Во-первых, частичная кристаллизация стекла должна приводить к подавлению указанной реакции. Процесс кристаллизации на поверхности крупнодисперсного стекла может быть легко активирован при повышенных температурах в присутствии центров кристаллизации, например, порошка кварцевого песка. Для этого в проходной вращающейся печи производили термообработку при 700–720.°С стеклобоя фракции более 1 мм в засыпке из кварцевого песка. После разделения материалов стеклобой имел слабые пики кристаллизации на дифрактограммах. Косвенно процесс поверхностной кристаллизации подтверждает образование матовой пленки на поверхности частиц. Эксперименты с высокощелочными бетонами при использовании полученного заполнителя показали, что расширение образцов в сравнении с контрольными на немодифицированном стеклобое, оказывается меньше в 2–7 раз в зависимости от концентрации щелочи и фракции заполнителя. Во-вторых, процесс подавления щелочно-силикатного взаимодействия в бетонах с наполнителем из стекла может быть подавлен добавками аморфного высокодисперсного оксида кремния. Для этого в экспериментах использовали три вида добавок: силикагель, дробленый до фракции менее 60 мкм, аэросил и стекло фракции менее 60 мкм, ионномодифицированное заменой Na+ на H+. Исследования показали, что все указанные добавки в количествах 0,5–5 мас.% эффективно подавляют щелочно-силикатное взаимодействие и позволяют получать бетоны с заполнителем из стекла, удовлетворяющие стандарту. Мелкие фракции стекла нецелесообразно использовать в качестве заполнителя вследствие большей вероятности протекания щелочно-силикатного взаимодействия. Более перспективным представляется использование их для получения пеностекла. Причем гранулированное пеностекло может применяться в бетонных композициях. В этом случае вопрос взаимодействия поверхности пеностеклянной гранулы с цементным камнем также остается актуальным. Например, в работе [14] рассматривался композит, состоящий из гранулированного пеностекла и пенобетона. Авторы по истечении 6 и 12 месяцев в зоне контакта пеностекла с пенобетоном не обнаружили дополнительных фаз, способных привести к коррозии и разрушению бетона и утверждают, что пассивация возможных щелочно-силикатных реакций в зоне контакта цементный камень – пеностекло может быть объяснено добавкой в бетон золыуноса ТЭС. Возможность щелочно-силикатного взаимодействия проверена для бетонов с заполнителем из гранул пеностекла при различном объемном отношении бетона и гравия. Был использован пеностеклянный гравий различной фракции (1,25–10 мм), полученный при термообработке с использованием различных опудривателей – цемента, мела и дробленого кварцевого песка. Варьирование плотности пеностекла и отношения бетона и заполнителя позволяет получать материалы с широким диапазоном свойств и различного функционального назначения (рис. 2). При использовании пеностеклянного гравия плотностью 200 кг/м3 и высокой степенью заполнения при отношении (мас.) пеностекло/(цемент+песок) равном 0,265, возможно получение легкого бетона с плотностью 1050 кг/м3, коэффициентом теплопроводности 0,30 Вт/(м•°С) и прочностью при сжатии 3,5 МПа. Применение в аналогичной композиции более тяжелого пеностеклянного гравия – 400 кг/м3 – приводит к получению бетона плотностью 1350 кг/м3, коэффициентом теплопроводности 0,35 Вт/(м•°С) и прочностью при сжатии 8,5 МПа. Невысокая степень заполнения композиции бетоном позволяет изготавливать материалы литого или штучного исполнения, пригодные для использования в качестве теплоизоляционных самонесущих конструкций. На основе пеностеклянного гравия с насыпной плотностью 200 кг/м3 при отношении (мас.) гравий/цемент 1,6 плотность полученного материала составляет 350 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,065 Вт/(м•°С), прочность при сжатии 1,1 МПа. Увеличение доли цемента в композиции приводит к более плотному материалу при отношении (мас.) гравий/цемент 0,833 композиционный материал получается с плотностью 470 кг/м3, коэффициентом теплопроводности 0,1 Вт/(м•°С) и прочность 1,7 МПа. Все указанные типы бетонов с гравием, полученным при использовании различных опудривателей, были исследованы на возможность расширения при протекании щелочно-силикатной реакции. Результаты исследований расширения образцов по стандарту ASTM C 1293-01 показали, что для всех образцов, содержащих в качестве наполнителя пеностеклянный гравий, максимальное расширение не превышает 0,1%, что говорит об отсутствии протекания щелочно-силикатного процесса. Вероятно, это обстоятельство связано с тем, что в процессе термообработки каждая гранула неизбежно подвергается интенсивному воздействию с частицами опудривателя, что приводит к кристаллизации материала, особенно в поверхностных слоях. Результаты рентгенофазового анализа показали наличие кристаллической структуры в полученном материале. Наиболее интенсивные пики могут быть отнесены к кварцу при 0,425 нм, 0,335 нм и 0,182 нм, Na2Si2O5 с характерными межплоскостными расстояниями 0,493, 0,38 и 0,329 нм. Вероятно переход оксида кремния в кристаллические формы, особенно в поверхностной части гранул, не позволяет протекать реакции щелочно-силикатного взаимодействия. Кроме того, эксперименты показали, что увеличение фракции наполнителя приводит к более низкому значению показателя расширения. В рамках поставленной задачи можно сделать следующие выводы. Недопустимо использование стеклобоя естественного или смешанного фракционного состава непосредственно в качестве заполнителя в бетоне из-за неизбежности протекания процесса щелочно-силикатного взаимодействия. Возможными путями подавления этого процесса может быть как модификация стекла, заключающаяся в термообработке крупных фракций совместно с активатором кристаллизации, так и добавки в бетон высокодисперсного аморфного оксида кремния различного происхождения. Мелкие фракции стеклобоя целесообразно перерабатывать в гранулированное пеностекло. Использование последнего как заполнителя в бетонах не обнаружило щелочно-силикатной реакции, что может быть связано со спецификой технологии получения материала. C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок цемента в России». www.newchemistry.ru |
