Суперпластификаторы на основе отходов угледобывающей и деревообрабатывающей промышленности при производстве строительных материалов

максимальное расстояние между шпурами (скважинами). Приведенные расчетные зависимости для определения максимальных расстояний между зарядными полостями L и не превышают размеры зон нарушенности блочного камня, согласно требованиям ГОСТ 79-84.

Таким образом, процесс раскола блочного камня отражает физическую модель направленного разрушения горных пород и может служить основой для выбора оптимального расстояния между шпурами (скважинами).

Литература

1. Блохин В.А. Добыча блочного камня буровзрывным способом // Строительные материалы. - 1977. -№6 - С. 10-11.

2. Сиратори М., Миеси., Мацусита Х. Вычислительная техника разрушения. - М.: Мир, 1986. - 336 с.

Лайдабон Чимит Сандабович, доктор технических наук, профессор, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления. 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40а.

Дамбаев Жаргал Гомбоевич, доктор технических наук, профессор, Улан-Удэнский институт железнодорожного транспорта.

Ковалевский Владимир Николаевич, кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский государственный горный университет.

Лайдабон Аюр Чимитович, инженер, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления.

Laydabon Chimit Sandabovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40a.

Dambaev Zhargal Gomboevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Ulan-Ude Institute of Railway Transport.

Kovalevsky Vladimir Nikolayevich, candidate of technical sciences, Associate Professor, Saint-Petersburg State University of Mining.

Laydabon Ayur Chimitovich, engineer, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40a.

УДК 666.97 © Б.Г. Базаров, У. Чинсух, С. Норжинбадам, Р. Санжаасурен, Л.А. Урханова

СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРЫ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫВАЮЩЕЙ И ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Получены новые пластифицирующие добавки в бетон на основе отходов целлюлозно-бумажной и угольной промышленности. Изучено влияние комплексных модификаторов для цементных растворов в виде гуматных реагентов из бурых углей и лигносульфонатов на реологические и физико-механические свойства цементного теста и бетона. Установлено, что пластифицирующие добавки снижают водопотребность на 20% и более, повышают прочностные характеристики и подвижность цементных растворов.

Ключевые слова: суперпластификаторы, водопотребность, цемент, прочность.

B.G. Bazarov, U. Chinsookh, S. Norjinbadam, R. Sanzhaasuren, L.A. Urkhanova

SUPERPLASTICIZING ADDITIVES BASED ON THE MINING AND LUMBERING WASTES DURING BUILDING MATERIALS PRODUCTION

New plasticizing additives to concrete based on pulp and paper and mining industrial wastes are obtained. The influence of complex modifiers for cement solutions in the form of humate reagents from brown coals and lignosulfonates on the rheological and mechanical properties of cement solutions and concrete was studied. It was found out that the plasticizing agents reduce water requirement by 20% and more, increase mobility and strength characteristics of cement solutions.

Keywords: superplasticizers, water requirement, cement, strength.

При производстве строительных материалов, например бетона, для повышения прочности и долговечности применяются химические добавки. Добавки обладают высоким разжижающим эффектом и получили название суперпластификаторы (СП). В последние годы, в целях модернизации техноло-

гии бетона широко используются новые химические добавки, которые по существу являются синтетическими полимерными веществами. Стоимость этих пластификаторов достаточно высока, что ограничивает их использование в широком масштабе. В связи с этим разработка нового способа получения пластификаторов с высокой эффективностью с использованием отходов деревообрабатывающей промышленности, а также бурых углей, имеет важное практическое значение.

На территории Восточной Сибири и соседней Монголии образуется большое количество отходов угледобывающей промышленности в виде бурых окисленных углей. Имеются также месторождения бурых углей, запасы которых частично выветрены и сильно окислены в пластах. Их анализ показал, что окисленные бурые угли с высоким содержанием гуминовых кислот могут быть основой получения новых СП. Утилизация отходов бурых углей позволит решить важные проблемы, связанные с охраной окружающей среды.

Цель данной работы - разработка технологии получения СП из окисленных бурых углей и применение их в производстве строительных материалов. Объектом исследования являлись сильно-окисленные бурые угли одного из месторождений Монголии.

Технический анализ средней пробы показал, что выход летучих веществ - 50%, зольность -15,08% и влажность - 11,3%. Выход гуминовых кислот, извлекаемый из углей 1%-ным раствором №ОН, составлял 58% на исходный уголь. Разработанная нами технология получения СП на основе бурых углей отличается простотой и небольшим числом стадийности технологического процесса сульфирования (табл. 1), что позволяет исключить опасные вещества, такие как Н^04(конц) и большой расход №ОН или №2С03 для нейтрализации избытка Н^04 на последней стадии получения конечного продукта.

Результаты испытания полученного суперпластификатора представлены в табл. 2, 3. Из табл. 2 видно, что сильная разжижающая способность добавок снижает водопотребность бетонной смести на 20-24%. Добавка СГФК повышает прочность бетона в 1,8 раза по сравнению с прочностью бетона без добавки (табл. 3).

Кроме того, были получены суперпластификаторы на основе отходов деревообрабатывающей промышленности. Известно, что при переработке древесного сырья получаются большие объёмы лигниновых отходов (гидролизный лигнин и лигносульфонаты). По данным работы [1], утилизации подвергается не более 2% лигнина, остальная часть вывозится в отвалы из-за отсутствия современной технологии переработки, что создаёт дополнительные экологические проблемы. Одним из вариантов использования щелочных лигнинов и лигносульфонатов является строительная индустрия (производство строительных материалов) и сельское хозяйство (микроудобрения) [2].

В области исследования и применения химических добавок первоочередной задачей следует считать разработку методов получения эффективных пластификаторов на основе недефицитного и недорогого сырья, такого как отходы. В этом смысле отходы или побочные продукты целлюлознобумажной промышленности в виде лигносульфонатов (технический ЛСТ) имеют большие перспективы. Однако для реализации этих целей требуется глубокая химическая переработка исходных гу-минсодержащих природных сырьевых материалов до соответствующих химических продуктов путём проведения ряда последовательных химических реакций типа сульфирования, нитрирования и поли-конденсационных процессов.

Таблица 1

Стадии синтеза суперпластификаторов из окисленных бурых углей

Соотношение компонентов для СП Стадии синтеза Оптимальные условия (оС и время) Полученный пластификатор

ОБУ-14,75

Таблица 2

Результаты испытания по влиянию СГФК на водопотребность бетона

Марки бетона Состав бетона, кг на м3 Снижение водопо-требности, %

цемент песок речной гравий 5-10 мм вода, кг

300 420 538 1226 201,6

Изделие № 10 420 538 1226 161,2 20,0

400 588 1174 638 302,4

Изделие № 12 588 1174 638 228,5 24,0

Таблица 3

Результаты испытания по влиянию СГФК на прочность бетона (испытания проводились на кубиках

100х100х100 мм, СГФК=0,91% от массы цемента)

Вид добавки Цемент, кг Песок, кг Г равий кг, 5-10 мм Г равий кг, 10-20 мм дозировка добавки, г Вода, кг В/Ц Прочность при сжатии МПа

Контроль 3,6 4,6 4,7 4,7 0,0 1,16 0,30 35

СГФК 3,6 4,6 4,7 4,7 33 0,97 0,27 59

СБ-5 щебень

СБ-5 2 3,95 5,6 13,3 - 20 0,36 43,9

Таблица 4

Влияние добавок ЛСТ на текучесть цементного теста

№ В/Ц Мц-400 ЛСТ, г ОК, мм

1 0,25 - 7

2 0,25 0,4 17

3 0,25 0,8 20

4 0,25 1,2 22

5 0,25 1,2 27

6 0,25 1,7 29

Таблица 5

Влияние добавок ЛСТ, ЛСТ+ТМ- суперпластификаторов на водопотребность цементного раствора

