БТ / ZAPOLNITELI BETONA

1 — машина для вдувания порошковых добавок; 2 — шлаковозный ковш; 3 — опрокидной бассейн; 4 — приямок;

5 — промежуточный склад;

6 — мостовой кран с грейферным захватом;

7 — приемное устройство дробильно-сортировочного отделения; 8 — первая ступень дробления; 9 — вторая ступень дробления; 10 — грохот; 11 — сепаратор для разделения щебня на две марки Рисунок 20 - Технологическая схема производства шлаковой пемзы в опрокидном бассейне

Брызгально-траншейный способ наиболее прост. Шлаковый расплав при сливе в траншею орошается водой из перфорированных труб, вспучивается и застывает в ней, а после охлаждения разрабатывается экскаватором и подается на дробление и рассев. Этот способ не является перспективным для производства шлаковой пемзы из-за ее невысокого качества и неоднородности по структуре.

Вододутьевой способ состоит в разбивке массы расплава на отдельные гранулы сильной струей водовоздушной смеси с последующим интенсивным смешением еще жидких гранул расплава с водовоздушной смесью и. вспучиванием. Поризация расплава производится в струйных аппаратах (рисунок 21). Гранулы, вспученные в камере смешения, выбрасываются на экран, с которого они попадают на приемные устройства и агрегируются в глыбы. Полученная шлаковая пемза имеет однородную мелкопористую структуру с размером пор до 1 мм [1,4].

59

1 — стенка приемной камеры; 2 — направляющий лоток; 3 — водяная рубашка; 4—камера смешения;

5 — рабочее сегментное сопло Рисунок 21 - Схема струйного вододутьевого аппарата

Гидроэкранный способ предусматривает последовательную обработку шлака на двух гидрожелобах (рисунок 22). С первого желоба вспучивающийся шлаковый расплав струями воды бросается на вертикальный экран, отразившись от которого попадает на второй желоб, где снова подхватывается струями воды и направляется на пластинчатый перегружатель для последующего охлаждения и дробления. Технологическая схема производства представлена на рисунке 23.

Все описанные выше способы позволяют получать дробленую шлаковую пемзу в виде пористого щебня и песка.

Шлакопемзовый щебень, как и аглопоритовый, имеет зерна остроугольной формы с открытыми порами, отличается большой межзерновой пустотностью.

1 — приемная воронка; 2 — гидромониторная насадка; 3 — экран; 4 — желоб; 5 — пластинчатый перегружатель

Рисунок 22 - Схема установки для гидроэкранного способа получения шлаковой пемзы

60

Рисунок 23 - Технологическая схема производства шлаковой пемзы гидроэкранным способом

Шлакопемзовый гравий получают на установке (рисунок 21), в которой применен усовершенствованный струйный вододутьевой аппарат (водовоздушный гранулятор). Диспергированные и вспученные частицы шлакового расплава соединяются на встречном экране в .крупные куски. Полученную массу, еще не потерявшую пластические свойства, обрабатывают в барабанном холодильнике. Во вращающемся барабане с продольными лопастями про-

61

исходит дополнительное вспучивание, разделение крупных кусков на отдельные зерна и их окатывание.

Пустотность фракционированного щебня не должна быть боле 52%, среднее значение коэффициента формы зерен не должно превышать 2,5.

Стандарт предусматривает испытание шлакопемзового щебня и стой-

кость против силикатного распада.

Требования к прочности шлакопемзового щебня при сдавливании в цилиндре (таблица 14) близки к соответствующим требованиям для аглопоритового щебня (таблица 12).

1 — водовоздушный гранулятор; 2 — приемная камера; 3 — барабанный холодильник; 4 — разгрузочная камера;

5— паровоздухопровод; 6 — затвор «мигалка»; 7 — вибропитатель; 8

—короб; 9—конвейер ленточный

Рисунок 24 - Схема установки для производства гравиеподобной шлаковой пемзы

Таблица 14 - Требования к прочности шлакопемзового щебня

		Прочность при		Прочность при
	Марка по насыпной плот-	сдавливании в Марка по насыпной		сдавливании в
	ности	цилиндре, МПа,	плотности	цилиндре, МПа,
		не менее		не менее
	400	0,30	700	0,70
	450	0,35
			750	0,90
	500	0,40
			800	1,10
	550	0,45
			850	1,30
	600	0,55
			900	1,50
	650	0,65

Зерна шлаковой пемзы имеют явно выраженную ячеистую структуру. Средний диаметр пор-ячеек — 1...2 мм. Иногда получают шлаковую пемзу с диаметром пор 5... 6 мм. Такая пемза напоминает затвердевшую пену. В качестве заполнителя для бетона лучше использовать мелкопористую шлаковую пемзу. Шлаковая пемза получается весьма неоднородной по степени вспучивания. Поэтому после дробления и сортировки по крупности целесообразна сепарация по плотности зерен, что может значительно повысить эффективность ее применения.

