БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ТОПЛИВНОГО ШЛАКА КОСТРОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Перед промышленностью строительных материалов стоят задачи развивать производство эффективных строительных материалов, полнее использовать вторичное сырье. Необходимо подходить к использованию вторичных ресурсов, рассматривая их не как отходы производства, а как ценное сырьё, источник расширения сырьевой базы.

Среди промышленных отходов одно из первых мест по объёму образования занимают золы и шлаки от сжигания твердых видов топлива (уголь разных видов, горючие сланцы, торф). Огромные количества золы и шлака скопились в отвалах, занимающих ценные земельные угодья. Содержание золошлаковых отвалов требует значительных затрат. В то же время золы и шлаки являются материалами, прошедшими высокотемпературную обработку и получившими специфические свойства, предопределяющие возможность их эффективного использования в производстве различных строительных материалов

В условиях Костромской области актуально вовлечение в строительное производство топливного шлака, образующегося в котельных установках региона, при сжигании каменного угля (Казахстан, г. Шубарколь, угольный Шубаркольский разрез). В настоящее время это техногенное сырье не находит рационального применения и удаляется в отвалы. Поэтому изучение свойств топливного шлака из отвалов Костромской области с целью его дальнейшего использования, является актуальной задачей.

Цель работы - исследование вышеназванного отхода, для оценки его пригодности в качестве минеральной добавки.

Топливный шлак Костромской области - сыпучий кусковой материал с частицами неправильной формы серо-черного цвета, с включением желтых и белых зерен. Размер частиц, преимущественно, 20-40 мм. Однако встречаются куски размером до 70 мм, имеющие серый оттенок.

В работе использован молотый в шаровой мельнице шлак. Свойства измельченного шлака представлены в таблице 1.

   Таблица 1

Основные свойства шлака

Химический состав исследуемого топливного шлака установлен в Белгородском государственном технологическом университете имени В.Г. Шухова (таблица 2).

    Таблица 2

Химический состав шлака

Как известно, химическая активность является наиболее важным свойством топливных шлаков, обуславливающих возможность их применения в составе вяжущих веществ и бетонов. При этом, одним из основных компонентов минеральной части углей, определяющих возможность и условия практического применения (в составе вяжущих веществ и бетонов) топливных отходов, является оксид кальция. Однако это характерно лишь для высококальциевых зол, содержащих свободные оксиды кальция и магния. Как видно, исследуемый шлак почти не содержит CaOсв и MgOсв. Между тем, как показали наши исследования, при введении в бетонную смесь до 20% (от массы цемента) шлака, прочность пропаренного бетона возрастает почти в 2 раза по сравнению с бездобавочным составом.

Вероятно, это обусловлено аморфными компонентами шлака, способными связывать гидроксид кальция твердеющего цементного камня с образованием нерастворимых соединений. В свою очередь, накопление нерастворимых новообразований даёт возможность гидравлического твердения портландцемента со шлаком. Кроме того, как известно, водотепловая обработка (том числе и пропаривание при нормальном давлении) резко увеличивает активность всех аморфных фаз зол и шлаков. Продуктами взаимодействия аморфных фаз с Ca(OH)2 при повышенных температурах являются гидросиликаты кальция состава CaO× SiO2×H2O и гидроалюмосиликаты кальция (гидрогранаты).

Однако необходимо отметить что дальнейшее увеличение расхода шлака приводит к некоторому снижению прочностных показателей бетона. Безусловно, это связано с ухудшением удобоукладываемости бетонной смеси, содержащей шлак в количестве более 20%. Введение в шлакобетонную смесь гиперпластификатора «Хедитал ГП-9 альфа Б» в количестве 1,3% от массы цемента с одновременной оптимизацией тонкости помола, позволила поднять прочность шлакобетона до 40 МПа и более.

Таким образом, выполненные эксперименты показали не только возможность, но и целесообразность использования топливного шлака Костромской области в качестве минеральной добавки. Исследованиями установлено, что в структурообразовании принимает участие не только клинкерная составляющая вяжущего, но и шлаковая.

Топливный шлак начинает активно участвовать в структурообразовании цементного камня. Происходит взаимодействие свободной гидроокиси кальция с составляющими шлака и образуются волокнистые гидросиликаты кальция группы CSH (B).

Как известно, цементы с минеральными добавками характеризуются пониженным тепловыделением. Это открывает большие перспективы использования бетона, содержащего шлак для массивного (в частности гидротехнического) строительства, так как повышенное тепловыделение при твердении вызывает трещинообразование.

И наконец, значительное увеличение прочностных показателей бетона на портландцементе с добавкой топливного шлака при тепловлажностной обработке предопределяет целесообразность его применения на заводах сборного железобетона.

Список литературы

1.    Чулкова И.Л., Пастушенко И.В., Парфенов А.С. Строительные композиты на основе местного техногенного сырья// Технология бетонов. 2014. №3 (92). С. 12-13.

2.    Барахтенко В.В., Бурдонов А.Е., Зелинская Е.В., Толмачева Н.А., Головнина А.В., Самороков В.Э. Исследование свойств современных строительных материалов на основе промышленных отходов // Фундаментальные исследования. 2013. №10-12. С.2599-2603.

3.      Мингалеева Г.Р., Шамсутдинов Э.В., Афанасьева О.В., Федотов А.И., Ермолаев Д.В. Современные тенденции переработки и использования золошлаковых отходов ТЭС и котельных // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6. С. 225.

4. Яценко Е.А., Грушко И.С., Гольцман Б.М. Опыт создания строительных материалов на основе зол и шлаков тепловых электростанций // Научное обозрение. 2014. №9-2. С. 443-448.