CC BY
37УДК 691.32
Г.И. БЕРДОВ1, д-р техн. наук; М.А. ЕЛЕСИН2, канд. техн. наук (ema0674@mail.ru), Е.В. УМНОВА2, инженер (elena00@kanal7.ru)
1 Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113)
2 Норильский индустриальный институт (663310, г. Норильск, ул. 50 лет Октября, д. 7)
Высокопрочный бетон
на основе известково-серного затворителя
Использование при изготовлении тяжелого бетона известково-серного затворителя, получаемого путем растворения серы в известковой суспензии, нагретой до 95оС при механическом перемешивании, обеспечивает повышение его прочности при сжатии на 30-50%. При этом до 50% портландцемента в составе вяжущего может быть заменено дисперсными техногенными добавками (металлургическими железистыми шлаками или железистыми огарками).
Ключевые слова: бетон, известково-серный затворитель, ресурсосбережение, энергосбережение, шлаки.
G.I. BERDOV1, Doctor of Sciences (Engineering); M.A. ELESIN2, Candidate of Sciences (Engineering) (ema0674@mail.ru), E.V. UMNOVA2, Engineer (elena00@kanal7.ru)
Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (113, Leningradskaya Street, Novosibirsk, 630008, Russian Federation) 2Norilsk Industrial Institute (7, 50 Let Oktyabrya, Norilsk, 663310, Russian Federation)
High-Strength Concrete on the Base of Lime-Sulfur Sealing Compound
The use of the lime-sulfur sealing compound obtained by means of dissolving the sulfur in the lime suspension heated up to 95°C at mechanical blending in the course of heavy concrete manufacturing ensures the improvement of its strength under compression by 30-50%. In doing this, up to 50% of Portland cement in the structure of the binder can be replaced with disperse anthropogenic additives (metallurgical ferriferous slag or ferriferous cinders).
Keywords: concrete, lime-sulfur sealing compound, resource saving, power saving, slag.
Применение пластифицирующих добавок ПАВ и водорастворимых электролитов в технологии бетонов стало неотъемлемой частью [1—4]. Они позволяют регулировать сроки схватывания, ускорять твердение, улучшать технические свойства бетонных изделий [5—7]. Действие электролитов в качестве добавок-ускорителей твердения более многофункционально, потому расширение их эффективного ряда является перспективным [8, 9]. Положительное влияние электролитов на показатели гидратационного твердения цемента зависит от уровня минерализации затворителя.
Раствор серы в суспензии гидроксида Са(ОН)2 (известково-серный затворитель — препарат ИСЗ) рекомендуется для получения высокопрочного бетона, в том числе и отверждением бетонной смеси в естественных условиях (Патент 4193811 США, С04В7/02 «Состав высокопрочного бетона»; Патент 4198245 США, С04В7/02 «Способ получения высокопрочных бетонных конструкций»; Патент 4193809 США, С04В7/02 «Высокопрочные бетонные изделия»). При этом препарат, содержащий полисульфид CaSn и применяемый в качестве затворителя бетонной смеси, обусловливает частичное замещение в ней портландцемента.
Вместе с тем при использовании портландцемента М400 Норильского цементного завода (минералогический состав, % мас: CзS — 58,42; С^ — 17,35; С3А — 7,8; C4AF — 13,25) и насыщенного ИСЗ в качестве затвори-теля (концентрация общей растворенной серы 180 г/л) было установлено, что эффективность влияния ИСЗ на прочность цементного камня различна при разных отношениях в тесте Ж/Ц (табл. 1). Удельная поверхность портландцемента составляла 3000 см2/г. Химический состав цемента, % мас: SiO2 — 21,43; А1203 — 5,96; Fe2Oз — 4,57; СаО — 62,68; MgO — 2,73; SOз — 1,9; ППП — 2,3. Известково-серный затворитель получали растворением порошковой серы в нагретой до 95оС механически перемешиваемой известковой суспензии. Прочность цементного камня определялась средним
значением предела прочности при сжатии шести образцов размером 20x20x20 мм на лабораторном прессе, развивающем максимальную нагрузку 105 Н.
В частности, при отношении Ж/Ц, равном 0,29 (тесто нормальной густоты), показатель прочности при сжатии образцов в возрасте 28 сут меньше, чем у образцов на воде. С увеличением Ж/Ц прочность образцов растет и при Ж/Ц, близком к 0,7, прочность при сжатии в 1,3 раза выше такового у образцов на воде.
