривания железобетонных изделий.
• Сравнительно низкая температура тепловыделения.
• Великолепная стойкость монолита к воздействию сульфатных и пресных вод, другим агрессивным средам.

Недостатки

Следует упомянуть, рассматривая цемент со шлаком, что это материал со сравнительно небольшим количеством минусов. Точнее, он один – при нарушении герметичности тары, в которой поставляется цемент, он теряет свою прочность уже через полтора месяца со дня производства.

Технические характеристики

Все свойства и параметры шлакобетона определяются ГОСТ 10178-85 и зависят от используемых в производстве компонентов (их качества и объема).

• В клинкере должно содержаться магния максимум 5-6%, в противном случае понижается качество бетона
• Шлаки в гранулах, произведенные электротермометаморфическим или доменным путем, входят в состав в объеме 20-80% и определяют плотность, прочность и другие характеристики
• Чистый гипс, полученный естественным путем с добавлением фтора и фосфора, включается в состав в объеме максимум 5%
• Чем больше в составе шлака, тем дольше затвердевает смесь и тем меньше тепла продуцируется реакцией гидратации
• Усадка шлакового цемента такая же, как и у обычного
• Жаропрочность находится в пределах +600-800 градусов
• При условии отсутствия плотной молекулярной консистенции, а также использующихся для активации веществ после застывания шлак не станет реагировать с водой, поэтому смесь часто используют в создании конструкций в условиях повышенной влажности

Шлакопортландцемент бывает быстротвердеющим и с нормальными параметрами твердения. Для активизации процесса в материал добавляют присадки – это специальные ускорители вулканического или минерального происхождения (это могут быть пемза, пепел). Произведенный из шлака бетон готовят в таком соотношении: 4-5 частей шлака, по 2 части песка и цемента.

Конструкции/здания достигают прочности уже в течение 7-14 дней. В прохладных условиях материал твердеет медленно, поэтому для ускорения процесса используются обработка теплом, добавка специальных присадок.

Нужно помнить, что срок годности шлакоцемента намного ниже в сравнении с обычным. Материал можно использовать 45 дней после отгрузки с производства, так как по прошествии этого времени он теряет характеристики водонепроницаемости и прочности.

Классификация портландцемента со шлаком

Портландцемент со шлаком делится на разные классы, каждому из которых присущи определенные технические характеристики и параметры, отраженные в нормативных документах. Ниже представлены таблицы со всеми значимыми данными, без которых невозможно выполнить расчеты и начать работы.

Портландцемент и шлакопортландцемент – отличия

Отличия обыкновенного портландцемента и материала на базе шлака определяют сферу использования смесей. Свойства и параметры достаточно сильно разнятся, поэтому до начала работ нужно все тщательно изучать.

• Цена портландцемента намного выше стоимости смеси со шлаком.
• Портландцемент при условии отсутствия присадок быстрее набирает прочность.
• Отличается состав – в цементе со шлаком есть также гипс, в портландцемент часто добавляют различные присадки-ускорители, пластификаторы и т.д.
• У шлакоцемента менее выражена экзотермическая реакция при застывании, благодаря чему бетон почти не греется, поэтому не может использоваться при низких температурах (но и усадки, деформаций дает меньше).
• Цемент со шлаком демонстрирует меньшие показатели плотности и массы готовых конструкций.

Технология производства

Цемент со шлаком пропорции для бетона может предполагать разные – все зависит от требуемых характеристик и параметров, условий эксплуатации итоговой конструкции. Обычно в составе шлакоцемента есть три компонента: клинкер, гипс и шлак. Но есть шлаковый бесклинкерный цемент, в котором объем шлака может достигать 90%. Такой материал стоит меньше, но сфера применения его достаточно ограничена.

