CC BY
27УДК 666.973.2
В.В. ТЮКАВКИНА, Б.И. ГУРЕВИЧ, кандидаты техн. наук, В.В. СЕМУШИН, мл. науч. сотр. (tukav_vv@chemy.kolascnet.ru), Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (г. Апатиты, Мурманская обл.)
Мелкозернистые бетоны с использованием гранулированных медно-никелевых шлаков
Гранулированные шлаки комбината «Печенгани-кель» по гранулометрическому составу и внешнему виду приближаются к крупным строительным пескам, что позволяет их использовать как мелкий заполнитель для мелкозернистых бетонов (МЗБ), стеновых блоков и закладочных смесей, которые характеризуются малой прочностью и большим водоцементным отношением (В/Ц). Шлаки в закладочных смесях частично подвергаются дроблению при помоле. С целью снижения расхода цемента целесообразно применять молотый шлак. Мелкозернистые бетоны со шлаковым заполнителем получены также на шлакощелочном вяжущем [1—5].
В задачу исследований входило получение мелкозернистых бетонов с достаточно высокой средней плотностью и минимальным расходом портландцемента. Такие материалы могут найти применение для защиты от радиационного излучения.
В качестве исходных материалов использовали портландцемент Пикалевского цементного завода марки ПЦ400Д20 и гранулированный магнезиально-железистый шлак текущего выпуска комбината «Печенганикель» Кольской горно-металлургической компании.
Портландцемент имел следующие физико-механических показатели: тонина помола 10,9%; нормальная густота цементного теста 24,75%; начало схватывания 2 ч 40 мин, конец схватывания 3 ч; насыпная плотность 1133 кг/м3. Прочность образцов, МПа: после пропаривания при изгибе — 4,8, при сжатии — 28,8; через 28 сут при изгибе — 6,7, при сжатии — 41.
Исходный шлак (Ш) дробили до получения заполнителя с модулем крупности 2,45 и мололи до удельной поверхности 400 м2/кг (Шм). Гранулометрический состав исходного и дробленого шлака (Шд) приведен в табл. 1.
Истинная и средняя плотность, пустотность в свободном и уплотненном состояниях для цемента и шлаков приведены в табл. 2.
Как видно из данных табл. 2, пустотность шлака соответствует мелким заполнителям, содержание зерен
округлой формы 45—50%. При измельчении шлака в мельнице следует полагать, что округлость зерен сохраняется.
Для получения мелкозернистых бетонов дозировку материалов производили по массе. Соотношение молотых компонентов и заполнителей было: (Ц + Шм) : (Шд : Ш) = 1:3; В/(Ц + Шм) составляло 0,3—0,35. Смесь перемешивали вручную (первоначально сухую 1 мин, затем с водой 1 мин, далее в бегунковой мешалке 20 оборотов. Смесь укладывали в формы 4x4x16 см с использованием метода вибропрессования (0,5 мин при нагрузке 100 г/см2). Массовая концентрация и средняя плотность бетонной смеси приведены в табл. 3.
Образцы после формования твердели в течение суток во влажных условиях, затем пропаривались (ГОСТ 310.4—81). Испытание образцов проводили через 2 и 28 сут после изготовления (табл. 4).
Для обычного бетона замена крупного песка мелким приводит к понижению прочности примерно на 5—10%, а у МЗБ прочность может уменьшаться на 25— 30%. Максимальную прочность МЗБ составов 1:2, 1:3 можно достигнуть при использовании мелкого песка только уплотнением. Даже в этом случае она может снижаться в 2—3 раза. Поэтому для МЗБ желательно использовать крупные пески или обогащать мелкие более крупными [4, 5]. Были изготовлены МЗБ на граншлаке с Мкр = 3,73 (составы 7, 8) и смеси шлаков исходного и дробленого с Мкр = 3,3 (состав 4); с Мкр = 2,88 (составы 1—3). Для состава 1:3 с очень крупным песком без добавки молотого шлака и В/Ц = 0,3 при расходе ПЦ 592 кг/м3 не удалось получить МЗБ со средней плотностью более 2500 кг/м3; этот состав характеризовался меньшим соотношением К^ж/Яизг = 4,89 и прочностью при сжатии после пропа-ривания 33,7 МПа.
Следует отметить, что у мелкозернистых бетонов отмечается повышенная прочность при изгибе, что отражается на соотношении а расход цемента на изготовление МЗБ увеличивается в среднем на 40% по сравнению с обычным бетоном на крупных заполнителях [4—6].
