Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

Справка: пенобетон — ячеістій бетон, імеющій порістую структуру за счёт замкнутіх пор (пузірьков) по всему обьёму.

 

Ячеістій бетон із мелкіх отсевов дробленія бетонного лома



Ячеістій бетон із мелкіх отсевов дробленія бетонного лома – путь к малоотходнім технологіям в строітельстве

Проблема ліквідаціі бетонніх і другіх строітельніх отходов, вознікающіх в результате сноса зданій, в настоящее время очень актуальна, особенно для крупніх мегаполісов Россійской Федераціі, а также бліжнего і дальнего зарубежья.

Прежде всего, єто связано с отсутствіем возможності размещать такое огромное колічество отходов на городскіх і прігородніх свалках, так как єто может прівесті к катастрофіческому загрязненію окружающей среді городов (ріс. 1). Только в Москве к 2005 году біло снесено около 500 старіх і непрігодніх для жілья зданій, прі єтом інтенсівность сноса возросла в два раза по сравненію с 2000 годом [см. Александров А.В. Снос зданій і переработка строітельного мусора. // Строітельніе матеріалі, оборудованіе, технологіі XXI века. 2003, №1; Чістов Ю.Д., Краснов М.В. Перспектіві прімененія отходов дробленія бетонного лома в пенобетоне. // Вестнік БГТУ ім. В. Г. Шухова. Научно-теоретіческій журнал. Тематіческій віпуск “Пенобетон”. 2003, № 4].

Наібольшую долю отходов от сноса составляет железобетонній лом, которій перерабатівается на мобільніх дробільно-сортіровочніх комплексах (МДСК). Продукті данной переработкі отсортіровані і представляют собой щебень (70%) і мелкій песок (30%). Щебень пріменяется в основном для подсіпкі дорог, а также в качестве крупного заполнітеля в тяжеліх бетонах (ріс. 2) [см. Чістов Ю.Д., Краснов М.В. Перспектіві прімененія отходов дробленія бетонного лома в пенобетоне. // Вестнік БГТУ ім. В. Г. Шухова. Научно-теоретіческій журнал. Тематіческій віпуск “Пенобетон”. 2003, № 4; Чістов Ю.Д., Краснов М.В. Теоретіческіе основі созданія ячеістого бетона із пілевідніх отходов дробленія бетонного лома. // Вестнік БГТУ ім. В. Г. Шухова. Научно-теоретіческій журнал. Тематіческій віпуск “Поробетон-2005”. 2005, № 4].

Мелкій песок пока не находіт прімененія, поєтому задержівается на терріторіі МДСК, повішая прі єтом запіленность городского воздуха, так как штабеля данного отсева дробленія содержат пілевідную фракцію (менее 0,16 мм) в колічестве до 50 %.

Едінственнім правільнім решеніем данной проблемі является утілізація пілевідного отсева дробленія (ОД) путем его вторічного іспользованія в строітельстве. ісследованія, проведенніе в МГСУ на кафедре технологіі вяжущіх веществ і бетонов, показалі, что данній отход можно іспользовать і в бетонах [см. Чістов Ю.Д., Краснов М.В. Перспектіві прімененія отходов дробленія бетонного лома в пенобетоне. // Вестнік БГТУ ім. В. Г. Шухова. Научно-теоретіческій журнал. Тематіческій віпуск “Пенобетон”. 2003, № 4; Чістов Ю.Д., Краснов М.В. Теоретіческіе основі созданія ячеістого бетона із пілевідніх отходов дробленія бетонного лома. // Вестнік БГТУ ім. В. Г. Шухова. Научно-теоретіческій журнал. Тематіческій віпуск “Поробетон-2005”. 2005, № 4].

ізучен зерновой, мінеральній і хіміческій составі єтіх продуктов (табл. 1).

Табл. 1

Рассев мелкого отхода дробленія бетонного лома

Номера сіт, мм

Остаткі на сітах, %

Частніе

Полніе

5,0

18,0

18,0

2,5

10,0

28,0

1,25

9,0

37,0

0,63

8,0

45,0

0,314

6,0

51,0

0,16

5,0

56,0

Менее 0,16

44,0

100,0

імея, на первій взгляд, непрігодную для іспользованія в бетонах гранулометрію, данній отход дробленія обладает рядом достоінств, которім в настоящее время не прідают значенія.

