Физико-механические характеристики шлаков

Результаты исследования шлаков приведены в таблицах 7.12, 7.13.

Модуль крупности определяется по формуле 7.4.

(7.4)

Таблица 7.12 – Физические характеристики доменных шлаков

Характеристики	Вид шлака
	гранулированный	дробленый
Истинная плотность, кг/м3	2900	2900
Плотность в зерне кг/м3	1700	2500
Насыпная плотность кг/м3	1190	1510
Насыпная плотность в уплотненном состоянии	1350	1705
Водопоглощение %	12	15
Пористость зерен %	33	13
Межзерновая пустотность %	46	15
Прочность в цилиндре, МПа	48	63
Показатель истираемости, %	58	47

Таблица 7.13 – Гранулометрический состав шлаков

Наименование шлаков	Наименование остатков	Единицы измерения	Размеры сит, мм
			2.5	1.25	0.63	0.315	0.14	менее 0,14
Гранулированный	Частные	г	220	360	145	170	75	30
		%	22	36	14,5	17	7,5	3
	Полные	%	22	58	72,5	89,5	97	100

Установлено, что шлаковые пески относятся к пескам повышенной крупности, модули крупности граншлака и фракции соответственно равны 3,39 и 3,12. Для использования их в мелкозернистых бетонах с непрерывной гранулометрией необходимо вводить более мелкие фракции или осуществлять домол части шлакового заполнителя [44]. Для перевода зернового состава шлака в область, допустимую для бетонов (заштрихованная область на рисунке 7.14), предложена корректирующая гранулометрический состав добавка, в виде отработанной формовочной земли (ОФС).

1 – область песков с М_к1,5; 2 – область песков рекомендуемых для приготовления бетона; 3 – область песков с М_к3,25

Рисунок 7.14 – Зерновой состав шлаковых песков

7.3 Отбеливание и активизация доменного шлака

В результате исследований установлено, что белый шлак получается за счёт выстаивания шлакового расплава в течение 40…45 минут перед грануляцией. При этом более тяжёлые фракции, а это, как правило, железистые, тёмноокрашенные соединения, выпадают на дно [41]. При выстаивании шлакового расплава более 45 минут повышается его вязкость и в дальнейшем затрудняется грануляция. При выстаивании шлакового расплава менее 40 минут не достигается отбеливания шлака (рисунок 7.15).

Рисунок 7.15 – Влияние времени выстаивания шлакового расплава на вязкость и степень белизны шлака

Грануляции подвергается 80…90% шлака, находящегося в верхних слоях и, который содержит минимум красящих оксидов. Резкое охлаждение расплава на гидрожелобной установке омагниченной водой (рисунок 7.11) обеспечивает дополнительное «водное» отбеливание шлака, которое заключается в восстановлении окиси железа Fе₂О₃ до окиси-закиси Fе₃О₄ . Это соединение обладает малой красящей способностью и его образование устраняет зеленоватую окраску. В результате снижения валентности железа, изменяется координация красящих оксидов и соотношение алюминатных и силикатных фаз. Под действием фторидов высокоглиноземистый алюмоферрит кальция приобретает метастабильность, что способствует образованию бесцветных кристаллов алюмината кальция [40].

Активизация шлака. Известны следующие способы активизации: механический, химический, тепловой. В данной работе активирование шлака осуществлялось его тонким измельчением в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности S_уд>300м²/кг с использованием абразивной добавки в виде ОФС (раздел 7.2).

Щелочная активизация шлака. В качестве щелочного компонента наиболее часто используется известь. По химическому составу она почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимущественным содержанием оксида кальция [40].

При применении молотой негашёной извести возможно появление «дутиков» в готовых изделиях. Это можно объяснить недомолом извести, наличием зёрен пережога или зёрен в оплавленной корочке, которые медленно гидратируются в процессе твердения, что и приводит к неравномерности изменения объёма и как следствие – к уменьшению прочности изделия. Кроме того, несвязанная известь может привести к высолам, которые образуются в результате карбонизации насыщенного раствора гидроокиси кальция, мигрирующего на капиллярах цементного камня на поверхность.

Предложено заменить известь газоочистной пылью известкового хозяйства ЗСМК [40], химический состав которой приведён в таблице7.7.

Сульфатная активизация. В качестве сульфатного компонента обычно применяется гипсовый камень, но т.к. в Кузбассе он отсутствует, в качестве сульфатного возбудителя были исследованы попутные продукты коксохимического производства: сульфат аммония, сульфат натрия [40]. Результаты эксперимента приведены в таблице 7.14 и на рисунке 7.16.

Таблица 7.14 – Активизация шлака сульфатными компонентами и

портландцементным клинкером

Состав вяжущего	Заполнитель	Условия твердения	Rизг , МПа	Rсж, МПа	Кразм
Граншлак 76% Известк. пыль 15% ОФС 6% ХСТН 3%	Фракция шлака	ТВО ТВО+твердение 1 сут. в воде ТВО+28 сут.	1,68 1,77 1,45	9,69 9,36 13,43	0,97
Граншлак 76% Известк. пыль 15% ОФС 6% Сульфат аммония 3%	Фракция шлака	ТВО ТВО+твердение 1 сут. в воде ТВО+28 сут.	3,37 3,21 4,83	20,1 18,93 23,81	0,94
Граншлак 76% Известк.пыль 15% ОФС 6% Гипс 3%	Фракция шлака	Естест. тверд.7сут. Естест.тверд.28сут. ТВО ТВО+твердение 1 сут. в воде ТВО+28 сут.	2,75 2,78 2,9 2,8 3,25	16 22,79 27,4 26,6 28,6	0,91
Граншлак 66% Известк.пыль 15% ОФС 6% Гипс 3% Клинкер 10%	Фракция шлака	ТВО ТВО+твердение 1 сут. в воде ТВО+28 сут.	3,72 3,56 3,9	27 28,03 33,5	1,04

Рисунок 7.16 – Активизация шлака сульфатными компонентами и портландцементным клинкером

Исследования показали, что наибольший активизирующий эффект для доменного гранулированного шлака оказывают сульфатные компоненты: гипс, сульфат аммония; с небольшим опережением – добавка клинкера.