CC BY
23Использование отходов переработки риса в производстве бетона
Хроменок Даниил Владиславович
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, mr.hromenok@mail.com
Зеленский Илья Романович
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, ilzelen.97@yandex.ru
Деревцова Ксения Вячеславовна;
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, k_derevtsova@mail.ru
В данной статье рассмотрен способ уменьшения расхода порталандцемента в бетонной смеси и увеличения прочности бетонного камня за счет частичной замены портландцемента предварительно подготовленными отходами рисовой промышленности, в частности, рисовой шелухи. Рисовая шелуха проходит несколько стадий термической обработки, что делает ее пригодной для использования в бетонной смеси. Также приведены показатели самоуплотнения бетонного камня из-за рисовой шелухи в его составе. Указаны стадии подготовки отходов рисовой промышленности, в частности, рисовой шелухи, температуры термической обработки. Приведена оптимальная технология приготовления смеси с необходимой подвижностью и оптимальным сроком набора распалубочной и проектной прочности. Итогом исследования стал вывод о том, что при замене около 30% портландцемента рисовым сырьем, бетонный камень сохраняет свою проектную прочность. Ключевые слова: экологический бетон, переработка, прочность бетонного камня, полимеризация, самоупрочнение, коррозийная стойкость
Самоуплотняющийся бетон характеризуется тем, что под собственным весом дисперсная железобетонная смесь полностью заполняет опалубку без необходимости внешнего уплотнения. Устойчивость к расслоению и адаптивность позволяют БОС оставаться однородным и сохранять стабильные характеристики. БОС в основном характеризуется отличной обрабатываемостью бетонной смеси. Сокращение трудозатрат и времени на строительство, улучшение качества готовой поверхности делают самоуплотняющийся бетон лучше, чем обычный бетон. Тем не менее, для производства самоуплотняющегося бетона с высокой обрабатываемостью и требуемой прочностью требуется больше цемента и добавление дорогих химических примесей для уменьшения количества связующего в воде, что приводит к увеличению стоимости самоуплотняющегося бетона. Кроме того, при производстве БОС происходит больше выбросов углекислого газа, чем при производстве обычного бетона. А также, более высокий расход портландцемента в смеси БСС приводит к увеличению энергии гидратации и высокой аутогенной усадки [1].
Добавление пуццолановых материалов приводит к экономии энергии и затрат на материалы, экономической эффективности, долговечности, повышению производительности рабочих мест [2]. Кроме того, лучшие эксплуатационные характеристики бетона достигаются за счет снижения энергии гидратации и аутогенной усадки [3]. Кроме того, с точки зрения охраны окружающей среды, снижение потребления цемента приводит к экономии энергии и ресурсов, а также к значительному сокращению выбросов парниковых газов [4].
Ежегодно производится около ста миллионов тонн обычной рисовой шелухи, которая является превосходным сырьем - дешевым, возобновляемым, с постоянным химическим составом для данного региона и сорта растений, пригодным для получения около 15 миллионов тонн чистого аморфного вещества. диоксид кремния. В частности, по словам проф. Л. Земнухова и др. [5], из 1 тонны рисовой шелухи можно получить от 120 до 200 кг кремнезема с содержанием БЮ> 2 от 90 до 99%. Кроме того, с точки зрения защиты окружающей среды, утилизация отходов является одной из приоритетных задач [6]. Успешной реализаци-
х
X
о
го А с.
X
го т
о
ю О
м о
а>
о
см
0
01
О Ш
т
X
<
т о х
X
ей этой задачи может стать использование золы рисовой шелухи (РИА) с использованием в качестве альтернативного материала при производстве бетона.
Использование отходов растениеводства для производства строительных материалов было исследовано в ряде работ ведущими мировыми экспертами. В этих работах была доказана возможность использования золы рисовой шелухи в цементных материалах на основе портландцемента [7-10].