62

Применение. Шлаковую пемзу используют главным образом в конструк- ционно-теплоизоляционных бетонах ограждающих конструкций. В силу меньшей ее теплопроводности возможно применение шлакопемзобетона повышенной плотности без ухудшения его теплозащитных свойств по сравнению, например, с керамзитобетоном: шлакопемзобетон с плотностью 1400 кг/м3 имеет

примерно такую же теплопроводность, как керамзитобетон с плотностью 1200 кг/м3.

Шлаковая пемза М 750...900 может использоваться при получении высокопрочных бетонов для различных несущих конструкций. Однако необходимо иметь в виду возможность коррозии стальной арматуры в шлакопемзобетоне изза содержания в шлаке серы. При производстве предварительно напряженных конструкций, особенно с проволочной арматурой, стойкость арматуры в шлакопемзобетоне должна быть установлена специальным исследованием.

4.4 Обжиговый зольный гравий

Сырьем для производства обжигового зольного гравия служат золы теплоэлектростанций, в том числе и из отвалов после их гидроудаления.

Технология предусматривает сушку и помол золы, затем ее окатывание в шаровидные гранулы диаметром около 15 мм. Для облегчения грануляции и обеспечения достаточной прочности гранул золу смачивают водным раствором ЛСТ (лигносульфонатов технических) или же добавляют глину. Далее гранулы подсушивают и обжигают в коротких вращающихся печах прямоточного действия, причем их подают сразу в высокотемпературную (около 1200°С) зону печи. Для повышения пористости гравия в золу можно добавлять древесные опилки.

1 — ящичный подаватель с глинорыхлителем; 2 — сушильный барабан контактного нагрева; 3 — дымосос; 4 — шаровая мельница;

5 — тарельчатый гранулятор; 6 — сушильный барабан; 7 — узел приготовления жидкой добавки;

8 — прямоточная вращающаяся печь; 9 — холодильник; 10 — гравиесортировка; 11 — бункера готовой продукции

Рисунок 25 - Технологическая схема изготовления зольного гравия

63

Насыпная плотность зольного гравия — 300... 800 кг/м3. Насыпная плотность гравия фракций 5... 10 и 10...20 мм близка. Предел прочности при сдавливании в цилиндре приблизительно соответствует требованиям к керамзитовому гравию той же насыпной плотности[1,4].

Основное назначение — конструкционно-теплоизоляционные бетоны. Заполнитель на основе золы теплоэлектростанций в смеси с глинами

получают также и в противоточных вращающихся печах по технологии, принятой в производстве керамзита. Его называют глинозольным керамзитом.

4.5 Безобжиговый зольный гравий

Основами получения безобжигового зольного гравия (БЗГ) являются: 1) грануляция увлажненной смеси золы и вяжущего; 2) гидратационное твердение вяжущего и его взаимодействие с активными составляющими золы.

Для изготовления БЗГ можно применять портландцемент, известь, гипсовые, гипсоцементно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ) и использовать золы ТЭС сухого отбора (из-под фильтров и циклонов), а также высушенные золы из отвалов их гидроудаления (золошлаковые смеси).

Содержание частиц несгоревшего топлива в золах и золошлаковых смесях допускается до 25%, что существенно выше, чем для производства обжиговых заполнителей. Таким образом, возможность использования зол расширяется.

Удельная поверхность зол должна быть не менее 2500 см2/г. Это обусловлено тем, что гранулируемость порошков зависит от их гранулометрического состава, в частности от содержания мелких частиц с размерами до 20 мкм: дисперсность частиц золы имеет значение и для гидратационного твердения гранул [1,9].

Разработаны различные варианты технологии получения БЗГ, один из которых показан на рисунке 30. На основе молотой золы или золошлаковой смеси с добавкой 10...15% портландцемента получают гранулы, которые подвергают кратковременному пропариванию в камере (4 ч при температуре

90...95°С).

Насыпная плотность такого гравия 700...950 кг/м3. Прочность при сдав-

ливании в цилиндре 0,6...0,8 МПа обеспечивает возможность транспортирования и складирования.

Прочность продолжает расти при естественном твердении (до 5...6 МПа в 28-суточном возрасте), а также в составе бетона при тепловой обработке изделий. Повышения прочности гранул и сокращения сроков их тепловой обработки можно достигнуть применением добавок-ускорителей твердения типа сернокислого натрия, нитрит-нитратхлорида кальция и других солей неорганических кислот, вводимых с водой затворения в количестве 1...3% от массы вяжущего.

