В ходе исследований, произведенных в 2001-2002 году, выполнялась задача  по разработке основ технологии получения новых видов  вяжущих  для производства строительных материалов, а именно шлакощелочных вяжущих.

На этом этапе была установлена принципиальная возможность получения шлакощелочных вяжущих с широкой номенклатурой свойств, а именно, прочностью на сжатие от 40,0 до 100,0 МПа, различными сроками схватывания, различной кинетикой твердения и т.д.

Задача второго этапа исследований, выполняемых в 2002 году, заключалась в разработке составов мелкозернистых бетонов и растворов на основе шлакощелочных вяжущих, которые по своим свойствам не уступали бы бетонам и растворам на портландцементе.

По рекомендации Заказчика (ООО «Опытный механический завод «Леотек») основное внимание было уделено разработке быстротвердеющих и высокопрочных шлакощелочных композиций для производства ремонтных работ, получению экономичных составов вибропрессованных изделий на основе шлакощелочных вяжущих, декоративных бетонов и растворов, а также шлакощелочных пенобетонов. Одной из задач исследований являлась также задача получения шлакощелочных бетонов и растворов, стойких в агрессивных средах, и жаростойких бетонов.

В настоящем отчете приводятся результаты исследований, полученные к настоящему времени при выполнении второго этапа работы.

Подбор составов и разработка технологии приготовления шлакощелочных мелкозернистых бетонов

Материалы, используемые при подборе составов шлакощелочных мелкозернистых бетонов.

Для приготовления сухих компонентов шлакощелочного вяжущего использовались:

а) Шлак гранулированный доменный Череповецкого ОАО «Северсталь». Гранулированный шлак в соответствии с ГОСТ 30.108-94 относится к первому классу строительных материалов.

Проба шлака для исследований была доставлена Заказчиком.

б) Корректирующие минеральные добавки и добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ).

 Для затворения шлаковых вяжущих при приготовлении мелкозернистых бетонов использовались водные растворы щелочей различной концентрации.

В качестве заполнителей и наполнителей при приготовлении мелкозернистых бетонов использовались пески разной крупности и минеральные тонкомолотые добавки. На основе шлакощелочных вяжущих можно изготавливать по данной же технологии и обычные тяжелые бетоны с крупным заполнителем,  в виде гравия и щебня фракций 5-10 мм, 10-20 мм и более.

1.2.Технология приготовления исходных компонентов для шлакощелочных вяжущих

1.2.1.      Приготовление сухих компонентов шлакового вяжущего

Для приготовления обычных тяжелых, в том числе и мелкозернистых, бетонов в качестве сухого компонента вяжущего может использоваться доменный гранулированный шлак, размолотый до удельной поверхности Sуд.=3500 см2/г и выше.  При этом активность шлакощелочного вяжущего повышается с увеличением тонкости помола шлака.

С целью  получения  бетонов и  растворов со специальными свойствами (быстротвердеющих,   жаростойких,  сульфатостойких,  кислотостойких и т.д.) используются  шлаки различных  производств (электротермофосфорные, алюмотермические,   цветной металлургии – от выплавки свинца, никеля, меди и т.д.),  либо используются доменные гранулированные шлаки при введении в их состав тонкомолотых   добавок различного вида

Поскольку при экспериментальных исследованиях нами использовался доменный гранулированный шлак Череповецкого завода, в его состав при помоле вводились корректирующие минеральные и пластифицирующие добавки. Оптимальное количество корректирующих добавок устанавливалось экспериментально при приготовлении сухих компонентов вяжущего и испытании его свойств.

1.2.2. Приготовление раствора щелочного компонента.

Раствор щелочного компонента можно получить растворением  силикатных или не силикатных соединений щелочных металлов, либо их компонентов. Общий признак пригодности соединений щелочных металлов для производства шлакощелочных вяжущих и бетонов заключается в их способности создавать в воде щелочную среду.  В производстве шлакощелочных вяжущих и бетонов могут использоваться щелочесодержащие отходы промышленных производств. По степени пригодности для производства шлакощелочных вяжущих их можно разделить на 4 группы:

I группа – Твердые, не требущие дополнительной обработки;

II группа -  В виде растворов, требующих дополнительного упаривания или сжигания;

III группа – В виде шламов, требующих сушки;

IY группа – Твердые, требующие переработки.

