Научная статья на тему 'Бетоны с органоминеральной добавкой на основе тонкомолотого шлака медеплавильного производства'

Бетоны с органоминеральной добавкой на основе тонкомолотого шлака медеплавильного производства Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
456
81
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
МЕДЕПЛАВИЛЬНЫЙ ШЛАК / COPPER SLAG / ПОМОЛ / ПОЛИКАРБОКСИЛАТНЫЙ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОР / ОРГАНОМИНЕРАЛЬНАЯ ДОБАВКА / УТИЛИЗАЦИЯ / UTILIZATION / GRINDENING / POLYCARBOLYLATE SUPER PLASTICIZER / ORGANIC MINERAL ADMIXTURE

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кравцов Алексей Владимирович, Цыбакин Сергей Валерьевич, Виноградова Екатерина Алексеевна, Бородина Лидия Михайловна

Рассмотрен вопрос использования отходов медеплавильного производства Челябинской области в качестве компонента органоминеральной добавки для производства бетона с техногенными отходами. Изучены сроки схватывания цементного камня с добавлением органоминеральной добавки на основе тонкомолотого шлака медеплавильного производства и суперпластификатора. Графически представлены термические колебания бетонной смеси с тонкомолотой добавкой в течение 22 ч твердения в нормальных условиях и результаты ультразвукового исследования сроков схватывания бетонной смеси в течение 6 ч твердения. Представлены процесс набора прочности бетона с тонкомолотой добавкой в течение 28 сут твердения в нормальных условиях и результаты испытания исследуемых образцов бетона на осевое сжатие. Полученные характеристики подтверждают целесообразность применения данного вида отходов цветной металлургии в бетонах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кравцов Алексей Владимирович, Цыбакин Сергей Валерьевич, Виноградова Екатерина Алексеевна, Бородина Лидия Михайловна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Concrete with organic mineral admixture based on fine grinding cooper slag

The problem of applying copper manufacturing wastes locating in Chelyabinsk region as a component of organic mineral admixture for concrete with industrial wastes production is considered in this article. Also, organic mineral admixture consisting of superplasticizers, based on esters with carboxyl groups, has not yet been sufficiently studied due to the diversity of species and the complexity of chemical structure. This trend is current for today’s science because of the growing rates and scales of building production, in particular, concrete works. Using new complex admixtures processed of industrial by-products showed their effectiveness. Copper slag dumps located in Urals federal district haven’t been widely used in building production or in other industrial production up to the present time. Efficient utilization of copper production waste materials will help to solve the ecological problems in most regions of Russia. The structure formation period of cement stone with organic mineral admixture, based on fine grinding cooper slag and superplasticizer, is also studied in the article. The thermal variation diagram of concrete mixture with organic mineral admixture during 22 hours of hardening under normal condition are shown and the results of ultrasound of concrete forming structure period during 6 hours of hardening are presented in this article. The strength development process diagram of concrete with organic mineral admixture during 28 days of hardening under normal condition and the research results of the compressive strength of concrete samples are also presented. The obtained characteristics confirm the prospects of applying this kind of non-ferrous metallurgy wastes in the concrete. Also, the obtained results allow us to conclude the significant advantages of using this kind of complex admixture for concrete production with different purpose and in different fields of application.

Текст научной работы на тему «Бетоны с органоминеральной добавкой на основе тонкомолотого шлака медеплавильного производства»

строительное материаловедение

удк 666.9

А.в. Кравцов, с.в. Цыбакин, Е.А. Биноградова, л.М. Бородина

ФГБОУВО «Костромская ГСХА»

БЕТОНЫ С ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКОЙ НА ОСНОВЕ ТОНКОМОЛОТОГО ШЛАКА МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Рассмотрен вопрос использования отходов медеплавильного производства Челябинской области в качестве компонента органоминеральной добавки для производства бетона с техногенными отходами. Изучены сроки схватывания цементного камня с добавлением органоминеральной добавки на основе тонкомолотого шлака медеплавильного производства и суперпластификатора. Графически представлены термические колебания бетонной смеси с тонкомолотой добавкой в течение 22 ч твердения в нормальных условиях и результаты ультразвукового исследования сроков схватывания бетонной смеси в течение 6 ч твердения. Представлены процесс набора прочности бетона с тонкомолотой добавкой в течение 28 сут твердения в нормальных условиях и результаты испытания исследуемых образцов бетона на осевое сжатие. Полученные характеристики подтверждают целесообразность применения данного вида отходов цветной металлургии в бетонах.

Ключевые слова: медеплавильный шлак, помол, поликарбоксилатный суперпластификатор, органоминеральная добавка, утилизация

крупные предприятия промышленного комплекса, имеющие низкую степень очистки первоначального сырья от технологически ценного содержимого, вынуждены складировать отходы в виде отвалов в санитарно-экологиче-ских зонах вблизи заводов-производителей или на окраине города. к таким промышленным исходным пунктам загрязнения, в частности, относятся предприятия черной и цветной металлургии уральского федерального округа, на которых осуществляется выплавка черных и цветных металлов (медь, никель и др.), а также их различных сплавов (сталь, чугун, и др.) [1—7].

