Заочные электронные конференции
Логин   Пароль  
Регистрация Забыли пароль?
 
     
НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЙ БЕТОН НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ КАМНЕДРОБЛЕНИЯ
Пухаренко Ю.В., Панарин С.Н., Веселова С.И., Аубакирова И.У., Черевко С.А., Староверов В.Д.


Для чтения PDF необходима программа Adobe Reader
GET ADOBE READER

УДК 06.54.31:691.5:691.32:666.9.035

© Ю. В. Пухаренко, д-р техн. наук, профессор

© Ju. V. Puharenko, Dr. Sci. Tech., Professor

© С. Н. Панарин, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник

© S. N. Panarin, PhD in Tech. Sci., senior scientific worker

© С. И. Веселова, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник

© S. I. Veselova, PhD in Tech. Sci., senior researcher

© И. У. Аубакирова, канд. техн. наук, доцент

© I. U. Aubakirova, PhD in Sci. Tech., assistant Professor

© С. А. Черевко, мл. науч. сотрудник

© S. A. Tscherevko, junior research worker

© В. Д. Староверов, канд. техн. наук, ст. преподаватель

(Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет)

E-mail: tsik@spbgasu.ru

© V. D. Staroverov, PhD in Sci. Tech.,

senior teacher

(Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering)

E-mail: tsik@spbgasu.ru

НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЙ БЕТОН

НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ КАМНЕДРОБЛЕНИЯ1

На основе фракционированных отходов камнедробления и добавок-пластификаторов, модифицированных углеродным наноматериалом фуллероидного типа, полученным по оригинальному методу из отходов химических производств, предложены составы мелкозернистого бетона.

Ключевые слова: отходы, отсевы дробления, углеродные наноструктуры, наномодифицированная добавка, мелкозернистый бетон.

Возросший спрос на новые материалы и технологии в строительной индустрии обуславливает разработку и внедрение композитов, отличающихся высокими показателями долговечности и эксплуатационной надежности. Обеспечение необходимого сочетания технологичности и требуемых свойств материала достигается путем целенаправленного управления процессами структурообразования. Современное состояние строительного материаловедения определяет возможность применения для этих целей методов, основанных на нанотехнологических принципах. Наноструктуры, вводимые в дисперсные гетерогенные системы, проявляют свою эффективность в первую очередь на нанодисперсном и микродисперсном структурных уровнях и отвечают за формирование свойств на макроскопическом уровне композита. Об актуальности работ по созданию наноструктурированных строительных материалов свидетельствуют положительные результаты довольно многочисленных исследований, выполненных в данной области в последние годы.

Говоря о многообразии конструкционных материалов, необходимо отметить, что в последнее время все больше внимания уделяется мелкозернистым бетонам.

Известно [1], что основное влияние при формировании структуры и свойств мелкозернистого бетона оказывает количество и характеристики вяжущих веществ (химический, вещественный и фазово-минералогический состав, тонкость помола, активность) и заполнителей (крупность зерен, гранулометрический состав, характеристика поверхности, пустотность). Насыщение цементной матрицы высокодисперсными частицами является предпочтительным методом оптимизации структуры мелкозернистых бетонов, а использование при этом высокоэффективных пластифицирующих добавок, модифицированных углеродными наночастицами, способствует снижению расхода наиболее дорогостоящего компонента – цемента [2, 7].

Многочисленные исследования в области оптимизации гранулометрического состава песков для мелкозернистых бетонов (например, [6, 8]) показали целесообразность применения смешанных составов заполнителей с минимальным значением межзерновой пустотности. Наиболее простым способом создания оптимального состава заполнителей является использование фракционированных песков. Так, во многих зарубежных странах производители бетонных смесей имеют возможность использовать до 6 фракций мелкого заполнителя, а также их смеси в заданном соотношении.

Известно, что в нашей стране основными потребителями фракционированных заполнителей остаются производства сухих строительных смесей, в то время как в технологии бетонов их применение широкого применения не нашло из-за высокой стоимостью фракционированного природного песка.

Альтернативой природным пескам в ряде случаев могут служить искусственные заполнители, полученные на основе отходов дробления гранитного щебня (ОД). Являясь отходом производства гранитного щебня, ОД накапливаются на дробильно-сортировочных производствах в огромном количестве и на сегодня в промышленных объемах не используются.

