CC BY
42
Следует отметить основную особенность работы биореактора с синтетической ершовой загрузкой - увеличение концентрации коагулированного активного ила в объеме ершовой загрузки и обеднение основного циркуляционного контура диспергированным активным илом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю. Поверхность контакта фаз в аэробной очистке сточных вод : монография. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2009. 144 с.
2. Кульков В.Н. Определение концентрации свободно плавающего ила в биореакторе / В.Н. Кульков, В.М. Сосна, А.М.Зеленин // Вода Madazine. Москва, 2012. № 3. С. 44-46.
Информация об авторах
Кульков Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, тел.: (3952) 405-142, е-mail: kvn@istu.edu; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Солопанов Евгений Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Информатика», тел.: (3952) 405-279; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Зеленин Александр Матвеевич, аспирант; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Information about the authors
Kulkov V.N., Doctor of Technical Sciences, Professor, Department engineering services and life-support systems, tel.: (3952) 405-142, е-mail: kvn@istu.edu; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Solopanov E.IU., Candidate of Technical Sciences, Associate professor of the Department «Computer science», tel.: (3952) 405-279; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Zelenin A.M., Post-graduate, Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
УДК 691.002.68.004.12
ГОРЕЛАЯ ПОРОДА ЧЕРЕМХОВСКИХ ТЕРРИКОНИКОВ - АКТИВНАЯ
МИНЕРАЛЬНАЯ ДОБАВКА*
Е.А. Левченко, В.А. Воробчук, Е.А. Филоненко, К.А. Филоненко
В настоящее время широко используются минеральные добавки, вводимые в известковые вяжущие и цементы для улучшения их свойств и придания специальных качеств. Введение таких материалов в портландцементы способствует улучшению ряда его технических свойств (водостойкости, сульфатостойкости), снижает экзотермию, что очень важно при возведении бетонных массивных конструкций. Целью этой работы являются
* Статья публикуется в рамках выполнения соглашения № 14.В37.21.2117 по мероприятию 1.4 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
исследования золы терриконовой как самостоятельной активной минеральной добавки (АМД) техногенного происхождения. В этой статье раскрыты все положительные физико-химические свойства материала, выполнена работа по экспериментальному исследованию ЗТ (зола терриконовая), получены результаты, подтверждающие высокую гидравлическую активность ЗТ, а также высокую прочность материала при её использовании.
Ключевые слова: зола терриконовая, вяжущее, активные минеральные добавки.
BRUNT ROCK OF CHEREMKHOVO PIT TIPS AS ACTIVE MINERAL ADMIXTURE E.A. Levchenko, V.A. Vorobchuk, E.A. Filonenko, K.A. Filonenko
Nowadays mineral admixtures are widely used with calcareous cements for their characteristics' improvement and getting special properties. Usage of such materials with portland cements improves their technical properties (water resistance, sulphateresistance) and decreases heat generation that is very important in the process of concrete solid structures construction. The article examines ashes of pit tips as an independent active mineral admixture of anthropogenic origin. The authors demonstrate all the positive physicochemical properties of the material, present the experimental study of ashes of pit tips, provide results confirming high hydraulicity and material's high strength while using ashes of pit tips.
Key words: ashes of pit tips, calcareous cement, active mineral admixture.
К активным минеральным добавкам (АМД) относят тонкоизмельчённые вещества, вводимые в известковые вяжущие и цементы для улучшения их свойств и придания специальных качеств.
Введение таких материалов в портландцементы способствует улучшению ряда его технических свойств (водостойкости, сульфатостойкости), снижает экзотермию, что очень важно при возведении бетонных массивных конструкций. При этом гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении портландцемента, связывается АМД, образуя малорастворимые кристаллические соединения [1].
По своей работе при твердении портландцементного камня АМД относят к кислым добавкам, так как в основном они состоят из кремнезёма и глинозёма (70-90 %) и практически не содержат низкоосновных силикатов и алюминатов кальция.
