CC BY
66
Н. Р. Рахимова, Р. З. Рахимов, О. В. Стоянов СВОЙСТВА ТЕСТА КОМПОЗИЦИОННОГО ШЛАКОЩЕЛОЧНОГО ВЯЖУЩЕГО С ДОБАВКАМИ МОЛОТОГО КАМНЯ ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНОГО РАСТВОРА
Ключевые слова: раствор, камень, помол, минеральная добавка, шлак, щелочь, вяжущее, нормальная густота, сроки
схватывания.
Добавки в композиционные шлакощелочные вяжущие молотого камня цементного-песчаного раствора в зависимости от содержания, тонкости помола и соотношения компонентов позволяют регулировать в широких пределах их нормальную густоту и сроки схватывания.
Keywords: mortar, paste, grinding, mineral admixture, slag, alkali, binder, normal consistency, setting times.
The introduction of hydrated mortar waste to alkali-activated slag-blended cements depending on its content, fineness and constituents ratio allows to control its standard consistency and setting times.
Введение
Современные проблемы обеспечения дальнейшего устойчивого развития земной цивилизации связаны с решением задач сохранения природных сырьевых ресурсов, энергосбережения и охраны окружающей среды. Решение этих задач в определенной мере связано с повышением объемов использования отходов и попутных продуктов промышленности в производстве различной продукции [1-3].
Одной из разновидностей
крупнотоннажных промышленных отходов являются бетонный лом, образующийся при сносе зданий и на предприятиях производства бетона, бетонных и железобетонных изделий. Ежегодно его образуется в европейских странах 340-570 млн.т[4,5], в США - 200-300 млн.т[6]. Большое количество бетонного лома образуется в Москве [7]. Бетонный лом подвергается дроблению, продукты которого преимущественно применяются при устройстве дорожных насыпей, откосов и покрытий и в качестве щебня для бетонов. Вместе с тем, бетонный лом утилизируется во всем мире в ограниченных объемах, а совершенно неудовлетворительно утилизируются продукты отсева дробления бетонного лома при дроблении.
Молотые продукты дробления бетонного лома, как крупных фракций, так и отсева могут быть эффективно использованы в качестве минеральных добавок при производстве различных минеральных вяжущих [8-10]. Ранее авторами настоящей работы были проведены исследования влияния добавок молотого портландцементного камня, как материала матрицы мелкозернистого бетона на свойства композиционного шлакощелочного вяжущего [911]. Ниже приведены результаты исследований влияния добавок молотого камня цементнопесчаного раствора (ЦПР) на нормальную густоту и сроки схватывания теста КШЩВ.
Объекты и методы исследований
Получение КШЩВ производилось введением в бездобавочное ШЩВ с удельной поверхностью 300 м2/кг добавок молотого камня цементно-песчаного раствора, моделирующего
растворную часть бетонного лома. ШЩВ получали помолом доменного гранулированного шлака Челябинского металлургического комбината (ЧМК) следующего химического состава (масс.%):8Ю2 -37,49; СаО - 36,22; А1203 - 11,58; ]^О - 8,61; МпО
- 0,50; Ре203- 0,16; ТЮ2 - 1,8; №20- 0,64; К20 -
0,85; Р205 - 0,01. Шлак 2-го сорта с модулем основности - 0,914, модулем активности 0,409 и коэффициентом качества 1,436. Минеральный состав шлака включает акерманит, кварц и рентгеноаморфную фазу. В качестве затворителей КШЩВ применялась кальцинированная сода (ГОСТ 5100-85) и натриевое жидкое стекло (ГОСТ 1307881) с плотностью растворов 1,15 г/см3 и 1,3г/см3, соответственно. Модельную минеральную добавку с различной удельной поверхностью получали помолом камня ЦПР с различным соотношением содержания цемента и песка (Ц:П) на основе портландцемента ЦЕМ 32,5 Н, твердевших в течении 28 сут в нормально-влажностных условиях. В качестве заполнителя ЦПР применялся кварцевый песок с модулем крупности Мкр=2,5, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93. Удельная поверхность (8уд) продуктов помола определялась по методу Казеини-Кармана по воздухопроницаемости при атмосферном давлении на приборе ПСХ-9. Нормальная густота и сроки схватывания КШЩВ определялись по ГОСТ 310.3.81.
Результаты и обсуждение
Приведенные на рис.1 данные показывают увеличение или уменьшение водопотребности теста КШЩВ с содовым затворителем в зависимости от 8уд ЦПР и соотношения Ц:П.
