Оценка эффективности энергоиспользования при тепловлажностной обработке бетона (стр. 3 )

Наполнители играют важную роль в производстве композиционных строительных материалов. Выбор наполнителя определяется в первую очередь доступностью, химическим составом (определяет поверхностные свойства в т. ч. реакционную способность), размерами частиц и их распределением по размерам (полидисперсностью), а также формой частиц и характером их упаковки. Широкое развитие производства новых видов высокопрочного бетона невозможно без применения наполнителей специального назначения. Традиционно особое внимание уделяют влиянию наполнителей на механическую прочность, что привело к распространённому их делению на усиливающие (армирующие) и неусиливающие (“инертные”). Наполнители способны оказывать много других эффектов, обуславливающих высокую эффективность их использования – поглощение ионизирующих излучений, понижение текучести и объёмной усадки, улучшение формуемости и формоустойчивости, теплофизических и других характеристик. Химические превращения в наполнителях при повышенных температурах (декарбонизация, дегидратация) имеют огромное значение при выборе наполнителей. Это, к сожалению, не всегда учитывается при создании композиций для длительной высокотемпературной эксплуатации. Химическая природа наполнителей определяет все процессы, протекающие на их поверхности, и связанные с ними эффекты. Поверхность, как правило, содержит химически активные группы (центры), способные реагировать с активными группами гидросиликатов цемента с образованием химических связей. Необходимо учитывать, что состав и свойства поверхности дисперсного наполнителя далеко не всегда соответствует его составу и свойствам в объёме и наоборот. Из сказанного вытекает настоятельная необходимость широкого и эффективного использования активных армирующих наполнителей, которые позволяют значительно уменьшить количество используемого цемента и улучшить свойства материалов на их основе. Дисперсные наполнители позволяют регулировать физико-химические свойства композиционных бетонов: прочность при растяжении и сжатии (зависят от характера упаковки частиц, их размеров и взаимодействия по границе раздела), удлинение при разрыве, ударную вязкость, реологические свойства и др. Возможность регулирования плотности упаковки частиц наполнителей не нашла ещё широкого промышленного применения.

Прочность композита, как известно, определяется прочностью матрицы (для бетона – цементной) и заполнителя, а также прочностью связи между ними. По данным теоретическая прочность цементного камня составляет 10,5 ГПа. Низкая фактическая прочность товарных бетонов обусловлена дефектностью структуры. Доказано, что различные включения в матрице, отличающиеся от неё по податливости (кристаллиты, поры, частицы наполнителя, волокна, царапины и трещины), являются концентраторами напряжений. Прочность поликристаллического материала зависит от силы (типа) химической связи между

агрегатами, слагающими поликристалл, количества этих связей, вида и количества дефектов. В зоне дислокаций обычный кристаллохимический порядок расположения молекул нарушается таким образом, что связи двух соседних молекул становятся ближе. Благодаря этому реакция начинается там, где есть дислокации. Необходимый уровень концентрации дислокаций в структуре можно обеспечить введением примесей, изменением условий кристаллизации, путём пластической деформации или, наоборот, отжигом, облучением, воздействием электрическим или магнитным полем, химической обработкой кристалла. Поверхностные дефекты интенсифицируют гетерогенные реакции, начинающиеся на поверхности твёрдых тел, в том числе хемосорбцию ПАВ. Структура с высокой концентрацией дефектов энергетически более выгодна, чем структура с внутренними порами, межкристаллитными границами и дислокациями. Механохимическое активирование твёрдых тел их измельчением связано в первую очередь с образованием дислокаций (активных центров), концентрация которых возрастает от 106 см–2 до 1012 см–2.

Отмечается [3] общемировая тенденция применения наиболее перспективных на сегодняшний день многокомпонентных бетонов самого разного назначения вместо обычных. В них используются индивидуальные химические модификаторы, изменяющие технологические характеристики бетонных смесей и, способствующие повышению физико-механических свойств бетона; комплексные модификаторы, включающие зачастую до нескольких десятков специальных химических добавок и активные минеральные компоненты различной дисперсности, а также другие индивидуальные вещества. Многокомпонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять структурообразованием на всех этапах технологии и получать бетон с различными требуемыми свойствами. Мелкозернистый бетон на портландцементе с добавлением в смесь 25-30 % микрокремнезёма и 2-3 % суперпластификатора, твердеющий при температуре +90 °С и атмосферном давлении в пропарочной камере, достигает прочности 200 МПа, а тот же бетон, но твердеющий при температуре +90 °С под давлением 50 МПа – прочности 650 МПа. В НИИЖБе получен высокопрочный мелкозернистый бетон с прочностью на сжатие 800 МПа [4].

