Введение. В современном строительстве одним из востребованных строительных материалов является конструкционный цементный бетон. Важнейшим компонентом, занимающим наибольший объем в составе и во многом определяющим строительно-технические свойства и назначение бетона, является крупный заполнитель из прочных горных пород – щебень или гравий. Добыча и переработка природных каменных материалов относится к числу наиболее ресурсоемких отраслей, оказывающих, в том числе, негативное воздействие на окружающую природную среду. Альтернативной заменой традиционным природным заполнителям может быть применение искусственных, что позволит сократить объемы побочных продуктов, складируемых в отвалах, а также снизить затраты на добычу природных каменных материалов.
Одним из видов техногенного сырья для производства искусственных заполнителей являются золошлаковые отходы, образующиеся на тепловых электростанциях при сжигании каменного и бурого углей и, как правило, складируемых в отвалах сотнями миллионов тонн. В России работают 179 угольных ТЭС, на которых ежегодно образуется до 30 млн. тонн золошлаков, относящиеся к 4 или 5 классам опасности. По состоянию на 2025 год в отвалах накоплено свыше 1,5 млрд. тонн таких отходов, а к 2030 году их объем может достичь 2 млрд. тонн. Однако в переработку вовлечено лишь около 10 % золошлаковых отходов, тогда как в Китае этот показатель достигает 80 %, а в Европейских странах и Японии – до 96-98 % [1].
На перспективность золошлаков теплоэнергетики указывают Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года и утвержденный Правительством России комплексный план утилизации отходов угольных электростанций и котельных, согласно которому к 2035 году должно использоваться в экономике не менее 50 % золы и шлака текущего выхода [2].
Одним из возможных эффективных направлений утилизации золошлаковых отходов может быть производство безобжигового зольного гравия (БЗГ), содержащего до 90 % золы. Безобжиговый зольный гравий − заполнитель для легких и конструкционных бетонов, получаемый в виде гранул из предварительно увлажненной сырьевой смеси состоящей, как правило, из золы-уноса, портландцемента, добавок, и твердеющий в тепловлажностных или естественных условиях. Данный заполнитель разработан и исследован в Московском государственном строительном университете авторитетным ученым и педагогом Ю.М. Баженовым с учениками [3-5]. Их исследования в основном были направлены на получение БЗГ для легких бетонов.
Искусственные пористые заполнители разрабатываются так же и за рубежом, но предлагаемые технологии получения характеризуются многокомпонентным составом смеси [6-9], использованием высоких температур твердения [10, 11], большим количеством технологических операций [12]. В Индии и Вьетнаме проведены исследования по совместному использованию безобжиговых зольных заполнителей с природными заполнителями для получения самоуплотняющихся и водонепроницаемых бетонов [13, 14].
Для производства БЗГ не используется сложное технологическое оборудование и высокотемпературные установки, специальные условия хранения. Применение такого заполнителя в бетонах особенно актуально может быть для регионов с дефицитом природных каменных материалов и образованием на ТЭС значительных объемов золошлаковых отходов, которые могут быть использованы при его производстве. Так, например, на Рефтинской ГРЭС (АО «Кузбассэнерго») одной из крупнейших электростанций в России, расположенной в Свердловской области, при сжигании каменного угля Экибастузского бассейна (Республика Казахстан) образуется до 5 млн. тонн золошлаков. На электростанции работает система сухого удаления и складирования золы и шлака, предусматривающая отгрузку потребителям до 2 млн. тонн золы-уноса. Однако объем ее утилизации не превышает 10 % и в основном ее применяют в производстве изделий из автоклавного газобетона. Остальную значительную часть золошлаков складируют на отвале, загрязняя окружающую природную среду.
С использованием золы-уноса Рефтинской ГРЭС разработан состав высокопрочного безобжигового зольного гравия, содержащий портландцемент и минеральную добавку, например, шлак доменный гранулированный или основную горную породу, а также химическую добавку – сульфат натрия, ускоряющий твердение золоцементного камня [15]. Установлено, что введение доменного шлака в количестве от 3 до 25 % повышает прочность золоцементного камня с 4,4 до 4,9 МПа.
Цель исследования − получение БЗГ на основе золы-уноса Рефтинской ГРЭС для применения в конструкционных бетонах. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
– на основе разработанного состава получить БЗГ и изучить его свойства;
– установить механизм повышения прочности золоцементного камня с добавкой шлака доменного гранулированного;
– подобрать составы конструкционных бетонов на основе разработанного БЗГ.
