CC BY
39УДК 669.97
A.В. КОМАРИЧЕВ, инженер (kaf-st@stu.lipetsk.ru), М.А. ГОНЧАРОВА, д-р техн. наук,
B.В. КРОХОТИН, студент, Липецкий государственный технический университет
Сухие строительные смеси с использованием отходов металлургического производства
Целесообразность замены в строительстве традиционных материалов на сухие строительные смеси — материалов полной заводской готовности — подтверждена долголетней зарубежной и отечественной практикой строительства. Актуальной задачей в настоящее время является минимизация затрат при производстве сухих смесей с соблюдением требований к строительно-техническим свойствам материалов за счет использования местных материалов и отходов металлургической промышленности [1].
Раствор из сухих строительных смесей является мелкозернистым бетоном, особенностями которого являются однородность, высокое содержание цемента, высокая пористость, высокая удельная поверхность твердой фазы и др. В состав таких многокомпонентных систем входят высококачественные цементы, фракционированный песок, минеральные наполнители, а также модифицирующие добавки.
Известно, что применение крупнотоннажных техногенных материалов в составах сухих смесей решает сразу несколько задач: оптимизирует расход вяжущего; улучшает функциональные свойства, такие как истираемость, теплопроводность, долговечность и др. [2].
Задача, которая была решена на первом этапе, — систематизация подходов к выбору среди отходов металлургии комплексных добавок в цемент и получению на их основе смешанных вяжущих.
Исследованы составы, в которых содержание портландцемента ЦЕМ I 42,5Н оставалось постоянным — 60%, а изменялось количество и сочетание отходов металлургии. Представленные на рисунке данные позволили использовать конвертерные шлаки в качестве активной минеральной добавки в цемент. Оптимальным оказалось сочетание шлаковой пемзы и конвертерных шлаков, системы твердения на основе которых показали прочность 45,3 МПа. Методами электронного мик-розондового исследования и рентгеноструктурного анализа установлено, что в системе цемент—песок наблюдается зональное расположение продуктов гидратации, а в системе цемент — шлак отмечается равномерное распределение гидроалюмосиликатных фаз и отсутствие портландита как самостоятельной фазы.
О возможности применения конвертерных шлаков в качестве мелкого заполнителя можно судить по результатам испытания строительных растворов по ГОСТ 310.4—81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии». Образцы твердели как в воздушно-влажных, так и в водных условиях. В составах соотношение цемент:песок было выбрано как 1:4; 1:5; 1:6,4 соответственно для получения растворов марок 300, 200, 150 и 100.
Результаты физико-механических испытаний показали, что прочность при сжатии образцов на техногенном песке из конвертерных шлаков ниже, чем прочность образцов на стандартном кварцевом песке. При этом особое значение имеет выбор условий твердения: прочность оптимального состава составила в водных условиях 25 МПа, а в воздушно-влажных — 19,5 МПа, тогда как образцы с использованием Вольского песка имели прочность соответственно 56,4 и 52,2 МПа. Увеличение со-
держания шлакового песка до соотношения 1:6,4 снижает прочность образцов до 15,8 МПа в водных условиях и до 14,9 МПа в воздушно-влажных условиях.
Как известно, в мелкозернистом бетоне большую роль играет гранулометрический состав песков: более мелкие пески увеличивают расход воды и снижают прочность. Тестирование и анализ структурообразующей роли конвертерных шлаков показали различие фазового состава отдельных фракций. Поэтому было решено изучить влияние шлаковых частиц разных фракций в различных условиях твердения. Отношение расхода шлака по отношению к цементу ЦЕМ I 42,5 Н было выбрано как 1:3, 1:4, 2:1, 1:1. Были использованы следующие режимы твердения: твердение во влажных условиях при температуре 20±2оС и тепловлажностная обработка бетонов (ТВО) при температуре 90±5оС (4 ч изотермической выдержки).
