О развитии производства и областях применения шлаковых бесклинкерных цементов

Современное строительство и заводское производство сборных конструкций и деталей основаны на широком применении бетонов различных видов, с различными прочностными и другими характеристиками. Ввиду этого обеспечение возрастающих потребностей строительства в вяжущих материалах должно, очевидно, идти за счет развития их производства в «нескольких направлениях.

За последние годы немало сделано и делается, чтобы увеличить выпуск быстротвердеющих, высокоактивных портланд- цементов, предназначенных для высокопрочных бетонов, твердеющих в нормальных условиях или при кратковременной тепловой обработке. В то же время значительный перечень строительных работ и производство многих сборных конструкций и материалов, в том числе стеновых, возможно и целесообразно осуществлять из тяжелых и легких бетонов на основе местных, дешевых бесклинкерных вяжущих.

В ряде районов Советского Союза с развитой металлургической промышленностью имеются практически неограниченные ресурсы исходного сырья для производства различных видов местных вяжущих — доменные шлаки. Основная масса шлаков, выпускаемая доменными печами, подвергается сейчас мокрой и полусухой грануляции. На ряде металлургических заводов проектируется внедрение бесковшовой уборки шлаков способом гидроудалення их на значительное расстояние по желобам. В результате этого количество гранулированных шлаков erne более возрастет.

В настоящее время эти шлаки используются в некотором количестве прн производстве вяжущих, но в гораздо больших размерах они применяются в качестве засыпок, балласта в дорожном строительстве и в виде инертных заполнителей для бетона. Между тем гранулированные доменные шлаки стекловидной структуры являются гидравлическим вяжущим веществом. И не случайно их относят к особой группе вяжущих, названной цементоидами.

Гидравлические свойства шлаков проявляются в присутствии активизирующих добавок при соответствующей тепловлажностной обработке Возбудителями процесса гидратации, наряду с известью, является гипс разных модификаций, обожженный доломит, хлористый кальций, растворимое стекло и др.

В зависимости от применения той или иной добавки определились и различные группы шлаковых бесклинкерных цементов: известково-шлаковый, известково-гипсо-шлаковый (трехкомпонентный), гипсо-шлаковый, сульфатно шлаковый и др.

Поскольку в составе шлаковых бесклинкерных цементов содержится 80—85% гранулированного шлака и только 15— 20% активизирующих добавок, в основном щелоче-сульфатно- го воздействия, представляется целесообразным объединить понятие о бесклинкерных вяжуших, введя для них единое название, например: «шлаковый бесклннкерный цемент»

Необходимо унифицировать технологию производства, раз работать соответствующие нормативы и уточнить области применения бесклинкерных вяжущих, получаемых на основе доменных шлаков.

Установлено, что на основе гранулированного шлака (кислого или основного), извести- кипелки и добавки гипса (3—5%) возможно получение бесклинкерного цемента активностью 100—200 кг!см2 (при испытании по ГОСТ 310—41) при нормальном помоле и до 400 кг1см2 — при сверхтонком помоле.

Производство трехкомпонентного шлакового бесклинкерного цемента несложно и не требует специального оборудования.

Весь процесс сводится к подсушке шлака, дозировке составляющих н помолу их в обычных мельницах.

Особого внимания заслуживает дальнейшее увеличение выпуска шлаков полусухой и сухой грануляции, поскольку это позволит резко снизить затраты на сушку сырья при производстве вяжущих, а в некоторых случаях вообще обойтись без сушки. В частности, при влажности шлака до 5—6% и применении свежеобожженной извести-кипелки можно использовать экзотермический эффект реакции гашения в процессе похшла шихты.

Производство шлаковых бесклинкерных цементов, даже при условии применения шлаков мокрой грануляции, весьма экономично. Расходы на подготовку сырья для получения бесклинкерного цемента на 35—40% ниже в сравнении с портландцементом средних марок. Расход условного топлива на тонну продукции соответственно снижается на 70%. а удельные капиталовложения на создание предприятий равной производительности— на 60—65%. Наконец, себестоимость бес- клиикерного цемента составляет лишь около 40% от стоимости портландцемента.

До сих пор активность шлаковых бесклинкерных цементов определялась применительно к условиям твердения их при нормальной температуре, в результате чего эти вяжущие относились к категории низкоактивных с весьма ограниченной областью их применения.

С целью наиболее полного выявления активных свойств различных шлаковых бесклинкерных цементов, твердеющих в нормальных условиях (при 20°). в пропарочной камере (при 85—95°) и автоклаве (давление 8 атм), а также для выбора наиболее рациональных активизирующих добавок в Днепропетровском филиале ЮЖНИИ были исследованы опытные партии бесклинкерных цементов. Они готовились с применением гранулированных шлаков металлургических заводов южных и восточных районов СССР и нескольких видов активизирующих добавок В табл. I приводится физико-химическая характеристика доменных гранулированных шлаков двух разновидностей, наиболее типичных по своим свойствам для металлургических заводов Юга и Урала.

Петрографическими исследованиями установлено, что указанные шлаки не однородны в минералогическом отношении и представлены бесцветными, желтовато-бурыми и слабо-желтыми обломками слабо кристаллизованного стекловидного вещества с неодинаковой степенью кристаллизации.

При рассмотрении микрошлифов гранулированного основного шлака Днепродзержинского завода определено, что количественное соотношение кристаллической и стекловидной Фаз находится в пределах 3—10°/и и 99—97%.

