Использование отходов камнепиления в производстве ячеистых бетонов

Опубликовано: 02.09.2018

Рассмотрены результаты исследований по использованию дисперсных техногенных продуктов, образующихся в результате обработки скальных пород (отходов камнепиления и камнеобработки) при изготовлении цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения.

ВВЕДЕНИЕ

Здания и сооружения с уменьшенной материалоемкостью могут быть возведены с применением изделий из различных ячеистых бетонов со средней плотностью 400–800 кг/м3 [1, 2]. Очевидно, что среди ячеистых бетонов массового производства достойной альтернативы газобетонам автоклавного твердения как качественным стеновым и теплоизоляционным материалам нет и в обозримом будущем, исходя из достигнутого уровня мировых знаний в области ячеистых бетонов, не предвидится.

При изготовлении ячеистых бетонов используют вяжущие системы, дисперсные микрозаполнители и добавки различной природы и функционального назначения.

В отличие от газобетонов автоклавного твердения (в качестве кремнеземистых компонентов – микрозаполнителей – в технологии производства ячеистых бетонов автоклавного твердения применяют песок, соответствующий требованиям СТБ 1727 [3], с содержанием кварца не менее 70,0 %, слюды — не более 0,5 %, глинистых примесей — не более 5,0 %) в цементных ячеистых бетонах неавтоклавного твердения в качестве микрозаполнителей возможно применение не только кварцевого песка или вторичных продуктов обогащения руд, но и других горных пород и техногенных продуктов, в том числе и алюмосиликатных [2, 4].

ПРИМЕНЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ В КАЧЕСТВЕ МИКРОЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

Для получения цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения с уменьшенной усадкой при высыхании и повышенной прочностью R необходимо осуществлять специальную подготовку как матрицы в виде вяжущих систем, так и микрозаполнителей, то есть производить затраты энергии при эксплуатации активирующего оборудования. Технологические приемы физико-химической активации различных микрозаполнителей приведены в [2].

В [1, 2] показано, что если принять прочность в качестве основного параметра оптимизации структуры ячеистых бетонов, то условие R = Rmax выполнимо при Rc ? Ra, Rc ? Rm и Rm ? Ra (Ra – функция, характеризующая адгезионную прочность контакта «микрозаполнитель – матрица»; Rm, Rc – функции, характеризующие когезионную прочность матрицы и микрозаполнителя).

Наиболее распространенными способами механической и механохимической активации вяжущих веществ и другого сырья в заводских условиях являются сухой и мокрый домол в специальных помольных агрегатах (различных мельницах, дезинтеграторах), что способствует образованию более мелкокристаллической и плотной структуры цементирующего вещества с повышенным уровнем Rm.

Природа адгезионной связи между цементирующей гидросиликатной матрицей и плотным микрозаполнителем в газобетонах автоклавного твердения и цементных ячеистых бетонах неавтоклавного твердения различна и изучена недостаточно.

В [2] анализируется термодинамическая концепция адгезии, согласно которой для создания прочного контакта «микрозаполнитель – матрица» (Ra) необходимо выполнение условия

(1)

где G1 – поверхностная энергия элементов вяжущей системы;

G2 – поверхностная энергия микрозаполнителя.

Как следует из неравенства (1), высокий уровень Ra достижим при осуществлении активации микрозаполнителя, то есть при повышении уровня G2, так как вяжущее имеет достаточно высокий уровень G1 и Rm. При недостаточном уровне G2 (неактивированный микрозаполнитель) имеет место Rm >> Ra.

