Исходные золы образуют предельно концентрированные, агрегативно устойчивые суспензии с суперпластификатором Хидетал 9 в количестве 1 % от массы золы при водо-зольном отношении В/З = 0,3. Расплыв конуса Хегерманна составлял 32–34 см. Начальная температура исходных компонентов была 22–25 С.
Как следует из кинетики тепловыделения исходных зол, зола No 1 с дисперсностью 2500 см2/г имеет замедленное тепловыделение. Максимум температуры (28,9 С) достигается через 45–50 мин после затворения, после чего начинает падать. Зола No 2, имеющая удельную поверхность 2200 см2/г, обладает более высоким тепловыделением. При том же количестве воды, суперпластификатора и аналогичной подвижности температура через 50 мин составила 38,5 С, а максимальная температура 40,5 С достигается через
90 мин после затворения.
Если сопоставить подъем температуры с концом схватывания, то обнаруживается взаимосвязь максимального тепловыделения в период упрочнения структуры, в котором наблюдается конец схватывания. Так, для теста из золы No 2 конец схватывания произошел через 1,5 часа. Для золы No 1 кинетика тепловыделения не имеет ярко выраженного максимума, кривая размыта, а конец схватывания вяжущего наступил через 4 часа после затворения. Это объясняется тем, что в золе No 1 содержится меньшее по сравнению с золой No 2 количество свободной извести, которая определяет тепловыделение в начальный период времени после затворения. Дальнейшее повышение температуры, вероятно, обусловлено гидратацией алюминатов и силикатов кальция.
В связи с тем, что использование зол в тонкомолотом виде планируется в бетонах нового поколения с суперпластификаторами, изучение их тепловыделения осуществлялось в предельно концентрированных суспензиях с более малым количеством воды, равным 21–22 %.
Тепловыделение тонкомолотых зол осуществлялось как без гипса, так и с гипсом при совместном измельчении его с золой для замедления процессов схватывания.
Как следует из рис. 1,б, кинетика тепловыделения молотых зол без гипса хорошо корреспондируется с тепловыделением исходных зол. Однако время наступления максимумов существенно сокращается: максимум температуры для молотой золы No 1 (Sуд = 5500 см2/г), равный 32,7 С, достигается в два раза быстрее, чем для немолотой золы. Этот факт является чрезвычайно важным для исследования зол в тонкомолотом виде для исключения деструктивных явлений в бетонах.
Молотая зола No 2 без гипса (Sуд = 5700 см2/г) обладает также более высоким тепловыделением (рис. 1,б), достигаемым в более ранние периоды структурообразования: максимум температуры 42,8 С достигается через 12–13 мин после затворения, что в семь раз быстрее, чем у немолотой золы (рис. 1,а).
Таким образом, из сравнения кинетики тепловыделения молотых зол без гипса можно констатировать, что зола No 2 обладает более ранней реакционной способностью, более быстрым схватыванием по сравнению с золой No 1.
Можно полагать, что использование немолотых зол без гипса вполне приемлемо в порошково-активированных бетонах на цементно-зольных вяжущих, поскольку сроки схватывания не являются достаточно быстрыми и жизнеспособность бетонной смеси будет сохраняться. Однако это надо связать с показателями прочности. Немолотые золы могут не реализовывать в естественном грубодисперсном виде свои прочностные показатели. Но достижение высокой прочности должно протекать без быстрого (мгновенного) схватывания и загустевания смесей. Поэтому исследовалось тепловыделение молотых зол с гипсом.
Исследования тепловыделения зольных вяжущих, совместно молотых с гипсовым камнем в количестве 4 % (Sуд = 6759 см2/г и Sуд = 6500 см2/г соответственно для зол No 1 и No 2), так же соотносятся между собой, как и в предыдущих случаях. Однако имеется некоторое отличие: кинетическая кривая тепловыделения золы No 2 имеет два периода подъема температуры (I период – от 22 до 35 °С и II период – от 37 до 45 °С) с ярко выраженной изотермией между 10-й и 40-й минутами после затворения (рис. 1,в). Эта аномалия, вероятно, обусловлена процессами гидратации зольного вяжущего в присутствии гипсового камня, который, растворяясь, возможно, оказывает влияние на минералы золы, которые при взаимодействии с водой гидратируют с запозданием.
Реакции гидратации клинкерных минералов цемента являются экзотермическими, т.е. сопровождаются выделением теплоты. Количество выделившейся теплоты зависит от вида цемента, его минерального состава и тонкости помола. Как известно, тепловыделение при твердении цементов имеет большое практическое значение [5]. Так, при бетонировании обычных конструкций при пониженных температурах повышенное тепловыделение играет положительную роль. И наоборот, при возведении массивных, особенно гидротехнических, сооружений перепады температур в наружных и внутренних зонах, возникновение напряжений растяжения в поверхностных слоях и образование в них трещин уменьшают несущую способность и долговечность конструкций.
При выборе возможного содержания золы в бетонах и растворах следует учитывать воздействие золы на свойства бетонной смеси и, в частности, на их совместное тепловыделение. В связи с этим были проведены исследования интенсивности тепловыделения цементно-зольного вяжущего (ЦЗВ) при различном содержании золы: 70, 60, 50 %. Исследования проводились при том же водотвердом отношении и той же температуре исходных компонентов и помещения, что и при исследовании исходных зол.
Как следует из графиков (рис. 2), с повышением содержания портландцемента температура возрастает. Так, при содержании золы в количестве 70 % температура не превышает 31 и 35 °С для зол No 1 и No 2 соответственно, повышаясь до 45 и 46 °С при уменьшении количества золы до 60 %, и присоотношении цемент : зола = 50 : 50 составляет 46 и 51 °С соответственно.
Таким образом, во всех случаях цементно-зольное вяжущее на золе No 2 твердеет с большим тепловыделением, чем на золе No 1 (табл. 1)
Рис. 2. Тепловыделение цементно-зольного теста: а – при соотношении зола : цемент как 70 : 30; б – при соотношении зола : цемент как 60 : 40; в – при соотношении зола : цемент как 50 : 50.