Некоторые отрасли производств, имеющие щелочесодержащие отходы, находятся в Санкт-Петербурге и Северо-Западной зоне России.

Плотность раствора щелочного компонента существенно влияет на активность вяжущего и прочность бетона. В наших исследованиях плотность водного раствора щелочных компонентов составляла, как правило, величину равную 1,3 г/см3.  Активность вяжущего и физико-технические свойства бетонов могут изменяться в широких пределах путём варьирования состава сухих компонентов шлакового вяжущего, вида и плотности щелочных компонентов.

 2. Подбор составов шлакощелочных мелкозернистых бетонов и  исследование их свойств.

        Намеченной программой исследований предполагалось осуществить  подбор составов шлакощелочных бетонов со специальными свойствами, а именно быстротвердеющих, высокопрочных, а также бетонов с повышенной коррозионной стойкостью в агрессивных средах: сульфатостойких, кислотостойких и стойких в органических средах, типа бензин, керосин,  дизельное топливо, минеральное масло, сернистая нефть, растворов сахаров, уксусной и  молочной кислот и жиров животного происхождения.

Однако, изучение имеющихся литературных источников показало, что получение шлакощелочных бетонов стойких в отдельных агрессивных средах, таких например, как в кислотах и жирах молочного происхождения, требует проведения дополнительных специальных исследований по изучению их свойств и поведения в таких средах. Помимо этого, на данной стадии исследований еще не до конца была отработана сама методика подбора составов щелочных бетонов, имеющая некоторую специфику по сравнению с методикой подбора составов бетонов на основе портландцементов.

В связи с этим экспериментальные исследования на этом этапе были направлены на получение, главным образом, шлакощелочных мелкозернистых бетонов с отдельными специфическими свойствами, а именно высокопрочных, быстротвердеющих, сульфатостойких и морозостойких.

 Одна из главных задач исследований заключалась в том, чтобы разработать основные положения методики подбора составов мелкозернистых и обычных шлакощелочных бетонов, используя для этой цели полученные экспериментальные данные по свойствам шлакощелочных мелкозернистых бетонов исследуемых лабораторных составов.

Экспериментальные составы шлакощелочных мелкозернистых бетонов подбирались на основе данных по свойствам и прочностным характеристикам шлакощелочных вяжущих, полученных в результате выполнения первого этапа исследований, проведённых в 2001 году и изложенных в Техническом Отчете  [1] .

В связи с отсутствием отработанной методики подбора состава шлакощелочных бетонов, в том числе и мелкозернистых, подбор состава мелкозернистых бетонов осуществлялся нами экспериментально. При подборе экспериментальных составов нами варьировались в определенной степени виды сухих компонентов вяжущего, плотности, концентрации и силикатный модуль щелочного компонента, расходы вяжущего, наполнителей и заполнителей.

При проведении экспериментальных работ по подбору  составов шлакощелочных бетонов учитывалось также мнение Заказчика о необходимости применения шлакощелочных бетонов с целью  практического использования  их  в том  или ином  виде строительных работ. В частности, высказывались пожелания получения быстротвердеющих бетонов с прочностью при сжатии в возрасте 1 сутки не менее 20,0 МПа и высокой износостойкостью для ремонта полов в действующих цехах предприятий, а также использования шлакощелочных мелкозернистых бетонов для изготовления тротуарных плиток методом вибропрессования.

В исследуемых составах мелкозернистых бетонов варьировались различные варианты сухих компонентов вяжущих и щелочных растворов, различные корректирующие добавки, растворошлаковое или растворовяжущее отношения, тонкость помола шлака или составного вяжущего, отношение вяжущего к заполнителям, в качестве которых использовались пески различной крупности.