Методы исследования. Химический состав сырьевых материалов, использованных в работе, определяли по ГОСТ 5382-1991 «Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа», истинную плотность золы-уноса и шлака − пикнометрическим методом по ГОСТ 30744-2001 «Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка», насыпную плотность − ГОСТ 8735-1988 «Песок для строительных работ. Методы испытаний», удельную поверхность − методом воздухопроницаемости на приборе ПСХ-11М, коэффициент качества рассчитывали по ГОСТ 3476-2019 «Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов». Распределение частиц золы по размеру исследовали на лазерном анализаторе частиц SHIMADZU SALD-2201 (Япония) в диапазоне от 0,03 до 1000 мкм.
Минеральный состав сырьевых материалов и продуктов твердения золоцементного камня определяли рентгенофазовым анализом на дифрактометре XRD 7000 Maxima Shimadzu (Япония) при CuKa излучении в диапазоне углов рассеяния 2q от 10 до 70°, используя базы данных PDF-4. ИК-спектроскопию образцов золоцементного камня выполняли на ИК-Фурье спектрофотометре Alpha производства «Bruker» (Германия) с применением приставки НПВО (кристалл ZnSe) в области частот 4000-500 см-1 в проходящем свете.
Для получения БЗГ в лабораторном смесителе готовили смесь, содержащую 60 % золы-уноса, 20 % портландцемента и 20 % молотого шлака. Для ускорения его твердения вместе с водой затворения в смесь вводили сульфат натрия в количестве 2 % от массы портландцемента. Полученную золоцементную смесь окомковывали на лабораторном грануляторе с диаметром тарели 0,7 м, при скорости ее вращения 26 об./мин и угле наклона 55º. Количество воды на грануляцию подбирали экспериментально в зависимости от требуемого фракционного состава заполнителя. После завершения грануляции, полученные сырцовые зольные гранулы, помещали в пропарочную камеру для ускорения твердения БЗГ.
У сырцовых гранул определяли зерновой состав и насыпную плотность по ГОСТ 9758-2012 «Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний», а также их точечную прочность, количество сбрасываний с высоты 0,3 м и предельную высоту сбрасывания на бетонное основание без разрушения согласно методике, предложенной ВНИИИСтромом [16]. Физико-механические свойства заполнителя (средняя и насыпная плотность, прочность при сдавливании в цилиндре, пористость, водопоглощение, силикатный распад, морозостойкость) определяли по ГОСТ 9758-2012. В связи с отсутствием стандарта на БЗГ полученные результаты сравнивали с требованиями ГОСТ 33928-2016 на заполнители искусственные пористые на основе зол и шлаков ТЭС, в частности, на зольный гравий, характеризующийся наиболее высокими значениями плотности и прочности.
Состав бетонной смеси рассчитывали на получение бетона класса прочности В20, В30 и В40 по руководству [17]. Приготовление, формование, определение удобоукладываемости и плотности смеси проводили в соответствии с ГОСТ 10181-2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний», марку бетонной смеси по подвижности определяли по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия». Бетонные образцы-кубы твердели в условиях тепловлажностной обработки по режиму: предварительная выдержка – 2 ч, подъем температуры до 85 °С – 3 ч, изотермическая выдержка – 6 ч, охлаждение – 3 ч. Для полученных бетонов определяли среднюю плотность в сухом состоянии по ГОСТ 12730.1-2020 «Бетоны. Методы определения плотности», прочность на сжатие − ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», класс прочности – ГОСТ 18105-2018 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности».
Состав и свойства материалов. В исследовании использовали золу-уноса Рефтинской ГРЭС по ТУ 5717-004-79935691-2009, портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н ГОСТ 31108-2020 производства ООО «СЛК Цемент» (Свердловская область, г. Сухой Лог), шлак доменный гранулированный молотый по ТУ 0799-001-99126491-2013 ООО «Мечел-Материалы» [18] (г. Челябинск). Для ускорения твердения БЗГ применяли натрий сернокислый технический (далее по тексту сульфат натрия) ГОСТ 6318-1977 «Натрий сернокислый технический. Технические условия», показавшего высокую эффективность [19, 20]. Сульфат натрия – кристаллический порошок белого цвета, растворимый в воде, используется в целлюлозно-бумажной, химической и стекольной промышленности, в строительных бетонах в качестве добавки-ускорителя твердения цемента. По механизму действия он относится к добавкам электролитам 2 класса [21].