Приведенные на рис.1 данныепоказывают увеличение или уменьшение водопотребности теста КШЩВ с содовым затворителемв зависимости от 8уд ЦПР и соотношения Ц:П.
С введением добавок ЦПР 1:1 нормальная густота повышается в зависимости от 8уд и при 8уд 200-600 м2/кг и содержании ЦПР до 60% возрастает на 31,0, 72,9, 98,8%, соответственно.
Увеличение содержание песка в ЦПР до соотношения Ц:П 1:1,5-1:3 при 8уд 200 м2/кг уменьшает водопотребность добавки и нормальная
густота теста снижается до 9,3-13,6% при содержании ЦПР до 60%. Дальнейшее увеличение 8уд ЦПР до 600 м2/кг приводит и к повышению нормальной густоты, зависящему от соотношения Ц:П. Так, при введении ЦПР при 8уд до 400-600 м2/кг с Ц:П 1:1,5 нормальная густота повышается на 48,1-74,8%, при соотношении 1:2 на 36,8-56,2%, 1:3 на 32,9-52,3%.
Исследования влияния содержания и 8уд ЦПР на нормальную густоту теста КШЩВ с жидкостекольнымзатворителем были проведены с использованием ЦПР при соотношении Ц:П 1:1,5 (рис.2). Как и в случае с содой добавление до 60% ЦПР 1:1,5 при 8уд 200 м2/кг к П1ЩВ снижает нормальную густоту теста на 14,6%, а с 400 и 600 м2/кг увеличивает на 21,9 и 52,7%, соответственно.
55 5 50 £ 45 ^ 40
СЕ
? 35
-А
го 30
0 25
1
20
0
.V X й I ^ 1 'Я .
> •-* Ґ
55
50
45
40
35
30
25
20
- * ^ ль.
„і С —і --- —
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Содержание добавки, %
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Содержание добавки, %
♦ 200 М2/КГ ■ 400 М2/КГ а 600 М2/КГ
» 200 М2/КГ ■ 400 М2/КГ » 600 М2/КГ
Рис. 1 - Влияние добавок ЦПР на нормальную густоту теста КШЩВ на основе ЧМК и раствора соды: а) ЦПР1:1; б) ЦПР1:3
50
45
то
40
35
то
30
с;
2 О. 25
I 20
15
ЗІ
— — ^ г — — ~ ~
г'-' г " "~ [ги —
и*-*« РС4 к —л
“Ы- —
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Содержание добавки, %
♦ 200 м2/кг *400 м2/кг Аб00м2/кг
Рис. 2 - Влияние добавок ЦПР1:1,5 на нормальную густоту теста КШЩВ на основе ЧМК и жидкого стекла
Результаты исследований влияния добавок ЦПР на сроки схватывания представлены в табл. 1. Как видно, и увеличение содержания и 8уд в целом сокращает сроки схватывания теста КШЩВ. Однако, с увеличением содержания песка в ЦПР ослабевает интенсифицирующее влияние ЦПР на схватывание теста КШЩВ. При содержании ЦПР в количестве 15% с 8уд 400 м2/кг и Ц:П 1:1 начало схватывания теста КШЩВ - 31 мин, конец 1 ч 58 мин, Ц:П 1:1,5 - 33 мин и 2 ч 01 мин, Ц:П 1:2 - 36 мин и 2 ч 08 мин, Ц:П 1:3 - 39 мин и 2 ч 11 мин. Сроки схватывания с
жидкостекольнымзатворителем в целом
значительно короче (табл.2).
Приведенные в таблицах 1 и 2 результаты исследований показывают, что введение добавок молотого камня ЦПР в состав КШЩВ в
зависимости от состава и тонкости помола позволяют в широких пределах регулировать сроки схватывания.
Заключение
Добавки в композиционные
шлакощелочные вяжущие молотого камня цементно-песчаных растворов в зависимости от содержания, удельной поверхности и соотношения компонентов позволяют:
- регулировать нормальную густоту вяжущих как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения;
- получать вяжущие с различными сроками схватывания - нормально-, быстро-, особобыстро- и сверхбыстротвердеющие.
