CC BY
15УДК 691.56:666.971
В.С. ГРЫЗЛОВ, д-р техн. наук (gryvs@mail.ru), Д.В. ЗАВЬЯЛОВА, инженер
Череповецкий государственный университет (162600, г. Череповец, пр. Луначарского, 5)
Отсев дробления шлакового щебня как эффективный компонент бетона
Представлены результаты экспериментальных исследований по применению отсева шлакового щебня в качестве минеральной тонкомолотой добавки и заполнителя в мелкозернистых конструкционных бетонах. Установлен рациональный состав тонкомолотой добавки при совместном помоле гранулированного доменного шлака и отсева щебня. Приведены составы мелкозернистых бетонов, рекомендованные для производства изделий методом безопалубочного формования. Показано, что проведенные исследования помогут рационально использовать отсевы шлакового щебня при производстве мелкозернистых шлакобетонов с пониженной теплопроводностью.
Ключевые слова: отсев шлакового щебня, тонкомолотая добавка, мелкозернистый бетон, прочность, теплопроводность, ресурсоэффективность, ресурсосбережение.
Для цитирования: Грызлов В.С., Завьялова Д.В. Отсев дробления шлакового щебня как эффективный компонент бетона // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 40-43.
V.S. GRYZLOV, Doctor of Sciences (Engineering) (gryvs@mail.ru), D.V. ZAVIALOVA, Engineer Cherepovets State University (6, Lunacharsky prospect, 162600, Cherepovets, Russian Federation)
Screenings of Crushing of Broken Slag as an Efficient Component of Concrete
Results of the experimental research concerning the use of clippings of slag stone as a mineral finely ground additive and a filler in fine structural concretes are presented. The rational composition of the finely ground additive in the course of the joint grinding of granulated blast furnace slag and gravel screenings was established. Compositions of fine concretes recommended for producing products by the method of off-formwork forming are presented. It is shown that the research conducted will help to rationally use the screenings of slag stone when producing fine slag concrete with reduced heat conductivity.
Keywords: screenings of crushed slag stone, finely ground additive, fine concrete, strength, heat conductivity, resource efficiency, resource saving.
For citation: Gryzlov V.S., Zavialova D.V. Screenings of crushing of broken slag as an efficient component of concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 5, pp. 40-43. (In Russian).
Проблема использования отходов металлургической промышленности остается актуальной в настоящее время [1]. Продукты переработки металлургических шлаков по-прежнему являются востребованными в качестве компонентов многих строительных материалов. Наиболее емко данные продукты нашли применение в производстве бетонов различного назначения, где они используются как заполнители, вяжущие, минеральные тонкомолотые добавки [3—8]. И хотя область теоретических и экспериментальных исследований шлакобето-нов глубоко проработана, остаются вопросы, требующие дополнительного изучения, особенно с позиции ресурсоэнергоэффективности [1, 3]. Одним из таких вопросов является применение в бетонах отсева (фр. <5 мм) при производстве фракционированного шлакового щебня, который пока не нашел широкого использования в строительной практике [9—11].
На Череповецком металлургическом комбинате накоплен значительный объем данного отсева, получаемого в процессе производства шлакового щебня и разделения его на фракции (5—20, 20—40, 40—70 и более). Примерный выход отсева составляет 0,2—0,3 м3 на 1 м3 щебня. Использование отсева крайне ограничено из-за отсутствия сертификатов и технологических регламентов.
На кафедре строительства Череповецкого государственного университета были проведены специальные
исследования по определению области применения шлакового отсева в бетонах.
На первом этапе сделана оценка фракционного состава и физико-химических характеристик в сравнении с традиционно выпускаемым шлаковым щебнем и гранулированным доменным шлаком (табл. 1, 2). Оценка показала, что данный материал соответствует требованиям ГОСТ 31424—2010 «Материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород при производстве щебня. Технические условия» и может быть рекомендован для применения в бетонах.
