Исследования самораспадающихся низкоосновных шлаков ЭСПЦ ОАО УзМК для строительства укрепленных железобетонных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследования самораспадающихся низкоосновных шлаков ЭСПЦ ОАО УзМК для строительства укрепленных железобетонных конструкций

В настоящее время проблема использования производственных отходов является весьма актуальной. Значительный интерес к ней вызван ограниченным количеством запасов отдельных сырьевых ресурсов и стремлением улучшить экологическую обстановку региона. Большая часть отвальных шлаков черной и цветной металлургии, а также отходы других отраслей промышленности Республики не находят рационального применения. К примеру на территории ОАО УзМК имеются огромные запасы сталеплавильных шлаков (мартеновские и электросталеплавильные), которые в настоящее время еще не находят широкого применения в строительстве, в том числе и дорожном строительстве.

Как известно, электросталеплавильные шлаки ЭСПЦ и металлургические шлаки мартеновского цеха ОАО УзМК отличаются большим разнообразием физико-механических свойств, которые зависят от химического и минералогического состава, структуры и текстуры, вязкости расплава и содержания в нем газообразных веществ, условий и скорости охлаждения, наличия стабилизирующих добавок, времени выдерживания до полного или частичного шлакового распада и др. Сталеплавильные шлаки ЭСПЦ ОАО УзМК гидравлически инертные и потому не могут использоваться как активная минеральная добавка. В то же время по химическому, минералогическому и фракционному составу они могут применяться как компонент сырьевой смеси [1]. Однако, применение которого в качестве частичного заменителя компонента цементной сырьевой смеси ограничивается высоким содержанием оксидов магния, содержание которых в нём достигает до 26 %. Сталеплавильные шлаки в настоящее время перерабатываются, главным образом, с целью извлечения металла, количество которого ежегодно растёт и составляет более двух млн. т.

В настоящей работе авторами исследовался отход электросталеплавильного производства медленно охлажденный негранулированный электросталеплавильный шлак (ЭСПЦ) ОАО УзМК. В шлаке ЭСПЦ ОАО УзМК наблюдается силикатный распад, то есть данный шлак относится к самораспадающимся шлакам. Силикатный распад возникает в связи с тем, что при кристаллизации окисиды содержащиеся в шлаке образуют двухкальциевый силикат. Необходимо отметить, что наличие силикатного распада в шлаке ЭСПЦ ОАО УзМК объясняется характером плавки. В процессе плавки в электропечи наряду с окисидами в шлак переходит известь, загружаемая в электропечь в несколько приемов, т.е. в шлаке создается избыточное количество извести (более 45 %). Вторым фактором, объясняющим наличие силикатного распада в шлаке ЭСПЦ ОАО УзМК, является характер его остывания. Шлак ЭСПЦ относится к медленно охлажденным, а в следствии медленного остывания в шлаке наблюдается переход двухкальциевого силиката из модификации бета в модификацию гамма. В связи с этим наблюдается растрескивание кусков и распад шлака ЭСПЦ в шлаковую муку серого цвета. Исследованный шлак ЭСПЦ ОАО УзМК, содержащий двухкалышевый силикат в гамма форме, как указывалось выше, является саморассыпающимся и имеет достаточно высокую удельную площадь поверхности, что позволяет практически полностью отказаться от помола. Так у данного шлака фракция менее 0,14 мм составляет около 48 %. Модуль активности шлака ЭСПЦ ОАО УзМК колеблется от 0.06 до 0.11, следовательно, данный шлак относится к слабоактивным шлакам.

Нами была проведена работа по изучению вяжущих свойств отвального шлака ЭСПЦ. В ходе работы установлено, что шлак ЭСПЦ ОАО УзМК не проявляет вяжущих свойств без активаторов, т.е. требуется присутствие активирующего материала в определенных процентных соотношениях. В качестве активатора использовалась известь известкового цеха ОАО УзМК. Также ставилась задача подобрать оптимальный состав шлакоминеральных материалов с активирующей добавкой извести.

Приготовление смеси осуществлялось следующим образом. Щебень, шлак и известь высушивались до воздушно-сухого состояния. Далее эти компоненты, взятые в определенных процентных соотношениях, перемепшвались в сухом состоянии и увлажнялись до оптимальной влажности, после чего смесь повторно подвергали тщательному перемешиванию в течение пяти минут[2]. Полученную смесь выдерживали в герметически закрытом сосуде в течение четырех часов. После указанного срока выдерживания приступали к изготовлению образцов.