Отходы дробления, получаемые в карьерах Ленинградской области, представляют собой полифракционный материал с максимальной крупностью зерен 5 мм, отличающийся от гранулометрического состава стандартных песков избыточном содержании фракций 2,5–5 мм и значительным количеством пылевидной составляющей. Следовательно, использование ОД в бетонных смесях без фракционирования практически невозможно. В связи с этим на базе Семиозерского карьероуправления запроектирован и создан сушильно-сортировочный комплекс, позволяющий производить отделение избытка фракций 2,5–5 мм, а также пылевидной составляющей ОД 0–0,16 мм.

С целью определения оптимального количества ОД в составе смеси для мелкозернистого бетона проведено исследование их влияния на плотность и пустотность составного заполнителя. С этой целью изготавливались смеси кварцевого песка (Мкр=2,3) и ОД (откорректированного состава) в различных соотношениях. Результаты приведены в таблице 1. Как видно из полученных данных наиболее оптимальным составом смеси является соотношение 60 % ОД : 40 % кварцевый песок. Следовательно, при этом составе можно прогнозировать максимальную прочность бетона.

Таблица 1

Зависимость плотности и пустотности смеси заполнителей

от соотношения ОД : песок

Соотношение ОД : песок

Плотность, кг/м3

Пустотность, %

100 : 0

1790

31,9

90 : 10

1815

31,1

80 : 20

1830

30,5

70 : 30

1873

28,8

60 : 40

1885

28,5

50 : 50

1875

28,9

40 : 60

1856

29,5

30 : 70

1834

30,3

20 : 80

1822

30,8

10 : 90

1810

31,2

0 : 100

1803

31,5

Для проверки данной гипотезы были изготовлены образцы мелкозернистого бетона методом вибропрессования. Результаты испытания образцов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Влияние соотношения ОД : песок в заполнителе

на физико-механические характеристики вибропрессованных образцов

№п/п

Соотношение ОД : песок, %

Плотность, кг/м3

Прочность при сжатии, МПа

1

0 : 100

2290

40,5

2

10 : 90

2280

41,5

3

20 : 80

2280

43,6

4

30 : 70

2260

44,2

5

40 : 60

2280

44,8

6

50 : 50

2340

45,3

7

60 : 40

2360

46,4

8

70 : 30

2320

45,1

9

80 : 20

2300

43,6

10

90 : 10

2290

41,5

11

100 : 0

2270

41,3

Из таблицы 2 видно, что соотношение ОД : песок 60 : 40 также дает максимальные значения средней плотности и прочности.

На основе выполненных работ были разработаны составы мелкозернистого бетона классов по прочности на сжатие В25 и В30 с сокращенным расходом цемента соответственно на 16 % и 19 % по сравнению с нормированным расходом, установленным для мелкозернистого бетона в пределах от 480 до 600 кг/м3 в зависимости от удобоукладываемости бетонной смеси.

В дальнейшей работе была исследована возможность применения оптимизированных составов ОД в подвижных смесях для получения высокопрочных мелкозернистых бетонов. Для этих целей были использованы наномодифицированные добавки на основе поликарбоксилатов.

Ранее была показан возможность применения наномодификатора фуллероидного типа [2, 7], получаемого путем плазменно-дугового синтеза в установке дугового испарения с последующей физико-химической обработкой, для модификации воды затворения и водных растворов добавок различной химической природы. В результате такого способа наноструктурного модифицирования в промышленных объемах изготавливались бетоны с повышенными прочностными и другими параметрами, положительно характеризующими композит.

В настоящее время, в связи с тем, что стоимость вяжущего по сравнению с предыдущими годами значительно сократилась, а при этом набор методов синтеза различных нанообъектов существенно расширился, была поставлена задача получения наномодификаторов для бетонов и растворов нового поколения с пониженной себестоимостью и не уступающих по своему модифицирующему действию изученным ранее аналогам. В этой связи синтез наноструктур из отходов химических производств является наиболее предпочтительным. Учитывая это, разработан способ переработки катодных депозитов для получения смешанного углеродного наноматериала, содержащего много- и однослойные нанотрубки, нанобаррели, нанолуковицы и т. п. При этом из 1 т катодных депозитов вырабатывается до 200 кг углеродного наноматериала по цене не более 3,5 тыс. рублей за килограмм, что значительно дешевле существующих аналогов [3, 4, 5].

