CC BY
35
строительство
МРНТИ 67.09.33
https://doi.org/10.48081/VYTH5824
*Д. В. Владимиров1, Л. Л. Булыга2, В. Г. никифорова3, А. А. Ахметова4, и. Менендес Пидал5
1,2,3,4Торайгыров университет, Республика Казахстан, г. Павлодар; 5Политехнический университет, Испания, г. Мадрид
ячеистый бетон на основе золы экибастузской ГРЭс-2
В статье представлены составы ячеистых бетонов автоклавного твердения на основе золы-унос Экибастузской ГРЭС-2 и комплексной алюмосодержащей добавки.
В статье присутствуют графики газобетонных изделий с алюмосодержащей добавкой и сравнение с обычным составом смеси, таблицы химических составов сырья, результаты испытаний на прочность, плотность и морозостойкость, приведены основные физико-механические характеристики сырьевых материалов и предлагаемых бетонов.
Отходы от сжигания углей Экибастузского угольного бассейна составляют многие миллионы тонн ежегодно. Зола-унос, улавливаемая в электрофильтрах пыль, является одним из самых «популярных» объектов исследования в экологическом направлении, которому посвящены многие исследовательские работы в странах СНГ и за рубежом. Связано это с тем, что огромные массы отходов накапливаются вблизи мегаполисов, отчуждая дорогую пригородную землю с тенденцией нелинейного роста и существенно снижая рыночную ценность близлежащей земли и строений. Золоотвалы требуют огромных затрат на содержание отходов промышленности.
Актуальностью этой статьи является решение экологических проблем региона, а также появляется возможность получения газосиликата при минимальном содержании в бетоне цемента, как самого дорогостоящего компонента.
Ключевые слова: Зола-унос, ячеистый бетон, комплексная алюмосодержащая добавка, прочность, плотность, морозостойкость.
Введение
Целью настоящей работы получение газосиликата с наименьшей возможной плотностью и наибольшей прочностью изделий, т.е. при наибольшем значении коэффициента конструктивного качества, удовлетворяющего требованиям стандарта по плотности, прочности и морозостойкости изделий.
Научная новизна работы заключается в изучении влияния комплексной алюмосодержащей добавки на прочность и морозостойкость ячеистого бетона с золой Экибастузской ГРЭС-2.
Материалы и методы исследований
Объектом исследования является ячеистый золобетон с комплексной алюмосодержащей добавкой. В работе были приняты стандартные методы исследований на прочность ГОСТ 18105-12 и морозостойкость ГОСТ 31359-2013 [1].
Вода для приготовления бетонов удовлетворяет требованиям ГОСТ 23732-13 [2]. Воду применяли из общей магистрали и подогревали до температуры 50 0С [3].
Плотность образцов определяли по стандартной методике СТ РК 10180 [4].
Образцы были испытаны на предел прочности при сжатии по ГОСТ 18105-12 [5]. Испытание проводили на образцах-кубах размером 10*10x10 см [6] на гидравлическом испытательном прессе ПГМ-1000 МГ-4.
Таблица 1 - Химический состав портландцемента
Содержание окислов, %
CaO SiO2 FeA MgO Na2O K2° SO3 п.п.п всего
61,92 20,66 4,60 4,61 2,91 0.73 0.74 2.53 1,3 100
В качестве кремнеземистых компонентов для газобетона и газосиликата применяли песок кварцевый ТОО Sputnik GPS и Карасорского месторождений, зола сухого отбора Экибастузской ГРЭС-2. Характеристика зернового состава этих материалов представлена в таблице 2.
Таблица 2 - Характеристика зернового состава песков
Номера сит, мм Всего Модуль крупности
5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 <014
Песок ТОО Sputnik GPS
частные остатки, г 90 140 370 225 400 195 30 1360
частные остатки, % 7 10 27 17 29 14 2 100
полные остатки, % 0 10 38 54 83 98 100 0 2,83
Песок Карасорского месторождения
Песок 1
частные остатки, г 0 0 20 18 200 1190 126 1554
частные остатки, % 0 0 1,3 1,2 12,9 76,6 8,1 100
полные остатки, % 0 0 1 2 15,3 91,9 100 0 1,11
Песок 2
частные остатки, г 0 0 0 2 180 1165 59 1406
частные остатки, % 0 0 0,0 0,1 12,8 82,9 4,2 100
полные остатки, % 0 0 0 0 12,9 95,8 100 0 1,09
Песок 3
частные остатки, г 0 0 20 45 850 560 12 1487
частные остатки, % 0 0 1,3 3,0 57,2 37,7 0,8 100
полные остатки, % 0 0 1 4 61,5 99,2 100 0 1,66
Песок 4
частные остатки, г 0 0 0 1 115 1080 215 1411
частные остатки, % 0 0 0,0 0,1 8,2 76,5 15,2 100
полные остатки, % 0 0 0 0 8,2 84,8 100 0 0,93
Таблица 3 - Химический состав золы Экибастузской ГРЭС-2
Содержание оксидов, %
SiO2 А12°3 СаО MgO к2о №20 тю2 FeO SO3 Р2°5 МпО п.п.п
65,0 3,50 28,0 1,00 0,40 0,56 0,26 0,20 0,70 0,60 0,40 0,30 2.30
Таблица 4 - Химический состав гипса Актюбинского гипсового завода
Содержание оксидов, %
СаО SO3 &О2 MgO п.п.п
32,56 46,51 - - 20,93
Таблица 5 - Химический состав извести Майкаинского месторождения Павлодарской области
Химический состав Норма для извести, %, по массе
слабогидравлической сильногидравлической
Активные СаО+МgО:
- не более 65 40
- не менее 60 5
Активный МgО, не более 6 6
СО2, не более 6 5
В качестве комплексной алюмосодержащей добавки применялись пудра ПАП-1 с удельной поверхностью 7000 см2/г, истинной плотностью 2500 кг/м3, насыпной плотностью с 600 кг/м3 содержанием активного алюминия 82 % и суперпластификатор С-3.