Химический состав золы-уноса представлен в таблице 1. В соответствие с ГОСТ 25818-2017 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия» по количеству оксида кальция она является кислой, практически не содержит топливных остатков, имеет истинную плотность 2220 кг/м3, насыпную – 785 кг/м3, удельную поверхность 355 м2/кг, при увлажнении водой самостоятельно не твердеет, но, имея высокое значение t-критерия Стьюдента, равное 46,7, проявляет пуццоланические свойства по отношению к цементу и извести.
Таблица 1
Химический состав золы-уноса Рефтинской ГРЭС
|
∆mпрк, мас. % |
Содержание оксидов, мас. % |
||||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
Na2O |
К2О |
Прочие |
|
|
1,65 |
62,84 |
23,21 |
5,53 |
1,30 |
2,28 |
0,14 |
0,41 |
0,53 |
2,11 |
Гранулометрический состав золы в основном представлен частицами размером от 50 до 300 мкм (около 56 %) и менее 10 мкм (16 %), минеральный состав − стеклофазой в количестве
60–62 %, муллитом – 28–30 %, кварцем –
5–6 % и магнетитом – 3–4 %, что подтверждается рентгенофазовым анализом (рисунок 1).
Для повышения прочности БЗГ в состав золоцементной смеси вводили молотый доменный гранулированный шлак. В соответствие с требованиями ГОСТ 3476-2019 «Шлаки доменные и электро-термофосфорные гранулированные для производства цементов» по коэффициенту качества и химическому составу он относится ко 2 сорту и удовлетворяет требованиям ТУ 0799-001-9912491-2013 [18] (табл. 2).
Минеральный состав шлака доменного представлен в основном стекловидной фазой, что подтверждается значительным гало на его дифрактограмме в области углов 2θ 20-40 градусов (рисунок 2), которая с учетом химического состава шлака и данных [22] имеет мелилитовый состав. Кроме того, шлак содержит минералы окерманит 2CaО∙MgО∙2SiO2 и шпинель MgО∙Al2O3.
Для изготовления бетонной смеси в качестве мелкого заполнителя применяли песок природный кварцевый мытый, первого класса, средней крупности производства ООО «ИСМ-инвест», в качестве крупного заполнителя использовали щебень гранитный фракции 5–20 мм с карьера «Монетный» Свердловской области.
|
Рис. 1. Дифрактограмма золы-уноса: ○ – муллит; ● – кварц; x – магнетит |
Таблица 2
Состав и свойства шлака доменного гранулированного молотого ООО «Мечел-Материалы»
|
Наименование |
Содержание оксидов, мас. % |
Коэффициент качества |
Удельная поверхность, м2/кг |
Истинная плотность, кг/м3 |
||||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
Na2O |
К2О |
Прочие |
||||
|
Фактические значения |
37,75 |
12,85 |
0,46 |
35,24 |
9,10 |
0,80 |
0,01 |
0,87 |
2,02 |
1,49 |
450 |
2850 |
|
Требования ТУ 0799-001-99126491-2013 |
35,0–45,0 |
≥8,0 |
– |
35,0–45,0 |
≤15 |
≤1,0 |
0,5–1,0 |
1,0-1,5 |
– |
Не менее 1,45 |
Не менее 450 |
– |
Рис. 2. Дифрактограмма шлака доменного гранулированного: ● – шпинель; ■ – окерманит
Для повышения удобоукладываемости в бетонную смесь вводили суперпластификатор
«Полипласт СП-1» производства ООО «Полипласт-УралСиб», рекомендуемый для изготовления строительных конструкций из тяжелого, легкого и ячеистого бетонов.
Результаты исследования. С использованием золы-уноса Рефтинской ГРЭС нами разработан состав высокопрочного БЗГ, содержащий, наряду с портландцементом, также шлак доменный гранулированный и добавку сульфата натрия, ускоряющий твердение золоцементного камня [15]. Изменяя некоторые технологические параметры получения (влажность и дисперсность смеси, условия твердения), можно регулировать физико-механические свойства БЗГ, такие как зерновой состав, структуру пористости, плотность и прочность на сжатие.
