Подбор состава легкого бетона с использованием зол и шлака

ПОДБОР СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗОЛ И ШЛАКА

Гилязидинова Н.В., Жилка Ю.К. (КузГТУ, г.Кемерово, РФ)

Development little waste and conservation facility technologies in monolithic construction. Selecting the composition of the light concrete with use the ashes and slag.

В районах, где имеются в избытке каменноугольные шлаки, население издавна использует их в самодеятельном строительстве. Смешивая топливный или металлургический шлак с вяжущим материалом, и используя золу в виде мелкого заполнителя, можно получить легкий и прочный материал — шлакозольный бетон. По своим теплозащитным качествам он в 1,5 раза эффективнее полнотелого кирпича и примерно во столько же раз дешевле его.

На тепловых электростанциях города Кемерово скопилось значительное количество ежегодно пополняемых запасов золошлаковых отходов мокрого удаления. На Кемеровской ГРЭС действует установка по сухому удалению золы-унос. Однако практическое использование зол и золошлаковых отходов для нужд массового строительства носит неоправданно малый объем.

Исследованиями установлено, что золы и золошлаковые отходы электростанций города Кемерово, работающих на Кузнецких углях, относятся к кислым. Они самостоятельно не способны твердеть, но в сочетании с цементом при высокой температуре изотермического режима приобретают гидравлическую активность, которую можно использовать для улучшения структуры и повышения прочностных показателей бетона на основе зольных и золошлаковых материалов.

Прочность и теплозащитные качества шлакозольного бетона во многом зависят от гранулометрического состава его заполнителя, т. е. от соотношения в нем крупных (5—40 мм) и мелких (0,2—5 мм) гранул. При крупном шлаке бетон получается более легким, но и менее прочным, при мелком — наоборот, более плотным и теплопроводным. По гранулометрическому составу золошлаковые отходы можно отнести к пескам с малым модулем крупности и значительным содержанием в их составе пылеватых зольных частиц. Зола-унос сухого отбора Кемеровской ГРЭС имеет тонкость помола, близкую к тонкости помола цемента и может использоваться как мелкий заполнитель керамзитобетона, а также как активная тонкомольная добавка.

Задачей данного исследования ставилось подобрать состав мелкозернистого и легкого керамзитобетона.

Предварительный подбор составляющих легкого бетона на керамзитовом гравии проводится экспериментально, путем пропорционального введения мелкого заполнителя (золы-унос или мелкого природного песка).

Плотность и качество поверхности бетона определялась визуально на образцах-кубах 100×100×100 мм и цилиндрах диаметром 100 мм, высотой 400 мм.

Приготовление бетонной смеси осуществлялось вручную и в турбулентном смесителе с дроблением в нем керамзитового гравия. Изменение физико-механических характеристик керамзитобетона на керамзите с насыпной плотностью 400 кг/м³ и мелком заполнителе из золы-унос сухого удаления или природного песка, а также качество наружной поверхности образцов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Способ приготовления	Расход материала на 1м³ бетона (кг / %)						Подвижность, см	Средняя плотность кг/м³		Прочность бетона после пропаривания
Способ приготовления	Цемент	Керамзит	Природный песок	Зола-унос	Вода	Добавка	Подвижность, см	Бетонной смеси	Сухого бетона	Прочность бетона после пропаривания
принудительный	250	650	-	-	257	-	15	610	510	1,68
турбулентный (80с)	250	620	-	-	250	-	12	915	880	4,9
турбулентный (80с)	250	413	372	-	280	-	14	1356	1140	7,3
турбулентный (120с)	250	450	-	280	280	-	10	1235	990	9,8
турбулентный (120с)	250	545	-	150	270	-	13	1190	890	10,6
турбулентный (120с)	250	488	-	250	250	-	12	1275	1020	14,25
турбулентный (120с)	250	488	-	250	310	ЛСТМ	11	1360	1030	7,2
турбулентный (120с)	250	488	-	250	265	ПАК-3	14	1373	930	5,7
турбулентный (120с)	250	488	400	-	274	ПАК-3	9	1460	1160	6,8

Как видно из результатов эксперимента структура, поверхность и прочность крупнопористого беспесчаного керамзитобетона, а также приготовленного в турбулентном смесителе с предварительной активацией заполнителя в течение 80 с в ходе которой образуется до 13% мелких фракций не отвечает требованиям, предъявляемым к прочности, плотности, структуре легкого бетона и требованию качестве его поверхности. Введение в состав керамзитобетона до 20% природного песка увеличивает его сопротивление сжатию в 1,5 раза в сравнении с беспесчаным активированным бетоном, несколько улучшается внешний вид образца.

