CC BY
59
УДК 691.327
АКТИВИРОВАНИЕ ЦЕМЕНТНОГО ВЯЖУЩЕГОВ ТЕХНОЛОГИИ ТЯЖЁЛОГО И ЯЧЕИСТОГО БЕТОНАДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Машкин Н.А., Молчанов В.С., Зибницкая Н.Е., Петров И.И.
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет,
Новосибирск
ACTIVATION OF CEMENT BINDER IN HEAVY CELLULAR CONCRETE AND TECHNOLOGY FOR TRANSPORT CONSTRUCTION
Maskin N.A., Molchanov V.S., Zibnickaa N.E., Petrov I.I.
Novosibirsk state architecture and construction university, Novosibirsk
В статье рассматриваются вопросы повышения качества тяжелого и ячеистого бетона для транспортного строительства путем активации цементного вяжущего в гидродинамических диспергаторах. Установлено, что в результате активирования прочность цементного камня возрастает до 2 раз, прочность мелкозернистого тяжелого бетона в 1,5 раза, пенобетона - в 1,5-2 раза.
Ключевые слова: активация цемента, гидродинамический диспергатор, кавитация, мелкозернистый бетон, пенобетон, транспортное строительство.
This article discusses the issues of improving the quality of heavy and aerated concrete to transport construction by activation of cement Binder in hydrodynamic between. It is established that as a result of the activation of a cement stone strength increases to 2 times the strength of fine-grained heavy concrete in 1,5 times, foam concrete - 1,5-2 times.
Key words: activation of cement dispersing agent, hydrodynamic cavitation, fine-grained concrete, foam concrete, transportation construction.
Потребность строительной индустриии, в том числе транспортного строительства в высокоактивных цементах для получения высокопрочных конструктивных бетонов, а также теплоизоляционных ячеистых бетонов растет. В то же время цементная промышленность в основном выпускает цемент активностью 32,5-52,5 МПа, что недостаточно для производства эффективных бетонов.
В транспортном строительстве широко используются и тяжелые бетоны (цементно-бетонные одежды автомобильных дорог, железнодорожные шпалы, конструкции мостов и водопропускных сооружений, футеровка тоннелей и др.), и ячеистые бетоны (здания для размещения обслуживающего персонала дорог, контрольных и управленческих служб).
К основным способам увеличения активности цементов относится механическая (механохимическая) активация с помощью специальных шаровых мельниц, вибромельниц или валковых дробилок [1].
Активация вяжущего может осуществляться «сухим» или «мокрым» способом. Суть активации заключается в увеличении удельной поверхности материалов с одновременным возрастанием поверхностной энергии, что обеспечивает повышение реакционной способности цементного вяжущего.
К недостаткам сухого способа активирования цемента следует отнести длительность обработки, доходящую до нескольких часов, высокую энергоемкость
оборудования и малую его производительность, малые сроки и сложность хранения активированного цемента.
Более эффективна кавитационная обработка цементно-водной суспензии в термодинамических или гидродинамических диспергаторах-активаторах (кавитаторах), встроенных в технологический процесс приготовления бетонных смесей [2].
Принцип работы кавитационнных установок заключается в создании в жидкой среде, проходящей через рабочие органы установки, эффектов гидродинамической и акустической кавитации, когда возникающие ультразвуковые акустические колебания диспергируют и активируют частицы материала. Интенсивное воздействие на цементно-водную суспензию микроударов, кавитационных разрывов, растяжений и ультразвуковой вибрации приводит к ее нагреву, измельчению частиц дисперсной фазы и образованию устойчивых активированных суспензий.
В Новосибирском ГАСУ (Сибстрин) были проведены эксперименты по использованию диспергаторов-активаторов при получении эффективных тяжелых и ячеистых бетонов. Подвергнутые кавитационным воздействиям цементные композиции приобретают более совершенную организацию структуры и улучшенные качественные характеристики.
Для промышленного активирования цементных вяжущих могут использоваться пятисекционные гидродинамические диспергаторы-активаторы (рис. 1). В таком диспергаторе (под действием глубокого вакуума в кавитационных пузырьках) происходит разрыв физических и химических связей в растворах и дисперсиях с образованием ультрадисперсных частиц размером менее 100 А [2, 3].
