Щелочно-силикатный бетон с добавкой целлюлозы Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 502/504 : 691.3

В. Б. СЕМЕНОВ, А. Н. КЛЮЕВ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

ЩЕЛОЧНО-СИЛИКАТНЫЙ БЕТОН С ДОБАВКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Представлены результаты исследования гидроабразивной стойкости бетона на основе жидкого стекла с добавкой целлюлозы для изготовления износостойких конструкций и изделий, работающих в прямом контакте с водой и абразивом.

Щелочно-силикатный бетон, износостойкость, коррозионная стойкость, каолинит, водо- и гидроабразивная стойкость матрицы, целлюлоза, бетонные изделия, жидкое стекло, сборные строительные конструкции.

There are given research results of the concrete hydro-abrasive resistance on the basis of the liquid glass with addition of cellulose for manufacturing wear- resistant structures and products which directly contact water and abrasive.

Alkali-lime concrete, wear resistance, corrosion resistance, kaolin, water and hydro-abrasive resistance of the matrix, cellulose, concrete products, liquid glass, prefabricated building structures.

Вопросы разработки и совершенствования специальных бетонов, обладающих высокими физико-механическими свойствами, износостойкостью, коррозионной стойкостью, стойкостью к климатическим и кавитационным воздействиям, для гидротехнических сооружений, предприятий горно-обогатительных комбинатов, перерабатывающей промышленности агропромышленного комплекса и других отраслей народного хозяйства являются весьма актуальными. К таким бетонам относится щелочно-силикатный бетон (ЩСБ) автоклавного производства на основе жидкого стекла и перлита [1]. Щелочно-силикатный бетон прочностью 100 МПа и твердостью матричного камня 6...7 по шкале Мооса может быть конкурентоспособен износостойкому каменному литью. Однако прочность этого бетона снижается в водной среде (водостойкость 60.65 %). В связи с этим разработан модифицированный щелочно-силикат-ный бетон ЩСБ-1 на основе композиций жидкого стекла (12.13 %), тонкомолотого перлита (33.34 %), добавки каолинита (2.4 %) и заполнителя (53.49 %) (состав 6) с повышенной водо- и износостойкостью для водохо-

зяйственного строительства (водостойкость 85.88 %) [2, 3].

Наличие в составе смеси каолинита обусловливает связывание части свободной щелочи жидкого стекла в водо-нерастворимый алюмосиликат и, следовательно, повышает водостойкость. Однако оставшаяся часть щелочи, не связывающаяся даже при избытке каолинита, образует с кремнеземом водорастворимый силикат, который продолжает негативно влиять на водо- и гидроабразивную стойкость матрицы.

С целью повышения гидроабразивной стойкости бетонных изделий в ЩСБ-1 дополнительно вводили щелочесвязыва-ющее вещество - целлюлозу (общая формула целлюлозы [С6Н702(0Н)3]п, где п = 125:300) при следующем соотношении компонентов в массовых долях, % : жидкое стекло - 12.13; тонкомолотый перлит - 33.34; каолинит тонкодисперсный - 2.4; целлюлоза - 1,5.2,5; заполнитель - остальное.

Жидкое стекло - это раствор щелочного силиката переменного состава: К20-щ8Ю2 + пН20. Тонкомолотый перлит - измельченная водосодержащая порода вулканического происхождения. Жидкое стекло и тонкомолотый

№ 4' 2009

(бэ|

Гидротехническое строительство

перлит применяются в композициях в качестве вяжущего.

Целлюлоза - продукт деревоперера-батывающей промышленности - представляет собой полимерный многоатомный спирт с тремя гидроксильными группами в каждом элементарном звене.

Введение в смесь целлюлозы обеспечивает связывание щелочи в труднорастворимое соединение, которое происходит по следующей схеме: [С6Н702(0Н)3]д + ЭдЫаОН ^ [С6Н702(0Ыа)3]д + 3яН20Т

Благодаря связыванию щелочи в труднорастворимое соединение образуется меньше водорастворимого силиката натрия - тем самым повышается стойкость бетона к воде и гидроабразивному износу.

Предложенное техническое решение характеризуется новой совокупностью

признаков, которые приводят к получению положительного эффекта, выражающегося в повышении гидроабразивной стойкости изделий, изготовленных из этой смеси (повышение гидроабразивной стойкости изделий составляет 56...61 %).

Эффект повышения стойкости бетона к гидроабразивному износу определен пределами массы предлагаемой добавки. При содержании в смеси добавки целлюлозы менее 1,5 % щелочь связывается менее полно. При содержании добавки целлюлозы выше 2,5 % в системе в свободном состоянии остается целлюлоза, которая разрыхляет структуру бетона, повышая тем самым гидроабразивный износ.

Приведенные доказательства достижения положительного эффекта подтверждаются данными, взятыми из актов лабораторных испытаний (табл. 1 и 2).