Замена природного песка тонкодисперсной золой-унос при аналогичном ее содержании и турбулентном перемешивании с активацией крупного заполнителя в течении 150 с заметно улучшают качество, структуру и внешний вид образцов. Но эти параметры ухудшаются при перемешивании бетона вручную.

Увеличение количества золы до 22% (при перемешивании в турбулентном смесители 120 с) обеспечивает рост прочности в 2-2,2 раза в сравнении с беспесчаным активированным бетоном и удовлетворительное качество поверхности структуры образцов.

Попытка введения в состав бетона добавок (0,15 ЛСТМ или поризующей добавки ПАК-3 в количестве 300 г на 1 м³ бетона) улучшает качество наружной поверхности, однако приводит к снижению прочности бетона на 30-40%.

Таким образом, можно сделать вывод, что по значению средней плотности золошлаковую смесь Кемеровской ТЭЦ и Ново-Кемеровской ТЭЦ, а также зола-унос Кемеровской ГРЭС целесообразно использовать как мелкий заполнитель легких конструктивных и конструктивно-изоляционных бетонах. Установлено, что их применение в сочетании с крупным заполнителем из керамзита при средней плотности керамзита от 400 до 700 кг/м³ позволяет получить легкий бетон с прочностью на сжатие при различных расходах цемента от 3,5 до 7,5 МПа и средней плотностью соответствующей маркам Д1100-1300 кг/м³. На их основе толщина наружных стен жилых и гражданских зданий может быть назначена равной от 40 до 90 см.

На основе золошлаковых смесей Ново-Кемеровской ТЭЦ при соотношениях цемента и мелкого заполнителя от 1:2,5 до 1:5 можно получить мелкозернистые конструктивно-теплоизоляционные и конструктивные (малощебеночные) золошлакобетоны классов по прочности на сжатие соответствен В5-В3,5 со средней плотностью от 1400 до 1650 кг/м³ и В7,5-В10 со средней плотностью 1500-1740 кг/м³. Первые рекомендуются как материал ограждающих стен толщиной (для условий севера Кузбасса) 50-70 см, вторые для производства несущих легких конструкций.

Поризация золошлаковой смеси при введении в ее состав 600-800 гр/м³ алюминиевой пудры при расход цемента 250-300 кг/м³ позволяет в условиях строительной площадки получить легкий бетон класса по прочности В3,5 и средней плотности 1400 кг/м³. Толщина наружных стен при такой плотности может быть назначена 60 см.

Установлено, что мелкозернистый шлакобетон различных исследованных составов отвечает требованиям по морозостойкости предъявляемым к ограждающим конструкциям зданий I класса по степени ответственности (при температуре наружного воздуха -40ºС и нормальной влажности помещения 60%). Он (при соответствующем классе по прочности на сжатие) может быть также применен для конструктивных элементов зданий оговоренной категории при эксплуатации в условиях воздушно-влажностного состояния и отсутствии эпизодического водонасыщения.

Керамзитобетон на мелких золошлаковых заполнителях и расходе цемента М400-180 кг/м³ отвечает требованиям морозостойкости предъявляемым к ограждающим конструкциям зданий II категории по степени ответственности, а при расходе вяжущего 200 и более кг/м³ – соответствует требованиям к зданиям I категории ответственности, по стенам расход может быть уменьшен до 180 кг/м³.

Технология изготовления мелкозернистого золошлакового бетона и легкого бетона на крупном заполнителе из керамзита и мелком из золошлаковой смеси (золы-унос) вписывается в стандартную технологию БРЗ и позволяет ориентировать на них выпуск легких бетонов.

Характер набора прочности золошлакобетона и керамзитобетона на золошлаковых заполнителях в 1, 3, 7, 28 суток в естественных условиях твердения позволяет через сутки разопалубливать вертикальные элементы, а через трое суток обеспечивать установку опалубки на вышестоящие этажи, т.е. ритмично организовать процесс монолитного домостроения.

Исследования показали, что керамзитобетон на зольных и золошлаковых заполнителях по основным характеристикам конструктивного качества соответствует либо превосходит показатели керамзитобетона на мелком заполнители из тяжелого природного песка. На основе золошлаковых заполнителей может эффективно развиваться монолитное строительство.