Поэтому обилие РИА в сочетании с высоким содержанием БЮ> 2 в них открывает путь для его использования в качестве частичной замены портландцемента и разработки бетонов с высокими механическими характеристиками [10]. В частности, добавка РИА улучшает прочность бетона, благодаря увеличению количества геля ОБИ во время процесса гидратации с течением времени. Однако, насколько нам известно, использование РИА в качестве пуццолановых материалов в качестве частичной замены портландцемента широко не исследовалось в самоуплотняющемся бетоне. Учитывая агломерацию частиц и их высокие требования к расходу воды для добавления РИА, ожидается, что его включение в самоуплотняющийся бетон на основе портландцемента приведет к снижению жесткости смеси и, следовательно, отрицательно повлияет на свойства матрица схватывания бетона.
Таким образом, целью исследования является изучение влияния частичной замены РИА в самоуплотняющемся бетоне на основе портландцемента на 10, 15, 20, 25 и 30 мас. % связующего в бетонной смеси, а также в бетоне при приложении сжимающей нагрузки.
Для достижения этой цели в число выполненных задач входят следующие:
- исследование физических свойств и химического состава, а также структуры сырья;
- предварительная обработка золы рисовой шелухи для повышения ее активности;
- определение свежих свойств самоуплотняющегося бетона;
- исследование прочностных характеристик бетона
Для образцов бетона применен Спасский портландцемент типа СЕМ I 42,5 Н. Части рисовых растений Ханкайского района (Приморский край) были сожжены с целью получения золы для производства РГА. Этот РИА содержал крупные частицы и примеси, кроме того, поскольку РИА хранился на открытой площадке после производства с неизвестными условиями влажности, его сушили при 105 ° О в течение 24 часов перед использованием в композиционном связующем. Затем высушенный РИА просеивали через сито 300 мкм для удаления крупных частиц и примесей. Затем золу измельчали в вариопианетной мель-
нице для увеличения удельной поверхности (550 м2 / кг) и, соответственно, реактивности.
Контрольный образец золы предварительно выдерживают при 105 ° С в течение 24 часов, затем нагревают до 800 ° С со скоростью нагрева 10 ° С / мин и охлаждают при комнатной температуре.
Второй набор образцов, помеченных как неподготовленные, нагревали непосредственно до 800 ° С, используя скорость нагрева 10 ° С / мин, и охлаждали при комнатной температуре без предварительной и последующей обработки.
Следующие образцы, называемые Мй, предварительно выдерживали под водой в течение 24 часов, чтобы заполнить все поры водой. Затем золу удаляли из воды и помещали в предварительно нагретую духовку при температуре 800 ° С на 60 минут и постепенно охлаждали.
Последний набор образцов, обозначенный как МйО, обрабатывали аналогично Мй, но после тепловой обработки при 800 ° О в течение 60 минут их немедленно охлаждали в холодной воде. Было обнаружено, что ударное охлаждение приводит к образованию трещин в частицах золы. Порошок затем сушили при 300 ° С в течение 30 минут.
Таким образом, площадь поверхности РИА была увеличена с помощью печей. Это увеличение размера частиц вызвано образованием трещин, поскольку захваченная пористая вода не может быть удалена так быстро, как она испаряется. Это вызывает внутреннее напряжение, которое приводит к образованию трещин. Когда порошок РИА нагревают до 800 ° О, спекание частиц приводит к деформации. Кроме того, как было обнаружено в [1], во время предварительного нагрева происходит реактивация РИА. Оба эффекта в комбинации приводят к сокращению времени схватывания и увеличению прочности на сжатие в начале.
В качестве мелкого заполнителя использовался местный горный песок с модулем тонкости 2,93, удельным весом 2,57 кг / м3 и водопоглоще-нием 1,14%. В качестве грубого заполнителя использовали известняковый щебень с максимальным размером 12,4 мм, удельным весом 2,61 кг / м3 и водопоглощением 0,42%. Процедуры испытаний и полученные данные соответствовали АБТМ О33 [11].
