CC BY
34
УДК 666.972.4:16
Л. С. САВИН, Ю. Л. САВИН, А. П. ПРИХОДЬКО (ПГАСА)
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ЭКОБЕТОНА В ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛЕБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Наведено наукове обгрунтування технологи екобетону у виробнищга сталебетонних виробiв. Дана кла-сифжацш екодобавок та наведена технологiя екобетону для сталебетонних виробiв.
Приведено элементы технологии экобетона в производстве сталебетонных изделий. Дана классификация экодобавок и приведена технология экобетона для сталебетонных изделий.
The components of ecological concrete manufacture technologies in the production of steel-concrete products have been enlisted. Classification of ecological additives has been provided and the technology of ecological concrete has been described.
Продолжительное время бетон считается древнейшим строительным материалом [1-3]. Из него были построены галереи египетского лабиринта, часть Великой китайской стены, ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах. Известно [1], что только после получения и организации промышленного выпуска портландцемента началось массовое строительство монолитных конструкций и сооружений. В то время применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, как правило, уплотняющиеся трамбованием.
С развитием производства конструкций, армированных сетками, каркасами, связанными из стальных стержней, начинают использовать более подвижные и даже литье бетонные смеси. Это все делалось для надлежащего распределения и уплотнения материала в бетонируемой конструкции. При этом применение подобных смесей затрудняло получение бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента. Было предложено вибрирование, которое позволило обеспечить достаточное уплотнение малоподвижных и жестких бетонных смесей. При этом был снижен расход основного вяжущего в бетоне, достигнуто повышение его прочности и долговечности. Одновременно был предложен способ предварительного напряжения стальной арматуры в железобетоне [9], который способствовал снижению расхода арматуры (т. е. снижению материалоемкости) в железобетонных конструкциях, повышению их долговечности и трещиностойкости.
В послевоенный период начало интенсивно развиваться производство сборного сталебетона (термин вводится и научно обосновывается нами впервые). В связи с этим наступает эра массовой индустриализации строительных работ, ремонта восстановления инженерных сооружений.
К обоснованию термина сталебетон. Для армирования бетона в сталебетонных конструкциях, в основном, используют стальную арматуру из углеродистых и низколегированных сталей.
Стальную арматуру классифицируют: по основной технологии (горячекатаная, термически упрочненная, холоднокатаная); по условиям применения ее в инженерных сооружениях (напрягаемую и ненапрягаемую); по профилю (на гладкую и периодического профиля); по химическому составу; по свойствам - мягкие и твердые; по условиям поставки-прутковые и бухтовые. Таким образом, использование термина «железобетон» нужно считать устаревшим и научно целесообразно и обоснованно введение термина «сталебетон», как основного конструкционного материала для строительства, ремонта и восстановления инженерных сооружений.
Технология экобетона. Известно [1], что бетонами называют искусственные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества с водой (реже без воды), мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. Экобетон все тот же научно обоснованный подход плюс химические и нехимические добавки с утилизацией техногенных отходов разных отраслей промышленности, которые обеспечивают экобе-зопасность сооружения с учетом важнейших физико-химических свойств воды, без которой экоконгломерат не формируется.
В строительстве используют бетоны, приготовленные на цементах или органических вяжущих (битумах, полимерах, мономерах и др.). При этом цементные бетоны затворяют водой, которая определяет реакции гидратации, зарождения и роста кристаллов в ней, гидролиза, формирования коагуляционно-кристаллизационных структур [4-6].
Принято было считать, что между цементом и заполнителем не происходит химического взаимодействия, исключая силикатные бетоны. Поэтому их назвали инертными компонентами бетонной смеси. В экобетоне заполнители и наполнители (горные породы, шлаки, техногенные отходы и др.) играют важную физико-химическую роль.
Известно, что для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят добавки различного химического состава, они могут быть растворимыми или нерастворимыми в воде. Замечено, что некоторые добавки ускоряют, другие замедляют схватывание бетонной смеси; придают пластичность, удобоук-ладываемость; ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость в нужном направлении [7-10].
Рассмотрим физико-химическое действие добавок в экобетоне. Начнем с уникального растворителя - воды. Известно, что для приготовления бетонной смеси используют воду, удовлетворяющую действующим нормативным требованиям [1]. Для приготовления бетонной смеси можно применять морскую и другие соленые воды, удовлетворяющие требованиям: вода не должна содержать сульфатов более
2 700 мг/л (в пересчете на ) и всех солей
более 5 000 мг/л [1].
Для регулирования свойств экобетона и экобетонной смеси, экономии вяжущего используют различные добавки [11-14] в бетон. Добавки в экобетон условно подразделяют на две группы. К первой относятся химические вещества в количестве 0,1.. .3 % массы цемента с целью изменения в нужном направлении свойств бетонной смеси и экобетона. Ко второй относят тонкомолотые компоненты, добавляемые в экобетонную смесь в количестве 5.25 % с целью экономии цемента и для получения плотного бетона при малых расходах цемента. К тонкомолотым экодобавкам относят золы, шлаки, пески, отходы камнедробления и другие, придающие бетону специальные свойства: плотность, жаростойкость, изменяющие электропроводность, окрашивание и др.
