Использование дополнительных цементирующих материалов является общепринятым, поскольку оно приводит к нескольким возможным улучшениям в бетонных композитах, а также в экономике в целом. Многие правительства по всему миру постепенно осознают необходимость адаптации и принудительного использования этих экологически чистых дополнительных продуктов для своих производителей бетона. Настоящая статья представляет собой попытку количественно определить прочность молотого гранулированного доменного шлака (GGBFS) при различных уровнях замены и оценить его эффективность в бетоне. Цемент с заменой GGBFS стал одной из основных альтернатив традиционному бетону и быстро привлек внимание бетонной промышленности благодаря экономии цемента, энергосбережению, снижению затрат, а также экологическим и социально-экономическим преимуществам. Поскольку размер зерен ГГБФС меньше, чем у обычного портландцемента, его прочность в раннем возрасте невысока, но он продолжает набирать прочность в течение длительного периода времени. Каковы преимущества этого продукта для правительства, окружающей среды, производителей и подрядчиков?

ЧТО ТАКОЕ GGBFS?

Доменный шлак - это побочный продукт при производстве чугуна. Железная руда, кокс и известняк подаются в печь, и образующийся расплавленный шлак плавает над расплавленным железом при температуре около 1 500-1 600ºC. Состав расплавленного шлака - 30-40 % диоксида кремния T (SiO 2) и около 40 % CaO, что близко к химическому составу портландцемента. После отвода расплавленного железа оставшийся расплавленный шлак, состоящий в основном из кремнистых и алюминиевых остатков, быстро подвергается гидрогашению, в результате чего образуется стеклообразный гранулят. Этот стеклообразный гранулят высушивается и измельчается до требуемого размера и называется молотым гранулированным доменным шлаком (GGBFS). Производство GGBFS требует незначительного количества дополнительной энергии по сравнению с энергией, необходимой для производства портландцемента.

Замена портландцемента на GGBFS приводит к значительному сокращению выбросов углекислого газа. Таким образом, ГБФС является экологически чистым строительным материалом, который может быть использован для замены до 80 % портландцемента при производстве бетона. Бетон на основе ГГБС обладает лучшими характеристиками водонепроницаемости, а также повышенной устойчивостью к коррозии и сульфатному воздействию. В результате увеличивается срок службы конструкции и снижаются эксплуатационные расходы. Экологически чистый шлак в больших объемах позволяет создавать бетон, который не только использует промышленные отходы, но и экономит значительные природные ресурсы и энергию. Это, в свою очередь, снижает расход цемента.

Оптимальная замена GGBFS в качестве цементирующего материала характеризуется:
- Высокая комплексная

- Прочность Низкая теплота гидратации

- Устойчивость к химическому воздействию

- Лучшая обрабатываемость

- Хорошая долговечность

- Экономичность

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ GGBFS В БЕТОНЕ

Устойчивое развитие По имеющимся данным, для производства одной тонны портландцемента требуется около 1,5 т минерального сырья и 5 000 МДж энергии, при этом образуется 0,95 т CO2-эквивалента. Поскольку GGBFS является побочным продуктом при производстве железа, сообщается, что при производстве одной тонны GGBFS образуется всего 0,07 т CO2-эквивалента и потребляется всего 1 300 МДж энергии.

Прочность

Бетон из ГГБФС набирает прочность более стабильно, чем аналогичный бетон, изготовленный на портландцементе. При одинаковой 28-дневной прочности бетон GGBFS имеет меньшую прочность в раннем возрасте, но в долгосрочной перспективе его прочность выше. В таблице показана прочность, набранная тремя различными смесями бетона.

Цвет

Молотый гранулированный доменный шлак имеет белесый цвет. Этот белесый цвет также заметен в бетоне, изготовленном с использованием GGBFS, особенно при замене более 50 %. Более эстетичный внешний вид бетона GGBFS помогает смягчить визуальное воздействие больших конструкций, таких как мосты и подпорные стены. Для цветного бетона при использовании GGBFS часто снижается потребность в пигментах, а цвета становятся ярче.

Время установки

Время схватывания бетона зависит от многих факторов, в частности, от температуры и соотношения воды и цемента. При использовании GGBFS время схватывания немного увеличивается, возможно, примерно на 30 минут. Этот эффект более выражен при высоком содержании GGBFS и низких температурах. Увеличение времени схватывания выгодно тем, что бетон остается работоспособным в течение более длительного времени, что приводит к уменьшению количества швов. Это особенно полезно в теплую погоду.

Долговечность

Бетон, содержащий GGBFS, менее проницаем и химически более стабилен, чем обычный бетон. Это повышает его устойчивость ко многим видам разрушительного воздействия, в частности:
- Разрушение из-за воздействия сульфатов
- Коррозия арматуры под воздействием хлоридов
- Растрескивание, вызванное реакцией щелочного кремнезема

Последовательность

Консистенция бетонов, содержащих GGBS, аналогична или немного лучше, чем у эквивалентного портландцементного бетона, однако свежий бетон, содержащий GGBS, требует меньше энергии для перемещения. Это облегчает его укладку и уплотнение, особенно при перекачивании или использовании механической вибрации. Кроме того, он дольше сохраняет свою работоспособность.

Повышение температуры в начале века

В процессе схватывания и твердения бетона выделяется значительное количество тепла, что может привести к значительному повышению температуры, особенно в толстых слоях. Это может привести к образованию термических трещин. Замена портландцемента на GGBS снижает повышение температуры и помогает избежать термического растрескивания в раннем возрасте. Чем больше процентное содержание GGBS, тем ниже скорость выделения тепла и меньше максимальный подъем температуры. На графике ниже показана разница между выделением тепла при использовании OPC и смеси OPC и GGBFS.