Delist.ru

 Эффективные бетоны с использованием отхода производства минеральных удобрений (18.05.2010)

Автор: Григорьев Михаил Александрович

Полные, % 5,0 20,8 100 25,8

Исследования гранулометрического состава органо-минеральной добавки (рис. 1) состоящей из ОПМУ и суперпластификатора производили на основе автоматического экспресс-анализа с помощью лазерного дифрактометра Fritsch Analyzette 22 NanoTechCombi.

Рис. 1. Гранулометрический состав органо-минеральной добавки.

Согласно полученным результатам органо-минеральная добавка представляет собой тонкодисперсный порошок, с преобладающим размером частиц в диапазоне от 20 до 80 мкм. Причем, 70 % частиц порошка имеют размер частиц менее 65 мкм.

С помощью рентгенофазового анализа (рис. 2) зафиксированы межплоскостные расстояния, принадлежащие следующим минералам: эттрингит (d= 9,605; 5,577; 3,850; 2,553; 2,204 A); гидроксид кальция (d= 4,902; 3,105; 2,621; 1,926; 1,795; 1,687; 1,483; 1,449 A).

Рис. 2. Рентгенограмма пробы бетона с органо-минеральной

добавкой на основе отхода производства минеральных удобрений.

В бетоне с органо-минеральной добавкой на основе ОПМУ о количестве гидроксида кальция можно судить по интенсивности пика d= 4,902 A, т.к. он принадлежит только гидроксиду кальция, и на него накладываются другие рефлексы. Появляются дополнительные новообразования в виде низкоосновных гидросиликатов кальция. В контактной зоне наблюдаются образования карбоната кальция линии (d=3,03; 2,492; 2,283; 2,094; 1,909; 1,874; 1,628; 1,604; 1,525; 1,485 A).

В результате проведенных исследований (протокол № 9-р, 10-р от 23.07.09 г.) образцов материала спектрометрической и радиометрической аппаратурой УСК «ГАММА-ПЛЮС» установлено, что удельная активность ЕРН составила: в ОПМУ 226Ra - 0,99±3,48 Бк/кг; 232Th - 0±3,85 Бк/кг; 40K - 0±29,89 Бк/кг; Aэфф.=1±7 Бк/кг и в тяжелом бетоне с органо-минеральной добавкой (ОМД) 226Ra - 16,38±2,95 Бк/кг; 232Th - 9,77±2,5 Бк/кг; 40K - 620,1±75,62 Бк/кг; Aэфф.=85±8 Бк/кг, что не превышает гигиенического норматива - 370 Бк/кг.

Санитарно-технический анализ (протокол №149 от 21.08.09 г.), проведенный ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Костромской области» показал возможность применения ОПМУ в производстве строительных материалов.

Рассматривалось несколько способов получения бетонов на основе отхода производства минеральных удобрений:

введение не молотого ОПМУ (Sуд=906,9 м2/кг) непосредственно при приготовлении цементной пасты в смеситель;

введение молотого ОПМУ (Sуд=1031 м2/кг) непосредственно при приготовлении цементной пасты в смеситель;

введение органо-минеральной добавки (Sуд=1020 м2/кг) на основе ОПМУ, при помоле к которому был добавлен сухой суперпластификатор С-3 в количестве 0,8 % от массы цемента, непосредственно при приготовлении бетонной смеси в смеситель;

введение цементной пасты путем совместного помола ОПМУ и портландцемента в шаровой мельнице (Sуд.см.=460-740 м2/кг) непосредственно при приготовлении бетонной смеси в смеситель;

введение цементной пасты путем совместного помола ОПМУ, портландцемента и суперпластификатора С-3 в количестве 0,8 % от массы цемента в шаровой мельнице (Sуд.см.=500-770 м2/кг) непосредственно при приготовлении бетонной смеси в смеситель.

Были изучены свойства цементных паст (табл. 3), бетонных смесей и бетонов с органо-минеральной добавкой (табл. 4).

Установлено, что при всех способах введения отхода нормальная густота (НГ) цементных паст увеличивается, однако, введение ОПМУ по третьему способу (ОМД) оказывает несущественное влияние на изменение НГ. Зависимость НГ от количества наполнителя (D, %) описывается уравнениями:

Плотность цементного камня при увеличении количества добавки снижается, однако в составах с добавлением молотого ОПМУ снижение плотности не значительное (при введении от 15 до 45 % молотого ОПМУ плотность раствора по сравнению с контрольным составом снижается на 10-30 %), а при введении ОМД повышается на 7,5-18,5 % по отношению к молотым составам. Это связано с оптимизацией гранулометрического состава вяжущего за счет обогащения цемента частицами недостающих фракций, а также от наличия внутренней пористости исходного ОПМУ. Уравнения изменения плотности цементного камня от количества наполнителя:

Установлено, что при введении ОПМУ и органо-минеральной добавки период формирования структуры (ПФС) значительно сокращается в среднем на 1,5-2,0 часа, по сравнению с контрольным составом (ПЦ+С-3). Уравнения зависимости ПФС от количества наполнителя:

Общие закономерности изменения ПФС наблюдаются при его определении всеми способами: по прибору Вика, скорости прохождения ультразвука и кинетике изменения температуры, но каждый из способов имеет свои особенности и закономерности. Наиболее объективная оценка ПФС - скорость прохождения ультразвука.

Определена зависимость активности вяжущего от количества и способа введения добавки. При введении добавки (до 15 %) третьим, четвертым и пятым способами активность вяжущего в стандартном растворе увеличивается, а затем идет на снижение, причем процент введенной добавки меньше процента снижения прочности:

по первому способу:

по второму способу:

по третьему способу:

по четвертому способу:

по пятому способу:

По экспериментальным данным получены математические модели, описываемые следующими зависимостями:

активности в стандартном растворе от плотности цементного камня:

активности в стандартном растворе от нормальной густоты:

Анализируя полученные зависимости можно сделать вывод, что с ростом активности цементных паст плотности цементного камня увеличивается, а с повышением нормальной густоты активность снижается.

На основе полученных цементных паст был проведен ряд исследований растворов, бетонных смесей и тяжелых бетонов. Для исследований бетонов на основе ОПМУ и ОМД, в качестве вяжущего применяли Мордовский портландцемент М 500-Д0 с нормальной густотой 26,7 %.

В качестве мелкого заполнителя использовали кварцевый песок с истинной плотностью (ИСТ=2,66 т/м3, модулем крупности 2,8 и водопотребностью 7 %.

В качестве крупного - гранитный щебень фракции 5-20 мм: истинной плотностью (ИСТ=2,62 т/м3, насыпной (НАС=1,32 т/м3 и водопотребностью

?стойкость и водонепроницаемость бетонов.

Исследование свойств контактной зоны между цементным камнем, и заполнителем проводили на моделях. В качестве модели использовали кварцевую пластину с полированной поверхностью.

Таблица 3.

Характеристики портландцементов с ОПМУ и ОМД

№ п/п Наименование Удельная

поверхность, м2/кг Нормальная

загрузка...