CC BY
41
№ 9 (102)
AuiSli
ж те;
UNIVERSUM:
технические науки
сентябрь, 2022 г.
ВЛИЯНИЕ АЛЮМОСИЛИКАТНОИ МИКРОСФЕРЫ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА
Шайдоева Мафтуна Муиддиновна
магистрант, факультет естественных наук, Бухарский государственный университет, Республика Узбекистан, Бухара
Соттикулов Элёр Сотимбоевич
ст. науч. сотр.,(PhD), доц., ООО «Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии», Республика Узбекистан, п/о Ибрат E-mail: elyor-s88@mail. ru
Соатов Сирожиддин Уролович
мл. науч. сотр.,
ООО «Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии», Республика Узбекистан, п/о Ибрат
INFLUENCE OF ALUMOSILICATE MICROSPHERE ON RHEOLOGICAL PROPERTIES
OF CONCRETE
Maftuna Shaidoeva
Master student, Faculty of Natural Sciences, Bukhara State University, Republic of Uzbekistan, Bukhara
Elyor Sottikulov
Senior Researcher, (PhD), Senior Researcher, Tashkent Research Institute of Chemical Technology LLC, Republic of Uzbekistan, Ibrat
Sirojiddin Soatov
Junior Researcher,
Tashkent Research Institute of Chemical Technology LLC,
Republic of Uzbekistan, Ibrat
АННОТАЦИЯ
В данной работе рассмотрено влияние алюмосиликатной микросферы на реологические свойства бетона. Получены алюмосиликатные микросферы на основе золошлаковых отходов Ангренской ТЭС. Изучен химический состав алюмосиликатной микросферы и золошлаковых отходов. Добавление полученной алюмосиликатной микросферы значительно влияет на свойства бетона, у которого происходит уменьшение плотности и значительно увеличивается прочность. Определено оптимальное количество добавляемой алюмосиликатной микросферы, что составляет 15%. При добавлении 15% алюмосиликатной микросферы результат прочностных показателей достиг 400 кг/см3, а плотность уменьшилась до 1840 кг/м3.
ABSTRACT
In this paper, the influence of aluminosilicate microspheres on the rheological properties of concrete is considered. Aluminosilicate microspheres were obtained on the basis of ash and slag wastes from the Angren TPP. The chemical composition of aluminosilicate microspheres and ash and slag wastes has been studied. The addition of the obtained aluminosilicate microspheres significantly affects the properties of concrete, in which there is a decrease in density and a significant increase in strength. The optimal amount of added aluminosilicate microspheres was determined, which is
Библиографическое описание: Шайдоева М.М., Соттикулов Э.С., Соатов С.У. ВЛИЯНИЕ АЛЮМОСИЛИКАТНОЙ МИКРОСФЕРЫ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 9(102). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14247
A UNiVERSUM:
№ 9 (102)_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_сентябрь. 2022 г.
15%. With the addition of 15% aluminosilicate microspheres, the result of strength indicators reached 400 kg/cm3, and the density decreased to 1840 kg/m3.
Ключевые слова: Алюмосиликатная микросфера, золошлаковые отходы, бетон, алюмосиликатный гель, температура, плотность, геополимерная добавка, органическое вещество, прочность.
Keywords: Aluminosilicate microsphere, ash and slag waste, concrete, aluminosilicate gel, temperature, density, geopolymer additive, organic matter, strength.
Введение. Оживление национальной экономики и развитие строительного комплекса страны ведет к увеличению потребности в строительных материалах. Это обуславливает поиск путей снижения их себестоимости, расширения минерально-сырьевой базы за счет использования местных сырьевых ресурсов, а также новых эффективных технологий их производства.
В процессе сжигания угля при производстве сырой золы около 20% мелких шариков получается из золы. Микросферы представляют собой легкие картриджи, наполненные углекислым газом массой 100...150 кг/м3 [1]. Эта часть золы обладает повышенной устойчивостью к кислоте и теплу.
Одним из наиболее дорогих веществ золы являются пористые частицы — алюмосодержащие микросферы (АСМ) — лёгкая фракция золы уноса, представляющая собой мелкодисперсный сыпучий порошок, состоящий из полых тонкостенных частиц сферической формы алюмосиликатного состава диаметром в несколько десятков или сотен микрон. На электростанциях, где зольные отходы убираются в виде водной пульпы, микросферы, обладая плотностью не более 1 г/см3, в результате естественной флотации всплывают на поверхностные водные бассейны золоотвалов и находятся там длительное время в виде «пенных слоёв» различной толщины [2].
Данные многочисленные накопления микросфер могут быть переработаны и в дальнейшем использованы в производствах как добавки для разных нужных материалов (строительных материалов; огнестойких керамических; антикоррозионных покрытий; компонентов автомобилей; электрических кабелей и взрывчатых веществ; газоразделительных материалов и др.), а также для улучшения их тепловых, прочностных, изоляционных, детонационных и акустических свойств [3].
