CC BY
20
5. Никифоров Ю.В., Коугия М.В. Использование нетрадиционных сырьевых материалов при производстве цемента// Цемент, 2010. №5, - С. 44-63.
6. Алексеев Б.В. Технология производства цемента. - М.: Высш. школа, 2010.- 266
с.
УДК 691.33
DOI 10.24411/2409-3203-2019-12020
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БЕТОНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Ахметжанов Талгат Бураевич
к.т.н., доцент кафедры Строительные материалы и технологии Карагандинского государственного технического университета Казахстан, г. Караганда Ашимова Балжан Сапаргалиевна магистрант кафедры Строительные материалы и технологии Карагандинского государственного технического университета Казахстан, г. Караганда Ашимов Ернат Тлеугазиевич магистрант кафедры Строительные материалы и технологии Карагандинского государственного технического университета Казахстан, г. Караганда
Аннотация: Авторами проведен анализ работ по вопросам получения вяжущего из отходов промышленности. В статье рассматривается свойства бетона с использованием отходов металлургических цехов АО "АрселорМиттал Темиртау". Данные отходы являются хорошим сырьем и должны использоваться для изготовления бетонных и железобетонных конструкций. Авторами приводится данные по физико-механическии исследованиям безцементного вяжущего из отходов черной металлургии. Описывается химический состав сырьевых компонентов. Приводятся данные по исследованию прочностных свойств бетона. По результатом проведенных исследований установлена возможность получения бетона путем использования в качестве вяжущего помол гранулированного шлака, извести, гипса и суперпластификатор С-3.
Ключевые слова: бетоны, водоцементное отношение, цементный камень, гидротация вяжущего, шлаки.
STUDY OF THE CONCRETE PROPERTIES USING WASTE FROM THE PRODUCTION OF FERROUS METALLURGY
Akhmetzhanov Talgat Buraevich
PhD., Associate Professor of department Building materials and technology Karaganda State Technical University Kazakhstan, Karaganda
Ashimova Balzhan Saparqalievna master student of the department of Building materials and technology Karaganda State Technical University
Kazakhstan, Karaganda Ashimov Ernat Tleygazievich
master student of the department of Building materials and technology Karaganda State Technical University Kazakhstan, Karaganda
Abstract: The authors analyzed the work on obtaining a binder from waste industry. The article discusses the properties of concrete using waste from metallurgical workshops of JSC "ArcelorMittal Temirtau". This waste is a good raw material and should be used for the manufacture of concrete and reinforced concrete structures. The authors present data on the physical and mechanical studies of a cementless binder from the waste of ferrous metallurgy. The chemical composition of the raw materials is described. The data on the study of the strength properties of concrete are given. Based on the results of the studies, it was established that concrete can be obtained by using granulated slag, lime, gypsum and S-3 superplasticizer as an adhesive binder.
Key words: concrete, cementless binder, water-cement ratio, cement stone, binder hydration, waste.
На сегодняшний день во всем мире стоит задача сохранения материальных ресурсов стран и освоение безотходных технологий производства. В нашем регионе на территориях АО "АрслорМиталлТемртау" скопилось больше 200 млн тонн отходов [1]. Наряду с этим уровень оперативной утилизации отходов является низким: в хозяйственный оборот вовлекается только пятая часть шлаков черной металлургии 10-12% золошлаковых отходов и фосфогипса [3].
Отсюда следует, что большая часть промышленных отходов складируется в отвалах, что увеличивает экономические расходы и потери при использовании огромных площадей под отвалы, использовании пахотной плодородной почвы, транспортировке отходов, погрузочно-разгрузочных операций.
Одной из проблем стоящей перед страной является вопрос охраны окружающей среды. Вредные составляющие шлаковых отходов в результате ветровой эрозии разносятся на значительные территории, а дренируя в подземные воды, попадают в реки и бассейны, значительно ухудшая качество воды, делая ее опасной для использования в сельском хозяйстве и питьевых нужд городов и населенных пунктов. Накопление промышленных отходов и загрязнение почвы, воздуха и водных ресурсов сильно влияет на экологическую безопасность региона [2].
Развитие промышленного производства генерирует пути нахождения инновационных подходов утилизации промышленных отходов. Наиболее рациональным способом утилизации является их повторное использование в разных отраслях промышленности в особенности при производстве строительных материалов.
В качестве сырьевых компонентов при производстве цемента в большей степени используются отходы промышленности черной металлургии.
В результате обзора были проведены испытания по подбору состава в пределах: доменный гранулированный шлак - 70...90%, извести - 14%, гипс - 1,5...2%, микрокремнезема - 2...25%.
В ходе исследовательской работы было получено вяжущее вещество с использованием доменного гранулированного шлака АО «АрселорМиттал» двух экспериментальных составов. Вяжущее вещество первого состава было получено путем совместного помола данного доменного гранулированного шлака, извести, гипса. Вяжущее вещество второго состава было получено путем совместного тонкого измельчения тех же сырьевых компонентов, но с добавлением микрокремнезема.
