Шлакощелочные бетоны на основе промышленных отходов


В условиях промышленного кризиса ставится задача рационального использования и вовлечения в производство техногенных отходов различных отраслей промышленности, замещения на 20...30% природного сырья производственными и бытовыми отходами в производстве строительных материалов.

Одним из распространенных видов сырья для производства таких материалов являются многотоннажные отходы металлургической, теплоэнергетической, горнодобывающей, химической и других отраслей промышленности.

Разработка строительных материалов на основе комплексного использования таких отходов обусловлена эколого-экономическими факторами: во-первых, значительным ростом цен на цемент, природные заполнители, энергоносители и, во-вторых, ухудшением экологической ситуации в результате образования и накопления промышленных отходов.

Многие развитые страны используют в больших объемах в качестве минерального сырья техногенные сырьевые продукты и изготовляют из них высококачественные строительные материалы. Россия в этом плане значительно уступает. Так, например, золошлаковые отходы ТЭС используются только на 8%, сталелитейные и ферросплавные шлаки – на 50%,

ультрадисперсный кремнезем – на 10%, побочные продукты горнодобывающей промышленности – на 27%. По самым скромным подсчетам, в нашей стране пока еще не нашли рационального применения около 25 млн. тонн доменных, 20 млн. тонн сталеплавильных, 4,5 млн. тонн электротермофосфорных и более 10 млн. тонн шлаков цветной металлургии. Исследования показывают, что более широкое применение промышленных отходов позволило бы на 15-20% расширить отечественную минерально-сырьевую базу промышленности строительных материалов.

Одной из наиболее эффективных областей утилизации металлургических шлаков является их применение в составе шлакощелочных вяжущих, которые представляют из себя гидравлические вяжущие вещества, получаемые путем тонкого измельчения шлака совместно со щелочным компонентом или затворением молотого шлака растворами ряда соединений щелочных металлов: натрия, лития или калия [1].

Для производства таких цементов пригодны шлаки мартеновских, электротермофосфорных печей, а также силикатные и алюмосиликатные шлаки цветной металлургии.

Однако наибольший интерес представляет организация производства шлакощелочных вяжущих на основе доменных гранулированных шлаков, ежегодный выход которых на металлургических комбинатах Российской Федерации составляет около 15 млн. т.

Исследования шлакощелочного вяжущего начались в 1958 году на базе исследовательской лаборатории грунтосиликатов Киевского инженерного института, возглавляемой профессором Глуховским В.Д. Под его руководством были разработаны основные теоретические положения о взаимодействии различных шлаков со щелочными компонентами.

В результате этих работ была создана технология производства шлакощелочных вяжущих, которые по некоторым параметрам существенно превосходят портландцементы: прочность на сжатие в зависимости от примененного щелочного компонента может быть получена до 150МПа, морозостойкость – 1000 циклов (лучшие цементы имеют 300 циклов). Его можно укладывать в опалубку при температурах до -400С без потери прочности от замораживания. Прочностные характеристики шлакощелочного бетона и их изменение во времени исследовались многими авторами, и тезис о том, что прочность таких бетонов растёт со временем, сейчас не вызывает сомнений.

Щелочные компоненты, которые являются составной частью шлакощелочных цементов, вводятся в них (в количестве 5-15% от массы шлака в пересчете на сухое вещество) в виде соединений щелочных металлов, дающих в водных растворах щелочную реакцию. Используются их водные растворы 18-40%-ной концентрации по массе.

Эти соединения по характеру взаимодействия со шлаками подразделяются на четыре группы [2]:

  • I группа – едкие щелочи (едкий натрий по ГОСТ 2263, едкий калий по ГОСТ 9285, смесь плавленых щелочей по МРТУ 6-08-194);

  • II группа – несиликатные соли слабых кислот – карбонаты (сода синтетическая кальцинированная по ГОСТ 5100, сода кальцинированная техническая по ГОСТ 10689-75, содощелочной сплав по ТУ 6-03-294, поташ по ГОСТ 10690), фтористый натрий по ГОСТ 2871 и т.п.;

  • III группа – силикатные соли и растворимые стекла по ГОСТ 13097 с силикатным модулем 0,5-2,5, в том числе ортометадисиликаты натрия и калия;

  • IV группа – алюминатные соли (алюминаты натрия и калия).