Синтезированный при обработке депозитных отходов фуллереновых производств наноматериал был использован для модификации добавок для бетонов и растворов, с применением которых были разработаны составы мелкозернистого бетона с сокращенным расходом цемента и собственно добавки (табл. 3).

Таблица 3

Состав наномодифицированного бетона

Расход компонентов

на 1 м3 бетонной смеси

Подвижность бетонной смеси

Средняя плотность бетона, кг/м3

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа

Цемент ПЦ 500 – 350 кг

ОД – 800 кг

Гранитный щебень

фр. 5–10 мм – 1070 кг

Вода – 150 л

Наномодифицированный пластификатор – 1,4 кг

ОК=14 см

(П3)

2290

61,0

Таким образом, применение наноматериала, получаемого по оригинальной технологии, позволило сократить стоимость наночастиц и повысить физико-механические характеристики бетона, что определяет возможность широкого использования метода наноструктурного модифицирования цементных композитов при получении изделий и конструкций различного назначения.

Список литературы

1. Баженов, Ю. М. Технология и свойства мелкозернистых бетонов: Учебное пособие / Ю. М. Баженов, Л. А. Алимов, В. В. Воронин, Р. Б. Ергешев. – Алматы: КазГосИНТИ, 2000. – 195 с.

2. Ковалева, А. Ю. Опыт промышленного применения наномодифицированных бетонных смесей / А. Ю. Ковалева, И. У. Аубакирова, В. Д. Староверов// Вестник гражданских инженеров. – 2008. – №3(16). – С. 74–76.

3. Летенко, Д. Г. Получение углеродных наноструктур из отходов химических производств / Д. Г. Летенко, В. А. Никитин, Н. А. Чарыков, К. Н. Семенов, Ю. В. Пухаренко // Вестник гражданских инженеров. – 2010. – № 1(22). – С. 108–118.

4. Летенко, Д. Г. Физико-химические свойства водных дисперсий смешанного наноуглеродного материала фуллероидного типа (часть 1) / Д. Г. Летенко, В. А. Никитин, А. Ю. Меньшикова, Ю. В. Пухаренко, Н. А. Чарыков // Вестник гражданских инженеров. – 2010. – № 2(23). – С. 131–138.

5. Летенко, Д. Г. Физико-химические свойства водных дисперсий смешанного наноуглеродного материала фуллероидного типа (Часть 2) / Д. Г. Летенко, А. С. Иванов, М. Ю. Матузенко, В. А. Никитин, Ю. В. Пухаренко, Н. А. Чарыков // Вестник гражданских инженеров. – 2010. – № 3(24). – С. 117–122.

6. Панарин, С. Н. Модификация гранулометрического состава отсевов гранитного щебня для получения строительных песков // С. Н. Панарин, В. А. Арсентьев, Л. Ф. Биленко // Вестник гражданских инженеров. – 2010. – №3(24). – С. 123–126.

7. Пухаренко, Ю. В.Структура и свойства наномодифицированных цементных систем / Ю. В. Пухаренко, И. У. Аубакирова, В. А. Никитин, В. Д. Староверов // Международный конгресс «Наука и инновации в строительстве «SIB-2008». Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. – Воронеж, 2008. – Т.1, кн. 2. – С. 424–429.

8. Хамидулина, Д. Д. Отсевы дробления – эффективный способ повышения качества бетонов / Д. Д. Хамидулина, М. С. Гаркави, В. И. Якубов и др. // Строительные материалы. – 2006. – №11. – С.50–51.

9. Пухаренко, Ю. В. Наномодифицированный бетон на основе отходов камнедробления / Ю. В. Пухаренко, С. Н. Панарин, С. И. Веселова, И. У. Аубакирова, С. А. Черевко, В. Д. Староверов // Вестник гражданских инженеров. – 2011. – № 3(28). – С. 72–76.

1 Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по государственному контракту № 16.740.11.0648.

Библиографическая ссылка

Пухаренко Ю.В., Панарин С.Н., Веселова С.И., Аубакирова И.У., Черевко С.А., Староверов В.Д. НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЙ БЕТОН НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ КАМНЕДРОБЛЕНИЯ // Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/6873 (дата обращения: 10.12.2019).



Сертификат Получить сертификат