CC BY
0© Л. В. Игнатьев, М. И. Бочков, С. А. Калиновский, И. С. Завьялов
Ссылка для цитирования:
Игнатьев А. В., Бочков М. И., Калиновский С. А., Завьялов И. С. Идеальное шарнирное соединение стержневых и пластинчатых конечных элементов смешанной формы // Инженерно-строительный вестник При-каспия : научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань : ГБОУ АО ВО «АГАСУ», 2024. № 3 (49). С. 5-11.
УДК 666.97. 03
DOI 10.52684/2312-3702-2024-49-3-11-18
ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ БЕТОННОЙ СМЕСИ
Б. Б. Утегенов, Р. И. Шаяхмедов
Утегенов Бахитжан Бахиткалиевич, старший преподаватель кафедры промышленного и гражданского строительства, Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, г. Астрахань, ул. Таищева, 18; e-mail: [email protected];
Шаяхмедов Растам Ирфагильевич, кандидат экономических наук, доцент кафедры экспертизы, эксплуатации и управления недвижимостью, Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, г. Астрахань, ул. Таищева, 18; e-mail: [email protected]
Цель исследования - определение возможности удаления с поверхности минеральных компонентов бетонной смеси жестко сцементированных с ней частиц глины путем предварительной химической обработки раствором гидроокиси аммония. Научная новизна заключается в том, что впервые рассматривается и проверяется гипотеза о принципиальной возможности существования упомянутого способа обработки. Предварительная обработка поверхности минеральных компонентов бетонной смеси - одно из актуальных направлений повышения качества бетона. В исследовании используются методы и приемы инновационного консалтинга. Доказана принципиальная возможность и эффективность предложенного способа химической обработки. В результате проведенного исследования средняя прочность образцов бетона на сжатие увеличилась на 187 %.
Ключевые слова: бетонная смесь, щебень, частицы глины, химическая обработка, гидроокись аммония, аммиак, гидроокись алюминия, повторная мойка.
CHEMICAL TREATMENT OF THE MINERAL COMPONENTS OF THE CONCRETE MIX B. B. Utegenov, R. I. Shayakhmedov
Utegenov Bakhitzhan Bakhitkaliyevich, Senior Lecturer of Industrial and Civil Engineering Department, Astrakhan State University of Architecture and Civil Engineering, Astrakhan, Taishcheva St., 18; e-mail: [email protected];
Shayakhmedov Rastam Irfagilyevich, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor of Real Estate Expertise, Operation and Management Department, Astrakhan State University of Architecture and Civil Engineering, Astrakhan, Taishcheva St., 18; e-mail: [email protected]
The purpose ofthe study is to determine the possibility of removing clay particles rigidly cemented with it from the surface of the mineral components of the concrete mixture by preliminary chemical treatment with a solution of ammonium hydroxide. The scientific novelty lies in the fact that for the first time the hypothesis of the principal possibility of the existence of the mentioned processing method is being considered and tested. Pretreatment of the surface of the mineral components of the concrete mix is one of the most relevant areas for improving the quality of concrete. The research uses methods and techniques of innovative consulting. The principal possibility and effectiveness of the proposed method of chemical treatment is proved. As a result of the study, the average compressive strength of concrete samples increased by 187 %.
Keywords: concrete mix, clay particles, rubble, chemical treatment, ammonium hydroxide, ammonia, aluminum hydroxide, repeated washing.
Предварительное мытье щебня и песка, в том числе раствором поверхностно-активных веществ, - одно из направлений [1, 2] повышения качества бетонной смеси (БС) и получаемого из нее
бетона. При этом мытье песка может осуществляться непосредственно в аппарате вихревого смешения [3], что резко увеличивает эффективность данного процесса.
В настоящее время такой вид мойки неприменим к щебню из-за крупных размеров его частиц. Обычная же промывка раствором поверхностно-активных веществ или этим же раствором, активированным в аппарате вихревого смешения, позволяет удалить или дезинтегрировать из БС только расположенные на поверхности и между зернами щебня свободные частицы глины. Однако карбонатные породы, из которых изготавливается рассматриваемый строительный материал, изначально включают в себя частицы и тонкие слои глины, жестко сцементированные с кристаллическими зернами карбоната [4-5], а следовательно, и качество смеси. При производстве щебня путем механического дробления материнской породы линии раскола проходят по таким слабым местам, и на поверхности полученных частиц оказываются тонкие слои глины, сцементированные с карбонатом. Удалять такие частицы путем мойки растворами поверхностно-активных веществ малоэффективно.
