Тяжелый бетон с противоморозной добавкой на основе отходов промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тяжелый бетон с противоморозной добавкой на основе отходов промышленности

Филин Д.В., аспирант

Красноярская государственная архитектурно-строительная академия

Актуальным вопросом технологии товарных и монолитных бетонов является обеспечение благоприятных условий твердения при низких положительных и отрицательных температурах, когда бетонирование конструкций производится на строительной площадке.

Известно, что при снижении температуры среды, в которой происходит твердение цементных бетонов до 5…00С, процесс гидратации минералов цемента резко замедляется, соответственно снижается темп набора прочности. При достижении температуры ниже 00С вода в цементном камне и бетоне замерзает, в результате чего полностью прекращается реакция гидратации и твердение цемента и бетона. Кроме этого, замерзающая вода, увеличиваясь в объеме, создает в теле бетона внутренние напряжения, которые могут привести к растрескиванию структуры и последующему разрушению бетона.

Для предотвращения замерзания воды в бетоне при проведении бетонных работ в зимних условиях существуют специальные методы: прогревные и беспрогревные. К прогревным методам относятся: предварительный разогрев бетонной смеси в процессе ее приготовления или транспортирования; метод «термоса» при выдерживании в термоизолированной опалубке; подогрев бетона в термоактивной опалубке или в тепляках; прогрев электрическим током с помощью специальных электродов. Основная проблема таких методов заключается в том, что все они требуют дополнительного технологического оборудования и высоких расходов электроэнергии.

Менее энергоемким методом зимнего бетонирования является беспрогревный метод, основанный на применении противоморозных добавок. К ним относятся специальные соли-электролиты, которые снижают температуру замерзания воды. Бетон с такими добавками способен твердеть и набирать прочность при отрицательных температурах.

Номенклатура противоморозных добавок разнообразна, вид и количество их для введения в бетонную смесь зависит от температуры, при которой будут проводиться бетонные работы, причем большинство таких добавок являются дефицитными и дорогостоящими.

Одним из способов решения этой проблемы является возможность применения жидких отходов металлургической промышленности.

Применение солевых стоков металлургической промышленности в составе бетонной смеси подтверждено патентом РФ №2233818 «Способ приготовления бетонной смеси» от 10. 09.2004г. и ТУ 2152-003-05055017-2002 «Стоки минерализованные».

Анализ химического состава солевых стоков металлургической промышленности показал, что основные компоненты, входящие в их состав, представлены хлоридами кальция и натрия, поэтому они могут являться противоморозными добавками, снижающими температуру замерзания воды.

Оценка эффективности действия любых химических добавок, применяемых в бетонах, в том числе и противоморозных, производится в соответствии с ГОСТ 30459-96 «Добавки для бетонов. Методы определения эффективности».

Эффективность противоморозной добавки определяют по набору прочности бетона, твердевшего при отрицательной температуре в сравнении с прочностью образцов, твердевших в нормальных условиях.

Изменение прочности бетона R в процентах после твердения при отрицательной температуре вычисляют по формуле:

противоморозный добавка гипсовый бетонный

R = RД28*100

RК28

где RД28 - прочность бетона основных составов после нахождения в морозильной камере в течение 28 сут и оттаивания на воздухе, МПа;

RК28 - прочность бетона контрольного состава после твердения в нормальных условиях, МПа.

В проведенной работе эффективность действия солевых стоков оценивали при твердении бетонов в условиях постоянной отрицательной температуры, создаваемой в лабораторной морозильной камере и в естественных условиях (в зимнее время года на улице), при колебании температур наружного воздуха от 0 до -18 0С.

Для сравнения применялись традиционные противоморозные добавки: нитрит натрия NaNO2 (ГОСТ 19906-87), поташ К2СО3 (ГОСТ10690-79) и рекомендуемые последними научно-техническими разработками: формиат технический пентаэритрита ФТП (ТУ 2432-011-00203803-98) и ПМП-1 (ТУ 5870-001-56025130), а также специально приготовленный синтезированный раствор солей хлорида кальция и хлорида натрия, в котором соотношение между СаCl2 и NaCl было принято равным их соотношению в солевых стоках.

Кривая естественных отрицательных температур, при которых производились испытания. представлена на рис.1.

Рис.1

Полученные результаты испытаний представлены в табл. и на рис.2.

Рис.2

Таблица Эффективность действия противоморозных добавок

Полученные результаты испытаний показали, что по эффекту действия солевые стоки не уступают традиционным добавкам, поэтому возможно их применение в качестве противоморозной добавки, что обеспечивает возможность проведения бетонных работ в зимних условиях с минимальными материальными затратами.