Смешение таких растворов с молотым шлаком дает вязкую массу, которая в технологически приемлемое время превращается в камневидное тело. В России ежегодно производится около 3,0 млн. тонн едкого натра и 5,0 млн. тонн кальцинированной соды, однако более перспективно использование различных отходов, содержащих щелочи. В качестве щелочного компонента могут быть использованы крупнотоннажные отходы производства сульфида натрия, капролактама, глинозема. Из всех этих отходов можно ежегодно изготовить по меньшей мере 30 млн. тонн высокопрочных шлакощелочных бетонов.

Энергозатраты на производство портландцементов в несколько раз превышают энергозатраты на производство шлакощелочных цементов, где единственная энергоемкая операция – это помол гранулированных шлаков (при этом удельная поверхность частиц должна составить 3000-3500 см2/г). Сравнение затрат на производство шлакощелочных вяжущих и портландцемента одинаковых марок показывает, что у шлакощелочных вяжущих ниже: себестоимость – в 1,7-1,9 раза; удельный расход топлива – в 3-5 раз; электроэнергии – в 2 раза; приведенные затраты – до 2-2,5 раз [3].

Целесообразность и технико-экономическая эффективность производства шлакощелочных вяжущих, бетонов, бетонных и железобетонных изделий для промышленного, транспортного, мелиоративного и гражданского строительства показана широкими исследованиями, начиная с 70-х годов прошлого столетия, научных школ Глуховского В.Д, НИИЖБ, академика РААСН Комохова П.Г., советника РААСН Калашникова В.И. Результатам этих разработок посвящены более 70-ти кандидатских и 10-ти докторских диссертационных работ, многочисленные монографии и научные статьи. Показана возможность получения шлакощелочных вяжущих на основе большинства разновидностей шлаков металлургической и топливной промышленности.

Химизм процессов твердения шлакощелочных вяжущих и портландцемента неодинаков. В цементе главное действующее соединение – оксид кальция, в шлакощелочных вяжущих – соединения щелочных металлов. Именно высокая активность соединений щелочных металлов по сравнению со щелочноземельными (кальций) обусловила возможность получения высокопрочных шлакощелочных бетонов с прочностью 100 МПа и более [4]. Чтобы получить прочный и высококачественный бетон на основе портландцемента, нужен песок, не содержащий глинистых и пылевидных частицдвери межкомнатные под заказ . Применение шлакощелочных цементов снимает это ограничение: соединения щелочных металлов активно взаимодействуют с этими частицами. Образуются щелочные гидроалюмосиликаты, обладающие вяжущими свойствами. Оттого обычно вредные глинистые фракции в песке в этом случае не ухудшают, а улучшают физико-механические свойства бетона.

Приготовление шлакощелочных бетонов производится так же, как и обычного бетона на портландцементе, с той лишь разницей, что бетонная смесь затворяется не водой, а растворами щелочных металлов.

Шлакощелочные бетоны имеют ряд существенных преимуществ, таких как большая паро- и водонепроницаемость, морозостойкость и жаростойкость, лучшую устойчивость к действию агрессивных сред и, самое главное, существенное снижение энергозатрат на производство и доступность сырьевых компонентов.

Однако наиболее эффективным является его использование в производстве бетонов специального назначения: жаростойких, кислотоупорных и других бетонов, стойких к воздействию агрессивных сред [5].

Институтом «УралНИИстром» в течение многих лет проводились испытания по использованию шлаков в производстве строительных материалов, в т. ч. были разработаны специальные составы жаростойкого бетона на шлакощелочном вяжущем для футеровки печных вагонеток керамической промышленности.

