CC BY
125
теки, Дома санпросвета (дом Культуры), Дома колхозника, клуба «Динамо», музея, парка культуры, вуза городка, а также лечебно-профилактических учреждений - больницы, диспансера, дезостанции. В духе идеологических установок и архитектурных веяний довоенных лет проектом предусмотрены участки для размещения государственных учреждений, таких как Дом Советов, горсовет, госбанк, радиостанция, почта-банк, типография, телефонная станция, военный городок. Несколько общественных зданий (Дом Советов, почта-банк, Дворец труда, библиотека, Дом санпросвета, госбанк, типография) сгруппированы в центральной части плана, формируя общественно-культурное пространство в виде двух городских площадей.
Основные промышленные предприятия города в проектном плане размещены к югу от полосы отчуждения железной дороги, среди них: МТС, керамический завод, нефтесклад, маслобойня, элеватор, союз-мясо, леспромхоз, а также транспортные предприятия - государственная конюшня и гараж союзтранс.
Рассмотренный проектный план Абакана, выполненный новосибирскими архитекторами, впоследствии не получил официального утверждения, но судя по наличию на нем корректирующих карандашных правок использовался в качестве проектной основы развития городской застройки. Об этом косвенно сообщают архивные документы. В начале 1935 года московскому институту Горстройпроект было поручено выполнение планировочных работ по городу Абакану. На запрос руководства института о наличии ранее составленных проектных материалов заведующий коммунальным трестом абаканского горсовета сообщал следующее:
«Планировка г. Абакана крайне необходима. Город образовался из села Усть-Абаканского в 1931 году и в настоящее время имеет до 20 тысяч жителей; представляет из себя административный центр Ха-
касской автономной области. Новосибирским край-комхозом в 1932 году была сделана схема планировки города в масштабе 1/10 000. Из материалов, каковые могут служить для использования при планировке, имеем следующие: Съемка городских земель (вертикальная с сечением через 20 см) в масштабе 1/5 000, произведенная в 1931 году ВОДХОЗОМ. Почвенно-ботаническое обследование, произведенное Томским университетом в 1933 году. Схема планировки, сделанная проектным бюро Новосибирского крайкомхоза в 1932 году» [3, л. 31].
Несмотря на острую потребность в составлении проектного плана Абакана, архитектурно-планировочные работы замедлялись возникавшими финансовыми и организационными проблемами. Одной из них было отсутствие утвержденных границ городской черты, которая не получила документального оформления вплоть до 1941 года [3, л. 1].
Градостроительное значение проектного плана Абакана 1932 года определяется его ролью в архитектурно-планировочном развитии города довоенного периода. Например, из предложенных проектировщиками зданий общественного назначения уже к началу 1941 года были возведены в каменных материалах следующие: госбанк (1932 г.), типография (1933 г.), Дом Советов (1940 г.), Дом культуры (1940 г.), несколько школ и учебных заведений [3, л. 4а об.]. Значительное влияние этот проектный план оказал на послевоенный процесс формирования планировочной структуры прижелезнодорожной и центральной частей Абакана, на развитие идей градостроительных преобразований столицы Хакасии. Концепции создания новых городов, разработанные и апробированные на практике в период индустриализации восточных регионов страны, получили дальнейшее развитие в сибирском градостроительстве ХХ века.
Библиографический список
1. Торосов В. Абакан. М.: Цицеро, 1994. 3. Государственный архив Красноярского края (ГАКК). Ф. Р-
2. Анненко А. Хакасск, Ахбан, Абакан // Хакасия. Ежедневная 2224. Оп. 1. Д. 1. Проект города Абакана и материалы по республиканская газета. 2011. 25 февраля. № 32 (21889). оформлению черты города.1932-1942. Л. 32.
УДК 666.943
ШЛАКОЩЕЛОЧНЫЕ ВЯЖУЩИЕ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ СТРОЙИНДУСТРИИ
1 9
Л.А. Урханова1, И.А. Дмитриев2
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в, стр. 1. 2Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены перспективы получения шлакощелочных вяжущих. Приведены результаты экспериментальных исследований получения композиционного перлитового вяжущего с использованием перлитовых пород и безводного силиката натрия и бетонов на его основе. Показана возможность использования в качестве щелочного компо-
1Урханова Лариса Алексеевна, доктор технических наук, доцент кафедры производства строительных материалов и изделий, тел.: 83012411193, e-mail: urkhanova@mail.ru
Urkhanova Larisa, Doctor of technical sciences, Associate Professor of the Department of Manufacture of Building Materials and Products, tel.: 83012411193, e-mail: urkhanova@mail.ru
2Дмитриев Иван Андреевич, аспирант, тел.: 89500654060, e-mail: vanesov@bk.ru Dmitriev Ivan, Postgraduate, tel.: 89500654060, e-mail: vanesov@bk.ru
нента для получения шлакощелочных вяжущих щелочесодержащих отходов промышленности. Ил. 2. Табл. 3. Библиогр. 11 назв.
