Цементобетоны на основе золошлаковых смесей для условий сухого жаркого климата

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 21, 2011.

-I-

УДК 691.32

С-А.Ю. Муртазаев, Н. В. Чернышева, С. А. Алиев, Б. Т. Муртазаев

ЦЕМЕНТОБЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ЗОЛОШЛАКОВЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ УСЛОВИЙ СУХОГО ЖАРКОГО КЛИМАТА1

Аннотация:

Статья посвящена эффективности использования золошлаковых смесей в качестве микронаполнителя в комплексных вяжущих для бетонов и растворов, эксплуатируемых в условиях сухого жаркого климата.

Ключевые слова: золошлаковая смесь, механохимическая активация, комплексные вяжущие, условия сухого жаркого климата, гелиотермообработка.

S-A.Y. Murtazaev, N. V. Chernyshevа, S. A. Aliev, B. T. Murtazaev

CONCRETE ON THE BASIS OF TECHNOGENIC СЫРЬЯДЛЯ CONDITIONS OF THE DRY HOT CLIMATE

The summary:

Article is devoted efficiency of use of technogenic raw materials as a filling material complex knitting for concrete and the solutions maintained in the conditions of a dry hot climate.

Keywords: technogenic raw materials, complex knitting, conditions of a dry hot climate, gelio heat treatment.

Важнейшими условиями повышенного спроса на производство строительных материалов, изделий и конструкций являются: обеспечение постоянного роста их эффективности, улучшение качества выпускаемой продукции, усиление режима экономии, а также, ставшиеся в последнее время особо актуальными, решение вопросов охраны окружающей среды и переход на постоянный режим ресурсосбережения.

Актуальность вопросов охраны окружающей среды и ресурсосбережения связано в значительной мере с постоянным увеличением количества промышленных отходов, неудовлетворительной их переработкой, а также ростом мирового энергопотребления с неизменно уменьшающимися запасами природных ископаемых.

Оптимальное решение проблемы состоит в том, чтобы разработать и внедрить в производство мало- и безотходные технологии при одновременном развитии и освоении нетрадиционных и возобновляемых энергоносителей, к числу которых относится и солнечная энергия.

Вовлечение техногенного сырья в производство строительных материалов, с одной стороны, и разработка технологических решений, направленных на удешевление производства строительных композитов путем введения в их состав специальных добавок, улучшающих технологические характеристики, а также применение при их производстве энергосберегающих технологий, с другой стороны, дают как экономический, так и экологический эффект.

Имеется многолетний опыт использования заполнителей из техногенных отходов в качестве сырья для производства строительных материалов и изделий, однако принципы их правильного применения с учетом их химического и вещественного составов в условиях сухого жаркого климата достаточно четко не изучены и не разъяснены [1].

В первую очередь была рассмотрена возможность использования указанных отходов в качестве микронаполнителя после его механохимической активации, т.к. имеющиеся в наличии отвалы техногенных продуктов не полностью удовлетворяют требованиям для их использования в технологии бетонов [2].

А-

В связи с этим авторами были проведены экспериментальные исследования в

учебно-научной лаборатории строительного факультета ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова по разработке комплексных вяжущих с наполнителем из золошлаковых смесей (КВЗ) для бетонов и растворов, эксплуатируемых в условиях сухого жаркого климата.

При разработке составов комплексного вяжущего применялся портландцемент Чири-Юртовского цементного завода, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 31108-2003.

В качестве минерального наполнителя использовались шлаковый песок и зола из отвалов ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3 Заводского района г. Грозный. В качестве поверхностно активного вещества (ПАВ) использовалась комплексная минерально-химическая добавка «Био-НМ».

Процесс приготовления КВЗ проходило в несколько этапов:

• сушка золошлаковых смесей (ЗШС);

• предварительный помол ЗШС;

совместный помол ЗШС с портландцементом и ПАВ. Применяемые в качестве наполнителя ЗШС после сушки до постоянной массы подвергались предварительному помолу в лабораторной роликовой мельнице МЛР-15 (рис. 1), а затем совместному помолу с портландцементом и ПАВ.

Рис. 1 Золошлаковая смесь: а - до помола; б - после помола

В целях определения оптимального состава КВЗ для применения в качестве вяжущего в бетонах и растворах, твердеющих в условиях сухого жаркого климата, была проведена серия опытов с изменением расхода компонентов: портландцемента от 30 до 100%; наполнителя 0-70%; ПАВ от 1 до 2% (от массы цемента). Составы и свойства КВЗ приведены в таблице 1.

Таблица 1

Составы и свойства КВЗ

Вид вяжущего Кол-во цемента, % Кол-во наполнителя, % Кол-во ПАВ, % (от массы цемента) Уд. поверхность, м2/кг

КВ 100 100 - 1 550

КВЗ 70 70 30 2 560

КВЗ 50 50 50 2 580

КВЗ 30 30 70 2 600

Для исследования тепло-массообмена и структурных характеристик бетонов на основе техногенного сырья, твердеющих в условиях сухого жаркого климата, были проведены комплексные исследования. По традиционной технологии были приготовлены

составы бетонов на КВ 100, КВЗ 70, КВЗ 50, КВЗ 30, а также контрольный образец на портландцементе Чири-Юртовского цементного завода составов В:П (вяжущее : песок), равной 1:2,5, при В/Ц=0,3.

Исследования проводились в естественных условиях при температуре 33оС на образцах-кубах с ребром 15 см. На боковых поверхностях гелиоформы была предусмотрена тепловая изоляция из пенопласта толщиной 0,05 м для исключения потерь тепла по этим поверхностям. Гелиоформы сверху плотно накрывались гелиокрышками, представляющие собой деревянные рамы с двумя светопрозрачными покрытиями и двумя воздушными прослойками толщиной 5= 20 мм [3].

Для определения температурного режима твердения в различных сечениях в образцах использовали прибор контроля прогрева бетона «Терем 3.2», с помощью которого были получены кривые прогрева. Исследования показали (рис. 2), что прогрев бетона осуществляется по мягким режимам с подъемом температуры в бетоне до 50-60 оС в течение 4-5 ч, с условной изотермической выдержкой в течение 5-6 ч и медленным остыванием в вечерние и ночные часы со скоростью 2-3 оС/ч.

Кинетика прогрева бетона с использованием солнечной энергии показала, что увеличение количества микронаполнителя в комплексном вяжущем способствует повышению температуры в бетоне. а)

б)

70 60 50 40 30 20 10

Время суток

СМЗ 100 СМЗ 70 -А-СМЗ 50 -*-СМЗ 30 -Ж-конт. обр. -«-окр. среда

0

Рис. 2 Кинетика прогрева бетона при гелиотермообработке а - в 5 мм от верхней поверхности образца; б - в центре образца

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 21, 2011.

А-

К примеру, разница температур максимального прогрева между бетоном на КВЗ 100 и бетоном на КВЗ 30 составляет 3-5 оС. Это, на наш взгляд, объясняется тем, что измельченная золошлаковая смесь является порошком темного цвета и увеличение его содержание в вяжущем влечет за собой изменение цвета самого бетона, что способствует поглощению большего количества тепла. Суммарное количество градусов -часов, полученное образцами бетонов, составляет: на КВ 100 - 905, КВЗ 70 - 930, КВЗ 50 - 970, КВЗ 30 - 1045, контрольный образец - 867.

С целью изучения зависимости интенсивности влагопотерь от количества наполнителя в составе комплексного вяжущего были проведены исследования, в результате которых было установлено, что интенсивность обезвоживания бетонов на основе техногенного сырья на 0,5 - 1 % меньше чем у контрольного состава и соответственно глубина протекания реакции гидратации вяжущего выше (рис. 3).

4 S 12 16 20 24

Времявыдерживания, сут

Рис. 3 Кинетика влагопотерь бетона 1- бетон на основе ЗШС в гелиоформе; 2 - обычный бетон в гелиоформе; 3- бетон,

твердеющий без ухода

По окончании суточного и 28-суточного циклов выдерживания определяли прочность бетона прибором ультразвукового действия - «Пульсар 1.1» и сжатием на

гидравлическом прессе образцов-кубиков (табл. 2).

Таблица 2

__Физико-механические свойства бетонов на исследуемых составах _

№ серии Вид вяжущего Прочность на сжатие, Ясж, МПа, Е103 в возрасте 28 сут.

1 сут. 28 сут.

1 КВ 100 30,2 48,5 34,6

2 КВЗ 70 26,8 47,8 31,8

3 КВЗ 50 20,5 39,6 30,2

4 КВЗ 30 16,8 26,9 29,8

5 Портландцемент М 400 22,3 41,5 30,5

А-

Изучение структуры бетонов проводилось в научно-исследовательском центре коллективного пользования «Нанотехнологии и наноматериалы». Исследовались микро- и макроструктуры бетонов на основе техногенного сырья, в том числе микропористость и степень гидратации цементного камня.

Исследования показали, что бетоны на основе техногенного сырья характеризуются меньшей суммарной микропористостью и повышенным содержанием более мелких по размеру пор, чем бетоны на обычном портландцементе (табл. 3).

Таблица 3

Суммарная пористость и распределение пор по размерам _

Вяжущее Пористость, 2/ см /г Радиус пор, мкм и их содержание, см3/г

Менее 1 1-0,1 0,1-0,01 0,010,001

ПЦ 0,118 0,0079 0,0678 0,0289 0,0108

КВ 100 0,0585 0,0018 0,0015 0,0452 0,0092

КВЗ 50 0,0578 0,002 0,0012 0,039 0,0098

Таким образом, проведенные исследования доказывают эффективность использования техногенных отходов в виде золошлаковых смесей в производстве цементобетонных комплексных материалов, позволяющих получить энерго- и ресурсосберегающие композиты в условиях сухого жаркого климата с улучшенными структурными и механическими свойствами.

Библиографический список

1. Дворкин Л. И. Строительные материалы из отходов промышленности./Л. И. Дворкин,

О. Л. Дворкин// Ростов на Дону, 2007 г - с.104.

2. Баженов Ю.М., Батаев Д.К-С., Муртазаев С-А. Ю. Энерго- и ресурсосберегающие

материалы и технологии для ремонтта и восстановления зданий и сооружений, М, изд. «Комтех-Принт», 2006, - 235 с.

3. Заседателев И. Б. Гелиотермообработка сборного железобетона./И. Б. Заседателев, Е. Н. Малинский, Е. С. Темкин// М.: Стройиздат, 1990г. - с. 20.