Неавтоклавный пенобетон на основе наполнителей из вторичных материалов и промышленных отходов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

НЕАВТОКЛАВНЫЙ ПЕНОБЕТОН НА ОСНОВЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ИЗ ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ Асаналиева Ж.Д.

Асаналиева Жылдыз Джолдошбековна - старший преподаватель, Институт строительства и инновационных технологий Международный университет инновационных технологий, г. Бишкек, Кыргызская Республика

Аннотация: в статье даются результаты исследования и свойственные характеристики местных кремнеземистых материалов о пригодности их в качестве наполнителя для производства пенобетона из отходов промышленности и вторичных материалов.

Ключевые слова: отходы производства, вторичные материалы, неавтоклавный пенобетон, кремнеземистые компоненты, энергоэффективность, ячеистые бетоны.

ЕЮ1: 10.24411/2412-8236-2019-11001

Современная строительная индустрия делает упор на необходимость экономного расходования энергоресурсов, в том числе на соблюдение оптимального температурного режима помещения. Это требует разработки и внедрения в производство новых более эффективных материалов и изделий с пониженной теплопроводностью и плотностью. Кроме того, растущие цены на минеральные природные сырьевые ресурсы и складирование делают очевидными для производителей и потребителей экономические выгоды использования вторичного сырья [1-3].

В настоящее время во многих развитых странах значительное внимание уделяется для сбора, сортировки и полному использованию вторичного сырья, а также отходов промышленности [4, 5]. Известно, что высокотехнологичные опыты передовых отечественных и зарубежных производителей свидетельствует о высокой технико-экономической и экологической эффективности использование отходов и вторичных продуктов в производстве строительных материалов [6, 7].

С учетом вышеизложенного, таким строительным свойствам обладают неавтоклавные ячеистые бетоны. Они относятся к группам легких, экономичных, экологичных, энергоэффективных, негорючих, долговечных минеральных материалов [8].

А в виду того, что с 01.01.2000 г. вступили в силу новые нормы теплозащиты ограждающих конструкций зданий (СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»), касающиеся второго этапа энергосбережения, и в наибольшей мере этим требованиям отвечают однослойные стены из ячеистых бетонов, т.к. они обладают повышенным

коэффициентом однородности, и, следовательно, долговечности, являются экологически чистыми и пожаробезопасными материалами, то предпочтение в выборе материала для ограждающих конструкций становится очевидным [9].

Территория Кыргызской Республики (КР) богата минерально-сырьевыми ресурсами для производства различных строительных материалов и изделий, в том числе, и ячеистых бетонов. Расширение сырьевой базы для производства ячеистых бетонов может быть достигнуто использованием отходов промышленности.

В процессе добычи и переработки первичного природного сырья на протяжении многих лет в отвалохранилища направляются промышленные отходы от добычи цветных металлов ^Ь, которые накапливались в отвалах и

хвостохронилищах. Это, в основном, кремнистый и частично кремнисто -карбонатные материалы (месторождения Хайдаркен, Кадамжай, Чаувай, Терек-Сай, Шакафтар, Улуу-Тоо и т.д.). Ограничение массового использования кремнеземистых отходов в технологии производства бетонов обусловлено тем, что они были до сих пор недостаточно изучены.

В связи с этим целью настоящей работы является изучение о пригодности местных кремнезёмистых сырьевых материалов для получения неавтоклавных пенобетонных изделий.

В составе пенобетона в качестве наполнителя используется кремнеземистый компонент, содержащий в своем составе SiO2, роль которого заключается в уменьшении влажностной усадки, повышении трещиностойкости и улучшении других эксплуатационных свойств.

Поэтому для оценки пригодности и дальнейшего прогнозирования кремнеземистого компонента в процессе поризации и дальнейшего твердения пенобетонной массы необходимо определить технологических свойств используемых кремнеземистых наполнителей.

Нами было исследовано о пригодности и прогнозирования поведения местных кремнеземистых материалов - хвосты обогащения сурьмяных руд (ХОСР) и глинистый песок Ошского месторождения (некондиционный песок) в процессе заливки и дальнейшего твердения пенобетонной массы оценивались его активностью.

Активность материалов определялась по кинетике поглощения извести из насыщенного раствора при испытании в течении 30 суток.

Для сравнения активности исследуемых материалов была использована зола ТЭЦ, которая представлена аморфизированным обжигом глинистого вещества, кварца, полевого шпата, карбонатов кальция, магния, муллита, двухкальциевого силиката, моноалюмината кальция.

При получении неавтоклавного пенобетона апробировались составы, содержащие в качестве наполнителя: ХОСР и некондиционный песок Ошского месторождения, а также составы, где часть этих наполнителей была заменена на немолотый полевошпатовый песок.

