ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШЛАКОВ В ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНОВ
Гилязидинова Н.В., Рыжих Н.И. (КузГТУ, г.Кемерово, РФ)
Use of slags in technology of concrete.
Использование металлургических и топливных шлаков особенно актуально в условиях увеличения темпов строительства. Использование этих заполнителей не требует новых месторождений и позволяет утилизировать скопившиеся отходы и освободить занимаемые ими территории.
В Кузбасском государственном техническом университете исследована возможность получения тяжелых бетонов на основе отвальных доменных шлаков, мелкозернистых бетонов на основе гранулированных шлаков. Золошлаковые смеси применялись в качестве мелкого заполнителя в тяжелых бетонах на природных заполнителях и в легких бетонах на керамзитовом гравии.
В качестве крупного заполнителя используется щебень из доменных и литых коржевых шлаков Кузнецкого и Западно-Сибирского металлургических комбинатов. Эти шлаки относятся к кислым. При медленном охлаждении они кристаллизуются, однако частично в них сохраняется активное вещество со стекловидной структурой. Поскольку шлаковый щебень реализуется металлургическими предприятиями в основном в виде фракций 40-120 мм, которые не пригодны для изготовления тонкостенных конструкций, на предприятиях строительной индустрии возникает необходимость их дробления до крупности 5-40 мм и фракционирования.
Установлено, что в продуктах дробления на щековых дробилках образуется до 50-55% частиц лащадной и игловидной формы. Наилучшее качество щебня (кубовидная форма, содержание лащадных частиц до 20-25%, наименьшая водопотребность) достигается при использовании машин ударно-истирающего действия- молотковых и роторных дробилок или стержневых мельниц.
Максимальная плотная упаковка крупного заполнителя обеспечивается при содержании в нем фракций 5-10 мм- 30% и 10-20мм- 70% (лабораторные исследования осуществлялись на заполнителях с максимальной хрупкостью 20мм). При таком соотношении фракций кривая гранулометрического состава шлакового щебня вписывается в область рационального состава для тяжелого бетона.
В процессе дробления отвального и коржевого шлака образуется до 30% отсева от продуктов дробления, который исходя из технико- экономических предпосылок рационально использовать в качестве мелкого заполнителя. Однако для этого материала характерен избыток крупных фракций и относительный недостаток активных частиц менее 0,14 мм, а общий выход отсева покрывает потребности в мелком заполнителе. Исследованиями установлена возможность применения получаемого отсева, обогащения и восполнения его недостатка местным природным песком, гранулированным доменным шлаком либо быстро охлажденной (стекловидной) золошлаковой смесью тепловых электростанций Кузбасса. В ходе опытов установлено, что максимальная прочность конструктивных шлаковых бетонов с различными видами оптимизированного мелкого заполнителя достигается при содержании в нем обогащающей добавки от 40 до 60 %. В зоне оптимума зерновой состав смеси мелкого заполнителя характеризуется содержанием в нем фракций менее 0,14 мм- 6-9%; 0,14-0,63 мм- 30-35%; 0,63-5 мм- 56-64%. Как видно, он не совпадает с оптимальным зерновым составом песка из горных пород, но подчиняется закономерностям, установленным гранулометрии шлаковых песков. В частности, что касается фракций менее 0,14 мм, в том числе зольных и шлаковых, играющих роль активной тонкомолотой добавки, способствующих улучшению структуры и прочности шлакобетона. Во всех случаях прочность пропаренного шлакобетона, в состав которого введена золошлаковая смесь, выше, чем бетонов с другими обогатительными добавками, в зоне оптимума превышение достигает 11-20%.
Выявлено, что оптимальная упаковка заполнителей шлаковых бетонов, поверхность которых характеризуется открытой пористостью и шероховатой структурой, обеспечивается при увеличении мелких фракций (0-5 мм) в смеси заполнителей на 5-10% против оптимальной для бетона на природных заполнителях.
Шлаковый бетон оптимальных составов на заполнителях из доменных и топливных шлаков при расходе цемента от 180 до 440 кг/м3 имеет среднюю плотность 2300-2500 кг/м2 прочность на сжатие от 15 до 55 МПа, что указывает на высокое качество его структуры. При равных расходах цемента физико-механические характеристики исследуемого шлакобетона выше, чем аналогичных бетонов на прочных природных заполнителях, а его призменная прочность и прочность на растяжение при изгибе имеет совпадающий характер.
Модуль деформации шлакового бетона на оптимизированном шлаковом песке при напряжении, равном 0,3 от призменной прочности, близок к нормативным значениям начального модуля упругости тяжелых конструктивных бетонов.
Исследована долговечность бетона на шлаковом щебне и мелком заполнителе из смеси отсева доменного и топливного шлаков при воздействии на него внешней среды и сульфатной агрессии. При этом установлено, что морозостойкость шлакового бетона с добавкой поверхностно-активных веществ на смешанных мелких заполнителях на Ι-ΙΙ марки выше, чем у аналогичных тяжелых бетонов.
Определено, что этот бетон отличается высокой коррозионной стойкостью, через 126 суток испытаний в сульфатной среде снижение прочности образцов не превышало 8%.
Водонепроницаемость шлаковых бетонов классов В15-В35 на заполнителях из смеси доменных и топливных шлаков колеблется от W6 до W10, это позволяет использовать их в конструкциях, подверженных действию напорных вод.
На основе гранулированного доменного шлака получены бетоны классов до В40 с высокими показателями долговечности и также поризованные бетоны для сборного и монолитного строительства. В университете разработаны технологические регламенты на технологию изготовления и формования керамзитобетона для монолитного домостроения. Доказано, что качестве мелкого заполнителя можно использовать золы и шлаки тепловых электростанций Кузбасса. Бетон удовлетворяет требованиям, предъявляемым к несущим ограждающим конструкциям, эксплуатируемых в условиях нашего региона. Исследованиями установлено, что золошлаковые смеси могут быть использованы в качестве мелкого заполнителя для обычных тяжелых бетонов. Такие бетоны обладают достаточной прочностью, морозостойкотью и водонепроницаемостью.
Таким образом, предложенные бетоны с применением зол и шлаков имеют широкую область применения, отличаются меньшим расходом вяжущего, в то же время имеют высокие эксплуатационные характеристики. Их широкое применение способствует массовому использованию в строительстве вторичных продуктов промышленности, дает экономический и экологический эффект.