Использование отходов металлургического производства при изготовлении жаростойкого газобетона

3. Запоточна-Сытэк Г. Автоклавный ячеистый бетона - Днепропетровск: - основной строительный материал для стеновых конструкций в Польше / Г. Запоточна-Сытэк // Строительство, материаловедение, машиностроение: серия "Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве": Сб. науч. трудов. Вып. 4. - Днепропетровск : ПГАСА, 2009. - С. 127-138.

4. Мартыненко В. А. Запорожский ячеистый бетон / В. А. Мартыненко, А. Н. Ворона. -Днепропетровск: Пороги, 2003. - 95 с.

5. Мартыненко В. А. Взаимосвязь затрат теплоты при автоклавной обработке газобетонных изделий с технологическими параметрами / В. А. Мартыненко // Строительство, материаловедение, машиностроение: серия «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве» : Сб. науч. трудов. Вып. 4. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - С.39-50.

6. Сажнев Н. П. Опыт производства и применения ячеистого бетона в Республике Беларусь / Н. П. Сажнев, Н. Н. Сажнев, П. П. Ткачик // Строительство, материаловедение, машиностроение: серия "Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве": Сб. науч. трудов. Вып. 4. - Днепропетровск : ПГАСА, 2009. - С. 183-191.

7. Строительство, материаловедение, машиностроение: серия "Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве" / Сб. науч. трудов. Вып. 4. -Днепропетровск : ПГАСА, 2009. - 397 с.

8. Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве / Сб. науч. трудов. Вып. 1. - Днепропетровск : ПГАСА, 2005. - 306 с.

9. Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве / Сб. науч. трудов. Вып. 2. - Днепропетровск: ПГАСА, 2005. - 216 с.

10. Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве / Сб. науч. трудов. Вып. 3. - Днепропетровск : ПГАСА, 2007. - 287 с.

11. Щукин А. М. Технологическая линия "СОТАБЛОК" разработки "ПЗСП" / А. М. Щукин // Строительство, материаловедение, машиностроение: серия "Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве": Сб. науч. трудов. Вып. 4. -Днепропетровск : ПГАСА, 2009. - С. 225-234.

УДК 666.9-127. 666.9-41 666.97:624.012.4.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЖАРОСТОЙКОГО ГАЗОБЕТОНА

С. В. Бурейко, м. н. с.

Ключевые слова: шлаки доменные, зола-унос, газообразователь, щелочной компонент, жаростойкий ячеистый бетон.

Постановка проблемы. Одна из основных проблем, которая особенно актуальна в металлургической промышленности - это утилизация огромного количества промышленных отходов, накопленных в шлаконакопителях и шлакоотвалах металлургических комплексов.

Промышленные отходы отрицательно влияют на экологические факторы: состав воздуха, химический состав и структуру почвы, воды. В атмосферу поступают газообразные и твердые отходы при сгорании топлива. Основными отходами черной и цветной металлургии являются шлаки: доменные, сталеплавильные, ферросплавные. Наибольшее количество составляют доменные шлаки. Для снижения загрязнения окружающей среды и сохранения природных ресурсов необходимо повысить степень использования шлаков и других отходов, которые могут составлять от 10 до 99 % исходного сырья.

Также эффективно внедрение безотходных технологий - систем с замкнутым циклом, где обеспечивается многократное комплексное использование исходного сырья.

Анализ публикаций. В большом объеме металлургические шлаки применялись в сочетании с традиционными вяжущими: цементом, известью, гипсом, а щелочные соединения вводились как добавки (катализаторы) к этим композициям. Профессор В. Д. Глуховский, применяя эти же шлаки и щелочные соединения, изменил их соотношение в сторону увеличения щелочного компонента и получил новый вид вяжущего и бетоны на его основе. Здесь щелочные соединения, вступая во взаимодействие с различными шлаковыми

минералами, образуют устойчивые соединения, которые и обуславливают их физико-механические свойства.

Нами рассмотрены некоторые основные аспекты получения жаростойкого газобетона с использованием отходов черной металлургии, а именно гранулированных доменных шлаков, также золы-уноса тепловых электростанций, в качестве газообразователя - ферросилиций, с целью получения жаростойких ячеистых бетонов с температурой применения до 800 С°, с низкой средней плотностью 300-450 кг/м3 и низким коэффициентом теплопроводности. Кроме улучшения экологической обстановки, использование отходов промышленности позволяет также снизить себестоимость полученных изделий по сравнению с использованием специальных цементов для производства жаростойкого ячеистого бетона.

Цель работы. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать основные физико-механические характеристики и установить химический состав исходных материалов с целью использования их в качестве компонентов сырьевой смеси для получения жаростойкого ячеистого бетона;

- установить взаимосвязь между компонентами смеси, условиями получения ячеистого бетона и свойствами газобетона;

- разработать составы жаростойких газобетонов;

- определить оптимальные технологические параметры получения жаростойкого газобетона.