В работе [10] установлено, что гидрохимическая активация портландцемента в ИСЗ обусловлена изменением потенциометрических характеристик жидкой фазы (снижением рН, вызванным вовлечением гидроксида Са(ОН)2 в реакцию химического превращения CaSn в тиосульфат СаS2Oз и наличием в системе отрицательного редокс-потенциала). Сочетанием этих величин обусловлена специфика твердения, заключающаяся либо в облегчении процесса твердения смесей с высоким Ж/Ц, либо в возникновении кинетических ограничений процесса в смесях с низким Ж/Ц, вызванных высокой по-
Таблица 1
Ж/Ц Начало схватывания, ч:мин Конец схватывания, ч:мин Rcx МПа, через 28 сут
Затворитель - вода (контрольный опыт)
0,25 2:30 3:42 60,4
Затворитель - ИСО
0,29 2:15 3:10 43,3
0,4 2:30 3:40 54,8
0,6 2:35 3:41 78,6
0,8 2:37 4:00 76,9
1 2:40 2:57 66,2
12
научно-технический и производственный журнал
март 2015
iA ®
Results of scientific research
ляризуемостью в них гидратационно-ионизированного кремнекислородного комплекса. Концентрация кремнезема в растворе в этом случае более чем на порядок превышает таковую в обычных системах.
На основании дифрактограмм продуктов гидратации цемента в ИСЗ при разных отношениях Ж/Ц можно сделать заключение, что в случае с высоким Ж/Ц минимизации кинетических ограничений способствует максимум в смеси массы потенциало-пределяющего Sn2--иона, достаточной для продуцирования в смеси катиона Fe2+, модификатора силикатов в течение периода активной гидратации алюмоферрита кальция. Присутствующий в системе при гидратации ион Fe2+ инициирует образование устойчивых в условиях дефицита в растворе гидроксида Са(ОН)2 силикатов-амфиболов с макроионами ^4Ои]6- в виде двойных цепей в антофиллите и тремолите, а также слоистых двухмерных макроионов со структурной единицей, отвечающей эмпирической формуле ^2О5]2- в апофиллите.
Согласно рентгенограмме, полученной на продуктах гидратации в ИСЗ смеси портландцемента с порошковой фракцей закиси-окиси железа, образование гидроалюминатов в условиях дефицита растворенного гидроксида Са(ОН)2 при гидратации в ИСЗ инициируется частичным или полным замещением сульфат-иона в традиционных трех- и односульфатной формах гидро-сульфоалюминатах тиосульфат-ионом с образованием нового типа устойчивых гидроалюминатов. При этом преобладающими соединениями являются низкоосновные гидросиликаты состава (0,8-1,5)Са0^Ю2.2,5Нт0 с дифракционными максимумами (309, 281, 183^10 м; образуется также гидрогаленит 2СаОА12О3^Ю28Н2О (536, 229, 203^10-8 м; высокомолекулярный антофиллит F72+[(OH)2(SiO4O11)2] (312, 208^10-8 м; полисиликат Са^е25+ ^8О22](ОН)2 (858, 273, 203^10-8 м и тио-сульфатсодержащий гидросульфоалюминат 3СаО. А12О3.Са$2ОгхН2О 3CaO.Al2Oз.CaSO4(24-x)H2O (832, 418, 335^10 м.
Таким образом, возможна гидрохимическая активация портландцемента затворением в ИСЗ, в том числе введением добавок к портландцементу минеральных веществ, содержащих ион Fe2+, легко усваиваемый гид-ратирующейся системой за счет встраивания в структуру полисиликатов.
В опытах использовали портландцемент М400 Норильского цементного завода, традиционные крупный и мелкий заполнитель, в качестве затворителя — препарат ИСЗ (концентрация серы 180 г/л), добавку, содержащую преимущественно FeзO4, полученную обжигом на воздухе при 1100оС гидроксида Fe(OH)з, а также металлургические железистые шлаки (содержание зерен от 31,5 мкм до 60 мкм до 93,1%), в которых железо представлено, как правило, ортосиликатами — файолитом или оливином. Химический состав огарка и доменного шлака приведен в табл. 2.
Состав исследуемых образцов бетона М400: вяжущее (цемент или смесь цемента с добавкой) — 16,8%; щебень — 49,8-54,3%, песок - 25,5-27,7%, затворитель - 6,7-13,4%. Содержание цемента и добавок в замесах диктовалось одинаковой подвижностью (осадка конуса 4-6 см).
