Технология и производство ячеистых бетонов на основе отходов кварца

Заключение

Зная реальный уровень лавинной и селевой опасности, можно прогнозировать какую угрозу эти склоновые процессы представляют для конкретной дороги. Например, снеговоздушная волна лавины небольшого объёма может быть неопасной для транспортных машин, даже если они попадут в зону её действия. В тоже время, пересечение шоссе селем малого объёма небезопасно даже для тяжёлой техники.

Таким образом, разработанные технологии позволяют с одной стороны обеспечивать приемлимый уровень безопасности, а с другой избегать неоправданных потерь, связанных с перебоями движения транспорта.

Библиографический список

1. Войтковский, К. Ф. Основы гляциологии / К. Ф. Войтковский,- М.: Наука, 1999.- 255 с.

2. Зимин, М. И. Прогнозирование лавинной опасности / М. И. Зимин.- Санкт-Петербург: Гидро-метеоиздат, 2000.- 16 с.

3. Зимин М. И., Рубцов Е. А., Тимишев В. М., Бейтуганова Н.М., Зимина С. А. Моделирование многофазных структурно-неоднородных тел./ Ка-

бардино-Балкарский ГУ.- Деп. в ВИНИТИ, № 2468 -В2001.- 25 с.

4. Мокров Е. Г., Соловьёв А. Ю. Использование модели развития снежной толщи “SNOWPACK” для определения параметров лавинообразования.// Криосфера Земли.- 20l0.- T. XIV. - № 2.- C. 79 - 86.

5. Сейнова И. Б., Золотарёв Е.А. Ледники и сели Приэльбрусья.- М.: Научный мир, 2001.- 204 с.

6. Устименко, А. А. Идентификация явления сингеризма в биологических динамических системах / А. А. Устименко // Сборник научных трудов СурГУ. Физико-математические и технические науки. - 2009. - № 32. - С. 36 - 44.

PREDICTION OF TRAFFIC FACILITIES IN MOUNTAINOUS AREAS BASED ON BIONIC APPROACH

M. Zimin, S. Zimina

Problems of forecast interconnected processes on transport structures are considered. Two-leveled system, being used to predict avalanche and sill load is described.

Зимин Михаил Иванович - к.т.н., инженер. Канада, г. Торонто.

Зимина С. А.

УДК 691.327.33

ТЕХНОЛОГИЯ И ПРОИЗВОДСТВО ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ КВАРЦА

А. Ф. Косач, И. Н. Кузнецова, С. В. Данилов, Н. А. Гутарева

Аннотация. В статье представлена усовершенствованная технология производства ячеистых бетонов, содержащих модифицированные высокодисперсные частицы, полученные путем измельчения частиц дисперсной фазы на стадии перемешивания с использованием отходов кварца.

Ключевые слова: ячеистый бетон, технология ячеистого бетона.

Введение

Интенсивным развитием современной технологии гидратационных цементных материалов и изделий является использование различных научно-обоснованных методов регулирования, дающих возможность целенаправленно изменять процесс твердения.

Частицы твердой фазы материалов являются элементарными наночастицами-наноинициаторами, из которых формируются различные структуры, прочность которых предопределяется, дисперсностью и гранулометрическим составом частиц.

В структуре приготовленных исходных дисперсных систем формовочные массы и смеси, различные суспензии и т.д., необходимо различать две составные части:

- структурный каркас, образованный грубодисперсными частицами, и межзерновая пустотность, состоящая из тонкодисперсных частиц

- продуктов гидратации, расположенных в межзерновом пространстве грубодисперсного каркаса.

Решающую роль имеет регулирование свойств структуры на ранних стадиях её зарождения в коагуляционный период

Основная часть

Природа сил взаимодействия между структурными элементами, способствующими превращению гидрогеля в камневидное тело, занимает важное место в твердения цементного геля.

Процесс твердения может происходить вследствие проявления водородных связей, ван-дер-ваальсового взаимодействия или ионного притяжения при наличии неуравновешенных электрических зарядов. Исследователи предполагают, что сила водородной связи достаточно велика для придания цементному камню высокой прочности.

Данные силы структурной связи могут проявляться в том случае, если частички сближены до расстояний, на которых между ними возникают короткодействующие ненасыщенные поверхностные валентные силы [1].

В своих исследованиях Балоян Б. М., Кол-маков А. Г. и др. отметили, что гидраты представлены в виде мельчайших частиц - субмикрокристаллов - с размерами меньше 1о2 нм; они создают в прослойках между гидратированными зернами цемента коллоидную систему - тоберморитовый гель.

Между частицами возникают коагуляционные контакты, что и приводит к образованию коагуляционной структуры. Особенностью этих контактов является обязательное наличие между частицами тонкой устойчивой прослойки воды (дисперсионной среды).

В результате физических контактов коагуляционной структуры цементного геля происходит облегченность миграции атомов, наблюдаются более выраженные силы притяжения между атомами, что приводит к склонности самоорганизации кластерных структур.

В данной статье рассматривается разработанная на базе экспериментальных и теоретических положений усовершенствованная технология производства ячеистых бетонов путем измельчения частиц дисперсной фазы на стадии перемешивания с использованием отходов кварца.

Проектом ОАО «Полярный кварц» предусмотрен в ХМАО-Югре комплекс, включающего в себя горную часть для разработки месторождений кварца и промышленного комплекса по производству особо чистого кварцевого концентрата.

Минерально-сырьевой потенциал кварцевого сырья Севера Урала представлена Институтом экономики УрО РАН и составляет 1219,8 тыс.т., условные запасы 823,9 тыс.т. Кварцевые отходы являются побочным продуктом технологического процесса.

В промышленности разрабатываются и производятся различные типы помольных установок для получения высокодисперсных материалов.

В данной работе для получения высокодисперсных частиц на основе кварцевых отходов использовали центробежную дисковую установку, которая по степени дисперсности при сухом помоле позволяет нам получать ультрадисперсные материалы - 102-103 нм, а при мокром - наноматериалы размером частиц менее 102 нм.

Центробежная дисковая установка состоит из цилиндрического корпуса 1 в котором установлен вал 4 с лопастями 5, вал закреплен в корпусе с помощью подшипников 3, закрытых внешними втулками для предотвращения оттока обрабатываемого продукта. Вал 2 соединяется с помощью клиноременной передачи со штоком электродвигателя соответствующей мощности (рис. 1.).

Рис. 1. Схема центробежной дисковой установки

Два элемента - решетчатые статор и ротор являются основными рабочими органами помольной установки, которые при мокром помоле обеспечивают возникновение кавитационного эффекта в жидкой среде, за счёт образованных микроскопических пузырьков воздуха, которые, перемещаясь с большой скоростью, схлопываются за пределами поверхности статора, образуя ультразвуковые акустические колебания, которые окончатель-

но диспергируют обрабатываемый материал.

В лаборатории новых технологий и автоматизации промышленности строительных материалов «ИНТА-строй» (г. Омск) были проведены исследования по оптимизации активированного состава песчано-кварцевой смеси (песок-кварц) и его количественного содержания от массы цемента в цементно-песчано-кварцевом бетоне, согласно структурной схеме исследования (рис. 2.).

Состав активированной песчано-кварцевой смеси в соотношениях (песок -г- кварц):

95:5 / \ 90:10 / \ 85:15 / \ 80:20 у/

. . г 1 г

Масса активированной песчано-кварцевой смеси к объёму цемента (песок: кварц):цемент

\ 5% 10% // \ 15% у 4 ч 20%

Г 1 Г

Физико-механические показатели

Цементный камень в возрасте 28 суток: средняя плотность ^г/см3; прочность при сжатии Ксж, МПа;

Рис. 2. Структурная схема исследования цементно-песчано-кварцевой смеси

На основании данной схемы исследования разработана технологическая схема приготовления растворной смеси для производства ячеистого бетона с использованием отходов от обработки кварцевого сырья и производства чистого кварца (рис. 3.).

В эксперименте использовались следующие материалы:

1. Вяжущее - портландцемент ПЦ400 Д20 завода г. Искитим.

2. Песок - с Сурей-Юганского месторождения ХМАО со следующими характеристиками: Мк = 1,79;

з

истинная плотность - 2620 кг/см ;

средняя плотность - 2570 кг/см3;

насыпная плотность - 1570 кг/см3.

3. Вода водопроводная.

4. Отходы от обработки кварцевого сырья и

производства чистого кварцевого концентрата.

Для определения физико-механических характеристик использовались образцы размером 4x4x16 см, приготовленные из цементно-песчано-кварцевой смеси нормальной консистенции (110-115 см) и возрасте 28 суток нормального твердения.

Физико-механические показатели определялись при температуре 20±2 0С и относительной влажности 70-80 % согласно требованиям ГОСТа. Прочностные характеристики цементно-песчано-кварцевой смеси бетона определялись на установке МИИ-100 и прессе МС-100. [3]. Полученные результаты представлены в таблице 1 и 2.

