Шлакощелочной бетон — искусственный камень, образующийся при твердении смеси шлакощелочного цемента, заполнителей и воды.
В качестве заполнителей в таких бетонах могут использоваться как обычные традиционные — щебень и песок, так и дисперсные — мелкие пески, супеси, легкие суглинки.
Производство изделий из шлакощелочных бетонов на крупном заполнителе практически ничем не отличается от производства портландцементных бетонов на аналогичных заполнителях, в связи с чем этим бетонам в данной работе будет уделено меньше внимания.
Особый же интерес представляют бетоны на дисперсных заполнителях [10, 13, 15]. Это связано с тем, что конструктивные бетоны на основе дисперсных грунтов и портландцемента или других вяжущих на основе кальция получить не удается.
Для изготовления конструктивных бетонов на портландцементе необходимы заполнители с небольшой удельной поверхностью — щебень, гравий и крупные пески, а для песчаных бетонов — крупный песок.
Удельная поверхность заполнителей в бетоне на крупном заполнителе равняется 3—4, на песчаном — 20—40, а цемента — 3000—4000 см2/г. Таким образом, в бетоне на крупном заполнителе соотношение между удельной поверхностью вяжущего и заполнителя составляет приблизительно 1:1000, а в цементно-песчаном 1:100. Удельная поверхность песков изменяется от 20 до 120, пылеватых лессовидных частиц — от 4000 до 5000, а глинистых — от 15 000 000 до 1 500 000 000 см2/г.
Следовательно, удельная поверхность большинства грунтов значительно превышает удельную поверхность вяжущего — портландцемента. Новообразования же, возникающие в результате гидратации цементных минералов, в том числе и гидроокись кальция, практически не вступают в химическое взаимодействие с наиболее дисперсными глинистыми частицами грунтов. Кальциевыми вяжущими такие грунты можно только стабилизировать. Это подтверждается многочисленными исследованиями. Так, по данным В. М. Безрука [1], цементогрунты или грунтобетоны как на основе гумусовых, глинистых и пылеватых грунтов, так и их смесей с песками различной крупности даже при значительном расходе цемента (до 25%) имеют невысокие показатели механической прочности (35—180 кгс/см2), которая снижается на 30—60% при замачивании образцов водой.
Данные, полученные М. Г. Мазо и др., также показали, что предел прочности при сжатии грунто-материалов на основе супесей, суглинков и глин, стабилизированных смесью извести со шлаком, не превышает 100 кгс/см2 и значительно уменьшается в водонасыщенном состоянии. Таким образом, материалы на основе дисперсных грунтов, цемента, извести и шлака нельзя отнести к классу конструктивных бетонов.
Содержащиеся в вяжущем шлаковые стекла и минералы глин начинают взаимодействовать с едкими щелочами одновременно. Однако стекловидные силикаты интенсивней гидратируются щелочами, вследствие чего из продуктов их гидратации в щелочной среде формируются щелочные гелевидные и кристаллические новообразования. Глинистые же частицы менее интенсивно взаимодействуют со щелочами, поэтому процесс их гидратации протекает в более длительные сроки. Это приводит к тому, что оставшаяся в свободном состоянии избыточная щелочь входит в состав новообразований, возникающих на основе глинистых минералов. Кроме того, она реагирует с алевритовыми и песчаными частицами заполнителя по поверхности, активизируя ее.