Некоторые свойства зол-уноса как компонента бетонных смесей

УДК 69.01

А. О. Молчанов, В. В. Нелюбова, Н. О. Кузьмина

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ЗОЛ-УНОСА КАК КОМПОНЕНТА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ Аннотация

В работе рассматриваются некоторые свойства зол-уноса. Обоснована высокая дисперсность зол, изученная различными методами. Приводятся данные об их активности на основании количества активных кислотных центров на поверхности. Показаны микроструктурные особенности техногенного сырья, обуславливающие его эффективность как компонента бетонных смесей.

Ключевые слова:

техногенное сырье, зола-уноса, микроструктура, высокопрочный бетон

A. O. Molchanov, V. V. Nelubova, N. O. Kuzmina

SOME PROPERTIES OF FLY ASH AS A COMPONENT OF CONCRETE MIXTURES Abstract

Some properties of fly ash are considered. The high dispersity of the ash, studied by various methods, is grounded. Data are given on their activity on the basis of the number of active acid sites on the surface. Microstructural features of technogenic raw materials are shown, which determine its effectiveness as a component of concrete mixtures.

Keywords:

technogenic raw materials, fly ash, microstructure, high-strength concrete

Современное строительное проектирование неразрывное связано с замысловатыми формами зданий и сооружений, применением сложных архитектурных конструкций и покорением новых вершин в многоэтажном строительстве. Всё это диктует необходимость использования высокопрочных бетонов нового поколения, отвечающих ряду необходимых свойств, обязательных при выполнении сложных архитектурных проектов. Разработка подобных бетонов невозможна без активных пуццолановых добавок, таких как зола-уноса, которая не только увеличивает прочность цементной матрицы, но и снижает пористость в бетонной смеси[1-9]. Стоит отметить, что золы-уноса уже доказали свою эффективность в качестве одного из основных компонентов при проектировании нетрадиционных связующих [6,7], дорожных асфальтобетонов [3,9] и др.

Эффективность пуццолановых добавок, как известно, определяется их активностью в смеси. В настоящей работе оценка качества зол-уноса как компонента бетонной смеси оценивалась на основании совокупности показателей, таких как, удельная поверхность, количество активных центров, микроструктурные особенности. В качестве объекта исследований были выбраны золы-уноса Рефтинской и Троицкой ГРЭС. Выбор производителя зол обусловлен их основностью: согласно ряду исследователей оба компонента являются низкокальциевыми, что обеспечивает их высокую активность по отношению к гидроксиду кальция, формируемому в течение гидратационных процессов твердеющего портландцемента.

Таблица 1 - Удельная поверхность зол-уноса

Зола-уноса S«, по ПСХ, м2/кг Sra по Sorbi, м /кг

Рефтинская 221,3 2900

Троицкая 382,7 3200

Как известно, удельная поверхность является одной из важнейших характеристик активных компонентов бетонной смеси. Оценку удельной поверхности зол-уноса осуществляли двумя способами: с помощью прибора nCX-12(SP) и методом адсорбции газа с помощью прибора Сорби-М (таблица 1), позволяющего также учесть поры открытого и закрытого характера в общем объеме материалов. Согласно полученным данным, Троицкая зола превышает значение удельной поверхности для Рефтинской золы почти на 40 %. Тем не менее, оба компонента сопоставимы по дисперсности по данным метода адсорбции газа. В данном случае превышение показателя дисперсности Троицкой золы составляет всего 10 %. Вероятным объяснением данного факта может служить особая морфология поверхности Рефтинской золы, обуславливающей большее количества адсорбированного на ее поверхности газа при проведении испытания.

Для проверки высказанной гипотезы были изучены микроструктурные особенности зол-уноса. Исследования микроструктурных особенностей техногенного сырья проводились в Центре высоких технологий БГТУ им. В.Г. Шухова с использованием сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения TESCAN MIRA 3 LMU.