«СТАРЕНИЕ» б- И в-МОДИФИКАЦИЙ ПОЛУГИДРАТОВ СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ

Причиной «старения» вяжущих на основе сульфата кальция является поглощение влаги из воздуха. Это приводит к значительному изменению технологических свойств «строительных гипсов». При этом эффект зависит как от относительной влажности воздуха и длительности воздействия, так и от реакционной способности вяжущего.

Известные различия в водопотребности б- и в-форм полугидрата сульфата кальция обусловлены отличием процессов их получения. При низкотемпературном обжиге всегда помимо полугидрата сульфата кальция образуется и растворимый ангидрит (ангидрит III - A III).

Целью настоящей работы является изучение процесса «старения» двух низкотемпературных форм гипсового вяжущего, а также влияние на этот процесс их фазового состава.

Для моделирования свежеполученного гипсового вяжущего заводские пробы б- и в-модификации полугидрата сульфата кальция подвергали тепловой обработке при температуре 110 и 130оС в течение 30 минут. Кроме того был исследовании процесс «старения» строительного гипса в-модификации, полученного в лабораторных условиях. Свойства и фазовый состав гипсовых вяжущих приведен в таблице 1. Ангидрит A III очень быстро превращается в полугидрат, поэтому в таблице 1 также указано количество связываемой при этом влаги.

Таблица 1. Вяжущие на основе сульфата кальция

Искусственное «старение» исследуемых вяжущих веществ в слое материала толщиной 8 мм проводилось в эксикаторах при 20 °C и относительной влажности воздуха 65 % и 98 %.

Процесс «старения» зависит от относительной влажности воздуха, причем с ее ростом увеличивается количество адсорбированной влаги и возрастает продолжительность этого процесса: при относительной влажности, равной 98% процесс «старения» продолжается 56 суток, а при относительной влажности воздуха в 65% - 21 сутки. Это связано с тем, что только при высокой относительной влажности (свыше 80 %) на поверхностных дефектах вяжущего вещества имеет место полимолекулярная адсорбция воды. При прочих равных условиях «старение» гипсового вяжущего в-модификации происходит быстрее и сопровождается большим увеличением массы, чем «старение» б-полугидрата. Это связано со строением кристаллического блока в-полугидрата, имеющим значительную дефектность, и с его высокой удельной поверхностью. Удельная поверхность гипсового вяжущего - это основная движущая сила их процесса «старения».

Следует отметить, что процесс «старения» в течение первых трех суток практически не зависит от относительной влажности воздуха и одинаков для всех исследованных гипсовых вяжущих. Увеличение массы в этот период связано с превращением ангидрита III (A III) в полугидрат сульфата кальция, причем прирост массы исследуемого вяжущего в этот период пропорционален содержанию в нем A III. Только после превращения ангидрита III в полугидрат при дальнейшем «старении» наблюдается образование дигидрата сульфата кальция.

На основании проведенных исследований можно заключить, что «старение» гипсовых вяжущих является многостадийным процессом и включает в себя следующие этапы:

1. Взаимодействие содержащегося в гипсовом вяжущем ангидрита III с адсорбированной из воздуха влагой и превращение его в полугидрат сульфата кальция.

2. После полного превращения ангидрита III в полугидрат происходит полимолекулярная адсорбция воды на поверхности гипсового вяжущего, вследствие чего создаются условия для развития процесса превращения полугидрата в дигидрат сульфата кальция.

3. Сорбция молекул воды происходит преимущественно на поверхностных дефектах частиц полугидрата, где в первую очередь и образуется дигидрат сульфата кальция [1, 2]. Поскольку количество адсорбированной влаги зависит от относительной влажности воздуха и от удельной поверхности гипсового вяжущего, именно эти факторы оказывают решающее влияние на развитие процесса их «старения».

Следует отметить, что рассмотренный и реализованный в лабораторных условиях процесс «старения» является идеальным. Реальный процесс имеет существенные отличия, которые заключаются в том, что отмеченные три стадии могут развиваться и протекать параллельно. На реальный процесс «старения», особенно б-полугидрата, может оказать существенное влияние наличие на поверхности его частиц гигроскопических примесей, однако это явление нуждается в дополнительном исследовании.

СПИСОК литературЫ

1. Nowak, S.; Fischer, H.-B.: Betrachtungen alterungsbedingter Dihydratneu-bildungen, Maltoviny 2004, III. Odbornб konference o vede, vэzkumu a aplikacнch v oboru maltovin, Vysokй uиenн technickй (VUT) v Brne, Fakulta stavebnн, Brne 2004, S. 159-169

2. Nowak, S.; Fischer, H.-B.: To the aging behavior of Calcium Sulphate Binders, Cheminл Technologija Nr. 3 (33), Kaunas Technologija 2004, S. 58-65

Размещено на Allbest.ru