Шлаки цветной металлургии в отличие от отходов производства черных металлов не нашли широкого применения в качестве минеральной добавки при производстве вяжущих веществ и бетонных изделий [8, 9]. основным направлением утилизации медеплавильных шлаков в настоящее время является их применение в химической промышленности и производстве керамических изделий [10—12].

в настоящее время осуществляется изучение влияния тонкомолотых шлаков медеплавильного производства на структурообразование и прочностные показатели бетона при их использовании в качестве минеральной добавки [13, 14]. Перспективным направлением в данной области является применение комплексных добавок, состоящих из тонкомолотой минеральной добавки и пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатных эфиров [15—21].

целью настоящего исследования является изучение влияния комплексной органоминеральной добавки на основе тонкомолотого медеплавильного шла-

ка и поликарбоксилатного суперпластификатора на формирование структуры цементного камня и прочностные характеристики полученных бетонных образцов.

При проведении исследования использовались следующие приборы и оборудование:

УК-14П (измерение скорости прохождения ультразвука через свежезатво-ренный бетонный образец);

технический термометр ТТЖ-М (измерение термических колебаний све-жезатворенной бетонной смеси в течение 1 сут);

пресс гидравлический П-50 (испытание прочности бетонных образцов на осевое сжатие).

При проектировании состава бетонных смесей использовались следующие материалы:

портландцемент производства ЗАО «Липецкцемент» ЦЕМ I 42.5Н (ГОСТ 31108—2003, ГОСТ 30515—97) с НГЦТ 23,25 %, активностью (28 сут) 47,0 МПа, 5 — 3716 см2/г, р — 3214 кг/м3;

уд 7 |ист '

песок Храмцовского месторождения (п. Храмцово, Ивановская область) М — 2,8, р —1620 кг/м3, В — 6%;

кр 7 7 ' нас 7 п 7

медеплавильный шлак Карабашского медеплавильного завода четырехчасового помола с 5 — 5508 см2/г, р — 3516 кг/м3, р — 1338 кг/м3, В —

уд ист нас п

21,25%. Химический состав: Fe2О3 — 45,7 %, SiO2 — 32,0 %, MgO — 4,0 %, СаО — 8,9 %, А12О3 < 1,0 %;

суперпластификатор «Хидетал-ГП-9 Гамма А» производства ГК «СКТ-Стандарт».

При проведении экспериментов использовалось 6 вариантов составов, содержащих от 0 до 30 % тонкомолотого медеплавильного шлака при дозировке суперпластификатора 1,25 % от массы цемента. Водоредуцирующий эффект применяемой пластифицирующей добавки составляет 32 %. Вид и оптимальная дозировка суперпластификатора определялись в [22]. Исследуемые составы имели постоянную подвижность, соответствующую цементному тесту нормальной густоты. Характеристика исследуемых составов приведена в табл. 1.

Табл. 1. Характеристика исследуемых составов

Номер Состав Нормальная густота смешанного в/ц бетонной смеси Расход материалов, кг/м3 Средняя плотность бетона, кг/м3

вяжущего ц Ш П Пл

1 КС Ц 100 % + Пл 0,158 0,321 469 0 1406 4,6 2241

2 Ц 95 %+Ш 5 % + Пл 0,169 0,342 445 23 1406 4,3 2244

3 Ц 90 %+Ш 10 % + Пл 0,182 0,365 422 47 1406 4,1 2249

4 Ц 85 %+Ш 15 % + Пл 0,196 0,390 398 70 1406 3,9 2255

5 Ц 80 %+Ш 20 % + Пл 0,211 0,419 375 94 1406 3,7 2264

6 Ц 70 %+Ш 30 % + Пл 0,249 0,489 328 141 1406 3,2 2287

2/2016

Согласно табл. 1, при увеличении дозировки тонкомолотого медеплавильного шлака наблюдается увеличение нормальной густоты цементного теста и В/Ц бетонной смеси. Это связано с тем, что добавляемый минеральный компонент имеет удельную поверхность, см2/г, превышающую цементную, что приводит к увеличению общей удельной поверхности сухих компонентов смеси и ее водопотребности. Также стоит отметить, что в связи с уменьшением дозировки цемента уменьшается количество суперпластификатора в абсолютных единицах к постоянной массе смешанного вяжущего.

На рис. 1 приведено влияние органоминеральной добавки на скорость прохождения ультразвука через бетонную смесь в зависимости от типа состава. Данное исследование требуется для установления сроков начала схватывания бетонной смеси, соответствующего началу второго периода гидратации.

Рис. 1. Скорость прохождения ультразвука, м/с, через бетонную смесь в зависимости от дозировки тонкомолотого шлака, % от массы цемента

На рис. 2. показано влияние органоминеральной добавки на экзотермические колебания бетонной смеси в 1-е сут твердения. Добавление 5 % минерального компонента добавки не оказало существенного влияния на тепловыделение смеси. При использовании шлака в дозировках 10, 15 и 30 % от массы цемента наблюдалось уменьшение температуры смеси, однако при введении 20 % тонкомолотого шлака температура смешанного вяжущего была максимальной.

