Закрытое акционерное общество «Урал-Омега»
+7 (499) 704-48-08
+7 (3519) 22-00-49
+7 (499) 704-48-08
+7 (3519) 22-00-49

Шлакоцементное вяжущее центробежно-ударного измельчения для укрепления грунтов

Гаркави М.С., Артамонов А.В., Ашуркова Е.А.(Магнитогорский государственный технический университет)

Для строительства предприятий и жилых объектов широко используются территории, непригодные для сельского хозяйства (заболоченные, овражистые и др.). Такие площадки сложены часто слабыми грунтами, что требует их укрепления. Достаточно распространенным методом укрепления слабых грунтов является использование специальных инъекционных материалов, в частности особо тонкодисперсное минеральное вяжущее «Microdur», разработанное фирмой «Dyckerhoff» [1]. Изготовление этого вяжущего осуществляется посредством воздушной сепарации пыли, образуемой при помоле портландцементного клинкера, причем для предотвращения агломерации частиц оно подвергается обработке специальными добавками. Главной особенностью вяжущего «Microdur» является узкий зерновой состав, что и обеспечивает высокую инъекционную способность суспензий на его основе.

Как показано в работе [2], применение центробежно-ударных мельниц, разработаных НПА «Урал-Центр», позволяет получать сверхтонкомолотые цементы с узким гранулометрическим составом, пригодные для геотехнических работ.

При укреплении грунтов инъекционными составами на основе цементов часто необходимо обеспечить необходимую долговечность получаемого композита при воздействии агрессивной среды, поэтому предпочтительным является использование шлакоцементных вяжущих, обладающих высокой коррозионной стойкостью.

Целью данной работы является исследование свойств шлакоцементного вяжущего центробежно-ударного измельчения для геотехнических работ и, в частности для укрепления грунтов.

Для получения шлакоцементного вяжущего использовался клинкер Магнитогорского цементно-огнеупорного завода с активностью 40 МПа и доменный гранулированный шлак Магнитогорского металлургического комбината. Эти материалы измельчались в центробежно-ударной мельнице МЦ-0,36. Зерновой состав материалов, определнный с помощью лазерной гранулометрии, представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Зерновой состав клинкера и доменного гранулированного шлака

Как следует из приведенных данных, измельченные в центробежно-ударной мельнице исходные материалы характеризуются узким зерновым составом с преобладающим размером частиц в диапазоне 10…15 мкм. Из этих материалов смешиванием были изготовлены два вида шлакоцементного вяжущего – с содержанием шлака 50% и активностью 39 МПа, и с содержанием шлака 75% и активностью 27 МПа.

Инъекционные суспензии, применяемые для укрепления грунтов, должны обладать определенными реологическими свойствами (вязкостью, агрегативной устойчивостью), что необходимо для полного заполнения межзернового пространства в укрепляемой грунте. Эти реологические характеристики зависят от водоцементного отношения суспензии, причем этот фактор является определяющим и для прочности получаемого композита. На рисунке 2 приведено влияние состава шлакоцементного вяжущего и инъекционной суспензии на ее вязкость.

Рисунок 2. Зависимость вязкости суспензии от В/Ц и состава вяжущего

Согласно приведенным данным при низком В/Ц вязкость суспензии существенно зависит от состава вяжущего, причем с увеличением в нем доли гранулированного шлака зависимость вязкости от состава вяжущего приобретает экстремальный характер. Наименьшую вязкость имеет суспензия на основе вяжущего, содержащего 50% шлака, что, по-видимому, связано с максимальной плотностью упаковки, которая достигается в данном составе шлакоцементного вяжущего. Снижение же вязкости при добавлении к клинкеру шлака обусловлено стекловидной поверхностью шлаковых частиц.

Как было отмечено выше, величина водоцементного отношения определяет прочность цементного камня (рисунок 3).

Рисунок 3. Влияние В/Ц суспензии и состава вяжущего
на прочность цементного камня

Состав шлакоцементного вяжущего незначительно влияет на прочность в первые сроки твердения. В более поздние сроки твердения чисто клинкерные цементы характеризуются пониженной прочностью по сравнению со смешанными. Меньшая прочность клинкерного цемента в возрасте 28 и 56 суток обусловлена тем, что в эти сроки твердения имеет место практически полная гидратация его частиц. Образующиеся гидратные новообразования обладают меньшей прочностью по сравнению с частицами клинкера, которые в цементном камне выполняют роль заполнителя («микробетон») [3]. Это особенно проявляется при В/Ц=1,5, т.к. при более высоких значениях водоцементного отношения армирующая роль клинкерных зерен уменьшается.

В смешанных цементах, где частицы гранулированного шлака, несмотря на малый размер, гидратируются значительно медленнее клинкерных зерен, именно они выполняют роль заполнителя в «микробетоне». При этом достигается более высокая прочность цементного камня и, соответственно, укрепленного грунта.

Анализ прочностных показателей цементного камня показал, что рационально использование вяжущего с 50% содержанием шлака и суспензии с В/Ц = 2,5. Следует отметить, что условия твердения такой композиции незначительно влияют на прочность цементного камня в 28 суточном возрасте (рисунок 4).

Рисунок 4. Влияние условий твердения на прочность цементного камня

Однако эта композиция характеризуется высокой вязкостью, что затрудняет инъекцирование грунта. Поэтому, для снижения вязкости использовалась добавка-пластификатор в количестве 0,25 % от массы цемента. При введении добавки вязкость суспензии снижается до 72 мПа·с, что соответствует вязкости суспензии с водоцементным отношением равным 3,5 (рисунок 2).

Согласно нормативным требованиям, прочность укрепленного грунта через 28 суток твердения как в воздушных, так и во влажных условиях твердения должна быть не менее 2,5 МПа. Из полученной композиции были изготовлены образцы модельного песчаного укрепленного грунта, прочностные показатели которого приведены на рисунке 5.

Рисунок 5. Влияние условий твердения на прочность укрепленного грунта

Как следует из данных рисунка 5, использование шлакоцементного вяжущего, содержащего 50% доменного гранулированного шлака позволяет обеспечить нормативные показатели прочности укрепленного грунта.

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование центробежно-ударной мельницы позволяют получать шлакоцементные вяжущие с узким гранулометрическим составом, которые можно успешно применять в геотехническом строительстве.

Литература

  • Егоров А.И., Харченко И.Я. Усиление грунтов основания и фундаментов Спасского собора Заиконоспаского монастыря в г. Москве // Реконструкция городов и геотехническое строительство. – 1999. - №1.
  • Артамонов А.В., Ашуркова Е.А., Бундина Е.Е., Гаркави М.С. Использование центробежно-ударной мельницы для получения сверхтонкомолотых цементов // Материалы 2-ой Международной научно-технической конф. «Центробежная техника – высокие технологии». – Минск, 2005. – С. 29-30.
    • Кравченко И.В., Власова М.Т., Юдович Б.Э. Высокопрочные и особо быстротвердеющие портландцементы. - М.: Стройиздат, 1971. -229 с.
Скачать статью () в PDF