Строительніе статьи 1996

Исследование технологии бетона, содержащего ваграночный шлак и отработанную формовочную смесь

Практика свидетельствует, что при приготовлении бетонных сме­сей на предприятиях России и цругих стран СНГ редко использу­ются заполнители с требуемыми показателями свойств. Более того, в последнее время для этого все чаще применяют песчаногравийные смеси (ПГС), которые являются «ишь полуфабрикатом для получе­ния заполнителей. Это отрицатель­но сказывается на свойствах бетона и изделий из него, расходе цемента, себестоимости продукции и в ко­нечном итоге па ее потребительских качествах, осложняя положение предприятий в условиях перехода к рыночной экономике.

Между тем в ряде случаев про­блему заполнителей для бетона можно успешно решить за счет поиска и применения местных вто­ричных ресурсов.

На кафедре строительных мате­риалов НГАСА с этой целью изучены ваграночный шлак и отработанная формовочная смесь (ОФС) — выво­зимые в отвалы отходы металлурги­ческого производства АО «РУМО».

Ваграночный шлак имеет насып­ную плотность 1580—1660 кг/м3, среднюю плотность зерен 2670— 2710 кг/м', пористость 38—41 %, марку по прочности 12. Он содер­жит ЗУ - 43 % песка с модулем крупности 2,9—3,2 и зерновым со­ставом, близким к стандартному'. Щебень в шлаке имеет размер от 5 до 40 мм. В работе использовали фракции 5—10 и 10—20 мм в соотношении 40:60 по массе. Мо­розостойкость щебня превышает 100 циклов. Шлак на 90—95 % Состоит из стеклофазы с низкой реакционной способностью, по хи­мическому составу относится к кис­лым среднеустойчивым. Содержа­ние металлических включений до­стигает 25 %.

Металлические включения име­ются и в ОФС, которая состоит из мелкого песка в виде низкотемпе­ратурной /3-модификации кварца с повышенной дефектностью структу­ры. Зерна песка покрыты пленками из связующих веществ и добавок минерального и органического про­исхождения, модифицированных

Гв

Вследствие термохимических воз­действий [1, 2]. Пленки не обладают четко выраженными гидрофобными свойствами из-за использования рас­творимого стекла в качестве основ­ного компонента связующих веществ.

ОФС имеет насыпную плотность 1300—1500 кг/м3, ги;отность зерен 2440—2530 кг/м3, пористость 44— 48 %, модуль крупности 1,8—2,1. Зерновой состав близок к стандар тному (с недостатком зерен фрак­ций 1,25—2,5 и 2,5—5 мм, который может быть компенсирован избыт­ком данных фракций в шлаке).

В незначительных количествах ОФС применяют для засыпки котло­ванов под фундаменты, устройства оснований дорог, приготовления ас­фальтобетонных смесей [1, 2]. Авто­рами настоящей работа была пред­принята попытка использовать ее в качестве мелкого заполнителя бетона.

Санитарно-технический анализ показал возможность применения ваграночного шлака и ОФС в про­изводстве строительных материа­лов при условии контроля экспо­зиционной дозы излучения, кон­центрации радионуклидов, тяжелых металлов и фенола.

В качестве вяжущего вещества использовали портландцемент ПЦ 400-Д20 производства АО «Мор­довцемент» с фактической актив ностью 31,2 МПа, нормальной густотой 28 %, тонкостью помола 14 %, началом и окончанием

Схватывания 3 и 5,5 ч соответст­венно.

ПГС Камского устья характерпзу ется нестабильностью зернового со става. Так, количество песка в разных партиях колеблется от 30 до 90 %. В данном исследовании ис­пользовали смесь с содержанием песка 60 %, что соответствует сред ним показателям. Ее насыпная плот­ность составила 1810 кг/м3, средняя плотность зерен — 2650 Кг-'м. Пористость — 32 %. Применялся также речной песок с насыпном плотностью 1600 кг/м3, средней плотностью зерен 2630 кг/м, по­ристостью 38 % и модулем крупно­сти 2,3. Это позволило отказаться от ПГС, что повысило однородность показателей свойств бетонной смеси и бетона, стабильность производства.

