CC BY
33
Keywords: architecture, mansion, estate construction, Siberian manor, factors.
References
1. Sreznevskiy I. I. Materialy dlia slovaria drevne-russkogo iazyka [Dictionary of Old Russian language]. Gos. izd-vo inostrannykh i natsionalnykh slovarei, Moscow, 1989. 147 p.
2. Dal V. I. Tolkovyj slovar' zhivogo velikorusskogo jazyka [Explanatory Dictionary of the Russian language]. m. 4 - Leningrad, 1982. - 69 p.
3. Ojegov S. I., Shvedova N. U. Tolkovyj slovar' russkogo jazyka: 80 000 slov i frazeologicheskih vyrazhenij [Dictionary of Russian: 80 000 words and phraseological expressions]. 4th ed., M., 1997. 944 p.
4. Predtechenskiy V. M. Arhitektura grazhdanskih i promyshlennyh zdanij [Architecture of civil and industrial buildings / teXtbook for high schools in 5 volumes: Volume 2 Basis of design]. Moscow Stroyizdat, 1978. 244 p.
5. Official Site of the administration of the city of Omsk. Available at: http: // www.admomsk.ru/web/guest/government/divisions/32/ land/free#rules
6. Molodih M. S., Enin A. E. Zagorodnaja dvorjanskaja usad'ba kak funkcional'no-celostnyj arhitekturno-gradostroitel'nyj obekt [Rural family estate as a functional-integral architectural and urban facilities]. Building and Architecture: Sb. scientific. Art. - Voronezh VGASU, 2013. no 2 (30). P.142 - 149.
7. Kochedamov V. I. Omsk. Kak ros i stroilsja gorod [Omsk. As the city developed and grew]. Omsk: Book. Publishing House, 1960. 112 p.
8. Lavrik G. I. Metodologicheskie osnovy rajonnoj planirovki. Vvedenie v demojekologiju [Methodological bases of regional planning. Introduction to demoekologiyu: textbook for high schools]. Belgorod. BSTU. VG Shukhov, 2006. 118 p.
Дедкова Анна Александровна (Омск, Россия) -аспирант кафедры Архитектурно-
конструктивное проектирование ФГБОУ ВПО «СибАДИ». (644080, Россия, г. Омск, ул. П. Некрасова, дом 10, e-mail: dedkovaa@yahoo. com)
Dedkova Anna Alexandrovna (Omsk, Russian Federation) - graduate of Architectural and structural design Department of Siberian State Automobile and Highway Academy (644080, Omsk, ul. P. Nekrasov, 10, e-mail: [email protected])
УДК 691.327
МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ, АКТИВИРОВАННЫЕ ОТХОДАМИ ЧИСТОГО КВАРЦА И ДОБАВКОЙ С - 3
А. Ф. Косач1, С. В. Данилов1, М. А. Коротаев2, Н. А. Гутарева1 1 Югорский государственный университет, Россия, г. Ханты-Мансийск 2 ЗАО «Нижневартовскстройдеталь», Россия, г. Нижневартовск
Аннотация. В статье рассмотрена эффективность комплексного воздействия добавки суперпластификатора С-3 и полученных на основе отходов чистого кварца высокодисперсных частиц на характеристики ячеистых бетонов Исследования показали значительное плотное заполнение пор высокодисперсными частицами, образовывающих новые центры кристаллизации, выступающих в качестве дополнительного «армирования» бетонной смеси с продуктами его взаимодействия.
Ключевые слова: бетон, кварц, микроармирование, активизаторы, антиподы, гидратация.
Введение
В последнее десятилетие возрастающими темпами развивается направление наноструктурирования многих материалов, в том числе строительных, базирующихся на применении высокодисперсных частиц. Таким образом, в бетонах используют углеродные нанотрубки, фуллерены разных модификаций и другие, упорядоченные однослойные или многослойные углеродные материалы. Добавление их в бетонную смесь позволяет получать высококачественные бетоны [1,2].