Таблица 1 - Влияние содержания, соотношения Ц:П и 8уд добавок ЦПР на сроки схватывания КШЩВ на основе ЧМК и раствора соды
Содержание ЦПР, % Сроки схватывания шлакощелочного теста (начало/конец), в зависимости от содержания, соотношения цемент:песок и удельной поверхности ЦПР (м2/кг), ч-мин
1:1 1:1,5 1:3
200 400 600 200 400 600 200 400 600
- 0-50 3-00 0-50 3-00 0-50 3-00 0-50 3-00 0-50 3-00 0-50 3-00 0-50 3-00 0-50 3-00 0-50 3-00
7,5 0-46 2-39 0-39 2-27 0-30 2-13 0-46 2-43 0-39 2-28 0-32 2-14 0-48 2-47 0-43 2-35 0-39 2-27
15 0-40 2-15 0-31 1-58 0-20 1-40 0-42 2-20 0-33 2-01 0-24 1-41 0-45 2-27 0-39 2-11 0-30 2-01
30 0-26 1-26 0-19 1-10 0-12 0-48 0-31 1-30 0-22 1-13 0-14 0-56 0-35 1-40 0-28 1-27 0-21 1-17
45 0-21 0-47 0-15 0-35 0-08 0-22 0-23 0-51 0-15 0-39 0-08 0-27 0-28 1-01 0-21 0-53 0-14 0-44
60 0-14 0-20 0-09 0-15 0-05 0-09 0-17 0-25 0-11 0-18 0-06 0-12 0-24 0-34 0-16 0-29 0-11 0-22
Таблица 2 - Влияние содержания и 8уд добавки ЦПР1:1,5 на сроки схватывания теста КШЩВ с жидкостекольнымзатворителем
Содер-жание ЦПР1:1,5,% Сроки схватывания теста КШЩВ (начало/конец), в зависимости от 8уд шлака (м2/кг), ч-мин
200 400 600
1-20 1-20 1-20
2-10 2-10 2-10
1-06 0-57 0-52
1-46 1-38 1-30
0-43 0-35 0-28
15 1-19 1-08 0-58
0-24 0-16 0-12
30 0-47 0-40 0-33
0-14 0-10 0-05
0-30 0-23 0-18
0-08 0-06 0-02
0-20 0-15 0-12
Литература
1. Рахимов Р.З., Магдеев У.Х., Ярмаковский В.Н. Экология, научные достижения и инновации в производстве строительных материалов на основе и с применением техногенного сырья // Строительные материалы. 2009. №12. с.8-11.
2. Рахимова Н.Р., Рахимов Р.З., Стоянов О.В. Композиционные вяжущие для иммобилизации токсичных и радиоактивных отходов // Вестник Казанского технологического университета.т.16. №4. с.164-168.
3. Рахимова Н.Р., Рахимов Р.З., Стоянов О.В. Шлакощелочные композиционные материалы для защиты от радиоактивных излучений и иммобилизации радиоактивных отходов// Вестник Казанского технологического университета.т.16. №7. с.140-143.
4. De Belie, N. Robeyst, N. Recycling of construction materials. In: Ksshino, N., Van Gemert, D. &Imamoto, K. (eds.) Environment-conscious construction materials and systems. State of the art report of TC 192-ECM.Bagneux: RILEM Publications S.A.R.L. 2007. 22-37 pp.
5. Fisher, C. &Werge, M. 2009. EU as a Recycling Society .ETC/SCP working paper 2/2009 [Online]. Available:
http://scp.eionet.europa.eu/publications/wp2009_2 [Accessed September 2, 2010].
6. Meyer C. The greening of the concrete industry //Cement andConcrete Composites.31(8) (2009).pp. 601-605.
7. Соломин И.А., Олейник С.П., Харитонов С.Е. Анализ состава и объемов строительных отходов, образованных при сносе ветхого жилищного фонда в Москве // Промышленное и гражданское строительство. 2007. №12. с.55-56.
8. Assal H.H. Utilization of demolished concrete in building materials // Silicat. ind. 2002.№9-10. p. 115-120.
9. Рахимова Н.Р., Рахимов Р.З., Хамитова Р.Ф. Композиционные шлакощелочные вяжущие с добавками молотого отсева дробления бетонного лома // Техника и технология силикатов. 2013. т.20. №3. с.9-15.
10. Rakhimova N., Rakhimov R., Fatykhov G. Alkali-
activated slag-C&D waste cements // 18.
InternationaleBaustofftagung, Tagungsbericht, Weimar. 2012 Band 1, p.1054-1060.
11. РахимовР.З., РахимоваН.Р., ФатыховГ.А.
Ккомплексномуиспользованиюшлаковибетонноголомав производствешлакощелочныхвяжущих //
ИзвестияКазГАСУ. 2011. №2(16). c.218-223.
© Н. Р. Рахимова - канд. техн. наук, доц. КГАСУ; Р. З. Рахимов - д-р техн. наук, проф. КГАСУ, Rahimov@ksaba.ru; О. В. Стоянов - д.т.н., проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru.