Для выработки рекомендаций по использованию отсева в бетонах было предложено использование в качестве минеральной тонкомолотой добавки как активного компонента по замене части вяжущего и заполнителя для мелкозернистых конструкционных бетонов. При этом учитывался известный факт [9] — шлакосодержа-щие вяжущие обладают меньшим коэффициентом теплопроводности, чем другие виды цементов.
Оценка качества минеральной тонкомолотой добавки проводилась методом сравнения с добавкой, получаемой при помоле гранулированного доменного шлака. Экспериментальный анализ показал, что при помоле гранулированного шлака и отсева шлакового щебня до одинаковой удельной поверхности в лабораторной шаровой мельнице время помола последнего на 35—40% меньше (рис. 1), а следовательно, и меньше
Таблица 1
Остаток Остатки на ситах, % по массе Проход через сито 0,16, % по массе Модуль крупности Насыпная плотность, кг/м3
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16
Частный 20,18 13,58 20,64 20,93 14,45 9,08 2,73 1100-1300
Полный 20,18 33,76 54,4 75,33 89,78 98,86
40
научно-технический и производственный журнал
май 2018
jVJ ®
Таблица 2
Показатели Тонкомолотая минеральная добавка
Отсев шлакового щебня Гранулированный доменный шлак
Удельная поверхность, м2/кг 300-400 300-400
Модуль основности 0,965 0,99
Модуль активности 0,32 0,33
Силикатный модуль 2,94 2,97
Таблица 3
Код Значение кода Значение факторов
X1 X2 X3
Основной уровень 0 0,38 0,4 0,35
Интервал варьирования áXi 0,05 0,1 0,03
Верхний уровень + 0,43 0,5 0,38
Нижний уровень - 0,33 0,3 0,32
удельные энергетические затраты, которые еще больше увеличиваются за счет предварительной сушки гранулированного шлака.
Активность полученных шлаковых добавок проверялась на образцах цементно-шлакового вяжущего по ГОСТ 30744—2001 «Методы испытаний с использованием полифракционного песка». Использовался ЦЕМ I 42,5Н производства ПАО «Мордовцемент». Относительные показатели прочности и теплопроводности смешанных вяжущих (28 сут твердения в нормальных условиях) приведены на рис. 2.
Установлено, что влияние шлаковых добавок на показатели активности и теплопроводность шлакоце-ментных вяжущих практически идентично. При расходе добавок 35—40% в общем объеме вяжущего наблюдается повышение активности на 15—20%; теплопро-
водность вяжущего с увеличением доли добавки монотонно уменьшается. Аппроксимация полученных результатов выражается зависимостями (1, 2), отражающими тенденцию влияния шлаковых добавок на указанные свойства:
RB = Rц [1 + 1,5Д(1-1,7Д)];
= (1-
0,45Д).
(1)
(2)
50
100 150
Время ^ мин
200
250
Рис. 1. Зависимость удельной поверхности компонентов шлаковой добавки от времени помола 1 - граншлак; 2 - отсев шлакового щебня
Кв/Кц Х-/Хц
0,4 0,6 0,8
Доля добавки (Д) в вяжущем
Рис. 2. Влияние доли шлаковой добавки на относительную активность и теплопроводность шла-коцементного вяжущего: 1 - граншлак; 2 - отсев шлакового щебня
Известно [2], что активность минеральных добавок на основе доменных шлаков связана с их минеральным и фазовым составами. Наибольшей активностью обладают шлаковые добавки, содержащие 35—45% кристаллической фазы. Учитывая, что гранулированный шлак имеет 90—95% стеклофазы, было предложено формировать двухкомпонентную шихту для получения минеральной добавки, состоящей из 60—70% гранулированного шлака и 30—40% отсева шлакового щебня, содержащего более 70% кристаллической фазы (рис. 3). Данная рецептура шихты была рекомендована для промышленного изготовления добавки на мельницах типа роторно-вихревая и шаровая.
