Пенобетон, модифицированный микрокремнеземом ЗАО «Кремний»

По завершении процесса навивки устанавливается крепежная система, обеспечивающая стабильность конструкции в период заливки раствора в межтрубное пространство. Крепежный материал опускается в трубопровод через стандартные люки смотровых колодцев. Процесс заливки раствором разделяется на процесс ввода связующего материала в кольцевое межтрубное пространство между существующей трубой и профилем ПВХ и процесс вулканизации высокопрочного связующего раствора. Уникальная ребристая структура профиля способствует его эффективной фиксации в растворе. Впоследствии вспомогательные элементы крепежной системы удаляются из колодцев и отремонтированный трубопровод принимается в эксплуатацию.

Выводы:

1. Приведены результаты обследования коррозионных отложений на стенках стальных водопроводных труб, находящихся в эксплуатации 40 и более лет,

которые показали, что отложения, с одной стороны, снижают скорость кислородной коррозии, а с другой стороны, увеличивают гидравлическое сопротивление трубопроводов и расход электроэнергии на перекачку.

2. По результатам плановой комплексной диагностики принимается решение по проведению реновации трубопровода с целью обеспечения его проектной пропускной способности и прочностных свойств, которые могут быть обеспечены использованием бестраншейных технологий.

3. В качестве одного из методов восстановления структуры внутренних стенок старых трубопроводов, а также замедления или предотвращения коррозионных явлений может служить их ремонт комбинированным бестраншейным методом с использованием формируемого в старом трубопроводе полимерного защитного покрытия и заполнения образующегося межтрубного пространства цементно-песчаным раствором.

Статья поступила 04.06.2014 г.

Библиографический список

1. Храменков С.В. Стратегия модернизации водопроводной сети. М.: Стройиздат, 2005. 398 с.

2. Vreeburg J.H. G., Boxa J. B. Discolouration in potable water distribution systems // Journal of Water Research. 2007. V. 41. Issue 3. Р. 519-529.

3. Vreeburg J.H. G., Schippers D., Verberk J. Q. J. C., van Dijk J.C. Impact of particles on sediment accumulation in a drinking water distribution system // Journal of Water Research. 2008. V. 42. Issue 16. Р. 4233-4242.

4. Husband P.S., Boxa l l J. B. Asset deterioration and discoloration in water distribution systems // Journal of Water Research. 2011. V. 45. Issue 1. Р. 113-124.

5. Lehtola M. J., Nissinen T. K., Miettinen I.T., et al. Removal of soft deposits from the distribution system improves the drinking water quality // Journal of Water Research. 2004. V. 38. Issue 3. Р. 601-610.

6. Baylis J.R. Prevention of corrosion and red water // Journal of Water Works Assoc. 1926. V. 15. Р. 598-633.

7. Gerke T.L., Maynard J.B., Schock M.R., Lytle D.L. Physio-chemical characteri_zation of five iron tubercles from a single drinking water distribution system: possible new insights on their formation and growth. // Journal of Corrosion Science. 2008. V. 50. Issue 7. Р. 2030-2039.

8. Sarin P., Snoeyink V.L., Bebee J., Jim K.K., Beckett M.A., Kriven W.M., Clement J.A. Iron release from corroded iron pipes in drinking water distribution systems: effect of dissolved oxygen // Journal of Water Research. 2004. V. 38, Issue 5. P. 12591269.

9. Ишмуратов Р.Р., Степанов В.Д., Орлов В.А. Опыт применения бестраншейной спирально-навивочной технологии восстановления трубопроводов на объектах Москвы // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 6. С. 27-32.

УДК 693.542

ПЕНОБЕТОН, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ МИКРОКРЕМНЕЗЕМОМ ЗАО «КРЕМНИЙ»

1 9

© А.А. Баранова1, А.И. Савенков2

Ангарская государственная техническая академия,

665835, Россия, Иркутская область, г. Ангарск, ул. Чайковского, 60.

Изложены результаты исследования влияния микрокремнезема на прочность, теплопроводность и влажность неавтоклавного пенобетона. Установлено, что его введение совместно с гиперпластификатором на основе поли-карбоксилатов «МС-Рсмег-Р1см-3100» позволяет увеличить прочность при сжатии неавтоклавного пенобетона более чем в 3 раза по сравнению с контрольными образцами. При этом теплопроводность материала с добавками изменяется незначительно. Ил. 1. Табл. 3. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: микрокремнезем; теплопроводность; влажность; прочность; неавтоклавный пенобетон; гиперпластификатор.

