УДК 666.97.012:669.183.28
Воронин К.М.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Широкое применение мелкозернистых бетонов для благоустройства городских улиц приводит к значительному расходу заполнителей крупностью до 10 мм. Традиционно для производства мелкозернистых бетонов используют песчано-гравийную (ПГС) смесь или смесь дробленого песка и щебня крупностью до 10 мм. Данные заполнители имеют ряд недостатков:
Песчано-гравийную смесь перед использованием необходимо промывать для устранения пылевидных и особенно глинистых частиц, которые увеличивают водопотребность заполнителей, что сказывается на снижении прочности из-за плохой адгезии цементного камня к гладкой поверхности заполнителя загрязненной примесями глины и морозостойкости изделия. Промывка большого количества заполнителей требует дополнительных финансовых затрат на очистку сточных вод, но наиболее существенным препятствием использования ПГС это истощенность карьеров.
Применение дробленых песков и щебня в мелкозернистых бетонах для элементов мощения тротуаров методом вибропрессования затруднено в результате снижения пластичности смеси. Повышение жесткости смеси обусловлено шероховатой поверхностью песка и наличием в щебне лещадных и игловидных зерен, причем, как показывают исследования, лещадность фракции 5 – 10 мм составляет 35 – 40%, поэтому для получения бетона необходимой удобоукладываемости приходится увеличивать расход вяжущего.
Металлургические шлаки это многотоннажные отходы, которые являются источником загрязнения окружающей среды. В России наиболее распространены доменные и мартеновские шлаки. Доменные шлаки подвергают переработки еще в огненно жидком состоянии и их доля в отвалах незначительна. Мартеновские шлаки до настоящего времени практически не используются. Частичная переработка их осуществляется только с целью получения металла, а минеральная часть вывозится обратно в отвалы. Ограниченность использования мартеновских шлаков в качестве заполнителей для бетонов обусловлена склонностью их к самопроизвольному разрушению (распаду) и в частности к наиболее опасному «известковому». Особенно затруднено использование шлакового песка из-за отсутствия методов контроля устойчивости его к распаду.
В данной работе использовали песок из отвального мартеновского шлака, стабилизированного против известкового распада по методике разработанной на кафедре строительных материалов МГТУ.
По минеральному составу шлак состоит на 20 — 30% b-С2S; 15-20% C4AF; 20 – 35% RO фазы, также в шлаке содержится 15 – 30% мервинита и монтичеллита.
В качестве эталона при изготовлении вибропрессованых изделий использовали речной песок, характеристики шлакового и речного песков приведены в табл.1.
Как видно из табл.1, пустотность и модуль крупности речного песка и шлакового имеют близкие значения, это создавалось искусственно для устранения влияния зернового состава песка на свойства изделия. Повышенная водопотребность шлакового песка обусловлена его шероховатой поверхностью и повы-шенной пористостью по сравнению с речным песком на 5–6 %.
Для изготовления образцов использовали ПЦ М400 Д0, МЦОЗ со следующими свойствами:
- нормальная густота: 25,0%;
- сроки схватывания: начало — 3 ч. 35 мин., конец — 5ч 45мин.
- активность: 42,5МПа;
- остаток на сите № 008: 6%;
Вибропрессование производили на лабораторной виброплощадке с частотой 50Гц, амплитудой 0,35 мм и удельным давлением прессования 0,12 МПа, продолжительность – 20 секунд.
Тепловловлажностную обработку проводили по режи-му 3+4+6+2 часа с температурой изотермии 60оС.
Составы мелкозернистого бетона на речном и шлаковом песке при одинаковой жесткости Ж 4 приведены в табл. 2
Как видно из табл. 2 расход цемента в бетоне на шлаковом песке выше, чем у бетона на речном песке на 13,6%, что вызвано более развитой поверхностью шлака.
Физико-механические свойства полученных мелкозернистых бетонов приведены в табл. 3.
Из данных табл.3 видно, что прочность мелкозернистого бетона на шлаковом песке превышает прочность бетона на речном песке на 28%, что вызвано более высокой адгезией цементного камня к шлаку. Исходя из вышеизложенного и проведенных ранее исследований [1,2] можно заменить часть цемента, на молотый шлак, т.к. тонко измельченный шлак в присутствии Ca(OH)2 имеет склонность к гидратации с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция и твердению. Причем замены 15% цемента на равное количество молотого шлака снижает водопотребность смеси на 10% из-за более низкой водопотребности молотого шлака по сравнению с цементом.
Наиболее наглядно замена речного песка на шлаковый проявляется в более поздние сроки твердения рис.1.
Набор прочности мелкозернистого бетона на речном песке по истечении 540 сут. хранения в нормальных условиях составляет 40% по сравнению с 28–ми суточными, а у бетонов на шлаковом песке прочность возрастает на 14%. У бетона на шлаковом песке и заменой 15% цемента на молотый шлак такой прирост прочности составил 25%. Однако, прочность при сжатии бетонов с мартеновским шлаком превышает прочность бетона на речном песке на 2 … 5%.
Помимо повышенных прочностных характеристик и практически одинаковой морозостойкости мелкозернистые бетоны на песке из мартеновского шлака (у бетона на мартеновском шлаке и 15% молотого шлака морозостойкость несколько выше, что вызвано гидратацией молотого шлака и уплотнением структуры и более низкой водопотребностью), имеют более низкую истираемость (0,12 г/см2) по сравнению с мелкозернистым вибропрессованым бетоном на речном песке (0,18 г/см2), что вызвано наличием корольков метала в шлаке.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
- замена речного песка в мелкозернистых вибропрессованых бетонах на песок из мартеновского шлака, стабилизированного по методике МГТУ, позволяет повысить эксплуатационные свойства данных бетонов.
- в мелкозернистых вибропрессованых бетонах на песке из мартеновского шлака возможна замена части цемента на молотый мартеновский шлак без снижения эксплуатационных свойств.
Библиографический список
- Воронин К.М. Физико-химические предпосылки производства кирпича из мартеновского шлака. В сб. «Ресурсосбережение при производстве строительных материалов и изделий». Межвузовский сборник. Магнитогорск: МГМИ, 1993. – С 35-37.
- Использование мартеновских шлаков и зол ТЭЦ для производства строительных материалов./ Шишкин В.И., Воронин К.М., Глазатова Н.Б., Сергачева Т.В.//Тез. докл. Междун. конфер. «Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала». – Магнитогорск, 1995. – С. 43 — 44
