Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Д.т.н. Лесовик В.С., к.т.н. Агеева М.С., аспирант Михайлова О.Н.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Свойства и области применения композиционных

шлако-цементных вяжущих

Одним из основных вяжущих, применяемых в настоящее время в строительстве, является портландцемент. При его производстве выделяется значительное количество пыли и CO₂, которые наносят ощутимый вред окружающей среде. Актуальной проблемой является замена при производстве композиционных вяжущих клинкерной составляющей. Наиболее «подготовленным» кремнеземсодержащим компонентом для этих целей является шлак [1-3].

Исследовалось введение в состав клинкера Новолипецкого шлака. Присутствие в системе активных кремнеземсодержащих компонентов изменяет процесс гидратации клинкерных минералов, связывает выделившийся гидроксид кальция (Ca(OH)₂) и приводит к появлению новообразований второй генерации, которые уплотняют систему и повышают качество растворов и бетонов.

Данная гипотеза проверена путем совместного помола клинкера Белгородского цементного завода со шлаком Новолипецкого металлургического комбината.

Вводилось от 10 до 40 % Новолипецкого шлака от количества клинкерной составляющей при одинаковой подвижности. Установлено, что оптимизация процессов структурообразования позволяет сократить содержание клинкера на 40 %, при этом предел прочности при сжатии при помоле клинкера до 600 м²/кг и введение добавки позволило получить активность вяжущего практически равную контрольной (рис. 1).

Исследовано влияние добавки шлака от 10 до 40 % на предел прочности при сжатии в зависимости от удельной поверхности. Установлена закономерность, позволяющая судить и о том, что при низкой удельной поверхности разница между контрольным образцом и вяжущим с добавкой шлака 40 % составляет 14,8 МПа.

1

3

2

Рис.1 График зависимости предела прочности при сжатии в возрасте 28 сут.

от количества вводимого шлака:

1 – при удельной поверхности вяжущего 300 м²/кг;

2 – при удельной поверхности вяжущего 500 м²/кг;

3– при удельной поверхности вяжущего 600 м²/кг.

При активации системы путем помола клинкера в вибрационной мельнице происходит существенное уменьшение разницы предела прочности при сжатии контрольного образца и шлако-цементного вяжущего и при удельной поверхности 600 м²/кг, значения их практически совпадают: предел прочности при сжатии на 3,2 МПа выше предела прочности при сжатии контрольного образца.

Подобная картина наблюдается при исследовании физико-механических свойств образцов в возрасте 3 суток (рис. 2). Если при удельной поверхности 300 м²/кг предел прочности при сжатии контрольного образца 32 МПа, то при введении 10 % шлака это значение снижается до 27 МПа. А при удельной поверхности 600 м²/кг предел прочности при сжатии увеличивается до 48,4 МПа, то есть практически в 1,8 раза больше, чем у контрольного образца.

При введении 40 % шлака предел прочности при сжатии образцов в возрасте 3 суток уменьшается практически в 2 раза по сравнению с контрольным образцом, но при помоле до 600 м²/кг возрастает практически в 3 раза и составляет 37,7 МПа.

Рис.2 График зависимости предела прочности при сжатии в возрасте 3 сут.

от количества вводимого шлака:

1 – при удельной поверхности вяжущего 300 м²/кг;

2 – при удельной поверхности вяжущего 500 м²/кг;

3– при удельной поверхности вяжущего 600 м²/кг.

Таким образом, при испытании образцов в возрасте 3 суток активация системы позволяет увеличить предел прочности при сжатии композита с 40 % шлака в 2, 45 раза, а при 10 % - в 1, 79 раза. А в возрасте 28 суток – в 1, 42 и 1,23 раза соответственно. То есть, активация дает максимальное увеличение предела прочности при сжатии на ранних стадиях набора прочности.

Из этого можно сделать вывод о том, что при создании быстротвердеющих вяжущих с высоким содержанием шлака необходимо ориентироваться на получение систем с высокой удельной поверхностью.

Предложена схема рационального использования композиционных шлако-цементных вяжущих (рис. 3). Наиболее распространенная область применения – дорожное строительство с использованием предложенных вяжущих, а именно производство тротуарной плитки, укатываемых бетонов, высокопроникающих смесей для пропитки щебоночных оснований и получение высокопрочных бетонов для дорожных оснований. Существенный выигрыш дает использование композиционных шлако-цементных вяжущих для производства мелкоштучных стеновых изделий, железобетонных конструкций и теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов в гражданском строительстве. В гидротехническом строительстве предлагаемые вяжущие материалы могут использоваться при строительстве дамб и портовых сооружений; берегоукрепительных, причальных и оградительных сооружений.

Таким образом, представляется, что для повышения эффективности использования композиционных вяжущих на основе шлака необходимо домолоть их до удельной поверхности 500-600 м²/кг, при этом предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток вяжущего при замене 40 % клинкера достигает 59,7 МПа, что сопоставимо с активностью цемента с удельной поверхностью 300 м²/кг. Это объясняется существенной активацией процессов структурообразования при активации шлака. Разработана схема рационального использования композиционных шлако-цементных вяжущих в дорожном, гражданском и гидротехническом строительстве.

Литература:

1. Баженов Ю.М. Многокомпонентные бетоны с техногенными отходами // Современные проблемы строительного материаловедения. Матер. междунар. конф. – Самара, 1995. – Ч.4. – С. 3-4.

2. Боженов П.И. Комплексное использование минерального сырья и экология. – М.: изд. Ассоциации строительных ВУЗов, 1994. – 267 с.

3. Лесовик В.С., Агеева М.С., Иванов А.В., Михайлова О.Н. Композиционные вяжущие на основе доменного гранулированного шлака // Инновационные материалы и технологии: Междунар. науч.-практ. конф., Белгород, 11-12 окт. 2011 г. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2011. – Ч. 1. – С. 95-98.