В настоящее время в России в промышленности строительных материалов используется менее 20% всех вырабатываемых шлаков. Между тем, на предприятиях черной и цветной металлургии России скопилось более 10 млрд. тонн твердых отходов, которые занимают более 100 тыс. га земельных угодий. Содержание их ежегодно обходится в сотни миллионов рублей.

Доменные гранулированные шлаки обладают потенциальными вяжущими свойствами, которые зависят от валового химического, минералогического составов и соотношения стекловидной и кристаллической фаз. Но даже при благоприятном сочетании этих параметров ни гранулированные, ни кристаллические шлаки не обладают достаточной активностью. Повысить реакционную способность шлаков, как и любого твердофазного материала можно за счет увеличения дефектности структуры с использованием таких технологических приемов как термоактивации (изменение условий первичной переработки шлаков, специальная термообработка); химической активации (обработка активаторами твердения, введение микропримесей); механического активирования.

Многолетние исследования по комплексному использованию металлургических шлаков в производстве строительных материалов и изделий полифункционального назначения проводятся в БГТУ им. В.Г. Шухова под руководством профессора Ю.И. Гончарова [1, 2]. Разработаны составы и технология изготовления жаростойких шлакобетонов, а также рекомендации по выбору шлаков для данного вида материалов и рациональным областям применения.

Основная цель данных исследований заключается в улучшении реологических характеристик шлаковых вяжущих, а также повышении термомеханических свойств жаростойких композиций на их основе.

Решались следующие задачи:

- изучение технологических свойств механоактивированных смешанных вяжущих на основе кварцевого песка и доменного гранулированного шлака;

- изучение влияния вида заполнителя и количества шлака в вяжущем на термомеханические свойства жаростойких бетонов;

- выявление взаимосвязи между фазовым составом термообработанных изделий и их свойствами.

В экспериментальной работе использовались: доменный гранулированный шлак ОАО «Азовсталь», г. Мариуполь, Украина масс.%: SiO₂-38,74; CaO-47,74; Al₂O₃-6,87; MgO-3,73; MnO-0,39; песок кварцевый Новиковского месторождения (SiO₂ не менее 95%); полифосфат и триполифосфат натрия порошкообразные ГОСТ 20291-80; силикат натрия растворимый ГОСТ 13079-81 (М_с=2,6…3,0).

Механоактивированное вяжущее готовилось по методике [3]. Содержание доменного гранулированного шлака варьировалось от 5 до 25 масс. %. В качестве заполнителя использовались кварцевый песок и доменный гранулированный шлак. Оптимальное соотношение компонентов подбиралось с учетом технологических свойств бетонной смеси. Образцы формовались методом вибролитья. После сушки (Т=120⁰С) до постоянной массы образцы обжигались на исследуемые температуры: 300, 700, 1000, 1200⁰С.

Первая серия поисковых исследований была направлена на изучение влияния вида дефлокулянта и дисперсности механохимического вяжущего на эксплуатационные характеристики жаростойких бетонов (рис. 1). Установлено, что использование полифосфата натрия обеспечивает образцам более высокую монтажную прочность σ_сж=20 МПа, что на 70% выше, чем у аналогичных составов на триполифосфате натрия; низкую кажущуюся пористость (21 – 23%) и рост прочности при сжатии вплоть до Т_обж.=1200⁰С. Заполнитель из доменного гранулированного шлака несколько снижает прочность при сжатии, однако при использовании триполифосфата натрия данный состав показал минимальную усадку при Т_обж.=1000⁰С (рис.1). Увеличение дисперсности матрицы с 400 до 650 м²/кг повышает прочностные показатели на 25%( табл .1).