В настоящее время кислые АМД разделяют по происхождению на природные и искусственные [3]. Природные АМД вулканического и осадочного происхождения часто залегают вдали от места производства портландцемента и, таким образом, их использование не выгодно.
К искусственным кислым АМД относят:
- активные кремнезёмистые отходы;
- обожженные глины (глинит, цемянки, горелые породы и т. п.);
- топливные золы и шлаки.
Все эти добавки представляют собой техногенные отходы, которые накапливаются при термической обработке минерального сырья, а также при добыче и сжигании твёрдого топлива. Наиболее крупномасштабными отходами, которые в большинстве случаев накапливаются в отвалах, являются топливные шлаки и золы. Шлаками обычно считают отходы в виде спёкшихся ноздреватых кусков и зёрен размером более 0,3-0,5 мм. Рыхлые дисперсные материалы с частицами менее 0,3 мм называют золами.
Химический и фазовый состав топливных шлаков и зол очень разнообразен и зависит от сжигаемых углей, характера угленосной породы и условий сжигания топлива. Поэтому к активным кислым минеральным добавкам с небольшим содержанием окиси кальция (2-5 %) относятся шлаки и золы от сжигания каменных углей и антрацитов. Содержа-
ние кремнезёма, глинозёма и окиси железа в таких золах достигает 60-90 %. Однако их активность зависит от температуры сжигания топлива и условий удаления из топки.
Учитывая вышесказанное, наиболее эффективно при производстве АМД могут быть использованы топливные кислые золы (готовый дисперсный порошок), имеющие минимальную влажность (золы-уноса, сухого удаления из топок). При этом они образуются в результате сжигания каменных углей, минеральная часть которых представлена значительным содержанием каолинитовых минералов.
Такую АМД при помоле клинкера использует завод ОАО «Ангарскцемент» применяя золу-уноса Иркутской ТЭЦ-1. Зола ТЭЦ-1 по химическому составу относится к кислым активным добавкам и может характеризоваться пониженной гидравлической активностью. Обычно золы-уноса содержат до 90 % округлых частичек из кремнезёмисто-алюминатного или железистого стекла [1]. Эти частицы оплавлены и имеют малое количество самых активных аморфизированных частиц глиняного вещества.
Вместе с этим в Иркутской области конкретно в Черемховском районе присутствует большое количество материала, представляющего интерес как АМД. К ним следует отнести обожженные «пустые» породы, выброшенные в отвалы (терриконики) при добыче угля. В пустых породах содержится обычно некоторое количество угля, которое в терри-кониках начинает гореть (самовозгорание). При этом развиваются достаточно высокие температуры, обуславливающие обжиг сопутствующих углю глинистых каолинитовых пород с образованием золы, богатой активными продуктами. Исходя из этого, основной целью работы является:
- исследование по оценке золы терриконовой как самостоятельной активной минеральной добавки техногенного происхождения, по требованиям ТУ 21-26 «Активные минеральные добавки для цементов» [3];
- доказать экспериментальным исследованием максимально возможное количество ввода золы терриконовой в качестве АМД при помоле клинкера с соблюдением главного критерия - сохранения всех качественных показателей цемента марки 400 Д20 по ГОСТ.
1. Свойства сырья
1.1.Зола терриконовая
Основной объект исследования - общая проба в виде рыхлого зернистого материала. Цвет зёрен от малинового до светло-оранжевого. По форме зёрна щебёнистые и в большинстве пластинчатые и слоистые.
Полученный зерновой состав материала путём рассева на стандартных ситах [3] по ГОСТ 9758 показан в табл. 1. Исследуемый материал в пробе имеет наибольшую крупность менее 70 мм. Основную массу пробы составляют зёрна размером менее 5 мм (около 60 % массы). Песчаная часть (зёрна менее 5 мм) более половины сложена крупными зёрнами и таким образом относится к крупным пескам [3].