Таблица 2
Добавка SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO MgO MnO SO3
Огарок 10 6 80 3 0,7 - 0,3
Шлак 39,5 16,3 2,9 34,18 3,7 3,02 0,6
Таблица З
Ж/Ц Начало схватывания, ч:мин Конец схватывания, ч:мин R^ МПа, через 28 сут
Контрольный опыт (затворитель вода)
0,8 3:35 4:20 22,2
0,6 2:55 3:55 32,4
0,4 2:35 3:35 40,8
Добавка - огарок (соотношение цемент:огарок = 1:1)
0,8 2:25 3:30 30,6
0,6 2:16 3:20 34,5
0,4 1:55 2:45 48,7
Добавка - молотый шлак (соотношение цемент:шлак = 1:1)
0,8 2:36 3:40 38,2
0,6 2:26 3:30 53,1
0,4 2:10 3:10 60,2
Прочность бетона определялась испытанием шести образцов размером 10x10x10 см при сжатии на лабораторном прессе, развивающем максимальную нагрузку 5х105 Н в соответствии с ГОСТом.
Результаты опытов, подтверждающих высокую эффективность технологии высокопрочных бетонов за счет сочетания действия полисульфида CaSn, содержащегося в затворителе, и добавок минеральных веществ, содержащих Fe2+, в составе пылевидного огарка, полученного обжигом на воздухе при 1100оС гидроокиси Fe(OH)з, приведены в табл. 3.
Результаты опытов свидетельствуют о высоком приросте прочности при сжатии (не менее 40%) во всем исследуемом интервале Ж/Ц (от 0,8 до 0,4). При Ж/Ц отношением, равным 0,4, прочность образцов выше марочности используемого цемента.
По результатам проведенных лабораторных и производственных испытаний бетонов был разработан технологический регламент на применение известково-серного затворителя в бетонных смесях.
Технико-экономическая эффективность производства и применения высокопрочных бетонов достигается:
- за счет возможного уменьшения сечения железобетонного элемента и расхода арматурной стали;
- за счет применения ресурсо- и энергосберегающих технологий получения высокопрочного бетона.
Полученные высокопрочные бетоны с использованием окиси-закиси железа, прошли производственное испытание в Норильском промышленном районе при изготовлении монолитного фундамента под оборудование.
Список литературы
1. Вовк А.И. Гидратация трехкальциевого алюмината С3А и смесей СзА—гипс в присутствии ПАВ: адсорбция или поверхностное фазообразование? // Коллоидный журнал. 2000. Т. 62. № 1. С. 31—38.
2. Гувалов А.А. Управление структурообразованием цементных систем с полифункциональными суперпластификаторами // Техника и технология силикатов. 2011. Т. 18. № 3. С. 24-27.
References
1. Vovk A.I. Hydration of three-calcic C3A alumínate and the mixes C3A - plaster at presence surfactant: adsorption or superficial phase formation? Kolloidnyi zhurnal. 2000. Vol. 62. No. 1, pp. 31-38. (In Russian).
2. Guvalov A.A. Management of structurization of cement systems with multifunctional super softeners. Tekhnika i tekhnologiya silikatov. 2011. Vol. 18. No. 3, pp. 24-27. (In Russian).
научно-технический и производственный журнал
март 2015
13
3. Калашников В.И., Мороз М.Н., Тараканов О.В., Калашников Д.В., Суздальцев О.В. Новые представления о механизме действия суперпластификаторов, совместно размолотых с цементом или минеральными породами // Строительные материалы. 2014. № 9. С. 70-75.
4. Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: Изд-во АСВ, 2006. 368 с.
5. Malek K., Coppens M.O. Knudsen self and Fickian diffusion in rough nanoporous media // Journal of ChemicalPhуsics. 2003. Vol. 5. Issue 119, pp. 2801-2811.
6. Калашников В.И., Гуляева Е.В., Валиев Д.М. Влияние вида супер- и гиперпластификаторов на ре-отехнологические свойства цементно-минеральных суспензий, порошковых смесей и прочностные свойства бетонов // Известия вузов. Строительство. 2011. № 12. С. 40-45.
7. Классен В.К., Ермоленко Е.П., Новоселов А.Г. Взаимодействие в системах карбонат кальция — щелочные хлориды // Техника и технология силикатов. 2009. Т. 16. № 4. С. 7-16.
8. Spitatos N., Раgе М., Mailvanam N. et al. Superplasticizers for concrete: fundamentals, technology and practice. Quebec - Canada, 2006. 322 p.
9. Бердов Г. И., Ильина Л. В. Взаимодействие силикатных клинкерных минералов с водными растворами электролитов // Известия вузов. Строительство.
