Часть шлака (не более 15% от веса цемента) может быть заменена активной минеральной добавкой.
Гидравлическая активность применяемого гранулированного шлака оказывает существенное влияние на качество шлакопортландцемента. Она тем выше, чем выше основность шлака и чем больше содержится в нем окиси алюминия. При осуществлении производственного контроля на заводах гидравлическую активность определяют физико-механическими испытаниями образцов шлакопортландцемента при различном содержании в нем данного шлака в различные сроки твердения.
6. Процесс получения шлакопортландцемента
Производственный процесс получения шлакопортландцемента заключается в предварительном высушивании доменного гранулированного шлака в сушильном барабане до влажности, не превышающей 1%, загрузке высушенного шлака, портландцементного клинкера и гипса в бункерах цементных мельниц, их точном дозировании и помоле. Как уже упоминалось, размол компонентов может быть совместным или раздельным (при последующем тщательном их смешивании). В настоящее время применяют только схему совместного помола компонентов шлакопортландцемента, более простую и технологическую.
Строгое соблюдение установленных нормативов по тонкости помола шлакопортландцемента предопределяет его качество.
· согласно стандарту тонкость помола шлакопортландцемента должна быть такой, чтобы при просеивании через сито №008 проходило не менее 85% навески.
Тонкоизмельченный гранулированный шлак обладает главным образом скрытой (потенциальной) гидравлической активностью. Возбуждается она гидратом окиси кальция, выделяющимся при гидролизе трехкальциевого силиката портландцементной составляющей (известковое возбуждение), и добавляемым при помоле сульфатом кальция (гипсовое возбуждение).
Схематически твердение шлакопортландцемента можно себе представить как результат ряда процессов, протекающих одновременно, а именно:
· гидролиза и гидратации клинкерных минералов;
· взаимодействие гидрата окиси кальция с глиноземом и кремнеземом, находящимися в шлаковом стекле, с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов, а также гидросиликоалюминатов кальция;
· взаимодействие трехкальциевого гидроалюмината кальция клинкера с сульфатом кальция с образованием гидросульфоалюмината кальция по реакции
В случае применения основного шлака, богатого окисью кальция, когда в его составе, наряду со стеклом, содержится кристаллическая фаза в виде силикатов кальция, помимо перечисленных процессов протекает также реакция гидратации этих минералов с образованием гидросиликатов кальция. Процесс взаимодействия трехкальциевого гидроалюмината с гипсом в отсутствии шлака, т. е. при твердении обычного портландцемента, протекает иначе, чем при твердении шлакопортландцемента. В данном случае четырехкальциевый гидроалюминат не может образоваться, так как известь непрерырвно связывается шлаком, и концентрация ее в жидкой фазе может не достигнуть предельной для четырехкальциевого гидроалюмината (1,08 г/л). Вследствие пониженной концентрации извести при твердении шлакопортландцемента гидросульфоалюминат кальция образуется главным образом в результате взаимодействия реагирующих компонентов в жидкой фазе; кроме того, образуются гидросиликаты более низкой основности, чем при твердении портландцемента.
Шлакопортландцемент твердеет несколько медленнее, чем портландцемент, в особенности при пониженных положительных температурах. Это объясняется значительным содержанием шлака. Однако при тончайшем помоле, в особенности двухступенчатом, и содержании шлака около 30-35% скорость твердения шлакопортландцемента такая же.
7. Применение шлакопортландцемента
В США и Японии доменные гранулированные шлаки применяются в основном для производства заполнителя. Последнее направление позволяет вовлечь в строительный комплекс значительно большее количество шлака, чем в производство из него вяжущих веществ. Особенно эффективно производство шлакового щебня при использовании технологии придоменной переработки шлака. При этом используется та тепловая энергия, которая была аккумулирована шлаковым расплавом в процессе производства чугуна. Такая технология позволяет достичь значительную экономию топливно-энергетических ресурсов.
В последние годы наблюдается рост шлаковых отвалов вокруг металлургических заводов России. Одной из причин уменьшения использования доменных гранулированных шлаков цементной промышленностью является падение спроса на шлакопортландцемент. В этой связи приобретает большое значение расширение масштабов производства шлакового заполнителя, в том числе шлаковой пемзы, которая является заменителем керамзита, а также литого шлакового щебня для тяжелых бетонов.