Ключевые слова: шлакощелочные вяжущие; композиционное перлитовое вяжущее; автоклавная обработка; газобетон; отходы промышленности.
ALKALI-ACTIVATED SLAG BINDERS - A PROMISING DIRECTION IN BUILDING INDUSTRY L.A. Urkhanova, I.A. Dmitriev
East-Siberian State University of Technology and Management, 40B Klyuchevskaya St., bld.1, Ulan-Ude, Republic of Buryatia, 670013. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article considers the prospects to obtain alkali-activated slag binders. It presents the results of experimental researches on obtaining a composite perlite binder with the use of perlite rocks and anhydrous sodium silicate, and concretes based on it. The possibility to use alkali-containing industrial wastes as an alkali component for alkali-activated slag binders is demonstrated. 2 figures. 3 tables. 11 sources.
Key words: alkali-activated slag binders; composite perlite binder; autoclaving; gas concrete; industrial waste.
Бетон остаётся и в XXI веке основным конструкционным материалом, объёмы производства которого в мире составляют более 3 млрд м3 в год. Основные объёмы бетона производятся на основе портландцемента, мировое производство которого составляет более 1,5 млрд т, а по прогнозным оценкам специалистов среднегодовой рост потребления цемента в мире с 2008 по 2012 год составит 5-6%. В России проектом долгосрочной стратегии развития производства строительных материалов и конструкций на период до 2020 г. предполагается к 2020 году увеличить производство портландцемента с 51 до 194 млн т.
Долгое время не вызывала сомнений целесообразность растущего производства клинкерного цемента. Однако в последние десятилетия огромные выбросы углекислого газа (СО2), высокая материало- и энергоёмкость конечного продукта, вызвали необходимость поиска путей снижения объёмов применения клинкера при производстве цементов, один из которых - увеличение производства композиционных порт-ландцементов с минеральными добавками, другой -разработка и внедрение мало- и бесклинкерных альтернативных видов вяжущих [1].
По мнению довольно большого числа исследователей, такой альтернативой в перспективе могут стать и вяжущие вещества щелочной активации, более известные в западной научно-технической литературе как геополимеры [2, 3].
Развитие этого направление в бывшем СССР было связано, прежде всего, с работами, В.Д. Глуховско-го, интенсивно проводимыми в 1960-е гг. [4] и положившими начало научной школе по шлакощелочным вяжущим [5-7]. Его усилиями были осуществлены серьёзные попытки внедрения шлакощелочных вяжущих материалов в промышленность. Близкими по направлению исследованиями несколько позже стал заниматься Давидовиц во Франции [2]: он существенно развил представления в этой области, расширил число потенциальных практических применений, подвёл научную основу, обобщающую различные виды вяжущих щелочной активации под единым термином - геополимеры. Под вяжущими щелочной активации (геополимерами) принято подразумевать вяжущие веще-
ства на основе тонкодисперсных аморфных или кристаллических алюмосиликатных материалов, затворяемых растворами щелочей или солей, имеющими щелочную реакцию (обычно растворами гидроксидов, силикатов или алюминатов натрия и калия).
Для производства таких цементов пригодны шлаки доменных, мартеновских, электротермофосфорных печей, а также шлаки цветной металлургии. Главное, чтобы по составу это были силикатные и алюмосили-катные расплавы. Важно, что это не природное невоз-обновляемое сырьё, а крупнотоннажные отходы существующих производств.
Следует отметить ограниченное число публикаций, связанных как с разработкой реальных технологических переделов производства таких вяжущих, так и с экономической оценкой перспектив производства геополимеров. Не определена также ожидаемая оптимальная область применения таких вяжущих, вытекающая из характеристик их состава и свойств.
