Арболит – лёгкий бетон на основе минеральных вяжущих, органических заполнителей (до 80-90 % объёма) и химических добавок. Арболит обладает повышенной прочностью на изгиб, очень хорошо поглощает звуковые волны. Арболит не поддерживает горение, удобен для обработки. Конструкционные виды обладают высоким показателем прочности на изгиб, могут восстанавливать свою форму после временного превышения предельных нагрузок. Теплопроводность арболита составляет 0,07-0,17 Вт/(м·К).
В качестве органического заполнителя в арболите применяется измельчённая древесина, которая в дальнейшем смешивается с вяжущим. Недостатком арболита является химическая агрессивность компонентов древесного заполнителя, которая содержит так называемые экстрактивные вещества, способные негативно воздействовать на минеральное вяжущее. В частности, цемент содержит уязвимый для экстрактивных веществ компонент – алит, который под действием сахаров разрушается. Для нейтрализации сахаров используют метод минерализации заполнителя, который заключается в предварительной обработке древесного заполнителя или во введении в арболитовую смесь некоторых химических веществ, блокирующих негативное действие органических веществ на твердение цемента. Такая предварительная обработка усложняет технологию цементного арболита, поэтому целесообразным является использование вяжущих, не содержащих уязвимых для сахаров компонентов.
Разработка новых способов изготовления арболита с использованием различных крупнотоннажных отходов в виде вяжущего является в настоящее время актуальной, т.к. позволяет утилизировать отходы и сократить расходы на приобретение дорогостоящего вяжущего.
Красноярский край является регионом с развитыми отраслями промышленности: топливно-энергетической и металлургической.
Топливно-энергетическая отрасль, потребляющая бурые угли Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса, при сжигании образует золу-унос. По химическому составу зола относится к высококальциевым и обладает гидравлическими и вяжущими свойствами, чем привлекает внимание ряда исследователей. Широкое применение этого ценного продукта сдерживается наличием в составе золы оксида кальция в свободном состоянии, т.е. в виде частиц, покрытых стекловидной оболочкой, труднодоступной для контакта с водой в начальные сроки взаимодействия. Это приводит к гидратации оксида кальция в позднем возрасте, когда основная масса материала уже затвердела и может растрескаться при переходе CaO в Ca(OH)2, сопровождающимся увеличением объема. Нейтрализовать деструктивное влияние CaOсвоб можно различными методами, как физическими, так и химическими. Суть физических методов заключается в механическом разрушении стекловидных оболочек, вследствие чего CaO приобретает способность гидратироваться в положенное время. Химические методы предусматривают использование веществ, способствующих растворению CaOсвоб и последующей его гидратацией.
Одним из эффективных методов химической нейтрализации CaOсвоб, является введение в состав зольных композиций активного микрокремнезема – попутного продукта производства металлического кремния. Применение микрокремнезема в сочетании с золой – унос возможно за счет протекания реакции пуццоланизации между CaOсвоб, содержащимся в золе и аморфным SiO2 — активным компонентом микрокремнезема с образованием низкоосновных гидросиликатов.
Микрокремнезем образуется как попутный продукт производства кремния, феррокремния и других кремниевых сплавов в электродуговых печах в результате охлаждения и фильтрования печных газов. Заводы кремниевых сплавов потребляют огромное количество энергии, поэтому они обычно расположены там, где доступна дешевая электроэнергия. К таким заводам относится Братский алюминиевый завод, выпускающий наряду с основным продуктом – алюминием – металлический кремний, основным видом отхода которого является микрокремнезем.
Уникальные свойства микрокремнезема позволяют активно применять его при изготовлении самых различных строительных материалов.
Цель научно-исследовательской работы заключалась в исследовании возможности получения бесцементного вяжущего из сырьевых материалов, являющихся попутными продуктами промышленных отраслей, потенциально способных в сочетании друг с другом проявлять вяжущие свойства.
В качестве сырьевых материалов в исследованиях были использованы: буроугольная зола-унос Красноярских ТЭЦ, микрокремнезем Братского алюминиевого завода, солевые (минерализованные) стоки завода Красцветмет.