Полученные результаты являются признаком того, что в 1-е сут твердения смеси органоминеральная добавка при дозировке шлака 20 % вступает в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации цементных зерен.

На основании графиков ультразвукового и термического исследований смеси (см. рис. 1, 2) были определены сроки начала и завершения схватывания графоаналитическим методом, результаты приведены в табл. 2 и на рис. 3.

— •

ч ^

к N.

SA V' и

*

'f

«s r>

ОООООООООООООООО^^"^^^ ОООООООООООООООО'— — — — — О — rir^^-in^r-MONO -

Время, ч/мин

-КСЦ100% + Пл ...........Ш 5 % + Ц 95 % + Пл

---- Ш 10 % + Ц 90 % + Пл ---Ш 15 % + Ц 85 % + Пл

----Ш 20 % + Ц 80 % + Пл--Ш 30 % + Ц 70 % + Пл

рис. 2. температура бетонной смеси, °С, в зависимости от дозировки тонкомолотого шлака, % от массы цемента

табл. 2. характеристики сроков схватывания смеси с органоминеральной добавкой

Сроки схватывания, ч/мин

номер Состав ультразвуковой метод термический метод

начало начало конец

1 кС ц 100 % + Пл 3:29 3:09 14:50

2 ц 95 %+Ш 5 % + Пл 3:37 3:09 15:23

3 ц 90 %+Ш 10 % + Пл 3:40 3:01 15:34

4 ц 85 %+Ш 15 % + Пл 3:39 2:46 15:28

5 ц 80 %+Ш 20 % + Пл 3:33 2:23 15:11

6 ц 70 %+Ш 30 % + Пл 3:12 1:17 14:59

рис. 3. ПфС цементного камня в зависимости от дозировки минерального компонента добавки, % от массы цемента

2/2016

Влияние органоминеральной добавки на сроки схватывания отражено в табл. 3 и на рис. 3. При ультразвуковом исследовании в составах с содержанием медеплавильного шлака до 15...20 % происходит увеличение срока начала схватывания бетонной смеси. Дальнейшее увеличение дозировки приводит к значительному ускорению схватывания. Это является признаком того, что при использовании шлака до 20 % весь объем минеральной добавки вступает в активное химическое взаимодействие с цементными зернами на ранних сроках твердения. При дозировке шлака 30 % объем цемента недостаточен для прохождения гидратации, сопоставимой с контрольным составом.

Графики сроков схватывания бетонной смеси, полученные термическим методом, свидетельствуют об увеличении продолжительности схватывания смеси с увеличением объема органоминеральной добавки. По сравнению с контрольным составом при максимальной дозировке минерального компонента начало твердения ускорилось на 20 мин, а конец схватывания увеличился на 9 мин.

Стоит отметить явное расхождение в результатах определения начала схватывания разными методами. Причиной этого является то, что ультразвуковое исследование фиксирует момент появления новообразований в смеси, в то время как термический метод определяет начало тепловыделения выделения смеси, что является вторичным признаком формирования продуктов гидратации.

Таким образом, определение начала схватывания бетонной смеси с органоминеральной добавкой ультразвуковым методом является более точным методом, и его результаты принимаются в качестве конечных показателей.

В рамках настоящего исследования также был изучен набор прочности образцов бетонных смесей с органоминеральной добавкой в зависимости от дозировки минерального компонента через 3, 7 и 28 сут твердения образцов в нормальных условиях. Результаты проведенных испытаний приведены в табл. 3 и на рис. 4.

Табл. 3. Прочность на сжатие исследуемых составов

Время твердения, сут Прочность образцов в зависимости от состава смеси, МПа/%, изменения прочности

КС ц 100 % + Пл Ц 95 % +Ш 5 % + Пл Ц 90 % +Ш 10 % + Пл Ц 85 % +Ш 15 % + Пл Ц 80 % +Ш 20 % + Пл Ц 75 % +Ш 25 % + Пл Ц 70 % +Ш 30 % + Пл

3 12,95 12,41 15,01 18,65 21,25 20,68 14,86

-4,2 % 15,9 % 44,1 % 64,1 % 59,7 % 14,8 %

7 31,48 32,97 34,48 35,35 34,89 32,43 27,29

4,7 % 9,5 % 12,3 % 10,8 % 3,0 % -13,3 %

28 34,37 33,32 35,53 38,60 40,14 37,75 29,02

-3,1 % 3,4 % 12,3 % 16,8 % 9,8 % -15,6 %

45

10

О 5 10 15 20 25 30

Дозировка минеральной добавки, % - 3 сут ---7 сут — • — 28 сут

Рис. 4. Прочность образцов на осевое сжатие, МПа, в зависимости от дозировки минерального компонента, % от массы цемента

Согласно полученным данным, тонкомолотый медеплавильный шлак с поликарбоксилатным пластификатором оказывают существенное влияние на прочность на осевое сжатие бетонных образцов.