В качестве переменных параметров активации были выбраны время кавитации и концентрация цемента в цементно-водной суспензии. Например, при одном проходе через пять активационных (кавитационных) секций диспергатора и 60%-ной концентрации цемента в суспензии прирост прочности цементного камня по сравнению с контрольными образцами достигал 100%, то есть активность цемента после активации повысилась вдвое.
Активационная обработка портландцемента весьма перспективна, так как способна значительно улучшить такие свойства бетонов на портландцементом вяжущем, как прочность, подвижность и время твердения. Кроме того, активация цемента способна устранить такой распространенный недостаток заводского перемешивания бетонной смеси, как неоднородность распределения вяжущего.
ж >
Рис. 1. Диспергатор-активатор
Эксперименты по активированию цементных вяжущих проводились в лабораторном термодинамическом диспергаторе, обеспечивающем достаточно сильное кавитационное воздействие на обрабатываемый материал. Мощность двигателя - 4,5 кВт, производительность по воде - 1 м3/ч, объем кавитационной камеры - 1,7 л.
В качестве сырьевых материалов для изготовления мелкозернистого бетона использовались рядовой искитимский портландцемент М400 Д20, кварцевый песок Криводановского месторождения с Мк=1,3.
В качестве параметров активации в эксперименте варьировались время циклической обработки единичного объема (1,7 л) суспензии в активаторе и массовая концентрация цемента в суспензии. Концентрация изменялась в диапазоне от 20 до 70%, время обработки - от 15 до 55 с.
Выходным параметром была принята прочность при сжатии образцов, твердевших в нормальных условиях. Прочность контролировалась на 3, 7, 14 и 28-е сутки твердения.
Зависимость прочности мелкозернистого бетона от параметров активации имеет ярко выраженный оптимальный характер, вид зависимости, представленной на рисунке 2, остается практически неизменным и на 7-е, и на 14-е сутки нормального твердения, а также при пропаривании.
Влияние параметров активации на прочность образцов (МПа) на 3 сутки нормального твердения
60 62,5 67 Концентрация цементной суспензии, %
□ 9,5-10 ■ 10-10,5 □ 10,5-11 □ 11-11,5 ■ 11,5-12
□ 12-12,5 ■ 12,5-13 □ 13-13,5
55 сек / 8
к / 6
27 сек / 4
14 сек / 2
Влияние параметров активации на прочность образцов (МПа) на 28 сутки нормального твердения
^
л 1 л
20 33 50 60 62,5 67
Концентрация цементной суспензии, %
□ 23-24 □ 24-25 □ 25-26 □ 26-27 □ 27-28 □ 28-29
□ 29-30 □ 30-31
Рис. 2. Зависимость прочности мелкозернистого бетона от параметровактивации
Оптимальный характер влияния концентрации объясняется тем, что при слишком низкой концентрации активированной цементной суспензии в бетон попадает недостаточное количество активированных частиц цемента, а при высокой концентрации цементной суспензии снижается эффективность активирования в связи с повышением вязкости системы. Высокая вязкость цементной суспензии препятствует развитию зародышей кавитации, а также способствует быстрому износу рабочих органов аппарата и повышению потребляемой мощности. Однако в случае использования более мощных промышленных диспергаторов возможно применение и более высоких концентраций цементной суспензии, а также уменьшение длительности обработки материала.
Итоговая 28-суточная прочность активированного при оптимальных параметрах бетона на 47% превышает прочность неактивированного бетона того же состава (30,2 МПа против 20,6 МПа). Эффект повышения прочности при активировании должен найти применение в производстве железобетонных изделий, поскольку он может позволить отказаться от тепловлажностной обработки изделий или снизить температуру пропаривания. Этот вывод можно сделать, анализируя рисунок 3, на котором представлен
график изменения прочности активированного бетона, выраженной в % от 28-суточной прочности неактивированного бетона того же состава.
