CC BY
17ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ШЛАКОЦЕМЕНТА И БЕТОНОВ НА ЕГО
ОСНОВЕ
1 2 Джаббарова Н.Э. , Асадова И.Б.
1Джаббарова Нателла Эйюбовна - кандидат химических наук, доцент;
2Асадова Ирада Беюкага кызы - кандидат химических наук, доцент, кафедра химии и технологии неорганических веществ, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: в представленной работе изучено влияние температуры и времени отверждения шлакоцемента на прочность бетона на его основе. Выявлено, что температура и время затвердения влияют на прочность шлакобетона. Повышение температуры отверждения приводит к большей прочности бетона на сжатие, однако дальнейшее повышение температуры более чем на 800С прочность на сжатие существенно не увеличивает. В результате исследования была выбрана оптимальная концентрация щелочного раствора - 5% и соотношение щелочь + жидкое стекло 1 : 2 по массе. Увеличение концентрации (в пересчете на молярную) раствора гидроксида натрия привело к более высокой прочности на сжатие шлакобетона.
Ключевые слова: шлакоцемент, бетон, прочность, щелочной активатор, температура и время отверждения.
УДК 691.32
Цементное производство - одно из немногих, в котором широко используются бытовые и промышленные отходы. Кроме того, важным аспектом является улучшение экологической обстановки и предотвращение дальнейшего загрязнение окружающей среды веществами, содержащимися в отходах или образующимися в результате их хранения [1-3].
Использование отходов металлургической промышленности в качестве добавки в строительные материалы позволяет решать в определенной степени вопрос утилизации их, а также снижает экономические затраты в производстве строительных материалов не ухудшая, а в некоторых случаях даже улучшая их физико-химические показатели [4-7]. Поэтому исследования в этом направлении, являются важной теоретической и практической задачей.
Азербайджан имеет большие запасы минерального сырья и развитую горную промышленность, работа которой сопряжена с образованием значительного количества отходов. Основная масса этих отходов не находит применения и хранится в отвалах, создавая определенные экологические проблемы в местах их складирования. Лишь незначительная часть отходов горной промышленности используется в качестве заполнителя для бетонов и строительных растворов, а также отсыпки грунта.
Разработка технологий геополимерных материалов на основе природных и техногенных алюмосиликатных материалов относится к числу наиболее перспективных направлений создания новых энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Кроме возможности утилизации твердых отходов замена портландцемента на геополимер позволяет снизить выбросы в атмосферу углекислого газа, соотношение которого с готовой продукцией для портландцемента находятся в интервале 0,7 - 1, а также позволяет значительно снизить удельный расход топлива на процессы клинкерообразования [8-10].
Сталеплавильные шлаки Сумгаитского электрометаллургического завода АЗТЕХНОЛАЙН получаются при производстве стали прямым восстановлением металлизированных брикетов в электропечах. Шлаки металлургических заводов являются
альтернативным минерально-сырьевым ресурсом для различных отраслей народного хозяйства, в том числе цементной промышленности.
Качественные характеристики шлаков Сумгаитского завода выгодно отличают их от шлаков других металлургических предприятий, что обусловлено использованием в шихте электросталеплавильного производства железа прямого восстановления (металлизированных окатышей) и применяемой технологией заполнения шлаковых ям.
В связи с этим исследования, направленные на поиски дополнительных способов использования сталеплавильных шлаков металлургических заводов Азербайджана, являются перспективными и весьма актуальными.
Ранее нами было показано [11], что шлакобетоны характеризуются достаточно высокой активностью (прочность на сжатие 47- 48 МПа) при содержании в них шлака до 20 %.
В представленной работе приведены результаты изучения влияния температуры и времени отверждения на прочность бетона на основе цемента с различными содержанием доменных отвальных шлаков Сумгаитского завода «Электротехнолайн» (Азербайджан).
Для использования шлаков необходимо не только их тонкое измельчение, но максимальное раскрытие дефектов [9-10].
Измельчение клинкера, гипсового камня, шлаков проводилось в центробежно-ударной мельнице (ЦУМ) со встроенным сепаратором. Принцип работы мельницы основан на механическом разгоне частиц и ударе их о преграду. Зерновой состав шлака, измельченного в ЦУМ, характеризуется узкой гранулометрией с преобладающим размером частиц доменного шлака 40 мкм.
