CC BY
3
УДК 691:699
Османов М.А. студент направления подготовки «Строительство» ФГБОУВО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова» г. Нальчик, Российская Федерация
Osmanov M.A. student of training «Stroitel'stvo» FGBOU VO "Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokov Nalchik, Russian Federation ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЗОЛОШЛАКОВОЙ СМЕСИ НА ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО ВЯЖУЩЕГО
EVALUATION OF THE INFLUENCE OF AN ASH AND SLAG MIXTURE ON THE BASIC PROPERTIES OF A COMPOSITE BINDER
Аннотация: Приведены принципы создания цементных композиционных вяжущих на основе отвальных золошлаковых смесей. Проведен анализ химического состава проб золошлаковой смеси. Выполнены исследования по определению основных физико-механических свойств вяжущих. Рассмотрены различные способы введения золошлаковой смеси в вяжущее и изучено их влияние на основные свойства композиционного вяжущего.
Ключевые слова: техногенное сырье; золошлаковая смесь; измельчение;
Annotation: The principles of creating cement composite binders based on waste ash and slag mixtures are given. The analysis of the chemical composition of ash and slag mixture samples was carried out. Studies have been performed to determine the basic physicomechanical properties of the binders. Various methods of introducing ash and slag mixtures into the binder are considered and their influence on the basic properties of the composite binder is studied.
Keywords: man-made materials; ash and slag mixture; grinding;
Производство основного «конструкционного» вяжущего в мире -портландцемента для изготовления строительных материалов, изделий и конструкций постоянно растет, и к сожалению, его используют крайне нерационально. Лишь 6-10% потребляется для изготовления высококонструкционных высокопрочных бетонов, а огромное количество -для низкомарочных растворов и бетонов. Наращивание темпов производства портландцемента усугубляет негативную экологическую ситуацию в мире в связи с обжиговой карбонатной технологией получения портландцемента и с большими выбросами в атмосферу. Научные школы
озадачены проблемой создания вяжущих и строительных материалов по энерго- и ресурсосберегающим технологиям, хотя бы в тех сферах строительства, где не нужны его высокие технические функциональные свойства.
Эффективность и рациональность производства современных строительных материалов рассматривается по степени использования природных ресурсов, степени утилизации техногенного сырья и степенью загрязнения окружающей среды.
Проблема утилизации отходов производств в Кыргызской Республике до сих пор стоит очень остро и одним из приоритетных направлений развития науки является рациональное использование природных ресурсов.
В результате деятельности предприятий топливно -энергетического комплекса Кыргызстана образуются крупнотоннажные отходы (вскрышные, горелые породы, золошлаковые отходы), которые являются неиссякаемыми источниками сырья.
В развитых странах золошлаки называются побочным продуктом ТЭС и электростанции осуществляют предпродажную подготовку продукта, доводя его характеристики до требований официальных строительных нормативных документов. В странах СНГ золошлаки официально называются отходами и электростанции предлагают потребителям именно отходы, а не технологически доработанный продукт с соответствием его характеристик требованиям строительных нормативных документов. При значительных объемах техногенных скоплений уровень их утилизации невысокий. Основным потребителем промышленных отходов может быть строительная индустрия.
На кафедре «ПЭСМИК» КГУСТА имени Н.Исанова проводились и проводятся исследования в данном направлении. По республике все ТЭС работают на угле и соответственно накоплены большие запасы золошлаковых отходов.
Зола включает в себя продукты обжига глинистых минералов, которые занимают промежуточное положение между кристаллической и стекловидной фазами. Анализ химического состава проб золошлаковой смеси и золы гидроудаления по содержанию кремнезема ^Ю2), глинозема (А1203) и оксидов железа (FeO+Fe2O3) идентичны, в них практически отсутствует свободная известь. Зольные материалы характеризуются содержанием потерь при прокаливании (12,13.. .15,30); достаточно высоким содержанием глинозема (А1203) -20,00..21,58%. По содержанию несгоревшего топлива (11-12%) и водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 (0,17-0,72%) золы соответствуют техническим требованиям. По фазовому составу золы характеризуются сродством к портландцементному клинкеру и характеризуются содержанием аморфизированного обжигом глинистого
вещества, кварца, муллита, моноалюмината кальция, полевого шпата, двукальциевого силиката. Содержание стеклофазы в золошлаковых отходах, оказывающей положительное влияние на их гидравлическую активность, колеблется в пределах 20..30%. Поверхность частиц негладкая, шероховатая, по окружности имеются многочисленные выступы и впадины, благодаря которым частички иногда слипаются в довольно компактные агрегаты.
Целью данных исследований является оценка влияния количества и способов введения ЗШС на основные свойства цементно-зольно-шлакового вяжущего (ЦЗШВ).
Рассмотрены 2 способа введения ЗШС: механическое перемешивание предварительно измельченной ЗШС с ПЦ и совместное измельчение 1 час ЗШС с ПЦ.
Известно, что при измельчении ЗШС нарушается стекловидная поверхность зольных частиц, увеличивается их активность и соответственно прочность цемента повышается. Не совсем обязательно осуществлять тонкое измельчение золы. Более существенным является разрушение или нарушение стекловидной оболочки частиц и получение необходимой поверхности для максимальной скорости и степени взаимодействия с Са(ОН)2 [1].