Из лабораторных замесов изготавливались контрольные образцы шлакощелочных мелкозернистых бетонов, которые испытывались на прочность при сжатии в возрасте 1,3,7 и 28 суток с целью установления скорости нарастания прочности бетонов во времени. Контрольные образцы распалубливались через 15-24 часа после их изготовления и хранились до испытания во влажной среде с относительной влажностью 90-100% или в воде.

В процессе испытания образцов было отмечено, что они должны храниться во влажной среде не менее 10 суток, так как прекращение влажного ухода за образцами ранее этого возраста приводит к получению более низких результатов по прочности на 20-30%.

Если обратиться к рассмотрению  результатов, полученных при подборах составов мелкозернистых шлакощелочных бетонов, приведенных в таблице 1, можно констатировать следующее. Как видно из таблицы 1, образцы с шифрами  ШС-1 и ШП-1 – ШП-4  приготавливались с использованием щелочного компонента № 1 с плотностью =1,2-1,3 г/см3. В качестве сухих компонентов вяжущего использовался молотый шлак или совместная композиция молотого шлака с пластифицирующей добавкой. В образцах с шифрами  ШП-3 и ШП-4 в качестве сухих компонентов вяжущего использовались шлак, корректирующая добавка (в количестве 3% от шлака) и пластифицирующая добавка ( в количестве 2% от шлака) при совместном помоле (вяжущее 1-го помола). В качестве заполнителя использовался молотый или мелкий песок с модулем крупности 1,0 – 1,2.

Как видно из полученных результатов, прочность образцов бетона с  шифрами ШС-1, ШП-1, ШП-2 в возрасте 1 сутки составляет лишь 2,85 –13,1 МПа, а в возрасте 28 суток 35,0- 36,1 МПа.

С целью получения бетонов с высокой  начальной  прочностью ( в возрасте 1-3 суток) в образцах с шифрами ШП-3 и ШП-4 было использовано модифицированное вяжущее  с удельной поверхностью S уд.=4765 см2/г. Как видно, использование этого вяжущего приводит к быстрому нарастанию прочности бетона в возрасте 1 сутки (25,7-26,0 МПа) при достаточно высокой кинетике набора прочности в последующем. Уже в возрасте 7-28 суток прочность бетона образцов с этими шифрами достигает марки 500 по прочности на сжатие.

С целью удешевления щелочного компонента вяжущего и соответственно стоимости шлакощелочного мелкозернистого бетона последующее приготовление шлакощелочных бетонов производилось с использованием щелочного компонента № 2. Использование щелочного компонента № 2 приводит к упрощению технологии шлакощелочных бетонов на производстве, так как водный раствор этого компонента  может использоваться при любых положительных и даже отрицательных температурах наружного воздуха, тогда как растворы щелочного компонента №1  необходимой плотности требуют подогрева до температуры 30-40оС. При более низких температурах воздуха растворимость щелочного компонента № 1 в воде понижается и происходит его кристаллизация. При затворении образцов бетона с шифрами ШП-5 – ШП-8 в виде сухих компонентов вяжущего использовалось вяжущее 2-го помола по своему составу аналогичное вяжущему 1-го помола, но более тонко помолотому до Sуд=5707 см2/г, вяжущее 1-го помола и молотый шлак с пластифицирующей добавкой в количестве 4% от массы шлака.

В качестве корректирующих  добавок в бетонных образцах с  этими  шифрами использовались молотая опока, молотое оконное стекло, а также микрокремнезем (пыль рукавных фильтров ферросплавного производства в виде аморфного кремнезема  с Sуд.=20000см2/г). В виде заполнителя использовался намывной морской песок Финского залива.

Как видно из представленных результатов, бетонные образцы этих шифров имеют достаточно высокие прочности в первые сутки твердения (  20,0-30,0 МПа) и обладают высокими темпами набора прочности во времени. Прочность  образцов бетона с этими шифрами в 28 суток находится в пределах 40,0- 60,0 МПа.

 При изготовлении бетонных образцов всех указанных выше шифров было отмечено, однако, быстрое схватывание приготовляемых растворных смесей в пределах от 5-10 минут до 30 минут от момента их приготовления.