Одно из наиболее перспективных направлений - введение в вяжущий состав различных структурирующих наноинициаторов, которые обеспечивали бы интенсивное формирование цементных минералов с помощью механических переделов и составов, с участием частиц наноразмеров. Применение наночастиц в количестве всего 2-3 процентов от общей массы бетона повышает общую плотность цементного камня и значительно улучшает прочностные характеристики на различных технологических уровнях. Прежде
всего, это методы, связанные с активацией частиц по поверхности и их измельчения, которое приводит к активации поверхности. Уникальным свойством микрокремнезёма является высокое значение полной свободной поверхности энергии его. Особенности строения частиц микрокремнезёма и избыток свободной поверхностной энергии обусловливают его высокую химическую активность. В последнее время микрокремнезём всё чаще используется при получении высокопрочных (до - 140 МПа) бетонов. Высокая реакционная способность микрокремнезёма позволяет осуществить связывание гидроксида кальция, в результате чего образуется более стабильные и менее растворимые в воде гидросиликаты кальция, что благоприятно сказывается на водонепроницаемости, морозостойкости и долговечности. Основная роль получения прочностных характеристик цементного камня закладывается в процессе гидратации минералов цементного клинкера на ранних стадиях структурообразования цементного камня в коагуляционный период. Коагуляционная структура цементного геля образуется сразу же после затворения цемента водой в результате взаимодействия между сольватированными частицами твердой фазы при их сближении. Степень устойчивости первоначально сложившейся структуры определяется в основном силами взаимодействия частиц в зависимости от их расстояния. При этом взаимодействие рассматривается как алгебраическая сумма притяжения в функции действующих между молекулами на поверхности частиц твердой фазы ванн-дер-ваальсовых сил и сил отталкивания, которые в свою очередь предопределяются электростатическими силами между ионами в двойных электрических слоях, окружающих частицы. Гидратация цемента является
экзотермическим процессом, который состоит из ряда сложных, определяющих его кинетику химических реакций.
Минеральные и химические добавки также влияют на гидратацию. В цементном тесте доминируют гидросиликаты кальция (С-S-Н), но также содержатся гидроксид кальция (СН), энтрингит моносульфат ^т) и
небольшие количества других составляющих, таких как гидрогранат и т.п. В ходе гидратации содержание различных гидратных новообразований меняется, а структура переходит от наноуровня (гелевая структура гидратных новообразований) на
микроуровень, соответствующий размеру
цементных частиц, и даже на миллиметровый уровень, соответствующий размеру заполнителя бетона. Поэтому возможность рассмотрения процессов гидратации на наноуровне очень важна для исследования именно в коагуляционном периоде, т.к. прочностные характеристики бетона зарождаются в ранний период процессов структурообразования [2].
Изучение комплексного использования активированной цементно-кварцевой смеси и добавки С-3 на повышение качественных характеристик мелкозернистых бетонов
Наиболее простым и эффективным способом улучшения физико-химических свойств бетонов является использование различного рода добавок, введение которых приводит к образованию дополнительных продуктов гидратации, уплотняющих структуру цементного камня. Комплексные добавки улучшают свойства не только за счет уменьшения количества воды затворения, но и за счет изменения структуры цементного камня.
В современной наноиндустрии существуют два способа получения наночастиц, а именно: уменьшение размеров физических тел до наночастиц; «сборка» из элементарных частиц, имеющих
наноразмерные структуры [5].
Для целенаправленного влияния на процессы структурообразования цементных композиций, приводящих к повышению как ранней, так и поздней прочности искусственного камня, модификаторы должны обладать следующими свойствами:
1. быть кристаллохимическим аналогом основных продуктов гидратации портландцемента;
2. иметь развитую, энергетически насыщенную поверхность, обладающую большой адсорбционной способностью по отношению к ионам, насыщающим цементную фазу твердеющего цемента;
3. способствовать в результате создания локальных пересыщений образованию зародышей кристаллов и прочных кристаллических сростков, устойчивых против перекристаллизации в процессе твердения цемента [3, 6].
В ранее проделанных работах («Технология и производство ячеистых бетонов на основе отходов кварца», «Эффективность сухого и мокрого методов активации вяжущего с применением отходов от производства чистого кварца» [4]) с помощью экспериментальных данных была показана принципиальная возможность получения высококонцентрированного
вяжущего, на основе активированной цементно-кварцевой смеси, без применения высокотемпературной обжиговой или автоклавной обработки, как при сухой, так и мокрой активации. В результате мокрой активации цементно-песчаной смеси прочность образцов по сравнению с прочностью контрольных образцов увеличилась в 1,58 раза. По сравнению с сухим помолом, прочность образцов увеличилась в 1,3 раза.
В данной работе в качестве наночастиц используются кварцевые отходы обогащения классификации пудры (размером > 3х10- нм), являющиеся побочным продуктом технологического процесса получения чистого кварцевого сырья. Целью эксперимента является изучение
комплексного использования активированной мокрым способом цементно-кварцевой смеси и добавки суперпластификатора С-3 на повышение качественных характеристик ячеистого бетона.
