Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПОЛУЧЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ГАЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

Ткач Е.В. 1 Ткач С.А. 1 Серова Р.Ф. 2 Сейдинова Г.А. 2 Стасилович Е.А. 2
1 Московский государственный строительный университет
2 Карагандинский государственный технический университет
Приведена технология производства газобетонных изделий безавтоклавного твердения на основе цементного вяжущего. Разработаны технологические схемы приготовления эффективных модификаторов для производства ячеистых бетонов путем утилизации отходов промышленности и вторичного сырья.Приведены составы исследуемых модификаторовдля производства ячеистых бетонов путем утилизации отходов промышленности и вторичного сырья.Способ приготовления и применения модификатора выбирался с учетом его состава, вида получаемого продукта и технико-экономических показателей.Установлено, что эффективность тонкодисперсных эмульсий в цементных системах на 20-30% выше, чем грубодисперсных. Результаты испытаний показали, что модифицированный газобетон выгодно отличается от газобетона традиционной технологии, видно улучшение не только физико-механических, но и гидрофизических свойств, в частности остаточная влажность модифицированного газобетона снижается на 32 %, водопоглощение на 40 % и капиллярный подсос на 35 %.
модифицированные газобетонные изделий безавтоклавного твердения.
эмульгирование
утилизация отходов промышленности и вторичного сырья
1.Каприелов С.С., Батраков В.Г., Шейнфельд А.В. Модифицированные бетоны нового поколения: реальность и перспектива //Бетон и железобетон.–1999.- № 6(501). –С.6-10.
2. Соловьев В.И., Ергешев Р.Б. Эффективные модифицированные бетоны, –Алматы: КазГосИНТИ, 2000. –285 с.
3. Ткач Е.В.,Рахимов М.А. Рахимова Г.М., Грибова. Научно-технический журнал Вестник МГСУ. – М., 2012. - №3, – С.216- 230.
4. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цемента, растворов и бетонов. –М., 1979. –С.124-141.
5. Батраков В.Т. Модифицированные бетоны. Теория и практика.-2е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат. –1998. –768 с.
6. Ткач Е.В., Семёнов В.С. Исследование влияния органоминеральной добавки на эксплуатационные свойства мелкозернистого бетона // Промышленное и гражданское строительство. –2013. - № 9. –С. 16-19.
Строительство является одной из материалоёмких отраслей промышленности, поэтому решение проблем создания импортозамещающих, экономически эффективных материалов на базе передовых отечественных технологий становится основополагающим фактором в динамическом развитии строительной индустрии. В этой связи приоритетными становятся работы по созданию новых строительных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками и потребительским качеством изделий и конструкций, обеспечивающих производительность труда, снижение себестоимости и конкурентоспособность на строительном рынке. К таким работам следует отнести разработку материалов и изделий на основе модифицированных добавками бетонов с использованием местных отходов различных производств.

Нами при разработке технологических схем были приняты во внимание результаты и опыт приготовления эффективных модификаторов, описанные в научно-технической литературе [1, 2].

В основу утилизации фосфогипса  (отход  производства фосфорной  кислоты), послеспиртовой барды (отход производства  спирта), молочной сыворотки (отход  молочного  производства) был применен способ эмульгирования с помощью современного диспергатора роторно-пульсационного аппарата (РПА).  Особенности конструкции РПА и принцип его действия описаны в работах [2-3].

Эмульгирование – способ перевода гидрофобизаторов в водоразбавимые продукты, которые удобно применять в технологии строительных материалов.Практика показывает  эффективность и перспективность приготовления комплексных добавок, сочетающих гидрофобизирующий и гидрофилизирующий ингредиенты, с эмульгированием их в прямые эмульсии. Эффективность таких добавок в цементных системах значительно выше, чем отдельных гидрофилизатора и гидрофобизатора[2-3].

Объектом исследования являлась технология производства газобетонных изделий безавтоклавного  твердения на основе цементного вяжущего. Предметом исследования являлись модифицированные газобетонные изделия на основе отходов промышленности и вторичного сырья.

Для изготовления модифицированного газобетона в качестве вяжущего использовали портландцемент завода ООО «Калужский цементный завод», соответствующий требованиям ГОСТа  31108-2003«Цементы общестроительные. Технические условия».Химический и минеральный составы цемента   приведены в таблицах 1 и  2.