Механоактивация данной шихты создала условия формирования усредненного фазового состава, соответствующего требованиям повышенной активности и получения шлаковой добавки, содержащей в своем составе при заданной тонкости помола 350—400 м2/кг порядка 20% более грубых дисперсных частичек удельной поверхностью 250—300 м2/кг (остаток на сите 008), представляющих в основном граншлаковый компонент.
В ходе исследования данной добавки были установлены рациональные пределы доли добавки в вяжущем, равные 0,4—0,5, при которых относительная активность шлакоце-ментного вяжущего увеличивалась на 15—20%, относительная теплопроводность уменьшалась на 25—35% в сравнении с исходным клинкерным вяжущим. Полученные результаты в определенной степени связаны с положительным влиянием дисперсности добавки. Наличие более грубых частичек способствовало повышению прочности вяжущего композита по принципу формирования структуры микробетона [5] и снижению теплопроводности затвердевшего
научно-технический и производственный журнал Ы- ® май 2018 41
вяжущего, связанного с содержанием в нем увеличенного количества стеклообразной составляющей.
На этапе исследования бетонов рассматривался вариант мелкозернистого конструкционного бетона для изготовления плит методом безопалубочного формования, в котором в качестве заполнителя использовался отсев шлакового щебня, в качестве вяжущего — портландцемент марки ЦЕМ I 42,5Н ПАО «Мордовцемент» и полидисперсная тонкомолотая шлаковая добавка. Исследования проводились с привлечением математического метода планирования эксперимента. В качестве независимых переменных были выбраны:
Х1 — доля полифракционной добавки о
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
40 30 20 10
■ 1.......
. .. . . lîO»l Lj_ftMU I
лАм-^-' ¿W,
4
в вяжущем; Х2 — доля молотого отсева шлакового щебня в полифракционной добавке; X} - водовяжущее отношение. Уровни планирования эксперимента приведены в табл. 3. Расход комплексного вяжущего составлял 550 кг/м3, жесткость бетонной смеси обеспечивалась в пределах 20—30 с. В качестве пластификатора использовалась добавка «Реламикс», расход 0,5% от массы вяжущего.
По результатам эксперимента рассчитаны уравнения регрессии в виде полиномов второй степени, выражающих зависимость прочности, плотности и теплопроводности мелкозернистого бетона от исходных факторов после 28 сут нормального твердения:
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Рис. 3. Рентгенограммы образцов гранулированного шлака и отсева шлакового щебня ПАО «Северсталь»
Таблица 4
Состав бетона 1 м3 смеси Y28' кг/м3 -7, МПа МПа Rпр, МПа £б103, МПа Y28' Вт/м-°С Кэф, кг/МПа
Цемент - 550 кг/м3 Отсев - 1000 л/м3 В/В = 0,33 Добавка* - 22,1 л/м3 2250 34,5 43,1 36,2 28,9 0,435 12,7
Цемент - 300 кг/м3 Добавка - 250 кг/м3 Отсев - 1000 л/м3 В/В = 0,34 Добавка* - 16,6 л/м3 2240 33,2 43,6 37,3 26,7 0,324 6,88
* Добавка - ускоритель набора прочности и твердения отечественного производства.
#¡8=41,33+2,73X1+1,16X2-1,17X3-
-1,18•X12-3,83•X22; (3)
Y28=2250,2+5,5X¡-10,5 X3-30,69 X32-
-13,13X1X2-16,88X2X3; (4)
Я28=0,341-0,0017Х1+0,0028Х2+0,0137Х3-0,0143Х22. (5)
Анализ данных уравнений позволил установить рациональные значения области исходных факторов, близких к оптимальным, и рекомендовать составы мелкозернистых бетонов с использованием полифракционного комплексного шлакосодержащего вяжущего для производства плит методом безопалубочного формования. Сравнительные результаты испытаний бетонов приведены в табл. 4.
Прогнозируемая экономия клинкерного вяжущего хорошо иллюстрируется через критерий эффективности К,ф, отражающий экономию цемента: Кэф=Ц/В.ь (Ц - расход цемента, кг/м3; Кь - прочность бетона, МПа). Согласно результатам испытаний удельный расход цемента на единицу прочности в рекомендуемых составах мелкозернистого бетона составляет на 40-45% меньше, чем в традиционных бетонах без тонкомолотой полифракционной шлаковой добавки.