Кинетика поглощения извести из насыщенного раствора в течение 30 суток (рис. 1): ХОСР, песок некондиционного песка и золы, показала, что количество извести, поглощенное материалами из насыщенного раствора, более интенсивно протекает в первые 10-12 сут. испытаний, а после 22-24 сут. замедляется. Наиболее активным является ХОСР, так как он прошел предварительную тепловую обработку, в результате которой Р -кварц и глинистое вещество аморфизированы и активны. Повышению активности способствует также предварительный помол.

Активность золы в сравнении с некондиционным песком выше, так как обуславливается сорбционными процессами вследствие повышенной микропористости частиц золы.

Мелкозернистый глинистый песок активизируется в результате помола. Кроме того, при обработке песка насыщенным раствором извести повышается рН среды

свыше 8-10, что, как известно, способствует протеканию ионно-обменных реакций поверхности глины с ионами кальция и образованию на ее активных центрах гидросиликата кальция. Ряд кремнеземистых материалов по активности имеет вид: отход ХОСР> зола> некондиционный песок.

Исследовалась активность фракционированных кремнеземсодержащих материалов, для чего они были рассеяны по фракциям в мм: 0,315-0,63; 0,315-0,16; 0,16 и менее и определен их химический состав (табл. 1).

Химический состав песка фр. 0,315-0,63 мм отличается незначительно от состава фр. 0,315-0,16 мм по содержанию SiO2 и Л1203. Отмечено повышение глины в фр. 0,16 мм и менее.

Коэффициент активности (соотношение СаО + R2O к Л1203 + Fe2O3) меняется в сторону некоторого увеличения при повышении дисперсности материала.

Рис. 1. Кинетика связывания извести с полидисперсными кремнеземистыми материалами в течение 30 суток взаимодействия: 1 - некондиционный песок ^уд = 2250 см2/ г); 2 - зола-унос (Sуд = 2500 см2/г); 3 -ХОСР (Sуд = 2500 см2/ г)

По Какт наиболее активным является ХОСР (1,85-1,95), затем песок (0,38- 0,41), а у золы Какт получается в пределах 0,13 - 0,2, т.к. она относится к низкокальциевым.

При использовании в составе пенобетонных масс полидисперсных полевошпатовых песков совместно с мелкодисперсными наполнителями из отхода ХОСР и некондиционного песка с высоким глинистым содержанием отмечалось формирование неравномерно-пористой макроструктуры образцов,

характеризующейся наличием продольных, щелевидных дефектов и плотностью, отличающейся по высоте образца. Поэтому с целью стабилизации пористости пенобетона и в связи с тем, что было установлено различие активности песка разных фракции, нами изучалось влияние дисперсности наполнителей на формирование ячеистой структуры и свойства готового изделия (рис 2 и 3).

Таблица 1. Зависимость химического состава и активности материалов от их фракционного

состава

Кремнезёмистые материалы Содержание оксидов, % (мас) Активность, мг/г б б Й о £ О о + о + ■Я т « т 9,и 9

SiO2 АЬОз Fe2Oз СаО MgO R2O ппп Е

Песок из песчаника Ошского месторождения

Исходный 73,74 12,52 0,93 0,86 2,85 4,67 4,41 99,9 41,6 0,41

0,63-0,315, мм 73,80 13,33 0,62 0,88 2,50 4,42 4,44 99,9 36,1 0,38

0,315-0,16, мм 74,70 13,90 0,50 1,05 2,0 4,65 3,48 99,9 38,6 0,39

0,16 мм и >> 71,20 15,44 0,31 1,80 1,50 4,63 4,15 100 38,6 0,4

Хвосты обогащения сурьмяных руд (ХОСР)

Исходный 70,93 6,92 0,73 12,67 0,03 1,49 7,23 100 68,0 1,85

0,63-0,315мм 70,85 6,87 0,77 12,83 0,05 1,41 7,22 100 63,4 186

0,315-0,16мм 69,98 6,98 0,74 12,86 0,04 2,16 7,24 100 64,5 1,94

0,16 мм и >> 69,93 6,95 0,75 12,88 0,06 2,12 7,31 100 66,1 1,95

Зола БТЭЦ

Исходный 51,57 21,87 3,70 3,09 1,24 1,99 16,5 100 42,8 0,2

0,63-0,16 мм 51,68 24,87 4,77 4,33 0,65 1,37 8,56 96,2 41,6 0,19

0,315-0,16 52,1 26,48 4,32 3,86 0,66 0,55 10,8 98,6 42,0 0,14

0,16 мм и >> 53,73 23,38 6,48 3,39 1,28 0,75 9,33 98,3 45,1 0,13

Введение в массы пенобетона наполнителей фракции 0,63-0,315 мм способствует формированию пористой структуры с отдельными деформированными порами (рис. 2 а), которые иногда сообщаются между собой, образуя изломанные щелевидные поры с размерами 0,5-3 мм. Отсюда изменяются геометрия и плотность межпоровых перегородок, которые характеризуются более рыхлой структурой и пониженной прочностью готового изделия до 10-12 % (рис. 2).