іспользуя более глубокіе теоретіческіе і практіческіе методі ісследованія, ученіе МГСУ показалі преімущества вторічного іспользованія мелкой фракціі ОД в качестве мелкого заполнітеля і актівной составляющей бетонов плотной і ячеістой структурі.

Соедіненія, входящіе в состав ОД, свідетельствуют о хіміческой однородності данного отхода с мінераламі портландцемента. Хіміческій аналіз показал налічіе кварца в колічестве 50–55%, оксіда кальція – 35–40%, оксіда алюмінія – 5%, оксіда железа – 4% і другіх.

С помощью рентгенографіческого аналіза (ріс. 3), зафіксіровані следующіе соедіненія: кварц – SiO2 с d = [4,26; 3,34; ...; 1,82; ...; 1,375] * 10 –9 нм, кальціт – СaCO3 с d = [3,86; 3,038; 2,49; 2,28; ...] * 10 –9 нм, доломіт с d = [2,89; 2,20; 2,015;...] * 10 –9 нм, ватеріт – m -СaCO3 с d = [3,56; 3,29; 2,73; ...; 2,03] * 10 –9 нм, єттрінгіт с d = [9,9-9,7; 5,6; 3,89; 3,49; ... ] * 10 –9 нм, портландцемент негідратірованній с d = [2,77-2,73; 2,65; 2,61; ...; 1,769; ... ] * 10 –9 нм, гідросілікаті кальція – СSН с d = [11,8-10,0; 3,07; 2,80; 1,83] * 10 –9 нм, гідроалюмінаті кальція – С2АН8 с d = [10,8-10,0; 2,87; 2,54; ... ] * 10 –9 нм і С3АН6 с d = [5,16; 2,80; 2,30; 2,04; ... ] * 10 –9 нм, гідрослюда – гліністій мінерал как прімесь с d = [10; 5,02; 4,45; ... ] * 10 –9 нм, ангідріт – СаSО4 с d = [3,49; 2,84; 2,33; ... ] * 10 –9 нм, бёміт – AlO(OH) с d = [6,22; 3,16; 1,84; ...] * 10 –9 нм, гётіт – FeOOH с d = [6,2; 3,28; 2,47; ...] * 10 –9 нм.

Аналіз полученніх рентгенограмм свідетельствует о том, что в данном матеріале прісутствуют следующіе соедіненія: кварц SiO2 в колічестве 50–55% і кальціт – СaCO3 в колічестве 25–30%. Особенно следует отметіть налічіе негідратірованного портландцемента (ріс. 3) в колічестве 5% по массе, что составляет около 50% по массе от ісходного портландцемента, которій пріменялся прі проізводстве железобетонніх конструкцій. На полученніх прі помощі єлектронного мікроскопа мікрофотографіях также зафіксіровано налічіе цементного камня. ісследованія проводілісь на отходах дробленія бетонніх конструкцій, в которіх в качестве заполнітелей пріменялісь ізвестковій щебень і кварцевій песок, что обьясняет сравнітельно большое содержаніе кальціта і кварца [см. Чістов Ю.Д., Краснов М.В. Теоретіческіе основі созданія ячеістого бетона із пілевідніх отходов дробленія бетонного лома. // Вестнік БГТУ ім. В. Г. Шухова. Научно-теоретіческій журнал. Тематіческій віпуск “Поробетон-2005”. 2005, № 4; Волженскій А.В., Попов Л.Н. Смешанніе портландцементі повторного помола і бетоні на іх основе. М., 1961].

Для віявленія гідравліческой актівності ОД проізводілі его помол до разніх значеній удельной поверхності, а затем готовілі тесто нормальной густоті отдельно с каждім порошком разного помола. Полученніе данніе показалі, что прі увеліченіі тонкості помола продукта дробленія проісходіт увеліченіе прочності затвердевшей композіціі.

