Эксплуатационные свойства шлакощелочных бетонов

Много заводов страны работают на шлакощелочном бетоне. Выпускаемые ими изделия и конструкции широкой номенклатуры успешно эксплуатируются в различных сооружениях промышленного, гражданского, сельскохозяйственного, гидротехнического, дорожного строительства.

Результаты обследований эксплуатируемых конструкций и испытаний их неразрушающими методами, проведенных в 1970—1971 гг., показали, что шлакощелочные бетоны надежно служат в сооружениях, увеличивая при этом прочность, выдерживая действие морозов, атмосферных осадков, агрессивных сред, динамических и статических нагрузок. У конструкций хороший внешний вид, они не имеют трещин, шелушений и других дефектов.

В 1973 г. свойства шлакощелочных бетонов после эксплуатации в течение 6—12 лет изучали разрушающими методами путем испытания образцов, выпиленных из конструкций, в соответствии с требованиями ГОСТ 4800—59 и ГОСТ 10180—74.

В результате проведенных испытаний установлено, что за период эксплуатации все шлакощелочные бетоны повысили свою проектную прочность в 1,5—2,5 раза (табл. 42).

Так, прочность бетона свай в момент испытания в среднем составляла 700 кгс/см², в то время как проектная прочность была равна 300 кгс/см².

Шлакощелочной бетон, эксплуатируемый в пред-напряженных лотках Татарбунарской оросительной системы, увеличил прочность от 250 до 500 кгс/см².

Образцы-керны из монолитного дорожного покрытия показали прочность свыше 400 кгс/см² при проектной марке 200. Аналогичное повышение прочности наблюдалось у шлакощелочных бетонов и на других сооружениях.

Испытания показали, что прочность исследуемых бетонов зависит от их состава.

Анализируя влияние заполнителей на прочность шлакощелочных бетонов, можно заметить, что такие бетоны на основе местных грунтов, содержащих глинистые включения, эксплуатируемые в агрессивной среде, повышают с течением времени свою прочность более чем в 2 раза, проявляя в то же время коррозионную стойкость. Об этом свидетельствуют результаты испытания образцов бетона из облицовки канала Бортничской оросительной системы, заполнителем в котором служила супесь, а также блоков моделей волноломных массивов, содержащих в своем составе 25% лесса.

В течение 12 лет эксплуатации прочность первых возросла от 150 до 400 кгс/см², а вторых — от 300 до 620.

Следует отметить, что интенсивность роста прочности щлакощелочных бетонов во времени зависит от начальных условий твердения. Так, бетон монолитного дорожного покрытия за 8 лет эксплуатации увеличил прочность в 3 раза, тогда как бетон тротуарных плит автоклавного твердения за тот же период времени — в 2,5 раза (см. табл. 42). Однако и в том, и в другом случае она значительно превосходит необходимую для таких конструкций марку. Прочность центрифугированных, пропаренных труб возросла также в 2,5 раза и превысила 800 кгс/см².

На прочностные характеристики изучаемых бетонов оказывает влияние и природа применяемого щелочного компонента.

Анализ результатов испытания образцов бетонов на метасиликате различной плотности показал, что такие бетоны обладают прочностью 500—1000 кгс/см². Причем наиболее высокие показатели достигаются при использовании метасиликата натрия с плотностью 1,25. Испытания шлакощелочных бетонов на метасиликате натрия свидетельствуют о том, что через два года после изготовления предел прочности при сжатии их повысился в среднем на 25%.

Из полученных данных следует, что шлакощелочные бетоны на метасиликате натрия можно рекомендовать для ответственных конструкций повышенной прочности.

Проведенными исследованиями установлено, что плотная структура, которой обладают шлакощелочные бетоны, характеризуемые замкнутыми порами, обусловливает повышенную сопротивляемость таких бетонов воздействию замораживания и оттаивания.

Результаты настоящих испытаний показали, что после длительной эксплуатации в конструкциях и сооружениях различного назначения такие бетоны обладают высокой морозостойкостью.

Испытания образцов шлакощелочного бетона на морозостойкость проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 10 060—62.

Установлено, что шлакощелочные бетоны из монолитной облицовки магистрального канала Бортничской оросительной системы после 12 лет эксплуатации в агрессивной среде выдержали свыше 900 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Морозостойкость шлакощелочных бетонов из конструкций Татарбунарской оросительной системы, эксплуатируемых в течение 9 лет, составляет 700 циклов без признаков разрушения испытываемых образцов.

