Рис. 37. Прочность цементного камня при сжатии в зависимости от добавки тонкомолотого шамота и температуры нагрева.
Рис. 38. Прочность цементного камня при сжатии в зависимости от добавки тонкомолотого кварца и температуры нагрева.
Рис. 39. Прочность цементного камня при сжатии в зависимости от добавки тонкомолотого гранулированного шлака и температуры нагрева.
При введении тонкомолотых добавок жароупорные свойства цементного камня улучшаются, однако в разной степени, в зависимости от вида добавки. С увеличением количества тонкомолотой добавки снижается начальная прочность цементного камня, но увеличивается прирост прочности при сушке.
Наилучшей тонкомолотой добавкой является шамот, так как прочность цементного камня с добавкой не снижается по сравнению с начальной при нагреве до температуры 800°, а минимальная прочность при 1000° выше, чем прочность цементного камня с другими добавками. Добавка тонкомолотого шамота в количестве 70% и больше от веса смешанного вяжущего не снижает прочности цементного камня (по сравнению с начальной прочностью) во всем температурном интервале до 1200°.
Тонкомолотый гранулированный шлак можно вводить в весьма большом количестве без снижения прочности цементного камня. Эта добавка улучшает жароупорные свойства цементного камня в основном при нагреве до 600°. В интервале температур 600—1000° наблюдается сравнительно большое снижение прочности. Введение достаточно тонкоизмельченного кварца улучшает жароупорные свойства цементного камня во всем интервале температур до 1200°, однако эффективность его действия будет ниже, чем от добавки тонкомолотого шамота. По сравнению с тонкомолотыми добавками — шамотом и кварцем зола-унос обладает пониженными жароупорными свойствами. Однако и этот вид микронаполнителя придает портландцементному камню жароупорные свойства.
Тонкомолотый отвальный шлак является мало эффективной добавкой, так как он почти не улучшает жароупорных свойств цементного камня. На рисунках 41 и 42 соотношение портландцемента и указанных добавок для соответствующих кривых следующее: кривая 1—100:0; 2—90:10; 3—70:30; 4—50:50; 5—30:70; 6—10:90. Прочность при растяжении цементного камня без тонкомолотых добавок повышается при высушивании (110°) примерно на 30% и почти не снижается при нагревании до 600°. При более высоких температурах прочность при растяжении снижается, составляя при 1000° примерно 30% начальной прочности.
Рис. 40. Прочность цементного камня при сжатии в зависимости от добавки тонкомолотого отвального доменного шлака и температуры нагрева.
Рис. 41. Прочность цементного камня при растяжении в зависимости от добавки тонкомолотого шамота и температуры нагрева.
При добавке тонкомолотого шамота прочность образцов при высушивании (110°) значительно возрастает. При нагревании в интервале температур 400—600° прочность при растяжении почти не снижается и значительно выше прочности цементного камня без добавки. При температурах выше 600° прочность снижается, но остается выше прочности цементного камня без добавки.
Рис. 42. Прочность цементного камня при растяжении в зависимости от добавки тонкомолотого гранулированного шлака и температуры нагрева
Введение тонкомолотого гранулированного шлака не способствует повышению абсолютной прочности прогретого цементного камня при растяжении. Максимальной прочностью обладает жароупорный бетон с шамотным заполнителем, в котором на 1 часть портландцемента приходится 1 часть (по весу) тонкомолотой добавки — шамотной или кварцевой. Наибольшую прочность при этом имеют образцы с тонкомолотым шамотом, несколько меньшую с тонкомолотым кварцем.
Цементный камень с тремя частями (по весу) тонкомолотого шамота или кварца обладает максимальным пределом прочности при сжатии после нагревания до высоких температур. Увеличение количества тонкомолотого шамота сверх одной части (но не более трех частей) приводит к увеличению прочности жароупорного бетона на портландцементе при высоких температурах. Однако такой бетон легко разрушается парами воды в процессе сушки. Учитывая, что применение жароупорных бетонов на портландцементе с тонкомолотыми добавками (микронаполнителями) в некоторых случаях требует их сушки и помола, что удорожает стоимость строительных работ.
Лесс представляет собой породу, относящуюся к пылеватым суглинкам и супесям. В лессе преобладают частицы пыли (размер частиц от 0,05 до 0,005 мм), представленные в основном обломками кварца. Содержание глинистых частиц в лессе обычно не превышает 12—15%, а частицы крупнее 0,25 мм отсутствуют. Лесс содержит включения карбонатов (10% и более). В природе встречаются породы, похожие на лесс, но отличающиеся от него слоистым строением, отсутствием карбонатов, глинистым или песчаным составом и т. п. Такие породы называют лессовидными суглинками. В составе лессовидных суглинков, как и в лессах, преобладают частицы пыли. Прочность цементного камня в зависимости от нагревания приведены в табл. 20.
Tаблица 20. Прочность цементного камня с добавкой лесса в зависимости от нагревания
Состав цементного камня, % по весу | Предел прочности при сжатии, кг/см2, и относительная прочность,% | |
образцов, не подвергавшихся нагреванию | образцов после нагревания до 1000° | |
70 % портландцемента + 30 % лесса. | 329 /100 | 206 /63 |
50 % портландцемента + 50 % лесса. | 317/ 100 | 159 /50 |
В качестве микронаполнителя могут быть использованы горные породы вулканического происхождения, как, например, тайская пемза и артикский туф. Последние имеют примерно следующий химический состав: кремнезема—66—72%; глинозема—12,7—14,7% и окиси кальция— .1-2,6%. Основные физико-механические свойства тайской пемзы и артикского туфа приведены в табл. 21.
Таблица 21. Основные физико-механические свойства анийской пемзы и артикского туфа.
Наименование породы | Средний удельный вес | Водопоглощение, % по весу | Пористость | Коэффициент теплопроводности, кк/1л/м час град | Температура плавления, град. | Предел прочности при сжатии, кг/см2 |
Тайская пемза | 2,5 | 20-30 | 60—75 | 0,12— 0,22 | 1300 — 1400 | 50—65 |
Артикский туф | 2,6 | 17- 25 | 45- 55 |
| 1300 — 1400 | 50-85 |
Применение тонкомолотых пемзы и туфа в количестве 35—50% от веса портландцемента придает цементному камню жароупорность. Это, в свою очередь, говорит о возможности использования в растворах и бетонах, подвергающихся воздействию высоких температур, пуццолановых цементов с гидравлическими добавками вулканического происхождения (туфа и пемзы). Чем прочнее структурные связи, тем плотнее цементный камень и, следовательно, тем выше его сопротивляемость внутренним напряжениям, развивающимся при температурных воздействиях на систему. Рыхлое губчатое строение со слабой внутренней структурой должно обусловливать быстрое разрушение цементного камня даже при сравнительно низкой температуре прогрева.