Для щелочно-щелочноземельных цементов можно использовать не только доменные гранулированные шлаки, но и стекловидные отходы других производств, в том числе термофосфорные, ваграночные шлаки, а также синтетические стекла различных составов.
Влияние основности синтетических кальциевых стекол на активность цементов и характер возникающих в процессе их твердения новообразований определяли на порошках с удельной поверхностью 3000 см2/г, затворенных растворами соединений натрия. Для сравнения изучали смеси этих стекол с 15% окиси кальция и 5% гипсового камня.
Как следует из данных, приведенных в табл. 10, активность цемента определяется не только основностью алюмосиликатного компонента, но и содержанием в нем окиси алюминия. Во всех случаях по мере уменьшения ее содержания и увеличения количества кремнезема прочность цемента уменьшается.
Наиболее низкой прочностью характеризуются вяжущие с добавкой СаО и гипсового камня; композиции, включающие гидроокись натрия и особенно метасиликат натрия, независимо от основности стекла, приобретают весьма значительную прочность.
Для цементов на основе растворов карбоната и метасиликата натрия 15%-ной концентрации характерно медленное твердение в нормальных условиях. Поэтому прочность таких цементов в 28-суточном возрасте меньше прочности пропаренных вяжущих. Однако по истечении 60 суток эти показатели для цементов, пропаренных и твердевших в нормальных условиях, выравниваются. При твердении в естественных условиях выравнивание прочностных показателей имеет место через 30—45 суток.
Активность цементов на основных стеклах в нормальных условиях твердения может быть повышена путем увеличения содержания в смеси щелочного компонента, а на кислых стеклах и соде повышается за счет добавления к раствору соды едкого натра. Состав стекла определяет характер новообразований, возникающих при их гидратации.
Ниже приводятся результаты рентгеноструктурных и термографических исследований продуктов взаимодействия кальциевых стекол со щелочными компонентами.
Как следует из дериватограмм (рис. 5), продукты гидратации синтетических вяжущих в значительной мере представлены аморфной фазой, о чем свидетельствуют экзотермические эффекты, связанные с кристаллизацией гидратных образований в температурном интервале 300—400° С минеральных веществ, содержащих как цеолитную, так и кристаллизационную воду.
Как следует из табл. 11, сразу после пропаривания и после 28-суточного твердения в нормальных условиях зафиксированы низкоосновные гидросиликаты кальция. Пропаривание в течение 500 ч приводит к кристаллизации цеолитов смешанного натриево-кальциевого состава, фошагита и анальцима. Последующие 500 ч пропаривания не приводят к существенным изменениям вещественного состава кристаллической фазы, однако, рост интенсивности пиков на рентгенограммах свидетельствует о дальнейшем упорядочении структуры кристаллических веществ.
Темп кристаллизации новообразований в цементе при твердении в нормальных условиях замедлен по сравнению с пропариваемым. Формирование цеолитоподобных продуктов отмечено по истечении двух лет только в композициях на метасиликаге натрия. Это свидетельствует о том, что и при твердении в нормальных условиях так же, как и в результате пропаривания, кристаллизуются щелочные алюмосиликаты, однако процесс этот более длительный.
При твердении исследуемых смесей в нормальных условиях процессы кристаллизации могут быть ускорены за счет повышения щелочности среды. Это достигается увеличением содержания в смеси щелочного компонента. В частности, повышение концентрации раствора гидроокиси и метасиликата натрия до 30% при твердении в нормальных условиях уже через 3—4 месяца приводит к кристаллизации щелочных алюмосиликатов.
Факт кристаллизации в цементном камне, наряду с низкоосновными кальциевыми гидросиликатами гидратов щелочного алюмосиликатного состава, свидетельствует о том, что едкие щелочи являются не активизаторами твердения, а компонентами вяжущих.
Гранулированные доменные и термофосфорные шлаки несколько отличаются от синтетических стекол, в частности, тем, что содержат в своем составе небольшое количество окиси железа, магния, титана и пр. Вероятно это и является причиной, обусловливающей, в некоторых случаях, различную активность шлакощелочных цементов на гранулированных шлаках (табл. 12) и подобных им по содержанию окисей кальция и алюминия синтетических стеклах (см. табл 10).
Это отличие накладывает отпечаток и на фазовый состав структурообразующих элементов в этих вяжущих системах и выражается в различном характере щелочных гидратных новообразований, возникающих при гидратации шлакощелочных цементов и синтетических стекол, в то время как низкоосновные гидросиликаты кальция, преобладающие в продуктах твердения таких композиций, сохраняют свою полную аналогию.
В табл. 13 приведены средние значения прочностных показателей цементного камня на шлакощелочных вяжущих 8 основных шлаков Украины, 6 кислых шлаков Урала и растворимом стекле 20%-ной концентрации. Из этих данных следует, что активность шлакощелочного цемента на щелочных силикатах так же, как и на карбонате натрия, повышается по мере роста основности шлака. Эта же тенденция отмечена и у синтетических стекол.