Таблица 1
Естественный зерновой состав золы терриконовой
Частные остатки, % масс Размер отверстий сит, мм
40 20 10 5,0 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,0
1. 2,3 18,3 10,4 10,9 13,7 5,8 10,3 11,3 9,6 7,3
2. 3,1 17,9 10,8 10,4 14,6 5,6 9,9 11,1 9,8 7,1
При изучении физико-механических свойств материала пробы по методике ГОСТ 8969.0 и на основании [3] и данных табл. 2. исследуемый материал может быть использован как легкий заполнитель в бетонах. Усреднённая проба щебёночной части имеет достаточную прочность на сжатие при испытании в цилиндре и составляет в среднем 1,8 МПа. При этом зёрна рыхлого материала имеют среднюю водостойкость (коэффициент
размягчения колеблется от 0,66 до 0,72). Это говорит о том, что в зёрнах присутствуют фрагменты частиц, которые легко смачиваются водой, создавая некую пластичность. Такое явление присуще обожженным глинам.
Таблица 2
Физико-механические свойства золы терриконовой
№ п.п. Наименование свойств Показатели
частные средние
1 2 3
1 2 3 4 5 6
1. Естественная влажность, % масс 8,4 9,2 8,9 8,8
2. Насыпная плотность, кг/м3 1074 1096 - 1085
3 Содержание зёрен 0-5 мм, % масс 57,4 59,8 - 58,6
4. Содержание зёрен 5-70 мм, % масс 42,6 40,2 - 41,4
5. Насыпная плотность зёрен >5 мм, кг/м3 822 808 - 815
6. Насыпная плотность зёрен <5 мм, кг/м3 790 810 - 800
7. Средняя плотность зёрен, кг/м3 1808 1812 1825 1815
8. Истинная плотность, г/см3 2,61 2,58 2,54 2,58
9. Прочность в цилиндре, кг/см2 17,1 18,3 17,6 17,7
10. Водопоглощение, % масс 15,5 15,9 14,5 15,3
11. Коэффициент размягчения 0,72 0,66 - 0,69
Таблица 3
Химический состав золы терриконовой
Содержание, % 8102 АЬОэ Бе20э СаО Mg0 К2О №20 МпО Т102 802
максимальное 74,4 20,3 11,3 4,8 2,9 2,5 0,41 0,034 0,61 0,36
минимальное 63,2 16,8 4,5 1,2 2,1 1,0 0,27 0,016 0,18 0,14
среднее 65,6 18,7 6,03 2,2 2,6 1,9 0,35 0,027 0,30 0,29
Поэтому и физико-механические свойства исследуемого материала, и его химический состав (табл. 3) дают основание полагать, что объект исследования является подобием природной горелой породы, богатой дегидратированными глинистыми минералами. По генезису исследуемый материал относится к продукту обжига при невысоких температурах (600-800 °С) - угленосным пустым породам. Такой продукт назван золой террико-новой, так как в основном образуется при самовозгорании террикоников и относится к техногенным отходам. 1.2. Вспомогательные материалы
а) Стандартный кварцевый однофракционный песок, используемый для приготовления растворов по ГОСТ 310.4. Этот же песок, измельчённый до тонкости помола с остатком на сите № 008 13-15 % применяли для проведения исследования по ГОСТ 25094;
б) Известь кальциевая гидратная, активностью 52-54 %, с помощью которой оценивали способность минеральной добавки совместно с гидрооксидом кальция образовывать количественно продукты гидратного твердения и связывать алюминаты добавки в эттрин-гит при сульфатной агрессии;
в) Зола-уноса Иркутской ТЭЦ-1, используемая в настоящее время цементным заводом ОАО «Ангарскцемент» в качестве АМД. Зола-уноса отвечает требованиям.
Результаты исследования
Оценка гидравлической активности ЗТ
Приведенный в табл. 1. химический состав ЗТ показывает, что по петрографии она (зола) представлена метакаолинитом и другими дегидратированными глинистыми веще-
ствами. Возможно также присутствие в ней аморфных кремнезёма и глинозёма, обладающих хорошими адсорбционными свойствами.
