ШЛАКОЩЕЛОЧНЫЕ БЕТОНЫ НА КИСЛЫХ ШЛАКАХ КУЗБАССА

 

Хмеленко Т.В., Дуваров В.Б., Старчак А.Н. (КузГТУ, г. Кемерово, РФ)

 

The results of the researches of the slagoalkaline concretes.

 

Высокая стоимость и дефицит клинкерных вяжущих открывают широкую дорогу бесклинкерным шлакощелочным вяжущим (ШЩВ). Особенно актуальным является получение ШЩВ в регионах с высокоразвитой металлургической промышленностью, например, в Кузбассе. Ежегодно на металлургических комбинатах Кузбасса образуется несколько миллионов тонн доменных шлаков, утилизация которых является актуальной проблемой.

Идея создания ШЩВ принадлежит В.Д. Глуховскому. Он доказал, что не только соединения кальция, но так же силикаты и алюмосиликаты щелочных металлов обладают вяжущими свойствами и на их основе можно получить высокоактивные гидравлические шлакощелочные вяжущие. ШЩВ получают смешиванием тонкомолотых доменных гранулированных шлаков с добавкой щелочных активаторов. Гранулированные доменные шлаки следует считать наиболее перспективным видом сырья для производства щелочных алюмосиликатных вяжущих т. к. их производство в нашей стране постоянно растёт. Исследованиями установлено, что для получения шлакощелочного вяжущего пригодны практически любые гранулированные шлаки, независимо от их химического и минералогического состава. Главным показателем их активности является содержание в них стекловидной фазы, способной взаимодействовать со щелочами. Щелочные соединения в этих вяжущих играют роль не активизаторов процесса гидратации, а полноценных компонентов вяжущего. Щелочными компонентами шлакощелочных вяжущих служат соединения щелочных металлов, дающих в водных растворах щелочную реакцию. Это могут быть несиликатные соли щелочных металлов, силикатные соли – жидкое стекло и метасиликат натрия, а так же едкие щёлочи NaOH и KOH. В качестве щелочного компонента могут быть использованы не только чистые вещества, а крупнотоннажные отходы производств капролактама, глинозёма, хлора и других химических производств.

Шлакощелочные вяжущие могут применяться для получения шлакощелочных бетонов. В качестве заполнителей в таких бетонах могут использоваться как традиционные – щебень и песок, так и дисперсные – мелкие пески, супеси. Производство изделий из шлакощелочных бетонов практически ни чем не отличается от производства бетонов на портландцементе. Особый интерес представляют бетоны на дисперсных заполнителях.

Кузбасский государственный технический университет проводит исследования шлакощелочных вяжущих и бетонов на их основе. Практически было доказано, что на основе кислых доменных гранулированных шлаков Кузбасса с модулем основности 0,74-0,84 и модулем активности 0,42-0,48 возможно получить высокоактивные шлакощелочные вяжущие и бетоны М400.

Целью данной работы было получение мелкозернистых шлакощелочных бетонов для изготовления тротуарной плитки с высокими эксплуатационными свойствами. Технология приготовления мелкозернистого бетона независимо от используемого вяжущего вещества должна включать в себя:

– правильный подбор состава бетонной смеси;

– интенсивное перемешивание в смесителях принудительного действия или виброперемешивание, обеспечивающее высокое качество и однородность получаемой смеси;

– эффективный способ уплотнения бетонной смеси, позволяющий использовать умеренно жёсткие бетонные смеси;

– щадящие режимы тепловой обработки, сводящиеся к минимальному нарушению структуру бетона в период твердения.

Причем все эти требования должны выполнятся комплексно, так как неправильная организация хотя бы одной технологической операции может свести на нет остальные усилия и значительно ухудшить качество получаемого бетона.

В эксперименте использовали крупныи песок с модулем крупности 3,24 и содержанием глинистых частиц до 6%. В качестве вяжущего применяли тонкомолотый доменный гранулированный шлак с удельной поверхностью
S_уд=3500 г/см². Затворителем служил раствор NaOH. С плотностью 1,2 г/см³. Результаты эксперимента приведены в табл. 1.

 

Таблица 1- Результаты испытаний мелкозернистого бетона

 

Анализ результатов эксперимента показал, что на основе кислых доменных гранулированных шлаков Кузбасса можно получить мелкозернистые бетоны с прочность более 60 МПа на гидросиликате натрия. Использование в качестве затворителя метасиликата натрия позволит получать более прочные бетоны. Присутствие в песке большого количества глинистых примесей не оказывает негативного влияния на прочность шлакощелочного бетона, т. к. высокая щёлочность среды активизирует глинистые минералы и они образуют дополнительное количество новых гидратных соединений. Присутствие активной щёлочи в структуре бетона активизирует поверхность зёрен используемого песка и он хемосорбционно взаимодействует с частицами шлака, что также способствует повышению прочности мелкозернистого бетона. Высокая водонепроницаемость и низкая пористость позволяют использовать шлакощелочные мелкозернистые бетоны для изготовления тротуарной плитки, которая эксплуатируется в очень тяжёлых условиях.