Таблица 1
Наименование материала Остаток на сите с диаметром отверстий, мм Мкр
5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 дно
Шлак исходный 3,45 21,98 29,82 35,58 7,57 1,28 0,32 3,73
Шлак дробленый - - 3,18 57,87 24,77 9,1 5,05 2,45
Таблица 2
Наименование материала Истинная плотность, кг/м3 Средняя плотность, кг/м3 Пустотность, %
насыпная уплотненная насыпная уплотненная
Цемент 3000 1204 1530 60 49
Шлак молотый 3280 1122 1465 66 55
Шлак исходный 3280 1644 1788 50 45
Шлак дробленый 3280 1732 2010 47 39
Ы ®
научно-технический и производственный журнал
июнь 2011
63
Таблица 3
№ состава Массовая концентрация бетонной смеси, кг/м3 Средняя плотность, кг/м3
Ц Шм Шд Ш Вода
1 586 0 1173 586 205 2550
2 454 150 1211 603 212 2630
3 309 309 1235 618 185 2660
4 468 155 622 1250 185 2680
5 592 0 0 1780 178 2550
6 305 305 0 1827 183 2620
7 195 490 0 1760 175 2620
8 469 155 0 1878 187 2690
Таблица 4
№ состава Средняя плотность, кг/м3 Водопоглощение, мас. % Прочность, МПа, в возрасте, сут О псж. О ■•изг.
2 28
при изгибе при сжатии при сжатии
1 2530 0,61 7,75 39 41,5 5,1
2 2610 0,53 8,79 46,5 50,1 5,5
3 2630 0,39 8,3 40,3 42,5 4,68
4 2660 0,3 8,2 43,9 45 5,48
5 2450 1,02 6,96 33,7 41,3 4,89
6 2510 0,82 7,12 33,8 36,8 5,41
7 2550 0,61 7 34,7 37,8 5,06
8 2670 0,23 7,4 41 49,8 5,8
Более высокую среднюю плотность можно получить, используя добавку молотого шлака при расходе цемента 195 кг/м3 при В/(Ц + Шм) = 0,3. При достаточно большом расходе цемента 454—469 кг/м3 и добавки молотого шлака 155—150 кг/м3 получены МЗБ со средней плотностью 2610—2670 кг/м3 с прочностью при сжатии 41— 46,5 МПа после пропаривания, которая к 28 сут увеличивается до 44,1—50,1 МПа.
При отсутствии молотого шлака расход цемента составил 586—592 кг/м3 (составы 1, 5), были получены бетоны с средней плотностью 2450—2530 кг/м3 и прочностью при сжатии после пропаривания 33,7—39 МПа. При наличии добавки молотого шлака расход цемента уменьшился на 25—48%, при этом средняя плотность МЗБ составила 2610—2660 кг/м3.
Микрофотография мелкозернистого бетона (состав 8): белое поле -шлаковый заполнитель; серое поле - цементирующая масса; белые точки - поры
Как уже было отмечено, гранулированный шлак относится к очень крупным пескам (М^ = 3,73), что способствует образованию рыхлой структуры МЗБ, пригодной для получения стеновых материалов. По классификации крупные пески имеют модуль крупности в пределах 3,5—2,5, поэтому для получения плотных МЗБ целесообразно добавлять дробленый шлак к гранулированному, при этом среднее значение Мкр должно оставаться в пределах крупных песков.
Недостатком мелкозернистых бетонов является их повышенная пористость, которая косвенно определяется по водопоглощению и зависит от его состава и плотности. Полученные МЗБ на шлаковом заполнителе имеют низкое водопоглощение, максимальное значение которого составляет 1,02% для МЗБ с средней плотностью 2450 кг/м3. С увеличением средней плотности мелкозернистого бетона водопоглощение снижается до 0,23%, что указывает на высокую плотность материала. Высокую плотность мелкозернистого бетона подтверждает микрофотография, приведенная на рисунке. Микрофотография получена на микроскопе МБС-10, для выявления пор поверхность шлифа была обработана тонкодисперсным сухим порошком сульфата бария.
Известно, что у-излучение лучше всего ослабляется материалами с высоким атомным номером и высокой плотностью, наиболее часто для экранирования применяют бетоны, в которых в качестве заполнителя используют магнетит, лимонит и др. Поскольку шлаки комбината «Печенганикель», кроме большого количества FeO и Fe2O3 содержат MgO, их можно использовать при защите от у -излучения.