Пластификатор С - 3 - органическое синтетическое вещество на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида со специфическим соотношением фракций с различной средней молекулярной массой -
полинафталинметиленсульфонат или
метиленбис (нафталин-сульфонат) натрия (ГОСТ 24211-2003). Использование данной добавки не только позволяет снизить расход цемента до 20 %, но и улучшить технологические и эксплуатационные свойства бетонной и растворной смеси, прочность, плотность и однородность цементного камня. Одно из основных свойств данной добавки - увеличение текучести бетонных и растворных смесей в 6-7 раз приводящее к более плотной упаковке частиц, и, следовательно, к сокращению объема пор.
В работе применялись следующие материалы:
1. Вяжущее вещество - портландцемент ПЦ400 Д20 производства Изкитимского цементного завода (г. Новосибирск).
2. Отходы от производства чистого кварца.
3. Пластификатор С-3 (0,5 % от общей массы).
4. Песок речной (Мкр = 0,9-1,3 мм).
5. Вода водопроводная.
В процессе проведения эксперимента полученную пульпу с В/Т=0,7 на смеси цемента с отходами от производства чистого кварца (отходы обогащения классификации пудры) в соотношении 80:20 подвергали гидродинамической активации по мокрому помолу в мельнице непрерывного действия роторного типа «Вьюга - 3» (рис. 1). По первому варианту без добавки и второму варианту с добавкой С-3 в количестве 0,5 % массы. Далее пульпа подавалась в основной смеситель, где происходило дальнейшее перемешивание с оставшимися
компонентами: цементом, песком и водой.
Из полученной цементно-песчано-кварцевой (ЦПК) смеси нормальной густоты формовались образцы-балочки размером 4х4х16 см в количестве 3 штук. Физико-механические показатели определялись в лаборатории завода
«Нижневартовскстройдеталь» в возрасте 28 суток, при температуре 20±2 0С и относительной влажности 70-80 % согласно требованиям ГОСТа (таблица 1). При обработке результатов наименьшее и наибольшее значения не учитывались. Значения считались недействительными, если разброс между ними был более 15 %. Аналогично данной процедуре, в том же количестве были изготовлены образцы-балочки с добавкой С-3, которую вводили на стадии перемешивания с песком в лабораторном смесителе согласно разработанной технологической схеме (рис.2).
Рис.1. Мельница непрерывного действия роторного типа «Вьюга - 3». Расположение мелющих тел
Таблица 1 - Физико-механические показатели образцов
Технологиче ский способ активации смеси Состав смеси (цемент: кварц,) % Размеры, а,Ь,с, см Объем, V, см3 Масса, т, г Плотнос Р3 г/см Прочность при изгибе Rиз, МПа Прочность при сжатии Rсж, МПа
28 суток средня я 28 суток средн яя
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Без активации 100:0 4,01х4,05х 16,00 259,85 577 2,22 9,21 9,19 29,91 31,52 30,65
4,00х4,01х 16,02 256,96 575 2,24 9,35 32,45 30,12
3,99х4,00х 16,01 255,52 571 2,23 9,02 29,13 30,78
Мокрый способ 80:20 4,00х4,01х 16,01 256,80 568 2,21 11,63 11,50 37,64 39,76 38,05
4,01х3,99х 15,99 255,84 569 2,22 11,35 38,28 36,84
4,00х4,03х 15,98 257,60 568 2,20 11,52 37,47 38,32
Мокрый способ с добавкой С-3 80:20 4,03х4,01х 16,02 258,89 567 2,19 12,53 12,52 40,68 42,87 41,69
4,02х4,03х 16,02 259,53 564 2,17 12,68 43,02 41,27
4,01х4,03х 16,01 258,73 565 2,18 12,36 39,89 42,41
Рис. 2. Технологическая схема производства мелкозернистых бетонов с использованием активированной мокрым способом цементно-кварцевой смеси и добавки суперпластификатора С - 3:1 - накопительный бункер для цемента; 2 - накопительный бункер для отходов от производства чистого кварца; 3 - добавка суперпластификатор С-3; 4 - ёмкость для воды; 5 - накопительный бункер для песка; 6,11 - дозатор цемента; 7 - дозатор отходов кварца; 8,13 - дозатор воды; 9 - смеситель для перемешивания компонентов; 10 - дозатор активированной цементно-кварцевой смеси; 12 - центробежная дисковая установка/мельница непрерывного действия роторного типа «Вьюга - 3»; 14 - дозатор песка; 15 - лабораторный смеситель принудительного действия (с вертикальным ротором); 16 - форма для заливки готовой смеси
Для исследования микроструктуры использовался растровый ионно-электронный микроскоп Quanta 200 3D1. Сравнивая микроструктуры мелкозернистого бетона (МЗБ) контрольного состава, МЗБ с содержанием высокодисперсных частиц отходов кварца, МЗБ с содержанием высокодисперсных частиц отходов кварца и
добавки суперпластификатора С-3, можно отметить, что при комплексном использовании наночастиц и модификатора наблюдается образование упорядоченной структуры с более плотной упаковкой кристаллов, что приводит к повышению прочности композита (рис. 3).
