CC BY
20УДК 691.32
Джаббарова Н.Э. кандидат химических наук, доцент, кафедра химии и технологии неорганических веществ, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
Баку, Азербайджанская Республика Jabbarova N.E.
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Department of Chemistry and Technology of Inorganic Substances,
Faculty of Chemical Technology, Azerbaijan State University of Oil and Gas Industry,
Baku, Republic of Azerbaijan E-mail: [email protected]
Свойства цемента и бетонов на его основе с добавлением микрокремнезема Properties of cement and concrete based on it with the addition of silica
Аннотация: Изучено влияние добавки микрокремнезема — отхода производства ферросплавов Сумгаитского завода (Азербайджан) на свойства цемента и бетона на его основе. Установлена, удельная поверхность смешанных портландцементов и составляет около 650 м /кг. С введением микрокремнезема (МК) водопотребность смешанных цементов увеличивается с 25 до 35%. Установлено, что при введении добавки микрокремнезема в количестве 10% прочность на сжатие увеличивается на 50%. Дальнейшее увеличение количества микрокремнезема до 20% приводит к максимальному повышению прочности до 72%. Увеличение содержания микрокремнезема до 30-40% сопровождается снижением прочности бетона.
Abstract: The effect of the addition of microsilicon — waste from the production of ferroalloys of the Sumgait plant (Azerbaijan) has been studied on the properties of cement and concrete based on it. The specific surface area of mixed Portland cement is established and is about 650 m2/kg. With the introduction of microsilicon (MC), the water demand of mixed cements increases from 25 to 35%. It was found that with the introduction of a microsilicon additive in the amount of 10%, the compressive strength increases by 50%. A further increase in the amount of
microsilicon up to 20% leads to a maximum increase in strength up to 72%. An increase in the content of microsilicon to 30-40% is accompanied by a decrease in the strength of concrete.
Ключевые слова: твердые отходы; микрокремнезем; свойства цемента; бетон; прочность.
Keywords: solid waste; silica; cement properties; concrete; strength.
Тысяча миллионов тонн твердых отходов образуются каждый год. Утилизация отходов стала серьезной проблемой во многих странах. Производство строительных материалов является наиболее материало- и энергоемкой отраслью человеческой деятельности. В этом направлении используются природные ресурсы, максимально готовые к употреблению, так как они требуют минимальных затрат труда. Извлечение природных ресурсов из взаимосвязанных естественных состояний, где их присутствие обеспечивает равновесие и устойчивость окружающей среды, вносит дисбаланс в систему самоорганизационных процессов геосистемы. Уменьшить это разбалансирование можно изменением природной сырьевой базы стройиндустрии путем пополнения ее новым видом сырья - техногенным. Одной из важнейших задач строительной отрасли является разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий, предусматривающих широкое применение местного минерального сырья и техногенных продуктов. Ученые установили, что каждый житель Земли создает приблизительно 1 т мусора в год, и цифра эта растет с каждым годом. Некоторые из этих материалов могут быть выгодно включены в строительные материалы, как в качестве части цементирующей связующей фазы, так и в виде заполнителя [2, 4, 9].
В связи с ростом количества отходов, образующихся в результате многочисленных процессов в Азербайджане, была создана промышленная зона на территории Балаханинского полигона по захоронению отходов в Баку, в составе которой с 2012 года стали функционировать заводы по переработке твердых бытовых отходов. И в результате стали скапливаться большое
количество золы, утилизация которой является важной экологической и экономической проблемой [9].
Наша страна имеет большие запасы минерального сырья и развитую горную промышленность, работа которой сопряжена с образованием значительного количества отходов. Основная масса этих отходов не находит применения и хранится в отвалах, создавая определенные экологические проблемы в местах их складирования. Лишь незначительная часть отходов горной промышленности используется в качестве заполнителя для бетонов и строительных растворов, а также отсыпки грунта.
Кроме возможности утилизации твердых отходов замена портландцемента на отходы позволяет снизить выбросы в атмосферу углекислого газа, соотношение которого с готовой продукцией для портландцемента находятся в интервале 0,7 - 1 [3, 5, 7,10].
В последнее время микрокремнезем широко используется в составе полифункциональных комплексных добавок [4, 6, 8]. Микрокремнезем обладает высокой дисперсностью и является эффективным заполнителем. Благодаря своей стекловидной структуре и развитой удельной поверхности (около 20000 м /кг), микрокремнезем обладает высокой реакционной способностью в системах на основе цемента. Он улучшает водонепроницаемость бетона, его прочность и устойчивость к химическим и механическим воздействиям. Добавление микрокремнезема в бетонную смесь повышает сцепление между ее частицами и водоудерживающую способность. Таким образом, улучшаются технологические свойства раствора, что облегчает его последующее применение.