При добавке в 5 % повышения прочности не наблюдается (12,41 МПа (-4,2 %), так как прочность новообразований не восполняет потерю прочности, вызванную уменьшением массы цемента.

На 3-и сут твердения добавка существенно увеличивает прочность бетона (увеличение прочности до 21,25 МПа (64,1 %) при дозировке шлака от 10 до 30 %, что подтверждает вовлечение органоминеральной добавки в образование гидросиликатов кальция, характеризующихся высокой прочностью на ранних сроках твердения. Исключением является образец с максимальной дозировкой тонкомолотого шлака, так резкое падение прочности при переходе от 25 до 30 % минерального компонента свидетельствует о том, что объем и прочность продуктов гидратации цемента и органоминеральной добавки в данном диапазоне сокращаются ввиду предельно допустимого уменьшения массы цемента. При этом дискретного падения прочности до уровня контрольного состава не наблюдается, так как частицы тонкомолотого шлака, не вступившие в химические реакции, играют роль микронаполнителя и уменьшают общую пористость бетона.

На 7-е сут твердения наблюдается активный рост прочности контрольного состава, что вызвано водоредуцирующим действием суперпластификатора. При дозировках тонкомолотого шлака от 5 до 25 % также был зафиксирован рост прочности бетонных образцов на сжатие, но с меньшей интенсивностью, чем на 3-и сут (рост прочности до 10,8 %). При введении максимальной дозировки на 7-е сут прочность уменьшается относительно контрольного состава на 13,3 %.

Испытание образцов на 28-е сут показало, что тенденция к увеличению прочности при использовании тонкомолотого медеплавильного шлака в диапазоне от 10 до 25 % сохраняется.

Наивысшая прочность была зафиксирована при введении 20 % минерального компонента комплексной добавки (40,14 МПа (16,8 %)). Стоит отметить, что интенсивность роста прочности увеличилась по сравнению с аналогичным показателем на 7-е сут. Это является признаком того, что шлак участвовал в образовании продуктов гидратации, увеличивающих прочность в промежуточные и поздние сроки твердения бетонных образцов. Последующее уменьшение прочности в диапазоне добавки 25...30 % обусловлено упомянутым выше эффектом микронаполнителя.

При сопоставлении всех полученных данных исследования можно выделить следующие результаты:

увеличение дозировки тонкомолотого шлака в составе органоминераль-ной добавки увеличивает продолжительность сроков схватывания бетонной смеси в 1-е сут твердения;

при дозировке органоминеральной добавки в размере 15...20 % наблюдается наибольшее увеличение прочности бетона на сжатие в течение 28-х сут твердения;

при дозировке органоминеральной добавки в размере 25...30 % наблюдается эффект микронаполнителя в течение 28-х сут твердения.

В перспективе развития настоящего исследования будет проведено изучение микроструктурных характеристик цементного камня с органоминеральной добавкой, а также изучение влияния различных видов активации минеральной добавки и режимов твердения на свойства бетона [23—36].

Вывод. Полученные результаты исследования свидетельствуют об эффективности применения комплексной органоминеральной добавки на основе тонкомолотого медеплавильного шлака и поликарбоксилатного суперпластификатора, улучшающей прочностные характеристики бетона. Использование в качестве активного минерального компонента медеплавильного шлака тонкого помола осуществляется впервые.

Дальнейшее развитие данного научного направления в перспективе позволит организовать рациональную утилизацию техногенных отходов медеплавильного комплекса Южного Урала.

Библиографический список

1. Котельникова А.Л., Рябинин И.Ф., Кориневская Г.Г., Халезов Б.Д., Реутов Д.С., Муфтахов В.А. К вопросу рационального использования отходов переработки медеплавильных шлаков // Недропользование XXI век. 2014. № 6 (50). С. 14—19.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Водяницкий Ю.Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор) // Почвоведение. 2013. № 7. С. 872—881.

3. Леонтьев Л.И., Дюбанов В.Г. Техногенные отходы черной и цветной металлургии и проблемы окружающей среды // Экология и промышленность России. 2011. № 4. С. 32—35.

4. Кориневская Г.Г., Муфтахов В.А., Котельникова А.Л., Халезов Б.Д., Реутов Д.С. Медеплавильные шлаки и вопросы утилизации минеральных отходов // Минералогия техногенеза : сб. 2014. № 15. С. 244—250.

5. Котельникова А.Л. О подвижных формах тяжелых металлов медеплавильных шлаков // Труды института геологии и геохимии им. Академика А.Н. Заварицкого Уро РАН. Екатеринбург, 2012. № 159. С. 96—98.

6. Водяницкий Ю.Н., Плеханова И.О., Прокопович Е.В., Савичев А.Т. Загрязнение почв выбросами предприятий цветной металлургии // Почвоведение. 2011. № 2. С. 240—249.

7. Чуманов В.И., Чуманов И.В., Кирсанова А.А., Амосова Ю.Е. К вопросу о комплексной переработке сталеплавильных шлаков и их использовании в строительстве // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2013. № 1. С. 56—60.

