CC BY
46«эдущадум-лоугм&у »вттлмд / technical SCHMCE_33
УДК 691:699
Кульшикова С. Т.
Кыргызский университет строительства, транспорта и архитектуры имени Н.Исанова,
Кыргызстан, Бишкек
ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПЛИВНЫХ ШЛАКОВ ТЭС В МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ
БЕТОНАХ
Kulshikova S.T.
Kyrgyz State N.Issanov University of Construction, Transport and Architecture, Kyrgyzstan, Bishkek
EFFECTIVE USE OF FUEL SLAGS OF HEAT-ELECTRIC STATIONS IN SHORT-GRINED
CONCRETE
Аннотация
Статья посвящена актуальной проблеме расширения сырьевой базы строительной индустрии за счет использования топливных шлаков в составе мелкозернистого бетона. Проведена оценка влияния различных способов подготовки и введения топливных шлаков на основные свойства композиционных вяжущих. Показано как изменяются свойства топливных шлаков в мелкозернистых бетонах в зависимости от способа введения и степени активизации.
Abstract
The article is devoted to the urgent problem of expanding the resource base of the construction industry through the use offuel slags in the composition offine-grained concrete. The impact of various methods ofpre-paring and introducing fuel slags on the basic properties of composite binders has been evaluated. It is shown how the properties offuel slags in fine-grained concretes change depending on the method of introduction and the degree of activation.
Ключевые слова: техногенное сырье; золошолаковые отходы; смешение; измельчение; композиционное вяжущее; минеральная добавка; гидравлическая активность; химико-минералогический состав; плотность, прочность.
Keywords: man-made materials; ash waste; mixing; grinding; composite binder; mineral supplement; hydraulic activity; chemical and mineralogical composition; density.
Во всём мире золошлаковые отходы угольных электростанций уже давно находят широкое применение в жилищном, дорожном и ландшафтном строительстве, в производстве строительных материалов, снижая их себестоимость минимум на 1520 % [1, 2, 5, 7].
Золошлаковые отходы как минеральные добавки в бетон могут вводиться двумя различными способами: взамен части цемента и взамен части песка. Другие варианты, когда добавка частично заменяет цемент и частично песок. Пуццолановая активность здесь проявляется при любых способах введения добавок, но наибольший эффект проявляется во втором случае [3]. Поскольку песок является относительно инертным материалом в отличие от минеральных добавок, которые не только участвуют в процессах гидратации цемента, но и выполняют структурообразующую роль на уровне физико-химического взаимодействия частиц бетона как композиционного материала [4].
Особенностью композиционных цементов является более медленный темп набора прочности, которая в ранние сроки твердения уменьшается в сравнении с обычными портландцементными бетонами и начинает значительно возрастать по истечении 28 суток [5].
Такие заполнителем как золошлаки относятся к химически активным и по механизму взаимодействия с цементной матрицей бетона уже в нормальных условиях реагируют с Са(ОН)2, содержащимся
в капиллярно-пористой среде изделий, с образованием гидросиликатов кальция, что сопровождается срастанием заполнителей и цементной матрицы и полной ликвидацией зазоров между ними. Образующиеся гидросиликаты и гидроалюминаты кальция в той или иной степени усиливают сцепление в контактной зоне бетона, а в условиях химической агрессии способствует кальматации контактной зоны между заполнителем и цементной матрицей бетона повышая его долговечность [8].
Используемые в исследованиях топливные шлаки представляют собой плотную массу высокой прочности, полученные сжиганием угля месторождения «Шубаркуль» Республики Казахстан в пылевидном состоянии. Шлак характеризуется содержанием крупных расплавленных и застывших в результате охлаждения масс (^аиб50-120мм). Плотные гранулы состоят в основном из стекловидных фаз: стекло желтоватое, относящееся к системе СаО -Ре20з-$Ю2; стекло бурое, темно-бурое и черное, с содержанием стеклофазы (20-30%); отмечается кристаллические образования (кварц, кальцит, муллит, магнетит, С28; СА и др.). В зависимости от химического состава шлаки содержат 40-60% стек-лофазы, не содержат свободного СаО и практически не содержат несгоревшего топлива. Фазовый состав топливных шлаков вследствие высокой температуры оплавлен в круглые агрегаты с кристал-
«ш^шетим-лигмаьжш),^» / тшшюеАк юима
лизацией в стекле иголок муллита, анортита и непрозрачных фаз: магнетита в виде дендритов, а гематита в виде пластинок.