Основной целью исследовательской работы является изучение возможных путей использования микрокремнезема — отхода завода цветных металлов и ферросплавов с фильтров сухой газоочистки электрических печей в качестве добавки в цемент и изучение физико-химических свойств бетонов.
В таблице 1 представлен состав микрокремнезема с фильтров сухой газоочистки.
Таблица 1
— Химический состав пыли МК сухой газоочистки
SiÜ2 CaO AI2O3 FeÜ п.п.р.
75-94 0,5-4 1,7-8,5 1-5 0,7-1,8
Удельная поверхность цементов с различным содержанием МК определялась на приборе ПСХ-11М, и как видно из рис. 1 с увеличением содержания МК от 2 до 8% возрастает на 15-96%. Значительное увеличение дисперсности цементов обусловлено введением в их состав ультрадисперсного МК.
_ 700
зе
^ 600
t 500
I 400
о.
и
g 300
с
5 200
X
¡ 100
Рисунок 1 — Влияние содержания МК в цементе на его удельную поверхность
Цемент поглощает определенное количество воды для создания нормальной густоты, которая обеспечивает ему определенную консистенцию. Введение МК увеличивает водопотребность цемента, которая достигает 35% (рис. 2). МК, ввиду своей высокой дисперсности, поглощает большее количество воды, чем исходный цемент. Средний размер частиц МК составляет примерно 1 мкм, что значительно меньше среднего размера частиц цемента -порядка 6 мкм.
Содержание МК, %
40 * 35 & 30 |25 £ 20
-♦
ч 15
? 10 п £ 5 0
0 2 4 6 8
Содержание МК, %
Рисунок 2 — Влияние добавки МК на нормальную густоту цементного теста
Результаты исследований показали, что введение в цемент добавки микрокремнезема (отхода Сумгаитского завода ферросплавов, Азербайджан), в количестве 10% прочность на сжатие увеличивается на 50% (рис.3). Дальнейшее увеличение количества микрокремнезема до 20% приводит к максимальному повышению прочности до 72%. Увеличение содержания микрокремнезема до 30-40% сопровождается снижением прочности бетона.
Прочность на сжатие
5У
X75
16
1 2 3 4 5
Образец
Рисунок 3 — Изменение прочности бетона с различным количеством добавки
микрокремнезема
Это возможно объясняется тем, что малое содержание микрокремнезема в цементе приводит к уменьшению объема свободной воды в системе вследствие взаимодействия микрокремнезема с гидоксидом кальция. В результате происходит ослабление контактов адсорбционно связанной воды
вокруг частиц. Кроме того, возможно, малый объем микрокремнезема еще недостаточен для получения непрерывной среды с особым комплексом.
Список литературы
1. Баженов П.И. Комплексное использование минерального сырья и экология. — М.: Изд-во Ассоциации стр-ых вузов. — 1994. — 266 с.
2. Волженский A.B., Иванов, Б.Н. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов. — М.: Стройиздат, — 1984. — 246 с.
3. Гончаров Ю.И., Рахимбаев Ш.М. Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Материалы международной научно практической конференции. — Ростов-на-Дону. — 2000. с. 128—133.
4. Горностаева, Е.Ю. и др. Древесно-цементные композиции с модифицированной структурой на макро, микро- и наноуровнях // Строительные материалы. — 2015. — № 11. — С. 13-16.
5. Джаббарова Н.Э. Изучение цементов и бетонов, модифицированных зольными остатками. // Журнал Проблемы Науки. — №4 (52), — с. 5-9, — 2020.
6. Селяев, В.П. и др. Теплоизоляционные свойства материалов на основе тонкодисперсных минеральных порошков // Строительные материалы. — 2013. — № 1. — С.61-63.
7. Хрипачева, И.С. Бетоны на смешанных цементах центробежно-ударного помола на основе доменного отвального шлака. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Челябинск, — 2010. — с. 144-145.
8. Федоркин, С.И. и др. Влияние микрокремнезема на свойства и структуру прессованных материалов на основе мелкодисперсных отходов горных пород / С. // Строительство и техногенная безопасность. — 2012. —№ 42. — С. 47-51.
9. [Электронный ресурс]. — Электрон. данн. - Режим доступа. - URL: https://tamizshahar.az/ Дата обращения 15.11.2021. — Загл. с экрана.
10 Anderson D., Roy A., Seals R. K., Cartledge F.K., Akhter H., Jones S. C. / Apreliminary assessment of the use of an amorphus silica residual as a supplementary cementing material / Cem. and Concr. Res. — 2000. — N3. — P. 437—445.
11. Eurostat, (2017). Statistical office of the European Union Situated in Luxembourg (statistic on Municipal waste statistics in Europe checked in 2017).