Зола ТЭЦ г. Красноярска характеризуется химическим составом, представленным в табл. 1 и физико-механическими свойствами, показанными в табл.2.
Таблица 1
Химический состав золы-унос
| Вид золы (место отбора) |
Содержание оксидов, % |
П.П.П | CaOсв. | |||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | |||
| Красноярская ТЭЦ-1 | 49,18 | 6,65 | 8,25 | 25,39 | 3,38 | 1,35 | 0,78 | 5,02 |
| Красноярская ТЭЦ-2 | 35,6 | 8,21 | 8,8 | 28,73 | 3,44 | 3,9 | 1,12 | 10,2 |
| Красноярская ТЭЦ-3 | 48,8 | 8,2 | 9,3 | 23,0 | 4,1 | 0,7 | 0,7 | 5,2 |
Таблица 2
Физико- механические свойства золы
| Место отбора золы | Удель-ная поверх-ность, см2/г | Оста-ток на сите № 008, % | Нормальная густо-та, % | Сроки схватывания,
ч-мин |
Предел прочности в 28 сут., МПа | ||
| нача-ло | конец | при изгибе
|
при сжа-тии
|
||||
| Красноярс-кая ТЭЦ-1 | 1835 | 18,8 | 25,75 | 2-25 | 3-30 | 0,75 | 2,4 |
| Красноярс-кая ТЭЦ-2 | 3434 | 12,1 | 26,75 | 0-30 | 1-20 | 2,4 | 7,95 |
| Красноярс-кая ТЭЦ-3 | 2625 | 15,8 | 32,5 | 1-10 | 2-45 | 1,02 | 3,32 |
По совокупности представленных данных наиболее активной с точки зрения вяжущих свойств является зола-унос Красноярской ТЭЦ-2, поэтому дальнейшие исследования были проведены с золой этой пробы.
Микрокремнезем, применяемый в качестве активной минеральной добавки в зольно-кремнеземистых композициях, относился к марке МК-85 (по ТУ 7-249533-01-90) и содержал 93,16 % активного SiO2.
В качестве активизатора твердения зольно-кремнеземистой композиции использовали солевые (минерализованнные) стоки – попутный продукт аффинажного производства завода «Красцветмет». По основным показателям стоки соответствуют требованиям ТУ 2152-003-05055017-2008.
Для исследования свойств вяжущих композиций были использованы методики, приведенные в ГОСТ 310-81 «Цементы. Методы испытаний».
Добавка МК вводилась в зольное тесто в виде суспензии в количестве от 4 до 10 % от массы сухих компонентов композиции. Влияние МК на свойства зольного теста и камня показано в табл. 3.
Таблица 3
Влияние микрокремнезема на свойства зольного теста и камня
| № соста-ва | Содержа-ние, % по массе | Норма-льная густота, % | Сроки схватывания, ч- мин. | Резуль-таты испы-таний на РИО | Прочность после ТВО, МПа | |||||
| зола | МК | нача-ло | конец | 1 сут | 28 сут | |||||
| Rизг. | Rсж. | Rизг. | Rсж. | |||||||
| 1 | 100 | — | 23 | 0-30 | 1-20 | — | 1,1 | 6,5 | 2,1 | 7,95 |
| 2 | 96 | 4 | 24 | 0-53 | 1-36 | + | 1,4 | 12,7 | 3,1 | 21,3 |
| 3 | 94 | 6 | 25 | 0-47 | 1-24 | + | 1,4 | 12,6 | 3,0 | 20,0 |
| 4 | 92 | 8 | 26 | 0-40 | 1-09 | + | 1,3 | 12,4 | 3,0 | 19,8 |
| 5 | 90 | 10 | 27 | 0-37 | 0-42 | + | 1,2 | 12,3 | 2,9 | 19,6 |
Анализ физико-механических свойств зольно-кремнеземистых композиций показал, что сочетание золы-унос с микрокремнеземом в количестве 4 % от массы дает возможность получить композицию с прочностью 12,7 МПа в начальные сроки твердения после тепловлажностной обработки и 21,3 МПа на 28 сутки после ТВО. Более высокий расход микрокремнезема ощутимого эффекта не обеспечивает, поэтому оптимальным было принято содержание микрокремнезема в композиции в количестве 4 %.
