Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Д.т.н., проф. Калашников В.И., аспирант Ерофеева И.В.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

 

Активация малоактивных шлаков для изготовления

минеральношлаковых вяжущих

 

Разработанные нами минеральношлаковые вяжущие [1], состоящие из бинарных компонентов, а именно из дисперсных горных пород и малоактивных в щелочной среде слабо или активных высокоосновных шлаков, позволяют получать достаточно прочные композиционные вяжущие. Механизм твердения молотых горных пород позволил высказать рабочую гипотезу: кислые или малоосновные, не твердеющие с малыми добавками щелочных активизаторов в смеси с основными или с высокоосновными гранулированными шлаками могут формировать прочные и высокопрочные вяжущие. При этом в таких смесях проявляется синергетическое действие, и парциальная прочность может не соответствовать правилу аддитивности.

Для проверки этой гипотезы использовали отвальный и гранулированные шлаки с близкими значениями МА и МО . С целью получения необходимой дисперсности шлаки подвергались помолу в лабораторной шаровой мельнице до, практически, равной удельной поверхности по прибору ПСХ-2.

В качестве исходных материалов для проведения экспериментов использовали отвальный шлак Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) с удельной поверхностью Sуд = 358 м2/кг и гранулированные Нижнетагильского металлургического  комбината ( НТ ) с Sуд = 352 м2/кг и Липецкий с Sуд = 356 м2/кг. Для сравнения использовали композиционные вяжущие из смеси Нижнетагильского и Оскольского шлаков (НТ+ОЭМК) в соотношении 1:1,5 по массе, смеси шлака ОЭМК и глауконитового песчаника (Sуд = 630 м2/кг) в соотношении 1:1,5 (ОЭМК+ГП) и смеси Нижнетагильского шлака с глауконитовым песчаником (ГП) в том же соотношении (НТ+ГП).

В качестве активизатора твердения шлаков использовали водный раствор NaOH, при расходе щелочи 2% от массы вяжущего в пересчете на сухое вещество. В процессе исследований изготавливались методом прессования при давлении 25 МПа образцы–цилиндры диаметром и высотой 25 мм из индивидуальных шлаков и их смесей. Формовочная влажность смесей составляла 14-16 % при содержании 2% NaOH от массы сухих компонентов. Образцы после формования твердели над водой при относительной влажности воздуха 95-97%.

Как следует из таблицы, шлаки ОЭМК и НТ, имея близкие значения модулей активности (МА) и отличающиеся на 20-40 % по модулю основности (МО) отличаются десятикратно по прочностным показателям затвердевшего камня через 28 суток нормального твердения. Скорость формирования прочности шлакового камня из шлака ОЭМК в индивидуальном виде очень низка. Нижнетагильский шлак обладает высокой интенсивностью твердения камня и одинаковой нормированной прочностью через 28 суток с затвердевшем Липецким шлаком. Смесь шлаков НТ и ОЭМК, в которых доля, практически, не твердеющего шлака в 1,5 раза выше, чем высокоактивного, формирует удовлетворительную раннюю прочность, а нормированная прочность достигает 39 МПа.

Таблица

Прочности индивидуальных шлаков, и их бинарных смесей

№

Шлак

NaOH,%

В/Ш,%

ρ, кг/м3

Прочность, МПа, через

1 сут.

3 сут.

7 сут.

14 сут.

28 сут.

1

ОЭМК

2

16

2118

1,1

3,6

4,0

6,8

6,8

2

НТ

2

16

2225

18,4

35,0

45,4

50,8

68,0

3

НТ+ОЭМК

2

16

2150

8,4

19,4

31,6

38,0

39,1

4

Липецкий (Л)

2

14

2200

22,1

31,8

38,6

49,6

70,3

5

ОЭМК+ГП

2

16

2107

0,8

1,0

1,6

1,9

3,0

6

НТ+ГП

2

16

-

1,2

1,6

1,8

-

4,7

7

Л+ГП

2

14

2115

13,0

25,0

-

-

40,8

 

Если рассчитать по правилу аддитивности прочность смеси НТ+ОЭМК шлаков, то она равна 31,3 МПа (RСЖ =6,8·0,6+68·0,4=31,3), т.е. прочность фактическая не подчиняется расчетной по правилу пропорциональных отношений компонентов. Можно полагать, что с уменьшением доли малоактивного шлака ОЭМК в смеси прочностные показатели будут возрастать.

Представляет интерес сравнить прочностные показатели вяжущих на молотом глауконитошлаковом песчанике в композициях с двумя шлаками, неактивном отвальном и высокоактивном гранулированном. Образцы из этих шлаков практически не твердеют, и к 28 суткам их прочность находится в пределах 3-5 МПа. Для смеси шлака ОЭМК с глауконитовым песчаником низкая прочность совершенно естественна, потому, что глауконит и отвальный шлак в чистом виде практически не твердеют с 2 % щелочи. Смесь гранулированного Липецкого шлака с глауконитовым песчаником хорошо совместима и при соотношении их 1:1,5 она затвердевает через 28 суток нормального твердения до прочности 30-40,8 МПа.

Проведенные исследования свидетельствуют о возможности использования неактивных шлаков в смеси с молотым гранулированным активным, что чрезвычайно важно для металлургических комбинатов, имеющих в качестве побочных продуктов доменные и сталелитейные отвальные шлаки, а также гранулированные чугунолитейные.

 

Список литературы

1.                 Калашников В.И. Новые геополимерные материалы из горных пород, активированные малыми добавками шлака и щелочей / В.И. Калашников, В.Л. Хвастунов, Н.И. Макридин А.А. Карташов // Строительные материалы – 2006. – №6. – С.93-95.