Таким образом, было получено новое вяжущее вещество, включающее в себе характеристики и свойства известково-шлакового вяжущего вещества и вяжущего низкой водопотребности.
С целью установления физико-технических характеристик бетона, получаемого на основе безцементного вяжущего из отходов черной металлургии были проведены испытания согласно ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии».
Изначально определили тонкость помола вяжущего вещества (через сито №008) согласно ГОСТа 310.2-76. Показатель находился в пределах от 80 до 92%. В ходе исследований по равномерности изменения объема отклонений не обнаружено. Нормальная густота вяжущего вещества с гипсом соответствовала в/ц отношению равному 0,22...0,24. Начало и конец схватывания соответствовало быстротвердеющему цементу.
Высокая прочность бетона на сжатие (рисунок 1) объясняется наличием в вяжущем веществе гранулированного доменного шлака, извести, гипса, и суперпластификатора С-3. Всем компоненты добавляются в бетон после совместного перемешивания.
Для определения активности исследуемых вяжущих веществ были приготовлены образцы балочек размером 40*40*160 мм. Образцы изготовлялись с использованием вольского песка состава 1/3. После изготовления образцы в формах хранили (24±1) ч в ванне с гидравлическим затвором, затем образцы осторожно расформовали и положили в ванну с питьевой водой в горизонтальном положении.
Образцы для определения прочности цемента при пропаривании положили в пропарочную камеру. Пропаривание проходило по режиму: 2 часа выдержки образцов в камере при температуре 20 °С, 3 часа для равномерного подъема температуры до 85 °С, изотермический прогрев при температуре проходил в течение 12 часов, процесс остывания образцов 2 часа.
Составы
После 28 суток Я После пропарки
Рисунок 1 - График зависимости прочности на сжатие безцементного вяжущего
Таблица 2 Результаты испытания образцов на безцементном вяжущем
Состав Результаты после пропарки Расход воды фактический Результат после 28 суток Состав бетона, г Примечани я
1 состав Rср=342 кгс/см2 в/ц=0,3 980мл О.к=4,5см Rср=333,5 кгс/см2 Ц=2765 Щ=6300 ПГС=59 15 В=980 tхр=19-200С
2 состав Rср=354,5 кгс/см2 Rср=342,3 гс/см2
3 состав Rср=361 кгс/см2 Rср=352,6 г^м2
4 состав Rср=372,5 кгс/см2 Rср=363,2 г^м2
5 состав Rср=379,2 кгс/см2 Rср=368,1 г^м2
В шлаках преобладают силикаты (метасиликат кальция - CaOSiO2, ортосиликат кальция - 2CaOSiO2, ранкинит - 3CaO2SiO2, монтичеллит -CaOMgO2SiO2, клиноэнстатит - MgOSiO2, окерманит - 2CaOMgOSiO2 и другие), алюмосиликаты (генелит - 2CaOAhO3SiO2, анортит - CaOAhO3^SiO2, силиманит - ÁhO3^SiO2, миллит -3AhO3-2SiO2 и другие) и алюминаты кальция (3CaOAhO3, 5CaO3AhO3, CaOAhO3, геденберит - CaOFeO2SiO2, ольдгамит - CaS и другие). Это перечень далеко не исчерпывает всех минералов, их соединений и разновидностей. В процессе охлаждения и кристаллизации шлаков образуются также изоморфные смеси и стекловидная фаза. Наиболее частыми примерами изоморфизма является образование псевдоволластонита и волластонита (aCaS и PC2S). Стоит отметить, что в каждой группе шлаков присутствуют наиболее характерные для нее минералы [5].
По результатом проведенных исследований установлена возможность получения бетона путем использования в качестве вяжущего помол гранулированного шлака, извести, гипса и суперпластификатор С-3. Дальнейшее направление исследований мыслится как улучшение процессов формирования структуры бетонов на основе полученных вяжущих.
Литература:
1. Петрова Л. Специалисты рассказали о важнейших проектах, реализуемых на комбинате / Л. Петрова / Темиртауский МЕТАЛЛУРГ, 2017. № 4 (89). С. 3.
2. Таймасов Б.Т., Есимов Б.О., Терехович С.В., Куралова Р.К. Цементы на основе техногенных отходов и магматических пород. - Шымкент, изд-во NORIS, 2012. - 163 с.
3. I García-Lodeiro, A Fernández-Jiménez and A Palomo/ Cements with low Clinker Content/ IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 96 (2015) 012006. doi:10.1088/1757-899X/96/1/012006.
4. Алексеев Б.В. Технология производства цемента. - М.: Высш. школа, 1980.- 266
с.
5. Никифоров Ю.В., Коугия М.В. Использование нетрадиционных сырьевых материалов при производстве цемента// Цемент, 2010. №5, - С. 44-63
6. Русина В.В. Минеральные вяжущие вещества на основе многотоннажных промышленных отходов: учеб. пособие. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. - 224 с.