Результаты, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что при небольшом расходе добавки шлака (12 %) с увеличением расхода силиката натрия и щелочи с 2 до 4 % прочность вяжущего увеличивается. При повышении расхода щелочи до 6 % отмечается снижение прочности. Полученные вяжущие обладают прочностью в пределах от 15 до 35,5 МПа. При этом водостойкость минерально-щелочного вяжущего в большей части зависит от содержания в составе вяжущего жидкого стекла, чем от содержания щелочи.
При проектировании составов бетона на основе минерально-щелочного вяжущего пластичной консистенции необходимо учитывать его низкие темпы набора прочности на ранних стадиях твердения.
Таблица 1. Свойства минерально-щелочного вяжущего с добавкой 12% шлака
Состав вяжущего Прочность МПа при твердении
Силикат натрия,% NaOH Вода,% 50^ 70^ 50 суток норм. условия
10 2 20 16,1 28,1 20,4
7 4 18 14,5 30,5 35,5
5 6 16 15,1 25,4 27,7
Важным технологическим этапом при производстве пропариваемого бетона является этап предварительной выдержки, который обеспечивает критическую прочность бетона для исключения влияния температурных факторов, которые могут вызвать внутренние напряжения и привести к трещинообразованию. Для исключения влияния таких факторов на свойства минеральнощелочного бетона было проведено исследование влияния времени предварительной выдержки на прочность раствора.
во
20 ЗО .ИЗ 50 60 70 ЗО ЕЮ
Бремя отверждения, ч
Рис. 1. Влияние времени твердения на прочность при сжатии шлакобетона
Чтобы исследовать влияние времени отверждения, тесты были подготовлены с использованием смеси шлака и цемента с содержанием 10% активатора.
Тестовые цилиндры были отверждены в течение различных периодов отверждения от 4 часов до 96 часов (4 дня). На рисунке 1 показаны результаты этих испытаний при 60°С. Более длительное время отверждения улучшило процесс полимеризации, что привело к более высокой прочности на сжатие. Скорость увеличения прочности была быстрой до 24 часов отверждения. Результаты показывают, что более длительное время отверждения не дает более слабый материал.
На рисунке 2 показано влияние температуры твердения на прочность при сжатии после сухого отверждения испытательных цилиндров в печи в течение 24 часов. Все остальные тестовые переменные были постоянными. Более высокая температура отверждения приводила к большей прочности на сжатие, хотя повышение температуры отверждения выше 80 ° С не увеличивало прочность на сжатие существенно.
2С
70
10
20 ЗО 40 SO 60 70 SO 50
Температура отверждения, °С
Рис. 2. Влияние температуры твердения на прочность при сжатии шлакобетона
Следует отметить, что температурный фактор с последующим нормальным твердением положительно влияет на процесс набора прочности этих композиционных цементов. Это обусловлено фазовым составом доменного отвального шлака, в частности присутствием различных фаз.
Список литературы
1. Волженский A.B. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве. Строительные материалы, 1986. № 5. С. 28.
2. Баженов Ю.М. Применение промышленных отходов в производстве строительных материалов. М. Стройиздат, 1986. С. 215.
3. Баталин Б.С.и др. Основные свойства и пути использования отвального доменного шлака ЧМЗ. Известия вузов. Строительство, 2002. № 4. С. 47-50.
4. Гончаров Ю.И. и др. Особенности фазовой и структурной неравиовесности металлургических шлаков. Изв. вузов. Строительство, 2002. № 4. С. 50-53.
5. Davidovits J. Geopolymer Cements to Minimize Carbon-Dioxide Green houseWarming // Ceramic Transactions /The American Ceramic Society, 1993. Vol. 37. Р. 165-182.
6. Gokalp I., Uz V.E., Saltan M., Tutumluer E. Technical and environmental evaluation of metallurgical slags as aggregate for sustainable pavement layer applications. Transp. Geotech., 2018. 14, 61.
7. Рахимбаев Ш.М. и др. Квалиметрия шлаков и зол. Изв. вузов. Строительство, 1998. № 7. С. 41-45.
8. Гончаров Ю.И., Рахимбаев Ш.М.Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Материалы международной научно практической конференции. Ростов-на-Дону, 2000. С. 128-133.
9. Хрипачева И.С. Бетоны на смешанных цементах центробежно-ударного помола на основе доменного отвального шлака. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Челябинск, 2010. С. 144-145.
10. Гаркави М.С. Хрипачева И.С. Оптимизация составов смешанных вяжущих с использованием отвальных электросталеплавилъных шлаков. Строительные материалы, 2010. № 2. С. 56.
11. Джаббарова Н.Э., Алиев К.К. Наука, техника и образование. Изд. Проблемы науки. № 1 (76), 2021. С. 11.