Динамика набора прочности активированных образцов
Время твердения, сут
Рис. 3. Кинетика твердения образцов
Мелкозернистый бетон на активированном цементном вяжущем показал повышенную стойкость в агрессивных средах. В канализационных коллекторах г. Новосибирска в течение 1 года проводились испытания бетонных образцов (100х100х100 мм) на активированных и неактивированных цементах. В результате осмотра образцов после испытаний отмечено, что разрушение всех образцов стандартного бетона произошло на глубину до 10 мм. В то же время образцы на активированном цементе разрушились на глубину 5 мм (верхняя и нижняя поверхности), вертикальные поверхности образцов, с которых агрессивные жидкости легко стекали, практически не разрушены.
Исследования мелкозернистого бетона показывают, что кавитационная обработка портландцемента является эффективным методом интенсификации технологии железобетонных изделий для дорожного строительства и повышения качества продукции, так как способна значительно улучшить свойства бетонов на портландцементом вяжущем. Кавитационное оборудование компактно и высокопроизводительно, на валу одного двигателя мощностью 30 кВт может быть реализовано 3-5 ступеней кавитационной обработки, масса такой установки без двигателя не превышает 200 кг. Аппарат занимает площадь не более 2-3 м2 и может быть легко встроен в стандартный бетоно-смесительный цех.
Применение такой технологии активирования цемента перспективно также в производстве неавтоклавного ячеистого бетона. Кавитационные воздействия на цементное молоко в диспергаторе не только активируют цементное вяжущее, но и приводят к нагреву смеси до температур, наиболее благоприятных для пено- или газообразования. Это дает возможность отказаться от специального оборудования для нагрева воды в технологии ячеистых бетонов. Причем диспергатор-активатор может быть встроен в технологию производства ячеистых бетонов как дополнительный механизм или даже как замена пенобетоносмесителя.
В НГАСУ (Сибстрин) разработана и запатентована система проектирования и изготовления архитектурных и конструктивных стеновых блоков-деталей из пенобетона на активированных вяжущих для строительства малоэтажных жилых и общественных зданий эконом класса из высокоточных пенобетонных блоков подобно «лего-блокам».
Такая система строительства малоэтажных зданий из пенобетонных «лего-блоков» может быть успешно применена при возведении зданий для размещения обслуживающего персонала дорог, контрольных и управленческих служб. Применение вместо традиционных утеплителей пенопластов и минераловатных плит высококачественного пенобетона позволит обеспечить комфортные условия в зданиях и их надежную эксплуатацию более 100 лет.
Для реализации технологии разработаны и запатентованы универсальные металлопластиковые пазо-гребневые формы для производства пенобетонных блоков [4]. Блоки из таких форм выходят с точной геометрией и размерами, кладка блоков может осуществляться на клей, а следовательно улучшается конструктивная целостность и теплоизоляция стен, не требуется оштукатуривание или другая трудоёмкая доработка поверхности стен. Фасады зданий, выполненные из блоков разнообразной формы и фактуры, имеют привлекательный и разнообразный архитектурный облик и требуют только грунтовки и окраски паропроницаемыми водоотталкивающими красителями. Неавтоклавный пенобетон на активированном цементе не уступает по качеству автоклавному газобетону, но при этом имеет пониженную стоимость.
Если стандартный неавтоклавный пенобетон плотностью 600 кг/м3 имеет показатели прочности 18-20 кгс/см2, то такой же плотности образцы на активированном цементном вяжущем - до 35 кгс/см2. Заполнителем при получении высокопрочного пенобетона может быть не только песок, но и молотые золошлаковые отходы.
Выводы.
Кавитационное активирование портландцемента представляется перспективным методом повышения качества конструкций для дорожного строительства из тяжелых и легких бетонов. В результате активирования цементных вяжущих прочность бетона может быть увеличена до 1,5-2 раз. Дополнительно обеспечивается повышение стойкости бетона в агрессивных эксплуатационных средах, характерных для автодорожного строительства (действие грунтовых и сточных вод).
Пенобетоны повышенной прочности (до 35 кгс/см2) на активированном цементе могут использоваться в малоэтажном строительстве при возведении зданий для размещения обслуживающего персонала дорог, контрольных и управленческих служб.