Особую группу механоактивированных микрозаполнителей составляют техногенные продукты, образующиеся в результате обработки различных скальных пород (отходы камнепиления и камнеобработки в виде шламов c рН = 6–8), например, гранита. При высокой плотности (2,6–2,7 т/м3), твердости (до 8 единиц по шкале Мооса) и прочности (Rc) частицы отходов камнепиления имеют непостоянный минеральный состав (например, полиминеральный гранит включает кварц, полевой шпат, ортоклаз и плагиоклаз, слюды, роговую обманку и другие минералы) и поверхность, существенно более развитую по сравнению с поверхностью частиц, полученных помолом, например, в шаровой мельнице (рис. 1, 2). Уровень радиоактивности отходов камнепиления соответствует радиоактивности исходной горной породы. Микротрещиноватость частиц отходов камнепиления в результате микроскопических исследований не выявлена.

Рис. 1. Отходы камнепиления в составе техногенного шлама (частицы гранита размером 10–100 мкм)

Рис. 2. Частица отходов камнепиления размером 80 мкм с развитой поверхностью

При оценке теплоты смачивания Z и гидравлической активности Аг отходов камнепиления уровень значений коэффициента вариации n не превышал уровень значений n для мономинерального кварцевого песка ( n < 0,08; таблица 1).

Таблица 1. Гидравлическая активность и теплота смачивания микрозаполнителей

Вид микрозаполнителя Аг/Z (по воде)
Кварцевый песок, активированный в шаровой мельнице 5,9/2,1
Пылевидная фракция перлитовой породы 15,8/–
Зола-унос Ладыжинской ГРЭС 5,3/–
Зола-унос Бурштынской ГРЭС 5,4/–
Диатомит Кировоградский 12,8/–
Отходы камнепиления 5,2–5,8/1,5–1,9
Примечание – В числителе приведены значения Аг (мгСаО/1гSiO2), в знаменателе – Z (кДж/кг).

ЦЕМЕНТНЫЕ ЯЧЕИСТЫЕ БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ КАМНЕПИЛЕНИЯ

Дисперсный полиминеральный техногенный продукт – отходы камнепиления – может выполнять функцию наполнителя (заполнителя) во множестве строительных смесей, в том числе может быть использован как микрозаполнитель в производстве изделий из цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения.

С применением отходов камнепиления были изготовлены образцы цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения в виде кубов с ребром 15 см ( ТКП 45.03-137 [5] ). При этом использовались материалы: портландцемент М400, отходы камнепиления (проход через сито № 008 – 70 %, влажность – 9 мас. %), газообразователь ПАП-2 и добавка в виде негашеной извести активностью 87 %. Технология формования – литьевая. Режим пропаривания сырца: 3 + 9 + 3 при 95 оС.

Технический уровень смесительного оборудования – значимый фактор в процессе получения качественных формовочных смесей и ячеистых бетонов (некоторые турбулентные смесители являются смесителями-активаторами). Для изготовления качественных цементных (гидратационных) пенобетонов неавтоклавного твердения было разработано несколько опытных унифицированных турбулентных смесителей с вертикальным перемешивающим валом (верхний привод, 400–600 мин-1) объемом до 3 м3, в том числе и работающих при избыточном давлении (баросмесители). В процессе решения некоторых технологических задач поризация смесей при получении цементного пенобетона осуществлялась без использования пеногенератора.

Газобетонную смесь состава (кг/м3): цемент – 290, известь – 15, отходы камнепиления – 325, вода – 280 приготавливали в модернизированном смесителе СБ-43 (С-868). Результаты определения основных физико-технических свойств лабораторного цементного газобетона неавтоклавного твердения на основе отходов камнепиления представлены в таблице 2.

При использовании отходов камнепиления с различным минеральным составом (непостоянство Rc) параметр G2 будет иметь повышенные значения n . Вследствие этого значения Ra и R также будут варьироваться в большей степени, чем при использовании мономинерального микрозаполнителя.