Таблица 1

Химический состав портландцемента

Завод- изготовитель

Класс прочности

(МПа)

Химический состав, мас.%

SiO2

AL2O3

Fe2O

CaO

MgO

SO3

ООО «Калужский цементный завод»

ЦЕМ I 42,5Н

21,11

5,58

4,33

65,4

0,95

0,9

 

Таблица  2

Минеральный состав, %, портландцемента    ЦЕМ I 42,5Н (ООО «Калужский цементный завод»)

 

Алит - C3S(3CaO∙SiO2)

Белит - C2S(2CaO∙SiO2)

C3A(3CaO∙Al2O3)

C4AF(4CaO∙Al2O3∙Fe2O3)

59,2

16,4

6,5

15,1

 

Результаты испытаний цемента приведены в таблице 3  согласно требованиям ГОСТ 310.1–76«Цементы. Методы испытаний. Общие положения», ГОСТ 310.2–76«Цементы. Методы определение тонкости помола», ГОСТ 310.3–76«Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема», ГОСТ 310.4–81«Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии»,регламентирующие показатели качества и методы испытания портландцемента.

Таблица 3

Результаты испытаний цемента ЦЕМ I 42,5Н (ООО «Калужский цементный завод»)

Насып-ная плот-ность,

кг/м3

Истин-ная плот-ность,

кг/м3

Удельная поверх-ность, см2/г

Нормаль-ная густота теста,

 %

Сроки схватывания,
ч-мин

Предел прочности в возрасте 28 суток, МПа

начало

конец

 изгиб

 сжатие

 

1250

 

3100

 

2950

 

26,0

 

2-45

 

8-30

 

5,9

 

48,0

            В качестве кремнеземистого  компонента применяли кварцевые пески карьеров, расположенных вМосковской области  и п. Хромцово Ивановской области. Результаты испытаний мелкого заполнителя разных карьеров приведены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты испытаний песков

Месторождение

песка

Характеристика песка

Модуль крупности

Насыпная плотность,

кг/м3

Плот-ность, кг/м3

Пустот-ность,

%

Загрязнен-ность,

%

ОАО «Хромцовский карьер»

2,1

1515

2630

43

1,8

ООО «Сычевский ПТК»

2,2

1550

2600

42

2

Свойства песка определяли методами ГОСТ 8735–88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».Результаты испытаний показали, что пески по содержанию глинистых, пылевидных и органических примесей, гранулометрическому составу соответствуют стандартным требованиям (ГОСТ 8376-93, ГОСТ 8267-93). Химические составы песков приведены в таблице 5.

Таблица 5

Химические составы песков

 

Карьер

Основные оксиды, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

K2O

Na2O

п.п.п

ОАО «Хромцовский карьер»

71,8

15,32

2,70

2,52

0,67

0, 01

3,33

2,76

1,08

ООО «Сычевский ПТК»

72,7

12,62

4,84

2,41

1,0

0, 02

2,86

2,51

1,06

Пески размалывали в шаровой мельнице до удельной поверхности 2500 – 3000 см2/г по прибору ПСХ – 2.

В качестве газообразователя применяли алюминиевую пудру марки ПАП-2, отвечающую требованиям ГОСТа 5494-95 «Пудра алюминиевая. Технические условия».  Содержание активного алюминия 82%. Тонкость помола алюминиевой пудры  5000 см2/г. Заводская алюминиевая пудра покрыта тончайшей пленкой  парафина и поэтому не смачивается водой. Для придания пудре гидрофильных свойств ее обрабатывают водным раствором поверхностно активных веществ (ГК, ССБ, канифольное масло и др.) 

В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» по степени воздействия на организм человека алюминиевую пыль относят к 3-му классу опасности. Предельно допустимая концентрация алюминиевой пыли в воздухе рабочей зоны по ГОСТ 12.1.005 - 2 мг/м3.

В соответствии с требованиями ГОСТа 12.1.044-91«Пожарная безопасность. Общие требования»  алюминиевая пыль относится к группе горючих веществ. Алюминиевая пудра во взвешенном состоянии в атмосфере воздуха (аэрозоль) взрывоопасна, а в насыпном состоянии (аэрогель) –пожароопасная. При попадании в пудру воды, возможно, ее самовозгорание. Опасность возрастает по мере увеличения дисперсности пудры.  При работе с пудрой необходимо избегать пыления и скоплений осевшей пыли, не допускать наличия источников инициирования воспламенения, попадания в пудру влаги.   В соответствии с требованиями ГОСТа 19433-88 «Грузы опасные. Классификация и маркировка» по степени опасности груза пудру относят к опасным грузам класса 4 (легковоспламеняющиеся твердые вещества); подкласса 4.3 (вещества, выделяющие воспламеняющиеся газы при взаимодействии с водой).  Составы исследуемых модификаторов приведены в таблице 6.

