Влияние термоактивации шлака на активность шлакощелочного вяжущего

Как известно, шлакощелочное вяжущее (ШЩВ) получают путем затворения молотого доменного гранулированного шлака (ДГШ) раствором щелочного компонента. При этом скорость твердения ШЩВ определяется в основном двумя факторами: видом и свойствами щелочного компонента и активностью шлака. Что касается щелочных компонентов, то в качестве их используют NaOH, КОН, метасиликат натрия и другие вещества, дающие щелочную среду. Кроме этого можно использовать отходы промышленности, такие как, например, содощелочной плав (отход производства капролактама). Активность этих компонентов можно регулировать, меняя концентрацию и температуру. Известно, что оптимальной концентрацией следует считать такую, при которой содержание щелочного компонента составит примерно 7% от массы шлака.

Что касается активности шлака, то одним из способов повышения их активности является увеличение степени дисперсности, это связано с ростом энергозатрат на помол. Поэтому оптимальной дисперсностью шлака для производства ШЩВ считается удельная поверхность до 300 м²/кг. Другим способом изменения активности шлаков является оптимальный режим охлаждения шлаковых расплавов.

Технология производства ШЩВ включает в себя сушку шлака, причем установлено, что повышение температуры сушки выше 800°С вызывает кристаллизацию шлака и снижение его активности. Поэтому целью работы было изучение влияния режима термообработки шлака при сушке на его активность.

В работе использовались материалы: Липецкий ДГШ, сода и метасиликат натрия в виде растворов плотностью 1200 кг/м³, речной песок барханного типа. Исходный и термообработанный при температурах 400-800°С шлак измельчался до удельной поверхности 300 м²/кг. Образцы после 12 часов выдержки в воздушно-сухих условиях твердели в пропарочной камере по режиму 3+6+3 ч. при изотермическом прогреве при 95°С.

ДТА исходного шлака показал, что на термограмме присутствуют три эффекта: эндоэффект при 775°С, обусловленный разложением кальцита, наличие которого подтверждается РФА, и 2 экзоэффекта при 915 и 960°С. Первый из них обусловлен началом кристаллизации шлакового стекла, второй - практически полной его кристаллизацией. РФА исходного шлака и термообработанного при температурах 500 и 800°С показал, что с повышением температуры термробработки в шлаке увеличивается степень кристаллизации шлакового стекла и в значительном количестве появляются инертные шлаковые минералы.

Результаты определения прочностных показателей ШЩВ с различными затворителями приведены в таблице.

Как следует из полученных данных, термообработка шлака повышает его активность и способствует повышению прочности независимо от вида затворителя. Особенно эффективна термообработка шлака при температуре 500°С, при которой кристаллы, появляющиеся в шлаковом стекле, весьма дефектны и обладают повышенной активностью, что существенно сказывается на скорости взаимодействия шлака с жидкой фазой. Эта закономерность подтверждается при определении в затвердевших образцах химически связанной воды по потерям при прокаливании.

Поскольку 500°С является оптимальной температурой термообработки, то для определения времени сушки шлака его обрабатывали при этой температуре от 10 до 60 минут. Лучшие результаты были получены при термообработке в течение 20 мин. Именно в это время достигается максимальная прочность и скорость гидратации ШЩВ.

Таким образом, проведенные исследования показали, что термообработка шлака повышает активность ШЩВ, а саму термообработку вполне можно поводить в обычном сушильном барабане.