Таблица 6 - Химический состав суперпластификатора С-3
Химический состав % соотношение соединений
Сульфат натрия 8
Сульфированные поликонденсаты 82
Влага 10
Результаты и обсуждение
Состав для приготовления образцов представлены в таблице 7, а результаты испытания - в таблице 8.
Таблица 7 - Состав для испытания на морозостойкость
Номер состава Расход материалов на м3 газозолосиликата, кг В/В
цемент известь зола алюмосодержащая добавка гипс
173 124 124 502 2,75 12 1,73
168 88 88 395 1,75 9 1,86
169 103 103 415 2,25 11 1,57
Таблица 8 - Результаты испытания образцов на морозостойкость
Количество циклов замораживания-оттаивания Масса, г Прочность, мПа Примечание (внешний вид)
№ образца № образца
1 2 3 ср 1 2 3 ср
контрольный 685 700 692 692 4,09 4,01 4,17 4,09 углы и стороны образцов ровные
5 990 1005 1030 1010 3,48 3,63 3,33 3,55 внешний вид не изменился
10 1001 1005 1003 1003 3,44 3,74 3,09 3,42
15 996 998 1000 998 3,68 3,02 5,34 3,38
20 985 994 989 989 3,02 2,83 4,18 3,34
25 984 980 982 982 3,60 3,00 4,17 3,59 шелушатся углы образцов
30 970 974 978 974 3,91 3,88 3,94 3,91
35 968 970 966 968 2,52 4,19 3,85 3,52
40 957 963 960 960 3,30 2,31 4,29 3,30 начали осыпаться углы
45 960 955 950 955 3,39 2,66 4,09 3,38
50 955 953 957 955 2,43 1,56 3,30 2,43
На основании полученных результатов была построена зависимость прочности при сжатии от количества циклов замораживания-оттаивания [7]. По требованиям стандарта [8] образцы испытывали во влажном состоянии после оттаивания в воде, поэтому повышающий коэффициент составляет 1,15. Зависимость предела прочности при сжатии от количества циклов замораживания-оттаивания представлена на рисунке.
4,5
2,5----------Л
2 ----------
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Кол-во циклов
Рисунок 1 - Зависимость предела прочности при сжатии от количества циклов замораживания-оттаивания
Для получения сравнительных результатов были проведены испытания автоклавного газозолобетона. Результаты испытаний по плотности, прочности при сжатии [9] и коэффициенту конструктивного качества представлены в таблице 9 и на рисунках 1-4.
Таблица 9 - Результаты испытаний газозолобетона
Номер состава Вид наполнителя Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии, кг/см2 к.к.к Марка бетона Класс бетона
21 зола 1174 28,5 2,43 25 1.5
22 1379 63.4 3,60 50 3.5
26 949 18,6 1,96 25 1.5
30 1413 67,5 3,77 50 3.5
71 933 10,0 1,07 10 0,75
72 926 13.6 1,47 15 1
73 1013 16,9 1,67 15 1
57 792 7,9 0,99 5 0,35
58 741 6,3 0,85 5 0,35
59 600 4.5 0,75 5 0,35
60 493 4,5 0,91 5 0,35
74 740 5,3 0,72 5 0,35
75 818 7,3 0,90 5 0,35
1400
400 -------------
100 90 80 70 50 50 40 30 2 5 20 15 10 5
кол-во цемента, %
—плотность с золой Ш плотность без золы
Рисунок 2 - Зависимость плотности газобетона от количества цемента
и вида наполнителя
70 60 50
100 90 80 70 60 50 40 30 25 20 15 10 5
кол-во цемента, %
• Прочность с золой • прочность без золы
Рисунок 3 - Зависимость прочности при сжатии газобетона от количества цемента и вида наполнителя
Рисунок 4 - Зависимость к.к.к. газобетона от количества цемента
и вида наполнителя
Таблица 10 - Результаты испытания об
эазцов из газозолобетона
Номер состава Вид наполнителя Средняя плотность, кг/ м3 Предел прочности при сжатии, кг/см2 к.к.к Марка бетона Класс бетона
51 зола 903 10,2 1.13 10 0,75
52 668 12,4 1.86 10 0.75
53 968 32,9 3.40 35 2,5
54 860 11,4 1,33 10 0,75
55 838 10,5 1,25 10 0,75
56 945 18,6 1,97 25 1,5
Результаты испытания газобетона (расчет состава по Баранову А. Т. и Бужевичу Г. А.) [10] представлены в таблице 10 и на рисунках 5-6.