1Баранова Альбина Алексеевна, старший преподаватель кафедры промышленного и гражданского строительства, тел.: 89086509788, e-mail: baranova2012aa@mail.ru

Baranova Albina, Senior Lecturer of the Department of Industrial and Civil Construction, tel.: 89086509788, e-mail: barano-va2012aa@mail.ru

2Савенков Андрей Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства, тел.: 89086511515, e-mail: savenkov_andrey@mail.ru

Savenkov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Industrial and Civil Construction, tel.: 89086511515, e-mail: savenkov_andrey@mail.ru

AERATED CONCRETE MODIFIED BY SILICAFUME OF "KREMNIY" CJSC A.A. Baranova, A.I. Savenkov

Angarsk State Technical Academy,

60 Chaikovsky St., Angarsk, Irkutsk region, 665835, Russia.

The article introduces the results of testing the silicafume effect on strength, heat conductivity and moisture of autoclaved aerated concrete. It is found that combined introduction of silicafume and hyperplasticizer on the basis of " MC-Power-Flow-3100" more than 3 times improves the non-autoclaved aerated concrete strength at compression as compared with the reference samples, whereas the heat conductivity of the material with additives changes insignificantly. 1 figure. 3 tables. 5 sources.

Key words: silicafume; heat conductivity; moisture; strength; non-autoclaved aerated concrete; hyper plastificator.

Одно из перспективных направлений бетоноведе-ния - повышение прочностных характеристик бетонов. Введение в их состав ультрадисперсных активных минеральных добавок с высоким содержанием диоксида кремния в некристаллическом состоянии позволяет изготавливать строительные материалы высокой прочности. Именно добавки в настоящее время являются важным компонентом в технологии производства бетонов. Комплексное применение химических и минеральных добавок, например микрокремнезема (МК), может решить две основные задачи: обеспечить заданные свойства и утилизировать отходы промышленного производства.

Применение МК в технологии обусловлено его способностью к активному взаимодействию с Са(ОН) 2 в ходе гидратации цемента. Активность такого взаимодействия выше, чем у традиционно применяемых пуццолановых добавок - природных кремнеземов (трепела, опоки, диатомита и др.). Химическая активность МК в сочетании с высокой удельной поверхностью сделала его эффективным компонентом современных цементных бетонов.

Микрокремнезем образуется попутно, в результате конденсации из газовой фазы при выплавке кремниевых сплавов (ферросилиция, силикохрома, сили-комарганца). В бетонных технологиях применение МК получило развитие в 70-х годах прошлого века - первоначально преимущественно за счет возможности его утилизации без существенной потери в свойствах бетона. Еще раньше в бетонные смеси с такой же целью стали вводить кремнеземсодержащие доменные шлаки и золы уноса ТЭЦ, которые и по настоящее время широко используются в качестве активных минеральных добавок и наполнителей бетона. Но, по сравнению с ними, микрокремнезем характеризуется большим содержанием SiO2 и большей дисперсностью [1].

Целью исследований было определить влияние микрокремнезема в значительных количествах (>30 %) и комплексной добавки в составе МК - гиперпла-

стификатора нового поколения «МС-Powe^Flow-3100» - на подвижность пенобетонной смеси и на такие физико-механические характеристики неавтоклавного пенобетона, как прочность, теплопроводность и влажность.

Известно, что применение МК в цементных системах наиболее эффективно в комплексе с поверхностно-активными веществами (ПАВ) [2], коим и является гиперпластификатор «МС-Power-Flow-3100».

В исследованиях использовались цемент марки ПЦ-ДО-500 производства ОАО «Ангарский цемент», микрокремнезем (его химический состав приведен в табл. 1) ЗАО «Кремний» (г. Шелехов), гиперпластификатор на основе поликарбоксилатов «МС-Power-Flow-3100», плотностью 1,09 г/см3, и синтетический пенообразователь на основе силиконов «Пента Пав 430А».

