УДК 691.32-669.183.28
Шишкин В.И.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Проблема использования сталеплавильных шлаков в качестве заполнителей бетона ставилась неоднократно. Однако в литературных источниках имеются только отдельные сведения о бетонах с заполнителями из таких шлаков.
Ограниченность информации обусловлена тем, что шлаки неустойчивой структуры не могут быть использованы в качестве заполнителей бетона, а после достижения ими устойчивости против распада для их использования отсутствуют методики, гарантирующие невозможность разрушения бетона от распада шлака. Тем не менее, влияние шлакового заполнителя на состояния структуры бетона можно оценить по коэффициенту вариации предела прочности при сжатии.
Для исследований влияния устойчивости структуры шлака на свойства бетона использовали мартеновский шлак, пролежавший в отвале более 10 лет. Потери массы после автоклавной обработки составили 3,8 %. Применяли фракцию шлака 10-20 мм. Для приготовления бетона использовали шлакопортландцемент марки «300». Образцы хранили в течение 7 лет на воздухе. Перед испытанием половину образцов каждого состава подвергли автоклавной обработке при давлении 0,9 МПа с изотермической выдержкой в течение 6 ч.
Шлак для испытаний использовался с различной степенью подготовки или обработки:
- необработанный и несортированный;
- сортированный, без примесей;
- обработанный серной кислотой;
- обработанный ортофосфорной кислотой;
- обработанный в автоклаве;
- сортированный плотной структуры;
- сортированный пористой структуры.
По результатам испытаний образцов рассчитывали коэффициент вариации прочности и по нему оценивали влияние структуры шлака на их прочность в зависимости от способа подготовки заполнителя. Данные рис. и табл. показывают, что коэффициенты вариации прочности образцов, хранившихся на воздухе и подвергнутых автоклавной обработке, различаются для всех составов. Так, несортированный шлак в бетоне после автоклавной обработки вызывает снижение прочности образцов с 50,5 до 41 МПа (20%) и увеличение коэффициента вариации с 17 до 24% (41%). Потеря прочности с 54,5 до 39,2 МПа (28%) наблюдается для образцов, изготовленных на несортированном шлаке, коэффициент вариации возрастает соответственно с 9,9 до 15 % (51%). Шлак, обработанный ортофосфорной кислотой, аналогично снижает показатели прочности с 42,7 до 22,2 МПа (48 %) и увеличивает коэффициент вариации с 15,8 до 19,7 (25 %). Повышение прочности и соответствующее снижение коэффициента вариации наблюдается у составов, содержащих шлак, обработанный серной кислотой и в автоклаве. Соответственно увеличение предела прочности при сжатии для шлака после автоклавной обработки происходит с 48,6 до 55,8 МПа (14,8 %), уменьшение коэффициента вариации с 19,9 до 10,0 (49,7 %). Для шлака, обработанного серной кислотой, прочность увеличилась с 42,7 до 54,6 МПа (27,8 %), а коэффициент вариации уменьшился с 17 до 13,5 (23,5 %).
Испытания показали, что наибольшая прочность получена на составах, содержащих чистый шлак без примесей. Структура шлака влияет на прочностные показатели бетона. Более плотный и прочный вторичный шлак имеет наибольшее значение прочности до 67 МПа, что превышает среднее значение прочности для испытанных составов на 40,4 %. Более пористый и менее прочный первичный шлак позволяет получить бетон с пределом прочности 44,3 МПа, что только на 7,1 % ниже среднего значения прочности. Следовательно, значение прочности для несортированного рядового шлака определятся прочностью первичного шлака.
Однородность бетона на шлаковом заполнителе определяется состоянием структуры заполнителя. Автоклавная обработка снижает однородность образцов по прочности за исключением составов, приготовленных на шлаке, обработанном серной кислотой и подвергнутом предварительной автоклавной обработке, что свидетельствует о стабилизации структуры шлака при указанных видах обработки. Наибольшая однородность структуры бетона достигается при сортировке шлака по плотности. Следовательно, подготовка материала с повышением его однородности является наиболее эффективным средством повышения качества бетона.
Устранение дефектов структуры, вызывающих распад, обработкой в автоклаве и серной кислотой повышает однородность шлака и приводит к увеличению прочностных показателей при одновременном росте показателей однородности структуры.
Проведенные испытания показали, что коэффициент вариации прочности бетона является характеристикой свойств бетона, обладающей достаточной чувствительностью для оценки пригодности шлаков для применения в качестве заполнителей бетонов.
