Збільшення обсягів виробництва бетону та залізобетону неможливо без збільшення кількості наповнювачів. При середньорічному обсязі виробництва бетону та залізобетону понад 60 млн м 3 (в тому числі понад 20 млн м 3 збірного і більше 40 млн м 3 товарного) і будівельних розчинів 20-25 млн м 3. потреба в нерудних заповнювачі складає більше 50 млн м 3 (або більше 65 млн т), в дрібному заповнювачі 50-55 млн м 3 (або більше 70 млн т).
Проте, проблема взаємодії натрійкальціевого силікатного скла з цементним каменем створює серйозні проблеми при використанні склобою як ефективного наповнювача в цементних композиційних матеріалах. Те ж саме можна сказати про багатьох стеклосодержащіх матеріалах - мінеральні та скляні волокнисті матеріали (вати), склотканина, піноскло, які могли б бути використані як ефективні наповнювачі в цементних композиціях.
Мал. 1. Залежність міцності бетонних композицій від розміру скляного заповнювач в різний період часу при наявності і відсутності додаткової лугу в композиції: 1 - у віці 13 тижнів без лугу; 2 - у віці 1 тиждень без лугу; 3 - у віці 13 тижнів
У даній роботі були розглянуті різні варіанти придушення лужно-силікатного взаємодії при використанні як наповнювач для бетону склобою і продукту його переробки - піноскла.
Експерименти проводилися відповідно до стандарту ASTM C 1293-01 при підвищеній температурі. Для цього стандартні зразки бетонів довжиною 250 мм витримували при температурі 60 ° С протягом трьох місяців. Зразки періодично витягували з термостата для контролю розширення. Після охолодження зразка до кімнатної температури його довжину заміряли за допомогою оптичного дилатометра. Контроль міцності зразків виробляли на машині для випробування на стиск ІП 6010-100-1. Для виготовлення зразків використовували стандартний цемент М400 виробництва пашійского цементного заводу. Склобій отримували подрібненням в молотковій дробарці з подальшим помелом в Вібровідцентрові млині ВЦМ_5000. Використано гранульоване піноскло виробництва ЗАТ «Пеносітал» (Перм) [12].
Для оцінки інтенсивності і глибини протікання лужно-силікатної реакції проведено ряд експериментів із взаємодії цементного матеріалу зі склом різних фракцій як при відсутності в цементі додаткової вільного лугу, так і при її наявності. Основним параметром, що характеризує протікання реакції, є розширення зразків бетонних композитів. Непрямим підтвердженням і наслідком даної реакції було зниження міцності отриманих бетонів. В якості реперних зразків, в яких реакція не повинна протікати, взяті бетони з кристалічним наповнювачем - кварцовим піском.
Виявлено, що істотне розширення зразків, характерне для лужно-силікатного взаємодії, спостерігається тільки у бетонів з великими максимальними з досліджених фракціями, більше 1,25 мм, причому ефект посилюється при додатковому введенні лугу до складу бетонів. Залежність міцності при стисненні від часу витримки бетонів дозволили виявити аномально високе значення міцності для зразків бесщелочного бетонів при використанні наповнювачів як мінімальної, так і максимальної дослідженої фракції. Причому міцність одержуваних бетонів значно перевершує міцність бетонів без скляного заповнювач. Це особливість дозволяє припустити істотний вплив розміру фракції наповнювача на міцність одержуваних бетонів. Відповідні залежності міцності бетонів від фракції наповнювача в початковий і кінцевий період освіти цементного каменю представлені на рис. 1.
На всіх кривих простежується явно виражений мінімум, відповідний наповнювача фракції 0,1-0,3 мм. Характер залежностей міцності від дисперсності наповнювача залишається незмінним - з крутим зростанням в області зниження розміру наповнювача і плавним зростанням в області підвищення розміру часток наповнювача при використанні бесщелочного композицій і незначного зростання і стабілізації міцності в області підвищення розміру часток наповнювача при використанні лужних композицій. Згодом характер кривих не змінюється, але вони зміщуються вгору - до більш високих міцності в міру твердіння цементного каменю.
Тому використання склобою великих фракцій - переважно 1,2 мм і вище можливо в якості наповнювача в бетонах, причому міцність цих композитів перевершує міцність звичайних бетонів на піщаному заповнювачі. Однак при використанні таких наповнювачів існує як мінімум дві проблеми, пов'язані з можливістю протікання лужно-силікатного взаємодії. По-перше, наявність в цементі або інших компонентах бетону вільного лугу неминуче призводить до виникнення лужно-силікатного взаємодії і зниження міцності бетонів. По-друге, в процесі крупно тоннажного виробництва складно запобігти мимовільне дроблення і стирання великої фракції, що також неминуче призведе до зниження якості одержуваного бетону. При розмірі часток наповнювача менше 50 мкм відбувається аномальне зростання міцності, значно перевищує міцність композицій на стандартному наповнювачі з кварцового піску. Таке збільшення міцності може бути пояснено здатністю дисперсного скла до вступу в процеси утворення нових фаз при утворенні цементного каменю за рахунок високої питомої поверхні порошків скла. Зазначена особливість високодисперсного скла може бути використана як для придушення процесу лужно-силікатного взаємодії в тих бетонних композиціях, коли реакція має місце, так і для створення в'яжучих матеріалів на основі дисперсного скла [13].
Мал. 2. Бетони з заповнювачем з пеностеклянного гравію при різного ступеня заповнення: а) відношення (мас.) Піноскло / (цемент + пісок) 0,265; б) відношення (мас.) гравій / цемент 1,6