Основная часть. Для изготовления жаростойкого ячеистого бетона использовались следующие сырьевые материалы: тонкомолотый доменный граншлак и кислая зола Приднепровской ГРЭС, в качестве газообразователя - ферросилиций, щелочной компонент -натриевое жидкое стекло. Шлаки основные Приднепровского региона - преобладает силикатная составляющая. Металлургические шлаки, доменные и ферросплавные, представляют собой богатейшее сырье для получения таких эффективных искусственных пористых заполнителей бетона как шлаковая пемза и гранулированный шлак. Для проведения экспериментов гранулированный доменный шлак высушивался до остаточной влажности не более 1 %, затем измельчался в шаровой мельнице до требуемой удельной поверхности. Тонкость помола определялась с помощью прибора ПСХ-2. Плотность насыпная молотого граншлака 1 020-1 100 кг/м3. Использование молотых шлаков с различной удельной поверхностью позволяет применять их не только в качестве заполнителя, а и в качестве вяжущего, что значительно уменьшает стоимость по сравнению с традиционными вяжущими. В данной работе использовался гранулированный доменный шлак Днепропетровского металлургического завода, соответствующий ГОСТ 9757-83, ГОСТ 22237-85, молотый до удельной поверхности 300 - 350 м2/г. По фазовому составу в шлаках преобладает стекловидная фаза - до 70 %, что определяет их активность как компонента щелочного вяжущего.

Зола-унос Приднепровской ГРЭС - алюмосиликатная составляющая. Зола - это пылевидные остатки от сжигания каменных углей с размером частиц от 5 до 100 мкм. Золы классифицируют в зависимости от вида сжигаемого топлива, способа его подготовки и сжигания, места отбора в котельном агрегате, способа сбора и отбора на электрофильтрах. Золу-унос эффективно применять в ячеистых бетонах, где зола выполняет роль алюмокремнеземистого компонента. По сравнению с обычным кремнеземистым компонентом - молотым кварцевым песком - она обладает высокой реакционной способностью, требует меньших затрат на доизмельчение (а при высокой дисперсности - не требует). Недостатки золы как алюмокремнеземистого компонента - меньшее, чем в кварцевом песке, содержание 8Ю2, большая водопотребность, наличие несгоревшего топлива и нестабильность химического состава. В данной работе использовались зола-унос флотационная Приднепровской ГРЭС, соответствующая ГОСТ 25818-83, с удельной поверхностью 350-450 м2/г, насыпная плотность 910-980 кг/м3. Удельная поверхность золы-уноса на приборе ПСХ-2 определяется неадекватно, показывая заниженные значения, что связано, вероятно, с шарообразной, гладкой поверхностью порошка, покрытой стекловидной оболочкой, поэтому скорость протекания воздуха через порошок при определении больше, чем для порошков, имеющих шероховатую поверхность при помоле. Тонкость золы-уноса по остатку на сите 008 - 8,7 %.

Газообразователъ ферросилиций марки ФС-65, молотый, с удельной поверхностью

400-500 м2/г.

Щелочной компонент. Натриевое жидкое стекло - силикат натрия растворимый, в соответствии с ГОСТ 13079, модуль силикатный Мс=2,9, исходной плотностью 1 450 кг/м3. Для получения требуемой плотности в жидкое стекло добавляется вода. Для получения жидкого стекла с требуемым Мс прибавляется расчетное количество едкого натрия (гидрооксид натрия технического). Плотность раствора щелочного компонента существенно влияет на активность вяжущего и марку бетона, назначенную в зависимости от этих показателей. Температура готового к употреблению раствора должна быть не ниже 20 °С и, кроме того, не должна превышать температуру окружающего воздуха. Гидрооксид натрия - КаОН, ГОСТ 2263-79, кристаллический, белого цвета, плавится при температуре 64 °С, растворяется в воде. Требуемую рабочую плотность едкого натра получаем растворением в воде кристаллического технического оксида натрия. Плотность раствора контролировали ареометром.

В ходе проведенных исследований были получены определенные зависимости, влияющие на основные показатели жаростойкого газобетона. Основными компонентами, влияющими на плотность жаростойкого ячеистого бетона, являются расход и общее содержание Ка2О. Влияние этих факторов показано на рисунках 1 и 2.

Рис. 1. Зависимость плотности жаростойкого ячеистого бетона от расхода ЕеБг

при прочих равных условиях

Ясж,

Рис. 2. Зависимость прочности жаростойкого ячеистого бетона от содержания Ыа20

Как видно из графиков, содержание этих компонентов очень значительно влияет на плотность, прочность материала, и имеется оптимальный расход, при котором достигаются требуемые параметры для жаростойкого газобетона. Оптимальное количество введенного газообразователя находится в пределах от 22,5 до 25 %. Увеличение его количества ведет к резкому повышению плотности получаемого материала. Большое влияние на плотность газобетона имеет Р/Т-отношение. Значение Р/Т изменялось от 0,25 до 0,36 с шагом 0,1.

В результате проведенных экспериментов была обнаружена нелинейная зависимость плотности газобетона от Р/Т-отношения. Изменение плотности при Р/Т от 0,25 до 0,27 было незначительно, т. к. смесь была очень вязкая, что влияло на процесс вспучивания, но при увеличении Р/Т-отношения мы наблюдаем резкое изменение плотности газобетона. При Р/Т, равном 0,3, достигается наименьшая плотность ячеистого бетона. Это отражено на рисунке 3.