Варьируя фракционный состав конвертерных шлаков, соотношение Ц:П, В/Ц и другие факторы, получили строительные растворы марки 300. При этом применяемый в качестве мелкого заполнителя конвертерный шлак имел следующий фракционный состав: 2,5— 1,25 мм - 35%; 0,63-0,314 мм - 40%; <0,34 мм - 25%. Оптимальное водоцементное отношение 0,83, а отношение цемента к песку - 4:1.
На следующем этапе проектировали составы смесей для наливных полов. В современных условиях полы с использованием самонивелирующихся стяжек обладают высокой текучестью (расплыв конуса должен быть 210-230 мм) в течение 10-30 мин и способностью к самостоятельному выравниванию под действием собственного веса. Это существенно упрощает процесс создания напольной основы, даже если наливные полы укладываются на больших площадях.
Время твердения, сут
Кинетика набора прочности цементно-шлаковыми композициями: 1 - шлаковой пемзы (20%) и конвертерных шлаков (20%); 2 - гранулированных шлаков (20%) и конвертерных шлаков (20%); 3 - гранулированных шлаков (40%); 4 - конвертерных шлаков (40%)
66
научно-технический и производственный журнал
май 2013
jVJ ®
Использовались цемент и тонкодисперсная смесь (удельная поверхность 300 м2/г) конвертерного шлака и шлаковой пемзы, конвертерный шлак фракции 0—0,315, кварцевый песок фракции 0,5—0,9 мм и модифицирующие добавки — эфир целлюлозы, суперпластификатор, антивспениватель. Отсевы литого шлакового щебня фракции 3—5 мм вводились во все составы в количестве 10%.
В результате определены оптимальные расходы компонентов смеси: комбинированное вяжущее (цемент ЦЕМ I 42,5 Н — 30%; шлаковая смесь удельной поверхности 350 м2/кг — 15%), песок из конвертерных шлаков в количестве 10%, расход кварцевого песка — 35% и отсевов из литого шлакового щебня — 10%, эфир целлюлозы (Walocel мт 400 PFV) — 0,01%, суперпластификатор MELFLUX - 0,9%, антивспениватель (AGITAN P800 6003) - 0,09%.
Разработанные оптимальные составы обладают следующими свойствами, влияющими на функциональную эффективность смесей для полов: влажность 0,2%, наибольшая крупность зерен заполнителя 3-5 мм, подвижность 17 см, сохранность первоначальной подвижности 46 мин, водоудерживающая способность 96%. Прочность затвердевшего раствора составляет 25,4 МПа, водопоглощение — 14%, деформация усадки
— 0,8 мм/м. Полученные данные соответствуют ГОСТ 31357—2007 «Смеси сухие строительные на цементном вяжущем. Общие технические условия» и ГОСТ 31358—2007 «Смеси сухие строительные напольные на цементном вяжущем. Технические условия» и другим действующим нормативным документам, что позволяет рекомендовать разработанные составы для апробирования в промышленных условиях [3].
При выполнении отделочных работ большую часть занимают штукатурные работы. Повышение требований по теплопроводности диктует необходимость в получении штукатурных теплоизоляционных растворов на основе отсевов перлита и пеностекла с оптимальными физико-механическими характеристиками.
Выбор факторов и параметров оптимизации проводился исходя из технологической и экономической целесообразности. При планировании эксперимента в качестве таких факторов были приняты: расход смешанного вяжущего (состав которого был оптимизирован в первой части эксперимента); расход отсевов перлита (перлитовый песок с зернами белого или серого цвета размером 0,1—5 мм с воздушными замкнутыми порами; плотность перлитового песка 100—250 кг/м3, пористость до 90%, теплопроводность в сухом состоянии 0,046—0,071 Вт/(м-К)) и отсевов пеностекла (плотность 490 кг/м3, теплопроводность 0,045—0,01 Вт/(м-К), водопоглощение менее 10%), являющихся техногенными продуктами, а также состав и расход модифицирующих добавок. Модифицирующие добавки (эфиры целлюлозы, редиспергируемые порошки, порообразователи, загустители на базе эфира крахмала, гидрофобизаторы), как известно, увеличивают расте-каемость и пластичность растворной смеси, снижают седиментацию, повышают прочность сцепления с основанием, износо- и морозостойкость, регулируют усадку. В данном случае в качестве добавок использованы добавки зарубежных производителей.
