CC BY
11ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ВЛИЯНИЕ АКТИВАТОРОВ - СВЯЗУЮЩИХ ЦЕМЕНТА НА СВОЙСТВА ЗОЛЬНОГО БЕТОНА Джаббарова Н.Э.
Джаббарова Нателла Эйюбовна - кандидат химических наук, доцент, кафедра химии и технологии неорганических веществ, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: изучено влияние активаторов - связующих - щелочи и силиката натрия на свойства цемента и бетона на его основе, модифицированных зольными остатками переработки твердых бытовых отходов. Установлено, что с увеличением добавки активаторов прочность бетона возрастает. Кроме того, чем выше отношение массы раствора силиката натрия к раствору гидроксида натрия по массе, тем выше прочность на сжатие бетона. Оптимальной была выбрана смесь, содержащая зольный остаток с массовым соотношением раствора силиката натрия к раствору щелочи 2,0 и использовалась в качестве основной смеси для исследования влияния других параметров.
Ключевые слова: твердые бытовые отходы, зольные остатки, цемент, бетон, прочность на сжатие, активаторы, щелочь, силикат натрия.
УДК: 691.32
Утилизация твердых отходов и управление ими широко привлекают внимание, и в последние годы повсеместно возросла осведомленность о развитии систематической переработки этих твердых отходов по следующим причинам. Во-первых, эти отходы содержат материалы, пригодные для повторного использования, такие как пластик, металлы и т.д. Прямое удаление или захоронение этих отходов в определенной степени приводит к потере потенциальных ресурсов. Во-вторых, неправильное обращение с этими отходами может привести к загрязнению природной среды, почвы и воды и т.д. и, следовательно, нанести вред людям. В-третьих, но не в последнюю очередь, затраты на ликвидацию загрязнения или непредвиденного ущерба окружающей среде, связанного с удалением отходов, могут быть значительно снижены. Следовательно, правильное управление отходами крайне необходимо.
Сжигание является распространенным методом утилизации отходов, поскольку оно может уменьшить массу отходов на 70% и объем 90%, а также обеспечить восстановление энергии из отходов для выработки электроэнергии. Большинство мусоросжигательных заводов оборудованы системами рекуперации энергии, особенно на объектах Waste-to-Energy (отходы в энергию), которые улавливают тепло, выделяемое при сгорании, и преобразовывают его в электрическую энергию [1 - 3].
При сжигании ТБО образуются два основных типа золы: донная и летучая зола. Летучая зола составляет 5-25% по массе и состоит из мелких частиц, которые удаляются устройствами контроля загрязнения воздуха; а донная зола составляет 75-95% по массе; это материал, который остается в нижней части камеры сгорания.
Поскольку зола мусоросжигательных заводов содержит оксиды СаО, SiO2, Fe2Oз и Л120з, аналогичные составу сырья для цементного производства, это может стать возможной заменой сырья при производстве цемента [4 - 6].
В связи с ростом количества бытовых отходов в Азербайджане на территории бывшего Балаханинского полигона по захоронению отходов, в Баку в 2012 году в «Балаханинском промышленном парке» был запущен завод по сжиганию твердых бытовых отходов, являющийся самой большой станцией по переработке отходов в Восточной Европе и СНГ. Завод построен по технологии 4G и полностью соответствует
местным и европейским стандартам защиты окружающей среды. При сжигании отходов образуется большое количество летучей и донной золы, которые можно использовать в качестве добавки-наполнителя в строительные материала для дорожного строительства и других областях [4].
Ранее нами было изучено влияние добавки донной золы в цемент на прочность бетона на его основе [7].
В настоящей работе представлены результаты исследования влияния добавки в цемент активатора-связующего - щелочи и силиката натрия на прочность бетонов.
Высушенную и очищенную от металлических и иных включений золу добавляли в цемент в количестве 20% от массы цемента.
Смеси, содержащие золу, были изготовлены для изучения влияния концентрации раствора гидроксида натрия на прочность бетона на сжатие. Испытательные цилиндры оставляли в условиях окружающей среды примерно на 30 минут до начала сухого отверждения в печи. Время отверждения составляло 24 часа при различных температурах.
Измеренная на 7-й день прочность на сжатие испытательных цилиндров приведена в таблице.
Таблица 1. Изменение прочности бетона в зависимости от количества активатора - щелочи и
силиката натрия
Концентрация Соотношение силиката Прочность на сжатие на 7-й
Смесь NaOH жидкости (в натрия к раствору день (МПа)
молях) NaOH (по массе) Отверждение в течение 24 часов при 60 ° С
1 5 М 0,5 15
2 5 М 2,0 47
3 10 М 0,5 40
4 10 М 2,0 58
В таблице разница между смесью 1 и смесью 3 является концентрация раствора №ОН в пересчете на молярную (вторая колонка). Смесь 3 с более высокой концентрацией раствора №ОН давала более высокую прочность на сжатие, чем смесь 1. Аналогичная тенденция наблюдается и для смесей 2 и 4.