Для решения этой проблемы применим такой прием инновационного консалтинга [6], как «замена механического воздействия химическим». Если на поверхность щебня воздействовать водным раствором гидроксида аммония (ГОА), частицы и пленки глины, сцементированные с поверхностью карбонатной породы, вступят в реакцию с данным раствором.
В состав глин входят два основных минерала: каолинит АЬ0з^Ю2-2Н20 и монтмориллонит Al2Oз•4SiO2•H2O•nH2O [6]. Составляющие этих минералов реагируют с ГОА [8, 9] следующим образом:
АЮз + 3ЫИ40И ^ ЗЫИз + 2А1(ОИ)з, 3SiO2 + 4ЫИз ^ 3Si + 2№ + 6Н2О.
Наличие газовой составляющей среди продуктов реакций гарантирует их необратимость.
Цель исследования - определить возможность удаления с поверхности минеральных компонентов (МК) БС жестко сцементированных с ней частиц глины путем предварительной химической обработки МК раствором ГОА. Достижению этой цели мешают определенные проблемы, которые и сформулировали задачи исследования.
Задачи исследования
Получающиеся в результате первой реакции продукты имеют негативные свойства:
• аммиак обладает вредным воздействием на организм человека [10], работающего с компонентами бетонной смеси;
• гидроксид алюминия обладает адсорбирующими свойствами [11], то есть может соединяться с отдельными компонентами БС, ухудшая свойства бетона.
Первую проблему предлагается решать совместной обработкой в растворе гидроксида аммония щебня и песка, предназначенных для приготовления бетонной смеси (прием инновационного консалтинга - «использование элементов внешней среды»). При этом аммиак, выделяющийся по первой реакции, гарантированно (избыток оксида кремния при добавке песка) поглощается во второй. В нейтрализации газообразного аммиака будет участвовать и пленка из окиси железа на поверхности частиц песка [12].
Fe2Oз+ 2 ЫИз ^ 2 Fe + N2 + 3 Н2О.
Для повышения эффективности поглощения аммиака химическая обработка может производиться в герметичной бетономешалке. При этом концентрация раствора определяется количеством глинистого вещества, содержащегося в материнской карбонатной породе.
Вторая проблема решается сливом продуктов химической обработки и последующей мойкой щебня и бетона.
Итак, основной будет гипотеза о принципиальной возможности существования упомянутого способа химической обработки минеральных компонентов БС. Анализ научной литературы и патентные исследования показали, что подобная проблема рассматривается впервые.
Проверим данную гипотезу. Проведем следующий опыт:
1. В бетономешалку поместим 12 кг щебня нормализованного гранулометрического состава и 4 кг песка нормализованного гранулометрического состава [13], а также 2,1 л воды с 40 г 10%-го раствора гидроксида аммония.
2. Обработаем смесь, накрыв крышкой в течение 5 мин. (совмещение процессов растворения ГОА в большем количестве воды, мойки и химической обработки МК).
3. Сольем из бетономешалки 920 г отработанного помывочного раствора и добавим 920 г воды для повторной мойки.
4. Проведем в течение 5 мин. отмывку минеральных компонентов от гидроокиси алюминия.
5. Сольем 900 г отработанного помывоч-ного раствора.
6. Добавим в бетономешалку 2,4 кг бездобавочного портландцемента марки ЦЕМ 0 52,5Н ГОСТ 31108-2020 (СЕМ I 52,5 Ы) и 360 г воды.
7. Приготовим 20 кг бетонной смеси путем перемешивания всех компонент.
8. Из полученной БС изготовим семь контрольных образцов и испытаем их для выявления предела прочности на сжатие. Полученные результаты отражены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты испытания опытных образцов бетона_
№ образца Ширина, см Длина, см Высота, см Объем, см3 Вес, г Плотность, г\см3 Предел прочности на сжатие, кг/см2
1 10,02 10,01 10,32 1035,098 2465 2,381417 341
2 10,00 10,03 9,74 976,922 2400 2,456696 354
3 10,04 10,09 10,19 1032,284 2545 2,465408 327
4 10,08 10,08 10,13 1029,273 2510 2,438615 343
5 10,11 10,11 9,91 1012,922 2445 2,413809 352
6 10,07 10,04 10,12 1023,16 2480 2,423863 340
7 10,12 10,01 10,02 1015,038 2545 2,507295 357
Среднее значение 2,440806 345
Сравним с контрольными образцами, изготовленными по той же рецептуре с применением минеральных компонентов нормализованного гранулометрического состава, с двойной мойкой водой без гидроксида аммония (табл. 2). Очевидно, что средняя прочность образцов бетона на сжатие увеличилась на 185 %, при том, что плотность осталась почти на прежнем уровне.
