Activation of blast furnace slag by high-calcium fly ashes
Authors:  Брыков А.С. ,  Воронков М.Е. 
Published: December 2023

Высококальциевая зола-унос (ВЗУ), образующаяся при факельном сжигании твердого топлива на ТЭС, в сочетании с карбонатом натрия является эффективным сухим активатором твердения бесцементных растворных смесей на основе молотого гранулированного доменного шлака (МГДШ). Взаимодействием Na2CO3 и компонентов ВЗУ обеспечивается создание щелочной среды, стимулирующей гидратацию кристаллических и аморфных фаз золы и шлака и образование прочной структуры, формируемой путем тесного сращивания продуктов их гидратации —  кристаллов эттрингита и аморфного геля C— S—H. При замещении 10—30 % шлака золой в присутствии 1—3 % Na2CO3 от массы вяжущего —  смеси шлака и золы —  и водовяжущем отношении 0,30—0,45 прочность шлакопесчаных растворов достигает 10—30 и 30—45 МПа в возрасте 7 и 28 сут соответственно в условиях влажного твердения при обычной темпера- туре. Зола-унос, образующаяся при низкотемпературном сжигании топлива по технологии циркулирующего кипящего слоя, обладает высокой гидратационной активностью и может иметь самостоятельное значение в качестве активатора твердения МГДШ, поскольку присутствие Na2CO3 не влияет на прочность золошлаковых образцов. Однако при использовании золы этого типа прочность получае мого камня ограничивается ее высокой водопотребностью. Интерес к бесклинкерным и низкоклинкерным вяжущим веществам повсеместно вновь возрастает в последние годы. Разработка их новых типов может стать шагом к решению экологических проблем цементной отрасли, металлургии и угольной энергетики (снижение эмиссии парниковых газов, утилизация техногенных отходов)

High calcium fly ash generated at pulverized solid fuel combustion at thermal power plants in combination with sodium carbonate is an effective dry activator for hardening cementless mortar mixtures based on ground granulated blast furnace slag (GGBFS). The interaction of Na2CO3  and components of high calcium fly ash provides an alkaline environment stimulating hydration of crystalline and amorphous ash and slag phases and emergence of a solid structure formed by close splicing of their hydration products - ettringite crystals and amorphous C-S-H gel. When 10-30 % of slag is replaced with ash in the presence of 1-3 % Na2CO3 by weight of the binder, mixture of slag and ash, and the water-binder ratio of 0.30-0.45 the strength of slag-sand mortars reaches 10-30 and 30-45 MPa at 7 and 28 days under the conditions of wet curing at standard tempera-ture respectively. Fly ash produced at low-temperature combustion using the technology of circulating fluidized bed has a high hydration activity and may have an independent value as a hardening activator for GGBFS, since the presence of Na2CO3 does not affect the strength of ash and slag samples. However, when using this type of ash, the strength of the resulting stone is limited by its high water demand. The interest in clinker-free and low-clinker binders is increasing again everywhere in recent years. Development of new types of those can be a step towards solving environmental problems of the cement industry, metallurgy and coal energy (reduction of greenhouse gas emissions, recycling of man-made waste).