В. Г. БАТРАКОВ, д-р техн. наук, npoф. С. С. КАПРИЕЛОВ, канд. техн. наук, Ф. М. ИВАНОВ, д-р техн. наук, проф., А. В. ШЕЙНФЕЛЬД, инж. (НИИЖБ), Оценка ультрадисперсных отходов металлургических производств как добавок в бетон

Использование ультрадисперсных отходов производства ферросплавов и кристаллического кремния в качестве активных микронаполнителей для бетонов является одним из наиболее эффективных путей решения важных технико-экономических задач строительной индустрии, таких, как экономия цемента. получение высокопрочных н долговечных железобетонных конструкций.

Эти отходы представляют собой конденсированные аэрозоли и по общепринятой классификации относятся к категории дымов. Высокая эффективность выделяет их среди других активных минеральных добавок для бетонов, а сложившаяся в последнее время терминология - «микрокремнезем» imicrosi. lica) или «силикатный дым» (silica ште), объединяющая этот вид добавок> часто создает представление о том. чту> у льтрадисперсные отходы являются материалами одинакового качества. Однако физико-химические свойства могут значительно отличаться П...З]. что предопределяете качеством выплавляемых сплавов, тех. газоочистки печей и улавливания отходящих дымов.

Увеличение объемов улавливания дымов и возможность использования ц технологии бетоиа в качестве вторичного сырья отходов разных метал, :уршческпх производств, требуют объективной оценки их влияния на технико- экономические свойства бетона.

В НИИЖБе проведены исследования эффективности ультрадисперсных отходов Брагского алюминиевого завода. Челябинского. Новокузнецкого. Ермаковского. Актюбинского и Зестафонского ферросплавных заводов, производящих кристаллический кремний, сплавы ферросилиция, ферросиликохрома, феррохрома и силикомарганпа. Указанные отходы улавливаются системами электро- и рукавных фильтров в процессе сухой газоочистки плавильных печей.

В процессе исследований их сравнивали с традиционными активными микронаполпителями: предварительно размолотым трепелом Брянского месторождения и золой-уносом Рефтинской ТЭС. являющейся продуктом сгорания каменного угля Экибастузского месторождения. Химический состав представительных образцов материалов приведен в табл. 1.




Из данных табл. 2 следует, что количество диоксида кремний в ультрадисперсных отходах зависит от его содержания в сплавах, а гидравлическая активность находится в прямой зависимости от количества SiOj и дисперсности, которую характеризуют размер частиц и удельная поверхность микро- наиолнителей. Следует отметить, что определение удельной поверхности двумя независимыми методами дало сопоставимые результаты.

Гранулометрический состав свидетельствует о том, что отходы состоят из однородных по размеру частиц (вертикальные участки кривых на рис. 11. что характерно для конденсированных аэрозолей.

В зависимости от дисперсности находится и водопотребность, возрастающая с увеличением удельной поверхности. Исключение составляют образцы Афх н ЗУ, водопотребность которых можно сравнить с водопотребностью материалов с более развитой удельной поверхностью. Вероятно, это связано с повышенным содержанием в них гидрофильных компонентов СггОз и AIOj.

Влияние разных микронаполнителей иа свойства бетонов изучали на образцах, приготовленных из смесей, которые отличались расходом цемента, дозировками добавок, но имели одинаковую Таблица 2 подвижность О. К.=б см {табл. 3). При этом сравнивали контрольный образец бетона без добавок (марка 0) с равнопрочным бетоном с добавкой С-3 -марка К1 и образцами, в которых часть цемента была замешена разными микронаполнителями (марки 1...41. Применили портландцемент Воскресенского цементного завода активностью43 МПа. природный песок с Ак=2. гранитный щебень фракции 5...20 мм.

Результаты испытаний (рис 2) показали, что наиболее эффективны по влиянию на прочность бетонов отоды производства консталдического кремния и ферросилиция, в меньшей степень — отходы производства ферросиликохрома. Сравнительно невысока эффективность отходов производства феррохрома и силикомарганиа. Подобная закономерность выявилась и при оценке гидравлической активности материалов 1см. табл. 2l.

Особенно важно учитывать расход такого обязательного компонента бетонных смесей с микронаполнителем, как водоредупируюшая добавка, в частности перпластификатора С-3. На рис. 3 приведена дозировка суперпластификатора. необходимая для получения смесей одинаковой подвижности (О. К.=6 см) с разными микронаполнителями. В зависимости от вида микронаполннтеля дозировка С-3 изменяется в широком диапазоне, а наибольший расход добавки требуется для смесей, содержащих отходы производства ферросилиция Ермаковского завода. Это связано с водопотребностью материала, которая, как видно из табл. 2, у данного образца выше, чем у других.

Известно, что,эффективность ультрадисперсных мнкронаполнителей можно оценить по разным свойствам бетона. например, по прочности, и соответственно расходу цемента. Так как прочность бетонов зависит от дозировки важно разделить эффекты. полученные от суперпластификаора и микронаполнителей. Обобщенны.: параметром может быть коэффициент эффективности, учитывающий изменение таких факторов, как прочность бетона, расход цемента и дозировка суперпластификатора.


Коэффициенты, рассчитанные по формуле (1) для разных дозировок микронаполнителей явились основой приведенных на рис 4 закономерностей из которых следует, что эффективность исследованных материалов неодинаков:5 и зависит от их количества в составе бетонов.

Наиболее эффективны отходы производства кристаллического кремния и ферросилиция марок ФС 75, ФС 90. Отходы производства ферросилиция марок ФС 45. ФС 65 Ермаковского завода, несмотря на высокую гидравлическую активность, уступают отходам производства ферросиликохрома марки ФС\ 40 из-за повышенных дозировок суперпластификатора в бетонных смесях

Менее эффективны отходы производства силикомарганца и феррохрома, которые по предложенным критериям опенки можно приравнять к трепелу и золе.

Исследованные материалы в зависимости от коэффициентов их эффективности при оптимальных дозировках предлагается условно разделить на высокоэффективные 1,2) и малоэффективные. С этой точки зрения к первой группе можно отнести отходы производства кристаллического кремния, ферросилиция, ферросиликохрома, ко второй группе — остальные.

Таким образом, содержащие диоксид кремния ультра дисперсные отходы металлургических производств, включая высокоэффективные, объединенные термином «микрокремнезем», отличаются по физико-химическим характеристика отражается на свойствах бетонных смесей и бетонов.

Бетон и железобетон, 1990