CC BY
154
7/)П11 ВЕСТНИК _^/2отт_МГСУ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ВОЛЛАСТОНИТОВОГО
СЫРЬЯ
EXPERIMENTAL STUDIES TOUGHNESS CHARACTERISTIC CONCRETE ON BASE VOLLASTONE CHEESE
A. X. Кулдашева A.H. Kuldasheva
Самаркандский государственный архитектурно-строительный институт. Узбекистан.
В статье приводятся результаты экспериментальных исследований применения волластонитового минерала в качестве мелкого и крупного заполнителя для получения тяжелых бетонов.
In the article are bring results of experimental studies of using an vollastone mineral as small and large fill for getting the heavy concretes.
В настоящее время актуален вопрос снижения энергозатрат, улучшения прочностных и деформативных свойств бетонных материалов и конструкций. В связи с истощением месторождений высококачественного сырья, для решения этого вопроса важное значение приобретает использование новых нетрадиционных видов минеральных ресурсов. Так, большой практический интерес представляет волластонит, как сырьё многоцелевого назначения, обладающий крупнокристаллической игольчато-волокнистой структурой и широко используемый в различных отраслях промышленности.
Волластонит представляет собой природный силикат кальция, отвечающий химической формуле CaSiO3. Первоначально его относили к группе пироксенов, но позднее точные исследования выявили его отличия от типичных пироксенов и прежде всего в морфологии кристаллов [6]. Если типичный пироксен образует в большинстве случаев более или менее изометричные зерна, то для волластонита характерны удлиненные игольчатые кристаллы. При раскалывании кристаллов также образуются зерна игольчатой формы (способность сохранять игольчатую форму частиц при его измельчении). Соотношение длины частиц к их ширине определяет сортность волластонита. Сорта с высоким характеристическим отношением имеют показатели от 12:1 до 20:1. Промышленные сорта волластонита имеет среднюю длину иголок от 200 мкм для дли-норазмерных, до 20 мкм для микроигольчатых сортов.
Структура волластонита характеризуется повторяющимися, переплетенными тройными четырехгранниками кварца. Цепочки, формируемые этими кварцевыми четырехгранниками, соединены по сторонам через кальций, образуя восьмигранники. Благодаря такой структуре, волластонит растет как игольчатый кристалл и сохраняет эту игольчатую структуру при расщеплении [2]. Как мелко, так и крупноразмерные сорта волластонита доступны в силановой и органосилановой обработке для улучшения совместимости с органическими матрицами.
Игольчатые кристаллы волластонита формируются также и в результате свободного роста из расплава при относительно низкой температуре. Игольчатая форма зерен волластонита определяет его основное направление использования в качестве микроармирую-щего наполнителя.
Основными достоинствами волластонита являются универсальность, умеренная мас-лоемкость, высокая яркость, щелочной показатель рН и др. Волластонит не растворяется в воде и органических растворителях, реагирует с соляной кислотой. Поверхность волластонита при контакте с водой гидролизуется, образуя гидроксид кальция, который обеспечивает щелочность дисперсий волластонита. При не полном разложении в кислотах образуется силикагель, который защищает кристаллы от дальнейшего растворения. Волластонит обладает сильным буферным эффектом в кислых растворах благодаря освобождению ионов кальция[2].
Вышеперечисленные свойства волластонита не уступают по всем показателям подобным горным породам. Поэтому воллостонит широко используется при производстве керамических изделий, огнеупорных и кислотостойких материалов, асбестоцементных изделий, лакокрасочных материалов, композиционные полимеры и др.[1]/
Игольчатая форма зерна волластонита предопределяет первое его использование в качестве микроармирующего элемента цементного камня. Но позже были обнаружены и более интересные свойства цемента с добавкой волластонита. Известно [3,5,8], что содержание волластонитовой добавки в составе цементов в количестве 10-30% увеличивает активность, коррозионную стойкость вяжущего.
Применение волластонитового сырья как заполнителя для бетона, при прочих равных условиях позволяет получать более прочные бетоны с улучшенными характеристиками [4,7].
В Узбекистане, имеется ряд месторождений волластонита, запасы которых составляет десятки млн. тонны, поэтому была изучена возможность его применения как заполнителя для бетонов. Для проведения экспериментальных исследований использовалось волла-стонитовое сырьё Койташского месторождения.