Для обеспечения хорошей гранулируемости золоцементной смеси и получения наибольшего выхода гранул кондиционных фракций БЗГ для увлажнения экспериментально подбирали оптимальное количество воды с учетом результатов исследований [23–25]. Гранулируемость золоцементной смеси на тарельчатом грануляторе оценивали по выходу зольных гранул размером 5-20 мм. Гравий такой фракции является более предпочтительным для использования в качестве крупного заполнителя в составе бетона [26]. По данным [16] гранулируемость золы считается удовлетворительной, если выход гранул фракции 5-20 мм составляет не менее 75 % по объему.
В таблице 3 приведены результаты исследований по определению оптимального количества воды, обеспечивающего удовлетворительную гранулируемость золоцементной смеси и высокую прочность сырцовым гранулам. Установлено, что с уменьшением количества воды менее 24 % образуются в основном мелкие гранулы, а с ее увеличением свыше 27 % – количество крупных гранул размером более 40 мм увеличивается на 11–16 %, а также снижается их прочность. При оптимальном расходе воды, равном 24–25 %, выход сырцовых гранул фракции 5–20 мм составил 97,7–100 %, их прочность повысилась, особенно значительно при введении в состав золоцементной смеси добавки молотого доменного шлака, с 12 до 18-20 Н/гранула.
Таблица 3
Влияние количества воды на гранулируемость золоцементной смеси
|
№ |
Вид добавки |
Водопотребность, мас. %
|
Выход фракций, мм, % по объему |
Прочность сырцовых гранул, Н/гранула |
||
|
5–10 |
10–20 |
20–40 |
||||
|
1 |
Без добавки |
24 |
64,6 |
35,4 |
0 |
13 |
|
25 |
48,6 |
51,4 |
0 |
12 |
||
|
26 |
36,0 |
54,1 |
9,9 |
10 |
||
|
27 |
20,6 |
63,3 |
16,1 |
8 |
||
|
2 |
Шлак доменный гранулированный |
24 |
38,7 |
60,1 |
1,2 |
20 |
|
25 |
32,0 |
65,7 |
2,3 |
18 |
||
|
26 |
10,3 |
83,9 |
5,8 |
15 |
||
|
27 |
3,0 |
86,2 |
10,8 |
12 |
||
Для ускорения набора прочности безобжиговых гранулированных заполнителей применяют тепловлажностную обработку, при которой создаются благоприятные условия для интенсификации гидратации цемента и взаимодействия стеклофазы и алюмосиликатных компонентов золы-уноса и доменного шлака с ним. Так авторы работ [27, 28] при получении БЗГ применяли длительную предварительную выдержку зольных гранул в течение 14-16 ч и их тепловую обработку продолжительностью 16 ч. С целью повышения энергоэффективности производства БЗГ нами были исследованы более короткие режимы тепловлажностной обработки: первый − 1,5 ч – подъем температуры, 3 ч – изотермическая выдержка, 1,5 ч – охлаждение; второй – соответственно 3, 6 и 3 ч. Установлено, что пропаривание по второму режиму по сравнению с первым повышает прочность гравия более чем в 3 раза.
В таблице 4 приведены результаты исследования по влиянию добавки молотого доменного шлака на физико-механические свойства БЗГ после пропаривания. Установлено, что введение шлака в состав золоцементной смеси в количестве 20 %, снижает общую пористость БЗГ на
23 %, увеличивая плотность на 10 % и прочность в два раза.
Разработанный БЗГ с добавкой доменного шлака по ГОСТ 33928-2016 имеет марку по плотности М1000, прочности − П350, морозостойкости − F50 и характеризуется пониженными водопоглощением и силикатным распадом.