Таблица 4
Расчет г-критерия для двух сравнительных смесей «клинкер + зола терриконовая» и «клинкер + песок»
№ образца (смеси) Х1д, МПа Х1д - Хд, МПа 2 (Х1д - Хд) , (МПа)2 Х1п, МПа Х1п - Хп, МПа 2 (Х1д - Хд) , (МПа)2
1 2 3 4 5 6 7
1. 12,45 0,914 0,836 9,75 0,99 0,99
2. 10,97 -0,860 0,740 8,65 -0,11 0,01
3. 12,98 1,139 1,298 9,60 0,84 0,71
4. 12,15 0,314 0,098 10,0 1,24 1,55
5. 11,47 -0,360 0,129 9,57 0,82 0,67
6. 10,75 -1,085 1,178 8,68 -0,08 0,01
7. 14,45 2,614 6,836 8,02 -0,73 0,54
8. 1148 -0,360 0,129 8,00 -0,76 0,57
9. 11,82 -0,010 0,0001 8,75 -0,01 0,00
10. 11,00 -0,835 0,697 8,50 -0,26 0,07
11. 11,35 -0,485 0,235 8,30 -0,46 0,21
12. 10,85 -0,985 0,971 8,50 -0,26 0,07
ХХ1д = 142,02 МПа; £хзд. Хд)2=13,32; £ХШ=105,12 МПа £(хш - Хп)2=5,39 (МПа)2 Хд=11,83 МПа, (Бд )2=1,2; 8д=1,09<2,0; Хп =8,76 МПа; (Бп)2=0,49; Бп =0,7<2,0
Проверяем выполнение условий Бд ~ Бп<2,0 МПа, при этом (Бд )2/(Бп)2 должно быть
< 2,82;
(Бд )2/(Бп)2=1,2/0,49 = 2,44<2,82; Бд=1,09~ Бп =0,7<2,0 - условия выполнены.
Рассчитываем г-критерий: г = 2,45(Хд-Хп)^((Бд )2 +(Бп)2)/2 =8,22>2,07 По результатам г-критерия можно сделать вывод, что добавка - зола терриконовая выдержала испытание на активность по прочности.
Таблица 5
Активность золы терриконовой
№ п/п Показатели Минимальные Максимальные Средние Нормы по ТУ
21-26
Прочность образцов по- не менее
1. сле пропаривания, МПа, при изгибе; 2,03 2,68 2,22 1
не менее
при сжатии 10,75 14,45 11,83 3
2. Конец схватывания от начала затворения, сутки 5,5 7,0 6,0 не позднее 7
3. Расширение образцов-цилиндров через 15 су- 4,50 5,2 4,85 не более 15
ток, мм
4. Водостойкость - 3 - не менее 3
Полученные значения показателей активности золы терриконовой (табл. 5), определённые по ГОСТ 25094, удовлетворяют требованиям ТУ на активную минеральную добавку [3]. Прочностные свойства затвердевшего камня после пропаривания из затворенной водой смеси ПЦ клинкера с ЗТ превышают прочность таковой из ПЦ клинкера и молотого кварцевого песка. Вместе с этим вычисленный по ГОСТ 25094 критерий «t», характеризующий гидравлическую активность добавок, у минеральной добавки - ЗТ в четыре раза превышает нормативный критерий.
Приготовленное вяжущее из извести и ЗТ проявляет гидратное твердение. Показатель водостойкости (табл. 5) говорит о том, что с использованием ЗТ и воздушной извести возможно изготавливать цементы для кладочных и отделочных растворов, эксплуатируемых во влажных условиях.
Заключение
Исследованный рыхлый щебёнистый слоистый материал - зола терриконовая (ЗТ) представляет собой продукт обжига недоспекания глинистых веществ. Продукты обжига богаты дегидратированными глинистыми минералами типа метакаолинит и ему подобных.
В результате «выпарки» при обжиге химически связанной воды из глинистых минералов образовались возбуждённые остатки кристаллов. Такие кристаллы способны адсорбировать и присоединять растворы щелочных металлов с образованием гелеобразных солей кремнёвой и глинозёмистой кислот. Как известно, высокая концентрация геля таких солей в микрообъёмах приводит к их кристаллизации. Кристаллизация гелеобразных частиц формирует прочный малорастворимый камень из гидросиликата и гидроалюмината кальция. Такой механизм наблюдается при оценке гидравлической активности ЗТ.
