CC BY
83
_Известия ТулГУ. Науки о земле. 2016. Вып.3_
Key words: mechano-chemical activation, complex agent, activated clay suspension, clay raw material, pyrite-containing clay, haydite clay.
Ryabov Roman Gennadievich, Candidate of Science, Docent, ryabov-tsu@mail. ru, Russia, Tula, Tula State Pedagogical University,
Hmelevskyi Maxim Victorovich, postgraduate, maks-xmel@,bk. ru, Russia, Tula, Tula State University
Reference
1. Avgustinnik A. I. Keramika. L.: «Strojizdat». 1975. 592 s.
2. Al'perovich I.A. Novoe v tehnologii licevogo keramicheskogo kirpicha ob#emnogo okrashevanija // Stroitel'nye materialy. 1993. №7.
3. Kanaev, V.K. Novaja tehnologija stroitel'noj keramiki. M.: Strojizdat. 1990. 264
s.
4. Kachurin N.M., Rjabov G.G., Rjabov R.G. Gorbacheva M.I. Keramiches-kaja massa dlja oblicovochnyh izdelij. Patent RF № 2099307// Zaregistrirovan v Gosudarstvennom reestre izobretenij 20.12.97.
УДК 666.971.16
ЭКОЛОГИЧЕСКИ РАЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ БЕТОНОВ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ ИЗ ОТХОДОВ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Р.Г. Рябов, М.В. Хмелевский, Ю.А. Воронкова
Рассмотрен способ повышения коррозионной стойкости бетонов первичным методом защиты, а именно применением комплексной модифицирующей добавки на основе пуццолановых добавок (микрокремнезём и метакаолин), содержащих аморфный кремнезём, и суперпластификатора. Проведен эксперимент и обоснована эффективность применения данных добавок в коррозионностойком мелкозернистом бетоне.
Ключевые слова: мелкозернистый бетон, коррозия, пуццолановая добавка, микрокремнезём, метакаолин, суперпластификатор.
В современном строительстве при возведении бетонных и железобетонных конструкций применяются бетоны всё более высоких классов по прочности, повышаются требования к коррозионной стойкости бетона в агрессивных средах и его способности длительно защищать стальную арматуру от коррозии. Развитии технологии бетона, в том числе применение новых вяжущих и модификаторов, позволяет получать бетоны с новыми
210
_Геотехнология_
коррозионными характеристиками: низкой проницаемостью для агрессивных газов и растворов, пониженной способностью химически реагировать с компонентами агрессивных сред.
К настоящему времени в строительном материаловедении накоплен большой массив научных данных о коррозионностойких процессах, протекающих в бетонах под влиянием среды того или иного состава: установлены и исследованы принципиальные среды химических реакций; даны математические описания некоторых коррозионных процессов; создана система нормативных документов по борьбе с коррозией бетона в строительстве.
Основоположником науки о коррозии бетона профессором В.М. Москвиным многочисленные процессы, протекающие при коррозии бетона, были классифицированы на три основных вида и указаны основные пути повышения коррозионной стойкости бетона [1].
Для предотвращения коррозионного разрушения бетонов и железобетонов и конструкций могут быть предусмотрены следующие виды защиты [2]:
1) первичная, заключающаяся в выборе конструктивных решений, материала конструкции или в создании его структуры с тем, чтобы обеспечить стойкость этой конструкции при эксплуатации в соответствующей агрессивной среде;
2) вторичная, заключающаяся в нанесении защитного покрытия, пропитке и применении других мер, которые ограничивают или исключают воздействие агрессивной среды на бетонные и железобетонные конструкции;
3) специальная, заключающаяся в осуществлении технических мероприятий, не упомянутых в перечислениях 1) и 2), но позволяющих защитить бетонные и железобетонные конструкции и материалы от коррозии.
К мерам первичной защиты относятся [2]:
1) применение бетонов, стойких к воздействию агрессивной среды;
2) применение добавок, повышающих коррозионную стойкость бетонов и их защитную способность по отношению к стальной арматуре, стальным закладным деталям и соединительным элементам;
3) снижение проницаемости бетонов;
4) соблюдение дополнительных расчетных и конструктивных требований при проектировании бетонных и железобетонных конструкций.
Научный опыт, накопленный за многие годы исследований в области технологии бетона, показывает, что в качестве эффективных модификаторов для коррозионностойких бетонов являются пуццолановые добавки.
Дисперсность частиц пуццолановых добавок соизмерима с размерами зерен цемента и наблюдается пластифицирующий эффект, проявление которого повышается с увеличением (до оптимального) количества
211
_Известия ТулГУ. Науки о земле. 2016. Вып.3_
вводимой добавки. Образование гидросиликатов кальция (Са(ОН)2) обеспечивает повышение плотности и прочности цементного камня и, соответственно, бетона и раствора за счет вовлечения активной части добавки в формирующуюся структуру цементного камня.
Вместе с этим, уменьшение свободной гидроокиси кальция в структуре цементного камня способствует повышению коррозионной стойкости
бетона к коррозии 1-го вида - выщелачиванию и коррозии 11-го вида - химической коррозии, так как исключает образование легкорастворимых гидроксилов магния, натрия и других [3].
