Шлак доменный молотый гранулированный

Образцы «молотого гранулированного доменного шлака» (слева) и «гранулированного доменного шлака» (справа)

Измельченный гранулированный доменный шлак ( GGBS или GGBFS ) получают путем закалки расплавленного железного шлака (побочного продукта производства железа и стали ) из доменной печи в воде или паре для получения стекловидного гранулированного продукта, который затем высушивают. и измельчить в мелкий порошок. Измельченный гранулированный доменный шлак представляет собой скрытое гидравлическое вяжущее, образующее после контакта с водой гидраты силиката кальция (КСГ). Это добавка, повышающая прочность бетона . Является компонентом металлургического цемента ( CEM III в европейском стандарте EN 197 ). Его основным преимуществом является медленное выделение тепла гидратации , что позволяет ограничить повышение температуры массивных бетонных элементов и конструкций во время схватывания цемента и затвердевания бетона или при заливке бетона жарким летом.

Производство и состав

Химический состав шлака значительно варьируется в зависимости от состава сырья в процессе производства чугуна . Силикатные и алюминатные примеси из руды и кокса объединяются в доменной печи с флюсом , который снижает вязкость шлака. В случае производства чугуна флюс состоит в основном из смеси известняка и форстерита или, в некоторых случаях, доломита . В доменной печи шлак плавает на поверхности чугуна и декантируется для отделения. Медленное охлаждение шлаковых расплавов приводит к образованию инертного кристаллического материала, состоящего из комплекса силикатов Ca-Al-Mg. Чтобы получить хорошую реакционную способность или гидравлическость шлака, шлаковый расплав необходимо быстро охладить или закалить до температуры ниже 800 °C, чтобы предотвратить кристаллизацию мервинита и мелилита . Чтобы охладить и фрагментировать шлак, можно применить процесс грануляции, при котором расплавленный шлак подвергается воздействию струй воды или воздуха под давлением. Альтернативно, в процессе гранулирования жидкий шлак частично охлаждается водой и затем выбрасывается в воздух с помощью вращающегося барабана. Чтобы получить подходящую реакционную способность, полученные фрагменты измельчают до той же крупности, что и Портландцемент .

Основными компонентами доменного шлака являются CaO (30-50 %), SiO ₂ (28-38 %), Al ₂ O ₃ (8-24 %), MnO и MgO (1-18 %). В целом увеличение содержания CaO в шлаке приводит к повышению основности шлака и увеличению прочности на сжатие . Содержание MgO и Al ₂ O ₃ демонстрирует ту же тенденцию до 10-12% и 14% соответственно, за пределами которых невозможно добиться дальнейшего улучшения. Несколько композиционных соотношений или так называемых гидравлических индексов использовались для корреляции состава шлака с гидравлической активностью ; последнее в основном выражается как прочность связующего на сжатие.Содержание стекла в шлаках, пригодных для смешивания с портландцементом, обычно колеблется от 90 до 100% и зависит от метода охлаждения и температуры, при которой начинается охлаждение. Структура . закаленного стекла во многом зависит от пропорций элементов, образующих сетку, таких как Si и Al, по сравнению с модификаторами сетки, такими как Ca, Mg и, в меньшей степени, Al Увеличение количества сетевых модификаторов приводит к более высокой степени деполимеризации и реакционной способности сети.

Распространенными кристаллическими составляющими доменных шлаков являются мервинит и мелилит. Другими второстепенными компонентами, которые могут образовываться во время прогрессивной кристаллизации, являются белит , монтичеллит , ранкинит , волластонит и форстерит . Незначительные количества восстановленной серы обычно встречаются в виде олдхамита .

Приложения

GGBS используется для изготовления прочных бетонных конструкций в сочетании с обычным портландцементом и/или другими пуццолановыми материалами. GGBS широко используется в Европе и все чаще в Соединенных Штатах и ​​​​Азии (особенно в Японии и Сингапуре ) из-за его превосходства в долговечности бетона, продлевающего срок службы зданий.

Двумя основными видами использования GGBS являются производство шлакового цемента улучшенного качества, а именно портландского доменного цемента (PBFC) и доменного цемента с высоким содержанием шлака (HSBFC), где содержание GGBS обычно варьируется от 30 до 70%; а также в производстве товарного или прочного бетона, приготовленного на месте.

Бетон, изготовленный на цементе GGBS, схватывается медленнее, чем бетон, изготовленный на обычном портландцементе, в зависимости от количества GGBS в вяжущем материале, но также продолжает набирать прочность в течение более длительного периода в производственных условиях. Это приводит к снижению теплоты гидратации и снижению повышения температуры, а также позволяет избежать холодных швов , но также может повлиять на графики строительства, где требуется быстрое схватывание.

Использование GGBS существенно снижает риск повреждений, вызванных щелочно-кремнеземной реакцией (ЩКР), обеспечивает более высокую устойчивость к проникновению хлоридов — снижая риск коррозии арматуры — и обеспечивает более высокую устойчивость к воздействию сульфатов и других химических веществ.

Применение цемента GGBS

Цемент GGBS можно добавлять в бетон на бетонном заводе вместе с портландцементом, заполнителями и водой. Нормальные соотношения заполнителей и воды и вяжущего материала в смеси остаются неизменными. GGBS используется в качестве прямой замены портландцемента в соотношении один к одному по весу. Уровни замены GGBS варьируются от 30% до 85%. Обычно в большинстве случаев используется от 40% до 50%.

