Смешанные цементы центробежно ударного измельчения на основе доменного отвального шлака Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 666.9.022.2

М.С. ГАРКАВИ, д-р техн. наук, И.С. ХРИПАЧЕВА, инженер (hripacheva@inbox.ru), Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (Челябинская обл.)

Смешанные цементы центробежно-ударного измельчения на основе доменного отвального шлака

Использование смешанных вяжущих в технологии бетонов является актуальной задачей, так как это значительно снижает материало- и энергоемкость производства и позволяет получать материалы с рядом важных специфических свойств. При этом предпочтение следует отдавать вариантам, предусматривающим использование вторичного сырья, к которым относятся отвальные металлургические шлаки, а также мелкие отходы дробления доломитовых, известняковых, порфирито-

вых и других горных пород. Особый интерес представляют доменные отвальные шлаки, поскольку в них в отличие от доменных гранулированных фазы С^ находятся в закристаллизованном состоянии и вследствие этого проявляют низкую гидравлическую активность. В результате они практически не используются для производства смешанных цементов. Однако их можно рассматривать как в значительной мере подготовленное сырье, если использовать для помола центробежно-

а 5 4,5 4

3,5

аг

3

Й 2,5

о

2 1,5

1

0,5

0

0,04 0,1 0,4 1

2 4 6 10 20 40 100 200 400 1000 2000 Диаметр частиц, цш

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

аг

б 5,5 5 4,5 4 3,5

м, 3

е

8 2,5 2

1,5

1

0,5 0

И_I_I_I_|_

0,04 0,1 0,4 1 2 4 6 10 20 40 100 200 400 1000 2000 Диаметр частиц, цш

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Рис. 1. Кривая распределения частиц по крупности: а - клинкер; б - шлак; 1 - дифференциальная кривая (гистограмма); 2 - интегральная кривая

Рис. 2. Микроструктура камня из смешанного цемента: а - содержание шлака 0%; б - содержание шлака 15%

www.rifsm.ru

научно-технический и производственный журнал ^с) ^ Г Г ЗуН г! ^ 13

40

август

2010

2

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

10 15 20

Продолжительность твердения, сут

25

Материал Массовая доля, %

БЮ2 А!20З ^2ОЗ СаО МдО БОз МпО

Клинкер 20,6 5,4 3,9 60,1 4,4 2,8 0,09

Шлак 33,7 10,1 5,8 33,6 8,4 1 0,71

Рис. 3. Кинетика твердения смешанных цементов с добавкой доменного шлака: 1 - 0%; 2 - 15%; 3 - 30%

ударные мельницы, применение которых позволяет получить частицы правильной формы, не склонные к агрегации, а также позволяет проявиться эффекту меха-ноактивации измельчаемого материала [1].

Для получения смешанного цемента в работе использованы клинкер Магнитогорского цементно-огне-упорного завода и доменный отвальный шлак Магнитогорского металлургического комбината, химический состав которых приведен в таблице.

Эти материалы были измельчены в центробежно-ударной мельнице МЦ-0,36. Зерновой состав материалов характеризуется узкой гранулометрией с преобладающим размером частиц для клинкера 15—40 мкм, для шлака 30—70 мкм (рис. 1).

Определение удельной поверхности компонентов, проведенной методами воздухопроницаемости и низкотемпературной сорбции азота (БЭТ), показало, что удельная поверхность по БЭТ в 2,5 раза выше. Поскольку адсорбция протекает по активным поверхностным центрам [2], полученный результат свидетельствует о том, что при центробежно-ударном измельчении не только уменьшается размер частиц, но и увеличивается количество поверхностно-активных центров, определяющих реакционную способность компонентов смешанного цемента.

Как следует из данных электронной микроскопии (рис. 2), образующиеся в результате гидратации исследуемых смешанных цементов основные новообразования в значительной мере схожи с аналогичными продуктами гидратации чистого портландцемента. Однако, как показал проведенный рентгенофазовый анализ, содержание портландита при гидратации смешанного цемента снижается, что свидетельствует об участии шлака в реакции синтеза гидросиликатов кальция. Это сопровождается заметным увеличением содержания С-8-Н и закономерным ростом плотности цементного камня (рис. 2, б).

Характер микроструктуры и фазовый состав цементного камня с добавкой доменного шлака позволяют объяснить кинетику роста его прочности (рис. 3). Как следует из данных рис. 3, прочность камня из смешанного цемента в возрасте 28 сут практически равна прочности камня из бездобавочного цемента, хотя в ранние сроки твердения различия в прочности достигают 15—20%. Эти данные свидетельствуют о многоступенчатом характере структурообразования при твердении исследуемого смешанного цемента [3]. Этот вывод подтверждают также прочностные показатели цементного камня из смешанного цемента, содержащего 30% доменного отвального шлака. В возрасте трех месяцев его прочность лишь на 7% ниже прочности камня из бездобавочного цемента.

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование центробежно-ударного измельчения доменного шлака позволяет не только достичь необходимой степени дисперсности шлака, но и повысить его химическую активность за счет увеличения числа и энергонапряженности поверхностных активных центров.

Ключевые слова: отвальный доменный шлак, микроструктура, цементный камень, структурообразование.

Список литературы

Гаркави М.С., Воробьев В.В., Кушка В.Н., Свитов В.С. Современное оборудование для измельчения и классификации материалов // Вестник БГТУ. 2003. № 6. С. 280-284.

Грэг С., Синг К. Адсорбция. Удельная поверхность. Пористость. М. : Мир, 1984. 310 с. Гаркави М.С. Термодинамический анализ структурных превращений в вяжущих системах. Магнитогорск: МГТУ, 2005. 243 с.

5

30

Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru

Ы' ® август 2010 41