64

При использовании вместо портландцемента быстротвердеющего ГЦПВ заполнитель сразу после грануляции приобретает достаточную прочность и не нуждается в тепловой обработке. Через сутки прочность при сдавливании в цилиндре составляет 0,7...1,5 МПа, через трое суток - 2,3...3,0 МПа.

Насыпная плотность гравия может быть снижена введением в состав сырьевой смеси различных облегчающих добавок: вспученного перлитового песка, древесных опилок, стеклопора, отходов пеностекла или газосиликата и др.

1 — бункер цемента; 2 — бункер золы; 3 — дозатор весовой; 4 — мельница шаровая; 5 — система пневмотранспорта; 6 — циклоны; 7

— бункер золоцементной смеси; 8 — питатель ленточный; 9 — конвейер винтовой; 10 — бак воды с дозатором; 11 — емкость для жидких добавок с дозатором; 12 — смесители двухвальный; 13 — гранулятор тарельчатый;

14 — конвейер ленточный; 15 — камера пропарочная; 16 — бункер приемный; 17 — элеватор; 18 — грохот; 19 — силосы

Рисунок 26 - Технологическая схема изготовления безобжигового зольного гравия (БЗГ)

Добавки вводят в смеситель при подготовке массы к грануляции. Расход цемента составляет 60...100 кг/м3. Облегченный безобжиговый гравий (ОБЗГ) имеет насыпную плотность 400...600 кг/м3, а прочность при сдавливании в цилиндре в сухом состоянии — 1,0...1,6 МПа.

Производство безобжигового зольного гравия характеризуется экономией топливно-энергетических ресурсов. Например, расход условного топлива в 2...3 раза ниже, чем при производстве обжиговых искусственных пористых заполнителей.

Применяется БЗГ как крупный заполнитель для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов.

65

4.6 Заполнители из металлургических шлаков

Металлургические шлаки являются значительным резервом обеспечения строительной индустрии заполнителями для бетонов. Шлаковые заполнители по величине насыпной плотности могут быть тяжелыми (ρ0 > 1000 кг/м3) и легкими (ρ0 ≤1000 кг/м3), апокрупностизерен — мелкими (< 5 мм) и крупными (> 5 мм).

Шлаковый щебень. Шлаковый щебень получают дроблением отвальных металлургических шлаков или специальной обработкой огненно-жидких шлаковых расплавов (литой шлаковый щебень). Для производства щебня в основном применяют отвальные шлаки, сталеплавильные (приемлемые для переработки в щебень), а также медеплавильные, никелевые и другие шлаки цветной металлургии.

К эффективным видам тяжелых заполнителей бетона, не уступающих по физико-механическим свойствам продуктам дробления плотных природных каменных материалов, относится литой шлаковый щебень. При производстве этого материала огненно-жидкий шлак из шлаковозных ковшей сливается слоями толщиной 250…500 мм на специальные литейные площадки или в трапециевидные ямы-траншеи (рисунок 27). При выдерживании в течение 2…3 ч на открытом воздухе температура расплава в слое снижается до 800 °С и шлак кристаллизуется. Затем его охлаждают водой, что приводит к развитию многочисленных трещин. Шлаковые массивы на линейных площадках или в траншеях разрабатываются экскаваторами с последующим дроблением и грохочением.

Физико-механическиесвойствалитогошлаковогощебня:

Средняяплотностькусков, кг/м3........................................................2200…2800 Истиннаяплотность, кг/м3…………………………………….2900…3000

Пределпрочностинасжатие, МПа……………………………….60…100

Водопоглощение, % масс…………………………………………....…1…5

Насыпнаяплотностьщебня, кг/м3…………………………….1200…1500

1 — шлаковозныйковш; 2 — траншеядляшлаковыхрасплавов; 3 — грохот; 4 — бункеры; 5 — дробилка;

6 — бункерыдляготовойпродукции(шлаковогощебня) Рисунок 27 - Схема производства литого щебня траншейным способом:

66

Литой шлаковый щебень характеризуется высокими морозо- и жаростойкостью, а также сопротивлением истиранию. Стоимость его почти в 2 раза меньше, чем щебня из природного камня. Для изготовления бетонных и железобетонных изделий применяют фракционированный литой шлаковый щебень крупностью 5…70 мм. Несортированный материал используется в дорожном строительстве и в производстве минеральной ваты, а отсев может служить

.заполнителем жароупорных бетонов и частично заменять гранулированный шлак в производстве шлакопортландцемента. Для получения литого плотного шлакового щебня кристаллической структуры применяются «малогазистые» ог- ненно-жидкие шлаки, в которых при охлаждении образуется минимальное число пор, асредняяплотностькусков— не менее 2200 кг/м3.