Мелкозернистый бетон со средней плотностью в затвердевшем состоянии более 2600 кг/м3 относится по классификации к особо тяжелым бетонам (средняя плотность выше 2500 кг/м3). Полученные МЗБ по плот-
научно-технический и производственный журнал
64 июнь 2011
ности в некоторых случаях не уступают бетону на лимо-нитовом щебне и песке, для которого характерна средняя плотность бетона 2300-3000 кг/м3 [5].
Таким образом, получен мелкозернистый бетон со средней плотностью в затвердевшем состоянии более 2600 кг/м3 с расходом портландцемента марки ПЦ400Д20 310-455 кг/м3 и прочностью после пропаривания при сжатии 40-46 МПа, при изгибе 7,6-8,8 МПа, которая к 28 сут достигает 42-50 МПа. Мелкозернистые бетоны на шлаковом заполнителе и портландцементе по средней плотности относятся к особо тяжелым бетонам, применяемым для защиты от радиационного излучения.
21-23 (ашшэшкгг
сентября
лмспо. аоп
Список литературы
1. Строительные материалы из минерального сырья Кольского полуострова / Под ред. В.Н. Макарова, О.Н. Крашенинникова, Б.И. Гуревич и др. Ч. 2. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2003. 230 с.
2. Гуревич Б.И., Добрынина Н.Г. Гранулированные никелевые шлаки как заполнитель для бетонов и растворов: В кн. «Строительные и технические материалы из минерального сырья Кольского полуострова». Л.: Наука, 1979. С. 33-36.
3. Муртазаев С.-А.Ю, Исмайлова З.Х. Использование местных техногенных отходов в мелкозернистых бетонах // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 57.
4. Заровнятных В.А., Розовских А.Л. Бетоны на песках из гранулированных шлаков никелевой промышленности // Бетон и железобетон. 1977. № 6. С. 33-34.
5. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Ассоциация строительных вузов, 2002. 499 с.
6. Гольденберг Л.Б. Оганесянц С.Л. Масштабный фактор в мелкозернистых бетонах // Бетон и железобетон. 1987. № 7. С. 17-18.
яР^Андайжймоети."«
[Ин.,ипиШ пмлпас'ллп
ПрштхМ С411' ЛС1Е1
» дгяитпатрд гтчАпгттармлп
> (пьцпгк'снос Р^ПНН-ТИР ТПРЧГ^ » СТРСЦЧЫЫЛЮ
> СПиоЦТЕЛ^н*!' '[км« .щСТ^^Ен!
■ ИНММ......... СЕТ« И КОММУНИКАЦИИ
■ УПРЛвПЕчИЕ |>-.>.|_Мл'л^ИЕВаи*ИШОСШ » К4ШИЩ10 ШМ^НО! ЩЗИ^СТВО
* «МНУШЛЫДО И ДО«аИнМ)КНт1ИМАЯ ГЩНМИА. » ЗКПЛСИН КИ Л -.1' Ж С -¡-¿Ь
* ПЕРСПЩ «У ^АЗВн! ГКИ1
Частное белорусское предприятие р е к
ПРЕДЛАГАЕТ а м
Долевое строительство
ЗАВОДА ПО ВЫПУСКУ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА
производительностью до 140 тыс. м3 /г
Строительство завода планируется по адресу: Республика Беларусь, Брестская обл., г. Иваново
Состояние проекта:
1. Заключен инвестиционный договор № 6 от 06.08.2009 г. с Республикой Беларусь в лице Брестского исполнительного комитета (предусмотрены налоговые льготы). 2. Разработан технологический проект. 3. Разработан бизнес-план. 4. Разработана проектно-сметная документация. 5. Построено - административное здание; - бытовые помещения; - деревообрабатывающий цех;
- склад хранения сырья; - фундаменты под сложное оборудование; - наружные сети и коммуникации. 6. Заключен контракт на поставку оборудования. 7. Закуплена грузовая техника. 8. Разработан карьер силикатных песков. 9. Сооружен железнодорожный подъездной путь на территорию. Контактное лицо: Кучер Игорь Анатольевич +375-29-654-45-76 +375-1652-2-19-41 +375-1652-2-17-36
ы ®
научно-технический и производственный журнал
июнь 2011
65
