Высокопрочные быстротвердеющие вяжущие материалы на основе гранулированных доменных шлаков и растворимого стекла

Возможности получения различных строительных материалов из гранулированных доменных шлаков, активизированных добавками силиката натрия, изучались рядом советских специалистов.

Еще в 30-х годах Г. Н. Сиверцев, обрабатывая на бегунах доменные шлаки с использованием растворимого стекла, получил материалы прочностью до 200 кг)см . В работах на активизированные шлаковые растворы с добавками жидкого стекла предел прочности при сжатии до 300 кг/см2. Е. И. Орловым был предложен шлаковый бесклинкерный цемент с применением в качестве возбудителя твердения силикат-глыбы. Активность бесклинкерного цемента при различных сочетаниях шлака и добавок составляла 130—295 кг/см2.

При последующем изучении шлаковых материалов оказалось, что А. И. Жилиным, Е. И. Орловым и другими исследователями были выявлены лишь некоторые, весьма неполные возможности системы шлако-силикатнатрия.

Ними примечена в ЮЖНПП работа возможностей получения актив их нижущих материалов ни доменных злаков с применением растворимого.

В своей работе мы использовали граулированный доменный шлак Магнитогорского металлургического комбината, растворимое стекло производства Балхашского горно-металлургического комбината. а также пески (вельский и алма-атинский) и гранитным щебень с крупностью зерен 5—10 мм

Химический состав шлаков Магнитогорского комбината следующий (в % по весу): S1O2—35,72, Fe20,j—1,92,

Л1203- 13,79, СаО—38,75. MgOs—8,17, SO3—0,44, МпО—0,04.

Растворимое стекло применялось двух видов: одна проба имела силикатный модуль 1,50, вторая проба — 2,8.

Г ранулнрованный доменный шлак размалывался на шаровой мельнице до тоннны, характеризуемой 10—15°/о-ным остатком на сите 4900 отв/см2. Силикат-глыбу размалывали в порошок, который потом растворяли в мешалке с механическим приводом. Силикат-глыбу с модулем 1,50 растворяли водой комнатной температуры, высокомодульиую силикат-глыбу заливали 1—2%-ным раствором натрия, подогретым до 70— 80°.

Порошок молотого гранулированного доменного шлака затворялся раствором жидкого стекла заданного удельного веса; смесь тщательно перемешивали до получения густой, однородной, тестообразной массы.

В случае, когда в качестве заполнителей применялись песок и щебень, молотый шлак насухо смешивали с заполнителями, а затем затворяли смесь раствором жндкого стекла Рас вор приготовлялся с расчетом на получение однородной массы, хорошо укладываемой в формы при уплотнении на лабораторном виброплощадке в течение 60 сек. Следовательно, смесь готовилась пластичной, вибрированной консистенции.

Исследование свойств материалов осуществлялось на образцах размером 4х4/4;.

Влияние расхода силиката натрия и режимов твердения на прочность шлакосиликатного материала определялось иа образцах из смесей молотого гранулированного шлака и растворимого стекла без заполнителей. Для твердения образцов были приняты воздушно-сухой 11 влажный режимы при обычной температуре, а также искусственная сушка и пропаривание.

Сушка образцов производилась при 18СР в течение 6 час., пропаривание — при 95° в течение того же времени. Время твердения образцов прн нормальной температуре во влажных и воздушносухих условиях хранения достигало 1 года.

Для затворения смесей применялись растворы жидкого стекла различного удельного веса от 1,10 до 1,40 при силикатном модуле, равном 1,55, который оказался оптимальным. Для выяснения влияния модуля растворимого стекла на прочность цемента были изготовлены также образцы из смесей, затворенных раствором высокомодульного жидкого стекла (2,80). В данном случае получились худшие результаты.

Об изменении прочности шлакового вяжущего во времени при влажном и воздушно-сухом режимах твердения можно судить по кривым, показанным на рисунке.

Чтобы установить возможность применения полученного шлакосиликатного вяжущего для приготовления бетонов были изготовлены н испытаны образцы из смесей молотого доменного гранулированного шлака, растворимого стекла и заполнителей — песка и щебня. Песок и щебень вводились в бетоны вместе и раздельно. Влияние заполнителей на прочность цемси-. а изучалось на бетонах вибрированной консистенции.