Таблица6

Составы модификаторов  для  производства ячеистых бетонов путем утилизации  отходов промышленности и вторичного сырья

 

Наименование отхода промышленности

и вторичного сырья

Содержание компонентов,

масс.%

ГМ-СБ

ГМ-СБФ

ГМ-СБ

плюс Na2S2O3

ГМ-СБФ

плюс

Na2S2O3

Послеспиртовая барда

 

45

15

12

10

Молочная  сыворотка

 

45

15

12

10

Фосфогипс

 

-

45

-

25

Тиосульфат натрия (ТСН)

 

-

 

45

25

Остальное вода  до  100%

 

Способ приготовления и применения модификатора выбирался с учетом его состава, вида получаемого продукта (жидкий, порошкообразный, гранулированный) и технико-экономических показателей (себестоимость, сроки хранения, транспортирование).

В основу технологии их получения заложен ряд процессов, обобщенно их можно идентифицировать с учетом наших опытных научно-исследовательских работ как:

- способ приготовления прямой эмульсии ГМ-СБ;

- способ приготовления прямой эмульсосуспензии  (пасты)  ГМ-СБФ

- способ совмещения дисперсий с водными растворами солей неорганических кислот ГМ-СБ плюс Na2S2O3и  ГМ-СБФ плюсNa2S2O3;

- способы применения полученных модификаторов в технологии ячеистогобетона, в частности газобетона безавтоклавного твердения [5].

Принципиальная схема получения гидрофобизирующих модификаторов типа ГМприведена на рисунке 1.

 

05

Рис.1. Принципиальная схема приготовления прямой эмульсии гидрофобизатора в водном растворе гидрофилизатора (ГМ-СБ):1 – термоемкость гидрофилизатора (послеспиртовая барда); 2 – термоемкость гидрофобизатора (молочная сыворотка); 3 – дозаторы; 4 – смеситель; 5 – гомогенизатор (диспергатор) РПА; 6 – емкость готовой продукции (прямой эмульсии); 7,8,9,10 – вентили

Предварительно разогретые продукты до температуры 40-50оС из бункеров 1 и 2 дозируются (3) и совмещаются с нагретой водой в термобункере 4. Соотношение между гидрофобизатором и гидрофилизатором  (по массе сухих веществ) – 1:1. Далее полученную смесь диспергируют с помощью диспергатора  РПА (5)  в течение 1.5 - 3 мин (время диспергирования зависит от природы гидрофобизатора и эмульгатора, подбирается опытным путем). Эмульсия получается с помощью РПА (при давлении 0,5 - 0,6МПа)  за счет интенсивных акустических колебаний, сопровождающихся кавитацией и другими гидродинамическими процессами. По глобулярному составу полученные эмульсии, как правило, относятся к тонкодисперсным.  Установлено, что эффективность тонкодисперсных эмульсий в цементных системах на 20-30% выше, чем грубодисперсных, что связано с адсорбционно-десорбционными процессами, протекающими между этими дисперсиями и основными клинкерными минералами, на что в свое время указывал в своих трудах М.И. Хигерович [4].Затем производят совмещение прямой нагретой (»50°С) эмульсии с ускорителем твердения (тиосульфат натия Na2S2O3)  в термобункере 5  в течение 1,5 - 3 мин в требуемых пропорциях и транспортирование готового продукта на склад готовой продукции (емкость для хранения жидких водоразбавляемых дисперсий)[6]. Результаты испытаний полученного модифицированного  неавтоклавного газобетона приведены в таблице 7.

Таблица 7

Свойства неавтоклавного газобетона заводского изготовления

Газобетон

Плотность,кг/м3

Прочность на сжатие, МПа

Остаточная влажность, %

Водопог-лощение,

%

Капиллярный подсос,

 %

Контрольный

 

600

3,55

37

33

28

Модифицированный

600

4,00

25

20

18

Анализ результатов испытаний показал, что модифицированный газобетон выгодно отличается от газобетона традиционной технологии. Особо следует отметить улучшение не только физико-механических, но и гидрофизических свойств, в частности остаточная влажность модифицированного газобетона снижается на 32 %, водопоглощение на 40 % и капиллярный подсос на 35 %.

Таким образом, строительный рынок и опыт строительства показывают, что в ближайшие годы нет альтернативы использованию ячеистого бетона как эффективного теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала для строительства дешевого и комфортного жилья.

Рецензенты:

Байджанов Д.О., д.т.н., Карагандинский государственный технический университет, г.Караганда;

Жакулин А.С., д.т.н.,Карагандинский государственный технический университет, г.Караганда.


Библиографическая ссылка

Ткач Е.В., Ткач С.А., Серова Р.Ф., Сейдинова Г.А., Стасилович Е.А. ПОЛУЧЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ГАЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-2. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19892 (дата обращения: 07.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074