Таким образом, введение химически активных минеральных крем-незёмсодержащих добавок способствует не только сокращению расхода цемента, но и повышению коррозионной стойкости бетона, что свидетельствует о технической и экономической эффективности использования данных добавок в бетонах и растворах.
Предлагаем для повышения коррозионной стойкости и долговечности бетонов и растворов комплексную модифицирующую добавку, включающую пуццолановые добавки (микрокремнезём и высокоактивный ме-такаолин), содержащих аморфный кремнезём и суперпластификатор полифункционального действия на основе полиоксиэтиленовых производных полиметакриповой кислоты «Линамикс ПК» при следующем соотношении от массы цемента: микрокремнезём - 4...10%; высокоактивный метакао-лин - 2.6%; суперпластификатор «Линамикс ПК» - 1,5%. Добавки микрокремнезёма и матакаолина вводятся вместе с сухой частью с портландцементом и песком, суперпластификатор - с водой затворения.
При изготовлении образцов приняты следующие материалы в количестве, представленные в табл. 1.
Таблица 1
Состав бетона с комплексной модифицирующей добавкой
Компонент Дозировка (на замес)
Портландцемент ЦЕМ 142,5 Н ГОСТ 31108-2003 500 г
Песок природный по ГОСТ 8736-93 1500 г
Вода 247 мл
В/Ц 0,5
Метакаолин 10.30 г
Микрокремнезём 20.50 г
Линамикс ПК 3 мл
Характеристика компонентов комплексной модифицирующей добавки:
1. «Линамикс ПК» является суперпластификатором и позволяет увеличить подвижность бетонной смеси, снизить водоцементное отношение. Основным преимуществом суперпластификатора является то, что при
_Геотехнология_
одинаковых значениях водоцементного отношения он значительно повышает подвижность бетонных и растворных смесей, не снижая прочностных показателей затвердевших смесей.
2. Микрокремнезем - образуется как побочный продукт при производстве ферросилиция и осаждается в электрофильтрах. Большую часть образуют частички аморфного оксида кремния круглой формы средним размером 0,1 мкм и удельной поверхностью 16...22 м /г. Микрокремнезем-радиационно и гигиенически безопасен, соответствует первому классу материалов (использование без ограничений) и соответствует четвертому классу опасности (малоопасная степень). Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в добавке не превышает 370 Бк/кг.
3. Высокоактивный метакаолин - продукт дегидратации каолиновой глины (природного гидроалюмосиликата). Дегидратированный, аморфный алюмосиликат является высокоактивным природным пуццоланом, т.е. гидравлически-активной добавкой, способной при взаимодействии с известью (Са(ОН)2), образовывать нерастворимые, низкоосновные гидроаллюмосиликаты кальция.Удельная поверхность метакаолина составляет 12...13 м2/г. Высокоактивный метакаолин не радиактивен и гигиенически безопасен.
В результате проведенных испытаний изготовленных образцов мелкозернистого бетона с комплексной модифицирующей добавкой на основе микрокремнезёма, высокоактивного метакаолина и суперпластификатора «Линамикс ПК» на определение физико-механических свойств (плотность, предел прочности на изгиб при растяжении, предел прочности на сжатие, содержание в цементном камне Са(ОН)2) в возрасте 28 суток дали следующие результаты по сравнению с бездобавочным мелкозернистым бетоном (табл. 2).
По результатам испытания мелкозернистого бетона с комплексной модифицирующей добавкой наиболее оптимальним составом является состав №3 с содержанием метакаолина 4 %, микрокремнезёма 7 %. По сравнению с бездобавочным образцом, установлено:
1. Прочность образцов на растяжение при изгибе с добавлением комплексной модифицирующей добавки выше в 1,5 раза по сравнению с бездобавочным.
2. Прочность образцов на сжатие с добавлением комплексной модифицирующей добавки и выше в 1,2 раза, чем в бетоне без добавки.
3. Содержание Са(ОН)2 снизилось с 15 % в бездобавочном составе мелкозернистого бетона до 13,5 % - с комплексной модифицирующей добавкой, что и приводит к снижению коррозии I и II вида.
Таблица 2
Результаты испытания образцов в возрасте 28 суток
Состав Плотность бетона, рб, кг/м3 Предел прочности образцов на растяжение при изгибе, Яизг, МПа Предел прочности образцов при сжатии, Кож, МПа Содержание Са(ОН)2 в цементном камне образцов, %
Бездобавочный 2230 3,52 29,3 15
№1 2260 5,11 34,6 13,5
№2 2245 5,38 36,3 13,75
№3 2235 5,42 36,7 13,5
№4 2240 5,26 36,1 13,75
№5 2230 5,53 37,4 14,0
№1 №2 №3 №4 №5 микрокремнезём - 10%, высокоактивный метакаолин - 6%; микрокремнезём - 10 %; высокоактивный метакаолин - 2%; микрокремнезём - 7 %; высокоактивный метакаолин - 4% микрокремнезём - 4 %; высокоактивный метакаолин - 6% микрокремнезём - 4 %; высокоактивный метакаолин - 2%
Использование данных добавок в коррозионностойком мелкозернистом бетоне приводит к следующим эффектам:
1. Так как данные добавки являются пуццолановыми с высокой гидравлической активностью, которая ускоряет химические реакции гидратации цемента в начальный период твердения, то это и приводит к уменьшению порообразования в цементном камне и достижению более высокой плотности цементного камня и контактной зоны и приводит к повышению коррозионной стойкости.