Рисунок 5 - Зависимость плотности газобетона от вида и количества наполнителя
о --------
1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25
кол-во добавки, %
> с золой ♦ без золы
Рисунок 6 - Зависимость прочности газобетона от вида и количества наполнителя
Выводы
Исследованы физико-технические свойства сырьевых материалов, бетонных смесей и ячеистых бетонов с использованием в качестве мелкого заполнителя песков месторождений Павлодарской области и золы Экибастузской ГРЭС-2.
Определены оптимальные составы ячеистого газозолобетона и газосиликата плотностью 650-750 кг/м3, прочностью 2,0-5,0 МПа, коэффициент конструктивного качества - 1,5-4.
Анализ полученных результатов показал, что увеличение плотности и прочности исследуемых образцов повышает их морозостойкость. Образцы марки D600-D700 выдержали требования стандарта и морозостойкость составила 35 циклов, при потери по массе 4,2 %.
Установлено оптимальное содержание комплексной алюмосодержащей добавки в смеси 1,75-2,75 % на плотность и прочностные характеристики бетонов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 ГОСТ 31359-2013 Морозостойкость, циклы.
2 ГОСТ 23732-13 Вода для бетонов и строительных растворов.
3 Бетоны на основе золы и шлака ТЭС и комплексное их использование в строительстве. Сборник докладов Всесоюзной конференции под общей редакцией Павленко С. И. В 2-х томах. - Новокузнецк, 2016.
4 СТ РК 10180 Бетоны. Методы определения прочности.
5 ГОСТ 18105-12 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности.
6 Баженов Ю. М., Шубенкин П. Ф., Дворкин Л. И. Применение промышленных отходов в производстве строительных материалов. - М : ИАСВ, 2015.
7 Волженский А. В., Буров Ю. С., Виноградов Б. Н. Бетоны и изделия из шлаков и зольных материалов. - М : ИАСВ, 2013.
8 Газиев У. А., Акрамов Х. А. Отходы промышленности в производстве строительных материалов и изделий. -Ташкент, 2014.
9 Бетоны на основе зол и шлаков ТЭС для несущих и ограждающих конструкций в монолитном и сборном исполненки / Павленко С. И., Середкин О. Л., Рехтин И. В. и др. // Экологические проблемы переработки вторичных ресурсов в строительные материалы и изделия : Тезисы докладов Всесоюзного научного совещания. Т.2 -Чита, 2016. - С.155-157.
10 Баранова А. А. Влияние пластификаторов на свойства цементного теста /Баранова A. A., Полякова Е. О., Ховбощенко О. В. // Современные технологии и научно-технический прогресс. Т. 1. № 1. - Ангарск : Издательство Ангарской государственной технической академии, 2017. - С. 30.
REFERENCES
1 GOST 31359-2007 Morozostoikost, cykly.
2 GOST 23732-11 Voda dlya betonov i stroitelnyh rastvorov.
3 Betony na osnove zoly I shlaka TES I kompleksonoe ih ispolzovanie v stroitelstve. Sbornik dokladov Vsesouznoi konferencii pod obshei redakciei. Pavlenko S. I.In 2 Vol. - Novokuzneck, 2016.
4 ST RK 10180 Betony. Metody opredelenia prochnosti.
5 GOST 18105-10 Betony. Pravila kontrola I ocenki prochnosti.
6 Bazhenov Y. M., Shubenkin P. F., Dvorkin L. I. Primenennie promyshlennyh orhodov v proizvodstve stroitelnyh materialov. - Moscow : IASV, 2015.
7 Volzhenskii A. V., Burov Y. S., Vinogradov B. N. Betony I izdeliya iz shlakov i zolnyh materialov. - Moscow : IASV, 2009.