Как известно, портландцементы должны иметь нормированные сроки схватывания в пределах: начало схватывания не менее 45 минут и конец схватывания не позднее 8-10 часов. Естественно, что такие короткие сроки схватывания  шлакощелочных бетонов могут приводить к определенным затруднениям при их использовании в производственном масштабе.

С этой целью был предпринят ряд мер по удлинению сроков схватывания шлакощелочных бетонов. С целью замедления схватывания при приготовлении бетонов с шифрами ШП-9 и ШП-10 пластифицирующие добавки, которые являются и добавками замедлителями схватывания,  вводились в состав бетона вместе с жидкостью затворения, т.е. со щелочным компонентом.  В образце под шифром ШП-9 дозировка пластифицирующей добавки составляла 0,8% от массы шлака. Введение пластифицирующей добавки в бетонную смесь образцов под шифром ШП-9 привело к некоторому замедлению начала схватывания до 40-50 минут от момента приготовления смеси.

В бетонную смесь образцов с шифром ШП-11 пластифицирующая добавка была введена в количестве 1,5% от массы шлака с жидкостью затворения, что привело к более существенному замедлению сроков схватывания смеси до 1 часа от момента ее приготовления, но одновременно и понизилась прочность бетона на сжатие в первые сутки твердения.

Был предпринят и еще один способ замедления схватывания исследуемых составов. В предлагаемом способе эффект удлинения сроков схватывания достигался  затворением смеси шлака с заполнителями (шифр ШП-12) некоторым количеством щелочного компонента № 2 высокой плотности =1,47 г/см3, перемешиванием в течение 2- 4 минут до получения рассыпчатой однородной смеси, выдержкой смеси в течение 5 – 10 минут, затворении смеси определенным количеством воды и окончательным перемешиванием. Щелочной компонент №2  ( с =1,47 г/см3) и воду вводили в таких количествах, чтобы после их смешивания получилось расчетное количество щелочного компонента требуемой плотности =1,3 г/см3. После окончательного перемешивания была получена практически литая смесь. Начало схватывания смеси наступало через 1 – 1,5 часа с момента её приготовления. Начальная прочность в первые сутки твердения была равной 16,1 МПа, однако, кинетика твердения прочности в последующие сроки  была стабильной и прочность образцов этого шифра в возрасте 28 суток достигла 68,2 МПа, т.е., практически, марки 700.

В составе бетона шифра ШП-14 также был применен двойной способ введения щелочного компонента при перемешивании смеси. Сначала сухие компоненты смеси затворялись порцией щелочного компонента № 2 плотностью =1,3 г/см3 и Мс=1,35, в котором содержалась пластифицирующая  добавка в количестве 1% от массы шлака, после перемешивания в течении 2-3 минут в смесь доливался щелочной компонент № 2, но без пластифицирующей добавки и снова смесь перемешивалась еще 2-3 минуты. Этот способ также дает замедление схватывания смеси до 1 часа- 1 часа 20 минут от начала ее приготовления. Прочность при сжатии образцов этого шифра в первые сутки твердения составила 13,2 МПа, но в последующем образцы хорошо набирали прочность во времени и в возрасте 28 суток влажного твердения показали прочность равную 63,1 МПа.

В составе образцов шифра ШП-15 в качестве вяжущего использовалось вяжущее 2-го помола и 15% водный раствор щелочного компонента № 3 =1,14 г/см3. Начало схватывания смеси наступало через 40 минут- 1 час от момента приготовления. Прочность при сжатии в возрасте 1 сутки образцов этой серии составила 15,6 МПа, а в возрасте 28 суток – 45,0 МПа, т.е. выше марки 400.

2.1.Результаты исследований по подбору составов шлакощелочных мелкозернистых бетонов, получаемых методом вибропрессования.

Одним из перспективных направлений использования шлакощелочных бетонов является способ получения сборных мелких изделий (камней, тротуарных и дорожных плит, бордюров и т.д.) методом полусухого вибропрессования.

В связи с этим были выполнены лабораторные исследования по получению вибропрессованных образцов на основе шлакощелочных бетонов.

