Энергосберегающие технологии получения сухих строительных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алтайский государственный технический университет

Энергосберегающие технологии получения сухих строительных смесей

Кудря Р.В., ст. преподаватель,

Овчаренко Г.И., д-р техн. наук,

Корниенко Е. В., Шмакова Г.В.,

Шелепов А.Н., Чупина И.А., студенты

В настоящих условиях, как показывает зарубежный опыт исследования и производственное апробирование, в том числе и работы отечественных производителей, на строительных объектах отдают предпочтение использованию сухих смесей.

Для штукатурных, клеевых и шпатлевочных сухих смесей прочность при сжатии не является определяющим качество показателем. При этом большой объем сухих смесей производится на основе серийно выпускаемых цементов марок М400 и М500, что приводит к перерасходу вяжущего и их удорожанию. Введение тонкодисперсных наполнителей, как обладающих вяжущими свойствами, так и инертных, является одним из резервов повышения экономичности производства сухих смесей.

На подготовку заполнителя к производству сухих строительных смесей (сушка, помол) затрачивается значительное количество энергии и капиталовложений, поэтому внедрение технологий производства сухих смесей с полной или частичной заменой процесса сушки и помола на применение сухих тонкодисперсных наполнителей, являющихся отходами производства, также является одним из путей повышения экономичности производства сухих смесей.

В работе применялись следующие материалы:

- портландцемент М400 Д20 Искитимского цементного завода;

- природный песок р. Обь с Мк = 1,25;

- высококальциевая зола (БУЗ) от сжигания бурых углей КАБ (ТЭЦ-3 г. Барнаул);

- кислая зола (КУЗ) от сжигания каменных углей (ТЭЦ-1 г. Барнаул);

- цеолитовые туфы Сахаптинского и Шивыртуйского месторождения;

- формовочная земля- отход литейного производства (АЗА г. Барнаул).

1. Применение БУЗ и КУЗ в сухих смесях

С целью исключить сушку заполнителя в качестве него могут использоваться сухие отходы промышленности, такие как каменноугольная и буроугольная золы ТЭЦ, формовочная земля.

Для получения оптимального гранулометрического состава смеси использовался заполнитель двух фракций. В качестве крупной фракции (0,2-0,5 мм) использовалась формовочная земля или песок, а в качестве мелкой (0,05-0,2 мм) - каменноугольная зола (рис.1).

Каменноугольная зола вводилась в состав сухой смеси, заменяя различные части крупной фракции (от 0 % до полной замены - 100 %). Как видно из графиков с увеличением доли золы в заполнителе увеличивается адгезия растворной смеси. Увеличение адгезии объясняется высокой дисперсностью золы, так как с уменьшением размера частиц (0,1…2Ч10^-4 мм) начинают проявляться силы поверхностного взаимодействия. Но при этом высокодисперсная зола характеризуется высокой водопотребностью, что приводит к снижению прочности на отрыв.

Для растворов из сухих смесей, применяемых для внутренней отделки, прочность при отрыве должна быть не менее 0,1 МПа, поэтому кислой золой, в составах сухих смесей, можно заменять не более 70 % песка (рисунок 1).

Рис. 1 Зависимость адгезии растворной смеси и прочности при отрыве (3 суток) сухих смесей от содержания в них КУЗ: 1 - заполнитель - песок; 2 - заполнитель - формовочная земля

Буроугольная зола вводилась в состав сухой смеси, заменяя различные части цемента - от 15 до 50 % (рис. 2). Дальнейшая замена цемента БУЗ может привести к деструкции затвердевшего камня.

Рис. 2 Зависимость прочности при отрыве (3 суток) и сжатии (28 суток) сухих смесей от содержания БУЗ (% от массы цемента) в составе вяжущего: 1 - заполнитель - песок; 2 - заполнитель - формовочная земля

Как видно из графиков, при замене до 30 % цемента буроугольной золой прочность при отрыве повышается на 10 - 15 %, а прочность при сжатии уменьшается, примерно, на тот же процент. Адгезия растворной смеси при замене цемента на БУЗ не изменяется, т.к. почти не меняется соотношение тонкодисперсных частиц (цемент, зола) и песчаных частиц.

Более низкие результаты у составов на формовочной земле, по сравнению с составами, где заполнителем является песок, можно объяснить содержанием в ней продуктов сгорания связующих формовочных смесей, которые составляют до 10 % (вместе с пылеватыми, илистыми и глинистыми) от массы формовочной земли. Образующаяся от сгорания сажа характеризуется высокой водопотребностью, вследствие чего наблюдается снижение прочностных характеристик затвердевших растворов.

