Строительство и архитектура /4. Современные строительные материалы

Д.т.н. Шишкин А.А., Шевченко А.А.

Криворожский национальный университет, Украина

Заполнители для реакционно-порошковых бетонов

Реакционно-порошковые бетоны (РПБ) – это специфический вид бетонов будущего, не имеющие в своем составе крупнозернистых и кусковых заполнителей. Сухие реакционно-порошковые бетонные смеси, предназначенные для получения самоуплотняющихся бетонов для монолитного и сборного строительства, могут стать новым, основным видом композиционного материала для производства многих видов конструкций. Эти бетоны, полученные по технологиям вибрационного и вибросилового уплотнения, могут иметь более высокую прочность, чем у литых бетонов. При более высокой степени технологической обработки получаются бетоны общестроительного назначения классов С15/20-С35/40 [1]. В их состав входит: реакционный порошок, вяжущее вещество, мелкий заполнитель, вода. Отсутствие в данных бетонах крупного заполнителя обуславливает повышенное влияние на их свойства мелкого заполнителя, который, как и применяемый реакционный порошок, должен быть активен по отношению к минералам цемента. Анализ известных зернистых материалов, используемых в Украине, показал, что в качестве мелкого заполнителя РПБ могут использоваться отходы горно-обогатительных комбинатов, зола-уноса, гранулированный доменный шлак, которые, как известно, являются реакционно-способными по отношению к минералам цемента.

Отходы горно-обогатительных комбинатов, как продукты технологического процесса переработки и обогащения бедной железной руды, представляют собой искусственную кварцево-железистую минеральную смесь, состоящую в основном из кварца, остатков спайки кварца с гематитом, магнетитом и сидеритом с включением свободных зерен магнетита, гематита и сростка рудных минералов. Это несвязный материал, состоящий из остроугольных шероховатых зерен. В сравнении с кварцевым песком отходы менее однородны [2].

Отходы горно-обогатительных комбинатов можно применять в строительстве в качестве мелкого заполнителя для бетонов и растворов, при приготовлении малоклинкерных или безклинкерных вяжущих, как основное сырье для получения пористых материалов методом агломерациии спекания, в качестве заполнителя и минерального порошка в асфальтовых смесях при устройстве покрытий проезжей части автомобильных дорог, как отощитель вместо природного кварцевого песка при производстве глиняного и автоклавного кирпича.

Гранулированный доменный шлак состоит из 70% стекловидной фазы и 30% шлаковых минералов. Основную часть кристаллической фазы составляет группа мелилита переменного состава: ℽ — C₂S — 8%, β — C₂S — 3%. Шлак содержит: Si0₂ — 40,5%, А1₂0₃ — 6,15%, FeO — 0,37%, СаО —47,4%, МnО— 1,09%, S — 1,73%.

Использование золы-уноса приводит к снижению расхода воды при сохранении подвижности бетонной смеси, модификации состава продуктов гидратации цемента в результате пуццолановой реакции с гидроксидом кальция и связывания щелочей. Замедленно протекающая гидратация цементного вяжущего, благодаря введению золы, ведет к росту новообразующихся кристаллов, что способствует химическому уплотнению и уменьшению пор в затвердевшем бетоне. Таким образом применение золы способствует уменьшению размера пор и более равномерному их распределению в бетоне.

При замене портландцемента молотым доменным гранулированным шлаком прочность при сжатии бетона в ранние сроки, как и в случае с золой-уноса, замедляется, но выравнивается к 28 суткам (если замена до 50 %) или к 90 суткам (если замена до 70%).

Как показали результаты проведенных исследований, применение отходов экономически целесообразно, так как они в 8—10 раз дешевле привозного кварцевого песка. По данным строительных организаций Кривбасса, замена привозного песка отходами горно-обогатительных комбинатов при приготовлении бетонов и растворов обеспечивает экономию в среднем 24% при изготовлении на один кубический метр бетонной смеси. На предприятиях Криворожского железорудного бассейна в качестве мелкого заполнителя обычных бетонов использовано около 470 тыс. тонн отходов горно-обогатительных комбинатов; на их основе изготовлено 329,2 тыс. м³ сборных железобетонных конструкций. Опыт широкого применения железобетонных конструкций из бетонов на отходах горно-обогатительных комбинатов в Кривбассе свидетельствует об их высоких эксплуатационных качествах и надежности [2,3].

Сравнительные испытания показали, что наиболее эффективно применение смеси заполнителей, что позволяет повесить прочность бетона.

Вывод. Такие отходы промышленного производства как доменный гранулированный шлак, зола-унос и отходы обогащения железных руд и их смеси, в том числе с речным песком, могут быть использованы в качестве мелкого заполнителя в бетонах нового поколения.

Литература:

1. Калашников В.И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов// Популярное бетоноведение. Санкт-Петербург. 2008. №3.

2. Стороженко Л. И. и др. Железобетонные конструкции из бетонов на отходах горнорудной и металлургической промышленности//Киев «Будівельник». 1982.

3. Шишкин А. А. Щелочные реакционные порошковые бетоны// Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014.- № 2 (17).