ГлавнаяИзвестно, что морозная деструкция водонасыщенного портландцементного камня происходит, в основном, в период скачкообразного замерзания микрокапиллярной воды в диапазоне от начала льдообразования до температуры 253 К.
По данным, приведенным С.П. Мухаметгалиевой, морозная деструкция водонасыщенного шлакощелочного камня возникает в период замерзания остатков микрокапиллярной влаги при температуре ниже 223 К.
При T = 243 К шлакощелочной камень не имеет остаточных деформаций; при охлаждении до T = 233 К остаточные деформации — 0,03 мм/м, при охлаждении до T = 213 К — 0,15 мм/м (рис. 4.6), что составляет около 10% остаточных деформаций после замораживания до 173 К и оттаивания.
Различие в механизмах температурных деформаций водонасыщенного портландцементного, а также шлакощелочного камня объясняется наличием в капиллярах последнего истинных растворов сильных электролитов, понижающих температуру замерзания и способствующих постепенному вымерзанию воды. Механизм замерзания жидкости в поровом пространстве шлакощелочного камня отличается от механизма замерзания воды в портландцементном, что определяет различие скорости их деформаций при охлаждении и нагревании. Поровая жидкость в капиллярах портландцементного камня замерзает скачкообразно с устранением мениска, а в капиллярах шлакощелочного камня — постепенно, с сохранением мениска в замороженном состоянии, за счет чего снижается температура выпадения электрических смесей.
Температура замерзания порового раствора в значительной степени определяется видом щелочного компонента. Например, в случае применения в качестве последнего поташа температура замерзания эвтектической смеси составляет 237 К, а при использовании соды — только 270,9 К. Другая причина, обусловливающая различие в поведении замороженных водонасыщенных образцов портландцементного и шлакощелочного бетонов, связана с особенностями их поровой структуры, в частности, шлакощелочной камень характеризуется повышенным содержанием объема микрокапиллярных пор.
В шлакощелочном бетоне наблюдается смещение температуры льдообразования в сторону более низких температур, поскольку содержание мелких пор размером 3—8 нм в шлакощелочном камне в несколько раз больше, чем в портландцементном.
Наиболее высокой морозостойкостью характеризуется бетон с использованием натриевых растворимых стекол, отличающийся высокой плотностью и прочностью. Его морозостойкость составляет 300—1300 циклов и более в зависимости от технологии приготовления и других факторов, предопределяющих прочностные характеристики.
В частности, по данным, морозостойкость шлакощелочного бетона повышается при увеличении плотности раствора щелочного компонента, применении жестких бетонных смесей, твердении бетона в нормальных условиях, использовании заполнителей оптимального гранулометрического состава, обеспечивающих максимальную плотность бетона.
Однако нарушение технологических норм при изготовлении шлакощелочного бетона, испытание его в ранние сроки твердения (до достижения марочной прочности), применение неоптимальных режимов тепловлажностной обработки могут снизить плотность, прочность, а следовательно, и морозостойкость образцов.
Бетон оптимального состава на содощелочном плаве также отличается высокой морозостойкостью (200—700 циклов и более) и превосходит в этом отношении бетон аналогичных классов на портландцементе. Морозостойкость шлакощелочного бетона после тепловлажностной обработки практически не зависит от типа шлака, а морозостойкость бетона нормального твердения в значительной степени определяется основностью используемого шлака, из рассматриваемых наименее стоек бетон на основе кислых шлаков. Эти выводы подтверждаются результатами испытания морозостойкости шлакощелочного бетона на некондиционных заполнителях — отходах горнообогатительных комбинатов.
Особый интерес представляет повышенная морозостойкость легкого шлакощелочного бетона на пористых заполнителях (вспученном перлите, керамзите, известняке-ракушечнике) по сравнению с морозостойкостью бетона аналогичного класса на портландцементе, что может быть объяснено особенностями их структур. Так, по данным, структура легкого шлакощелочного бетона отличается меньшей общей пористостью и повышенным содержанием мелких пор, по сравнению со структурой портландцементного бетона аналогичного класса, что приводит к понижению его морозной деструкции. С другой стороны, согласно исследованиям, названные особенности структуры шлакощелочного бетона обусловлены высокой плотностью микроконгломерата контактных зон между вяжущим и заполнителем, однородностью их фазового состава с новообразованиями вяжущего, представленными преимущественно гидросиликатами кальция и смешанными щелочно-щелочноземельными гидроалюмосиликатами.
Морозостойкость шлакощелочного бетона, по аналогии с портландцементным, в значительной степени зависит от присутствия в воде растворенных солей, скорости замораживания, условий твердения.
Морозокоррозионная стойкость шлакощелочного бетона на силикатных щелочных компонентах независимо от основности шлака и вида агрессивной среды значительно превышает стойкость бетона на карбонатных щелочных компонентах, а также бетона на портландцементе. Это объясняется как стойкостью продуктов гидратации и твердения, так и специфическим характером пористости шлакощелочного бетона. Различия в плотности цементного камня и особенности проникновения агрессивного раствора в его поровое пространство определяют характер разрушения образцов на силикатных и карбонатных щелочных компонентах. Растворы солей быстрее проникают внутрь структуры бетона на карбонатном щелочном компоненте, поскольку последние характеризуются повышенной капиллярной пористостью, большим средним размером пор, а также значительным преобладанием крупных пор над мелкими по сравнению с бетоном на силикатных щелочных компонентах, отличающихся повышенной плотностью. В связи с этим, разрушение первых наблюдается по всему объему образцов, после снятия их с испытаний они отличаются падением прочности, особенно при изгибе. Образцы бетона на силикатных щелочных компонентах разрушаются значительно медленнее и только по поверхности.
При испытании бетона на основе метасиликата натрия в 5 %-х растворах солей NaCl, MgSO4 и CaCl2 образцы выдерживают соответственно 45, 60 и 100 циклов без видимых следов нарушения структуры материала.
В случае повышения концентрации солей морозокоррозионная стойкость шлакощелочного бетона уменьшается, однако в начальный период более разрушительное влияние оказывают низкоконцентрированные растворы ввиду более быстрого проникновения в структуру бетона.
Следовательно, высокие физико-механические показатели шлакощелочного бетона, характеризующие его долговечность и эксплуатационные свойства, в том числе и морозостойкость, связаны с особенностями структуры материала, его плотностью и проницаемостью, определяемыми в первую очередь фазовым составом гидратных новообразований вяжущего, прочностью контактной зоны «цементный камень — заполнитель» и характером поровой структуры материала.