Практическая реализация результатов представленных исследований позволит организовать рациональное использование отсева шлакового щебня при производстве высокоэффективных минеральных тонкомолотых шлаковых добавок и конструкционных мелкозернистых шлакобетонов с относительно низкой теплопроводностью и удельным расходом цемента.
Список литературы
1. Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н., Школьник Я.Ш. Состояние и перспективы использования побочных продуктов техногенных образований в строительной индустрии // Экология и промышленность России. 2012. № 10. С. 50-55.
2. Горшков В.С., Александров С.Е., Иващенко С.И., Горшкова И.В. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве. М.: Стройиздат, 1985. 272 с.
3. Ярмаковский В.Н., Семченков А.С., Козелков М.М., Шевцов Д.А. О ресурсоэнергосбережении при использовании инновационных технологий в кон-
References
1. Karpenko N.I., Yarmakovsky V.N., Shkol'nik Ya.Sh. Sostoyaniye and the prospects of use of by-products of technogenic educations in the construction industry. Ekologiya ipromyshlennost'Rossii. 2012. No. 10, pp. 50—55. (In Russian).
2. Gorshkov V.S., Alexandrov S.E., Ivashchenko S.I., Gorshkova I.V. Kompleksnaya pererabotka i ispol'zovanie metallurgicheskikh shlakov v stroitel'stve [Complex processing and use of metallurgical slags in construction]. Moscow: Stroiizdat, 1985. 272 p.
3. Yarmakovsky V.N., Semchenkov A.S., Kozelkov M.M., Shevtsov D.A. About energy saving when using innova-
научно-технический и производственный журнал '&J'r;CJi,J'J'iJJiij-lijJi "42 май 2018
структивных системах зданий в процессе их создания и возведения // Вестник МГСУ. 2011. № 3. Т. 1. С. 209-215.
4. Большаков В.И., Елисеева М.А., Щербак С.А. Контактная прочность механоактивированных мелкозернистых бетонов из доменных гранулированных шлаков // Наука та прогрес транспорту. 2014. № 5 (53). С. 138-149.
5. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Основы бетоноведе-ния. СПб.: ООО «Строй-Бетон». 2006. 692 с.
6. Черноусов Н.Н., Черноусов Р.Н., Суханов А.В. Исследование механики работы мелкозернистого шлакобетона при осевом растяжении и сжатии // Строительные материалы. 2014. № 12. С. 59-64.
7. Панова В.Ф., Панов С.А. Регулирование зернового состава декоративного шлакобетона // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2007. № 8. С. 24-29.
8. Черноусов Н.Н., Черноусов Р.Н., Суханов А.В., Бондарев Б.А. Влияние возраста мелкозернистого шлакобетона на его прочностные характеристики // Научный журнал строительства и архитектуры. 2015. № 1 (37). С. 41-50.
9. Грызлов В.С. Формирование структуры шлакобето-нов. Lambert Academic Publishing SaarbUcken Deutchland, 2012. P. 347.
10. Грызлов В.С. Шлакобетоны в крупнопанельном домостроении // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 40-41.
11. Гатылюк А.Г., Грызлов В.С. Определение оптимального состава мелкозернистого шлакобетона на отходах металлургического производства // Вестник Череповецкого государственного университета. 2013. Т. 1. № 2 (47). С. 9-11.
tive technologies in the constructive systems of buildings in the course of their creation and construction. Vestnik MGSU. 2011. No. 3. Vol. 1, pp. 209-215. (In Russian).
4. Bolshakov V.I., Yeliseyev M.A., Shcherbak S.A. Contact durability of the mechanoactivated fine-grained concrete from the domain granulated slags. Nauka ta progres transports 2014. No. 5 (53), pp. 138-149.
