Кладочный раствор с использованием пылевидных отходов сушки песка Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

2/2009 ВЕСТНИК

КЛАДОЧНЫЙ РАСТВОР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЫЛЕВИДНЫХ ОТХОДОВ СУШКИ ПЕСКА

Н.П. Баранов

МГСУ

Одной из особо острых проблем экологической безопасности страны являются промышленные отходы, образующихся в процессе производства, которые мало используются и в основной массе отправляются в отвалы. Большая часть отходов, накопившихся в отвалах, является источником загрязнения окружающей среды.

Один из таких отходов образуется в результате предварительной обработки (сушки) песка на заводах по производству строительных материалов (асфальтобетона, сухих смесей).

В Москве и Московской области функционируют 25 асфальто-бетонных заводов, а в Мытищинском районе - 2. На примере Мытищинского асфальто-бетонного завода мощностью 300 тыс. тонн в год, ежесуточно в процессе производства продукции, в системах газоочистки образуется до 10 тонн пылевидного отхода сушки песка, который практически не используется, отправляется в отвалы и загрязняет окружающую среду.

Использование вышеуказанных отходов сдерживается из-за недостаточно изученной роли пылевидных и глинистых частиц в структурообразовании цементных композиций. Данный отход имеет размер частиц менее 0,16 мм.

Для установления влияния отходов на свойства кладочных растворов были проведены систематизированные исследования зернового состава отходов и содержания в них примесей.

Исследования пылевидных отходов показали, что их можно разделить на две фракции в виде крупного и мелкого отсевов. Крупный отсев содержал до 60% составляющих, прошедших через сито 0,16, мелкий отсев - 80% составляющих, прошедших через сито 0,16. Количество глинистых примесей у крупного отсева составило: 51,1%, а у мелкого отсева - 66%.

В таблице 1 приведены результаты сравнительных экспериментов, а также составы кладочных растворов на крупном и мелком отсевах. В качестве эталона использовался состав кладочного раствора с заполнителем - люберецким песком. Все исследуемые растворы имели одинаковую подвижность с осадкой конуса 18 см.

Таблица 1

Результаты сравнительных экспериментов, в зависимости от вида заполнителя

Вид заполнителя Расход цемента на 1 м3, кг Расход заполнителя на 1 м3, кг Расход воды на 1 м3, кг Прочность раствора после ТВО, МПа

Люберецкий песок 416,8 1250,4 316,7 58,49

Крупный отсев сушки песка 418,4 1255,3 414,2 26,69

Мелкий отсев сушки песка 272,6 817,9 613,3 5

Как видно из таблицы 1, расход воды при применении отсева сушки песка практически в 2 раза больше, чем при применении в качестве заполнителя люберецкого песка.

Для уменьшения водотвердого отношения, достижения требуемой текучести и повышения прочности раствора с использованием пылевидных отходов сушки песка, необходимо выбрать добавку ПАВ и изучить механизм ее влияния на указанные свойства.

В исследованиях были использованы следующие добавки: суперпластификатор С-3 и разжижающее средство Мигар^ БК 63 (БЫ).

Вышеуказанные химические добавки вводили в растворную смесь в соответствии с рекомендациями в следующем количестве:

- суперпластификатор С-3 - 1-3% сухого вещества по отношению к массе цемента;

- разжижающее средство БК 63 (БМ) 1-3% от массы цемента.

Ввод химических добавок позволяет увеличить прочность кладочного раствора. В таблице 2 и 3 представлены результаты экспериментов влияния химических добавок на прочность раствора с использованием в качестве наполнителя пылевидный отход сушки песка.

Таблица 2

Показатели прочности кладочного раствора на сжатие на крупном отсеве в зависимости от вида и расхода добавок

№, п/п Расход добавки, % от сухого вещества по массе цемента Водотвердое отношение, В/Т Прочность на сжатие,МПа

С-3 БК 63 С-3 Мигар^ БК 63 (БЫ)

1. 1 0,21 0,21 12,66 23,17

2. 2 0,20 15,41 23,26

3. 2,5 0,21 0,20 14.77 22,61

4. 3 0.203 0,20 11,86 14.35

Примечание: Эксперименты были проведены с использованием цемента и пылевидного отхода сушки песка, (расплыв конуса при исследованиях везде составлял 18 см)

Таблица 3

Показатели прочности кладочного раствора на сжатие на мелком отсеве в зависимости

от вида и расхода добавок

п/п Расход добавки, % от сухого вещества по массе цемента Водотвердое отношение, В/Т Прочность на сжатие,МПа

С-3 БК 63 С-3 Мигар^ БК 63 (БМ)

1. 1 0,53 0,42 4,39 4,69

2. 2 - 0,39 6,02 6,94

3. 2,5 0,50 0,38 5,43 4,7

4. 3 0.49 0,37 4.06 4.26

Примечание: Эксперименты были проведены с использованием цемента и пылевидного отхода сушки песка, (расплыв конуса при исследованиях везде составлял 18 см)

Анализ данных таблиц 2 и 3 показал, что оптимальное содержание химических добавок составило:

- суперпластификатор С-3 - 1%;

- разжижающее средство Мигар^ БК 63 (БМ) - 2%.