Дополнительное введение в композицию минерализованных стоков позволяет повысить прочность до более высоких значений. Влияние минерализованных стоков на физико-механические свойства композиции показаны в табл. 4.
Таблица 4
Влияние расхода добавки минерализованных стоков
на свойства зольно- кремнеземистой композиции
| № состава | Содержа-ние стоков, % по массе | Нормаль-ная густота, % | Сроки схватывания,
ч- мин. |
Результаты испытаний на РИО | Прочность при сжатии после ТВО, МПа | ||
| начало | конец | 1 сут | 28 сут | ||||
| 1 | — | 25 | 00-53 | 01-36 | + | 12,7 | 21,3 |
| 2 | 1 | 25 | 00-42 | 01-29 | + | 15,4 | 28,7 |
| 3 | 2 | 26 | 00-47 | 01-15 | + | 22,3 | 35,6 |
| 4 | 3 | 26 | 00-36 | 00-47 | + | 22,6 | 36,2 |
| 5 | 4 | 26 | 00-22 | 00-34 | + | 26,9 | 34,3 |
Результаты исследований показали, что оптимальным является состав, содержащий 2 % солевых стоков от массы сухих компонентов смеси, который обеспечивает получение композиции с прочностью при сжатии в 28 суток 35,6 МПа, сопоставимой с прочностью цементного вяжущего. Сроки схватывания композиции при этом отвечают стандартным требованиям. При более высоких расходах стоков прочность несколько повышается, но сроки схватывания сокращаются до нерегламентируемых значений.
На разработанном бесцементном вяжущем был получен арболит плотностью от 600 до 850 кг/м3 и прочностью при сжатии от 2,5 до 5,0 МПа, что входит в перечень требований ГОСТ 19222 «Арболит и изделия из него».
Разработанная технология арболита является экономичной, так как позволяет заменить высокоэнергоемкий портландцемент на отходы производства — золу-унос ТЭЦ 2 и отходы металлургической промышленности — микрокремнезем.
Производство арболита на основе бесцементных композиций позволит расширить номенклатуру эффективных и экономичных местных строительных материалов и решить проблему утилизации двух отраслей промышленности – металлургической и топливно-энергетической.
Список литературы:
- Наназашвили И. Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. – Л.: Стройиздат, 1990. – 415 с.
- Павленко С. И. Новое композиционное вяжущее и мелкозернистый бетон на его основе из вторичных минеральных ресурсов. Монография: / С. И. Павленко, А. В. Аксенов. − М.: Издательство АСВ, 2005. − 138 с.
- Савинкина М. А. Золы канско-ачинских бурых углей. / М. А. Савинкина, А. Т. Логвиненко. – Новосибирск: Наука, 1979. – 168 с.
- Шевченко В.А. Химические добавки для бетонов на основе жидких отходов промышленности: монография / В.А.Шевченко, Р.А. Назиров, Л.Н. Панасенко. – Красноярск: Сиб. Федер. Ун-та, 2011. – 178 с.[schema type=»book» name=»БЕСЦЕМЕНТНОЕ ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРБОЛИТА» description=»Цель работы заключалась в разработке бесцементного вяжущего на основе попутных продуктов промышленности для производства арболита на местных материалах г. Красноярска. Оптимальный состав вяжущего был выбран, исходя из соответствия требованиям нормативных документов по срокам схватывания и прочности. Установлено, что при использовании попутных продуктов топливно-энергетической и металлургической отраслей промышленности возможно получение вяжущего, пригодного для использования его в технологии арболита.» author=»Шевченко Валентина Аркадьевна, Лебедева Татьяна Геннадьевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-05″ edition=»euroasia-science.ru_29-30.12.2015_12(21)» ebook=»yes» ]