После восьмилетней эксплуатации в условиях морской среды шлакощелочные бетоны на основе морского песка выдержали 570 циклов, а на основе морского песка и лесса — 300 циклов замораживания без потерь прочности.

Высокой морозостойкостью характеризуются шлакощелочные бетоны и в конструкциях других сооружений.

Бетон тротуарных плит, находившихся в эксплуатации в течение 8 лет, выдержал свыше 400 циклов замораживания; сборных свай — 600, а стеновых блоков, заполнителем в которых является опил известняка-ракушечника — 300.

Шлакощелочные бетоны, изготовленные на мета-силикате натрия, обладают морозостойкостью свыше 1000 циклов.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что один из главных факторов, определяющих долговечность и эксплуатационные свойства шлакощелочных бетонов, — морозостойкость — значительно превосходит требования стандартов для цементных бетонов, применяемых в тех же областях строительства.

Одной из важнейших характеристик бетонов является водонепроницаемость, имеющая особо важное значение для материалов, предназначенных для гидротехнического строительства.

Это объясняется специфическими особенностями эксплуатации объектов, находящихся в водной среде. Поэтому шлакощелочные бетоны, эксплуатируемые в гидротехнических сооружениях, подвергались испытанию на водонепроницаемость.

Испытания проводились в соответсгвии с ГОСТ 4800—59.

Как показали результаты испытаний (табл. 43), водонепроницаемость шлакощелочных бетонов после их длительной эксплуатации значительно повышается, что связано с уплотнением структуры бетона с течением времени.


Так, в начальный период твердения шлакощелочной бетон из монолитной облицовки магистрального канала Бортничской оросительной системы не пропускал воду при избыточном давлении 6 кгс/см². После 12 лет эксплуатации водонепроницаемость его возросла до Р_изб=18 кгс/см².

Бетон из лотков Татарбунарской оросительной системы в течение 9 лет повысил водонепроницаемость до 20 кгс/см². Такой же водонепроницаемостью характеризуется бетон из моделей волноломных массивов.

Полученные данные свидетельствуют об увеличивающейся со временем способности шлакощелочных бетонов не пропускать воду даже при очень высоком избыточном давлении.

Высокие физико-механические показатели шлакощелочных бетонов, характеризующие их долговечность и эксплуатационные свойства, связаны, главным образом, со структурными особенностями материала, определяемыми в первую очередь составом новообразований, возникающих в вяжущем и по контакту с заполнителем.

Проведенные исследования показали, что в изучаемых бетонах в течение длительного времени наблюдается развитие процессов, приводящих к кристаллизации низкоосновных гидросиликатов кальция и цеолитоподобных водостойких продуктов щелочного, а также смешанного щелочноземельного алюмосиликатного состава.

Методом химического анализа установлено, что количество свободной щелочи, присутствующей в бетоне, 0,09—0,2%. Она практически не вымывается из бетона. Это объясняется его повышенной плотностью, замкнутым характером пор и природой новообразований. В бетоне сохраняется щелочная среда, характеризуемая рН?12,9, что необходимо для прохождения дальнейших процессов упрочнения бетонов и сохранности в них арматуры.

Низкая основность возникающих при этом продуктов, отличающихся развитой удельной поверхностью, вследствие мелкокристаллической и волокнистой структуры, определяет их способность адсорбировать на своей поверхности воду и тем самым уменьшать эффективные диаметры пор в шлакощелочных бетонах.

Природа новообразований шлакощелочных бетонов обусловливает их высокую стойкость в агрессивных средах.

Наблюдения в течение 17 лет проводились за ячеистыми материалами на основе низкомодульных растворимых стекол [27].

Образцы из пеношлакобетона на жидком стекле, имевшие начальную прочность 50 кгс/см² при объемной массе 700 кг/см³, через 17 лет увеличили ее до 120 кгс/см². Это свидетельствует о продолжающемся в течение длительного времени росте прочности и атмосферостойкости шлакощелочных бетонов на основе низкомодульных стекол с развитой удельной поверхностью контактов с окружающей средой.

Таким образом, обобщая опыт многолетней эксплуатации шлакощелочных бетонов на основе местных грунтов в изделиях и конструкциях различных сооружений, а также результаты испытаний образцов, выпиленных из них, можно сделать вывод, что такие бетоны долговечны и обладают высокими эксплуатационными качествами.