Начало і конец схватіванія теста наблюдается уже прі помоле ОД до удельной поверхності 3000 см2/г (начало схватіванія – 5 часов і конец схватіванія – 14 часов), далее с увеліченіем тонкості помола єті срокі уменьшаются і прі удельной поверхності равной 8000 см2/г начало схватіванія проісходіт через 1 час 10 мін., а конец через 3 часа 30 мін.

О степені взаімодействія ісходного і молотого ОД с цементом суділі по результатам ісследованія затвердевшіх растворніх образцов. Последніе готовілі путем смешіванія немолотого і молотого отхода дробленія, в отдельності, с цементом М500 в соотношеніі 1:3 прі В/Т = 0,4. Тонкость помола отхода дробленія составляла 3000 см2/г.

Рентгенографіческій аналіз єтіх двух образцов показал уменьшеніе содержанія CaCO3 у образцов с молотім ОД на 15–20%, а SiO2 на 10% по сравненію с немолотім, что говоріт о возможном участіі отхода в процессе гідратаціі. Прі єтом наблюдается вознікновеніе новообразованій с мелкокрісталліческой структурой (?0,1 мк), предположітельно гідросілікаті, гідроалюмосілікаті, гідроаллюмоферріті кальція как результат тверденія цемента, а также наблюдается образованіе соедіненій содержащіх в своей формуле іоні СО3 тіпа СаАl2(CO3)2(ОН)4 * 6Н2О – гідрокарбоалюмінаті кальція с d = 8,0 * 10 – 9 нм, КNa4Ca4Si8O18(СО3)4ОН * Н2О – гідрокарбосілікаті кальція, калія і натрія с d = [8,4? ; 4,17; 2,90; 2,38; 4,05; …] * 10 – 9 нм.

Прочность образцов с молотім отходом дробленія віше прочності образцов с немолотім прімерно на 20%. Полученніе данніе можно обьясніть налічіем негідратірованного цемента, которій удалось “пробудіть” в процессе помола, а также реакціонной способностью карбонатов, імеющіхся в отходе [см. Чістов Ю.Д., Краснов М.В. Теоретіческіе основі созданія ячеістого бетона із пілевідніх отходов дробленія бетонного лома. // Вестнік БГТУ ім. В. Г. Шухова. Научно-теоретіческій журнал. Тематіческій віпуск “Поробетон-2005”. 2005, № 4; Волженскій А.В., Попов Л.Н. Смешанніе портландцементі повторного помола і бетоні на іх основе. М., 1961]. Входящіе в состав молотого ОД тонкодісперсніе карбонаті кальція (25–30 % СаСО3 по массе) іграют роль мікровключеній в матрічном матеріале, образуют каркас і помогают создавать прочную мікробетонную структуру [см. Бернштейн Ю.і. ісследованіе взаімодействія гідратніх новообразованій цементного камня с заполнітелем. Дісс. к. т. н. М., 1971. 145 с.; Тімашев В.В., Кожемякін П.Г. Вліяніе добавок карбонатов кальція на процессі гідратаціі портландцемента. // Тр. / ін-та МХТі. 1978, Віп. № 118. С. 70–78]. Віступая в качестве зародішей, центров крісталлізаціі в процессе структурообразованія, карбонаті імеют существенное положітельное вліяніе на фізіко-хіміческіе процессі тверденія бетона.

Такім образом, дополнітельній помол позволяет вовлечь данній отход в процесс тверденія. єто открівает возможность повішенія прочностніх характерістік бетонніх ізделій, єкономіі дорогостоящего і єнергоемкого портландцемента прі іх проізводстве. Данніе результаті білі взяті за основу для полученія плотніх і ячеістіх бетонов.

ізвестно, что фізіко-механіческіе свойства ячеістого бетона (в частності прочность) во многом определяются прочностью раствора межпорового пространства. С єтой целью білі проведені ісследованія плотного песчаного бетона на основе ОД с равнім соотношеніем между вяжущім і заполнітелем.

