ПОДБОР СОСТАВОВ ТЯЖЁЛОГО БЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОНКОМОЛОТЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ

Аннотация. Статья посвящена изучению выбора составов тяжёлого бетона с применением металлургических шлаков. Значительную роль в строительстве представляет финансовая составляющая и по этой причине люди стараются удешевить строительство, не проиграв в качестве строительной продукции. Исследователи рассматривают какой тяжелый бетон с применением шлаков является крепким и одновременно экономичным. По данной причине особый интерес уделяется шлакам.

Ключевые слова: тяжёлый бетон, металлургический  шлак.

Необходимым и важным строительным материалом считается бетон. На сегодняшний день чаще используются бетоны с применением металлургических шлаков, что связано, в первую очередь, с их сравнительно невысокой стоимостью (на 20-30% меньше, чем у обычных).

Основными преимуществами бетона являются доступная цена и долговечность. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности он является одним из влагостойких и пожаробезопасных материалов. Однако имеется и ряд недостатков, снижающих классификацию бетона на рынке труда: плохая звукоизоляция, чувствительность к соблюдению технологии приготовления бетонных смесей, низкая трещиностойкость, высокая плотность, приводящая к сужению пролетов перекрытий здания и т. д.

При использовании обычных или шлаковых вяжущих в сочетании со шлаковыми заполнителями можно получать тяжелые бетоны всех классов по прочности на сжатие. При этом для пропаренного бетона достигается прочность 10–30 МПа, а для автоклавного бетона 30–60 МПа. Замена крупных заполнителей из плотных горных пород в тяжелом бетоне щебнем, полученным при дроблении плотных металлургических шлаков, практически не снижает, а иногда несколько повышает прочность бетона за счет их более развитой и активной поверхности. Бетон на измельченном шлаке имеет более высокую прочность на растяжение и изгиб, чем гранит.

Шлакобетоны твердеют так же, как и обычные бетоны, но если их одновременно пропарить или провести автоклавную обработку, то их прочность будет больше. Комбинируя шлаковые вяжущие и шлаковые заполнители, можно получить бетон любой марки (любой прочности).

Отвальный коржевой шлак

В результате дробления отвального и коржевого шлака образуется до 30% отсева от продуктов дробления, что исходя из технико-экономических показателей рационально для использования в качестве мелкого заполнителя.

Однако этот материал имеет избыток крупных фракций и относительное отсутствие активных частиц размером менее 0,14 мм, а общая просеивающая способность покрывает потребность в мелком заполнителе.

Исследованиями установлена ​​возможность использования полученного отсева, обогащения и восполнения его дефицита местным природным песком, гранулированным доменным шлаком или быстроохлаждаемой (стекловидной) золошлаковой смесью Кузбасских ТЭС.

Экспериментально установлено, что максимальная прочность строительных шлакобетонов с различными видами оптимизированного мелкого заполнителя достигается при содержании в нем обогащающей добавки 40-60 %. В оптимальной зоне зерновой состав смеси мелкого заполнителя характеризуется содержанием в ней фракций менее 0,14 мм - 6-9%; 0,14-0,63мм - 30-35%; 0,63-5мм - 56-64%. Он не соответствует оптимальному зерновому составу песка из породы, а подчиняется закономерностям, установленным гранулометрией доменного шлака. Что касается фракций менее 0,14 мм, в том числе золошлаковых, которые играют роль активной тонкоизмельченной добавки, улучшающей структуру и прочность шлакобетона.

Во всех случаях паростойкость шлакобетона, в который введена золошлаковая смесь, выше, чем у бетонов с другими обогащающими добавками, в оптимальной зоне превышение достигает 11-20 %.

Рисунок 1. Коржевой шлак

Молотый доменный шлак

Использование молотых доменных шлаков в бетоне имеет ряд положительных свойств. Доменный шлак в составе портландбетона выступает активным наполнителем, т.е. вступает в реакцию с гидроксидом кальция. При этом образуется дополнительное количество гидросиликатов кальция, полностью исчезают капиллярные каналы, образующиеся между цементом и поверхностью наполнителя в результате усадки цемента. Это приводит к значительному повышению коррозионной стойкости бетона по сравнению с традиционными составами в самых агрессивных средах, даже к кислотам.

Кроме того, благодаря специфической структуре и отсутствию микротрещин на границе вяжущего и заполнителя, эти бетоны обладают характерными физико-механическими свойствами, поэтому применение бетонов на шлаковом заполнителе широко распространено в Китае, Великобритании, Японии, США и других странах.

При использовании гранулированного шлака многие исследователи отмечают его положительное влияние на свойства бетона, а именно:

• высокая реакционная способность,
• коррозионная стойкость;
• повышенная долговечность в условиях агрессивных сред;
• низкие усадочные деформации при твердении;
• плотная и высокопрочная структура искусственного камня;
• высокая водонепроницаемость;
• сульфатостойкость;
• морозостойкость;
• сохраняемость бетонной смеси;
• повышенная устойчивость к образованию трещин;
• низкая деформативность.

Рисунок 2. Бетонная смесь: 100% шлака

Рисунок 3. Бетонная смесь: 60% цемента + 40% шлака

Область применения:

- при производстве растворов и бетонов, при изготовлении сухих строительных смесей, в гидротехническом, дорожном, а также промышленном, общественном и жилищном строительстве;

- для различных видов бетона. При получении клинкерных цементов в качестве добавки используют молотый шлак. При получении бесклинкерных цементов в качестве основного компонента используют молотый шлак (шлакощелочные цементы);

Мелкозернистые бетоны на шлаковых вяжущих

Относительно мелкозернистые бетоны на шлаковых вяжущих. В качестве связующего выступают бесклинкерные шлаковые вяжущие, а в качестве наполнителя - гранулированный шлак и шлаковый песок. Такие бетоны имеют прочность на сжатие 10-40 МПа.

Они обладают высокой прочностью на растяжение и обладают развитой деформируемостью по сравнению с обычными.

В последнее время широкое распространение получил такой способ изготовления, где в качестве вяжущего выступает шлакопортландцемент, а в качестве наполнителя – доменный шлак. Шлак интенсивно измельчают (повышается сцепление частиц) в ударных установках (шаровых мельницах). При этом с целью оптимизации гранулометрического состава заполнителя, помимо дробленого шлака, для улучшения структурных свойств будущего бетона используют также недробленый шлак.

Заключение: результаты исследований показали, что при правильном выборе металлургического шлака и идеальном количестве цемента бетон приобретает большую прочность на сжатие, что позволяет возводить здания различного типа, при этом стоимость строительных материалов для такого бетона снижается на 20-30%.