Однако наибольшее применение находят химические экодобавки. Их классифицируют по основному эффекту действия на четыре группы:
1. Экодобавки: пластифицирующие, стабилизирующие (предупреждающие расслоение смеси, водоудерживающие, то есть уменьшающие водоотделение экобетонной смеси).
2. Химические добавки, регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение
экобетона: ускоряющие и замедляющие схватывание, ускоряющие процесс твердения, про-тивоморозные.
3. Экохимдобавки, которые формируют плотность и пористость экобетонной смеси и экобетона: воздухововлекающие, газообразующие, пенообразующие, уплотняющие (воздухо-удаляющие и кольматирующие поры бетона), расширяющие экодобавки.
4. Экохимдобавки, придающие экобетону специальные свойства бетона: антикоррозийные (повышающие стойкость в агрессивных средах, гидрофобизующие) уменьшающие смачивание экобетона, ингибиторы, повышающие коррозийные свойства к стальной арматуре; (повышающие бактерицидные и инсектицидные свойства красящие).
Некоторые экологически чистые добавки обладают полифункциональным действием (пластифицирующе-воздухововлекающие; газообразующие, пластифицирующие и др.). Иногда для получения того или иного эффекта полифункционального действия применяют комплексные экодобавки, которые одновременно, например, ускоряют твердение бетонной смеси, пластифицируют и ингибируют ее. Здесь используют катионные, анионные и катионно-анионные химические вещества сложного многокомпонентного состава [5; 6]. В целом большое разнообразие экодобавок позволяет технологу формировать не только технологические, но и химические свойства бетонной смеси, снизить расход цемента, энергии, трудозатрат при производстве сталебетонных конструкций, а также улучшить физико-механические показатели бетонного конгломерата.
В качестве пластифицирующих экодобавок широко используют гидрофильные типы; другой разновидностью являются гидрофобизи-рующие добавки, вовлекающие в бетонную экосмесь пузырьки воздуха, что в итоге улучшает подвижность бетонной смеси. Механизм действия этих экодобавок сводится к адсорбции их на поверхности раздела воздух-вода, следствием является понижение поверхностного натяжения воды. В итоге наблюдается стабилизация мельчайших пузырьков воздуха в цементно-песчаном тесте.
К экодобавкам первой основной группы относят сульфидно-дрожжевую бражку (СДБ). По химическому составу она представляет кальциевые соли лигносульфоновых кислот. Особенностью этой экодобавки является наличие в ней биоты различного состава представленного в дрожжах [10; 12; 13].
К химическим экодобавкам второй главной группы относят: абиенат натрия; омыленный древесный пек; мылонафт. Натриевую соль абиетиновой кислоты получают омылением канифоли в виде порошка или жидкости. Омыленный древесный пек - это паста, получаемая нейтрализацией едким натром жирных кислот древесного пека; мылонафт представляет собой натриевые соли не растворимых в воде органических кислот, получаемых из отходов при переработке нефти; асидол - нефтяные кислоты, являются отходами при переработки нефти и др. [10].
Таким образом, рассмотренная в этой статье технология экобетона и сталебетонных изделий позволяет инженеру-технологу рационально классифицировать экохимдобавки, что в итоге обеспечивает снижение энергоматериалоемкости при производстве и ремонте бетонных и сталебетонных конструкций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баженов Ю. М. Технология бетона. - М.: Строй-издат,1978. - 455 с.
2. Баженов Ю. М. Бетонополимеры. - М.: Строй-издат, 1983. - 472 с.
3. Цукович С. М. Заполнители для бетона. -Минск: Высш. шк., 1983. - 214 с.
4. Комар А. Г. Строительные материалы и изделия. - М.: Высш. шк., 1983. - 560 с.
5. Савин Л. С. Галогенсодержащие фритты и поверхностно-активные вещества в технологии эмалирования стали. Автореферат на соискание уч. степени докт.техн.наук. - К. 1987.
6. Савин Л. С. Поверхностно-активные вещества в технологии эмалирования стали. - К.: Вищ. шк., 1984.
7. Савин Л. С. Основные принципы взаимодействия в системе «цемент-щебень-песок-добавки-вода» / Л. С. Савин, Ю. Л. Савин, А. П. Приходько // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. тр. - Д. - 2002. - Вып. 21.
8. Большаков В. И. Элементы синергетики в бетоно-ведении / В. И. Большаков, Ю. Л. Заяц, Л. С. Савин, Ю. Л. Савин // Строительство: Сб. науч. тр. ДИИТа. - Д. - 1999. - Вып. 6. - С. 12-18.
9. Николаев С. В. Сборный железобетон. Выбор технологических решений. - М.: Стройиздат, 1978. - 234 с.
10. Ратинов В. Б. Добавки в бетон / В. Б. Ратинов, Г. И. Розенберг - М.: Стройиздат, 1973. - 207 с.
11. Рыбьев И. А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. - М.: Высш. шк., 1978. - 309 с.
12. Шестоперов С. В. Технология бетона. - М.: Высш. шк., 1977. - 432 с.
13. Алексеев С. Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне. - М.: Стройиздат, 1968.
14. Ахвердов И. Н. Основы физики бетона. - М.: Стройиздат, 1981. - 464 с.
Поступила в редколлегию 23.10.2005.