Согласно полученным микрофотоснимкам техногенного сырья, сформированного в процессе сжигания твердого топлива в виде зол-уноса различных предприятий можно отметить, что исследуемые образцы представляют собой полифракционные материалы с содержанием частиц различной формы, размер которых колеблется от нескольких микрон до примерно 65 мкм (рисунок 1). Редко встречаются частицы с максимальным диаметром до 75 мкм. При этом основную часть материала представляют сферические частицы размером 5-15 мкм [3,8], имеющие гладкую стекловидную поверхность. Это придает сырьевым компонентам свойство, получившее название «шарикоподшипниковый эффект». Благодаря данной отличительной особенности, улучшается скольжение цемента и песка по стекловидной поверхности частичек золы. Такой пластифицирующий эффект позволит уменьшить содержание воды в бетонной смеси, что способствует повышению ее плотности и прочности.

Оценку качества зол как пуццоланового компонента бетонной смеси производили на основании данных о количестве активных центров на их поверхности (таблица 2, 3). Согласно полученным данным, Рефтинская зола отличается существенно большим количеством активных связей на поверхности. Это позволит качественное использование данного техногенного сырья как активного (пуццоланового) компонента смеси: введение такой золы в состав бетонных смесей обеспечит первичное ускоренное связывание излишка портландита. Кроме того, за счет высокой дисперсности при характерном полифракционном составе применение золы в составе смеси позволит добиться плотнейшей упаковки системы, что в совокупности обеспечит прирост прочности таких смесей по сравнению с классическими (без активных компонентов) [9,10].

Рисунок 1 - Микроструктурные особенности зол-уноса: а - Рефтинкая ГРЭС,б - Троицкая ГРЭС

Таблица 2 - Количество центров адсорбции Троицкой ЗУ

№ п/п Индикатор рКа Сы, мг-моль/мл В0 В: В2 Чрка*

1 Кристаллический фиолетовый 0,8 0,0000175 2,11 2,157 2,201 36,492

2 Бриллиантовый зеленый 1,3 0,0000228 1,089 0,973 1,096 0,230

3 Фуксин 2,1 0,0000295 0,531 0,536 0,729 1,075

4 Метиловый оранжевый 3,46 0,0000611 1,951 1,944 2,026 0,009

5 Бромкрезоловый пурпурный 6,4 0,000037 0,920 1,123 1,079 0,177

Таблица 3 - Количество центров адсорбции Рефтинской

№ п/п Индикатор рКа Сы, мг-моль/мл В0 В: В2 Чрка*

1 Кристаллический фиолетовый 0,8 0,0000175 2,083 2,071 2,284 158,785

2 Бриллиантовый зеленый 1,3 0,0000228 1,339 1,172 1,300 0,220

3 Фуксин 2,1 0,0000295 2,245 2,236 2,381 0,167

4 Метиловый оранжевый 3,46 0,0000611 1,951 2,071 2,024 0,149

5 Бромкрезоловый пурпурный 6,4 0,000037 1,159 1,497 1,267 0,734

У

Комплексный анализ состава и кислотно-основных свойств алюмосиликатного техногенного сырья из отходов топливно-энергетических предприятий в виде зол-уноса позволяет сделать вывод о том, что все исследуемые образцы обладают достаточно высоким потенциалом с точки зрения использования их в качестве структурирующих добавок. При этом зола-уноса Рефтинской ГРЭС отличается большей активностью, определяемой как интегральной характеристикой на основании дисперсности, морфологии частиц и активных центров. [11]

Работа выполнена в рамках реализации Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова.

Литература

1. Кожухова Н.И., Жерновский И.В., Строкова В.В. Оценка биопозитивности геополимерных вяжущих на основе низкокальциевой золы-уноса // Строительные материалы. 2012. № 9. С. 84-85.

2. Лебедев М.С., Строкова В.В., Потапова И.Ю., Котлярский Э.В. Влияние добавок низкокальциевой золы-уноса ТЭС на характеристики дорожного битумного вяжущего // Строительные материалы. 2014. № 11. с. 8-11.