Учёные ВСГТУ под руководством проф. А.Д. Цы-ремпилова [8] разработали теоретические положения и технологии производства щелочных алюмосиликатных вяжущих, полученных помолом перлитовых пород, вулканического шлака, золошлаковых отходов теплоэнергетики с последующим затворением их водными щелочными растворами. Исследования показали, что вулканические стёкла в тонкодисперсном состоянии при введении щелочного активатора в условиях, например, гидротермальной обработки обладают гидравлическими свойствами и способны образовывать высокопрочный искусственный камень (табл. 1). В качестве щелочных активаторов применяли растворы едкой щёлочи, жидкого стекла, безводный силикат натрия.
Получены щелочные алюмосиликатные вяжущие марок М300-М600 в зависимости от вида и продолжительности тепловлажностной обработки (ТВО), степени дисперсности вяжущего, вида и количества щелочной добавки.
Основными продуктами гидратации щелочных алюмосиликатных вяжущих являются кристаллические новообразования цеолитового типа - низкоосновные гидроалюмосиликаты натрия и калия, а также
низкотемпературный кристобалит (8Ю2). Так, на рентгенограммах композиционного перлитового вяжущего (КПВ) (рис. 1,а) появляются линии, характерные для кристобалита (БЮ2) (с1/п=4,22; 3,22; 2,12; 1,81), аналь-цима (МД84Нп) (3,45; 2,95; 2,23; 4,92 А), натролита (ЫД82Нп) (2,87; 4,35 А). На дериватограммах (рис. 1,6) отмечаются следующие термические эффекты: эн-доэффект в области температур от 100 до 300°С, связанный с первичной дегидратацией, эндоэффект в области температур 400-500°С, связанный с дегидратацией анальцима, эндоэффект в области 700-800°С, обусловленный полной дегидратацией кристаллогидратов, и экзоэффект при 940°С, связанный с кристаллизацией альбита.
Полученные данные по фазовому составу КПВ согласуются с данными электронно-микроскопического анализа (рис. 2). В активированном вяжущем отсутствуют зёрна несвязанной щёлочи; вся щёлочь связана в гидроалюмосиликаты натрия.
При введении в шлакощелочные вяжущие различных заполнителей получены строительные мате -риалы с широким спектром свойств: жаростойкие, огнеупорные, кислотостойкие, декоративно-отделочные, коррозионностойкие [9,10].
На основе КПВ, включающего перлит и безводный силикат натрия, был получен автоклавный газосиликат с использованием в качестве мелкого заполнителя
полевошпатового песка и золы гидроудаления Улан -Удэнской ТЭЦ-1.
Таблица 1
Активность композиционного перлитового вяжущего (щелочной компонент - безводный
Удельная поверхность, 8уд, м2/кг Прочность при сжатии вяжущего, МПа, после автоклавной обработки (Р=0,6 МПа, 1=170°С, т=6 ч)
230 / 360* 28 / 35
330 / 450 32 / 46
420 / 540 41 / 52
480 / 630 44 / 57
530 / 680 48 / 61
*В числителе - вяжущее, измельчённое по сухому режиму, в знаменателе - измельчённое по мокрому режиму (в присутствии воды).
а) б)
Рис. 1. Рентгенофазовый (а) и дифференциально -термический (б) анализы композиционного перлитового вяжущего: 1 - исходная перлитовая порода; 2 - композиционное перлитовое вяжущее после автоклавной
обработки
1 ООмт
Рис. 2. Микроструктура композиционного перлитового вяжущего
Таблица 2
Свойства ячеистых бетонов на основе композиционного перлитового вяжущего _(режим автоклавирования: Р=0,6 МПа, т=2+6+2 ч)_
Состав, в % по массе ПАП-1, % сверх 100 2 Буд, м /кг Пластичность, см В/Т Р0, 3 кг/м Рсж, МПа Класс бетона
КПВ песок зола КПВ песка (золы)
100 - - 0,08 500 - 9 0,47 750 4,5 В3,5
67 - 33 0,08 -«»- 270 9 0,47 710 4,2 В3,5
50 - 50 0,08 -«»- 9 0,47 650 3,5 В2,5
33 - 67 0,08 -«»- -«»- 9 0,47 620 2,2 В1,5
70 30 - 0,08 500 200 9 0,40 780 5,6 В5
50 50 - 0,08 -«»- -«»- 10 0,41 820 4,8 В3,5
30 70 - 0,08 9 0,39 850 4,0 В3,5
70 30 - 0,1 10 0,42 650 3,3 В2,5
50 50 - 0,1 10 0,41 680 3,0 В2,5
При получении газосиликата традиционных вяжущих вспучивание происходит в результате взаимодействия алюминиевой пудры с гидроксидом кальция. В нашем случае силикатная смесь вспучивается благодаря взаимодействию алюминиевой пудры со щелочью, которая выделяется в свободном виде при измельчении КПВ в присутствии воды. Зола, в силу своей низкой основности, практически не оказывает влияния на щелочной характер газосиликатной смеси.