Необходимым условием получения заполнителей из металлургических шлаков является устойчивость их к различным видам распада. Особенно опасен силикатный распад, характерный для высококальциевых, маломарганцевых и малоглиноземистых шлаков.

Полиморфное превращение ортосиликата кальция — основная причина, вызывающая эту форму распада, может возникнуть при медленном остывании шлаков. Поэтому основным способом стабилизации шлаков, склонных к силикатному распаду является быстрое их охлаждение (термическая стабилизация); например, слив шлаковых расплавов тонким слоем с откоса щлаковой горы или грануляция.

Кроме термической, разработаны также способы химической и кристаллохимической стабилизации, основанные на введении в расплав добавок, способствущихобразованиюустойчивыхсоединений. При химическом способе в расплав вводятся обычно добавки (глина, песок), связывающие оксид кальция и способствующие кристаллизации устойчивых минералов (геленита, окерманита и др.). Сущность кристаллохимического способа заключается в стабилизации β-C2S введением некоторых добавок в шлаковый расплав. К эффективным стабилизаторам, при введении которых образуется устойчивая решетка ортосиликата кальция, относятся щелочи, оксиды фосфора, бора и др. Опасен также железистый распад, вызываемый увеличением объема (почти на 38%) при воздействии воды на сульфид железа и образованием гидроксида железа. Распад шлаков начинается в процессе их охлаждения и завершается в отвалах в течение 2…3 месяцев. Шлаки, пролежавшие в отвалах длительное время и не имеющие признаков распада, считаются устойчивыми.

Для ускоренной оценки стойкости шлаков к силикатному распаду пробу подвергают пропариванию над кипящей водой или в автоклаве при давлении 0,2 МПа. Шлаковый щебень считается стойким к силикатному распаду, если потеря массы для испытываемой фракции не превышает 5%. Склонность к силикатному распаду можно определить, облучая шлаки ультрафиолетовыми лучами (люминесцентный метод). Шлаки, склонные к силикатному распаду, отличаются желтым или золотистым свечением, а устойчивые — фиолетовым различных оттенков.

Стойкость против железистого распада устанавливается выдерживанием шлакового щебня в дистиллированной воде в течение 30 сут. Потеря массы при

67

этом так же, как и при испытании на силикатный распад, не должна превышать

5%.

Для предотвращения известкового и магнезиального распада в шлаках, перерабатываемых на заполнители, не допускаются свободные оксиды кальция

имагния.

Взависимости от крупности зерен щебень делится на фракции: 5…10, 10…20, 20…40, 40…70, 70…120 мм. Зерновой состав шлакового щебня, как и других видов заполнителя, подбирается для обеспечения минимальной пустотно-

сти. Минимальная насыпная плотность щебня каждой из фракций составляет 1000 кг/м3. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, должно быть для щебня: кубовидного — не более 15%; улучшенного — 25; обычного — 35%. Длина таких зерен в три и более раза превышает их толщину или ширину.

Прочность шлакового щебня характеризуется его маркой. Для щебня из доменного шлака, применяемого в качестве заполнителя тяжелого бетона, установлено пять марок по прочности:

Таблица 15 - Марки щебня по прочности

Марка щебня по прочности	1200	1000	800	600	300
Потеря в массе после испытаний, %	До 15	15…25	25…35	35…45	45…55

Щебень марки M1200 может быть использован при изготовлении бетона марки М400 и выше, М1000 — марки М300, М800— марки М200 и М600 — ниже М200. Щебень низких марок применяется также при изготовлении бетонов более высокой прочности, но после соответствующей проверки и техникоэкономического обоснования.

В зависимости от числа циклов, которые выдерживает щебень при испытании, устанавливают его марки по морозостойкости(таблица16).

Таблица16 - Маркишлаковогощебняпоморозостойкости

Испытания		Марка щебня по морозостойкости
	F15	F25	F50	F100	F150	F200		F300
непосредственное замора-
живание:	15	25	50	100	150	200		300
число циклов
потеря массы после испы-	10	10	5	5	5	5		5
тания, %, не более

Содержание в шлаковом щебне отмучиваемых пылевидных и глинистых частиц должно быть не более 3% для слабоактивного и неактивного шлаков. Для активных и высокоактивных шлаков содержание отмучиваемых примесей не нормируется. Недопустимо содержание в щебне примесей топливных шлаков, золы, колошниковой пыли.

Содержание глины в комках в щебне из шлаков всех видов не должно быть более 0,25% по массе.

68