3. Маркова И.Ю., Строкова В.В., Дмитриева Т.В. Влияние зол-уноса на вязкоупругие характеристики дорожного битума // Строительные материалы. 2015. № 11. С. 28-32.

4. Строкова В.В., Маркова И.Ю., Дмитриева Т.В. Исследование вариативности физико-механических свойств техногенного сырья в виде зол-уноса ТЭС различных генотипов с точки зрения использования для модификации битума // В сборнике: междисциплинарные подходы в материаловедении и технологии. Теория и практика. Сборник трудов всероссийского совещания заведующих кафедрами материаловедения и технологии материалов. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. 2015. С. 224-229.

5. Боцман Л.Н., Строкова В.В., Ищенко А.В., Боцман А.Н. Модифицирование бетона за счет введения различных видов добавок // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 6. С. 90-94.

6. Строкова В.В., Жерновский И.В., Мирошников Е.В., Кожухова Н.И. Некоторые вопросы метрологического контроля размерных параметров наноструктурированного минерального сырья // В сборнике: Керамика и огнеупоры: перспективные решения и нанотехнологии Сборник докладов. 2010.С. 106-109.

7. Строкова В.В., Жерновский И.В., Череватова А.В., Кожухова Н.И., Нелюбова В.В. Эволюция подходов к выбору сырьевых материалов для производства строительных композитов // В сборнике: Роль технологической минералогии в получении конечных продуктов передела минерального сырья Сборник статей Х Российской семинара по технологической минералогии. 2016. С. 13-24.

8. Kharkhardin A.N., Strokova V.V., Kozhukhova N.I. Critical dimension of small-size particles В сборнике: 11th World Congress on Computational Mechanics, WCCM 2014, 5th European Conference on Computational Mechanics, ECCM 2014 and 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics, ECFD 2014 11. 2014. С. 2221-2228.

9. Потапова И.Ю., Лебедев М.С., Марков А.Ю. О возможности использования зол-уноса тэс в качестве добавки к битумам // В сборнике: Инновационные материалы, технологии и оборудование для строительства современных транспортных сооружений Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. 2013. С. 319-322.

10.Потапова И.Ю., Марков А.Ю. К вопросу о возможности модификации битума техногенными тонкодисперсными материалами //В сборнике: Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. 2014. С. 754-755.

11.Лебедев М.С., Строкова В.В., Жерновский И.В., Потапова И.Ю. Изменение свойств минеральных порошков из алюмосиликатного сырья под влиянием термической модификации //Строительные материалы. 2012. № 9. С. 68-71.

Сведения об авторах

Молчанов Андрей Олегович,

аспирант кафедры материаловедения и технологии материалов БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, andrei_molchanov@rambler. ru.

Нелюбова Виктория Викторовна,

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры материаловедения и технологии материалов БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, nelubova@list.ru.

Кузьмина Наталия Олеговна,

аспирант кафедры материаловедения и технологии материалов БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, nataly26071992@mail.ru.

УДК 549.641.1:661.56:66.061.35:661.865 Н. В. Мудрук, Ю. В. Коровина, У. Ю. Кобылец

ПОЛУЧЕНИЕ КОНЦЕНТРАТА РЗЭ ПРИ АЗОТНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ПЕРОВСКИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА

Аннотация

Изучены составы растворов после проведения азотнокислотного вскрытия перовскитового концентрата, а также составы растворов дезактивированных путем осаждения железо-ториевого кека. Проведено экстракционное выделение РЗЭ из полученных растворов на фоне высокого содержания Ca. Показано, что при экстракции РЗЭ Ca из раствора удаляется практически полностью, но его остаточное содержание в реэкстракте не позволяет выделять чистый РЗЭ-концентрат после одностадийной экстракции.

Ключевые слова:

перовскит, концентрат, азотнокислотное вскрытие, железо-ториевый кек, экстракция, редкоземельные элементы.