В таблице 1 представлены свойства портландцемента при механическом перемешивании его с измельченной золошлаковой смесью. Количество ЗШС изменялось от 0 до 50% в вяжущем. Можно отметить, что водопотребность (НГ) вяжущих с добавкой 10-50 % из золошлаковой смеси при механическом перемешивании повышается с 27 до 32 %, а тонкость помола повышается незначительно.
По современным представлениям, пуццолановая реакция золы с цементом начинается довольно рано, но сказывается это на повышении прочности не сразу.
Исследования ученых [1] показали, что пропаривание обуславливает заметную коррозию поверхности частиц золы через 7-8 часов, при твердении в нормальных условиях лишь на 28 сутки.
Проведенные испытания свойств композиционного вяжущего подтвердили, что показатели прочности вяжущего, твердеющего в нормальных и условиях ТВО отличаются значительно при малых концентрациях золы и выравниваются при ее максимальном содержании.
Таблица 1- Влияние добавки золошлаковой смеси на свойства портландцемента при механическом перемешивании (ЦЗШВм)
№ Соотношение Норм. Тонкость Сроки Предел прочности, МПа
состава компонентов густота, помола в схватывания После ТВО 28 суток
Ц:ЗШС,% % % сито час, мин. норм.
008 твердения
нач. кон. Яизг, Ясж, Яизг, Ясж,
1 100:0 24 87,0 1ч. 36мин 7ч. 27мин 4,12 19,32 6,88 33,46
2 90:10 27 87,0 2ч. 58мин 5ч. 12мин 5,15 21,7 6,3 33,04
3 70:30 28 88,3 3ч. 32мин 6ч .12мин 4,18 19,4 5,4 27,8
4 50:50 32 89,0 3ч. 24мин 6ч. 4мин 4,63 17,1 4,47 16,6
Прочность на сжатие ^сж) образцов нормального твердения 28 суточного возраста при добавке 10% золошлаковой смеси остаются в пределах прочности взятого цемента как у ЦЗШВм, так и ЦЗШВи (33,04МПа и 34,4 МПа, соответственно). Дальнейшее повышение содержания золы до 50% снижает прочность вяжущего в два раза. Как известно, кинетика химических реакций зависит от температуры среды и соответственно в условиях ТВО создаются благоприятные условия для процессов гидратации клинкерных минералов и взаимодействия ЗШС с продуктами гидратации. Механохимическая обработка наполнителей одно из эффективных способов активации вяжущего. Новые свежеобразованные поверхности имеют значительно более высокую адгезионную активность [2].
Отметим, что особое энергетическое состояние новых поверхностей измельченных минеральных материалов обуславлено образованием большого количества ненасыщенных валентных связей.
Следующий этап исследований заключался в оценке свойств вяжущего, полученного совместным измельчением цемента с ЗШС в шаровой мельнице в течение 1 часа (таблица 2).
Таблица 2- Влияние золошлаковой смеси на свойства портландцемента при совместном измельчении (ЦЗШВи).
№ состава Соотноше ние компонентов Ц:ЗШС,% Нор м. густота, % Тонк ость помола в % сито 008 Сроки схватывания час, мин. Предел прочности, МПа
После ТВО 28 суток норм. твердения
нач. кон. Яизг, Ясж, Яизг, Ясж,
1 100:0 24 87 1ч. 36мин 7ч. 27мин 4,12 19,32 6,88 33,46
2 90:10 26,8 87,6 2ч. 25мин 4ч. 40мин 4,4 20,1 6,4 34,44
3 70:30 29 89 2ч. 25мин 5ч. 20мин 5,08 19,8 7,95 28,86
4 50:50 29 89,3 2ч. 50мин 5ч. 30мин 4,8 18,4 5,9 28,16
При добавке 30% тонкомолотой золошлаковой смеси получены прочности 27,8 МПа и ЦЗШВи и 28,86 МПа у ЦЗШВм, а при добавке 50% золошлаковой смеси прочность измельченных ЦЗШВи гораздо выше (28,16МПа), чем у ЦЗШВм (16,6МПа).
Для обоих видов цемента характерна повышенная прочность на изгиб (Rror) как при твердении в нормальных условиях, так и при ТВО. Причины изменения прочности этих цементов обусловлены теми же факторами, что у цементов с использованием золы гидроудаления.
Установлено, что водопотребность ЦЗШВи ниже, чем у ЦЗШВм и изменяется в пределах 26,8% до 29% при количестве добавки 10-50%.
Механоактивация золошлаковой смеси при совместном помоле ЗШС с цементом (10-50%) способствует снижению водопотребности композиционных вяжущих за счет повышения дисперсности шлакозольной составляющей в цементе, что соответственно повышает ее пластифицирующее воздействие.
Прочность активированного золоцементного камня повышается за счет совместного измельчения в сравнении с механически перемешанными смесями, что показывает на действенный эффект механической активации золы.
Использованные источники:
1. Волженский А.В. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов., И.А. Иванов, Ю.Н. Виноградов. - М.: Стройиздат, 2018.- 198 с.
2. Дворкин Л.И. Физико-механические свойства активированных цементно-зольных вяжущих., Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин/ Технологии бетонов.-2010.-№11-12.с. 35-37.