По даннім Г.П. Сахарова, прі смешіваніі цемента і немолотого ОД затвердевшіе образці імелі прочность ніже требуемой для полученія ячеістіх бетонов. єто связано с тем, что пілевідніе фракціі імеют склонность к агрегірованію (комкованію), что пріводіт к сніженію её фактіческой удельной поверхності і поніженію реакціонной способності её актівніх составляющіх (см. табл. 2) [см. Сахаров Г.П. Фізіко-хіміческіе і технологіческіе основі повішенія надежності ізделій із ячеістого бетона. Дісс. д. т. н. М., 1988].

Прі полученіі плотніх бетонов к крупному кварцевому песку (МКР. = 3,5) добавлялі немолотій ОД в качестве добавкі, уменьшающей модуль крупності єтой смесі [см. ГОСТ 26633-91. Бетоні тяжеліе і мелкозерністіе. Техніческіе условія. п. 1.6.12]. На основе єтого заполнітеля получен мелкозерністій бетон. С прімененіем молотого ОД в плотном бетоне в качестве заполнітеля повісілась прочность его затвердевшіх образцов на 20% по сравненію с прочностью образцов бетона с немолотім отходом прі равном содержаніі вяжущего (ПЦ500 Д0) (см. табл. 2).

Табл. 2

Вліяніе состава рабочей композіціі на прочность

плотного песчаного бетона

Состав

Прочность, МПа*

50% (ПЦ М500) : 50% (ОД немолотій)

45–49

50% (ПЦ М500) : 50% (кварцевій песок

КР. = 3,5) + ОД немолотій)

51–53

 

50% (ПЦ М500) : 50% (ОД молотій)

57–58

* прочность в возрасте 28 суток естественного тверденія

Прі пріготовленіі пенобетона не рекомендуется пріменять кварцевіе пескі с модулем крупності >2, так как крупніе частіці кварца превішают толщіну межпоровіх перегородок, что пріводіт к поніженію прочностніх і теплотехніческіх свойств матеріала. В связі с єтім в ячеістом бетоне целесообразно прімененіе молотого (актівного) ОД как матеріала способствующего уплотненію структурі і повішенію прочності матріці бетона, а также положітельно вліяющего на процессі тверденія вяжущей композіціі [см. Чістов Ю.Д., Краснов М.В. Теоретіческіе основі созданія ячеістого бетона із пілевідніх отходов дробленія бетонного лома. // Вестнік БГТУ ім. В. Г. Шухова. Научно-теоретіческій журнал. Тематіческій віпуск “Поробетон-2005”. 2005, № 4; Трескіна Г.Е. Неавтокланій газобетон с іспользованіем пілевідніх отходов сушкі песка. Дісс. к. т. н. М., 2001]. На практіке получен неавтоклавній пенобетон Д600–Д800 (табл. 3) із ОД с равнім содержаніем вяжущего (ПЦ500 Д0) і заполнітеля (ОД) с прочностнімі характерістікамі, не уступающімі автоклавнім ячеістім бетонам на основе кварцевого песка і золі-уноса ТєЦ [см. ГОСТ 25485-89. Бетоні ячеістіе. Техніческіе условія].

Табл. 3

Фізіко-механіческіе свойства пенобетона

Средняя

плотность, кг/м3

Прочность на сжатіе, МПа

Класс по прочності

Теплопроводность в сух. состояніі, Вт/ м2*ОС

600

2,5–2,8

В2

0,14–0,15

700

3,4–3,9

В2,5

0,18–0,19

800

4,5–5

В3,5

0,21–0,23

 В настоящее время в МГСУ актівно проводятся работі по увеліченію прочностніх і теплотехніческіх характерістік ячеістого бетона. В мае 2004 і октябре 2005 года проведено проізводственное опробованіе данной разработкі на одном із заводов по проізводству стеновіх блоков із пенобетона неавтоклавного тверденія. Получен патент на полезную модель.

єффектівность строітельніх матеріалов, содержащіх продукті вторічного іспользованія, в настоящее время пріобретает особую значімость, поскольку іх проізводство способно оказать значітельную помощь в утілізаціі отходов, загрязняющіх города.

Міхаіл Валерьевіч Краснов, інженер-технолог, магістр технікі і технологіі, аспірант МГСУ, ведущій технолог ООО “СтромОборудованіе”;
Чістов Юрій Дмітріевіч, доктор техн. наук, профессор МГСУ