5. Dvorkin L.I., Dvorkin O.L. Osnovy betonovedeniya [Betonovedeniye bases]. Saint Petersburg: Stroy-Beton. 2006. 692 p.
6. Chernousov N.N., Chernousov R.N., Sukhanov A.V. A research of mechanics of work of a fine-grained shlakobe-ton at axial stretching and compression. Stroitel'nye mate-rialy [Construction Materials]. 2014. No. 12, pp. 59-64. (In Russian).
7. Panova V.F., Panov S.A. Regulation of grain structure of a decorative shlakobeton. Izvestiya vysshikh uchebnykh zave-denii. Stroitel'stvo. 2007. No. 8, pp. 24-29. (In Russian).
8. Chernousov N.N., Chernousov R.N., Sukhanov A.V., Bondarev B.A. Influence of age of a fine-grained shlakobeton on his strength characteristics. Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. 2015. No. 1 (37), pp. 41-50. (In Russian).
9. Gryzlov V.S. Formirovanie struktury shlakobetonov [Formation of structure of shlakobeton]. Lambert Academic Publishing SaarbUcken Deutchland, 2012. 347 p.
10. Gryzlov V.S. Shlakobeton in large-panel housing construction. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2011. No. 3, pp. 40-41. (In Russian).
11. Gatylyuk A.G., Gryzlov V.S. Determination of optimum structure of a fine-grained shlakobeton on waste of metallurgical production. Vestnik Cherepovetskogo gosudarst-vennogo universiteta. 2013. Vol. 1. No. 2 (47), pp. 9-11. (In Russian).
510 /-f > > ]
mát\ i
ЗАО «ИНГЕОСТРОЙ» предлагает выполнение следующих видов работ и услуг -flMflXj
обследование, оценка состояния, мониторинг зданий и со- ■ работы по струйной цементации грунтов по технологии Jet-1, оружений Jet-2, Super-Jet
разработка проектной документации на ремонтные, противо- ■ консолидация водонасыщенных неустойчивых и плывунных аварийные, гидроизоляционные, восстановительные работы грунтов в условиях плотной городской застройки устройство горизонтальных и вертикальных противофильтра- и устройство эффективных свайных оснований и фундаментов
защита зданий и сооружений от сверхнормативных деформаций, а также выравнивание зданий и сооружений в случае проявившихся деформаций по технологии компенсационного нагнетания с применением специальных инъекционных материалов КН-1 и КН-1, системы высокоточного автоматизированного мониторинга, современного инъекционного оборудования
ционных завес, разгружающих и защитных экранов усиление оснований и фундаментов с применением различных инъекционных технологий и инновационных материалов на минеральной и органоминеральной основе восстановление качества каменных, бетонных и железобетонных конструкций
ликвидация водопроявлений в строящихся и эксплуатирующихся подземных сооружениях, включая объекты метрополитена -- I 1 ш^Л
ЗАО «ИНГЕОСТРОИ» располагает высококвалифицированным научным, проектным и производственным персоналом, широким парком высокотехнологичного оборудования и техники, собственной производственной базой и лабораторией. Специалисты компании принимали активное участие в реконструкции зданий Московского Кремля, Мавзолея В.И. Ленина, реставрации Воскресенского Новоиерусалимского монастыря, закреплении оснований фундаментов здания Министерства иностранных дел РФ.
"Д^мНД] иЯИ г Г ^Н" Г г н ^У/^Ум/У^СоЛ
В настоящее время компания принимает активное участие в строительстве объектов Московского метрополитена, восстановлении проектного положения конструкций Загорской ГАЭС-2, усилении оснований и фундаментов зданий и сооружений в условиях плотной городской застройки Москвы.
ЗАО «ИНГЕОСТРОЙ» 109147, г. Москва, ул. М. Калитниковская, д. 7 E-mail: zao.ingeostroy@gmail.com Тел.: 8-495-796-29-23; 8-919-999-92-89; 8-968-865-77-08
j'^J ®
Реклама
научно-технический и производственный журнал
май 2018 43