2/2009 ВЕСТНИК

Кроме того, установлено, что данные пылевидные отходы вступают во взаимодействие с минералами портландцемента, что отражается на повышении прочности кладочного раствора.

Применение химической добавки Мшар1а81 БК 63 (БЫ) позволяет получить раствор с прочностью, соизмеримой с прочностью раствора на люберецком песке.

По ГОСТ 12730.3-78 определяли водопоглощение испытываемых образцов кубов с ребром 5х5х5 см. Результаты представлены в табл. 4 и 5.

Таблица 4

Показатели водопоглощения кладочного раствора на крупном отсеве в зависимости от

вида и расхода добавок

Вид и расход добавок Масса образца после ТВО,г. Масса образца, насыщенного водой, г. Масса сухого образца, г. Водопоглощение в % Пористость. П, %

БК 63-1% 0,231 0,237 0,211 12,3 20,8

БК 63-2,5% 0,236 0,248 0,227 9,25 16,7

БК 63-3% 0,256 0,259 0,233 11,2 20,8

С-3-2,5% 0,257 0,259 0.236 9,75 18,4

С-3-3% 0.228 0,241 0,213 13,1 22,3

Таблица 5

Показатели водопоглощения кладочного раствора на мелком отсеве в зависимости от

вида и расхода добавок

Вид и расход добавок Масса образца после ТВО,г. Масса образца, насыщенного водой, г. Масса сухого образца, г. Водопоглощение в % Пористость. П, %

БК 63-1% 0,187 0,207 0,152 36,2 44,01

БК 63-2,5% 0,219 0,220 0,158 39,2 49.5

БК 63-3% 0,230 0,231 0,163 41,7 54,4

С-3-2,5% 0,230 0,230 0.162 41,9 54,3

С-3-3% 0.226 0,226 0,160 41,25 52,8

Кроме требований по прочности, к кладочным растворам предъявляют такие требования, как пластичность, жизне- и водоудерживающая способности. Эти свойства могут быть обеспечены только в слитных структурах растворов, когда цементного теста хватает заполнить пустоты заполнителя.

Слитность структуры эталонного кладочного раствора осуществляли введением органоминеральной добавки (ОМД). Были проведены исследования по оптимизации состава органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка и суперпластификатора С-3.

Предварительно размолотый минеральный компонент затворялся водным раствором С-3 в количестве 0.2, 0,4 и 0.6% от массы пылевидного отхода. Продолжительность перемешивания составляла 3-5 минут из условия полного увлажнения минерального компонента и получения однородной массы. Полученная смесь подвергалась высушиванию при Т=150-170оС до остаточной влажности не более 1-1,5%. Приготовленная

ОМД представляла собой порошкообразную массу, хорошо растворяющуюся в воде. Измельчение ОМД осуществлялось в лабораторной вибромельнице СВМ-2.

В результате механохимической активации получается органоминеральная добавка со средней насыпной плотностью 1.34 г/см2, плотностью 2.9 и удельной поверхностью 450-500 м2/кг.

Характеристики составов кладочного раствора, обеспечивающие заданную марку, представлены в таблице 6 (при использовании цемента марки М400).

Таблица 6

п/п Марка раствора, МПа Ц, кг/ м3 Доля ц Доля ОМД Объем ОМД, дм2 Масса ОМД, кг Расход П, кг/ м3 В, кг/ м3 При расплыве конуса 8 см.

1. 15 400 0,82 0,18 31 90 1354 325

2. 10 320 0,61 0,39 66 190 1420 290

3. 7,5 250 0,51 0,49 83 240 1489 270

4. 5 200 0,41 0,59 100 290 1513 260

Были изготовлены образцы кубы с ребром 7.07 см. После 28 сут. хранения в естественных условиях образцы испытали на прочность, водоудерживающую способность и жизнеспособность. Результаты представлены в таблице 7.

Таблица 7

Свойства строительных растворов с ОМД

№ из табл. Ср.плотность, кг/ м3 Я, МПа В одоудерживающая способность, % Жизнеспособность, час

1. 2100 15 96,8 6

2. 2112 10 97,5 6

3. 2159 7,5 97,5 6

4. 2172 5 98 6

На основании проведенных лабораторных исследований было показано, что использование отходов в виде ОМД более эффективно, т.к. позволяет получать кладочные растворы, обеспечивающие не только прочностные показатели, но и подвижность, не-расслаиваемость, водоудерживающую способность, водонепроницаемость, жизнеспособность и т.д.

Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ».