Возможности использования кислых доменных и мартеновских отвальных шлаков для производства ячеистых бетонов —

В крупнопанельном строительстве все более широкое применение получают ячеистые бетоны, в том числе газошлакобетоны на основе доменных гранулированных шлаков.

Трест Тагилстрой накопил значительный опыт использования гранулированных шлаков для производства бесцементных ячеистых бетонов С ростом потребности в эффективных строительных материалах возникает необходимость применения для производства ячеистых бетонов не только гранулированных, но и отвальных (доменных и мартеновских) шлаков, запасы которых весьма велики.

Учитывая это, центральная лаборатория треста Тагилстрой в содружестве с НИИЖБом АСиА СССР провела исследования возможности использования отвальных шлаков для изготовления газобетонов. Результаты этих исследований освещены в настоящей статье.

Характеристика основных материалов, использованных для исследования и опытных работ, дана в таблице.

Из данных таблицы видно, что отвальные доменные и мартеновские шлаки являются кислыми. Отвальный доменный шлак в основном состоит из кристаллической фазы, представленной геленитом. Кроме того, в нем содержатся меллилит, периклав, P,C2S, псевдоволластонит и сульфид кальция. Мартеновские шлаки содержат повышенное количество окиси железа и окиси марганца и пониженное — окиси кальция.

В связи с тем, что мартеновские шлаки образуются при более низкой температуре, чем доменные, они плохо кристаллизуются и в основном состоят из стекловидной массы. По данным петрографического анализа в мартеновском шлаке присутствуют меллилит, монтичелит, периклаз, алюмоферрит и pC2S, а также значительное количество окислов железа.

Для исследования газошлакобетона изготовлены образцы размером 10X10X10 см. Их обрабатывали в автоклаве под давлением 8 ати по режиму 2 + 8 + 4 час. Наряду с изучением физикомеханических свойств на аналогичных образцах газошлакобетона с применением дифференциального термического, рентгеноструктурного и химического анализов, исследовались также фазовый состав и получаемые новообразования.

Как видно из рис. 1, наиболее высокими прочностными показателями обладает бетон на отвальном доменном шлаке при соотношении известковошлакового вяжущего и золы, равном 1 : 1,5.

При меньшем содержании золы и увеличении количества шлака прочностные показатели снижаются. Наблюдается большая склонность материала к объемным деформациям, вспучиванию, образованию трещин, что связано с преобладанием в шлаке кристаллической фазы снизить до 9% от веса сухих материалов. Тонкий помол кремнеземистого компонента и тонкий совместный помол его со шлаком также дает прирост прочности, однако менее значительный, чем при тонком измельчении одного шлака. Прочность материала на основе песка несколько выше, чем на золе. Следует отметить, что склонность к объемным деформациям и растрескиванию в процессе автоклавной обработки при использовании тонкомолотых шлаков уменьшается.

Таким образом, помол шлака до удельной поверхности 6000 см2/г позволяет повысить прочность материала или уменьшить содержание извести в нем.

Безусловно целесообразно совместное применение гранулированного к отвального шлаков

Как показывают кривые на рис. 3, замена до 50% гранулированного доменного шлака отвальным сравнительно мало влияет на прочность газошлакозолобетона. Она во всех составах превышает 60 кг/см2, при этом количество вводимой в смесь извести уменьшается с 15 до 10%. Объемных изменений газошлакозолобетона не наблюдается. Дальнейшая замена гранулированного шлака отвальным резко снижает прочность материала и повышает склонность его к растрескиванию.

Мартеновский шлак, более кислый, чем доменный отвальный, состоит в основном из стекловидной фазы н не вызывает растрескивания ячеистого шлакобетона

Так же, как при изготовлении изделии на гранулированном доменном шлаке, оптимальное соотношение мартеновского отвального шлака и золы составляет 1 : 0,6 (рис. 4). Однако величина оптимальной добавки извести кипелки по СаО увеличивается до 15% от веса сухой смеси (при использовании гранулированного доменного шлака добавка составляет 6—8% СаО). Новообразования в основном создаются благодаря вводимой извести, а не за счет минералов шлака, Содержащих окись кальция.

Оптимальная прочность ячеистого шлакобетона объемного веса 700 кг/м3 на золе составляет 40 кг/см2, а на основе песка (при введении 12% СаО) достигает 70 кг/см2.

Прочность газошлакобетона на основе песка определяется образованием одноосновных гидросиликатов тоберморитовой группы, а на основе золы — образованием в равной степени гидрогранатов C3AS 1,0-ьз Н4—з,2 и одноосновных гидросиликатов.

В мартеновском отвальном шлаке меньше двуокиси алюминия, чем в доменном гранулированном; кроме того, присутствующие в первом соединения, содержащие А1203. облагают малой активностью. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, автоклавный газошлакозолобетон на мартеновском отвальном шлаке содержит при равных условиях меньше гидрогранитов и обладает меньшей прочностью, чем на основе гранулированных доменных шлаков.

В то же время по содержанию Si02 и активности кремнеземистых соединений (однокальциевый и двухкальциевый силикат) мартеновский отвальный и доменный гранулированный шлаки меньше отличаются друг от друга. Прочность газошлакобетона на основе песка и малоактивных отвальных мартеновского и доменного шлаков выше, чем при использовании золы. В бетоне с применением песка и трех различных видов шлака содержание новообразований, представленных одноосновными гидросиликатами, отличается (при равных условиях) не очень значительно.

При производстве газошлакозолобетона можно применять одновременно смесь гранулированного доменного и отвального мартеновского шлаков. Однако при добавке мартеновского шлака наблюдается более резкое снижение прочности материала, чем при использовании доменного.

По составу новообразований ячеистые бетоны на различных шлаках незначительно отличаются друг от друга, но в материале намалоактивных шлаках новообразований меньше. Рост количества новообразований достигается при увеличении добавки извести-кипелки. Правда, величина достигаемой при этом прочности невелика, так как увеличивается инертный балласт, вводимый с известью и шлаком (окислы железа, СаС03).

Во время опытных работ была изготовлена партия блоков размером 1,54×0,65X0,24 м. При наблюдении за ними в течение года на наружной поверхности бетона не было обнаружено заметных трещин, а на арматуре, покрытой цементно-казеиновой обмазкой, — следов коррозии.

Результаты проведенных исследований и опытов дают основание считать, что ячеистый бетон на основе отвальных доменного и мартеновского шлаков имеет примерно такие же свойства так и газозолосиликаты, требуя, однако, меньшего расхода извести. Он уступает по физико-механическим свойствам и экономичности ячеистому бетону на основе гранулированного доменного шлака. Увеличение тонкости помола шлака до 6000 см2/г, которое может быть достигнуто при использовании вибромельниц, значительно повышает активность шлака. Хорошие результаты дает одновременное использование отвальных доменных и мартеновских шлаков в смеси с гранулированными доменными при производстве автоклавного газошлакозолобетона.

Состав новообразований в автоклавном ячеистом бетоне на основе отвальных доменного и мартеновского шлаков почти такой же, как при использовании гранулированного шлака, однако в первом случае новообразований при одинаковой добавке извести значительно меньше, причем количество гидрогранитов уменьшается более резко, чем гидросиликатов.

Проведенные исследования подтверждают, что на основе отвальных шлаков можно изготовлять крупноразмерные газошлакобетонные изделия.