В работе [4] на начальном этапе были изучены процессы структурообразования цементной матрицы, наполненной зольными микросферами (ЗМС). На втором этапе изучений выполнена механоактивация зольных микросфер путем помола в шаровой мельнице до размера удельной поверхности 360 м2/кг.
В ходе эксперимента использовались золошлаковые отходы с содержанием оксидов: SiО2 -60,0-62,0%, АЪОз - 29,0-31,0%, Fe2Оз - 4,0-5,0%, СаО+MgО - 1,5-6,5%. Размер зерен - 30-80 мкм, 80100 мкм до 25 %, в основном представлены стеклянными частицами практически совершенной сферической формы. Индекс пуццолановой активности
зольных микросфер находится в интервале 120-128 мг/г. После механоактивации пуццолановая активность частиц зольных микросфер увеличилась до 140 мг/г.
По химическому составу зольные микросферы различных ТЭС отличаются друг от друга, но содержание основного состава оксида алюминия и кремния близки между собой у разных зольных микросфер. В составе золошлаковых отходов различных ТЭС содержится разное количество алюмо-силикатной микросферы. Изделия, используемые с применением алюмосиликатной микросферы, готовятся при высокой температуре размягчения.
На Ангренской ТЭС собралось около 7 млн тонн золошлаковых отходов. Но в составе этих отходов алюмосиликатной микросферы очень мало. Для использования золошлаковых отходов мы решили получить алюмосиликатную микросферу методом повторной активации алюмосиликатного сырья. Состав золошлаковых отходов и алюмосиликатной микросферы очень похож. В составе алюмосиликат-ной микросферы содержится оксид алюминия, оксид кремния, оксид железа, оксид кальция и другие элементы. В составе золошлаковых отходов содержатся такие же оксиды, но отличается количественным составом. Мы решили эту проблему во время активации золошлаковых отходов. Во время активации золошлаковых отходов получается алюмосили-катный гель, который легче подвергается измельчени ю. Измельчение геля активированного алюмосиликат-ного сырью проводилось путём термообработки. При воздействии высокой температуры частицы геля плавились и получалась алюмосиликатная микросфера шарообразной формы. Получалась алюмосиликатная микросфера разных размеров. Полученная микросфера имела среднюю плотность 700-800 кг/м3, а насыпную плотность 0,35...0,39 г/см3, размеры частиц были от 5 до 450 мкм. Внутри полученной алюмосиликатной микросферы содержится смесь газов: около 70% СО2 и 30% N2. Благодаря своей форме, частицы микросферы используются, как сыпучий материал, обладающий повышенной текучестью, что обеспечивает хорошее истечение из бункера и плотное заполнение формы.
В процессе работы изучили химический составов стеклянной, зольной микросферы, полученной из алюмосиликатной микросферы и золошлаковых отходов. Химический состав зольной микросферы, полученной из алюмосиликатной микросферы и золошлаковых отходов показан в таблица 1.
№ 9 (102)
AuiSli
ж те;
UNIVERSUM:
технические науки
сентябрь, 2022 г.
Таблица 1,
Химический состав зольной микросферы, полученной алюмосиликатной микросферы
и золошлаковых отходов
Стеклянные микросферы Зольные микросферы Полученная алюмосиликатная микросфера Золошлаковые отходы
Хим. соединение % (мас.) Хим. соединение % (мас.) Хим. соединение % (мас.) Хим. соединение % (мас.)
SiÜ2 65-80 SiÜ2 40-65 А12О3 8,83 А12О3 29-31
Na2Ü 6-17 AI2O3 8-30 ТЮ2 0,44 ТЮ2 0,58
CaÜ 6-24 Fe2Ü3 2-14 54,27 60-62
K2O 5-17 CaÜ 0,4-6,5 М^О 3,11 М^О 1,8
MgÜ 0-16 MgÜ 0,5-2,5 Ге2°з 3,86 Ге2О3 4-5
MnÜ2 0-11 Na2Ü 0,2-4 К2О 2,03 К2О 1,9
B2O3 0-21 K2Ü 0,3-4 СаО 8,73 СаО 6,5
МпО 10,08 №О 2 0,72
№2О 2,18 п.п.п 16,4
Из таблицы видно, что химический состав зольной микросферы, полученной из алюмосиликатной микросферы и золошлаковых отходов, ближе к друг Другу. Но у стеклянной микросферы обнаружен в составе В2О3, а АЬОз отсутствует, поэтому данную стеклянную микросферу часто называют бор силикатной микросферой. Прочий химический состав почти схож и отличается только количественным составом. Видно, что в зольной микросфере количество АЬОз составляет от 25 до 35%, а в золошлаке -около 17,39%. В составе зольной микросферы находится SiO2 от 50 до 65 %, а в золошлаке меньше - до 40,6%. Алюмосиликатная микросфера получена методом щелочной активации золошлака. Добавляли активатор на основе жидкого стекла, при получении алюмосиликатной микросферы из золошлаковых отходов, в результате активации алюмосиликатов повышается количество SiO2. Парообразователь добавляли для получения шарообразной структуры с микропорами.