Необходимо подчеркнуть, что бетоны с заполнителем из доменных гранулированных шлаков отличаются рядом преимуществ перед традиционными бетонами. Как было установлено доменный шлак в составе портландцементного бетона выполняет функцию активного заполнителя, т.е. его поверхностный слой реагирует с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидролизе алита. При этом образуется дополнительное количество гидросиликатов кальция, которые создают чрезвычайно прочную связь заполнителя с цементной матрицей, полностью исчезают капиллярные каналы, которые в результате усадки цементного камня образуются между ним и поверхностью заполнителя. Это приводит к значительному повышению коррозионной стойкости бетона с активным заполнителем по сравнению с традиционными составами в большинстве агрессивных сред, в том числе даже против такого грозного вида химической агрессии, как кислотная. Кроме того, благодаря специфической структуре и отсутствию микрозазоров на границе раздела вяжущего и заполнителя, такие бетоны обладают отличительными физико-механическими характеристиками. Именно этим обусловлено широкое применение бетонов на шлаковом заполнителе в США, Японии и других странах.
В России шлаковый заполнитель используется сравнительно редко, поэтому имеются огромные резервы расширения производства бетонов на шлаковом заполнителе, что позволит приостановить рост шлаковых отвалов в районах расположения металлургических заводов России.
8. Применение шлаков при производстве других строительных материалов. Шлаки от сжигания углей
Среди промышленных отходов одно из первых мест по объемам занимают золы и шлаки от сжигания твердых видов топлива (уголь разных видов, горючие сланцы, торф) на тепловых электрических станциях. Огромные количества золы и шлака скопились в отвалах, занимающих ценные земельные угодья. Содержание золошлаковых отвалов требует значительных затрат. В то же время золы и шлаки тепловых электрических станций можно эффективно использовать в производстве различных строительных материалов, что подтверждается многочисленными научными исследованиями и практическим опытом.
Область их применения весьма широка: строительство зданий и сооружений, теплоизоляция в холодильной промышленности, теплозвукоизоляция в судостроении, самолетостроении и других отраслях, где требуется легкий, теплоизоляционный, негорючий материал.
9. Классификация шлаков от сжигания углей
По содержанию влаги и других включений:
1. Сухая зола-уноса, получаемая из циклонов и электрофильтров. Эта абсолютно сухая зола, чистая, без посторонних включений. По фракционному составу в сухой золе доля более крупных фракций, размерами около 1 мм, больше чем в золе, образующейся в электрофильтрах или уловителях мокрой очистки.
2. Шлаки, образующиеся после чистки печей обжига угля, представляющие крупные комки, глыбы в виде стекловидной массы, не содержащей влагу.
3. Шлам золы уноса образуется после мокрой очистки, как правило, последней стадии пылеулавливания и хранится в шламонакопителях. Шлам золы представляет собой водную суспензию тонкодисперсной золы-уноса.
4. Зола и шлаки, увлажненные атмосферными осадками, находящиеся в золоотвалах. Как правило, золоотвалы становятся одновременно местом захоронения твердых бытовых отходов населенных пунктов и промышленных предприятий.
По химическому составу:
Химический состав золы-уноса и шлаков значительно отличается по химическому, минералогическому и фазовому составу:
1. В зависимости от места добычи углей. Зольность углей из разных шахт даже одного угольного бассейна всегда отличается.
2. От способа улавливания и хранения. Химический и фракционный состав сухой золы-уноса отличается по этапам очистки (циклоны, электрофильтры, мокрое пылеулавливание).
10. Применение золошлаковых отходов
Наибольший интерес вызывают технологии применения золо-шлаковых отходов в следующих производствах:
· в производстве портландцемента (как активные кремнеземистые добавки) в количестве 10-15 процентов, в производстве пуццолановых портландцементов марок 300-400 – до 30-40 процентов (золопортландцемент);
· при изготовлении строительных растворов – как активная добавка в количестве 10-30 процентов от массы цемента, при использовании в строительных растворах портландцемента высоких марок (400-500) применение пылевидной золы может сократить его расход до 30 процентов;
· в качестве активного микронаполнителя в тяжелых бетонах, что позволяет снизить расход цемента от 6-10 процентов в бетонах нормального твердения до 12-25 процентов в пропариваемых;
· в производстве силикатного кирпича;
· в жаростойких бетонах – в качестве наполнителя вместо шамотного порошка, что существенно снижает себестоимость таких бетонов;