Для обеспечения более точного описания поверхностей откликов свойств теплоизоляционной штукатурной смеси в зависимости от варьируемых факторов в виде полиномов второй степени было применено ортогональное центральное композиционное планирование, в результате проведения которого найден оптимальный состав штукатурной теплоизоляционной смеси (комбинированное вяжущее — 63,5%; отсевы пеностекла — 35%, комплекс модифицирующих добавок
— 1,5%), который обеспечивает коэффициент теплопроводности штукатурного раствора 0,162 Вт/(м-°С) без
значительного снижения прочности при сжатии (Джат=3,5 МПа) при оптимальном значении плотности смеси (р=590 кг/м3). Водоудерживающая способность при этом составила 90%, а прочность сцепления с основанием — 0,3 МПа.
Таким образом, на основании проведенных исследований показана возможность применения в составах сухих строительных смесей отходов производства, предложена технология производства таких материалов, а также разработаны рекомендации по применению шлаковых отходов в составах сухих смесей для наливных полов и для теплоизоляционных смесей. Проведен выпуск полупромышленной партии сухих смесей на ОАО «Завод Железобетон» (Липецк), а их апробация осуществлена на строительных объектах Липецка.
Ключевые слова: сухие строительные смеси, отходы производства, конвертерный шлак, теплоизоляционные штукатурки, наливные полы.
Список литературы
1. Беляев Е.В. Контрафактная продукция на российском рынке ССС // Строительные материалы. 2013. № 3. С. 50-52.
2. Копейкин А.В., Гончарова М.А. Составы сухих строительных смесей для устройства безыскровых полов с использованием отходов местной промышленности // Наука и инновации в строительстве: материалы международного конгресса. Т. I. Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. Кн. 1. 2008. С. 241-245.
3. Гончарова М.А. Системы твердения и строительные композиты на основе конвертерных шлаков. Воронеж: ВГАСУ, 2012. 136 с.
Г®т@вгат©я к выходу книга Защита деревянных конструкций
Автор - А.Д. Ломакин, канд. техн. наук, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко
В книге приведены результаты исследований, проведенных автором и разработанные им рекомендации по конструкционной и химической защите деревянных конструкций. Большое внимание уделено защите несущих ДКК и конструкций из ЛВЛ от эксплуатационных воздействий и возгорания.
Приведены известные и разработанные автором методы оценки защитных свойств покрытий для древесины, методика и результаты натурных климатических испытаний покрытий на образцах и фрагментах конструкций. Описаны результаты мониторинга влажностного состояния несущих КДК в таких крупных объектах, как ЦВЗ «Манеж», крытый конькобежный центр в Крылатском в Москве и др., при проведении которого использована разработанная автором методика оценки влажности древесины с использованием модельных образцов. В книге также уделено внимание вопросам эксплуатации деревянных конструкций и обеспечению их сохранности при транспортировании, складировании на строительной площадке и проведении монтажных работ.
Книга рассчитана на специалистов и научных работников, работающих в области защиты деревянных конструкций, технологов предприятий по производству КДК и заводов деревянного домостроения, сотрудников проектных организаций и преподавателей вузов. Она может быть полезна также и для организаций, занимающихся строительством зданий и сооружений с применением деревянных конструкций.
Формат книги 165x235 мм, 428 стр.
Ориентировочная цена 700 р., цена по предварительной заявке 550 р.
Срок выхода книги июль 2013 г.
Заявки для прибретения направлять по тел./факсу: (499) 976-20-36, 976-22-08 E-mail: mail@rifsm.ru
h] ®
научно-технический и производственный журнал
май 2013
67
