Область использования шлака — ценнейшего побочного продукта при производстве чугуна — исключительно велика, что ограничивает его применение как компонента вяжущих. Шлак после измельчения в порошок и затворения водой обладает вяжущими свойствами. Доменные шлаки близки к портландцементу —они имеют одни и те же окислы, но в разных соотношениях. В силу различия сырья, поступающего в домны, а также технологии производства чугуна качество шлаков неодинаково. Для оценки вяжущих свойств из шлаков приготавливают цемент и испытывают в растворных образцах. Качество шлака как вяжущего при прочих равных условиях зависит от технологии его охлаждения при гранулировании расплава.
В процессе охлаждения шлаковый расплав (состоящий в основном из силикатов и алюмосиликатов) приобретает стекловидное состояние и из него образуется мелкозернистая смесь с насыпной объемной массой после мокрой грануляции 400—1000 кг/м3 или после полусухой 600—1300 кг/м3. Это позволяет сделать вывод, что шлаки полусухой грануляции плотнее.
Шлаки мокрой грануляции могут содержать до 35% влаги, поэтому для их применения при заводском изготовлении цемента или перевозках при отрицательных температурах шлак необходимо сушить, что усложняет и несколько удорожает его использование. Шлаки мокрой грануляции без дополнительной подсушки показывают высокие результаты в цементах после мокрого помола. В этом случае необходимо решить практическую сторону техники их применения зимой, не допуская смерзания. Многолетние исследования показали, что гранулированный шлак независимо от состава позволяет с большим эффектом заменять до 70—80% портландцемента при его тонком измельчении.
Указанное определение качества шлаков в СССР не является единственным. Однако из-за невозможности учесть указанными модулями (или иными модулями, в которых учитывается только химический, а не фазовый состав вещества) всего разнообразия структурных особенностей шлаков с помощью таких расчетов не следует оценивать их свойство твердеть без активизации и при химической активизации процесса. По химическому составу гранулированные доменные шлаки разделены в каждом из видов на сорта (три сорта для основных и два сорта для кислых шлаков). Для такого деления дополнительно используют сведения о содержании в шлаке закиси марганца, которая находится от 2 до 4%. Указанная классификация— результат многолетних опытов и их последующей обработки.
Колебания состава шлаков связаны с нестабильностью процесса их образования и условиями кристаллизации при охлаждении, которые не отвечают необходимой точности и значительно большей стабильности, характерных для промышленного производства цемента. Надо отметить, что кислых шлаков выпускается значительно больше основных, поэтому успешные исследования, касающиеся расширения области их применения и в цементной промышленности, имеют большое практическое значение.
Шлаки, не подвергающиеся гранулированию, при постепенном охлаждении застывают в больших кусках, образуя отвалы. При этом в ряде случаев может происходить их превращение в порошкообразный материал в виду структурных изменений некоторых составляющих, например переходом β-С2S в γ-С2S или других процессов, связанных с гидратацией извести, сернистого железа, сернистого марганца, названных соответственно известковым, железистым и марганцевым распадом. Твердый и стойкий кусковой шлак является высококачественным материалом и широко используется в строительстве (в частности, в дорожном и аэродромном).
Формуемость бетонной смеси
Формуемость — это не только возможность создания из смеси нужных по форме деталей, конструкций, сооружений, но и достижение степени уплотнения, которая задана проектом. Для смесей, формуемых вибрированием, решающее значение имеет правильный выбор вибраторов и точное соблюдение продолжительности сроков вибрирования. Это требование в ряде случаев не выполняется по той причине, что поверхность вибрируемой смеси сразу же при уплотнении покрывается цементным молоком, что ошибочно считается эффектом ее уплотнения. В итоге бетонная смесь остается не-доуплотненной. В сказанном легко убедиться, определив в стандартном техническом вискозиметре на виброплощадке время (с) переформирования конуса из жесткой смеси, т. е. жесткости (ГОСТ 10181—62).
Эффект вибрирования конуса бетонной смеси на стандартной виброплощадке и в конструкциях (или отдельных частях сооружений) различен и зависит от конструкции вибраторов. Длительность уплотнения на виброплощадке и в конструктивном элементе (сооружении) неодинакова, что должна установить лаборатория строительства. Зона действия вибратора после каждой его последующей установки должна перекрываться. Сказанное о различном воздействии вибраторов хорошо видно из результатов изготовления бетонных образцов на синхронизированной виброплощадке, ряд участков на которой отличается величиной амплитуды колебаний. Амплитуда колебаний виброплощадки равна 0,7 мм.
Эти испытания показали, что при жестком закреплении формы все двенадцать образцов имеют большую прочность по сравнению с образцами без жесткого крепления. Прочность некоторых образцов, значительно отличающаяся от прочности других образцов-близнецов, зависит не только от системы закрепления, но и от однородности состава смеси, приготовленной на бетонном смесителе принудительного действия. В случае уплотнения бетонной смеси с пластичностью, обеспечивающей ей возможность растекания в форме при уплотнении штыкованием, применение вибраторов должно ограничиваться не уплотнением, так как смесь будет расслаиваться, а ее распределением в форме. При таком воздействии на смесь длительность вибрирования составляет несколько секунд.
Надо помнить, что вибрирование приводит не только к уплотнению, но и к расслоению смеси при неправильном выборе состава и длительности уплотнения. Однако преимущества механизированного формования конструкций различного объема, геометрического очертания и применения настолько велики, что при правильном назначении смеси и режима вибрирования ее небольшое расслоение практически не отражается на долговечности бетона.
Уже в первые годы внедрения вибрирования было узаконено снижение норм расхода цемента на 10%. Тогда же предусматривалось 30—75 % -ное повышение производительности труда при уплотнении смесей вибрированием в зависимости от особенностей выполняемых работ. Естественно, что и наиболее высокие технические свойства бетонов, приготовленных при разумном использовании эффекта вибрирования, будут при применении жестких смесей.