Разработана методика подбора состава газосиликатной смеси, которая учитывает ряд факторов: продолжительность измельчения композиционного перлитового вяжущего, соотношение между заполнителем и вяжущим, содержание газообразователя, во-дотвердое отношение. В результате оперирования данными факторами можно выйти на более качественную структуру газосиликата. Меняя дозировку газообразователя, а также водотвердое отношение силикатной смеси, можно регулировать пористость и плотность газосиликата, от которых зависят его физические и механические свойства - теплопроводность, водопоглощение, прочность и др. (табл. 2).
Содержание щелочи в газосиликатной смеси зависит от продолжительности измельчения и соотношения компонентов, необходимого для протекания процессов газообразования при получении газосиликатной смеси и структурообразования газосиликата в период гидротермальной обработки.
Если учесть, что оксида натрия (№20) в силикате натрия содержится в среднем 26,1%, тогда в композиционном перлитовом вяжущем состава перлит: силикат натрия в соотношении 90:10 - 2,61%, с учётом степени гидратации - 1,83-2,3%.
Для получения газосиликата плотностью 700-600 кг/м расход алюминиевой пудры составляет 360-470 г, щёлочи требуется 1600-2100 г на 1 м3 газосиликата, при этом выделяется 500-620 л газа. С учётом коэффициента газоудержания объём выделившегося газа составит 350-420 л. При соотношении кремнеземистого компонента и вяжущего 2:1 содержание щёлочи составит в среднем 3300-3800 г/м3. Таким образом, часть щёлочи взаимодействует с алюминиевой пудрой, а часть - способствует протеканию процессов
гидратации и дальнейшего растворения компонентов вяжущего в период гидротермальной обработки. Алюминиевая пудра выполняет в структурообразовании газосиликата двойную роль. С одной стороны, как га-зообразователь, с другой - связывает щелочной компонент в нерастворимые гидроалюмосиликаты натрия, тем самым повышая водостойкость газосиликата.
Известно, что при получении шлакощелочных вяжущих щёлочь является дорогостоящим компонентом. В связи с этим перспективно, по нашему мнению, использование различных отходов, содержащих щёлочи. В этом случае производство шлакощелочных вяжущих становится элементом безотходных технологий. В качестве щелочного компонента могут быть использованы крупнотоннажные отходы производства сульфида натрия, капролактама, глинозёма, кислорода. Щелочные растворы, используемые для очистки металлических отливок от шлака, пригара и окалины тоже практически не используются, вывозятся на свалки, сливаются в шламонакопители. Из всех этих отходов можно ежегодно изготавливать по меньшей мере 30 млн т высокопрочных шлакощелочных бетонов.
По расчётам, удельные капиталовложения на тонну шлакощелочного вяжущего (с учётом стоимости щелочного компонента) в 2,5-3,5 раза ниже, чем для портландцемента. При использовании щелочесодер-жащих отходов разница будет ещё больше. Несмотря на это, обзор литературы по данной тематики показал, что поиском щелочного компонента из отходов промышленности практически не занимались. По мнению Л.И. Дворкина [11] именно дефицит щелочных затво-рителей вяжущих сдерживает расширение объёма производства шлакощелочных бетонов.
Изучение некоторых характеристик многотонажно-го отхода суспензии пыли электрофильтров, сбрасываемое на шламовое поле Иркутского алюминиевого завода, показало возможность его применения в качестве щелочного активатора: при замешивании пыли электрофильтров в оборотную воду происходит частичное растворение некоторых компонентов, в результате оборотная вода превращается в слабый щелочной раствор, примерный состав которого приведён в табл. 3.