8. Шаповалов Н.А., Загороднюк Л.Х., Тикунова И.В., Щекина А.Ю., Шкарин А.В. Шлаки металлургического производства — эффективное сырье для получения сухих строительных смесей // фундаментальные исследования. 2013. № 1-1. С. 167—172.

9. Юшков Б.С., Семенов С.С. Применение отходов металлургических предприятий для производства бетона // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2014. Т. 1. С. 556—558.

10. Светлов А.В., Потапов С.С., Потапов Д.С., Кравченко Е.А., Ерохин Ю.В., Потокин А.С., Селиванова Е.А., Суворова О.В., Кумарова В.А., Нестеров Д.П., Макаров Д.В., Маслобоев В.А. Исследование возможности извлечения цветных металлов и производства строительных материалов из шлаков медно-никелевого производства // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2015. № 2. Т. 18. С. 335—344.

11. Дьяченко А.Н., Крайденко Р.И., Чегринцев С.Н., Порывай Е.Б. Вскрытие медеплавильных шлаков хлоридом аммония // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2013. № 5. С. 9—12.

12. Котельникова А.Л. Оценка шлаков медеплавильных производств как потенциальных источников тяжелых металлов (на примере медеплавильного шлака сред-неуральского медеплавильного завода) // Леса России и хозяйство в них. 2011. № 1. С. 36—38.

13. Кравцов А.В., Виноградова Е.А., Цыбакин С.В. Влияние тонкомолотого медеплавильного шлака на процесс структурообразования цементного камня // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 8. С. 34—37.

14. Кравцов А.В., Виноградова Е.А., Бородина Л.М., Цыбакин С.В. Исследование динамики набора прочности бетона с использованием отходов медеплавильного производства // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 9. С. 47—50.

15. Трошкина Е.А., Мухина К.С. Разработка составов и исследование свойств самоуплотняющихся бетонов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2014. Т. 2. № 1. С. 42—44.

16. Иващенко Ю.Г., Тимохин Д.К., Борисов О.А. Исследование влияния добавок поликарбоксилатов на свойства цементных композиций // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2012. № 2. С. 101—104.

17. Изотов В.С., Ибрагимов Р.А. Ресурсосбережение при производстве железобетонных изделий с добавками гиперпластификаторов // Технологии бетонов. 2013. № 5 (82). С. 40—41.

18. Калашников В.И., Гуляева Е.В., Валиев Д.М. Влияние вида супер- и гиперпластификаторов на реотехнические свойства цементно-минеральных суспензий, порошковых бетонных смесей и прочностные свойства бетонов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2011. № 12. С. 40—45.

19. Буланов П.Е., Мавлиев Л.Ф., Вдовин Е.А. Оптимизация состава щебеночно-песчаной смеси обработанной портландцементом в комплексе с пластифицирующей и гидрофобизирующей добавкой // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 2. С. 300—305.

20. Василик П.Г., Бурьянов А.Ф., Гонтарь Ю.В., Чалова А.И. Влияние супер- и гиперпластификаторов на водопотребность и прочностные характеристики затвердевшего камня на основе комплексного вяжущего // Сухие строительные смеси. 2011. № 4. С. 20—21.

21. Изотов В.С., Ибрагимов Р.А. новые комплексные добавки на основе эфиров поликарбоксилата // технологии бетонов. 2012. № 3—4 (68—69). С. 34—35.

22. Кравцов А.В., Бородина Л.М., Цыбакин С.В., Соколов Г.М. исследование влияния суперпластификаторов на основе поликарбоксилатных эфиров на свойства бетона // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 10. С. 39—43.

23. Михайлов Г.Г., Трофимов Б.Я., Гамалий Е.А. морозостойкость пропаренного бетона на шлакопортландцементах // вестник Южно-уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2012. № 17 (276). С. 42—47.

24. Чазов А.В., ШишмаковаМ.С. Шлакощелочные материалы в дорожном строительстве // вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2012. № 1. С. 114—117.

25. Маджистри М., Падовани Д., Форни П. оптимизация свойств цементов с добавками при использовании интенсификаторов помола // цемент и его применение. 2013. № 5. С. 115—118.

26. Гусев Б.В., Ин Иен-Лян С., Кривобородов Ю.Р. Активация твердения шлако-портландцемента // технологии бетонов. 2012. № 7—8 (72—73). С. 21—24.

Поступила в редакцию в декабре 2015 г.

об авторах: кравцов Алексей владимирович — аспирант кафедры технологии, организации и экономики строительства, костромская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБоУ во «костромская ГсХА»), 156530, костромская область, костромской район, п. караваево, ул. учебный городок, д. 34, kravtsov1992@ yandex.ru;

Цыбакин сергей валерьевич — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологии, организации и экономики строительства, костромская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБоУ во «костромская ГсХА»), 156530, костромская область, костромской район, п. караваево, ул. учебный городок, д. 34, [email protected];

виноградова Екатерина Алексеевна — студент кафедры технологии, организации и экономики строительства, костромская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБоУ во «костромская ГсХА»), 156530, костромская область, костромской район, п. караваево, ул. учебный городок, д. 34, [email protected];

Бородина лидия Михайловна — студент кафедры технологии, организации и экономики строительства, костромская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБоУ во «костромская ГсХА»), 156530, костромская область, костромской район, п. караваево, ул. учебный городок, д. 34, [email protected].