Базовыми являлись составы на ПГС, реально используемые в про­изводстве. Они характеризовались подвижностью бетонных смесей 4—

6 см и прочностью бетона при сжатии через 28 сут после нормаль­ного твердения 15—25 МПа.

Первый этап работы показал со­кращение водопотребности бетон­ной смеси при замене ПГС щебнем из шлака (табл. 1), что положитель­но сказывается на прочности. Этому способствует улучшение зернового состава заполнителей и увеличение их сцепления с цементным камнем.

Увеличение к заполнителе доли щебня выше 65 мае. % нецелесооб­разно. так как бетон приобретает крупнопористую структуру, ухулша юте я его свойства. Водоотделепие от мечено II при плотной структуре, если

Таблица 1

Подвижностьсмесипревышает9—

10 см.

Введение в бетонную смесь ОФС повышает водопотребность и сни­жает прочность. Снижение прочно­сти, как следует из табл. 1, нарастает прогрессивно, что не соответствует изменению водоцементного откло­нения (В/Ц). Объясняется это до­полнительным отрицательным вли­янием вешеств, образующих пленки на зернах песка, и дефектностью его структуры после термохимических воздействий. Снижение прочности становится особенно заметным при содержании ОФС более 10 мае. %, При этом на поверхности появляют­ся высолы и трещины.

Полученные результаты были ис­пользованы для уточнения составов бетонов следующего этапа работы (табл. 2). Исследовали бетоны на основе ПГС, составы на песке и шлаке. В последнем случае ОФС замещала часть песка, ее расход составлял около 10 % от массы заполнителя.

Как следует из табл. 2, составы группы III обеспечивают получение бетонов классов В12,5—В20 (сред­няя прочность через 28 сут после нормального твердения 16,9— 27,1 МПа) в зависимости от В/Ц.

Относительная прочность этих составов (60—77 %) свидетельству­ет о более интенсивном твердении в начальные сроки, особенно в сравнении, с составами на основе ПГС (54-63 %).

Через 28 сут прочность бетонов этих составов была примерно одинако­вой. Дальнейшее нарастание прочности, как показывает испытание через 360 сут, идет медленнее, чем у составов на ПГС. Однако отсутствие спадов прочности позволяет прогнозировать стойкость структуры и долговечность бетона

Это подтверждают испытания на морозостойкость, выполненные по второму методу ГОСТ 10060—87. Образцы выдерживали 100 циклов без снижения прочности и внешних признаков разрушения.

Часть образцов пропаривали при 85—90 °С по режиму' 2 + (3+6) , который включал предварительную выдержку, разогрев и изотермиче­ское выдерживание с последующим снижением температуры до 55—60 °С. Испытания через 4 ч и через 28 сут после пропаривания свидетельствуют, что в условиях теп­ловой обработки составы, содержа­щие ОФС, не уступают составам на ПГС по нарастанию и абсолютным значениям прочности.

Прочность бетона определяли по традиционной формуле

Д6 = Л Дц (Ц/В - С),

Где коэффициенты составов третьей группы равны: А = 0,58; С = 0,50 — через 28 сут после нормального

Твердения; А = 0,50; С = 1,00 — через 4 ч после пропаривания.

Как и следовало ожидать, бетоны составов группы II превосходят ос­тальные по основным параметрам — интенсивности нарастания и абсо­лютным значениям прочности при более низком расходе цемента.

Разарботанные составы исполь­зуются в АО «РУМО» при бетони­ровании фундаментов, полов, внут­ренних стен и других конструкций производственных зданий.

Таким образом, авторами исследо­ваны и определены оптимальные воз­можности комплексного использова­ния в бетонах классов В12,5—В20 отходов металлургического производ­ства АО «РУМО» Нижнего Новгорода. Необходима предварительная подго­товка отходов, предусматривающая удаление металлических включений, дробления и рассев шлака. Реализация результатов исследований способст­вует сохранению окружающей среды, а также улучшению экономического положения предприятия.

Список литературы

1. Промышленность строительных мате­риалов. Сер. 4. Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей. Ч. 1. Анали - тич. обзор. 1992. Вып. 1. С. 1—76.