К.т.н. Мороз М.Н., студент Суздальцев О.В., студент Герасимов С.C.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Неаддитивный характер формирования прочности из

смеси шлаков разной реакционной активности

Минеральношлаковые материалы, состоящие из молотых шлаков и горных пород предусматривают использование реакционных молотых гранулированных шлаков. В минеральношлаковых вяжущих (МШВ), доля шлака в которых составляет 30-60%, а содержание основных активизаторов твердения не превышает 2-3%, жидкостекольные активизаторы теряют свою основную функцию. Как показано в работе [1] при содержании жидкого стекла 2-3% от массы МШВ невозможно получить конденсационно-твердеющие структуры. Это объясняется, во-первых, низкой щелочностью би- и трисиликатных жидких стекол (силикатный модуль 2-3), не превышающей по показателю рН значений 11,3-12,8 [2]. При разбавлении стекол водой затворения для смесей полусухого прессования или, особенно, для вибропрессования рН еще более понижается. Во-вторых, олигомерно-полимерная структура растворимых стекол, повышенная вязкость осложняют протекание растворно-диффузионного механизма твердения МШВ, и, тем более, малошлаковых (геошлаковых). Перемещение крупных олигомерных молекул силиката щелочного металла от частиц горной породы к реакционно-способным частицам шлака осложняется стерическими условиями.

Таким образом, основными активизаторами МШВ могут быть сильные щелочи и водорастворимые щелочные соли в небольших дозировках. В случае использования соды, поташа или фосфата натрия, необходимо добавление извести для регенерации щелочи в теле твердеющего вяжущего, т.к выделяемой шлаком гидролизной извести недостаточно для реакции каустификации солей, как это происходит в чистых содошлаковых вяжущих.

К сожалению, в природе нет горных пород, способных возместить недостаток гидролизной извести в шлаках, когда доля его в МШВ составляет 40-60%, а в геошлаковых 10-20%. Однако среди техногенных отходов, в частности, зол и золошлаковых отходов ТЭЦ, отвальных шлаков металлургических предприятий и ваграночных шлаков литейных производств доля свободной или связанной извести может быь достаточно высокой. Некоторые отвальные шлаки чрезвычайно медленно твердеют при затворении водой и хорошо активизируются щелочными добавками, хотя прочность их всегда ниже, чем гранулированных с близкими химическим составом и модулями активности и основности.

В качестве объекта исследований использовался отвальный чугунолитейный шлак производства «КАМАЗ», ОАО «Металлург», размолотый до удельной поверхности 350 м²/кг после магнитной сепарации остаточного металла (14% от массы шлака). Для сравнения использовался Липецкий гранулированный шлак с S_уд = 356 м²/кг. Химический состав шлака представлен в табл. 1. Модули основности Липецкого шлака и шлака «КАМАЗ», соответственно, 1,6 и 1,13, модули активности – 0,24 и 0,25. Кроме индивидуальных шлаков использовали смесь шлака «КАМАЗ» с Липецким чугунолитейным шлаком в соотношении по массе 1,5:1,0.

Таблица 1

Химический состав шлаков

Вид шлака	Содержание оксидов
	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	MnO	Fe2O3	FeO	S	F	Cr2O3
Липецкий	40,5	9,4	38,1	9,5	0,6	–	0,5	0,6	–	–
«КАМАЗ»	27,0	23,0	35,2	9,0	0,5	1,5	4,0	–	–	0,5

Образцы-цилиндры диаметром и высотой 25 мм изготавливали методом прессования при влажности 12%. В качестве активизатора использовался гидроксид натрия в количестве 3% от массы шлаков, вводимый с водой затворения. Твердение осуществлялось в воздушно-влажностных условиях в эксикаторе. Результаты представлены в табл.2. Как следует из табл. 2, Липецкий шлак, спрессованный при влажности 12% и при невысоком давлении прессования 25 МПа, имеют невысокую прочность при сжатии через 28 суток твердения. Низкая плотность его (2060 кг/м³) во влажном состоянии, свидетельствует о недостаточной формовочной влажности смеси и недопрессовки ее. Последующее прессование Липецкого шлака при влажности 14% повысило среднюю плотность до 2210 кг/м³ со значительным повышением скорости набора прочности и нормативной прочности до 70 МПа. Повышенная плотность Камазовского шлака объясняется наличием тонкозернистого металла.

Проведенная серия экспериментов показала, что смесь двух шлаков менее активного и более активного не подчинятся правилу пропорциональных отношений, как в промежуточные сроки испытаний, так и через 28 суток твердения. Так, прочность смеси в соответствии с правилом аддитивности, должна быть 21,4 МПа (16,5×0,6+29,0×0,4 = 21,4), в то время как реальная прочность, практически на 23% выше. Через 75 суток это превышение прочности достигает 1,6 раза. Из табл. 2, также следует, что недоуплотненные прессованием шлаковые вяжущие реализуют свой резерв прочности в более позд-

Таблица 2.

Показатели плотности и прочности образцов при сжатии

№ п/п	Шлак	NaOH, %	В/Ш	r, кг/м^3	Прочность при сжатии, МПа, через, сутки
					2	14	28	75
1	«КАМАЗ»	3	0,12	2060	6,1	13,9	16,5	35,0
2	Липецкий	3	0,12	2260	9,4	23,1	22,0	61,3
3	«КАМАЗ»+Липецкий	3	0,12	2111	12,2	28,7	35,7	73,0

ние сроки твердения. Так прочность образцов из Липецкого шлака с плотностью 2060 кг/м³ повысилась через 75 суток до 61,3 МПа, в то время как более плотные образцы, спрессованные при влажности 14%, достигли к этому периоду прочности 88 МПа.

На основании приведенных исследований могут быть сделаны следующие выводы: 1) отвальный чугунолитейный шлак «КАМАЗ» обладает достаточно высокой гидравлической активностью при контактно-конденсационном твердении, обеспечиваемом силовым прессованием; 2) для повышения скорости набора прочности и нормативной прочности необходимо оптимизировать формовочную влажность прессуемых смесей; 3) имеющийся резерв прочности при длительном твердении позволяет на основе шлака «КАМАЗ» изготавливать МШВ и прессованные изделия на его основе с добавлением мелкозернистых заполнителей; 4) смесь гранулированного шлака и шлака «КАМАЗ» в соотношении 1:1,5 проявляют неаддитивный характер набора прочности. При этом проявляется парциальная прочность образцов из смеси шлаков значительно превышает прочность образцов из каждого шлака в отдельности.

Литература:

1. Калашников В.И., Хвастунов В.Л., Карташов А.А.. Роль и значение сильных щелочей и температурных условий в синтезе прочности минеральношлаковых и геошлаковых вяжущих: материалы МНТК. – Композиционные строительные материалы. – Пенза: ПДЗ. 2005 – С. 71-79.

2. Корнеев В.В., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла // Строийиздат. Ленинградское отделение: Ленинград. 1991. – 57с.