Рис. 3. Микроструктура образцов МЗБ: а) контрольные образцы, б) образцы, с содержанием высокодисперсных частиц отходов кварца и нанодобавкой С-3
Заключение
В результате комплексного использования активированной мокрым способом цементно-кварцевой смеси и суперпластификатора С-3 с продуктами гидратации в структуре бетонной смеси происходит более плотное заполнение пор высокодисперсными частицами, образовывающих новые центры
кристаллизации, выступающих в качестве дополнительного «армирования» бетонной смеси с продуктами его взаимодействия.
Полученные результаты способствуют улучшению эксплуатационных и физико-механических характеристик цементного камня. Прочность на изгиб образцов МЗБ, полученных методом мокрого помола, превышает прочность контрольных образцов на 2,31 МПа (на 25 %), прочность на сжатие на 7,4 МПа (на 24 %). В результате комплексного воздействия добавки суперпластификатора С-3 и полученных на основе отходов чистого кварца высокодисперсных частиц, прочность на изгиб полученных образцов превышает прочность контрольных на 3,33МПа (на 36 %), при этом прочность на сжатие увеличивается на 11,04 МПа (на 36 %).
Библиографический список
1. Ахвердов, И. Н. Основы физики бетона: Учебник для вузов / И. Н. Ахвердов - М.: Стройиздат, 1981 - 464 с.
2. Гусев, Б. В. Прочность полидисперсного композиционного материала, типа цементного бетона и особенности напряженно-деформированного состояния такого материала при действии сжимающих нагрузок / Б. В. Гусев -М.: ЦИСН, 2003. - 37 с.
3. Кабаяси, Н. Введение в нанотехнологию: пер. с япон. А.В. Хачояна под ред. Потрикеева. / Н. Кабаяси. - М.: БИНОМ, 2007. - 134 с.
4. Косач, А. Ф. Технология и производство ячеистых бетонов на основе отходов кварца / А. Ф. Косач, И. Н. Кузнецова, С. В. Данилов, Н. А. Гутарева // Вестник СибАДи. - 2013. - № 3 (31) . С. 82 - 86.
5. Матвеева Е. Г. Наномодифицированный мелкозернистый бетон / Е. Г. Матвеева, А. А. Пыкин, О. А. Чудакова // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов: материалы V Международной научно-технической конференции, г. Волгоград, 23-24 апреля 2009 г. Часть I. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2009. - С.166 - 170.
6. Королев, А. С. Управление водонепроницаемостью цементных композитов путем направленного уплотнения гидратной структуры цементного камня: монография / А. С. Королев. - Челябинск: Изд-во ЮРГГУ, 2008. - 148 с.
7. Андриевский, Р. А. Наноматериалы: концепция и современные проблемы / Р. А. Андриевский // Российский химический журнал (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И.Менделеева). - 2002. - т. XLVI. - №5. - С. 50 - 56.
8. Алфимов, С. М. Развитие в России работ в области нанотехнологий / С. М. Алфимов, B. А. Быков, Е. П. Гребенников и др. // Нано - и микросистемная техника. - 2004. - №8. - С.2 - 8.
FINELY GRANULAR CONCRETE ACTIVATED BY WASTE OF PURE QUARTZ AND ADDITIVE С - 3
A. F. Kosach, S. V. Danilov, M. A. Korotaev, N. A. Gutareva
Abstract. In clause it is considered efficiency of complex influence of the additive of supersoftener С-3 and received on the basis of waste of pure quartz of highly disperse particles on characteristics of cellular concrete is considered. It is presented advanced technology manufactures of cellular concrete. Researchers have shown significant dense filling times highly disperse the particles, forming the new centers of the crystallization, representing itself as additional "reinforcing" of a concrete mix with products of its interaction.
Keywords: cellular concrete, Concrete, quartz, microreinforcing, activators, antipodes, hydration.
References
1. Ahverdov I. N. Osnovy fiziki betona: Uchebnik dlja vuzov [Fundamentals of physics of concrete: The textbook for higher education institutions]. Moscow, Strojizdat, 1981. 464 p.
