Основні характеристики шлакових в’яжучих
Опалення, водопостачання, каналізація
Однією зі специфічних властивостей металургійних шлаків є їхня активність — здатність до прояву гідравлічних в'яжучих властивостей при взаємодії з водою подібно до цементу. Ця властивість шлаків дозволяє різними способами отримувати їх шлакові в'яжучі.
Є, проте, дані, що активність шлаку, визначена за хімічним складом, який завжди відповідає активності, визначається його міцності аналогічно цементу.
Кількісна характеристика значення активності шлаків оцінюється згідно з ГОСТ 3344-83 межею міцності на стиснення зразків після 28 діб нормального зберігання.
Досвід роботи показує, що термін випробування досить тривалий та необхідний експресний метод контролю якості активності шлаків. Друге - вік випробування шлаків 28 діб не є показовим, так як шлаки на відміну від цементу - повільно твердне в'яжуче.
Для уточнення характеру вимірювання міцності зразків шлаку у часі при нормальному зберіганні узагальнено дані випробувань шлаків металургійних заводів. Зразки випробовували у віці від 7 до 360 діб, а також свіжоприготовлені зразки, що пропарюють протягом 3 годин при температурі 100 °С.
Паралельно із зразками з гранульованого шлаку були випробувані зразки з доменного шлакового щебеню, подрібненого до питомої площі поверхні 3000 см2/г та визначені ті ж залежності, що й для гранульованого шлаку. На відміну від гранульованих шлаків, представлених в основному склоподібною фазою з невеликою кількістю кристалічної фази, структура шлакового щебеню переважно дрібнопориста, кристалічна або скритокристалічна. Отримані результати показують, що активність зразків,виготовлених із подрібненого щебеню, не нижче, ніж зразків із гранульованого шлаку.
Результати проведеної роботи показують, що дорожнє в'яжуче шлакове (подрібнений до питомої площі поверхні 3000 см2/г шлак без активаторів) є повільно твердне. Це зумовлює високу технологічність будівництва шлакомінеральних конструкцій із його використанням.
Міцність на стиск у віці 28 діб становить 1-3 МПа. До 60-добового віку міцності їх зростає в 1,2-1,7 в порівнянні з міцністю у віці 28 діб, у той час як до 360 діб міцність збільшується в 6-10 разів, а в деяких випадках і в 15 разів. Узагальнені фізико-механічні характеристики шлакового в'яжучого наведено в табл. 4.8.
Результати випробувань впливу терміну зберігання гранульованого шлаку в закритому приміщенні на зміну його активності (марки) показують незначне її зменшення протягом двох років. Це дозволяє застосовувати при будівництві не тільки свіжі шлаки, але також зберігалися на складах протягом двох років.
В'яжуче із шлаку з додаванням цементу. При активації шлаку цементом відбувається складніший процес твердіння такого в'яжучого, ніж твердіння портландцементу, оскільки в реакціях беруть участь обидва компоненти. А. А. Пащенко та ін. відзначають, що спочатку відбувається гідратація клінкеру. Розчин насичується іонами Са++, ОН, S04, що створює умови для лужної та сульфатної активації шлакового скла. Так як частина Са(ОН)2 поглинається шлаком, концентрація її знижується, що сприяє переходу високоосновних сполук, що виникли при гідратації клінкеру, в низькоосновні.
Доменний шлак з добавкою цементу є гідравлічною в'яжучою речовиною, що твердне у вологих умовах, і характеризується відносно повільним наростаннямміцності у ранні терміни. Але в пізніші терміни твердіння, коли в реакцію вступає переважна більшість шлаку, міцність його значно зростає.
Результати робіт з доменними шлаками 10 металургійних заводів показали, що активність шлакового в'яжучого з добавкою цементу зростає зі збільшенням тонкощі помелу шлаку, кількості цементу та його марки. Залежно від питомої поверхні шлаку та кількості цементу можна отримувати при випробуванні за ГОСТ 3344-83 шлакове в'яжуче марок 50-300, орієнтовні склади яких наведені в табл. 4.9.
При застосуванні недробленого гранульованого шлаку або фугою шлакової продукції аналогічної крупності та активності можна отримувати в'яжуче марок 50-250, при цьому орієнтовна добавка цементу М 400 становитиме 10-50%.
При використанні доменного шлаку з питомою площею поверхні не менше 1500 см2/г можна отримувати в'яжуче марок 50-300, при цьому орієнтовна добавка цементу М 400 становить 2-30%.
При застосуванні доменного шлаку з питомою площею поверхні щонайменше 3000 см2/г можна отримувати в'яжуче марок 50—300, у своїй орієнтовна добавка цементу М 400 становить 2—15%.
Фізико-механічні показники в'яжучого з доменного шлаку з добавкою цементу при випробуванні за розробленими, прискореними та стандартними методами повинні задовольняти вимоги, зазначені в табл. 4.10.
Шлакове в'яжуче з добавкою вапна. В основі гідратації шлаку без активатора лежать послідовні стадії адсорбції води, сольватації, розчинення та гідролізу. Всі шлаки, крім сірчистих, маломарганцовистих, майже не здатні активуватися без вапна або цементу, що відщеплює її. Вступ
активаторів у систему шлак + вода, як правило, не змінює хімічних процесів у цій системі,а лише форсує їх і насамперед фіксацію води та вапна, а також розчинення сірки та глинозему.
На думку Г. Н. Сіверцева, вапно, тобто комбінація іонів Са+, ВІН, обумовлює найбільший ефект гідратації та вельми значне вилуговування сірки та глинозему. Всі дослідники вважають, що вапно є добрим фактором підвищення активності шлаків.
Проведені в Союздорні, Держдорнії та інших організаціях роботи та досвід будівництва показують, що шлакове в'яжуче з добавкою вапна є гідравлічним в'язким. Таке в'яжуче можна отримати спільним подрібненням повітряного або гідравлічного вапна зі шлаком або шляхом ретельного зміщення подрібненого або дрібного шлаку з вапном за ГОСТ 9179-77.
Активність шлакового в'яжучого збільшується зі збільшенням тонкості помелу доменного шлаку і збільшенням у межах кількості вапна. Помел шлаку в організаціях Глав-дорбуду здійснювали в кульовому млині за технологією отримання мінерального порошку.
Для неподрібненого гранульованого шлаку або іншої шлакової продукції аналогічної крупності можна отримати в'яжуче марки 50, при цьому орієнтовна добавка вапна становить 5-10%.
Для шлаку з питомою площею поверхні не менше 1500 см2/г можна отримати в'яжуче марок 50-150, при цьому добавка вапна складає 0,5-10%. Шлакове в'яжуче з добавкою вапна є повільносхоплюючим і повільно-твердим в'язким, але при тривалому нормальному твердінні у вологих умовах набуває значної міцності.
Шлаколужне в'яжуче. Це в'яжуче можна отримати, як показали роботи НДІБП Держбуду УРСР та КИСІ та інших організацій, активуючи подрібнений до питомої площі поверхні 3000 см2/г шлак з модулем активності більше 1 содолужнимплавом у кількості 5-10%. Плав містить 95-97% вуглекислого натрію Na2C03 та 2-4% гідрату окису натрію NaOH. Таке в'яжуче досягає марки міцності 400.
Процеси гідратації шлаків чорної металургії, активованих содою, насамперед пов'язані з процесами руйнування силікатної складової шлакового скла під дією лугу. На першому етапі відбувається обмінна реакція між содою і СаО, що виділяється в невеликій кількості зі шлаку, в результаті чого утворюється Са03 і виділяється луг. Під дією лугу на поверхні зерен шлакового скла утворюється плівка з гелю кремнекислоти, а потім розчинні силікати натрію, які вступають в обмінну реакцію з СаО, в результаті виникають гідросилікати типу CSH(B), і знову виділяється луг. Потім відбувається руйнування більш стійкої алюмосилі-катної складової скла, при цьому утворюються гідрогранати та гідроалюмосилікати натрію. Таким чином, луг грає подвійну роль. Вона і руйнує шлакове скло, і сама частково входить до складу новоутворень.
При доборі складу в'яжучого в роботах Союздорні доменний шлак подрібнювали в млині до питомої площі поверхні 3000 см2/р. Добавку активатора - содолужного плава - приймали в кількості 5, 8, 10, 15, 20% від маси шлаку. Необхідну кількість води визначали за принципом оптимальна вологість – максимальна густина.
Содолужний плав попередньо подрібнювали і розчиняли в оптимальній підібраній кількості підігрітої до 40-50 ° С води. Щільність розчину содолужного плава вимірювали ареометром з точністю до 0,01.
Рідке скло повинно мати кремнеземний модуль 1,7-1,8 і щільність 1,15-1,25 г/см3. Залежно від наявності вихідних матеріалів рідке скло необхідного модуля можна отримати двома способами: шляхом автоклавногорозчинення силікату натрію (силікат брили) за ГОСТ 13079-81 з добавкою відповідної кількості їдкого натру за ГОСТ 2263-79 і шляхом добавки їдкого натру за ГОСТ 2263-79 високомодульне скло (ГОСТ 13078-81).
Залежно від кількості рідкого скла, що додається в шлак, за даними Казахської філії Союздорні можна отримати в'яжуче марок 50-300, орієнтовні склади якого наведені в табл. 4.13.
Фосфорний шлак із добавкою цементного пилу. Як активатор фосфорного гранульованого шлаку за даними Казахської філії Союздорнії можна застосовувати цементний пил вторинного уловлювання, який відноситься до середньолужних.
Цементний пил не повинен бути у вигляді грудок, а також містити сторонні домішки. Зберігання та транспортування цементного пилу виробляють аналогічно цементу. Марку в'яжучого (активність) визначають за ГОСТ 3344-83.