№ В/Ц Количество добавки, г ОК, мм Снижение водопотребности, %

ЛСТ ЛСТ+ТМ

1 0,25 - - 3 0

2 0,218 2,1 - 3 19,2

3 0,211 - 2,1+1,5 3 21,7

Таблица 6

Влияние добавки «ЛСТ++Тиомочевин» на растекаемость цементного теста

№ В/Ц ЛСТ, г Тиомочевина, г Растекаемость, S0,

1 0,44 - - 5,28

2 0,42 0,41 - 29,67

3 0,40 0,82 - 45,16

4 0,36 1,60 - 74,76

5 0,34 2,0 - 87,58

6 0,29 3,0 - 110,71

7 0,24 4,0 - 114,21

8 0,24 4,0 0,5 108,38

9 0,24 4,0 1,0 113,04

10 0,24 4,0 1,5 125,62

11 0,24 4,0 2,0 118,76

Таблица 7

Влияние добавки «ЛТ+Тиомочевин» на прочность бетона

Марка бетона Состав бетона, кг/м В/Ц Прочность на сжатие (кг/см2) через 28 дней Состав добавки, %

ПЦ М500 пе- сок гравий, фр. 5-10 мм гравий, фр. 10-20 мм во- да

М500 490 619 608 608 147 0,30 450 -

М600 Тот же 0,3 612 ТМ=0,9 ЛСТ=1,5

М600 Тот же 0,3 674 ЛСТ=1,5

М600 Тот же 0,3 624 ЛСТ=2,0

М600 Тот же 0,3 658 ТМ=1,5 ЛСТ=0,4

Анализ полученных результатов показал, что добавки лигносульфоната (ЛСТ) повышают способность разжижения цементного теста: подвижность цементного раствора с добавкой увеличивается в 4 раза по сравнению с подвижностью цементного теста без добавки (табл. 4). Были проведены исследования не только с использованием ЛСТ, но и с использованием комплексной добавки ЛСТ+ тиомочевина (ТМ). Результаты исследований по по влиянию химических добавок на свойства цементного раствора представлены в табл. 5-7. Из табл. 5 видно, что при добавлении ЛСТ, ЛСТ-ТМ суперпластификаторов можно уменьшить водопотребность цементного раствора на 20%. При введении ЛСТ, ЛСТ-ТМ растекаемость цементного теста увеличивается в 22,5 раза по сравнению с растекае-мостью цементного теста без добавки. При добавке ЛСТ, ЛСТ-ТМ суперпластификаторов (табл. 7) прочность бетона возрастает в 1,5 раза по сравнению с прочностью бетона без добавки.

Таким образом, важными достоинствами разрабатываемых нами пластификаторов являются: понижение водопотребности, увеличение подвижности и текучести бетонной смеси, повышение механической прочности бетона.

Литература.

1. Козлов И.А., Гоготов А.Ф., Маковская Т.И. и др. Химия в интересах устойчивого развития. - М., 1997. - 605 с.

2. Макаров В.Н., Гуревич Б.И., Кременецкая И.П. и др. Химия в интересах устойчивого развития. - М., 1999. - 183 с.

Базаров Баир Гармаевич, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, лаборатория оксидных систем, Байкальский институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой 6, jbaz@binm.bscnet.ru

Чинсух Утэр, научный сотрудник, Национальный университет Монголии, Улан-Батор, Монголия

Норжинбадам Сономдорж, доктор химических наук, научный сотрудник, Национальный университет Монголии, Улан-Батор, Монголия

Санжасурен Раднасет, доктор химических наук, заведующий центром материаловедения, Национальный университет Монголии, Улан-Батор, Монголия

Урханова Лариса Алексеевна, доктор технических наук, профессор, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в, urkhanova@mail.ru

Bazarov Bair Garmaevich, Doctor of Physics-Mathematics, senior researcher, Laboratory of Oxide Systems, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanovoy St., 6.

Chinsookh Uuter, junior researcher, National University of Mongolia, Ulaanbaatar, Mongolia

Norjinbadam Sonomdorj, Doctor of Technical Sciences, senior researcher, National University of Mongolia, Ulaanbaatar, Mongolia

Radnaset Sanjaasuren, Doctor of Chemistry, Head of Material Studies Center, National University of Mongolia, Ulaanbaatar, Mongolia

Urkhanova Larisa Alekseevna, Doctor of Technical Sciences, Professor, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40a