Таблица 2. Физико-технические свойства лабораторного цементного газобетона на основе отходов камнепиления

Показатель Среднее значение показателя
Средняя плотность, кг/м3 560
Прочность на сжатие, МПа:  
после пропаривания 2,5
через 28 суток естественного твердения 2,9
Марка по морозостойкости F25
Усадка при высыхании, мм/м 2,2

Известно, что степень долговременного влияния множества технологических факторов на прочность бетона R и другие физико-технические свойства (усадку, набухание, ползучесть, морозостойкость и т. д.) существенно возрастает по мере уменьшения средней плотности как газобетонов автоклавного твердения, так и цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения (цементного пенобетона и цементного газобетона). При r < 400 кг/м3 проявляется существенность влияния качественных факторов (например, «технологическая культура производства»).

Непостоянство минерального состава отходов камнепиления приводит к формированию неоднородной микро(нано)структуры цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения, что существенно ограничивает области безопасного применения изделий из такого бетона, особенно при r < 500 кг/м3. В воде (выдержка в суспензии в течение 15 суток) отходы камнепиления не набухают, поэтому разрушительного набухания цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения в сборных изделиях не произойдет (СТБ ЕN 1996-1-1 [6]).

Экспериментальные формовки и испытания бетонов показали, что в диапазоне r = (400–600) кг/м3 лабораторные цементные ячеистые бетоны неавтоклавного твердения на основе отходов камнепиления по своим основным физико-техническим свойствам практически тождественны ячеистым бетонам неавтоклавного твердения на основе молотого кварцевого песка (содержание SiO2 не менее 70 %). Вместе с тем, у лабораторных бетонов при значении коэффициента вариации средней плотности n r = 0,048 параметр n R изменяется от 0,08 – для цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения на кварцевом песке до 0,108 – для цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения на основе отходов камнепиления.

Между прочностью легкого бетона (R) и его классом по прочности (С) существует вероятностная зависимость (СТБ 1187 [7]):

(2)

Из формулы (2) следует, что в общем случае цементный ячеистый бетон неавтоклавного твердения на основе отходов камнепиления имеет более низкий уровень (С) по сравнению с бетоном на кварцевом песке.

Более достоверная информация о физико-технических свойствах цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения на основе отходов камнепиления может быть получена после формования крупноразмерных массивов (3–6 м3) при использовании современного дозировочного и смесительного оборудования.

По сравнению с лабораторными промышленные цементные ячеистые бетоны неавтоклавного твердения на основе отходов камнепиления при r > 400 кг/м3 будут иметь более высокий уровень значений параметра (С) за счет возрастания R и уменьшения n R (скоростные промышленные турбулентные смесители обеспечивают высокий уровень однородности и кратковременную активацию формовочной смеси).

На основе отходов камнепиления получены также и лабораторные цементные пенобетоны с r = (500–800) кг/м3. При этом применялась добавка СДО (смола древесная омыленная; ТУ 13-0281078-02-93) и пенообразователь «Пеностром» (ТУ 2481-001-22299560-99). Формовочную смесь цементного пенобетона приготавливали в экспериментальном баросмесителе объемом 0,5 м3 (рис. 3) и заливали в секционные формы.

Рис. 3. Экспериментальный баросмеситель на базе химического реактора

Были выполнены также экспериментальные исследования по введению отходов камнепиления в состав плотных гипсобетонов для изготовления стеновых пустотелых блоков и пазогребневых плит для перегородок, получены сухие строительные смеси различного назначения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 При изготовлении качественных цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения в качестве микрозаполнителей возможно применение не только кварцевого песка, но и дисперсных техногенных полиминеральных продуктов, в том числе и алюмосиликатных.

2 Целесообразно производить высокоточные сборные изделия, например, в виде стеновых блоков не только из газобетонов автоклавного твердения, но и из цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения. Ячеистые бетоны в виде цементного пенобетона и цементного газобетона на основе отходов камнепиления при r > 500 кг/м3 могут быть рекомендованы для изготовления неармированных стеновых мелких блоков (например, для устройства наружных и внутренних ограждающих конструкций в объектах хозяйственного назначения и т. п.). Ячеистобетонные смеси на основе отходов камнепиления могут быть также использованы для монолитного бетонирования различных конструкций в построечных условиях.