для цитирования: Кравцов А.В., Цыбакин С.В., Виноградова Е.А., Бородина Л.М. Бетоны с органоминеральной добавкой на основе тонкомолотого шлака медеплавильного производства // вестник мгСу 2016. № 2. С. 86—97.

A.V. Kravtsov, S.V. Tsybakin, E.A. Vinogradova, L.M. Borodina

CONCRETE WITH ORGANIC MINERAL ADMIXTURE BASED ON FINE GRINDING COOPER SLAG

The problem of applying copper manufacturing wastes locating in Chelyabinsk region as a component of organic mineral admixture for concrete with industrial wastes production is considered in this article. Also, organic mineral admixture consisting of superplasticizers, based on esters with carboxyl groups, has not yet been sufficiently studied due to the diversity of species and the complexity of chemical structure. This

trend is current for today's science because of the growing rates and scales of building production, in particular, concrete works. Using new complex admixtures processed of industrial by-products showed their effectiveness. Copper slag dumps located in Urals federal district haven't been widely used in building production or in other industrial production up to the present time. Efficient utilization of copper production waste materials will help to solve the ecological problems in most regions of Russia.

The structure formation period of cement stone with organic mineral admixture, based on fine grinding cooper slag and superplasticizer, is also studied in the article. The thermal variation diagram of concrete mixture with organic mineral admixture during 22 hours of hardening under normal condition are shown and the results of ultrasound of concrete forming structure period during 6 hours of hardening are presented in this article. The strength development process diagram of concrete with organic mineral admixture during 28 days of hardening under normal condition and the research results of the compressive strength of concrete samples are also presented. The obtained characteristics confirm the prospects of applying this kind of non-ferrous metallurgy wastes in the concrete. Also, the obtained results allow us to conclude the significant advantages of using this kind of complex admixture for concrete production with different purpose and in different fields of application.

Key words: copper slag, grindening, polycarbolylate super plasticizer, organic mineral admixture, utilization

References

1. Kotel'nikova A.L., Ryabinin I.F., Korinevskaya G.G., Khalezov B.D., Reutov D.S., Muf-takhov V.A. K voprosu ratsional'nogo ispol'zovaniya otkhodov pererabotki medeplavil'nykh sh-lakov [To the Problem of the Rational Use of Copper Slag Processing Tails]. Nedropol'zovanie XXI vek [Subsoil Use in the 21st Century]. 2014, no. 6 (50), pp. 14—19. (In Russian)

2. Vodyanitskiy Yu.N. Zagryaznenie pochv tyazhelymi metallami i metalloidami i ikh eko-logicheskaya opasnost' (analiticheskiy obzor) [Contamination of Soils with Heavy Metals and Metalloids and Its Ecological Hazard (Analytic Review)]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2013, no. 7, pp. 872—881. (In Russian)

3. Leont'ev L.I., Dyubanov V.G. Tekhnogennye otkhody chernoy i tsvetnoy metallurgii i problemy okruzhayushchey sredy [Technogenic Waste Products of Ferrous and Nonferrous Metallurgy and Environmental Issues]. Ekologiya i promyshlennost' Rossii [Ecology and Industry of Russia]. 2011, no. 4, pp. 32—35. (In Russian)

4. Korinevskaya G.G., Muftakhov V.A., Kotel'nikova A.L., Khalezov B.D., Reutov D.S. Medeplavil'nye shlaki i voprosy utilizatsii mineral'nykh otkhodov [Copper-Smelting Slag and the Disposal of Mineral Waste]. Mineralogiya tekhnogeneza : sbornik [Mineralogy of Technogenesis : Collection]. 2014, no. 15, pp. 244—250. (In Russian)

5. Kotel'nikova A.L. O podvizhnykh formakh tyazhelykh metallov medeplavil'nykh shla-kov [On Mobile Forms of the Heavy Metals of Smelting Slag]. Trudy instituta geologii i geokhi-mii im. Akademika A.N. Zavaritskogo Uro RAN [Proceedings of A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry]. Ekaterinburg, 2012, no. 159, pp. 96—98. (In Russian)

6. Vodyanitskiy Yu.N., Plekhanova I.O., Prokopovich E.V., Savichev A.T. Zagryazne-nie pochv vybrosami predpriyatiy tsvetnoy metallurgii [Soil Contamination With Emissions of Non-Ferrous Metallurgical Plants]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2011, no. 2, pp. 240—249. (In Russian)