Применяемая волластонитовая порода содержала 66,5% CaSЮз при следующем химическом составе (%): SiO2-38,6; CaO-42,5; А^-2,37; Fe2Oз+FeO-3,6; MgO-1,6; Ж>2-0,20; Na20-0,25; K20-0,40; Mn0-0,18; п.п.п-10,38. Минералогический состав (%): волластонит -66,6; кварц-12,4; пироксен-12; кальцит 2,7; полевой шпат-2,5; гранит 2,1 и другие минералы 1,8.
Первоначальная волластонитовая порода представляла собой куски размером 100200 мм, имела белую окраску с сероватым оттенком и стеклянным блеском. В исследованиях использовали волокнистую фракцию в качестве мелкого заполнителя, которую получали путем рассева продуктов дробления кусков руды сначала на щековой дробилке, затем на молотковых дробилках ударного действия. Модуль крупности дробленного волластонитового песка составил Мл=2,1 (мелкий заполнитель, средней крупности).
Исследовали бетонную смесь состава 1:2:3,29 (цемент: песок: щебень) при водоце-ментном отношении В/Ц=0,57, и удельном расходе цемента-350 кг, песка-700 кг и щебня-1150 кг (подвижность бетонной смеси П1). Этот состав был принят за исходный состав. В остальных составах 15, 30 и 45% песка заменили на волластонитовый заполнитель. Водо-цементное отношение поддерживалось во всех составах постоянным.
Из бетонных смесей формовали образцы - бетонные кубы размерами сторон 10x10x10 см и призмы размерами 10x10x40 см, распалубка образцов производилась через 3 суток. Кубиковая и призменная прочность бетона определялась после распалубки образцов и на 7, 14, 28, 60, 90 и 180 сутки твердения в нормальных условиях.
Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 1 и 2.
Результаты кубиковой прочности бетона
7/2011 ВЕСТНИК
_МГСУ
Таблица 1
Состав бетонов Мелкий заполнитель, мас.,% Кубиковая прочность бетона, МПа
песок волластонит 7 сут. 14 сут. 28 сут. 60 сут. 90 сут. 180 сут.
Исходный 100 - 10,8 12,2 18,5 23,5 25 26
Опытный 1 85 15 11,5 15,7 22,5 28,0 30 31,0
2 70 30 10,6 17,5 24,5 31,5 33 34,0
3 55 45 10,45 15,0 22 26,5 28,5 30,0
Результаты призменной прочности бетона _Таблица 2
Состав бетонов Мелкий заполнитель, мас.,% Призменная прочность бетона, МПа
песок волластонит 7 сут. 14 сут. 28 сут. 60 сут. 90 сут. 180 сут.
Исходный 100 - 8,20 8,7 12,8 13,6 14,4 16,0
Опытный 1 85 15 8,8 19,7 16,0 18,0 20,0 22,0
2 70 30 9,20 13,3 18,2 20,0 21,2 23,3
3 55 45 8,3 10,7 16,1 17,9 18,3 24,8
Анализ полученных данных (табл. 2, 3) показывает перспективность использования в составах бетонов волокнистых фракций волластонита так, например кубиковая прочность бетона содержащего 15% волластонитового заполнителя, через 28 и 180 суток твердения составляла 22,5 и 31МПа соответственно, тогда как прочность бетона исходного состава - 18,5 и 26 МПа. Увеличение кубиковой прочности составляет в среднем 18-20%. В составах, где содержание волластонитового песка 30%, увеличение прочности составляет в среднем 30-32%. В третьих составах увеличение кубиковой прочности составляет в среднем 15-18%, что близко к первому составу.
В тоже время призменная прочность бетона увеличилась для первого и третьего составов до 30%, для второго состава до 40% (табл.2).
Таким образом, можно отметить, что применение волластонитовой добавки вместо части песка до 30% позволяет получать бетоны наиболее высокой прочности. Это свидетельствуют о том, что при равных прочностных условиях возможна значительная экономия цемента. Это имеет весьма важное народнохозяйственное значение, так, как в перспективе возможно проектирование более легких, более прочных и менее массивных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений различного назначения. Применение волластонитового заполнителя позволит уменьшить стоимость строительства, снизить расходы цемента и других материалов.