Влияние соотношения раствора силиката натрия к раствору №ОН по массе на прочность бетона на сжатие можно увидеть, сравнив результаты смесей 1 и 2, а также смесей 3 и 4 в таблице. Для смесей 1 и 2, хотя концентрация раствора №ОН (в пересчете на молярность) одинакова, в смеси 2 отношение раствора силиката натрия к раствору №ОН выше, чем в смеси 1. Это изменение увеличивает прочность на сжатие смеси 2. Аналогичная тенденция наблюдается также в результатах смеси 3 и 4. Прочность на сжатие смеси 4 выше, чем прочность смеси 3. Результаты, приведенные в таблице 2 показывают, что взаимосвязь различных оксидов, содержащихся в составе смеси, влияет на прочность при сжатие. Смеси 2 и 4 с массовым соотношением раствора силиката натрия к раствору №ОН 2,0 были выбраны в качестве основных смесей для исследования влияния других параметров по двум причинам. Во-первых, стоимость жидкого активатора является экономичной, когда отношение раствора силиката натрия к раствору №ОН составляет 2,0 (а не 0,5). Во-вторых, результаты испытаний были удивительно постоянными, когда это соотношение составляло 2,0.
В результате проведенного исследования выбрана оптимальная концентрация щелочного раствора - 5М. Более высокая концентрация (в пересчете на молярную) раствора гидроксида натрия приводит к более высокой прочности на сжатие геополимерного бетона на основе донной золы.
Установлено, что чем выше отношение массы раствора силиката натрия к раствору гидроксида натрия по массе, тем выше прочность на сжатие бетона. Оптимальной была выбрана смесь, содержащая зольный остаток с массовым соотношением раствора
силиката натрия к раствору щелочи 2,0 и использовалась в качестве основной смеси для исследования влияния других параметров.
Чтобы исследовать влияние содержания воды в смеси, было сделано два набора смесей. В первом серии были изготовлены 3 смеси. Цель этого набора состояла в том, чтобы исследовать влияние молярного соотношения Н20-№20 на прочность бетона на сжатие, в то время как молярное соотношение других оксидов в смесях, а именно №20-SiO2 и SЮ2-Al2Oз, поддерживалось постоянным на уровне 0,115 и 3,89 соответственно.
Молярное отношение Н20 к №20 в смеси 1 составляло 10,01. При добавлении к этой смеси дополнительной воды 10,6 кг /м3 молярное отношение Н20-№20 стало 11,25, а при добавлении дополнительной воды 21,2 кг / м3 это соотношение составило 12,49.
во
Q. ю
о
9,00 10.00 11.00 12.00
Молярное соотношение НгО-НагО
Криеш: - 90 "С; - 75DC; -45°С; -30°С -—•— —А— -Л—
Рис. 1. Влияние молярного соотношения Hft-Naft на прочность при сжатии
Испытательные цилиндры были отверждены в течение 24 часов при различных температурах. На рисунке показано влияние молярного соотношения H2O-Na2O на прочность при сжатии геополимерного бетона при различных температурах отверждения. Увеличение этого отношения уменьшало прочность бетона на сжатие.
Список литературы
1. Eurostat, 2017. Statistical office of the European Union Situated in Luxembourg (statistic on Municipal waste statistics in Europe checked in 2017).
2. Волженский А.В. и др. Применение золы и топливных шлаков в производстве строительных метериалов. М. Стройиздат, 1984. 247 с.
3. Баженов Ю.М. и др. Модифицированные высокопрочные бетоны. АСБ, 2007. 368 с.
4. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://tamizshahar.az/ (дата обращения: 17.07.2020).
5. Bilodeau A., Malhotra V.M. Concrete incorporation high volume of ASTM Class F fly ashes, mechanical properties and resistance of deicing salt scaling and chloride-ion penetration // Proceedings Fourth International Conference. Istanbul, Turkey. 3-8 May, 1992. P. 319-349.
6. Babkov V.V., KarimovI.Sh., KomokhovP.G., 1996. Aspects for Formation of Highly-Strong and Durable Cement Binding Material in Concrete Technology. Izvestia Vuzov. Stroitelstvo [News of Higher Education Institutions. Construction], (4), 41-48 (in Russian).
7. Джаббарова Н.Э., Аббасова Н.Н. Изучение свойств цементов и бетонов, модифицированных зольными остатками переработки твердых бытовых отходов. Журнал «Проблемы науки». № 4 (52), 2020. С. 5-9.