Состав щелочно-силикатного бетона

Таблица 1

Компонент Состав массы, %

1 2 3 4 5 6

Жидкое стекло натриевое (р = 1,32, М = 2,8) 12,0 12,0 12,5 13,0 13,0 12,5

Перлит фракции 0,01.. .0,1 мм 33,5 34 33,5 33 33,5 33,5

Каолинит тонкодисперсный 4,5 4,0 3,0 2,0 1,5 3,0

Целлюлоза 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 —

Песок кварцевый фракции 0,14.. .5 мм 19,0 18,5 19,0 19,5 19,0 20,5

Щебень кварцитовый фракции 5... 15 мм 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,5

Испытывали 6 составов: 6-й состав известен как смесь ЩСБ-1; 2.4 составы предлагаемой смеси находились в оптимальных пределах; 1-й и 5-й составы были выше и ниже граничных пределов соответственно.

Изделия из предлагаемой смеси готовят следующим образом: вначале проводят дозировку по массе составляющих компонентов, затем в течение 1,5.2 мин перемешивают сухие компоненты, после чего в течение 4.5 мин смешивают сухие компоненты с жидким стеклом, содержащим предлагаемую добавку, и готовую смесь распределяют по формам. Смесь в формах уплотняют на стандартной виброплощадке и подвергают термической обработке в герметически закрытых фор-

мах: подъем температуры - до 170.180 С в течение 6 ч, прогрев при 170.180 С в течение 3 ч и охлаждение до 20 °С в течение 6 ч.

Бетонные изделия, полученные указанным способом из предлагаемой смеси (табл. 1, составы 1.5) и известной смеси (состав 6), характеризуются физико-механическими свойствами,

приведенными в табл. 2.

Таблица 2 Гидроабразивный износ бетона

Номер состава Истирание бетона в условиях действия воды, г/см2-ч

1 0,037

2 0,033

3 0,033

4 0,034

5 0,036

6 0,053

60

№ 4' 2009

Как видно из табл. 2, образцы бетона, изготовленные из предлагаемой смеси (составы 2.4), по сравнению с образцами, полученными из известной смеси (состав 6), обладают гораздо меньшим износом в условиях действия воды. Стойкость бетона из предлагаемой смеси к гидроабразивному износу увеличилась на 56.61 % .

Испытания показали, что оптимальное содержание добавки в предлагаемой смеси должно составлять 1,5.2,5 %. Меньший или больший процент ее содержания в смеси ведет к снижению стойкости изделий по отношению к гидроабразивному износу.

Выводы

Предлагаемая смесь на основе жидкого стекла представляет собой новое качественное и количественное соотношение компонентов известных строительных материалов. Удачный подбор соотношения компонентов, рассчитанный в соответствии со стехио-метрическим соотношением оксидов натрия и алюминия в смеси и подтвержденный экспериментально, позволил получить новую смесь, из которой можно изготовлять изделия, обладающие более высокой гидроабразивной стойкостью по сравнению с изделиями, получаемыми из известной смеси.

Предлагаемая бетонная смесь предназначена для изготовления сборных строительных конструкций и изделий (бетонных облицовок оросительных каналов, проточных трактов водопропускных сооружений, водозаборов, отстойников, песколовок и гравиеловок, селепроводов, плит пола, конструкций рудоспусков, гидроциклонов, сливных каналов, лотков и желобов систем гидро- и

золоудаления, бункеров, балок железнодорожного полотна эстакад для разгрузки сыпучих материалов), подвергающихся гидроабразивному истиранию.

Большие запасы исходного сырья для бетонной смеси, технологическая и конструктивная совместимость износостойкого бетона из этой смеси со многими строительными специальными износостойкими каменными материалами, а также высокие эксплуатационные характеристики сборных железобетонных конструкций служат основными предпосылками для дальнейшего расширенного использования предлагаемой смеси в строительстве.

Список литературы

1. Е. А. Гузеев. Конструкции и изделия из кислотостойкого бетона [Текст] / Е. А. Гузеев, В. М. Борисенко, В. А. Отрепьев // Бетон и железобетон. - 1985. - № 7. -С. 44-45.

2. А. Н. Клюев. Износостойкие щело-чесиликатные бетоны [Текст] /

A. Н. Клюев, А. Н. Пименов, Е. А. Гузеев // Коррозионная стойкость бетона, арматуры и железобетона в агрессивных средах. - М. : НИИЖБ, 1988. - С. 58-62.

3. Семенов, В. Б. Коррозионная стойкость щелочесиликатного бетона [Текст] /

B. Б. Семенов, А. Н. Клюев // Эффективные строительные конструкции: теория и практика : сб. статей IV Международной научно-технической конференции. -Пенза, 2005. - С. 316-319.

Материал поступил в редакцию 24.04.09. Клюев Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Инженерные конструкции», декан факультета довузовского образования Тел. 8 (495) 976-14-36

Семенов Валерий Борисович, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Инженерные конструкции» Тел. 8 (495) 976-26-43

№ 4' 2009

(в1|