CC BY
17ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВРЕМЕНИ ОТВЕРЖДЕНИЯ НА
СВОЙСТВА ЗОЛЬНОГО БЕТОНА 1 2 Джаббарова Н.Э. , Асадова И.Б.
'Джаббарова Нателла Эйюбовна - кандидат химических наук, доцент;
2Асадова Ирада Беюкага кызы - 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 температуры и времени отверждения на свойства цемента и бетона на его основе с добавкой зольных остатков переработки твердых бытовых отходов, активированных связующими - щелочи и силиката натрия. Оптимальной была выбрана смесь, содержащая зольный остаток с массовым соотношением раствора силиката натрия к раствору щелочи 2,0. Температура и время отверждения зольного цемента также показали положительную динамику прочности бетона на сжатие.
Ключевые слова: твердые бытовые отходы, зольные остатки, цемент, бетон, прочность, связующие, время и температура отверждения.
УДК 691.32
Из-за экспоненциального роста урбанизации и индустриализации количество твердых бытовых отходов (ТБО) увеличивается очень быстро. Утилизация твердых бытовых отходов становится все более серьезной проблемой для многих городских муниципалитетов из-за увеличивающегося объема образующихся твердых бытовых отходов, растущих затрат на эксплуатацию свалок и нехватки свалок. Каждый год для складирования бытовых и промышленных отходов выделяют земельные участки, которые могут быть использованы под сельскохозяйственные угодья, а также для построения зданий. С повышением осведомленности об окружающей среде и ее потенциально опасными последствиями использование этих материалов стало привлекательной альтернативой утилизации.
Основным руководящим принципом управления ТБО является сокращение, повторное использование и рециркуляция отходов, которые постепенно начали осуществляться с 20-го века в европейских странах [1]. Система управления отходами была впервые разработана в странах ЕС, из-за раннего и быстрого развития экономики, а затем из-за нехватки ресурсов и пространства во многих других европейских странах [2, 3]. Способ управления этими отходами включает в себя захоронение, компостирование, сжигание и т.д.
Поскольку зола мусоросжигательных заводов содержит оксиды СаО, 8Ю2, Ре203 и Л120з, аналогичные составу сырья для цементного производства, это может стать возможной заменой сырья при производстве цемента [3-5]. 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.
Бетонные смеси с золой обладают большей связностью, меньшим водоотделением и расслоением. Бетон имеет при этом большие прочность, плотность, водонепронецаемость, стойкость к сульфатной коррозии, меньшую теплопроводность [3-7].
В связи с ростом количества бытовых отходов в Азербайджане на территории бывшего Балаханинского полигона по захоронению отходов, в Баку с 2012 г. функционирует «Балаханинская промышленная зона, которая включает два завода - сортировочный и мусоросжигательный и является самой большой станцией по
переработке отходов в Восточной Европе и СНГ. Мощности предприятия позволяют перерабатывать до 200 тысяч тонн твердых бытовых отходов (ТБО), из которых извлекается до 40% вторичного сырья: металлы, стекло, картон, пластик и прочие материалы [8].
Ранее автором [9,10] были изучены свойства цемента и бетонов на его основе с различным содержанием зольных остатков и активаторов-связующих и установлены оптимальные условия для прочности бетона на сжатие.
В настоящей работе представлены результаты исследования влияния температуры и времени отверждения на прочность зольного бетона с оптимальным содержанием связующего-активатора соотношением силиката натрия к щелочи 2,0.
Таблица 1. Изменение прочности бетона в зависимости от количества активатора - щелочи и
силиката натрия
Смесь Концентрация NaOH жидкости (в молях) Соотношение силиката натрия к раствору NaOH (по массе) Прочность на сжатие на 7-й день (МПа)
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
Температура отверждения. На рисунке 1 показано влияние температуры отверждения на прочность при сжатии после сухого отверждения цилиндров в печи в течение 24 часов для смеси 2 и 4 часов. Все остальные тестовые переменные были постоянными. Более высокая температура отверждения приводила к большей прочности на сжатие, хотя повышение температуры отверждения выше 60 ^ не увеличивало прочность на сжатие существенно.
30
ю о
20 30 40 50 60 70 80 90
Температура отверждения, °С
Рис. 1. Влияние температуры отверждения на прочность при сжатии Кривые ■ - смесь 4; ^ - смесь 2
На рисунке 2 представлено влияние температуры отверждения при различном времени выдерживания в печи. Использовали пять различных температур отверждения, то есть 30°С, 45°С, 60°С, 75°С и 90°С.
Рис. 2. Влияние температуры отверждения на прочность при сжатии Кривые_в_ - смесь 4 - 24 ч., --_смесь 2 - 24 ч., ^ - смесь 2 - 2 ч.
Отверждение проводили в печи в течение 24 часов для смеси 2 и 4 и 6 часов только для смеси 2. Результаты, показанные на рисунке 2, подтверждают, что более высокая температура отверждения приводила к более высокой прочности на сжатие как в течение 6 часов, так и в течение 24 часов отверждения.
Время отверждения. Хотя геополимерный бетон на основе золы с низким содержанием кальция можно отверждать в условиях окружающей среды, обычно рекомендуется термоотверждение. Тепловое отверждение в значительной степени способствует химической реакции, происходящей в геополимерной пасте. Как время отверждения, так и температура отверждения влияют на прочность при сжатии геополимерного бетона.
Рис. 3. Влияние времени отверждения на прочность при сжатии смеси 2 Кривая —4с—смесь 2, отверждение при 60 °С
Чтобы исследовать влияние времени отверждения, тесты были подготовлены с использованием смеси 2. Тестовые цилиндры были отверждены в течение различных периодов отверждения от 4 часов до 96 часов (4 дня). На рисунке 3 показаны результаты этих испытаний при 60°С. Более длительное время отверждения улучшило процесс полимеризации, что привело к более высокой прочности на сжатие. Скорость увеличения прочности была быстрой до 24 часов отверждения.
В результате проведенного исследования влияния температуры и времени отверждения на свойства зольного цемента и бетона на его основе выявлено, что температура и время отверждения влияют на прочность зольного бетона. Более высокая температура отверждения приводит к большей прочности бетона на сжатие, хотя повышение температуры более 60 0С не увеличивает прочность на сжатие существенно.
Список литературы
1. EPA, 2017. United States Environmental Protection Agency-Environmental Topics.
2. EEA, 2013. European Environment Agency-Managing municipal solid waste - a review of achievements in 32 European counties.
3. Eurostat, 2017. Statistical office of the European Union Situated in Luxembourg (statistic on Municipal waste statistics in Europe checked in 2017).
4. Banar M., Zkan A. Characterization of the municipal solid waste in Eskisehir City, Turkey. Environ. Eng. Sci, 2008, 25. 1213-1219.
5. Belevi H., Moench H. Factors determining the element behavior in municipal solid waste incinerators. 1. Fieldstudies. Environ. Sci. Technol. 2000, 34, 2501-2506. [Cross Ref].
6. Born J.G.P. & Veelenturf R.A.L., 1997. MSWI residues in the Netherlands putting policy into practice. Studiesin Environment Science. 71. 841-850.
7. 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.
8. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://tamizshahar.az/ (дата обращения: 05.10.2020).
9. 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.
10.Джаббарова Н.Э. Влияние активаторов-связующих цемента на свойства зольного бетона. Журнал «Проблемы Науки». № 7 (55), 2020. С. 5-9.