2. Достаточно мелкий гранулометрический состав и значительная удельная поверхность зерен аморфного кремнезема данных добавок обусловливают высокие пуццолановые свойства и позитивное влияние на свойства бетона.
Состав проектируемого многокомпонентного мелкозернистого бетона отражен на рисунке.
■ Песок в Цемент
■ Вода.
я Микрокремнезем в Метакаолин Динамике ПК
Расход компонентов для получения мелкозернистого бетона
_Геотехнология_
Таким образом, можно сделать вывод о том, что влияние компонентов комплексной добавки осуществляется на основе химических и физических процессов и значимость суммарного действия заключается в совместном действии аморфных кремнеземистых добавок и суперпластификатора на микро- и наноуровне, что при относительно не высоком содержании применяемых кремнеземистых добавок дает возможность получить корро-зионностойкий мелкозернистый бетон.
Список литературы
1.В.М. Москвин, Ф.М. Иванов, С.Н. Алексеев, Е.А. Газеев. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. М.: Стройиздат. 1980. 535с.
2. ГОСТ31384-2008. Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии.
3. Добавки в бетоны и строительные растворы: учебно-справочное пособие / Л.И. Касторных. Ростов н/Д.: Феникс. 2007. 221 с.
Рябов Роман Геннадьевич, канд. техн. наук, доц., ryabov-tsu@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет,
Хмелевский Максим Викторович, асп., maks-xmel@,bk.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Воронкова Юлия Александровна, ст. лаборант, ecology@tsu. tula.ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет
ENVIRONMENTAL RA TIONAL TECHNOLOGY OF IMPROVING CONCRETES CORROSION RESISTANCE BY MODIFYING AGENT FROM MINING ENTERPRISES WASTES
R G. Ryabov, M. V. Hmelevskyi, Y.A. Voronkova
The method of improving the corrosion resistance of concrete the primary method of protection, namely the application of complex modifying additives based on pozzolanic admixture (silica fume and metakaolin) containing amorphous silica, and super-plasticity. Conducted the experiment and proved the efficiency of application of these additives in the corrosion resistant fine-grained concrete.
Key words: fine concrete, corrosion, pozzolanic admixture, silica fume, metakaolin, super-plasticizer.
Ryabov Roman Gennadievich, Candidate of Science, Docent, ryabov-tsu@mail. ru, Russia, Tula State Pedagogical University,
Hmelevskyi Maxim Victorovich, Post-graduate Student, maks-xmel@,bk. ru, Russia, Tula State University,
Voronkova Yulia Alexandrovna, Senior Laboratory Assistants. ecology@tsu. tula. ru, Russia, Tula State University
Reference
1.V.M. Moskvin, F.M. Ivanov, S.N. Alekseev, E.A. Gazeev. Korrozija betona i zhe-lezobetona, metody ih zashhity. M.: Strojizdat. 1980. 535s.
2. G0ST31384-2008. Zashhita betonnyh i zhelezobetonnyh konstrukcij ot korrozii.
3. Dobavki v betony i stroitel'nye rastvory: uchebno-spravochnoe posobie / L.I. Kas-tornyh. Rostov n/D.: Feniks. 2007. 221 s.
УДК 553.541: 662.67
ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ
И ЗА РУБЕЖОМ
В.Г. Хачатурян
Рассмотрено состояние сланцевой промышленности в России и за рубежом, проанализирован опыт и перспективы использования горючих сланцев в народном хозяйстве нашей страны. Представлены основные направления освоения запасов горючих сланцев и комплексного их использования. Приведена разнообразная номенклатура продукции, получаемой в результате переработки сланцевого сырья. Предложен гидромеханический способ добычи горючих сланцев.
Ключевые слова: горючие сланцы, углеводородное сырье, сланцевая смола, сланцевое масло, обогащение, сжигание.
В настоящее время нефть и природный газ являются основными видами сырья для энергетики и химической промышленности. Вместе с тем постоянный рост энергопотребления на фоне истощения запасов традиционных нефтяных и газовых месторождений, перемещения центров добычи в труднодоступные регионы с высокими инвестиционными затратами требуют оценки возможностей развития сырьевой базы и организации добычи новых нетрадиционных видов углеводородного сырья, к которым относятся сланцевые нефти и газы.
Ресурсы сланцевого углеводородного сырья Российской Федерации весьма значительны. Суммарная доля рассматриваемых его видов в текущих разведанных запасах России к настоящему времени превысила 60 %.
216