При использовании в составе пенобетонных масс наполнителей фракции 0,3150,16 и 0,16 мм и менее формируется более однородная мелкопористая структура (рис. 2 б, в). Поры сравнительно однородные, круглые, средний размер пор 0,2-0,3 мм. Очень редко встречаются каверны размером 2,5 мм. Сравнительные характеристики распределения пор приведены в табл. 2.

Рис. 2. Макроструктура горизонтального среза образцов пенообетона с использованием отдельных фракций песка в качестве наполнителя (х 10). Фракции песка, мм: а) 0,63-0315; б)

0,315-0,16; в) 0,16 и менее

Вид и марка пенобетона Размеры пор, мм Преобладающий размер пор, мм Dmax, мм Толщина межпоровой перегородки, мм

Пенобетон на основе отхода ХОСР (ПБО) 0,1 - 0,6 0,2 - 0,3 2,5 0,05 - 0,15

Пенобетон на основе некондиционного песка (ПБП) 0,1 - 0,5 0,15 - 0,2 2,0 0,06 - 0,18

КЮОР

Рис. 3. Зависимость изменения предела прочности при сжатии пенобетона от вида и фракционного состава кремнеземистого заполнителя. Фракции заполнителя, мм: 1 - 0,630,315; 2 - 0,315-0,16; 3 - 0,16 и менее

Причем, чем больше дисперсность кремнеземистых заполнителей, тем более плотная и прочная структура материала межпоровой перегородки, образуется равномерно пористая структура газобетона и, соответственно, возрастает прочность при сжатии готовых изделий (рис. 3).

Материал перегородок достаточно плотный, но имеет незначительную капиллярную пористость, так как они образованы с участием новообразований, составляющих вяжущее: взаимодействия гипса с трехкальциевым алюминатом с образованием гидросульфоалюмината кальция. Перекристаллизация этого материала приводит к некоторому разрыхлению, поэтому это приводит к перфорации межпоровых перегородок. Однако упрочняющий эффект сообщает присутствие в смеси (до 30 %) полевошпатового песка (рис. 3). Высокие прочностные характеристики образцов пенобетона с использованием отходов ХОСР обуславливаются и его высокой активностью.

Однако увеличение прочности пенобетонных изделий на основе некондиционного песка от 1,7 до 2,1 МПа наблюдается при использовании высокодисперсных фракций (0,315 мм и менее) и при оптимальных значениях водотвердого отношения и щелочной активации. Это обусловлено эффективным протеканием процессов поризации пенобетонных масс, соответствием размеров межпоровой перегородки и зерен наполнителя.

Выводы: установлено, что более тонкие фракции, обладая повышенными значениями удельной поверхности и дефектности кристаллов, проявляют несколько

большую активность к насыщенным растворам извести, чем крупнозернистые фракции при нормальных условиях взаимодействия.

Выявлено, что при использовании в составе пенобетонных масс наполнителей фракции 0,315-0,16 и 0,16 мм и менее формируется более однородная мелкопористая структура от 0,3 до 1,2 мм преимущественно овальной и округлой формы, близкой к сферической, с выдержанными размерами пор с уменьшенной толщиной более плотных межпоровых перегородок, способствующих повышению прочностных характеристик пенобетона.

Качественные свойственные характеристики из полученных образцов на основе наполнителя ХОСР сравнительно дает более высокие показатели, так как высокая активность данного наполнителя положительно влияет при структурообразовании неавтоклавного пенобетона.

Список литературы

1. Брандштетр И. Некоторые перспективные неорганические композиционные материалы 21 века// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. № 7, 2001. С. 10-11.

2. Бутт Ю.М., Рашкович Л.Н. Твердение вяжущих при повышенных температурах. М.: Госстройиздат, 1961. 231 с.

3. Винокуров О.П. Эффективность производства и применения мелких стеновых блоков из ячеистого бетона. Л Реф. информ. сер.8: Промышленность автоклавных материалов и местных вяжущих. ВНИИСМ.-М., 1988. Вып. 7. С. 6-10.

4. Баранов А.Т., Бахтияров К.И. Влияние качества межпустотного материала и пористой структуры на долговечность ячеистого бетона // Строительные материалы, 1968. № 5.

5. Гинзбург И.И., Кабанова Е.С. Породы выветривания. М., 1971.

6. Патент ГДР №214332, МКИ В 28В 1/10, С 04 В 15/12, № 2486857. Способ изготовления пенобетона в вакууме.

7. Соломин И.А. Эколого-экономические аспекты переработки строительных отходов в г. Москве // Материалы 1-й Всерос. конференции по проблемам бетона и железобетона. М.: Ассоциация «Железобетон», 2001. С. 1583-1589.

8. Стольников В.В. О теоретических основах сопротивляемости цементного камня и бетонов чередующимся циклам замораживания и оттаивания. М.: Энергия, 1970. 120 с.

9. Ахметов И.С., Мирюк О.А. Строительные композиции из стеклоотходов // Сб. материалов Международной научно-практической конференции «Реконструкция зданий и сооружений». Пенза, 1999. С. 5-6.