Таблица 4
Физико-механические свойства БЗГ фракции 10–20 мм
|
Вид добавки |
Плотность, кг/м3 |
Марка по насыпной плотности |
Прочность на сжатие в цилиндре, МПа |
Марка по прочности |
Порис-тость, % |
Водопог-лощение, мас. % |
Сили-катный распад, % |
Морозостойкость |
||
|
Сред-няя |
Насып- ная |
Потери массы, % |
Марка |
|||||||
|
Без добавки |
1420 |
890 |
М900 |
5,5 |
П200 |
38,6 |
12,1 |
4,0 |
7,2 |
F50 |
|
Шлак доменный гранулированный |
1554 |
960 |
М1000 |
10,3 |
П350 |
29,7 |
8,3 |
2,6 |
4,6 |
|
Прочность золоцементного камня во многом определяется его структурой и составом кристаллогидратов. В работе [29] показано, что при введении доменного гранулированного шлака основность образующихся гидросиликатов кальция тоберморитовой группы в нем понижается, а их количество увеличивается. С целью уточнения состава низкоосновных гидросиликатов кальция был выполнен рентгенофазовый анализ золоцементного камня (рисунок 3). Установлено, что наряду с минералами золы и шлака (муллита 3Al2О3∙2SiO2, кварца SiO2, магнетита Fe3О4 и окерманита 2CaО∙MgО∙2SiO2), в нем присутствуют гидросульфоалюминат кальция состава 3CaO·Al2O3·CaSO4·12Н2O (d=2,874; 2,757; 2,440; 2,071; 1,627 Å) и низкоосновные гидросиликаты кальция – тоберморит 14 Å 5CaO·6SiO2·nH2O (d=5,438; 3,045; 2,977; 2,295; 2,099; 1,984; 1,825 Å), CSH(I) состава (0,8-1,5) CaO·SiO2·nН2O (d=3,045; 2,785; 1,825 Å) и пломбьерит CaO·SiO2·2H2O (d=5,438; 2,785; 2,071; 1,825 Å), входящие в тоберморитовую группу с разной степенью кристаллизации. Интенсивность рефлексов, характерных для тоберморита 14 Å высокая, что свидетельствует о более полной его закристаллизованности.
Рис. 3. Дифрактограмма золоцементного камня с шлаком доменным гранулированным после тепловлажностной обработки: ● – тоберморит 14 Å; ■ – эттрингит; ♦ – CSH(I); ▲ – пломбьерит;
○ – муллит; x – кварц; □ – магнетит; ◘ – окерманит
Для изучения особенностей структуры кристаллогидратов были проведены дополнительные исследования золоцементного камня методом ИК-спектроскопии (рисунок 4). Установлено, что на ИК-спектрах в интервале волновых чисел от 770,62 до 1100,00 см–1 присутствуют полосы поглощения, обусловленные колебаниями группировок мостиковых связей Si−O−Si и тетраэдров Si−О кремнекислородного каркаса в гидросиликатах кальция. Их интенсивность низкая, что связано с понижением основности и образованием дополнительного количества гидросиликатов кальция при введении доменного шлака в состав золоцементного камня. Волновые числа в области 1416,62–1483,02 см–1 соответствуют колебаниям свободных гидроксильных групп –ОН в вершинах кремнекислородных тетраэдров и свидетельствуют о более полной гидратации минералов портландцемента.
Особенностью твердения золоцементного камня с добавкой шлака доменного гранулированного является то, что наряду с гидратацией клинкерных минералов портландцемента, происходит гидратация минералов и стеклофазы шлака, которая является его активной составляющей. Основными продуктами щелочной гидратации шлакового стекла после тепловлажностной обработки являются тоберморитовый гель, пломбьерит, односновнный гидросиликат кальция, тоберморит.
Гидратация шлакового стекла в золоцементной системе ускоряется в присутствии добавки сульфата натрия в результате образования гидроксида натрия, который проникает в глубь поверхности шлакового стекла, разрушая его структуру, и тем самым способствуя более активному растворению оксидов кремния и алюминия в результате увеличения ph поровой жидкости. За счет химического взаимодействия щелочного компонента со шлаком образуется дополнительное количество низкоосновных гидросиликатов кальция шлакощелочного вяжущего вещества, что приводит к повышению прочности золоцементного камня БЗГ при введении шлака доменного гранулированного.
Рис. 4. ИК-спектры золоцементного камня, содержащего шлак доменный гранулированный
С учетом высоких физико-механических свойств разработанный БЗГ использовали в качестве крупного заполнителя в составе конструкционного бетона. В таблице 5 приведен компонентный состав и свойства бетонной смеси и бетона классов прочности от В20 до В40. Свойства бетонов на БЗГ сравнивали с бетоном, в котором в качестве крупного заполнителя использовали щебень гранитный фракции 5-20 мм.
Установлено, что для бетона класса прочности В20 при одинаковом расходе цемента водопотребность бетонной смеси при использовании БЗГ на 4 % меньше, чем на гранитном щебне. При этом плотность бетона в сухом состоянии на БЗГ составляет 1940 кг/м3, а при введении щебня она повышается до 2307 кг/м3. Бетоны на БЗГ после пропаривания имеют более высокую прочность на сжатие (на 24,0 %) по сравнению с бетоном на щебне. Применение БЗГ при получении бетона класса В27,5 по сравнению со щебнем повышает расход воды на 3,3-3,8 %, снижает плотность бетона от 2384 до 2092 кг/м3, незначительно уменьшает его прочность на сжатие как после пропаривания, так и через 28 суток нормального твердения.