В таблице 1 приведены результаты этих исследований под шифром ШПП-1 и ШПП-2. Исследования проводились на основе молотого шлака в качестве вяжущего, щелочного компонента №2 плотностью =1,3 г/ см3 с силикатным модулем Мс=1,35 и морского песка. Приготовление смеси осуществлялось вручную. Из приготовленной смеси изготавливались контрольные образцы в металлических формах 15х15х15 см, формование которых осуществлялось на вибростоле с пригрузом с удельным давлением прессования 57,5-62 г/см2. Отформованные образцы имели размеры в плане 15х15 см и высоту h=7,5 см. Необходимо отметить, что ввиду небольших удельных давлений прессования для получения более связных смесей и улучшения удобоукладываемости растворо-шлаковое отношение было повышено и составляло  Р/Ш=0,42 – 0,47. При вибрации под пригрузом в течение 30-40 секунд в зазорах между пригрузом  и стенками форм выделялось цементное тесто, свидетельствующее об излишке  растворо-шлакового отношения. Практически сразу после вибрации отформованные образцы распалубливались и оставались на поддоне в течение 24 часов, затем часть образцов испытывалась на прочность при сжатии, а часть оставалась в камере нормально-влажностного хранения для последующих испытаний. Как видно из представленных в таблице данных, образцы этих серий в первые сутки твердения, несмотря на повышенное растворо-шлаковое отношение, имели прочность 15,5 – 20,7 МПа, а прочность, соответствующую классу бетона В-30, т.е. марке 400, в возрасте 3-х суток. В возрасте 28 суток образцы этих серий имели прочность практически соответствующую марке бетона М 700.

Полученные данные свидетельствуют о том, что при более тщательном подборе составов мелкозернистых бетонов  с учетом всех конкретных особенностей используемых вяжущих и заполнителей, а также технологии приготовления бетонных смесей, можно получить высокоэффективные и экономичные шлакощелочные бетоны, как по обычной технологии, так и по технологии полусухого  вибропрессования.

2.2.Основные выводы по составам и технологии приготовления шлакощелочных мелкозернистых бетонов.

На основе анализа данных, полученных в результате проведенных исследований, можно сделать следующие основные выводы:

1. На основе составного вяжущего, полученного при совместном помоле Череповецкого гранулированного доменного шлака, корректирующих и пластифицирующих добавок с использованием песка различной крупности и водных растворов щелочных компонентов, можно получить быстротвердеющие мелкозернистые бетоны с прочностью при сжатии в возрасте 1 сутки 21,0 – 33,2 МПа (шифры образцов ШП-5, ШП-4, ШП-3, ШП-7) и прочностью на сжатие в возрасте 28 суток 45,7 – 56,0 МПа. Образцы с шифрами ШП-8-ШП-15, имеющие нормальные сроки  схватывания и твердения  показали более низкие прочности на сжатие в 1 сутки твердения, но значительно более высокие прочности в возрасте 28 суток ( от 45,0 до 68,2 МПа).

2. В качестве щелочных компонентов вяжущих для приготовления  мелкозернистых шлакощелочных бетонов могут использоваться водные растворы силикатных и не силикатных соединений, способных создавать в воде щелочную среду. Следует учитывать, что повышение плотности щелочных компонентов приводит к повышению прочности шлакощелочных бетонов.

3. С целью улучшения физико-технических свойств в состав шлакощелочных бетонов могут вводиться при их изготовлении различные корректирующие тонкомолотые минеральные добавки.

4. Для   улучшения реологических и технологических свойств шлакощелочных бетонных смесей, а именно удлинения их сроков схватывания,  установлены следующие способы их приготовления:

1-ый способ. Затворение сухих компонентов водным раствором щелочного компонента № 2 плотностью =1,30 г/ см3 и силикатным модулем Мс= 1,35, содержащего 0,8 – 1,5% пластифицирующей добавки от массы шлака или составного вяжущего ( в пересчете на сухое вещество добавки) (составы с шифром ШП-9, ШП-11);

2-ой способ. Затворение сухих компонентов смеси некоторым количеством водного раствора щелочного компонента № 2 высокой плотности =1,47г/см3, перемешиванием смеси в течение 2 – 4 минут до получения рассыпчатой однородной смеси, выдержкой смеси в течение 5 – 10 минут, затворением смеси определенным количеством воды и окончательным перемешиванием. Щелочной компонент № 2 и вода вводятся в таких количествах, чтобы после их смешения получилось расчетное количество щелочного компонента № 2 требуемой плотности =1,3 г/см3. (Состав под шифром ШП-12).