Библиографический список
1. Совалов, И.Г. Методы активации цементов и влияние активации на свойства бетонов. М.: ЦБТИ НИИОМТП, 1963. 41 с.
2. Ламекин, Н.С. Кавитация: теория и применение / Гос. нац. рус. академия. М.: Русаки, 2000. 246 с.
3. Зибницкая, Н.Е. Перспективы активирования цементных вяжущих в технологии бетонов / Н.Е. Зибницкая, Д.И. Живетьев, А.Н. Машкин // Труды НГАСУ, 2005, т. 8, № 2 (32), С. 87-91.
4. Машкин, Н.А., Баев, В.С., Зибницкая, Н.Е., Черкашин, А.М., Петров, И.И., Машкин, А.Н. Бортоснастка для изготовления стеновых блоков из пенобетона. Патент России на полезную модель № 85850. 0публ.20.08.2009 г., Бюл. № 23 (приоритет от 26.01.2009 г.).
Bibliograficheskiy spisok
1. Sovalov, I.G. Methods of cement activation and it's effect on the properties of concrete. Moscow, 1963. 41 p.
2. Lamekin, N.S. Cavitation: theory and application. Moscow: Rusaki, 2000. 246 p.
3. Zibnitskaya, N.E. Prospects activation of cement in concrete technologies / N.E. Zibnitskaya, D.I. Zhivetiev, A.N. Mashkin // NSUACE articles, 2005, vol. 8, №2 (32). P. 87-91
4. Mashkin, N.A., Baev, V.S. Zibnitskaya, N.E., Cherkashin, A.M., Petrov, I.I., Mashkin, A.N. Formwork for manufacture of wall blocks from foam concrete. Patent of Russia for a utility model number 85850. Publ. 20.08.2009., Bull. Number 23 (priorityfrom 26.01.2009).
Машкин Николай Алексеевич - доктор технических наук, профессор кафедры
строительных материалов, стандартизации и сертификации Новосибирского
государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), г. Новосибирск, Email: [email protected]
Молчанов Виктор Сергеевич - кандидат технических наук, профессор кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), г. Новосибирск
Зибницкая Надежда Егоровна - директор ООО «Базис-Строй», Новосибирск Петров Игорь Игоревич - доцент кафедры металлических и деревянных конструкций Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), г. Новосибирск
Maskin Nikolay - doctor of technical sciences, Professor of the Department of construction materials, standardization and certification of Novosibirsk State architecture and construction University (1930), Novosibirsk, Russia, E-mail: [email protected]
Molchanov Viktor - PhD, Professor of the Department of geological engineering, of Novosibirsk State architecture and construction University (1930), Novosibirsk Zibnickaa Nadezda - Director of OOO «Bazis-stroy», Novosibirsk Petrov Igor - Associate Professor of the Department of metal and wooden constructions of Novosibirsk State architecture and construction University (1930), Novosibirsk
УДК 691.4+666.01(04)
ВЛИЯНИЕ ВИДА ВЫГОРАЮЩЕЙ ДОБАВКИ НА СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
Седен Б.Р.
Тувинский государственный университет, Кызыл
THE IMPACT OF BURNABLE ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF CERAMIC
MATERIAL
Seden B.R.
Tuvan state university, Kyzyl
Для повышения пористости керамического материала в состав массы введены выгорающие добавки: опилка, уголь и биодобавка. Установлено, что при одинаковой доли добавок, максимальную пористость имеют изделия, содержащие частицы угля.
Ключевые слова: выгорающие добавки, обожженные изделия, пористость.
To increase the porosity of the ceramic material into the mass of the introduced burnable additives: sawdust, coal, and natural Supplement. It is established that at the same shares of additives, the maximum porosity have products containing coal particles.
Key words: burnablesupplements, bakedgoods, porosity.
Повышение пористости керамических стеновых материалов с обеспечением высокой прочности является актуальной проблемой, решение которой требует поиска и исследования соответствующего сырья, разработки новых составов масс и технологических способов для повышения пустотности изделий.