Рис. 3. Технологическая схема производства ячеистых бетонов с использованием отходов кварца: 1- накопительный бункер для отходов кварца; 2- накопительный бункер для песка; 3-емкость для воды; 4-накопительный бункер для цемента; 5-дозатор отходов кварца; 6,11-дозатор песка; 7-смеситель для перемешивания отходов кварца и песка; 8-мельница непрерывного действия роторного типа (центробежная дисковая установка); 9-накопительный бункер активированной песчано-кварцевой смеси; 10-дозатор активированной песчанокварцевой смеси; 12-дозатор воды; 13-дозатор цемента; 14- смеситель СБ-138 принудительного действия (с вертикальным ротором); 15-форма для заливки готовой смеси

Таблица 1 - Физико-механические показатели образцов после активации с разным соотношением песка к кварцу

Показатель Проектная прочность (пе- сок:цемент), МПа № образца После активации, прочность, МПа

Соотношение песка к кварцу

95:5 90:10 85:15 80:20

^3 ^3 ^3 ^3

Прочность, МПа 38,9 1 42 45,2 41 50,5 47 52,1 46 53,7

45,8 50,9 52,4 54,3

2 40 46,1 43 48,7 43 54,5 49 54,9

46,3 49,3 54,0 54,2

3 44 44,9 45 49,2 45 53,7 47 54,8

45,1 49,5 54,2 54,9

42 45,6 43 49,7 45 53,5 47,3 54,5

Средняя плотность, кг/м3 2345 2387 2410 2420 2427

Таблица 2 - Физико-механические показатели образцов с разным количеством активированной песчано-кварцевой смеси к массе цемента

Показатель Проектная прочность ((песок:кварц):цемент) (85:15), МПа № образца Количество активированной песчано-кварцевой смеси к массе цемента, прочность, МПа

5% 10% 15% 20%

RK3 Re* RK3 Rc* RK3 Rc* RK3 Rc*

Прочность, МПа 54,5 1 47 54,3 46 54,0 47 53,2 46 49,4

54,7 54,2 53,9 50,3

2 48 55,1 48 53,9 46 52,8 45 50,8

54,7 54,7 53,1 50,1

3 45 55,3 47 53,8 48 53,6 45 49,9

55,8 54,1 53,9 50,5

RCB 46,7 55,0 47 54,1 47 53,4 45,3 50,2

Средняя плотность, кг/м3 2420 2377 2347 2330 2323

Заключение

На основании вышеизложенного и полученных результатов была выдвинута гипотеза и сделаны выводы:

гипотеза

- процесс гидратации твердения цемента сопровождается образованием гидратных новообразований в виде мельчайших частиц с размерами меньше 102 нм, имеющих важное значение при формировании оптимальных структур с введением нанодисперсных составляющих, имеющих активную поверхность кварца;

выводы

- принимаем оптимальное содержание активированной песчано-кварцевой смеси к кварцу 85:15 %, т.к. дальнейшее уменьшение соотношения песка к кварцу является нецелесообразным, вследствие того, что снижает прочностные показатели цементно-песчано-кварцевой смеси (более чем на 10 %);

- принимаем количественное содержание активированной песчано-кварцевой смеси к растворной части составляет 15 % от массы цемента;

- использование цементно-песчанокварцевого бетона на активированных компонентах смеси позволяет экономить цемент от 15 до 20 % без снижения прочностных характеристик ячеистых бетонов и улучшать теплофизические свойства до 10 %.

Библиографический список

1. Ахвердов И. Н. Основы физики бетона / Учебник для вузов - М.: Стройиздат, 1981 - 464 с. ил.

2. Гусев Б. В., Кондращенко В. И., Маслов Б. П., Файвусович А. С. Формирование структуры компози-

ционных материалов и их свойства. - М.: Научный мир, 2006. -560 с.

3. Кузнецова И. Н., Кузнецов О. А., Косач А. Ф., Ращупкина М. А Влияние минерального состава и пористой структуры межпоровых перегородок на теплопроводность пенобетона // Известия вузов. Строительство. - 2010. - №.6 - 137с.

4. Сидоров В. И., Агасян Э. П., Никифорова Т. П. и др. Химия в строительстве / Учебник для вузов: - М.: АСВ, 2007 - 312с.

TECHNOLOGY AND MANUFACTURES CELLULARCONCRETE ON THE BASIS OF WASTE OF QUARTZ

A. F. Kosach, I. N. Kuznetsova,

S. V. Danilov, N. A. Gutareva

In clause it is presented advanced technology cellularconcrete modified highly disperse the particles received by crushing of particles of a disperse phase at a stage of hashing with use of waste of quartz is presented.

Косач Анатолий Федорович - доктор технических наук, профессор кафедры «Строительные конструкции Югорского государственного университета (ЮГУ), г. Ханты-Мансийск. A_Kosach@ugrasu.ru

Кузнецова Ирина Николаевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Городское строительство и хозяйство» СибАДИ.

Данилов Сергей Валерьевич - аспирант Югорского государственного университета (ЮГУ), г. Ханты-Мансийск.

Гутарева Наталья Анатольевна - старший преподаватель, каф. Строительства Югорского государственного университета (ЮГУ), г. Ханты-Мансийск.