Прочностные и другие данные исследованных бетонов приведены в табл. 1. Часть бетонов была подвергнута испытанию на морозостойкость (25 циклов замораживания при—17°).






Проведенные исследования с достаточной полнотой позволили установить, что смеси из молотого гранулированного доменного шлака Магнитогорского металлургического комбината и низкомодульного растворимого стекла обладают весьма высокой активностью. Это открывает большие возможности для по- лучения материалов различных видов и назначения (обычных, химически и термически стойких п т. Д.).

Из шлакосиликатного вяжущего можно легко и просто изготовлять материалы обычной прочности и назначения материалы средней и высокой прочности, высокопрочные быстротвердеющие и сверхпрочные бетоны, прочностные показатели которых приближаются к металлам и достигают 1 ООО кг; см2 и более.

Исследования показали, что прочность шлакосиликатного материала зависит от состава и количества добавки растворимого стекла, а также от режима твердения.

Лучшие показатели получены с растворимым стеклом модуля 1,50. Прочность шлакосиликатного материала, приготовленного с жидким стеклом, имевшим модуль 2,8 в 10—20 раз ниже.

При затворении шлакосиликатного цемента раствором жидкого стекла удельным весом 1,4 прочность цементного камня составила 1200 кг/см2 (при расходе силикат-глыбы 8% от веса шлака). При затворении же раствором стекла удельным весом 1,06 прочность камня составила лишь 153 кг/см2 (расход силикат-глыбы 1,8% от веса шлака).

Шлакосиликатный материал почти одинаково хорошо твердеет й воздушно-сухих или влажных условиях при 20°, при искусственной сушке и пропаривании.

Шлакосилнкатиые материалы являются не только высокопрочными, но и быстротвердеющими. Прочность их в условиях воздушного хранения при 20° через сутки твердения составила 300 кг/см2, к трем суткам достигла 600 кг/см2, через семь суток возросла до 800 яг/см2 и т. д.

Шлакосиликатный материал является вяжущим веществом для приготовления различных видов растворов и бетонов

Прочность растворов из смеси шлакоснликатного цемента с обычным строительным песком при составах растворов 1 : 3 равняется 593 кг/см2, при 1 : 2— 800 кг/см2. Смесь цемента с гранитным щебнем в соотношении 1 : 2 дает после пропаривания прочность 1 000 кг/см2.

При определении марки шлакосиликатного цемента по обычной методике испытания цементов установлено следующее:

нормальная густота шлакосиликатного цемента при удельном весе раствора стекла 1,3 равнялась 35% от веса сухого молотого шлака (по объему);

сроки схватывания: начало—35 мин.; конец —2 час. 40 мин.,

прочность пропаренных пластичных растворов состава 1 ; 3 с Вольским песком на растворе жидкого стекла удельного веса 1,30—449 кг/см2, а при составе 1 :2—843 кг/см2, расход силикат- глыбы в растворах составов 1:2 и 1:3 почти одинаков и составляет 3,5% от веса сухой смеси.

Высокие вяжущие свойства системы шлак — растворимое стекло, по-видимому, являются результатом физико-химических процессов, протекающих в этой системе.


Возникающие новообразования обладают высокими связующих свойствами: они скрепляют между собой зерна шлака и обеспечивают получение твердого высокопрочного материала.

Как показали микроскопические исследования, продукты взаимодействия стекла со шлаком образуются непосредственно на поверхности зереи шлака и имеют явно выраженный кристаллический характер (хорошо поляризуют под микроскопом).

Таким образом, из гранулированных Доменных шлаков получено новое высокопрочное вяжущее вещество — шлакосиликатный цемент.

Шлакосиликатный цемент дешевле портландцемента, так как более 90 % его составляют промышленные отходы (гранулированный доменный шлак).

Дальнейшее изучение свойств шлако-силикатных материалов и внедрение их в производство даст возможность выпускать ежегодно несколько миллионов тонн высокопрочных быстротвердеющих материалов типа цементов.