Научно-технологические и организационно-технические аспекты производства строительных материалов на основе сталеплавильных шлаков

Введение. В данной статье представлены результаты исследовательских работ по дальнейшему развитию технологии ускоренной карбонизации сталеплавильных шлаков в направлении изготовления натурных образцов строительных изделий (строительного кирпича, тротуарной плитки).

Цель. Получение изделий, по физико-механическим характеристикам не уступающим дорожно-строительным мелкоштучным изделиям (плитка, кирпич), без применения связующих и других видов активации шлаков (помол, введение щелочей и т. д.), имея систему из трех компонентов: сталеплавильный шлак, вода и углекислый газ (СО₂).

Материалы и методы. В работе использовался сталеплавильный шлак ПАО «НЛМК» фракции до 10 мм, газообразная углекислота по ГОСТ 8050-85 в баллоне. Проведены исследования влияния следующих технологических факторов, влияющих на физико-механические характеристики получаемых изделий:

1. В процессе формования изделий: гранулометрический состав смеси; влажность формовочной смеси; плотность свежеотформованных изделий; предварительная выдержка и сушка для снижения влажности перед карбонизацией.

2. В процессе ускоренной карбонизации: давление, температура, концентрация СО₂, время карбонизации.

Результаты. Экспериментально доказана возможность получения гиперпрессованием мелкоштучных дорожно-строительных изделий на основе сталеплавильных шлаков методом ускоренной карбонизации с прочностными характеристиками, не уступающими требованиям к мелкоштучным дорожным бетонам.

Выводы. Доказана возможность изготовления высококачественных мелкоштучных изделий без применения связующих и других видов активации шлаков (помол, введение щелочей и т. д.). Установлены технологические закономерности получения изделий со следующими характеристиками: предел прочности при сжатии – 15–85 МПа, средняя плотность – 1700–2450 кг/м³, морозостойкость – до F2200.

1. Mien Van Tran, Chanh Van Nguyen. Properties of high strength concrete using steel slag. <i>Procedia Engineering</i>. 2014, vol. 9, pp. 95–104.

2. Jian Zheng, Guohua Liu. The Influence and Application of Slag, Fly Ash, and Limestone Flour on Compressive Strength of Concrete Based on the Concrete Compressive Strength Development Over Time (CCSDOT) Model. 2020, 10, 3572.

3. Sherwood P.T., 1995. Alternative Materials in Road Construction, 1st Edn., Thomas Telford, London, ISBN-10: 0727730312, p. 163.

4. Воронин К.М., Хамидулина Д.Д., Некрасов С.А., Трубкин И.С. Вибропрессованные элементы мощения с использованием сталеплавильных шлаков // <i>Строительные материалы.</i> 2017. № 12. С. 71–73.

5. Sultan A. Tarawneh, Emhaidy S. Gharaibeh and Falah M. Saraireh. Effect of using steel slag aggregate on mechanical properties of concret. <i>American Journal of Applied Sciences</i>. 11(5):700–706, 2014 702 Science Publications AJAShttps://www.researchgate.net/ publication/280040508 doi: 10.3844 / ajassp.2014.700.706 Published Online 11 (5) 2014 (http://www.thescipub.com/ ajas. toc).

6. Saravanan J., Suganya N. Mechanical properties of concrete using steel slag aggregate. <i>International journal of Engineering Inventions</i>. 2015, vol. 4, pp. 07-16.10.

7. Ivanka Netinger, Marija Jelcic Rukavina, Ana Mladenovic. Improvement of post-fire properties ofconcrete with steel slag aggregate. <i>Procedia Engineering</i>, 2013, vol. 62, pp. 745-753.2.

8. Корнеева Е.В., Павленко С.И. Композиционное бесцементное вяжущее из промышленных отходов и закладочная смесь на его основе. Москва: Изд-во АСВ, 2009. 140 с.

9. Павленко С.И., Луханин М.В., Аввакумов Е.Г., Мышляев Л.П., Корнеева Е.В. Малоцементные и бесцементные вяжущие и мелкозернистые бетоны различного назначения из вторичных минеральных ресурсов. Новосибирск: СО РАН, 2010. С. 127–228.

10. Корнеева Е.В., Павленко С.И. Состав закладочной смеси. Патент на изобретение RU2348814C1. Опубл. 10.03.2009.

11. Вайвад А.Я. Магнезиальные вяжущие вещества. Рига: «Знание», 1972. 331 с.

12. Шишкин В.И. Технология строительных изделий из местного сырья и техногенных отходов: Учебное пособие. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2005. 46 с.

13. Горшков В.С., Александров С.Е., Иващенко С.И., Горшкова И.В. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве: Учебное пособие. Москва: Стройиздат, 1985. 273 с.

14. Байков А.А. Труды в области общей и физической химии. Разложение природных углекислых солей при нагревании: Собрание трудов. Москва–Ленинград: изд. и 1-я тип. Изд-ва Акад. наук СССР в Лгр., 1950. Т. II. С. 565–575.

15. Любомирский Н.В., Бахтин А.С., Бахтина Т.А., Николаенко Е.Ю., Николаенко В.В. Влияние гидрокарбоната кальция на структурообразование и свойства материалов на основе извести карбонатного твердения // <i>Международный научно-исследовательский журнал.</i> 2016. № 1 (53). Часть 4. С. 86–93.

16. Бахтина Т.А., Любомирский Н.В., Бахтин А.С., Николаенко Е.Ю. Разработка материала на основе известково-карбонатно-кальциевых композиций для аддитивных технологий // <i>Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова.</i> 2019. № 4. С. 8–15.

17. Любомирский Н.В., Федоркин С.И. Влияние давления углекислого газа на кинетику принудительной карбонизации известкового камня полусухого прессования и формирование его прочности // <i>Строительство и техногенная безопасность.</i> 2016. № 3 (55). С. 28–38.

18. Romanenko I., Fadin A. Steelmaking slag-a complex material for the production of small-size materials using hyper-press technology. <i>Materials Science Forum.</i> 2021, vol. 1037 (2), pp. 737–742.

19. Romanenko I., Fadin A. Optimization of compositions and hardening conditions of vibropress concretes based on steel-making slag. <i>Materials Science Forum.</i> 2021, vol. 1037, pp. 715–720.

20. ГОСТ 8050-85. Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия.

21. ГОСТ 12162-77. Двуокись углерода твердая. Технические условия.

22. Романенко И.И., Фадин А.И. Строительные материалы на основе активированного сталеплавильного шлака // <i>Региональная архитектура и строительство</i>. 2023. № 1 (54). С. 85–92.

23. ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

24. ГОСТ 10060-2012. Бетоны. Методы определения морозостойкости.

25. Рузавин А.А. Утилизация сталеплавильных шлаков путем ускоренной карбонизации // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». 2018. Т. 18. № 3. С. 68–72.