Таблица 3 Состав раствора суспензии пыли электрофильтров
3 Наименование и содержание соединений, г/дм
NaF Na2CO3 NaHCO3 Na2SO4
0,61 1,1 0,84 21,3
Отдельного внимания заслуживает девятиводный метасиликат натрия (№28Ю3х9Н20) - натриевая соль метакремниевой кислоты, являющаяся побочным продуктом при производстве глинозёма. Он содержит долю общей щёлочности в пересчёте на Na2O, %, не менее 20,5%, а также долю двуокиси кремния (БЮ2) не менее 19%. Водные растворы метасиликата натрия имеют сильно щелочную реакцию и по своим химическим свойствам идентичны растворам щелочей, что, безусловно, свидетельствует о возможности их ис-
пользования в качестве щелочного компонента вяжущего.
Учитывая усиливающееся стремление мировой общественности к энерго- и ресурсосбережению и постоянно увеличивающиеся накопления промышленных отходов, следует ожидать возрастания роли геополимеров в качестве вяжущего для высокопрочных бетонов. Возможная экономическая и экологическая целесообразность применения геополимеров послужит стимулом для их исследования и полноценного промышленного внедрения. В будущем шлакощелоч-ные вяжущие способны сократить многотонажные отвалы отходов производства и существенно уменьшить растущую с каждым годом стоимость одного из самых популярных строительных материалов - бетона, а следовательно, и строительства в целом. Однако для этого научные разработки по данной тематике необходимо активно вести уже сегодня.
Библиографический список
1. Рахимова Н.Р. Шлакощелочные вяжущие и бетоны с силикатными и алюмосиликатными минеральными добавками: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Казань, 2010. 37 с.
2. Davidovitz J. Geopolymer. Chemistry and applications. Saint-Quentin: Institute Geopolymer, 2008. 592 p.
3. Geopolymer technology: the current state of the art / Duxson Р., Fernandez-Jimenez А.,. Provis J.L [and other]. // Sci. 2007. V. 42. P. 2917-2933.
4. Глуховский В.Д. Грунтосиликаты. Киев: Госстройиздат УССР, 1959. 125 с.
5. Глуховский В.Д. Щелочные и щелочно-щелочнозе-мельные гидравлические вяжущие и бетоны. Киев: Вища шк., 1979. 198 с.
6. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. Киев: Бу^вельник,1978. 184 с.
7. Глуховский В.Д. Основы технологии отделочных и гидроизоляционных строительных материалов. Киев: Вища шк., 1979.
8. Цыремпилов А.Д. Эффективные бесцементные вяжущие и бетоны на основе эффузивных пород : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. М., 1994. 29 с.
9. Магдеев У.Х., Баженов Ю.М., Цыремпилов А.Д. Энергосберегающие технологии вяжущих и бетонов на основе эффузивных пород. М.: Изд-во РААСН, 2002. 348 с.
10. Урханова Л.А., Заяханов М.Е. Вяжущие и бетоны на основе вулканических шлаков // Строительные материалы. 2006. № 7. С. 26-29.
11. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справ. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2007. 368 с.
УДК 628.8:696.4:644.62:683.97
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЙ, УТЕЧЕК И НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫХ ОТБОРОВ ВОДЫ ИЗ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
В.Р. Чупин1, А.С. Душин2, Р.В. Чупин3
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Предлагается методика оперативного обнаружения аварий, которая должна стать неотъемлемой составляющей системы автоматизированного диспетчерского управления водопроводом. Сущность методики заключается в сопоставлении расчетных и измеренных расходов и давлений. При замере расхода воды в начале водопровода предлагаемая методика позволяет определить место утечки воды или несанкционированного подключения потребителя и оценить диаметр отверстия и объем воды, истекаемой в грунт. Ил. 9. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: утечка воды; поиск и обнаружение аварии; метод четырёх манометров.
1 Чупин Виктор Романович, доктор технических наук, профессор, директор Института Архитектуры и строительства, тел.:(3952) 405145, e-mail: chupinvr@istu.edu
Chupin Victor, Doctor of technical sciences, Professor, Director of the Institute of Architecture and Building, tel.: (3952) 405145, e-mail: chupinvr@istu.edu
2Душин Алексей Сергеевич, аспирант, тел.: (3952) 780543, 89501274408, e-mail: a.s.dushin@mail.ru Dushin Aleksei, Postgraduate, tel.: (3952) 780543, 89501274408, e-mail: asdushin@mail.ru
3Чупин Роман Викторович, кандидат технических наук, научный сотрудник кафедры городского строительства и хозяйства, тел.:(3952) 405145, e-mail: chupinvr@istu.edu
Chupin Roman, Candidate of technical sciences, Research Worker of the Department of Civil Planning and Economy, tel.: (3952) 405145, e-mail: chupinvr@istu.edu