Молотая РИА использовалась в качестве частичной замены для портландцемента типа I в пропорции 10%, 15%, 20%, 25% и 30% по массе от содержания связующего. Состав смесей самоуплотняющегося бетона включал 475 кг / м3 связующего вещества и водо-связующее соотношение 0,34 для всех образцов, как показано в Таблице 4. Суперпластификатор «ИЮЕТА1-СР-9» альфа «А» (БКТ- Стандарт, Россия) использовался в ГТК для снижения водоцементного отноше-
ния. «HYDETAL-GP-9» альфа «А» способствует максимальному уменьшению расхода воды. Из-за агломерированной формы частиц RHA для получения аналогичной обрабатываемости образцов был использован более высокий суперпластификатор.
Таким образом, в ходе изучения механических свойств самоуплотняющегося бетона с частичной заменой портландцемента на золу рисовой шелухи было выявлено следующее. Как правило, RHA в качестве вторичного материала имеет большой потенциал для использования в качестве замены портландцемента в самоуплотняющемся бетоне, который сохраняет свежие и механические характеристики бетонной смеси и товарного бетона в приемлемом диапазоне. Площадь поверхности RHA была увеличена с помощью печей. Размер частиц может быть даже увеличен путем вымачивания RHA в воде и после закалки.
Включение RHA привело к снижению обрабатываемости бетона, но с помощью дополнительного суперпластификатора эти свойства SCC для всех образцов были практически идентичны. Увеличение содержания RHA приводило к снижению ранних механических свойств, тогда как конечная прочность SCC, содержащего RHA, была сопоставима с таковой у обычных образцов. Это было достигнуто благодаря пуццолановой активности RHA. Включение RHA уменьшило количество портландита в системе за счет получения дополнительного геля C-S-H, что привело к затягиванию матрицы и блокированию сетей с открытой пористостью. Эти результаты подтверждают хорошо известные закономерности, которые могут распространяется на пуццолановые добавки других видов.
Литература
1. Ranjbar N., Behnia A., Alsubari B., Birgani P.M., Jumaat M.Z. Durability and mechanical properties of selfcompacting concrete incorporating palm oil fuel ash. Journal of Cleaner Production. 2016. No.112. Pp. 723-730.
2. Fediuk R.S., Yevdokimova Y.G., Smoliakov A.K., Stoyushko N.Y., Lesovik V.S. Use of geonics scientific positions for designing of building composites for protective (fortification) structures (Conference paper). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 221(1). Pp. 012011.
3. Lesovik V.S., Urkhanova L.A., Gridchin A.M., Lkhasaranov S.A. Composite binders on the basis of pearlite raw material of Transbaikalia. Research Journal of Applied Sciences. 2014. No. 9(12). Pp. 1016-1020.
4. Ranjbar N., Kuenzel C. Influence of preheating of fly ash precursors to produce geopolymers. J Am Ceram Soc. 2017. No. 00. Pp. 1-10.
5. Zemnukhova L.A., Panasenko A.E., Artemyanov A.P., Tsoy E.A. Dependence of porosity of amorphous silicon dioxide prepared from rice straw on plant variety. BioResources. 2015. No. 10(2). Pp. 3713-3723.
6. Pelin G., Pelin C.-E., Stefan A., Dinca I., Andronescu E., Ficai A. Mechanical and tribological properties of nanofilled phenolic-matrix laminated composites. Materiali in Tehnologije. 2017. No. 51(4). Pp. 569-575.
7. Shi C., Wu Z., Cao Z., Ling T.C., Zheng J. Performance of mortar prepared with recycled concrete aggregate enhanced by C02 and pozzolan slurry. Cement and Concrete Composites. 2018. No. 86. Pp. 130-138.