Исследованием гидравлической активности ЗТ установлено:
- смесь гидратной извести воздушного твердения с ЗТ и водой образует при нормальной температуре гидравлическое вяжущее, способное превращаться в камень во влажных условиях;
- смесь измельчённых клинкера с ЗТ и водой формируется после пропаривания в камень повышенной прочности по сравнению с прочностью камня, полученного из смеси измельчённого клинкера с кварцевым песком и водой и пропаренного по такому же режиму, что ещё раз подтверждает высокую гидравлическую активность ЗТ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Трусова Е.Н. Расширение сырьевой базы для производства ячеистых бетонов. НТО строительной индустрии, Иркутск, 1970.
2. Горчаков Г.И., Хигерович М.И., Иванов О.М. Вяжущие вещества, бетоны и изделия из них: учеб. пособие для вузов. Высшая школа, 1976. 291 с.
3. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества: учеб. для вузов. Изд-во 2-е перераб. и доп. Стройиздат, 1973. 480 с.
Информация об авторах
Левченко Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги», тел.: 89149126175; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Воробчук Василий Анатольевич, студент, тел.: 89086610202, e-mail: vorobchuk @mail.ru; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Филоненко Евгений Александрович, студент, тел.: 89500909068, e-mail: filonen-koirps2012@yandex.ru; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Филоненко Кирилл Александрович, студент, тел.: 89501306423, e-mail: filonenko-irps2012@yandex.ru; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Information about the authors
Levchenko E.A., Candidate of Technical Sciences, associate professor, Automobile Thoroughfares Department, tel.: 89149126175; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Vorobchuk V.A., undergraduate, tel.: 89086610202, e-mail: vorobchuk @mail.ru; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Filonenko E.A., undergraduate, tel.: 89500909068, e-mail: filonenko-irps2012@yandex.ru; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Filonenko K.A., undergraduate, tel.: 89501306423, e-mail: filonenko-irps2012@yandex.ru; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
УДК 69.059.7
РЕКОНСТРУКЦИЯ КРУПНОПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ
СЕРИИ 1-335С С НЕПОЛНЫМ КАРКАСОМ В ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
А.В. Петров, А.Г. Петунин
В статье рассмотрены основные конструктивные решения модернизации и реконструкции крупнопанельных зданий первых массовых застроек. Разгружение несущих однослойных газозолобетонных панелей с помощью преднапряженных металлических колонн и устройство железобетонных диафрагм жесткости здания доводит сейсмостойкость здания до нормативно требуемого значения. Методами численного моделирования доказана техническая возможность и социально-экономическая целесообразность реконструкции и снижения сейсмоуязвимости жилых крупнопанельных домов серий 1-335. Разработан метод производства работ напорного бетонирования по устройству дополнительных железобетонных элементов усиления с помощью алюминиевой опалубки «PERI TRIO».
Ключевые слова: крупнопанельное домостроение (КПД), реконструкция, антисейсмическое усиление, панели из газозолобетона.
RECONSTRUCTION OF LARGE-PANEL DWELLINGS (SERIES 1-335S) WITH INCOMPLETE FRAMEWORK IN IRKUTSK REGION
A.V. Petrov, A.G. Petunin
The article suggests constructive solutions to modernization and reconstruction of large-panel buildings built during the first mass housing development. Removal of load at bearing single-ply gas-ashes-concrete slabs with the help of stressed stanchions and installation of ferroconcrete diaphragm plates bring building seismic resistance to standards. Using methods of computational modeling the authors prove technical feasibility and social and economic advisability of reconstruction and seismic vulnerability reduction of large-panel dwellings (series 1-335S). Moreover the article presents the method of pressure concreting for installation of additional ferroconcrete amplifiers with the help of the aluminum form «PERI TRIO».
Key words: large-panel house-building, reconstruction, seismic vulnerability reduction, gas-ashes-concrete slabs.