Кроме этого, отделочные растворы, а в особенности составы для наливных полов, из-за высокого водоцементного отношения обладают повышенной усадкой. Введение буроугольной золы в такие составы, напротив, приводит к расширению раствора (рис.3). Это позволяет получать цементные безусадочные сухие смеси. Определение усадочных деформаций проводилось на образцах - балочках 4Ч4Ч16 см, в которые при их формовании вставлялись специальные репера. Первый замер производился через 1 сутки твердения балочек во влажных условиях, и затем каждый день проводились повторные измерения.

Рисунок 3 Усадочные деформации сухих смесей с добавкой БУЗ: 1 - 0 % (контрольный состав); 2- 10 % от массы цемента; 3 - 20 %; 4 - 30 %

По результатам данных исследований можно сделать вывод о целесообразности ввода кислой и высококальциевой зол в состав сухих строительных смесей. Это не только позволяет уменьшить расход цемента и сократить расходы на сушку, но и несколько сократить долю дорогостоящих компонентов сухой смеси - полимерных порошков, вводимых для увеличения адгезии и водоудерживающей способности.

2. Применение цеолитовых туфов в сухих смесях

Как было сказано выше основные затраты при производстве сухих смесей ложатся на сушку и помол. По ГОСТ 28013 допустимая отпускная влажность сухих смесей - 0,5 %. Из литературных источников известно, что благодаря особенностям структуры цеолитовых минералов, представляющей собой кристаллический трехмерный каркас, пронизанный в нескольких направлениях крупными полостями (порами, каналами), они способны сорбировать влагу. Введение цеолитов в состав смеси позволяет применять недосушенный песок, что позволяет частично сократить энергозатраты на сушку песка. Поэтому проводилось исследование влияния добавки цеолитового туфа на свойства сухих смесей с различной отпускной влажностью. В составы смесей влажностью то 0,5 до 5 % добавлялся цеолитовый туф в количестве от 0 до 10 % от общей массы (рис. 4, 5). Дальнейшее увеличение содержания туфа в смесях нецелесообразно, так как приводит к ухудшению свойств из-за возрастания водопотребности смеси. Приготовленные составы сухих смесей хранились в течение 45 дней, после чего из них формовались образцы и проводились испытания.

Оптимальные результаты по адгезии растворной смеси получены при дозировке цеолита 5 % и влажности смеси - 2 % (рисунок 4). На рис. 4, а в большей степени на рис. 5 заметно влияние влажности смеси на ее свойства, но при этом смеси с влажностью 2 % и ниже с содержанием цеолита 5 % не так значительно теряют свои свойства.

Также хранение в условиях повышенной влажности отрицательно сказывается на строительных свойствах сухих смесей - вяжущее в составе смеси теряет свои первоначальные свойства. Помимо повышения отпускной влажности сухих смесей с цеолитами, их введение позволяет увеличить сроки хранения смесей во влажных условиях без ухудшения свойств.

сухой смесь туф зола

Рис. 4 Зависимость адгезии растворной смеси от содержания цеолита: цифры на графике 0,5 - 5 - влажность сухой смеси

Рис. 5 Зависимость прочности при сжатии раствора от содержания цеолита: цифры на графике 0,5 - 5 - влажность сухой смеси

На рис. 6 приведена зависимость изменения массы сырьевых материалов во времени при хранении их в условиях 100 % влажности. Как видно из графика все материалы интенсивно поглощали влагу в первую неделю и затем, после семи недель хранения во влажных условиях, поглощение влаги практически прекратилось. В таких же условиях хранились сухие смеси с добавкой цеолита. Периодически один раз в месяц изготавливались образцы, и определялась прочность при сжатии в возрасте 28 суток. На рисунке 7 приведен график зависимости прочности при сжатии образцов от содержания цеолита в составе смеси (% по массе цемента) и срока хранения смеси. Из графика видно, что сухая смесь на чистом цементе без цеолита теряет активность более чем в 2 раза за 6 месяцев ее хранения во влажных условиях (с 55 МПа до 25 МПа). При добавлении цеолита в смесь потеря активности происходит более медленно (с 53 МПа до 43 МПа при дозировке цеолита- 15 % от массы цемента). Это свидетельствует о том, что влага поглощаемая смесью сорбируется на частицах цеолита и цемент не так быстро гидратирует теряя свою активность.

Рисунок 6 Изменение массы материалов при их хранении в условиях 100 % влажности

Рис. 7 Изменение активности сухой смеси при ее хранении в условиях 100 % влажности с добавлением цеолита

Размещено на Allbest.ru