8. Chandra S. Waste materials used in concrete manufacturing. Westwood: Noyes Publication, 1997.
9. Siddique R. Supplementary Cementing Materials. Heidelberg: Springer, 2011.
10.Nesvetaev G.V, Та Van Fan. Vliyanie beloj sazhi I metakaolina na prochnost' I deformacionnye svojstva cementnogo kamnya [Effect of white carbon and metakaolin on the strength and deformation properties of cement stone]. Engineering Journal of Don. 2012. Vol. 4-1. P. 139.
11.American Standard ASTM C33 / C33M-16e1. Standard Specification for Concrete Aggregates, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016.
Use of rice processing waste in concrete production Hromenok D.V., Zelenskii I.R., Derevtsova K.V.
Far Eastern Federal University
This article discusses a method of reducing the consumption of portal cement in a concrete mixture and increasing the strength of concrete stone by partially replacing Portland cement with pre-prepared waste from the rice industry, in particular rice husk. Rice husk goes through several stages of heat treatment, which makes it suitable for use in concrete mix. The self-compaction of concrete stone due to rice husk in its composition is also shown. The stages of preparation of waste from the rice industry, in particular, rice husks, and heat treatment temperatures, are indicated. The optimal technology for preparing the mixture with the necessary mobility and the optimal set time of stripping and design strength is given. The result of the study was the conclusion that when replacing about 30% of Portland cement with rice raw materials, concrete stone retains its design strength. Keywords: ecological concrete, processing, concrete stone strength, polymerization, self-hardening, corrosion resistance
References
1. Ranjbar N., Behnia A., Alsubari B., Birgani P.M., Jumaat M.Z.
Durability and mechanical properties of selfcompacting concrete incorporating palm oil fuel ash. Journal of Cleaner Production. 2016.No.112. Pp. 723-730.
2. Fediuk R.S., Yevdokimova Y. G., Smoliakov A.K., Stoyushko
N.Y., Lesovik V.S. Use of geonics scientific positions for designing of building composites for protective (fortification) structures (Conference paper). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 221 (1). Pp. 012011.
3. Lesovik V.S., Urkhanova L.A., Gridchin A.M., Lkhasaranov S.A.
Composite binders on the basis of pearlite raw material of Transbaikalia. Research Journal of Applied Sciences. 2014.No. 9 (12). Pp. 1016-1020.
4. Ranjbar N., Kuenzel C. Influence of preheating of fly ash precursors to produce geopolymers. J Am Ceram Soc. 2017.No. 00. Pp. 1-10.
X X
о
го А с.
X
го m
о
ю 0
м о
to
5. Zemnukhova L.A., Panasenko A.E., Artemyanov A.P., Tsoy
E.A. Dependence of porosity of amorphous silicon dioxide prepared from rice straw on plant variety. BioResources. 2015. No. 10 (2). Pp. 3713-3723.
6. Pelin G., Pelin C.-E., Stefan A., Dinca I., Andronescu E., Ficai
A. Mechanical and tribological properties of nanofilled phenolic-matrix laminated composites. Materiali in Tehnologije. 2017.No. 51 (4). Pp. 569-575.
7. Shi C., Wu Z., Cao Z., Ling T.C., Zheng J. Performance of
mortar prepared with recycled concrete aggregate enhanced by C02 and pozzolan slurry. Cement and Concrete Composites. 2018.No. 86. Pp. 130-138.
8. Chandra S. Waste materials used in concrete manufacturing.
Westwood: Noyes Publication, 1997.
9. Siddique R. Supplementary Cementing Materials. Heidelberg:
Springer, 2011.
10. Nesvetaev G.V., Ta Van Fan. Vliyanie beloj sazhi I metakaolina na prochnost 'I deformacionnye svojstva cementnogo kamnya [Effect of white carbon and metakaolin on the strength and deformation properties of cement stone]. Engineering Journal of Don. 2012. Vol. 4-1. P. 139.
11. American Standard ASTM C33 / C33M-16e1. Standard Specification for Concrete Aggregates, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016.
a>
o
CN
0
01
O HI
m x
<
m o x
X