Определение активности шлаковых цементов различных составов производилось нами по обычной методике (ГОСТ 310—41) с тон лишь разницей, что, кроме образцов в нормальных условиях, как предусматривается ГОСТом, отдельные партии подвергались пропариванию в камеге в течение 12 час. при температуре изотермического прореза



Данные о прочности этих бетонов в зависимости от активности вяжущего, его содержання в кубометре бетона и условий твердения представлены на рис. 3. Опыты показывают, что в результате тепловой обработки в пропарочных камерах при 90—95° в течение 12— 16 час. получаются бетоны марки 200

Особенно эффективно применение бесклинкерного цемента а автоклавных изделиях, где при сравнительно невысоком рас ходе вяжущего возможно получение бетонов марки 300—400 На основе бесклинкерных шлаковых вяжущих можно готовить не только тяжелые бетоны, но эффективные (автоклавные и безавтоклавные) изделия из легких бетонов марок 35— 150: термозитобетона (цемент-Ггранулированный шлак+шлаковая пемза); термозитопснобетона (вспененный цементный раствор-шлаковый щебень) и гермозитогазобетона

При изготовлении опытных образцов применялась термозитоячеистая пластичная смесь с осадкой малого конуса 8— 9 см (без уплотнения) при водовяжущем отношении 0,26— 0,29.

На рис 4 представлены данные о физико-механических свойствах автоклавного и неавтоклавного термозитобетона



Таким образом, при обычном пропаривании (90— 95°) и расходе бесклинкерного вяжущего в пределах 250—350 кг/м3 обеспечивается получение легкого шлакобетона прочностью (к 28-дневному возрасту) от 50 до 100 кг/см3. При запаривании в автоклаве под давлением 8 атм прочность соответственно увеличивается в 1.8—2 раза.

Серьезный научный и практический интерес представляет вопрос долговечности бетона после интенсивной тепловлажностной его обработки.

Приведенные на рис. 4 данные свидетельствуют о значительном нарастании прочности со временем у пропаренного термозитобетона, что было выявлено нами в ряде ранее проведенных исследований. Этого, как известно, не наблюдается в шлакобетонах, изготовляемых на портландцементе. Результаты проведенных опытов указывают на возможность корректировки прочности шлакобетона на местных вяжущих (в сторону увеличения) с учетом рре.менм твердения после его пропаривания в камерах и тепло-влажностной обработки в автоклавах.

На рис. 5 приьедеиы показатели прочности и объемного веса термозитоячеистого бетона, полученного на основе бесклинкерного шлакового цемента и различных пено- и газообразователен, автоклавированного при 8 атм по режиму 2 + 8 + 2 час. Опытами установлено, что термоячеистые бетоны на иссклинкерном вяжущем выдерживают 25-50 циклов испытаний на морозостойкость и являются вполне воздухостойкими материалами.

В этих бетонах практически устраняются явления усадки массы и трещиноватость в процессе пропаривания и твердения бетона во времени.

На Днепропетровском заводе «Стройдеталь организовано массовое производство крупноразмерных строительных деталей из легкого и тяжелого бетона на шлаковом бесклинкерном цементе (блоки наружных стен типа НМС-2-4, блоки-перемычки ВНС-25, сантехнические и электротехнические блоки ВНСО-24, ВНСО-2 и др.). В 1961 г. здесь было изготовлено армированных и неармированных детален и конструкций в количестве более 30 тыс. м3.

В Кривом Роге, Запорожье, в Донбассе, на Урале изготавливаются крупные стеновые блоки из бего на и термозитобетона марок до 200, пустотелые плиты перекрытий, плиты покрытий типа ПКЖ и т. д.

Однако явно недостаточный объем промышленного приме нения бесклинкерных вяжущих сдерживается сравнительно малым их выпуском.

В Советском Союзе работают более 25 помольных установок общей производительностью около 1,0 млн. т шлакового бесклинкерного цемента в год, из которых только два предприятия имеют сравнительно большую годовую производительность: Магнитогорский завод (83 тыс. г) и Запорожский завод (100 тыс. т). Остальные представляют собой кустарные предприятия с годовой производительностью 15—40 тыс. т.

Практика показывает, что существующие технологические схемы н разработанные па их основе проекты содержат ряд существенных недостатков, снижающих эффективность производства местных вяжущих материалов.

Это относится и к разработанному в свое время Ленинградским отделением института Росстромпроект типовому проекту установки на 100 тыс. т вяжущего в год. На примере работы Запорожского завода шлакового бесклинкерного цемента, построенного в 1960 г. по этому проекту, можно убедиться, что принятая система складирования и транспортировки сырья неоправданно сложна, основное технологическое оборудование размещено нецелесообразно, дорого обходится строительство здания. По этому проекту капитальные затраты на сооружение установки производительностью 100 тыс. вяжущего в год определяются в 720 тыс. руб., а себестоимость одной тонны продукции оказывается сравнительно высокой -- около 6,5 руб.

Следует признать целесообразным сырьевых материалов в непосредственной близости к отделению их переработки, ликвидировав этим удлиненные надземные и подземные транспортные галереи, перегрузочные станции, уточные склады, а также применение различных машин и механизмов, связанных с таким технологическим решением.

В районах с наличием большого количества гранулированных доменных шлаков должны сооружаться предприятия производительностью 200—300 тыс. т