3-ий способ. Сухие компоненты смеси затворяются частью водного раствора щелочного компонента № 2 плотностью =1,30 г/ см3 и Мс=1,35, содержащего пластифицирующую добавку в количестве 1% от шлака. После перемешивания в течение 2 – 3 минут в смесь доливается остальная часть щелочного компонента № 2, но уже без пластифицирующей добавки и снова перемешивается  до однородного состояния в течение еще 2 – 3 минут (шифр ШП-14).

5. В процессе исследований получены литые мелкозернистые шлакощелочные смеси, способные укладываться без уплотнения вибрацией. На основе таких смесей получены шлакощелочные мелкозернистые бетоны с прочностью в 1 сутки твердения 16,1МПа и в возрасте 28 суток – 68,2Мпа (шифр ШП-12).

6. С целью достижения необходимой марочной прочности шлакощелочные бетоны должны твердеть в воде или во влажных условиях ( при 100% относительной влажности) не менее 10 суток.

7.  На основе способа полусухого вибропрессования получены шлакощелочные мелкозернистые бетоны с прочностью при сжатии 15,5 – 20,7 МПа в первые сутки твердения и проектной прочностью практически 70,0 МПа (шифры ШПП-1 и ШПП-2).

8. На основе шлакощелочных вяжущих можно получать бетоны со специальными свойствами (быстротвердеющие, сульфатостойкие, износостойкие, высокопрочные, морозостойкие и т.д.)

При использовании гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаков, а также шлаков алюмотермического производства, тонкомолотых добавок в виде дегидратированной серпинтинитовой породы, белитового шлака и заполнителей в виде отвального доменного шлака, шамота класса Б, магнезита, хроммагнезита, динасовых пород и электрокорунда, можно получать жаростойкие бетоны с жаростойкостью 300 – 1600оС, термостойкостью более 20 теплосмен. Использование жаростойких шлакощелочных бетонов позволяет сократить срок ввода объектов в эксплуатацию в 1,5 - 2 раза, увеличить срок их службы в 2-3  раза по сравнению со сроком службы объектов, возводимых с применением цементных вяжущих.

Стойкость шлакощелочных бетонов в органических средах превышает стойкость бетонов на портландцементе.  Сульфатостойкость шлакощелочных бетонов в органических средах  типа бензин, дизельное топливо, минеральное масло, сернистая нефть, растворы сахара и др. должна оцениваться с учётом кислотности, титруемой КОН  этих сред, а в среде типа уксусной и молочной кислот с учётом водородного показателя РН. Сульфатостойкие  и жаростойкие шлакощелочные бетоны рекомендуются к применению в промышленном, сельскохозяйственном, дорожном и гидротехническом строительстве.

9. Разработана методика подбора оптимального состава мелкозернистых шлакощелочных бетонов, приведённая в Приложении 1. При составлении данной методики были использованы полученные функциональные зависимости прочности бетона от шлакорастворного отношения при соответсвующей плотности раствора щелочного компонента. При этом учитывалось следующее: во-первых, требуемая прочность бетона обеспечивается качеством шлакощелочного теста, состоящего из вяжущего и раствора щелочного компонента данной плотности; во-вторых, необходимая удобоукладываемость (подвижность) достигается при определённом количестве шлакощелочного теста установленного качества; в-третьих, удобоукладываемость шлакощелочных бетонных смесей, в связи с их повышенной вязкостью,  следует оценивать,  в основном, по жесткости, определяемой по ГОСТ 10181.1.

3. Исследования по подбору состава пенобетона.