Использование GGBS в дополнение к портландцементу в бетоне в Европе описано в стандарте по бетону EN 206:2013. Этот стандарт устанавливает две категории добавок в бетон наряду с обычным портландцементом: почти инертные добавки (Тип I) и пуццолановые или латентные гидравлические добавки (Тип II). Цемент GGBS попадает в последнюю категорию. Поскольку цемент GGBS немного дешевле портландцемента, цена бетона, изготовленного из цемента GGBS, будет такой же, как и из обычного портландцемента.

Он используется частично в соответствии с соотношением смеси.

Архитектурные и инженерные преимущества

Долговечность

Цемент GGBS обычно используется в бетоне для обеспечения защиты как от сульфатного, так и от хлоридного воздействия. GGBS в настоящее время эффективно заменил сульфатостойкий портландцемент (SRPC) на рынке сульфатостойких цементов благодаря его превосходным характеристикам и значительному снижению стоимости по сравнению с SRPC. В большинстве проектов в доках Дублина , включая Спенсер-Док , GGBS используется в подземном бетоне для обеспечения стойкости к сульфатам.

Объемное электрическое сопротивление — это метод испытаний, с помощью которого можно измерить удельное сопротивление образцов бетона. (ASTM 1876–19) Более высокое электрическое сопротивление может указывать на более высокое сопротивление переносу ионов и, следовательно, на более высокую долговечность. Исследователи показали, что заменяя до 50% GGBS в бетоне, можно значительно улучшить некоторые характеристики долговечности.

Для защиты от воздействия хлоридов GGBS используется в качестве замены 50% в бетоне. Случаи воздействия хлоридов случаются в железобетоне в морской среде и в автодорожных мостах, где бетон подвергается воздействию брызг противообледенительных солей. В большинстве проектов NRA в Ирландии GGBS теперь используется в конструкционном бетоне для опор и устоев мостов для защиты от воздействия хлоридов. Использование GGBS в таких случаях увеличит срок службы конструкции до 50%, если бы использовался только портландцемент, и исключает необходимость более дорогостоящего армирования из нержавеющей стали .

GGBS также обычно используется для ограничения повышения температуры при большой заливке бетона. Более постепенная гидратация цемента GGBS приводит к более низкому температурному пику и меньшему общему выделению тепла, чем портландцемент. Это уменьшает температурные градиенты в бетоне, что предотвращает возникновение микротрещин , которые могут ослабить бетон и снизить его долговечность, и использовался с этой целью при строительстве туннеля Джека Линча в Корке .

Появление

В отличие от каменно-серого бетона, изготовленного из портландцемента, почти белый цвет цемента GGBS позволяет архитекторам без дополнительных затрат добиться более светлого цвета для открытой отделки из светлого бетона. Для достижения более светлого цвета GGBS обычно указывается при уровне замещения от 50% до 70%, хотя можно использовать уровни до 85%. Цемент GGBS также обеспечивает более гладкую и бездефектную поверхность благодаря мелкости частиц GGBS. Грязь не прилипает к бетону GGBS так легко, как к бетону, изготовленному из портландцемента, что снижает затраты на техническое обслуживание. Цемент GGBS предотвращает возникновение высолов , окрашивания бетонных поверхностей отложениями карбоната кальция . Благодаря гораздо более низкому содержанию извести и более низкой проницаемости GGBS эффективно предотвращает высолы при использовании при уровне замещения от 50% до 60%.

Сила

Бетон, содержащий цемент GGBS, имеет более высокий предел прочности, чем бетон, изготовленный из портландцемента. Он имеет более высокую долю повышающих прочность гидратов силиката кальция (CSH), чем бетон, изготовленный только из портландцемента, и пониженное содержание свободной извести, что не способствует повышению прочности бетона. Бетон, изготовленный из GGBS, продолжает набирать прочность с течением времени, и было показано, что его 28-дневная прочность удваивается в течение периодов от 10 до 12 лет.

Сообщается, что оптимальная дозировка молотого гранулированного доменного шлака (GGBS) для замены в бетоне составляет 20-30% по массе, чтобы обеспечить более высокую прочность на сжатие по сравнению с бетоном, изготовленным только из цемента.

Устойчивое развитие

Поскольку GGBS является побочным продуктом процесса производства стали, его использование в бетоне признано LEED , а также Методом экологической оценки зданий (BEAM) Plus в Гонконге и т. д. как улучшение устойчивости проекта и, следовательно, добавит баллов. к сертификации LEED и BEAM Plus. В этом отношении GGBS также может использоваться для надстройки в дополнение к случаям, когда бетон контактирует с хлоридами и сульфатами — при условии, что более медленное время схватывания для отливки надстройки оправдано.

Внешние ссылки

• The Concrete Society , Цементные материалы: Влияние GGBS, летучей золы , кремнезема и мелкой фракции известняка на свойства бетона .

Ссылки

• Федеральное управление автомобильных дорог США . «Шлак доменный молотый гранулированный» . Архивировано из оригинала 22 января 2007 г. Проверено 24 января 2007 г.
• Гражданская и морская компания. «Часто задаваемые вопросы» . Архивировано из оригинала 13 января 2007 г. Проверено 24 января 2007 г.
• ООО «ИнГро Корпорейшн» «Шлак доменный молотый гранулированный (ШГБС)» . Архивировано из оригинала 22 января 2007 г. Проверено 24 января 2007 г.
• Построить Ирландию. «Шлак доменный молотый гранулированный (ГГБС)» . Архивировано из оригинала 20 июля 2010 г. Проверено 21 февраля 2008 г.
• Экоцем. «Шлак доменный молотый гранулированный (ГГБС)» . Проверено 27 мая 2013 г.