кг/м3

1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100

0 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,3 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36

Рис. 3. Зависимость плотности жаростойкого ячеистого бетона от Р/Т-отношения

Одним из основных факторов, определяющих теплофизические свойства жаростойкого ячеистого бетона, является теплопроводность. Для определения коэффициента теплопроводности были изготовлены образцы жаростойкого ячеистого бетона, которые впоследствии испытали при помощи прибора для определения теплопроводности материалов.

В результате была получена зависимость коэффициента теплопроводности от плотности жаростойкого ячеистого бетона. (рис. 4). Как видно из графика, с увеличением плотности материала коэффициент теплопроводности повышается линейно. Применение материала плотностью 300-400 кг/м3 позволяет значительно уменьшить теплопотери при эксплуатации тепловых агрегатов.

кг/мЗ 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

Вт/

Рис. 4. Зависимость коэффициента теплопроводности от плотности жаростойкого

ячеистого бетона при Ж = 0 %.

Выводы. Проведенные испытания показывают, что применение отходов

металлургической промышленности и тепловых электростанций на щелочном вяжущем с эффективным газообразователем позволяет получить газобетон низкой плотности.

Наиболее эффективным является применение теплоизоляционного жаростойкого газобетона плотностью 300-400 кг/м3 для изготовления футеровок печей, теплоизоляции различных нагревательных устройств в виде оболочек, скорлуп и других элементов.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Кривенко П. В. Специальные шлакощелочные цементы. К. :Буд1вельник, 1992. -192с.

2.Кривенко П. В., Пушкарёва Е. К. Жаростойкие шлакощелочные вяжущие и бетоны. // Жаростойкие бетоны с использованием отходов промышленности и конструкций из них. Тез. докл. координацион. совещ., нояб. 1984 г.: Липецк, 1984. - С.11.

3.Волжанский А. В., Буров Ю. С., Виноградов Б. И. Бетонные изделия на шлаковых и зольных цементах. - М. : Госстройиздат, 1960.- 286 с.

4.Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях/ Глуховский В. Д., Кривенко П. В., Старчук В. Н. и др. - К. : Вища школа, 1981. - 224 с.

УДК 691.32

ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

М. П. Курочкин, м. н. с.

Ключевые слова: товарный бетон, вибропрессование, радиальное прессование, непрерывное формование.

Постановка проблемы. Как известно, производство бетона и железобетонных изделий даже на самом современном бетонном оборудовании - долгий и трудный процесс. Высокая энерого- и металлоемкость производственного процесса существенно влияет на экономическую эффективность производства. Также не стоит забывать о низкой механизации и автоматизации технологических линий, что существенно влияет на качество исходной продукции из-за, так называемого человеческого фактора.

Анализ публикаций. Ранее некоторые пути решения проблемы эффективного производства бетонных и железобетонных изделий были описаны профессором В. Уткиным в книге "Новые технологии строительной индустрии", в которой рассматривались новые, эффективные технологии непрерывного формования, вибропрессования и радиального прессования, однако не были затронуты аспекты современного производства бетонной смеси. Данную проблему и пути ее решения рассматривал доктор технических наук Хмара в своей книге "Бетоносмесительные заводы и установки", дающей обширное описание конструкции и технических характеристик бетоносмесительных установок для современного производства бетона, но не достаточно освещающей технологический аспект производства.

Цель работы. Целью данной работы является аналитически осветить технологические аспекты прогрессивного производства бетонной смеси, а также бетонных и железобетонных изделий.

Основной материал. Современные архитектурно - строительные системы и применяемые в них материалы для конструктивной основы зданий:

- каркасное домостроение (колонны, ригели, плиты перекрытий, мелкоштучные стеновые изделия - в том числе облицовочные, утеплитель);

- крупнопанельное домостроение (стеновые панели, несущие конструкции, плиты пустотного настила);

- монолитное домостроение (бетон, укладываемый в съемную или несъемную опалубку, облицовочные стеновые материалы, утеплитель);

- кирпичное и мелкоблочное домостроение (мелкоштучные стеновые изделия);

- деревянное домостроение (бревна или брус, в последние годы все чаще -профилированный брус).

Наиболее востребованные материалы в современном домостроении:

- бетон товарный (для монолитных сооружений);

- мелкоштучные стеновые изделия (блоки из тяжелого, песчаного и ячеистого бетона, кирпич керамический и силикатный);

- плиты пустотного настила, балки, ригели, перемычки и другие изделия преднапряженного железобетона (изготовленные методом непрерывного безопалубочного формования, что гарантирует качество изделий);

- бетонные изделия радиального прессования (колодезные кольца, напорные и безнапорные трубы).

В дорожном строительстве широко используется монолитный бетон и изделия из железобетона. Растет спрос на дорожные изделия, изготовленные методом вибропрессования (тротуарную плитку, бортовой камень, трамвайные плиты и т. д.).

В данной статье мы более подробно остановимся на производстве товарного бетона, а также мелкоштучных бетонных изделий методом вибропрессования, бетонных и