Особенностью этого бетона, кроме высокой прочности и температуры эксплуатации до 14800С, является его повышенная термостойкость, что позволило увеличить срок службы футеровки печных вагонеток в 2 раза.

Весьма интересен опыт Липецкого управления треста «Центрметаллургремонт», которое уже в 90-е годы своими силами спроектировало и построило установку по производству шлакощелочных вяжущих на объем производства 16 тысяч тонн молотого шлака в год. Впервые в мире по технологии монолитного шлакощелочного бетона ими были построены два 20-этажных и один 16-этажный дом.

Там же была разработана упрощенная технология производства шлакощелочного вяжущего, удобная для изготовления сборного железобетона. Суть технологии заключается в совместном помоле шлака и щелочного компонента в шаровых мельницах мокрым способом. Получается шлакощелочное вяжущее в виде шлама, который необходимо использовать в течение суток, постоянно перемешивая. В Челябинске в 80-е годы шлакощелочные вяжущие были внедрены в тресте «Челябметаллургстрой» (технолог – В.А Башев) Ванная комната под старинукерамическая плитка для ванной. . Шлакощелочной бетон использовался при изготовлении конструктивных армированных элементов (фундаментные блоки, надоконные перемычки и даже плиты перекрытия). На базе этого опыта технологам из «Златоустметаллургстроя» удалось разработать и запустить технологическую линию по выпуску шлакоще-лочных вяжущих, что уже в 80-е годы позволило достичь уральскому региону производительности в 50 тыс. кубометров шлакощелочного вяжущего в год.

Специфическими свойствами шлакощелочных бетонов и вяжущих являются следующие:

• высокая механическая прочность и хорошее сопротивление истиранию;

• высокая водостойкость и водонепроницаемость, низкий коэффициент фильтрации;

• высокая атмосферостойкость и воздухостойкость, высокая стойкость в среде с повышенным содержанием углекислого газа;

• низкое тепловыделение при твердении;

• возможность твердения при отрицательных температурах;

• высокая стойкость в ряде агрессивных сред;

• хорошая сохранность стальной арматуры в теле бетона;

• повышенная жаростойкость;

• повышенная эластичность (проявляющаяся особенно в тонкостенных конструкциях;

• стабильность структуры бетона во времени, долговечность, надежность.

Так же актуальным является применение шлакощелочного бетона в монолитном строительстве при возведении промышленных и сельскохозяйственных сооружений. Высокие физико-механические свойства шлакощелочных бетонов позволяют их рекомендовать для применения в особо ответственных конструкциях и конструкциях специального назначения с высокой степенью надёжности. В связи с этим шлакощелочной бетон следует рассматривать как эффективную конкурентноспособную разновидность высокопрочных, гидротехнических, дорожных, коррозионностойких, жаростойких и других видов бетонов специального назначения.

Использованная литература

1. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. – К: Будивельник, 1978.– 184с.

2. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов. –М.:Стройиздат, 1981. – 224с.

3. Экономия цемента в строительстве / Под ред. Э.Б. Энтина. – М.: Стройиздат, 1985. – 200с.

4. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества: технология и свойства: Учебник для вузов. – 4-е издание, переработанное и доп. –М.: Стройиздат, 1985. – 476 с.

5. Петропавловский О.Н. Шлакощелочные вяжущие системы и бетоны на основе шлаков сталеплавильного производства: Автореф. Дис.канд. наук: 05.23.05. – К:1987. – 16с. (Докипедия: Шлакощелочные бетоны на основе промышленных отходов)

Избранное
Последние новости

© 2019 by Miocom co.

 

Image provided by Lexe-I has not been altered and is used in compliance with CC License.

miocom@list.ru
 

+7(905)455-76-81

 

+7(928)967-36-62

Адрес:

 

Ул. Варфоломеева, 259; оф.409

 

Ростов-на-Дону; РФ

  • Facebook Clean
  • Twitter Clean
  • Google+ Clean
  • YouTube Чистый
  • Blogger Чистый