8 Gaziev U. A., Akramov H. A. Othody promyshlennosti v proizvodstve stroitelnyh materialov I izdelii. - Tashkent, 2014.
9 Betony na osnove zol i shlakov TES dla nesushih i ograzhdayshih konstrukcii v monolitnom i sbornom ispolnenki / Pavlenko S. I., Seredkin O. L., Rehtin I. V. i dr. //Ekologicheskie problemy pererabotki vtorichnuh resursov v stroitelnye materialy i izdeliya: Tezisy dokladov Vsesouznogo nauchnogo soveshania.- T.2 Chita. P.155-157.
10 Baranova A. A. Vliyanie plastifikatorov na svoistva cementonogo testa / Baranova A. A., Polyakova E. O., Hevboshenko O. V. // Sovremennye tehnologii I nauchno-tekhnicheskii progress. T. 1. № 1. - Angarsk : Izdatelstvo Angarskoi gosudarstvennoi tehnicheskoi akademii, 2012. - P. 30.
Материал поступил в редакцию 17.03.22.
*Д. В. Владимиров1, Л. Л. Булыга2, В. Г. Никифорова3, А. А. Ахметова4,
И. Менендес Пидал5
1,2,3,4Торайгыров университет^ Казахстан Республикасы, Павлодар к;
5Политехникальщ университет, Испания, Мадрид к.
Материал баспага 17.03.22 тYстi.
ЕК1БАСТ¥ЗДЬЩ ГРЭС-2 КYЛ НЕГ1З1НДЕГ1 ЦУЫСТЫ БЕТОН
Мацалада Етбастуз ГРЭС-2 кул шыгару Heei3mde автоклавты цатаюдыц цуысты бетондарыныц цурамдары жэне алюмосы бар кешендi цоспалар усынылган.
Мацалада алюминий цоспасы бар газдалган бетон втмдершщ графиктерi жэне цоспаныц эдеттегi цурамымен салыстыру, шитзаттыц химиялыц цурамыныц кестелерi, бержтж, тыгыздыц жэне аязга твзiмдiлiк сынацтарыныц нэтижелерi, шитзат пен усынылган бетондардыц негiзгi физикалыц жэне механикалыц сипаттамалары келтiрiлген.
Етбастуз квмiр бассейншщ квмiрiн жагу цалдыцтары жыл сайын миллиондаган тоннаны цурайды. Шац-тозац электр сyзгiлерiнен алынатын кул-унос экологиялыц багыттагы ец танымал зерттеу объектыершщ бiрi болып табылады, оган ТМД елдертде жэне шет елдерде квптеген зерттеу жумыстары арналган. Бул мегаполистердщ жанында улкен цалдыцтардыц жиналуына, цымбат цала мацындагы жерлердi сызыцтыц емес всу тенденциясымен иелжтен шыгаруга жэне жацын жерлер мен гимараттардыц нарыцтыц цунын едэуiр твмендетуге байланысты. Кул yшндiлерi внеркэст цалдыцтарын устау ушт улкен шыгындарды талап етед1
Бул мацаланыц взектыш аймацтыц экологиялыц мэселелерш шешу болып табылады, сонымен цатар ец цымбат компонент ретшде бетондагы цементтщ минималды цурамымен газ силикатын алуга болады.
Кiлттi свздер: кул, цуысты бетон, кешендi алюминий цурамды цоспа, бержтж, тыгыздыц, аязга твзiмдiлiк.
*D. V. Vladimirov1, L. L. Bulyga2, V. G. Nikiforova3, А. А. Аhmetova4,
I. Menendes Pidal5
1,2,3,4Toraighyrov University, Republic of Kazakhstan, Pavlodar;
5Polytechnic University, Spain, Madrid
Material received on 17.03.22.
CELLULAR CONCRETE BASED ON ASH OF EKIBASTUZ GRES-2
The article presents the compositions of autoclave-hardened cellular concretes based on fly ash of Ekibastuz GRES-2 and a complex aluminum-containing additive.
The article contains graphs of aerated concrete products with an aluminum-containing additive and a comparison with the usual composition of the mixture, tables of chemical compositions ofraw materials, test results for strength, density and frost resistance, the main physical and mechanical characteristics of raw materials and the proposed concretes.
Waste from coal burning in the Ekibastuz coal basin amounts to many millions of tons annually. Fly ash, dust captured in electroflters, is one of the most «popular» objects of research in the environmental field, to which many research works in the CIS countries and abroad are devoted. This is due to the fact that huge masses of waste accumulate near megacities, alienating expensive suburban land with a tendency of nonlinear growth and significantly reducing the market value of nearby land and buildings. Ash dumps require huge costs for the maintenance of industrial waste.
The relevance of this article is to solve the environmental problems of the region, as well as the possibility of obtaining silicate gas with a minimum content of cement in concrete, as the most expensive component.
Keywords: Fly ash, cellular concrete, complex aluminum-containing additive, strength, density, frost resistance.