Оптимальную дозировку основного вяжущего определяли путем подбора, для чего готовили 3- 4 пробные смеси, отличающиеся по содержанию вяжущего на пять процентов. Из смеси изготовляли образцы-цилиндры и образцы-балочки путем уплотнения смеси в стальных формах по четыре образца каждого вида по методике, изложенной в [3], и производили на них испытания для определения показателей физико-механических свойств полученного материала. Образцы-цилиндрыі изготовлялись в полых цилиндрических формах с двумя вкладышами. Размеры форм с учетом зернового состава щебня: диаметр - 50 мм, высота - 130 мм. Нагрузку уплотнения образцов-цилиндров подбирали с таким расчетом, чтобы плотность образцов была максимальной, достигаемой при оптимальной влажности на приборе стандартного уплотнения. Время выдерживания формы со смесью под нагрузкой составляло три минуты. Затем нагрузку снимали и образец выдавливали из формы в специальную верхнюю подставку. Результаты изучения вяжущих свойств неактивированного и активированного известью отвального шлака представлены в таблице 1.

Таблица 1 Вяжущие свойства отвального шлака ЭСПЦ ОАО УзМК и его активация добавками извести

Из данных таблицы 1 видно, что за первые 90 суток твердения образцы (состав №1) не набирают прочности, следовательно шлак ЭСПЦ ОАО УзМК не обладает вяжущими свойствами. Введение 20% добавки негашеной извести (состав № 2) приводит к заметному набору прочности к 30 суткам твердения вследствие создания щелочного толчка, что в свою очередь возбуждает гидравлическую акгивность шлака, а затем существенно большему набору прочности к 90 суткам. Таким образом шлакоминеральный материал, с активирующей добавкой извести является медленнотвердеющим и о его прочности можно судить лишь по прошествии не менее 90 суток. Данная зависимость по максимальному набору прочности образцов после 90 суток твердения подтверждается данными таблицы 1 (составы № 3и 4).

Набор прочности шлакоизвесткового вяжущего зависти от вели-чины уплотняющей нагрузки, что видно из приведенных результа-тов испытания всех составов.

Количество активатора-извести в смеси также играет существенную роль в наборе прочности шлакоизвесткового материала. При содержании извести в количестве 30 % от массы смеси (состав № 3) по сравнению с составом, содержащим 20 % извести (состав № 2), рост прочности составляет 1,8 раза при уплотняющем давлении 20 МПа, 1,5 раза при уплотняющей нагрузке 30 МПа, практически не наблюдается роста прочности при уплотняющей нагрузке 40 МПа. Основываясь на результатах испытаний, приведенных в таблице 1, можно сделать вывод, что разница в приросте прочности при содержании извести в количестве 30 % и 25 % весьма незначительна при всех уплотняющих нагрузках, поэтому для дальнейших исследований (в целях экономии наиболее дорогостоящего компонента шлакоизвесткового вяжущего извести) целесообразно рекомендовать состав с содержанием извести 25 % от массы сухой смеси. Вода в приведенных комбинациях составов назначалась сверх ста процентов от массы сухой смеси. Уплотнение смеси производилось при оптимальной влажности до достижения максимальной плотности.

Дальнейшим этапом работы является исследование свойств материала, в частности, щебенки отсева дробления галичника карьера Бекабадского завода "ЖБИ и СМ" ГАК "Узавтодор", обработанного шлакоизвестковым вяжущим.

Результаты проведения испытаний по изучению прочности шлакощебеночных материалов, укрепленных добавками извести, после 30 суток твердения при уплотняющем давлении 30 МПа представлены в таблице 2.

Таблица 2 Изменение прочности шлакощебеночных материалов на основе щебенки отсева дробления галичника карьера Бекабадского завода "ЖБИ и СМ" ГАК "Узавтодор"

Основываясь на данных таблицы 2, можно сделать вывод, что при укреплении щебня шлакоизвестковым вяжущим прочность обработанного материала, согласно [1], характеризуется маркой по прочности, которая составляет М20.

Данная работа по изучению прочности щебня, укрепленного шлакоизвестковым вяжущим, требует дальнейшего продолжения для сопоставления результатов, полученных при твердении в течении 30, 60 и 90 суток, а также при уплотняющем давлении 20, 30 и 40 МПа.

Список литературы

шлак строительство железобетонный конструкция

Бабаева Н.Х., Коновалов В.М. Вещественный состав и спекаемость сырьевой смеси и оптимальная производительность вращающейся печи//научно-теоретический журнал - ВЕСТНИК БГТУ.- Белгород, 2003. - № 5. - С. 14 - 17

ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1995. - С.15.

ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. М.: Изд-во стандартов, 1990. - С.45.

Размещено на Allbest.ru