7. Chumanov V.I., Chumanov I.V., Kirsanova A.A., Amosova Yu.E. K voprosu o komplek-snoy pererabotke staleplavil'nykh shlakov i ikh ispol'zovanii v stroitel'stve [On the Complex Processing of Steel Slags and Their Use in the Construction]. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Metallurgiya [Bulletin of the South Ural State University. Series "Metallurgy"]. 2013, no. 1, pp. 56—60. (In Russian)

8. Shapovalov N.A., Zagorodnyuk L.Kh., Tikunova I.V., Shchekina A.Yu., Shkarin A.V. Shlaki metallurgicheskogo proizvodstva — effektivnoe syr'e dlya polucheniya sukhikh stroitel'nykh smesey [Slag of Metallurgical Production — Effective Feedstock for Dry Mixes]. Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental Research]. 2013, no. 1-1, pp. 167—172. (In Russian)

9. Yushkov B.S., Semenov S.S. Primenenie otkhodov metallurgicheskikh predpriyatiy dlya proizvodstva betona [The Use of Metallurgical Waste for Concrete Production]. Modern-izatsiya i nauchnye issledovaniya v transportnom komplekse [Modernization and Scientific Researches in the Transport Complex]. 2014, vol. 1, pp. 556—558. (In Russian)

10. Svetlov A.V., Potapov S.S., Potapov D.S., Kravchenko E.A., Erokhin Yu.V., Potokin A.S., Selivanova E.A., Suvorova O.V., Kumarova V.A., Nesterov D.P., Makarov D.V., Maslobo-ev V.A. Issledovanie vozmozhnosti izvlecheniya tsvetnykh metallov i proizvodstva stroitel'nykh materialov iz shlakov medno-nikelevogo proizvodstva [Investigation of the Possibility of Non-ferrous Metals Recovery and Producing Building Materials of Copper-Nickel Smelter Slag]. Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Murmansk State Technical University]. 2015, no. 2, vol. 18, pp. 335—344. (In Russian)

11. D'yachenko A.N., Kraydenko R.I., Chegrintsev S.N., Poryvay E.B. Vskrytie medeplavil'nykh shlakov khloridom ammoniya [Opening of Copper Slag by Ammonium Chloride]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Tsvetnaya metallurgiya [News of Higher Educational Institutions. Non-Ferrous Metallurgy]. 2013, no. 5, pp. 9—12. (In Russian)

12. Kotel'nikova A.L. Otsenka shlakov medeplavil'nykh proizvodstv kak potentsial'nykh istochnikov tyazhelykh metallov (na primere medeplavil'nogo shlaka sredneural'skogo medeplavil'nogo zavoda) [Copper Slag of Copper Smelting Industries as Potential Sources of Heavy Metals (on the Example of Middle-Ural Copper Melt Plant)]. Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Russian Forest and Forestry]. 2011, no. 1, pp. 36—38. (In Russian)

13. Kravtsov A.V., Vinogradova E.A., Tsybakin S.V. Vliyanie tonkomolotogo medeplavil'nogo shlaka na protsess strukturoobrazovaniya tsementnogo kamnya [The Influence of Fine Ground Copper Smelting Slag on the Process of Cement Stone Structure Formation]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2015, no. 8, pp. 34—37. (In Russian)

14. Kravtsov A.V., Vinogradova E.A., Borodina L.M., Tsybakin S.V. Issledovanie dinamiki nabora prochnosti betona s ispol'zovaniem otkhodov medeplavil'nogo proizvodstva [Investigation of Strength Gain Dynamics of Concrete with Copper Smelting Production Waste]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2015, no. 9, pp. 47—50. (In Russian)

15. Troshkina E.A., Mukhina K.S. Razrabotka sostavov i issledovanie svoystv samou-plotnyayushchikhsya betonov [Development of compositions and study of properties of self compacting concrete]. Aktual'nye problemy sovremennoy nauki, tekhniki i obrazovaniya [Current Problems of Modern Science, Technology and Education]. 2014, vol. 2, no. 1, pp. 42—44. (In Russian)

16. Ivashchenko Yu.G., Timokhin D.K., Borisov O.A. Issledovanie vliyaniya dobavok po-likarboksilatov na svoystva tsementnykh kompozitsiy [Study of the Effect of Polycarboxylates Additives on the Properties of Cement Compositions]. Resursoenergoeffektivnye tekhnologii v stroitel'nom komplekse regiona [Resource and Energy Efficient Technologies in the Construction Complex of a Region]. 2012, no. 2, pp. 101—104. (In Russian)

17. Izotov V.S., Ibragimov R.A. Resursosberezhenie pri proizvodstve zhelezobetonnykh izdeliy s dobavkami giperplastifikatorov [Resource Saving in the Manufacture of Concrete Products with the Use of Hyper Plasticizer Additives]. Tekhnologii betonov [Concrete Technologies]. 2013, no. 5 (82), pp. 40—41. (In Russian)