2012. № 10. С. 3-9.
10. Машкин Н.А. Елесин М.А., Низамутдинов А.Р., Ботвиньева И.П. Гидрохимическое модифицирование бетонных смесей затворением в известково-серном отваре // Известия вузов. Строительство.
2013. № 6. С. 16-21.
3. Kalashnikov V.I., Moroz M.N., Tarakanov O.V., Kalashnikov D.V., Suzdaltsev O.V. New ideas about action mechanism of superplasticizers grinded jointly with cement or mineral rocks. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 9, pp. 70-75. (In Russian).
4. Bazhenov Yu.M., Dem'yanova V.S., Kalashnikov V.I. Modifitsirovannye vysokokachestvennye betony [The modified high-quality concrete] . Moscow: ASV. 2006. 368 p.
5. Malek K., Coppens M.O. Knudsen self and Fickian diffusion in rough nanoporous media. Journal of Chemical Phуsics. 2003. Vol. 5. Issue 119, pp. 2801-2811.
6. Kalashnikov V.I., Gulyaeva E.V., Valiev D.M. Influence of a look super and hyper softeners on rheological-tech-nology properties of cement and mineral suspensions, powder mixes and strength properties of concrete. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. 2011. No. 12, pp. 40-45. (In Russian).
7. Klassen V.K., Ermolenko E.P., Novoselov A.G. Interaction in systems a calcium carbonate - alkaline chlorides. Tekhnika i tekhnologiya silikatov. 2009. Vol. 16. No. 4, pp. 7-16. (In Russian).
8. Spitatos N., Page M., Mailvanam N. et al. Superplasticizers for concrete: fundamentals, technology and practice. Quebec-Canada. 2006. 322 p.
9. Berdov G. I., Il'ina L. V. Interaction of silicate brick minerals with water solutions of electrolytes. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. 2012. No. 10, pp. 3-9. (In Russian).
10. Mashkin N.A. Elesin M.A., Nizamutdinov A.R., Botvin'eva I.P. Hydrochemical modifying of concrete mixes dilution in lime and sulfur liquor. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. 2013. No. 6, pp. 16-21. (In Russian).
_ЮВОСй!
11 февраля 2015 г. на сессии «Применение современных передовых технологий и материалов в российском строительстве», проведенного компанией КНАУФ в рамках Российского инвестиционно-строительного форума, дан старт новому стратегическому проекту
Основными темами сессии стали: модульное жилищное строительство, энергоэффективные технологии возведения малоэтажного жилья и практическое применение современных технологий высотного строительства. Модератором сессии выступил Н.И. Шумаков, Президент Союза московских архитекторов. Докладчики: Е.Л. Николаева, первый заместитель Председателя Комитета Государственной Думы Федерального Собрания Российской Федерации по жилищной политике и жилищно-коммунальному хозяйству, Президент Национального агентства малоэтажного и коттеджного строительства; В. Неппле, руководитель компании «Кокун Лайт Стракчурз» (Cocoon Light Structures) - «Легкие конструкции в модульном строительстве», Г.Л. Сирота, главный архитектор ММДЦ «Москва-сити» - «Особенности применения строительных технологий в высотном строительстве», а также Е.В. Пикуль, управляющий компании «ПрофСтальДом», и А.С. Кашубский, генеральный директор «СВЕЗА».
Перед началом сессии управляющий группы КНАУФ СНГ Я. Краулис и генеральный директор «СВЕЗА» А.С. Кашубский подписали меморандум о создании совместного предприятия между оОо «КНАУФ ГИПС» и ООО «СВЕЗА-Лес» по производству сборных модульных домов в России. Согласно подписанному документу стороны договорились о создании совместного предприятия с равными долями участия.
Сборные модульные дома будут разрабатываться трех конфигураций: многоквартирные жилые дома с максимальной общей площадью квартиры 80 м2; коттеджи с общей площадью 120-150 м2; смешанная конфигурация, совмещающая первые два типа домов.
Модульное строительство - это сборка домов на строительной площадке из готовых блоков, основными элементами которых являются легкие стальные конструкции и обшивные материалы с наполнением из изоляционных материалов. Такое здание быстро строится, качественно благодаря своей высокой готовности к моменту монтажа, устойчиво и сейсмически безопасно, отвечает высоким требованиям к экологии жизненного пространства, акустическому комфорту.
научно-технический и производственный журнал QTfJfJ^JTi JJbllbJ" TS март 2015