Микросферы — это высокодисперсный сферический наполнитель, который может обеспечивать низкую усадку изделий. Алюмосиликатные микросферы - это микроскопические шарики, которые обладают шероховатой сферой, за счет чего, при добавлении в смеси, получается активная связка между поверхностью микросфер с вяжущим. А в среде стеклянной микросферы, которая представляет собой более гладкую поверхность, между вяжущим и поверхностью микросферы не образуется мошной связи. При этом, полученное изделие не дает достаточной прочности. В отличие от стеклянных сфер, микросферы имеют более высокий предел
прочности при сжатии, благодаря более прочной оболочке, за счет алюмосиликатной микросферы, сформированной из микро и мезо пор. Предел прочности на сжатие 140.. .285 кг/см2.
Алюмосиликатные микросферы взаимодействуют активно с глиной, цементом, гипсом и силикатными вяжущими, что позволяет использовать их для получения специальных строительных смесей, строительный материалов и разных изделий, характеризующихся следующими показателями: объёмная масса 540.900 кг/м3; прочность при сжатии 4.13 МПа; коэффициент теплопроводности 0,17.0,23 Вт/(м К). Цементные изделия с добавлением алюмосиликатной микросферы изготавливаются при высокой температуре, примерно до 1200 °С.
Получены цементные лабораторные образы с добавлением алюмосиликатных микросфер, которые получены методом пере активации золошлако-вых отходов Ангренской ТЭС. Цементное тесто приготовлено по стандартным рецептурам. Для повышения совместимости алюмосиликатной микросферы с цементами добавлено 2 % от массы цемента специально синтезированные геополимерные добавки. Геополимерные добавки синтезированы на основе золошлаковых отходов с органическими веществами. Алюмосиликатные микросферы добавлены в количество 1-20% от обшей массы. Результаты исследований проведены после 14 дней приготовления лабораторных образцов. Результаты исследования показаны на рисунке 1.
№ 9 (102)
A, UNI
ж те;
UNIVERSUM:
технические науки
сентябрь, 2022 г.
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
плотность (кг/м3)
прочность при сжатия ( кг/ см2)
0
2
4
6
Рисунок 1. Влияние количества алюмосиликат
На рисунке 1 видно, что добавление полученной алюмосиликатной микросферы в тесто цементобе-тонного изделия, очень заметно влияет на его реологические свойства. При добавлении алюмосиликатной микросферы в количестве 5% видно, что повышается прочность на сжатие от 400 до 440 кг/см3, а плотность уменьшается незначительно: от 2350 до 2300 кг/м3, когда при добавлении алюмосиликатной микросферы в количестве 15 % прочностной показатель стал 400 кг/см3, а плотность уменьшалось до 1840 кг/м3. При добавлении алюмо-силикатной микросферы больше 15%, показатель прочности уменьшается пропорционально.
й микросферы на реологические свойства бетона
Таким образом, в результате проведённых исследований доказано, что микросферы являются превосходным наполнителем при производстве изделий из облегчённых цементов и других строительных материалов. Изделия, с добавлением алюмо-силикатной микросферы, обладают увеличенной износостойкостью, лёгкостью и высокими изоляционными свойствами. Кроме всего, применение микросферы в качестве наполнителей значительно снижает себестоимость продукции за счет снижения плотности и повышения прочности. Если производить дорожно-бордюрные изделия с добавлением алюмосиликатной микросферы, можно облегчить труд при транспортировке и установке этих изделий.
Список литературы:
1. И.П. Добровольский, О.В. Васильев, Ш.Ш. Ягафаров Химические проблемы экологии: М.: Изд-во Челяб. гос. ун-та, 2012. 225 с.
2. В.Г. Пименов, И.В. Никулин, B.C. Дрожжин и др.Физико-химические свойства поверхности зольных микросфер по данным обращенной газовой хроматографии / Химия твёрдого топлива. 2005. № 3. С. 83-92.
3. Кулкарни М., Бамболе В., Маханвар П. Влияние размера частиц ценосфер летучей золы на свойства акрило-нитрил-бутадиен-стирольных композитов. Журнал термопластичных композитных материалов. 2014;27(2):251-267. дои :10.1177/0892705712443253.
4. Зимакова Г.А., Солонина В.А., Зелиг М.П. Зольные механоактивирванные микросферы - компонент высокоэффективных бетонов // МНИЖ. 2016. №12-3 (54). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/zolnye-mehanoakti-virvannye-mikrosfery-komponent-vysokoeffektivnyh-betonov.