Обязательный признак современной технологии бетона – управление струкутрообразованием материала на всех этапах производства бетона и конструкций. Увеличение плотности упаковки частиц за счёт уменьшения двойного электрического слоя коллоидной фазы гидратирующегося цемента. Снятие электрических потенциалов, возникающих на границе двух фаз при помоле, обусловливающих флокуллирование частиц (цемента) и образование двойного электрического слоя, который регулируется (сжимается) – солями, суперпластификаторами, электрокаогуляцией для уменьшения В : Т [5]. Для создания оптимальной структуры бетона, предназначенного для разных условий эксплуатации, широко используют специальные добавки-модификаторы структуры и свойств бетона [6]. Из химических добавок наибольшее распространение получили суперпластификаторы. Сравнительно недавно появились особо эффективные гиперпластификаторы, позволяющие снизить В/Т до 0,18-0,20. Эффективно введение 2-3 % суперпластификаторов совместно с комплексными органо-минеральными добавками [7] (струкутрообразующими, микропенообразующими, волокнами, микрокремнезёмом и др.) при помоле цемента. Нормальная густота уменьшается в 1,7-2 раза (например, с 28 % до 14 %), что позволяет использовать в производстве пластичные литые самоуплотняющиеся и нерасслаиваемые бетонные смеси с В/Ц 0,2-0,3 и получать широкую гамму особоплотных высокопрочных композиционных бетонов с требуемыми свойствами. Создание в структуре воздушных сферических микропор увеличивает долговечность бетонов [8].

Применение композиционных вяжущих веществ и комплексов химических и минеральных добавок является отличительной особенностью эффективных композиционных бетонов с заданным сочетанием свойств и хорошими экономическими показателями. На основании углублённого анализа перечисленных выше наиболее важных физико-химических процессов, происходящих при изготовлении компонентов бетона, при формовании, твердении и эксплуатации бетона выявлены основные факторы, определяющие его прочность, создана технология производства высокопрочного бетона на типовом оборудовании марок существенно выше марки применяемого портландцемента. Смеси характеризуются высокой удобоукладываемостью и высокой ранней прочностью, а бетоны – долговечностью.

СПИСОК литературЫ

1. Баженов композиты гидратационного твердения // Вестник отделения строительных наук РААСН. – 1999. – № 2. – С. 27-31.

2. Рыбьев материаловедение. – М.: Высшая школа, 2002. – 700 с.

3. Баженов мелкозернистые бетоны // Строительные материалы, оборудование, технологии 21 в.. 2001. – № 10. – С. 24.

4. , , Шейнфельд бетоны нового поколения: реальность и перспектива // Бетон и железобетон. – 1999. – № 6. – С. 6-10.

5. Кинетическая модель процесса флоккуляции в маловязких дисперсных системах / , , ёв, // Изв. ВУЗов. Строительство. – 2003. – № 4. – С. 53-57.

6. Батраков бетоны. – М.: СИ, 1998. – 768 с.

7. Демьянова B. C., Калашников высокопрочные бетоны с органоминеральными модификаторами. – Пенза: ПГУАС, 2003. – 195 с.

8. Баженов бетона. – М.: Изд. АСВ, 2003. – 500 с.

УДК 666.914

, аспирант

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

ПОЛУЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ТЕХНОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ ОТ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ СЕРНИСТЫХ ВЫБРОСОВ

ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

В настоящее время производство гипсовых вяжущих материалов осуществляется в основном за счет использования природного гипсового сырья. В то же время мощным потенциальным источником гипсового сырья являются попутные продукты таких отраслей промышленности, как энергетика, металлургия, химическая, пищевая, содержащие в своем составе сульфат кальция. В настоящее время насчитывается более 50 видов гипсосодержащих попутных продуктов и отходов. Их использование имеет не только экономическое, но и экологическое значение, так как шламонакопители отходов часто занимают плодородные земли, загрязняют грунтовые воды, а также являются источниками пыли и вредных выделений.

Наибольший интерес и для исследователей, и для практики, представляют технологии получения техногенного гипсового сырья из отходящих газов ряда промышленных установок, основанные на нейтрализации сернистого ангидрида (SO2) известняковыми суспензиями. Отходящие газы, содержащие SO2, получаются главным образом на предприятиях черной и цветной металлургии (выплавка меди, цинка, никеля и др.), на тепловых электрических станциях, работающих на каменном угле, мазуте.

Кафедрой технологии строительных изделий и конструкций Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, совместно с -Холдинг», выполнены обширные исследования по улавливанию и нейтрализации сернистых выбросов, с переводом полученного продукта в строительный гипс.

В основе известнякового метода очистки газов от диоксида серы лежит процесс поглощения SO2 водой с последующей нейтрализацией образовавшейся сернистой кислоты известняком. По имеющимся данным /1/, в результате поглощения SO2 известняком образуется шлам, состоящий из полугидрата сульфита кальция CaSO3.0,5H2O(30…70%), часть которого (15…40%) в ходе процесса окисляется в дигидрат сульфата кальция CaSO4.2H2O; в шламе также содержится неиспользованный известняк CaCO3(30…60%) и разного рода примеси (до 10%). Такой состав шлама, практически не пригоден для получения строительного гипса. К тому же, процесс окисления идет очень медленно (порядка 60 часов). Между тем, из других источников/2,3/, нам стало известно, что процесс окисления CaSO3.0,5H2O можно значительно интенсифицировать. Установлено, что присутствие в растворе соединений ионов металлов переменной валентности: марганца, меди, железа и других, существенно увеличивает скорость реакции окисления CaSO3.0,5H2O.