3.1 Используемые материалы.

В качестве вяжущего для приготовления пенобетонов использовались составные вяжущие, полученные совместным помолом шлака,  и различных корректирующих и пластифицирующей добавок

В качестве пенообразователя использовался комплексный пенообразователь на основе пенообразователя ФМ, предоставленного фирмой «Леотек-Центр» и  щелочного компонента.

На основе этих  компонентов изготовлялся комплексный пенообразователь (КП), который выполнял одновременно функцию пенообразователя и функцию щелочного компонента вяжущего.

 Свойства комплексного пенообразователя (КП) варьировались путём различного соотношения в нём пенообразователя ФМ  и  щелочных компонентов.

3.2 Технология приготовления пенобетонов и полученные результаты.

Приготовление пенобетонных смесей и пенобетонов в лабораторных условиях являлось однотипным и производилось по методу «сухой минерализации». Сущность этого метода в лабораторных условиях заключалась в следующем.    В открытом цилиндрическом сосуде при высоких оборотах миксера из комплексного пенообразователя  взбивалась пена. При изготовлении пенобетонной смеси методом «сухой минерализации» кратность пены рекомендуется в пределах 3-6. Кратность пены – это отношение объёма пены к объёму жидкости комплексного пенообразователя (КП). Затем, при более медленных оборотах работающего миксера, в пену постепенно вводилось определённое количество сухого компонента пенобетона и перемешивалось с пеной до однородного состояния. Готовая пенобетонная смесь заливалась в формы,  после 1-2-суток твердения  формы распалубливались и готовые образцы пенобетона твердели в нормально-влажностных условиях 28 суток до их испытания на прочность при сжатии и плотность.

Рассмотрим подробнее результаты подбора составов пенобетонных смесей и пенобетонов экспериментальных шифров, указанных в таблице 3.

При приготовлении пенобетонной смеси и пенобетонов шифра ПШ-1 в качестве сухого компонента использовалось составное вяжущее 2-го помола с удельной поверхностью 5707 см2/г, комплексный пенообразователь (в % по объёму) состоял из: 20% исходного пенообразователя ФМ, разбавленного водой в 10 раз (1:9) и 80% щелочного компонента  плотностью ρ=1,3 г/ см3 и Мс=1,35.

После взбивания пены из пенообразователя указанного состава в него при работающем миксере постепенно вводились сухие компоненты в соотношении Т/КП»0,88, где Т- вес сухих компонентов ; КП – вес жидкого раствора пенообразователя.

При приготовлении пенобетонной смеси шифра ПШ-4 сухие компоненты смеси включали 57,5% вяжущего 1-го помола; 2,5% корректирующей минеральной добавки и 40% тонкомолотого песка. Комплексный пенообразователь включал 40% пенообразователя ФМ, разбавленного водой в 5 раз ( 1:4 ) и 60% щелочного компонента =1,47 г/см3 и Мс=1,35. Изготовление пены и пенобетонной смеси производилось вышеуказанным способом, при этом отношение Т/КП было равно 2,22.

При приготовлении пенобетонных смесей с шифрами ПШ-6, ПШ-8 и ПШ-9 в качестве сухого компонента использовался молотый  до  S уд.=6453см2/г Череповецкий шлак, включающий 3% корректирующей добавки. Комплексный пенообразователь при приготовлении пенобетонной смеси шифра ПШ-6 включал в себя ( в % по объёму) 10% ФМ, разбавленного в 5 раз водой и 90% щелочного компонента  ρ=1,3 г/ см3 и М_с=2,89. Отношение Т/КП было ≈1,64. Комплексный пенообразователь при изготовлении бетонной смеси шифра ПШ-8 состоял (в % по объёму) из 15%  ФМ, разбавленного водой в 5 раз и 85 % щелочного компонента ρ=1,3 г/см3 и М_с=2,89. Отношение Т/КП ≈1,59. Состав комплексного пенообразователя пенобетонной смеси шифра ПШ-9 был аналогичен составу пенообразователя образца под шифром ПШ-7, а отношение Т/КП ≈1,69.