Для определения роли второй мойки, проведем еще серию опытов. Для этого изготовим
образцы по той же рецептуре что и в таблице 1, но без использования второй мойки (удаление гидроокиси алюминия, табл. 3). Очевидно, что в данном варианте средняя прочность образцов бетона на сжатие увеличилась по сравнению с базовым вариантом только на 127 %. Произошло это, скорее всего, за счет частично оставшейся в бетонной смеси гидроокиси алюминия, которая, осев на поверхности МК, снизила прочность бетона на: 185 - 127 = 58 %.
Таблица 2
Результаты испытания базовых образцов бетона_
№ образца Ширина, см Длина, см Высота, см Объем, см3 Вес, г Плотность, г\см3 Предел прочности на сжатие, кг/см2
1 10,08 10,04 10,04 1016,08 2465 2,42599 107
2 10,11 10,08 10,21 1040,489 2495 2,397911 123
3 10,06 10,02 10,24 1032,204 2465 2,388093 132
4 10,09 10,07 10,24 1040,449 2535 2,436449 135
5 10,04 10,06 10,36 1046,385 2535 2,422627 119
6 9,89 10,00 10,29 1017,681 2480 2,436913 138
7 10,07 10,03 10,35 1045,372 2405 2,300617 90
Среднее значение 2,40 121
Таблица 3
Результаты испытания образцов бетона по варианту 2_
№ образца Ширина, см Длина, см Высота, см Объем, см3 Вес, г Плотность, г\см3 Предел прочности на сжатие, кг/см2
1 10,05 10,02 10,10 1017,08 2425 2,384276 309
2 10,00 10,05 9,99 1003,995 2445 2,435271 271
3 10,10 10,11 10,30 1051,743 2520 2,396022 235
4 10,15 10,08 10,26 1049,721 2525 2,405401 284
5 10,04 10,11 10,12 1027,225 2470 2,404538 273
6 10,06 10,05 9,90 1000,92 2415 2,412781 275
7 10,07 10,07 10,11 1025,204 2467 2,406351 274
Среднее значение 2,41 275
Достигнутые результаты: • средняя прочность образцов бетона на сжатие после предварительной химической обработки минеральных компонентов БС 0,02 % раствором ГОА и последующей их мойки
для полного удаления продуктов реакции увеличилась на 185 %;
• на долю второй мойки приходится 58 % этого эффекта.
о см
(О (О
I I
О т-
СО
ч- (О оо
со со со
I I I
СО Ю N.
со со со
со ю
________ N N
о
N
I
СП
со
см
N
со
N
(Л
СО Ю N СП
СО Ю N СП
N
^^cocol]ococoffia)íJ)fflo^ а^о^спспспсвспгоа^спспсо
СО 1П
о о о о
СП
о о
СО Ю N О О О О
смсчгмсчсчсчсчсчсч
Другие I Япония I Канада Ю. Корея Индия I Италия I Франция 'Англия I Германия Китай
I Россия (до 1991-СССР) I США
Выводы:
• все поставленные задачи решены с применением совместной (щебня и песка) герметичной химической обработки МК бетонной смеси и их повторной мойки;
• доказана принципиальная возможность удаления с поверхности БС жестко сцементированных с ней частиц глины путем предварительной химической обработки этих компонентов раствором гидроксида аммония.
Применимость предлагаемого способа обработки
Сырье
Основа ГОА - аммиак, производимый в Российской Федерации промышленностью минеральных удобрений миллионами тонн (17 млн т в 2023 году), а в мире - десятками миллионов тонн (рис. 1).
В продажу (рис. 2) гидроксид аммония поступает в виде 25%-го раствора в пластиковых еврокубах (43-47 руб. за кг), канистрах (48-52 руб. за кг) [14] и бутылях (56 руб. за кг) [15].
В одной полулитровой бутылке (самый дорогой вариант) содержится 125 г ГОА. На 20 кг
бетонной смеси уходит 4 г гидроксида аммония, то есть одной поллитровой бутылки хватит на:
(125 х 20) /4 = 625 кг БС.
Затраты на тонну БС составят: 1000 / 625 х х 56 = 89,6 руб. Сырьевые затраты на приготовление одной тонны смеси в условиях Астраханской области - 1151,4 руб. (табл. 4).
Сырьевые затраты возрастут только на 7-8 %. Расход ГОА можно сократить, если процесс обработки разбить на три этапа:
• предварительная мойка минеральных компонентов водой и слив отработанной помывоч-ной воды для удаления частиц глины, не сцементированных с поверхностью щебня;
• химическая обработка МК водным раствором гидроксида аммония и слив отработанного помывочного раствора для удаления частиц глины, сцементированных с поверхностью щебня;
• окончательная мойка компонентов водой и слив отработанной помывочной воды для удаления продуктов химической реакции с поверхности щебня и песка.