Состав пенобетонной смеси подбирался из расчета получения пенобетона марки по плотности D400-D500, приготовленного по раздельной двухстадийной (классической) схеме. Количество МК варьировалось от 10 до 60% от массы твердых компонентов; во-дотвердое отношение (В/Т) - от 0,65 до 0,85. В соста-

Таблица 1

вах с гиперпластификатором, В/Т=0,42, диапазон пластифицирующей добавки составлял 0,6-1,4% от массы твердых компонентов. Подвижность растворной смеси по Суттарду для всех составов принималась равной 25 см. Концентрация водного раствора пенообразователя составляла 2,5%, кратность пены - 2223. Приготовление пены осуществлялось дрелью со специальной насадкой в лабораторных условиях.

На территории ЗАО «Кремний» (г. Шелехов, Иркутская область) производится в год в качестве побочного продукта 36 тыс. т микрокремнезема, который хранится в трех шлам-бассейнах и не находит широкого применения в Прибайкальском регионе. Поэтому дозировки МК до 60% от массы цемента не характерны для традиционно разработанных рецептов тяжелых и ячеистых бетонов, где содержание МК в растворах и растворных смесях рекомендовано до 20% от массы цемента [3]. Это обстоятельство и привело к

Химический состав микрокремнезема

Наименование соединения SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO SO4 СО2 F ^бщ. Ссвоб.

Содержание, % по массе 91,1 0,021 0,039 1,4 0,44 0,36 0,015 0,044 6,94 6,08

решению, что микрокремнезем должен вводиться в состав смеси не только в качестве активной минеральной добавки, но и как наполнитель.

В продолжение исследований, начатых в [4], необходимо было определить подвижность цементного раствора по СН 277-80 (таблица 3). Цементное тесто с добавкой разного количества МК и гиперпластификатора приготавливалось ручным способом в соответствии с ГОСТ 310.3-2003 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема». Подвижность цементного теста определялась вискозиметром Сут-тарда в соответствии с ГОСТ 23789-79 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний».

Так как микрокремнезем является ультрадисперсным материалом, то с увеличением содержания МК в смеси, ее подвижность уменьшается; соответственно, приходилось усиливать водотвердое отношение, чтобы получить необходимую вязкость смеси, согласно СН 277-80. Для компенсации снижения прочности в состав вводился гиперпластификатор.

Результаты испытаний выражены уравнением; в нем подвижность, по Суттарду, выведена целевой функцией:

у=25,62213-5,28185Х+9,730608Х+0,125Х1Х2+0,49088 Х12-1,15912Х22,

где у - диаметр расплыва растворной смеси по Сут-тарду, см; Х1 - количество микрокремнезема, %; Х2 -

Физико-механические характеристики

количество гиперпластификатора «MC-Power-Flow-3100».

Для того, чтобы определить влияние МК и совместное влияние его и гиперпластификатора на прочность, влажность и теплопроводность пенобетона, из контрольного состава пенобетона (без добавок) и пе-нобетонной смеси с добавкой разного количества МК и гиперпластификатора были изготовлены кубы размером 10х10х10 см. После 28 суток нормального твердения их высушили до постоянной массы, в соответствии с ГОСТ 12730.2-78 «Бетоны. Метод определения влажности», и испытали на сжатие, в соответствии с ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», и на теплопроводность, в соответствии с ГОСТ 7076-87 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности». Результаты испытаний сведены в табл. 2.

Для контрольного пенобетонного образца и образцов с пластифицирующими добавками был проведен рентгенофазовый анализ, результаты которого сведены в табл. 3.

Для двух образцов - контрольного и с комплексной добавкой микрокремнезема в количестве 50% от массы сухих компонентов и 1,3% гиперпластификатора «MC-Power-Flow-3100» - были проведены электронно-микроскопические исследования структуры цементного камня (рисунок).

Таблица2

пенобетонных образцов на основе МК

Количество микрокремнезема, % Образцы без гиперпластификатора Образцы с гиперпластификатором

Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Влажность, % Теплопроводность, Вт/м*с Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Влажность, % Теплопровод-ность, Вт/м*с