18. Kalashnikov V.I., Gulyaeva E.V., Valiev D.M. Vliyanie vida super- i giperplastifikatorov na reotekhnicheskie svoystva tsementno-mineral'nykh suspenziy, poroshkovykh betonnykh smesey i prochnostnye svoystva betonov [The Impact of Super- and Hyper-Plasticizers on Rheotechnical Properties of Cement-Mineral Slurries, Powder Concrete Mixes and Tensile Properties of the Concrete]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel'stvo [News of Higher Educational Institutions. Construction]. 2011, no. 12, pp. 40—45. (In Russian)

19. Bulanov P.E., Mavliev L.F., Vdovin E.A. Optimizatsiya sostava shchebenochno-pe-schanoy smesi obrabotannoy portlandtsementom v komplekse s plastifitsiruyushchey i gidro-fobiziruyushchey dobavkoy [Optimization of Stone-Sand Mixture Treated by Portland Cement in Combination with Plasticizer and Water-Repellent Additive]. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta [Kazan State University of Architecture and Engineering News]. 2015, no. 2, pp. 300—305. (In Russian)

20. Vasilik P.G., Bur'yanov A.F., Gontar' Yu.V., Chalova A.I. Vliyanie super- i giperplastifi-katorov na vodopotrebnost' i prochnostnye kharakteristiki zatverdevshego kamnya na osnove kompleksnogo vyazhushchego [Influence of Super and Hyperplasticizers on Water Requirement and Strengthening Characteristics of a Hardened Stone on the Basis of Complex Concrete]. Sukhie stroitel'nye smesi [Build mixes]. 2011, no. 4, pp. 20—21. (In Russian)

21. Izotov V.S., Ibragimov R.A. Novye kompleksnye dobavki na osnove efirov polikarbok-silata [New Complex Additives on the Basis of Polycarboxylate Esters]. Tekhnologii betonov [Concrete Technologies]. 2012, no. 3—4 (68—69), pp. 34—35. (In Russian)

22. Kravtsov A.V., Borodina L.M., Tsybakin S.V., Sokolov G.M. Issledovanie vliyaniya superplastifikatorov na osnove polikarboksilatnykh efirov na svoystva betona [Study of the Influence of Superplasticizers Based on Polycarboxylate Ethers on the Properties of Concrete]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2015, no. 10, pp. 39—43. (In Russian)

23. Mikhaylov G.G., Trofimov B.Ya., Gamaliy E.A. Morozostoykost' proparennogo betona na shlakoportlandtsementakh [Freeze-Thaw Resistance of Steam Cured Concrete on Blastfurnace Cement]. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura [Bulletin of the South Ural State University. Series: Construction and Architecture]. 2012, no. 17 (276), pp. 42—47. (In Russian)

24. Chazov A.V., Shishmakova M.S. Shlakoshchelochnye materialy v dorozhnom stroitel'stve [Slag Alkali Materials in Highway Engineering]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura [Bulletin of the PNRPU. Series: Construction and Architecture]. 2012, no. 1, pp. 114—117. (In Russian)

25. Madzhistri M., Padovani D., Forni P. Optimizatsiya svoystv tsementov s dobavka-mi pri ispol'zovanii intensifikatorov pomola [Optimization of Blended Cements Performance by the Use of Grinding Aids]. Tsement i ego primenenie [Cement and its Application]. 2013, no. 5, pp. 115—118. (In Russian)

26. Gusev B.V., In Ien-Lyan S., Krivoborodov Yu.R. Aktivatsiya tverdeniya shlakoport-landtsementa [Activation of Portland Cement Hardening]. Tekhnologii betonov [Concrete Technologies]. 2012, no. 7—8 (72—73), pp. 21—24. (In Russian)

About the authors: Kravtsov Aleksey Vladimirovich — postgraduate student, Department of Technology, Management and Economy in the Construction, Kostroma State Agricultural Academy (KSAA), 34 Uchebnyy gorodok str., Karavaevo settlement, Kostroma district, Kostroma region, 156530, Russian Federation; [email protected];

Tsybakin Sergey Valer'evich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, chair, Department of Technology, Management and Economy in the Construction, Kostroma State Agricultural Academy (KSAA), 34 Uchebnyy gorodok str., Karavaevo settlement, Kostroma district, Kostroma region, 156530, Russian Federation; [email protected];

Vinogradova Ekaterina Alekseevna — student, Department of Technology, Management and Economy in the Construction, Kostroma State Agricultural Academy (KSAA), 34 Uchebnyy gorodok str., Karavaevo settlement, Kostroma district, Kostroma region, 156530, Russian Federation; [email protected];

Borodina Lidiya Mikhaylovna — student, Department of Technology, Management and Economy in the Construction, Kostroma State Agricultural Academy (KSAA), 34 Uchebnyy gorodok str., Karavaevo settlement, Kostroma district, Kostroma region, 156530, Russian Federation; [email protected].

For citation: Kravtsov A.V., Tsybakin S.V., Vinogradova E.A., Borodina L.M. Betony s organomineral'noy dobavkoy na osnove tonkomolotogo shlaka medeplavil'nogo proiz-vodstva [Concrete with Organic Mineral Admixture Based on Fine Grinding Cooper Slag]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 2, pp. 86—97. (In Russian)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.