Таблица 4
Стоимость материалов, расходуемых при производстве тонны бетонной смеси
Наименование компоненты Стоимость за 1 т, руб. Доля, кг/т Стоимость, руб.
Вода техническая 42,7 80 3,4
Щебень 850 600 510,0
Песок 550 200 110,0
Портландцемент 4400 120 528,0
ИТОГО 1000 1151,4
Рис. 2. Раствор гидроксида аммония в еврокубах, канистрах и бутылях
При этом возрастут затраты на мойку, и окончательное решение [16] о кратности процесса будет зависеть от конкретных условий (наличия несвязанных частиц глины в составе конкретных МК).
Применимость предлагаемого способа обработки. Оборудование
Для обеспечения герметичности химической обработки на центробежной бетономешалке достаточно установить крышку. На период слива отработанного помывочного раствора ее можно заменить на крышку с микроотверстиями и использовать миксер стационарный, строительный с откидывающейся
крышкой (рис. 3). Она обеспечит герметичность химической обработки. Слив отработанного помывочного раствора производится так же, как и опорожнение миксера - путем наклона. Принудительный характер позволит резко сократить время многоэтапной мойки в миксере и повысить ее производительность.
Предварительная (до химической обработки) мойка щебня и песка может производиться отдельно в высокопроизводительном моечном оборудовании открытого (без герметизации) типа (рис. 4, 5). При этом придется мониторить (постоянно измерять) влажность получаемого продукта.
\ ЕШОМ1Х НАДЕЖНОЕ СТРОИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Рис. 3. Миксер стационарный строительный
Рис. 4. Гравиемойка
Рис. 5. Пескомойка
Список литературы
1. Галатюк В. А. Повышение эффективности технологии очистки песка с помощью поверхностно-активных веществ / В. А. Галатюк, К. С. Хроменкова, Е. А. Шляхова // Молодой исследователь Дона. - 2018. - № 2 (11). - С. 21-25.
2. Патент № 2405746 Российская Федерация, МПК С04В 18/12 В07В 1/00. Способ получения строительных песков из отсевов, образующихся при производстве щебня : заявл. 2009129561/03 ; опубл. 10.12. 2010 / В. А. Арсентьев, С. Н. Панарин, Л. Ф. Биленко ; заявитель: ООО «Научно-производственная корпорация "Механобр-техника"». - 9 с.
3. Утегенов Б. Б., Шаяхмедов Р. И. Промывка песка для бетонной смеси с использованием поверхностно-активных веществ в аппарате вихревого смешения // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. -2022. - № 3. - С. 43-47.
4. Платонов М. В. Петрография обломочных и карбонатных пород : учебно-методическое пособие / М. В. Платонов, М. А. Тугарова. - Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский государственный университет, 2003. - 80 с.
5. Краткий определитель горных пород по внешним признакам : методические указания к выполнению лабораторных работ по инженерной геологии. - Новосибирск, 2011. - 37 с.
6. Шаяхмедов Р. И. Основы научных исследований. Мнемотехника и приемы инновационного консалтинга / Р. И. Шаяхмедов. - Астрахань : Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, 2020. - 100 с.
7. Щеколдин Р. А. Глинистые породы / Р. А. Щеколдин // Литология : конспект лекций. - Режим доступа: http://r-schekoldin.ru/Lithology_files/clay_rocks.htm, свободный. - Заглавие с экрана. - Яз. рус.
8. Химические уравнения онлайн. - Режим доступа: https://chemequations.com/ш/?s=Al203+++%2B+ 3Ш40Н+% Е2%86%92+3Ш3++ %2B+2Al%280H%293&ref=input, свободный. - Заглавие с экрана. - Яз. рус.
9. Химические уравнения онлайн. - Режим доступа: https://chemequations.com/ru/?s=3SiO2+%2B+4NH3+ %Е2% 86%92+3Si+%2B+ 2^+ %2В+6Н20&^=три^ свободный. - Заглавие с экрана. - Яз. рус.
10. Аммиак и его воздействие на организм человека // РИА Новости. - Режим доступа: https://ria.ru/20230607/ammiak-1876777200.html, свободный. - Заглавие с экрана. - Яз. рус.
11. Гидроокись алюминия как адсорбент // Химия и химическая технология : справочник химика 21. -Режим доступа: https://www.chem21.info/info/139403/, свободный. - Заглавие с экрана. - Яз. рус.