Литература
1. Азаров Г.М. Волластонитовое сырье и области его применения (обзор)/Г.М.Азаров, Е.В. Майорова, М.А. Оборина, A.B. Беляков// Стекло и керамика.2002.-№11.-С.2527.
2. Акатьева JI.B. Синтез и физико-химические свойства ксонотлита и волластонита : дис. . канд. хим. наук / Ин-т общей и неорг. химии им. Н.С. Курнакова РАН. М., 2003. - 233 с.
3. Бердов Г. И. Влияние количества и дисперсности минеральных добавок на свойства цементных материалов / Г. И. Бердов, Л. В. Ильина // Известия вузов. Строительство. - 2010. - № 11/12. - С. 11-16
4. Гайдаш Б., Деревягин Г.Ф., Деревягина А.А. Экспериментальные исследования возможности получения специальных марок бетона на основе волластонитового сырья.// Волластонит. М. Наука, 1982. с. 90-91.
5. Гулямов М.Г., Ахмедов М. Волластонитовый цемент и его свойства.// Волластонит. М.Наука, 1982. с. 86-89.
6. Тюльнин В.А., Ткач В.Р., Эйрих В.И., Стародубцев Н.П. Волластонит: уникальное минеральное сырье многоцелевого назначения. — М. : Издательский дом «Руда и металлы», 2003. 144 с.
7. Шарифов А., Камолов Г. Твердение волластонитосодержащих бетонов в различных условиях. Архитектура и строительство Узбекистана. № 10, 1987, с.36-38.
8. Эйрих В.И. О применении волластонита в производстве композиционных материалов и изделий на основе цемента./В.И. Эйрих, С.В. Березовский, Н.П. Тарантул, И.Н. Иорамашвили, Г.В. Конов//Строительные материалы.1996.-№1.-С.14-17.
The Literature
1. Azarov G.M. Wollastonite raw material and itsuse (review / Azarov G.M., E.V. Mayo-rov, M.A. Oborin, A.V. Whites/ / Glass and ceramic.2002 .- № 11 .-P.2527.
2. Akateva L.B. Synthesis and physico-chemical properties and wollastonite ksonotlita: dis. . cand.Chem. Sciences /Institute of General and inorganic Chemistry. N.S. Kurnakov Sciences. M., 2003. - 233p.
3. Berdov G. Influence of the number and dispersion ofmineral additives on the properties of cementitious materials / G.I. Byrd, L.V. Ilina / / Proceedings of theuniversities. Construction. -2010. - № 11/12. - P. 11-16
4. .Gaydash B. Derevyagin G.F., A.A. Derevyagina Experimental studies of the possibility of obtainingspecial brands of concrete on the basis of wollastonitematerials. // Wollastonite. M. Science, 1982. p.90-91.
5. Gulyamov M.G., Ahmedov M. Vollastone cement and his (its) characteristic.// Vollastone. M. Science, 1982. p. 86-89.
6. Tyulnin V.A., Weaver W.R., Eyrikh V.I., Starodubtsev N.P. Wollastonite: a unique multipurpose minerals. - M.: Publishing House "Ore and Metals", 2003.144.
7. Sharifov A., Kamolov G. Repeating over and over again vollastone containing concrete in different condition. The Architecture and construction of Uzbekistan. 10, 1987, p.36-38.
8. Eyrikh V.I. The application of wollastonite in the manufacture of composite materials and products based on tsementa. / V.I. Eyrikh, S. Berezovsky, N.P. Taran-tul, I.N. Ioramashvili, G.V. Konov / / Construction materialy.1996 .- № 1.-P.14-17.
Ключевые слова: Волластонит, бетоны, игольчатая форма, кубиковая прочность, приз-менная прочность.
Key words: Vollastone, concrete, needle-like shape, cubic toughness, prismatic toughness.
140147 Узбекистан, г. Самарканд, ул. Лялязар 70 кафедра строительных материалов, конструкции зданий и сооружений Самаркандского архитектурно-строительного института им. Мирзо Улугбека E-mail автора: choliqushi15@mail.ru
Рецензент: Салимое А. С. директор ООО «ТБКК» г. Самарканд
