Вулканические шлаки как компонент смешанных вяжущих для бетонов, эксплуатирующихся в условиях Сибири

В сложившихся условиях рыночной экономики, обеспечение доходностипредприятий строительной индустрии связано с необходимостью снижения себестоимости продукции. Одним извидимых путей достижения этой цели является использование местной сырьевой базыпри условии обеспечения качества продукции, отвечающего современнымтребованиям.

Применение тонкомолотых минеральных добавок и ряда другихтехнологических приемов экономии цемента в бетонах обусловлено тем, что вяжущиесвойства современных цементов используются не более чем на 50 %. Весьма перспективныдля использования в вяжущих и бетонах местные природные материалы. Среди нихособый интерес представляют вулканические породы, крупные месторождения которыхрасположены в Забайкалье. Их минеральный и химический состав существенноотличается от составов других месторождений. Особенности состава и структурывулканических шлаков, их хорошая размалываемость, значительные объемы сырьевыхресурсов — всё это говорит в пользу их использования в технологии производствасмешанных вяжущих и бетонов на их основе.

Отличительной особенностью большинства вулканических шлаков является ихвысокая реакционная способность, что и предопределяет их активное участие впроцессах гидратационного структурообразования цементного камня в бетоне [4].

Основная цель данного исследования заключалась в определениипотенциальных возможностей использования вулканических шлаков Забайкалья вкачестве активной минеральной добавки в смешанном вяжущем на основепортландцементного клинкера для легких бетонов, применяемых при строительстве вусловиях Сибири.

В работе изучены физико-механические свойства смешанных вяжущих,полученных путем совместного помола портландцементного клинкера Тимлюйскогоцементного завода; вулканических шлаков (ВШ) Хурай-Хобокского месторождения,расположенного в Тункинской впадине в бассейне р. Иркут, с насыпной плотностью750 кг/м3 и содержанием SiO2 46 % (табл.1, 2) и поверхностно-активных веществ (ПАВ),в качестве которых нами использовались суперпластификатор С-3 игиперпластификатор Viscokrete105-P.

SiO2	Al2O3	Fe2O3	FeO	TiO2	CaO	MgO	R2O
44–47	15–19	2,6–2,8	7,7–8,0	1,2–2,0	7,3–8,6	6,2–9,9	2,0–4,5

Таблица 1. Химический состав вулканических шлаков Хурай-Хобокского месторождения,%

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Прочее
20,8	6,68	2,37	66	3,8	0,29	0,06

Таблица 2. Химический состав клинкера марки 400, %

Для уменьшения эффекта агломерации и для интенсификации помола передмеханоактивацией в состав смешанного вяжущего вводилась добавка —интенсификатор помола, в качестве которой использовалось ПАВ суперпластификаторС-3 (в масс. %: продукт конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида — 60–99,8;сульфат натрия — 0,1–20; лигносульфонат — 0,1–20) и гиперпластификатор Viscokrete 105-P(на основе поликарбоксилатных полимеров).

Вулканический шлак, портландцемент и ПАВ предварительно смешивают, азатем подвергают совместной механоактивации до порошкообразного состояния составляющихшихты с Sуд=400–450 м2/кг.

Механическая активация вулканических шлаков в измельчительных аппаратахявляется удобным в технологическом отношении приемом, при которомвысокоэнергонапряженные воздействия на обрабатываемый материал приводят к повышающимего эффективность физико-химическим изменениям. Под воздействием интенсивноймеханической нагрузки при измельчении, наряду с возрастанием удельнойповерхности измельчаемого материала, наблюдается обширное дефектообразование иаморфизация кристаллической решетки вещества, что приводит к повышениюактивности и растворимости сырья [1]. Выбор активатора основан на анализехарактера приложения разрушающей нагрузки, при которой возможна максимальнаяактивизация используемых минеральных добавок при низких энергетическихзатратах.

В данной работе механоактивация проводилась на стержневом вибрационномизмельчителе ДРМ-75Т с ударно-сдвиговым характером нагружения (нагрузка 1000 г) и в планетарноймельнице.

Определение оптимального времени механоактивации вяжущего имеетсущественное значение для формирования его начальной структуры. Для этого важноопределить момент оптимальной тонкости помола исследуемого материала.Необоснованное увеличение времени активации приведет к увеличению себестоимостиготового продукта засчет увеличения энергетических затрат на процесспомола вяжущих и к дополнительному износу помольного оборудования.

С увеличением времени активации увеличивается степень дисперсностивяжущих, что приводит к увеличению их активности. Оптимальное время активациисмешанного вяжущего (рис. 1)составило 2–3 мин.

Рис. 1. Влияние времени активации на тонкость помола. 1 — сухая активация, вяжущее низкойводопотребности (ВНВ) + 1 % С-3 в виброистирателе; 2 — то же, но в планетарной мельнице; 3 — сухая активация, ВНВ + 0,12 % Viscokrete 105-Р в виброистирателе;4 — то же, но в планетарной мельнице;5 —сухая активация, ВШ+Ц в виброистирателе; 6 — то же, но в планетарной мельнице.

Количество ВШ в смешанном вяжущем, %	Характеристики цементного теста			Сроки схватывания, мин
	В/Ц	В/Т	WD	Начало	Конец
0	0,27	0,27	–	225	280
10	0,39	0,35	0,97	320	445
20	0,46	0,37	0,77	290	365
30	0,56	0,39	0,68	225	275
40	0,71	0,43	0,66	200	265
50	0,92	0,46	0,65	185	225

Таблица3.Влияние доли вулканическою шлака на сроки схватывания цементного теста

Как видно из данных табл. 3, повышение количества ВШ безприменения ПАВ в составе смешанных вяжущих приводит к увеличению В/Ц, тогда какдоля воды при затворении смешанных вяжущих, приходящейся на минеральную добавку(WD), с увеличением ВШуменьшается. Согласно данным проведенных исследований, добавка не оказываетзначительного влияния на сроки схватывания смешанных вяжущих, но существенноувеличивает его водопотребность. Это свидетельствует о высокой адсорбционнойспособности минеральной добавки.

Содержание добавок, масс. %		Прочность образцов, МПа
		после пропаривания		через 7 сут.		через 28 сут.
ВШ	ПАВ	на изгиб	на сжатие	на изгиб	на сжатие	на изгиб	на сжатие
–	–	3,80	28,40	3,40	26,00	5,40	41,00
30	С-3, 0,8 %	4,85	34,80	3,90	29,70	5,60	46,80
30	Viscokrete 105-P, 0,1%	4,79	32,50	3,78	29,15	5,50	46,20
40	С-3, 0,8 %	4,60	29,80	3,70	28,0	5,50	44,10
40	Viscokrete 105-P, 0,1%	4,45	29,35	3,55	27,50	4,95	43,50
50	С-3, 1%	4,00	28,30	3,50	26,30	5,0	41,50
50	Viscokrete 105-P, 0,12%	3,80	27,73	3,40	25,87	4,85	40,90

Таблица 4.Физико-механические свойства вяжущего

Как свидетельствуют данные табл. 4, активность полученных вяжущихвыше активности исходного цемента. Применение гиперпластификатора менееэффективно. Вероятно, это связано с тем, что малое количество ПАВ неравномернораспределяется по объему в процессе интенсивной механоактивации. Ростгидратационной активности составов Ц:ВШ=70:30 и Ц:ВШ=60:40 связан с обширнымдефектообразованием и аморфизацией кристаллической решетки.

Данные рентгенофазового анализа висследованиях [2, 3] свидетельствуютоб образовании гидросиликатов Caтипа CSH(I) и CSH(B) в виде геля с низкой степенью закристаллизованности,гидросиликатных, гидроалюмосиликатных гелей, состоящих изсубмикрокристаллических фаз типа C2ASH8, C2SH(A) и др.

Проведенный нами расчет [2]величины аккумулированной энергии в обрабатываемых материалах показал, чтопоглощение энергии в исследуемых материалах вследствие истирающих воздействийотносительно полученной удельной поверхности больше, чем поглощение энергии врезультате удара и сжатия. Это обуславливает более высокую степень гидратации ипрочность смешанных вяжущих.

Также установлено, что величинаудельной поверхности тонкомолотого вулканического шлака позволяет регулироватькак технологический процесс получения легкого бетона, так и егоэксплуатационные свойства.

Литература:

1. Авакумов Е. Г. Механическиеметоды активации химических процессов. — Новосибирск: Наука, 1986.

2. Гончикова Е. В., Убонов А. В.Энергосберегающие технологии строительных материалов на основе минеральногосырья Бурятии // Материалы всероссийской научно-технической конференции «Приоритетныенаправления развития науки и технологий». — М.; Тула: ТулГУ, 2006. — С. 105–106.

3. Гончикова Е. В., Чимитов А. Ж.,Убонов А. В. Механоактивация смешанных вяжущих низкой водопотребности на основевулканических пород Забайкалья // Материалы международной научно-техническойконференции «Актуальные проблемы современного строительства». — Пенза: ПГУАС,2007. — С. 316–319.

4. Наседкин В. В. и др. Вулканическийшлак и пемза, их месторождение и генезис. — М.: Наука, 1987.