12. Химические уравнения онлайн. - Режим доступа: https://chemequa-tions.com/ru/?s=Fe203+%2B+NH3+ %3D+Fe+%2B+N2+%2B+H20, свободный. - Заглавие с экрана. - Яз. рус.
13. Утегенов Б. Б., Шаяхмедов Р. И. Определение оптимальной степени дезинтеграции речного песка в аппарате вихревого смешения / Б. Б. Утегенов, Р. И. Шаяхмедов // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. - 2023. - № 4. - С. 35-41.
14. Аммиак водный марки «А» // Общество с ограниченной ответственностью «Аквахим». - Режим доступа: https://himrus.ru/katalog/tekhnicheskaya-himiya/ammiak, свободный. - Заглавие с экрана. - Яз. рус.
15. Аммиак водный ЧДА, Санкт-Петербург // В^ОЯО: товары и услуги. - Режим доступа: https://bizorg.su/ammiak-vodnyy-tekhnicheskiy-r/p2062801-ammiak-vodnyy-chda, свободный. - Заглавие с эк-рана. - Яз. рус.
16. Купчикова Н. В. Экспериментальные исследования с ложными ограничениями при разработке способа возведения инъекционной сваи / Н. В. Купчикова, Р. И. Шаяхмедов // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. - 2020. - № 3. - С. 58-62.
© Б. Б. Утегенов, Р. И. Шаяхмедов
Ссылка для цитирования:
Утегенов Б. Б., Шаяхмедов Р. И. Химическая обработка минеральных компонент бетонной смеси // Инженерно-строительный вестник Прикаспия : научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань : ГБОУ АО ВО «АГАСУ», 2024. № 3 (49). С. 11-18.
УДК 69.059.7
DOI 10.52684/2312-3702-2024-49-3-18-24
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧНЫХ СПОСОБОВ УСИЛЕНИЯ БУТОВЫХ ФУНДАМЕНТОВ И КИРПИЧНЫХ СТЕН ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ СТАРЫХ ЗДАНИЙ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
Ю. И. Тилинин
Тилинин Юрий Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии строительного производства, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация, тел.: + 7 (905) 232-16-34; e-mail: [email protected]
В Санкт-Петербурге проблема старения зданий, построенных в период Российской империи и эксплуатируемых в настоящее время в качестве учебных, музейных и иных комплексов становится все актуальнее с нарастанием физического износа строительных конструкций и морального износа зданий. В связи с этим большую актуальность приобретает эффективность способов производства работ по усилению несущих конструкций реконструируемых зданий. На эффективность способов существенно влияют производственные условия реконструкции старого здания, а уже потом рассматриваются в качестве критерия затраты ресурсов. Автором разработана система показателей эффективности способов усиления строительных конструкций при реконструкции старых зданий. Проведена экспертная оценка значимости показателей эффективности и сравнительная оценка эффективности способов усиления фундаментов и стен с учетом производственных условий реконструкции, к которым относится ограничение по применению строительных машин из-за стесненности мест для их размещения, малых проездов во двор здания, малой высоты подвального помещения, близости окружающей застройки.
Ключевые слова: реконструкция, работы,усиление, фундаменты, стены, способ, критерий, эффективность, технологичность, экспертная оценка.
SELECTION OF TECHNOLOGICAL WAYS FOR STRENGTHENING RUBBLE FOUNDATIONS AND BRICK WALLS DURING RECONSTRUCTION OF OLD BUILDINGS IN ST. PETERSBURG
Yu. I. Tilinin
Tilinin Yuriy Ivanovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Construction Technology Department, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Saint Petersburg, Russian Federation, phone: + 7 (905) 232-16-34; e-mail: [email protected]
In St. Petersburg, the problem of the aging of buildings built during the period of the Russian Empire and currently used as educational, museum and other complexes is becoming more and more urgent with the increase in physical deterioration of building structures and obsolescence of buildings. In this regard, the efficiency of methods for carrying out work to strengthen the load-bearing structures of reconstructed buildings is becoming increasingly relevant. The efficiency of work methods is significantly influenced by the production conditions of the reconstruction of an old building and only then the cost of resources is considered as a criterion. In this connection, the author has developed a system of indicators of the effectiveness of methods for strengthening building structures during the reconstruction of old buildings. An expert assessment of the significance of performance indicators and a comparative assessment of the effectiveness of methods for strengthening foundations and walls was carried out, taking into account the production conditions of reconstruction, which include restrictions on the use of construction machines due to cramped space, small passages to the courtyard of the building, low height of the basement, and proximity to surrounding buildings.