• Высушивание шлака до уровня влажности менее 1%. В общем объеме материала его доля может варьироваться в пределах от 20 до 80%.
• Тщательный помол шлака с гипсом и клинкером в мельнице до получения тонкодисперсного гомогенного порошкообразного вещества. Одновременно осуществляется смешивание материалов и доля гипса не должна быть больше 5%.

Цемент со шлаком производят из доменного шлака – вторичного продукта металлургической сферы. Класс материала во многом зависит от качества исходных материалов: свойств клинкера и шлака. Клинкер в смеси выступает в качестве активизатора шлаков.

Класс шлакоцемента определяется видом шлака – он бывает гранулированным, кислым, основным. На прочность влияет не столько физическая структура, сколько химическая формула. Гранулированные шлаки стоят меньше, но нужно помнить, что созданный на их основе раствор будет твердеть дольше обычного и в смесь шлак не стоит вводить в объеме более 50%.

Выбор сырья и особенности хранения

Производство шлакоцемента регулируют ГОСТы 10178-85 и 31108-2003: первый определяет марку прочности, второй – класс. При выборе материала ориентироваться лучше всего на лабораторный анализ.

• В составе доменного шлака должны быть 4 оксида: CaO, SiO2, Al2O3, MgO в общей пропорции 9:1.
• Объем оксида серы SO3 – максимум 3.5%
• В клинкере должны быть: MnO в объеме не больше 3%, также C3A и C3S

Цемент на базе шлака долгое время держат во влаге, так как раннее высыхание негативно влияет на твердение. При правильных показателях влажности и высокой температуре твердение ускоряется, в связи с чем обработка цемента в специальных камерах и автоклавах очень эффективна.

Прочность шлакоцемента гарантируется очень мелким помолом, который в ответе за быстрое твердение и высокую прочность. Именно тонкость помола влияет на активность. Если нужно получить высококачественное вяжущее (для фундамента, к примеру) лучше применять сепараторный либо двухступенчатый помол.

В смесь для приготовления шлакобетона добавляют далеко не любое сырье. Основное требование к шлаку – отсутствие в его составе оксидов химических соединений, способных плохо повлиять на свойства материала. Обязательное требование: шлак должен быть чистым, без любого рода примесей (земли, глины, золы и т.д.). Как правило, в цемент идут шлаки металлургической/топливной промышленности.

Из металлургического шлака делают самый прочный бетон. В то же время, из шлаков топливной промышленности больше всего подходят антрацитовые породы. Не применяются для производства шлакоцемента продукты сгорания бурых углей ввиду наличия в них примесей, соединяющихся со шлаком неустойчивыми связями.

Большое значение для чистоты и прочности шлака имеет правильное хранение: шлак перемещают минимум 3 раза в местах хранения, избавляясь от примесей серы и известей. Материал пригоден для производства, пока в нем сохранена кристаллическая структура и отсутствуют признаки распада, появляющиеся под воздействием находящихся в атмосфере газов и влаги в процессе перехода одних соединений в другие. Эти соединения имеют большой объем, ввиду чего при переходе разрушаются и растрескиваются куски шлака.

Класс шлакобетона зависит от величины зерен шлака – они могут варьироваться в диапазоне 5-40 миллиметров. Для получения смеси песок берут фракции максимум 5 миллиметров. Шлаковый песок повышает многие показатели бетона, в том числе прочность и плотность. Из шлакового щебня производят легкий бетон, с прекрасными показателями теплоизоляции, но низкий прочностью.

Сферы применения портландцемента со шлаком

Цемент со шлаком применение нашел в самых разных сферах. Часто используют его в строительстве подводных железобетонных конструкций, на которые будет постоянно влиять водная среда. Также материал актуален для создании сухих смесей для производства панелей для стен, других конструкций. Этот тип цемента по характеристикам соответствует портландцементу марки М500.

Шлаковый цемент – популярный и экономный строительный материал, использующийся для возведения плит перекрытия, стен с арматурой. Способность шлакобетона демонстрировать те или иные параметры зависит от класса.