2. Gusev B. V. Prochnost' polidispersnogo kompozicionnogo materiala, tipa cementnogo betona i osobennosti naprjazhenno-deformirovannogo sostojanija takogo materiala pri dejstvii szhimajushhih nagruzok [Durability of polydisperse composite material, like cement concrete and feature of the intense deformed condition of such material at action of the squeezing loadings]. Moscow, CISN, 2003. 37 p.
3. Kabajasi N. Vvedenie v nanotehnologiju: per. s japon. A.V. Hachojana pod red. Potrikeeva. [Introduction to nanotechnology]. Moscow, BINOM, 2007. 134 p.
4. Kosach A. F., Kuznecova I. N., Danilov S. V., Gutareva N. A. Tehnologija i proizvodstvo jacheistyh betonov na osnove othodov kvarca [Technology and production of cellular concrete on the basis of quartz waste]. Vestnik SibADI, 2013, no 3 (31). pp. 82 - 86.
5. Matveeva E. G., Pykin A. A., Chudakova O. A. Nanomodificirovannyj melkozernistyj beton [The nanomodified fine-grained concrete]. Nadezhnost' i dolgovechnost' stroitel'nyh materialov, konstrukcij i osnovanij fundamentov: materialy V Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii, g. Volgograd, 2324 aprelja 2009 g. Chast' I. Volgograd: VolgGASU, 2009. pp. 166 - 170.
6. Korolev A. S. Upravlenie vodonepronicaemostju cementnyh kompozitov putem napravlennogo uplotnenija gidratnoj struktury cementnogo kamnja: monografija [Management of water tightness of cement composites by the directed consolidation of hydrate structure of a cement stone: monograph]. Cheljabinsk, Izd-vo JuRGGU, 2008. 148 p.
7. Andrievskij R. A. Nanomaterialy: koncepcija i sovremennye problemy [Nanomaterials: concept and modern problems]. Rossijskij himicheskij zhurnal (Zh. Ros. him. ob-va im. D.I.Mendeleeva). 2002, t. XLVI, no 5. pp. 50 - 56.
8. Alfimov S. M., Bykov B. A., Grebennikov E. P. Razvitie v Rossii rabot v oblasti nanotehnologij [Development in Russia of works in the field of nanotechnologies]. Nano - i mikrosistemnaja tehnika, 2004, no 8. pp. 2 - 8.
Косач Анатолий Федорович (Россия, г. Ханты-Мансийск) - доктор технических наук, профессор кафедры Строительные конструкции Югорского государственного университета. (628012, Тюменская область, ХМАО-Югра, г. Ханты-Мансийск, ул. Чехова, 16, e-mail: [email protected])
Данилов Сергей Валерьевич (Россия, г. Ханты-Мансийск) - аспирант Югорского государственного университета, (628012, Тюменская область, ХМАО-Югра, г. Ханты-Мансийск, ул. Чехова, 16, e-mail: danilov_sv@mail. ru.)
Коротаев Максим Александрович (Россия, г. Нижневартовск) - главный инженер ЗАО «Нижневартовскстройдеталь», (628609,
Тюменская область, ХМАО-Югра, ул. Индустриальная, д.36, стр. 16, e-mail: [email protected])
Гутарева Наталья Анатольевна Россия, г. Ханты-Мансийск) - аспирант Югорского государственного университета, (628012, Тюменская область, ХМАО-Югра, г. Ханты-Мансийск, ул. Чехова, 16)
Kosach A. F. (Russian Federation, Khanty-Mansiysk) - Doctor of Engineering, professor of chair Construction designs of the Ugra State University (USU). (628012, Tyumen region, Khanty-Mansi Autonomous Okrug-Yugra, Khanty-Mansiysk, st. of Chekhov, 16, e-mail: [email protected])
Danilov S. V. (Russian Federation, Khanty-Mansiysk) - the graduate student of the Ugra State University (USU), (628012, the Tyumen region, Khanty-Mansi Autonomous Okrug-Yugra, Khanty-Mansiysk, st. of Chekhov, 16, e-mail: [email protected].)
Korotaev M. A. (Russian Federation, Nizhnevartovsk) - the chief engineer of JSC Nizhnevartovskstroydetal, (628609, the Tyumen region, Khanty-Mansi Autonomous Okrug-Yugra, Industrialnaya St., 36, p. of 16E-mail: [email protected])
Gutareva N. A. (Russia, Khanty-Mansiysk) - the graduate student of the Ugra State University (USU), (628012, the Tyumen region, Khanty-Mansi Autonomous Okrug-Yugra, Khanty-Mansiysk, st. of Chekhov, 16)