Проведенные исследования [5,6] подтвердили возможность использования топливного шлака как активного заполнителя и как компонента композиционного вяжущего. Прочность вяжущего к 28 суткам практически равнозначна образцам на чистом цементе, что указывает на эффективность введения топливного шлака как активного микронаполнителя для получения композиционных малоклинкерных цементно-шлаковых вяжущих (ТЦТТТВи)
Целью исследований является разработка составов мелкозернистого бетона на композиционном цементно-шлаковом вяжущем и мелком заполнителе из топливного шлака.
Вяжущее (ЦШВи) представляет собой совместно измельченную смесь цемента и топливного шлака (10; 30 и 50%) в течение часа. Заполнителем в МЗБ являлся природный песок и измельченный в щековой дробилке топливный шлак грубой (5-10 мм) и тонкой (0-5 мм) фракций.
Рассмотрены составы МЗБ с различным соотношением вяжущих ШЦВик заполнителям разных фракций шлака (Т) и песка (П).
В составе МЗБ (1) при соотношении ШЦВи : Ш (5-10мм): П - 1:2:1
подвижность смеси (1,5... 3,5 мм) и В/Ц (0,551,0) изменялись в зависимости от количества топливного шлака 10, 30, 50% в вяжущем. Плотность образцов изменялась в пределах 1790 и 1910 кг/м3. Прочность МЗБ после ТВО (при 10% шлака в вяжущем) составляет = Ю.31 МПа; =
(при 30%) и = 7.32 МПа (при 50%). На рис.1 видно, что при увеличении содержания шлака в вяжущем прочность/?^-0снижается почти на 29 %.
В составе (5) при соотношении ШЦВи:Ш (5-10мм):Ш(0-5мм) - 1:3:1 подвижность смесей 2,0 -2,5 при В/Ц = 0,78-0,84. Плотность МЗБ составляет 1300-14500 кг/м3. Такая плотность относится к
34_
После 28 суток твердения (рис. 2) прочность МЗБ по мере наполнения вяжущего шлаком снижается
от/?- =20,13 до9,71МПа на 50%.
В составе (2) при соотношении ШЦВи:Ш (510мм ) - 1:2подвижность смесей 2-4 см при В/Ц = 0,56-0,69 соответственно. Плотность при этом составляет р = 1680-1760 кг/м3. Прочность Р^^^3 снижается от 10,42 до 8,8 МПа, т.е. на 15,5 %, для
Ксж* от 21-37 Д° 10-9 спаД на 49
Состав (3) отличается от (2) тем, что количество заполнителя той же фракции (5-10 мм) увеличено при соотношении ШЦВи :Ш = 1 : 3. Здесь подвижность смесей составляет 1,5 - 2 см при В/Ц = 0,74-0,92 и плотность в пределах р = 1300... 1450
кг/м3.Изменение прочности при количестве
топливного шлака в вяжущем 10% ^.79
МПа и при 50% 3,21 МПа, т.е сброс проч-
ности практически отсутствует. При твердении образцов МЗБ 28 суток в нормальных условиях эти показатели практически равнозначны и составляют
- при 10% золы = 5,21; при 30% = 5,16
и при 50% = 4,85 МПа.
При соотношении ШЦВи:Ш = 1 : 3 ( состав 4) шлак представлен мелкой фракцией (0-5 мм). Подвижность смесей 1,5- 2см при В/Ц 0,62-0,77 и плотность МЗБ р = 1690-1580 кг/м3. С увеличением
РТЕО
шлакового наполнителя в вяжущсмА сж снижа-
□ т2 9
етсяотбДб до 4,82 МПа, т.е. на 21,7 %и п^. снижается от 9,3 до 4,77 МПа на 48,7 %.
крупнопористому бетону и соответственно прочность МЗБ после ТВО составляет 2,18...2,05
МПа, а К^З-3 3,87...3,5 МПа.
£ 30
оТ 25
I 20
и П!
1 15 ее
Ь 10 о
5 5 £1
с 0
Прочность Рсж после ТВО
' 28,42
17,71
9,4
1. 2. 3. 4. 5.
Номера составов МЗБ
6.
7.
10% золы 30% золы 50% золы
Рис. 1 Прочность МЗБ после ТВО на шлако-цементном вяжущем (ШЦВи) и шлаковом заполнителе.
/ TECHNICAL SCIENCE 35
Прочность Rc^ после 28 суток
■ 10% золы
■ 30% золы
■ 50% золы
Рис. 2. Прочность МЗБ после28 суток твердения на шлако-цементном вяжущем (ШЦВи) и шлаковом
заполнителе.
Для составов (6) и (7) заполнителем является измельченный шлак и просеянный через сито 10 мм, т.е. он состоит из фракций 0-5 и 5-10 мм. Отличие состоит в том, что составе (6) соотношение ШЦВи:Ш (смесь фр.0-5 и 5-10 мм) - 1:2. А для состава (7) соотношение ШЦВи:Ш (смесь фр.0-5 и 510 мм) составляет -1:3.
Для состава (6) прочность составила/?^0 =
28,42- 15,3 МПа и для Я^3 = 33,22-17,2 МПа для
плотности МЗБ 1880-1760 кг/м3соответственно. Состав (6) показывает максимальную прочность из семи составов МЗБ при наполнении вяжущего топливным шлаком 10, 30 и 50% (рис. 2). МЗБ состава
(7) имеет/? = 17,71-9,4 МПа и для Я^8 =
21,71-11,2 МПа для плотности МЗБ 1870-1720 кг/м3соответственно.
Таким образом, анализ физико-механических характеристик МЗБ на вяжущем с содержанием топливного шлака 10; 30 и 50% и активном заполнителе показал:
- прочность МЗБ после ТВОЙ^0 > 20 МПа
обеспечивается для состава (6) при содержании в вяжущем 10 ...30% топливного шлака при соотношение ШЦВи:Ш (смесь фр.0-5 и 5-10 мм) -1:2;
ПТ2 9
-прочность Ксж > 20 МПа обеспечивается
также для составов (1) при ШЦВи:Ш(5-10мм):П=1:2:1, (2) тоже при ШЦВи :Ш = 1 : 3и (7) при ШЦВи: Ш (смесь фр.0-5 и 5-10 мм) = 1:3;
- максимальная прочность МЗБ К ^ 8 > 30
МПа обеспечивается только для состава (6), но при содержании в вяжущем шлака 10% и в соотношении ШЦВи:Ш (смесь фр.0-5 и 5-10 мм) - 1:2.
Применение топливного шлака в мелкозернистом бетоне с Л.гж >20 -30 МПа является экономичным и эффективным, он используется как часть вяжущего и как основной мелкий заполнитель. Топливный шлак участвует в процессах гид-
ратации цемента, взамодействуя с Са(ОН)2, а в контактной зоне обеспечивается хорошее сцепление с цементным камнем с повышением прочностных и деформативных свойств МЗБ.
Список литературы
1. http://www.ruffnews.ru/novocherkassk/ Shla-kovye-othody-Novocherkasskoy-GRES-nekuda-budet-devat-uzhe-cherez-2-goda_25757.
2. Зайченко Н. М. Высокопрочные мелкозернистые бетоны с модифицированными минеральными добавками из золошлаковых отходов Углегорской ТЭС // СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА / Ежегодный научно-технический сборник. Донецк ПромстройНИИпроект, 2007. - С. 145-151.
3. Зоткин А. Г. Микронаполняющий эффект минеральных добавок в бетоне // Бетон и железобетон. 1994. №3. С. 7-9.
4. Соломатов В. И., Кононова О. В. Особенности формирования свойств цементных композиций при различной дисперсности цементов и наполнителей // Строительство и архитектура. Сер. Изв. вузов. 1991. №8. С. 50-53.
5. Гольдштейн Л. Я. Использование топливных зол и шлаков при производстве цемента [Текст] / Л. Я. Гольдштейн, Н. П. Штейерт. - Л.: СТРОЙИЗДАТ, 1977. - 152 с.: ил. - Библиогр.: С. 147-150.
6. Джусупова М.А., Кульшикова С.Т. Композиционные вяжущие на основе отходов//Актуаль-наянаука [Текст]: Международный научный журнал. - Волгоград : НИЦ«Абсолют», 2017. - № 5. -52 с.
7. Джусупова М.А., Кульшикова С.Т. Получение мелкозернистого бетона с использованием золы гидроудаления// Вестник КГУСТА №4 2018г.
8. Толыпина Н.М. К ВОПРОСУ О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ЦЕМЕНТНОЙ МАТРИЦЫ С ЗАПОЛНИТЕЛЯМИ // Современные наукоемкие технологии. - 2016. - № 6-1. - С. 81-85; URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=35983 (дата обращения: 20.12.2018).