• 10 – используется при выполнении теплоизоляционных работ
• 25-35 – актуален для строительства несущих конструкций/элементов
• 50 – лучший материал для создания наружных несущих стен, разного типа армированных перемычек, внутренних перегородок зданий и т.д.

Шлакобетон ценят за небольшой удельный вес, поэтому часто применяют на серьезных объектах. Таким образом удается существенно снизить нагрузку на конструктивные части и фундамент, сэкономить финансы и время при монтаже плит больших габаритов (за счет пониженной массы).

• Создание монолитных/сборных элементов в промышленном/частном строительстве
• Создание конструкций с необходимостью ускоренного твердения
• Производство бетонных коммуникационных труб
• Работы по монтажу дорог, где актуально быстрое схватывание раствора
• Строительство мостов, эстакад
• Замес растворов для кладки, оштукатуривания

Когда готовится цемент со шлаком, пропорции для бетона, нужно учитывать одну особенность – несмотря на все положительные свойства материала, через 3-4 десятка лет качество монолита резко снижается. Об этом моменте нужно помнить и вовремя принимать меры по предупреждению деформации конструкций/зданий.

Приготовление бетона со шлаком

В составе шлакоцемента основными компонентами являются сам шлак, клинкер и гипс в разных пропорциях. Оптимальное соотношение указано в документах и сертификатах, процесс приготовления смеси идентичен работе с обычным цементом.

Состав смесей для приготовления шлакобетона

Чтобы получить шлакобетон средней марки, достаточно взять 4-5 частей фракционной смеси шлака, по 2 части песка и цемента. Удешевить раствор можно посредством смешивания цемента и извести в пропорции 3:1.

Как приготовить

За несколько часов до предполагаемого замеса раствора желательно увлажнить шлак водой для повышения длительности службы бетона. Потом все компоненты смешивают в нужных пропорциях, аккуратно перемешивают до однородности. Готовую массу используют в течение часа-полтора.

Шлаковый цемент – прочная и высокоэффективная смесь, которая часто используется в выполнении разнообразных ремонтно-строительных работ. Пропорции входящих в состав материалов можно менять для получения нужных свойств и характеристик.

Часто задаваемые вопросы о пропорциях бетона со шлаком

Вопрос: Какие пропорции цемента и шлака для бетона?
Ответ: Стандартная пропорция: 1 часть цемента, 3 части шлака, 4 части песка и 1 часть воды.

Вопрос: Можно ли использовать шлак вместо щебня?
Ответ: Да, шлак часто применяется как заменитель щебня, но требует корректировки водоцементного соотношения.

Вопрос: Какой шлак лучше для бетона?
Ответ: Лучше всего использовать антрацитовый шлак, так как он обладает высокой прочностью и низкой радиоактивностью.

Вопрос: Нужно ли просеивать шлак перед замесом?
Ответ: Да, шлак необходимо просеять для удаления крупных фракций и пыли.

Вопрос: Какая марка бетона получается из шлака?
Ответ: При правильных пропорциях можно получить бетон марок M100-M300.

Вопрос: Сколько воды добавлять в бетон со шлаком?
Ответ: Воды должно быть примерно 50-60% от массы цемента, точное количество зависит от влажности шлака.

Вопрос: Можно ли использовать шлак для фундамента?
Ответ: Да, но только для малоэтажного строительства и при условии гидроизоляции.

Вопрос: Чем отличается шлакобетон от обычного бетона?
Ответ: Шлакобетон легче, имеет лучшую теплоизоляцию, но ниже прочность на сжатие.

Вопрос: Как долго сохнет бетон со шлаком?
Ответ: Время схватывания такое же, как у обычного бетона — 28 дней для полного набора прочности.

Вопрос: Нужно ли армировать шлакобетон?
Ответ: Да, армирование обязательно для конструкций, испытывающих нагрузки на изгиб.