В формировании прочности бетона участвуют крупный заполнитель, растворная часть и контактная зона между ними. Состояние контактной зоны, прочность сцепления БЗГ с цементно-песчаной составляющей во многом предопределяет характер разрушения бетонов. На рисунке 5 представлен фрагмент бетона после испытания на сжатие, в котором в качестве крупного заполнителя использовали БЗГ. Установлено, что разрушение данного бетона в большей степени происходит по зернам заполнителя и в меньшей по цементному раствору. Характер такого разрушения можно объяснить с учетом результатов работ [24, 30]. В контактной зоне «заполнитель – растворная часть бетона» за счет физико-химических процессов происходит взаимное срастание близких по составу гидратных соединений, содержащихся в поверхностном слое БЗГ, с образующимися продуктами гидратации цементного раствора, обеспечивающих высокую прочность сцепления между заполнителем и растворной частью бетона.
Таблица 5
Состав и свойства конструкционных бетонов
|
№ |
Расход материалов, кг/м3 |
Марка по подвижности бетонной смеси по ГОСТ 7473-2010 |
Плоность бетонной смеси, кг/м3 |
Плотность бетона в сухом состоянии, кг/м3 |
Предел прочности на сжатие, МПа |
Класс прочности по ГОСТ 18105-2018 |
|||||||
|
Цемент |
Песок |
БЗГ с добавкой шлака |
Ще- бень |
Добав-ка Поли-пласт СП-1 |
Вода |
||||||||
|
ТВО |
28 сут. |
||||||||||||
|
1 |
280 |
800 |
733 |
– |
1,7 |
196 |
П2 |
2 011 |
1 940 |
21,7 |
26,7 |
В20 |
|
|
2 |
280 |
817 |
– |
1107 |
1,7 |
204 |
2 408 |
2 307 |
17,5 |
24,4 |
В20 |
||
|
3 |
316 |
878 |
794 |
– |
1,9 |
190 |
2 176 |
2 092 |
27,8 |
39,5 |
В27,5 |
||
|
4 |
313 |
830 |
– |
1155 |
1,9 |
184 |
2 484 |
2 384 |
27,9 |
40,2 |
В27,5 |
||
|
5 |
510 |
560 |
840 |
– |
3,1 |
180 |
2 130 |
2 058 |
37,4 |
53,9 |
В40 |
||
|
6 |
510 |
542 |
– |
1294 |
3,1 |
170 |
2 516 |
2 450 |
38,5 |
55,4 |
В40 |
||
В работе [31] показано, что БЗГ характеризуется относительно равномерным распределением пор по всему его объему. Наличие пористой структуры на поверхности гравия позволяет цементному тесту проникать вглубь зерна заполнителя, что дополнительно обеспечивает большее его сцепление с цементным раствором бетона. Таким образом, установлено, что высокопрочный БЗГ, полученный с учетом разработанных нами рекомендаций, может быть использован для получения бетонов класса прочности до В40 пониженной плотности.
|
|
|
Рис. 5. Фрагмент бетона на БЗГ после испытания на сжатие |
Выводы
1. Показана возможность получения из золы-уноса Рефтинской ГРЭС БЗГ для конструкционных бетонов. Наибольший выход прочных зольных гранул сферической формы и кондиционной фракции 5-20 мм получены при влажности 25–26 % от массы смеси. Для ускорения твердения и повышения прочности БЗГ рекомендуется применять пропаривание по режиму: 3 ч – подъем температуры, 6 ч – изотермическая выдержка при температуре 80-90 °С и 3 ч – охлаждение.
2. Физико-химическими исследованиями показано, что добавка доменного гранулированного шлака в количестве 20 % способствует образованию в золоцементном камне дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция, представленных кристаллогидратами тоберморита 14 Å и пломбьерита, что способствует увеличению плотность и прочности на сжатие БЗГ.
3. Разработан компонентный состав высокопрочного безобжигового зольного гравия, содержащий золу-уноса Рефтинской ГРЭС, портландцемент, шлак доменный гранулированный и сульфат натрия, определены физико-механические свойства заполнителя. Безобжиговый зольный гравий имеет марку по насыпной плотности М1000, прочности – П350, морозостойкость F50. Подобраны составы и определены свойства конструкционных бетонов класса прочности от В20 до В40 с использованием в качестве крупного заполнителя высокопрочного БЗГ.