3 Несмотря на ряд известных недостатков цементных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения, качественные изделия из них, как и изделия из газобетонов автоклавного твердения, могут быть применены, например, в строительстве с уменьшенной материалоемкостью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Опекунов, В. В. Пористые бетоны и области их применения / В. В. Опекунов [и др.] // Вестник БНТУ. – 2005. – Вып. 1. – С. 10–17.

2. Опекунов, В. В. Пористые бетоны: моногр. / В. В. Опекунов. – Гродно: ГрГУ, 2011. – 193 с.

3. Песок для производства силикатных изделий. Технические условия: СТБ 1727-2007. – Введ. 01.08.2007

4. Опекунов, В. В. Ячеистые бетоны неавтоклавного твердения / В. В. Опекунов // Строительная наука и техника. – 2009. – № 3(24). – С. 53–56.

5.  Изделия из ячеистого бетона. Правила изготовления: ТКП 45.03-137-2009. – Введ. 01.03.2000.

6.  Еврокод 6. Проектирование каменных конструкций. Часть 1-1. Общие правила для армированных и неармированных каменных конструкций: СТБ ЕN 1996-1-1-2008. – Введ. 01.07.2009.

7.  Бетоны легкие. Технические условия: СТБ 1187-99. – Введ. 01.07.2000.

Новости
Строим Баню своими руками
Прежде чем начинать строить баню своими руками нужно выбрать материал, из которого её будем строить. Самая теплая баня получается из камыша и глины. Баня из деревянных бревен или из кирпича также очень

Как построить баню дешево своими руками
Баня является излюбленным местом отдыха для многих. Ее самостоятельно можно соорудить на дачном участке или на территории собственного дома. Постройка такого строения – процесс довольно продолжительный

Баня своими руками: основные рекомендации
Любовь к бане у русского человека передается из поколения в поколение и уже заложена в самих генах. Многие из нас, будучи еще совсем детьми, парились в баньке со своими отцами и дедами, а, повзрослев,

Как правильно построить баню своими руками: инструкции, фото, видео и полезные советы
Каждый второй, а может быть и первый, мечтает о бане. Это место для отдыха, расслабления и очищения. И конечно, эпицентр оздоровления, источник целительной силы и энергии. Многие задумываются о том,

Русская баня своими руками – от проекта до отделки + Видео
1 Особенности русской бани В древности для знати строили "чистилище" русского духа из рубленого бревна. Считалось, что главной характерной чертой бани является легкий пар. Влажность в парной должна быть

Строим баню своими руками: варианты возведения
Итак, строим баню своими руками. Какие же именно работы делаются в первую очередь? Любое строительство необходимо начинать с фундамента. Для несложной конструкции бани, например из бруса, подойдет

Строим гараж из металлопрофиля своими руками + чертежи, фото и видео
Построить гараж из металлопрофиля своими руками под силу каждому домовладельцу. Вам не понадобятся специфические навыки. Достаточно изучить технологию и следовать её основным требованиям. Что такое

Как построить баню? Строительство бани от фундамента до крыши
Баня является неотъемлемой частью русского быта. И даже наш соотечественник, пронизанный духом современности, не откажется от хорошей возможности попариться в семейной бане, построенной своими руками

Как правильно построить русскую деревянную баню на даче: устройство, поэтапное строительство (фундамент, стены, полы, крыша, полок, парная), технология, постройка - строим баню своими руками (пошаговая инструкция, правила, советы, рекомендации, фото)
Как бы ни хвалили финские сауны, японские офуро и турецкие хамамы, но лучше русских бань ничего нет. Поэтому неудивительно, что многие владельцы загородных домов и дач хотят иметь свою баню. Часть из

Как построить баню своими руками правильно и быстро: щитовую, дешевую, фото и видео
  Постройка собственной бани на участке загородного дома, дело достаточно серьезное и хлопотное, поэтому подойти к этому вопросу нужно с полной ответственностью. В этой статье мы постараемся осветить

rss