0 440 0,64 29,0 0,106 450 1,19 21,5 0,106

10 450 1,53 33,5 0,088 440 1,55 16,4 0,105

20 450 1,98 38,3 0,12 450 1,47 24,1 0,110

30 450 2,08 41,1 0,12 440 1,73 25 0,106

40 440 1,42 40,8 0,105 450 1,39 14,5 0,086

50 450 1,32 46,8 0,107 450 2,61 16,3 0,123

60 450 1,06 50,4 0,119 450 2,52 15,3 0,112

Таблица 3

Результаты рентгенофазового анализа_

№ п/п Наименование Количество полученных соединений, %

образца 3Ca3ОSЮ2 Ca(OH)2 SiC SiO2

1 Контрольный (без добавок) 29,81 60,31 - -

2 С добавкой 30% МК 26,13 44,75 11,42 5,42

3 С добавкой 50% МК 34,71 13,36 27,09 11,77

4 С добавкой 30% МК и 1% «MC-Power-Flow-3100» 39,68 31,68 14,01 3,97

5 С добавкой 50% МК и 1,3% «Ш^ Power-Flow-3100» 41,17 9,49 26,24 8,79

Примечание. Диаметр расплыва по Суттарду растворной смеси составлял 25 см.

а) б)

Микроструктура цементного камня: а - без добавок; б - с добавками 50% микрокремнезема

и 1,3% гиперпластификатора

Анализируя микроснимки, можно утверждать, что микрокремнезем совместно с пластификатором изменяют морфологию продуктов гидратации. Вместо иглообразных кристаллов эттрингита (рис., а) в присутствии пластификатора формируются шарообразные частицы (рис., б). При росте кристаллов эттрингита сорбция молекул пластификатора происходит преимущественно на их торцевых участках, которые обладают наибольшей поверхностной энергией и тем самым препятствуют дальнейшему росту. Вследствие адсорбционного модифицирования алюминатных структур пластификаторами, удельная поверхность продуктов гидратации С3А значительно возрастает. Характер микроструктуры более плотный по сравнению с контрольным составом за счет уменьшения во-досодержания и углубления гидратации (рис., б).

По результатам исследования установлено:

- добавка гиперпластификатора в смесь с микрокремнеземом снижает водотвердое отношение пено-бетонной смеси с 0,8 до 0,42, что уменьшает влажность пенобетонных образцов и увеличивает их прочность (табл. 2);

- максимальный прирост прочности пенобетонных образцов, по сравнению с контрольными образцами, наблюдается при добавлении микрокремнезема в ко-

личестве 30% без гиперпластификатора и в количестве 50% с добавкой 1,2% гиперпластификатора «МС-Рсмег-Р!см-3100» (табл. 2). Данный эффект обусловлен реакцией пуццоланизации, когда Са(ОН)2 химически связывается с микрокремнеземом, что подтверждается данными рентгенофазового анализа (табл. 3);

- введение микрокремнезема в состав пенобетонных образцов не существенно влияет на их теплопроводность (табл. 2), так как он изменяет пористую структуру незначительно.

Положительное влияние МК на структуру и физико-механические характеристики бетона обусловлено двумя причинами: пуццоланической активностью микрокремнезема, а также высокой дисперсностью его частиц, которая придает ему свойства ультрадисперсного наполнителя, заполняющего пространство между зернами цемента. Участие МК в образовании продуктов гидратации приводит к снижению капиллярной пористости и в то же время к увеличению количества мельчайших гелиевых пор, входящих в состав кальци-евосиликатного гидрогеля. Изменение структуры меж-поровой перегородки цементного камня сопровождается увеличением прочности пенобетона.

Статья поступила 25.06.2014 г.

1. Брыков А.С. Ультрадисперсные кремнеземы в технологии бетонов: учебное пособие. СПб.: ГТИ(ТУ), 2009. 27 с.

2. Зиновьев А.А., Дворянинова Н.В. Местное техногенное сырье как добавка для цементных растворов // Строительные материалы. 2006. № 10. С. 49-51.

3. Браун Г. Микрокремнезем - универсальная добавка: сборник докладов 2-й международной научно-технической конференции «Современные технологии сухих смесей в строительстве». СПб.: АНТЦ «Алит», 2000. 107 с.

ский список

4. Савенков А.И., Баранова А.А. Влияние микрокремнезема на основные физико-механические свойства пенобетона неавтоклавного твердения // Вестник Ангарской государственной технической академии. 2013. № 1, т. 1. С. 39-41.

5. Савенков А.И., Баранова А.А. Влияние пластификаторов на свойства цементного теста и прочность неавтоклавного пенобетона // Вестник Ангарской государственной технической академии. 2013. № 1, т.1. С. 42-44.