В таблице 3 приведены исследуемые составы пенобетона различной объёмной массы (плотности), расходы  компонентов из расчёта их потребности на 1м3 пенобетона и значения прочности при сжатии контрольных образцов пенобетона исследуемых составов в возрасте 28 суток при твердении образцов в нормально-влажностных условиях. Следует отметить, что в таблице 3 приведены лишь те составы пенобетонов из всего числа исследуемых составов, которые по своим физико-техническим показателям (по плотности и прочности при сжатии) отвечают требованиям ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические требования». Согласно этого ГОСТ пределы прочности при сжатии пенобетона неавтоклавного (естественного) твердения должны отвечать следующим показателям:

Марка бетона по плотности                                   Предел прочности
при плотности бетона (кг/м3)                                 при сжатии (МПа)
400                                                                             0,75 – 1,0
500                                                                             1,0 – 1,5
600                                                                             1,5 – 3,0

Как видно из данных таблицы 3, исследуемые составы пенобетонов практически всех исследуемых шифров по своим физико-техническим характеристикам, в основном, отвечают требованиям ГОСТ 25485-89, даже при естественном твердении. При условии автоклавного твердения прочностные характеристики пенобетонов можно повысить в 1,5 – 2 раза.

Необходимо отметить, что метод «сухой минерализации» получения шлакощелочных пенобетонов, использованный в лабораторных условиях, можно, практически без особых изменений, перенести на приготовление пенобетона в производственных условиях. При этом особо следует подчеркнуть, что объём получаемой пены, объём раствора ячеистой массы и физико-механические свойства шлакощелочных пенобетонов в значительной мере зависят от технологических параметров приготовления ячеистых масс. Физико-технические свойства пенобетонов исследуемых составов можно значительно улучшить в условиях производства путём  отработки оптимального режима взбивания пены и последующего интенсивного перемешивания её с молотым гранулированным шлаком и тонкомолотыми заполнителями.

3.3. Основные выводы и рекомендации по приготовлению шлакощелочных пенобетонов.

На основе анализа результатов, полученных при подборе составов и исследованию свойств шлакощелочных пенобетонов, можно сделать следующие выводы:

1. Разработан состав комплексного пенообразователя для получения пенобетонов на основе пенообразователя (ФМ) и щелочных компонентов. Разработанный эффективный комплексный пенообразователь имеет в своём составе  принципиально новые элементы и не имеет аналогов среди пенообразователей, используемых в существующей технологии изготовления пенобетонов.

2. На основе разработанного комплексного пенообразователя, являющегося одновременно и щелочным компонентом шлакощелочного отвечающие по своим прочностным характеристикам требованиям ГОСТ 25485-вяжущего, получены пенобетоны с объёмной массой 340 – 600 кг/м3, 89 «Бетоны ячеистые. Технические требования».

3. При приготовлении пенобетонных смесей и пенобетонов с минимальной объёмной массой необходимо использовать составные вяжущие, полученные путём совместного помола  шлака, корректирующих добавок, минеральных тонкомолотых добавок и добавок ПАВ.

4. Разработанная технология приготовления шлакощелочного пенобетона по методу «сухой минерализации» имеет принципиальные отличия от технологии приготовления портландцементного пенобетона и существенно упрощает технологию производства.

5. Основы разработанной в лабораторных условиях технологии приготовления пенобетонных смесей и пенобетона можно без существенного изменения применить в промышленном масштабе при следующих условиях:

- в производственных масштабах наладить приготовление комплексного пенообразователя с обязательным контролем его качества в лабораторных условиях;

- организовать производственное изготовление сухих компонентов вяжущего путём совместного помола его составляющих;

- изготовить или приобрести установку по приготовлению пенобетонных смесей типа мобильной установки для приготовления и подачи пенобетонных масс, разработанной в МГСУ совместно с предприятием «Стройтехника» (Усть-Каменогорск). На  производственной установке отработать оптимальные режимы и параметры приготовления пенобетонов на основе шлакощелочных вяжущих.

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России».

www.newchemistry.ru