Строительство и архитектура / 4. Современные строительные материалы

Дворкин Л.И., д.т.н., Дворкин О.Д., д.т.н., Гарницкий Ю.В., к.т.н.,

Рыженко И.Н., инженер

Национальный университет водного хозяйства и природопользования,

г. Ровно, Украина

Использование золы-уноса ТЭС в качестве компонента сухих строительных смесей

Сухие строительные смеси (ССС) нашли широкое применение в современном строительстве. По оценкам специалистов их применение повышает эффективность строительных и отделочных работ в 1,5…2 раза. Исторически одними из первых применялись сухие ("гарцовочные") смеси для кладочных растворов, представляющие собой смесь песка и цемента. Современные ССС для кладочных растворов – многокомпонентные системы, требующие значительного содержания тонкодисперсных минеральных наполнителей [1]. Поэтому представляется целесообразным введение в их состав готовых тонкодисперсных продуктов – отходов промышленности, которые смогли бы заменить дорогие химические добавки и продукты, требующие предварительного помола (известняк), а также уменьшить расход цемента и извести.

Зола-уноса тепловых электростанций традиционно применяется при приготовлении бетонных и растворных смесей для улучшения их строительно-технических свойств и экономии цемента [2, 3]. Накопленный опыт позволил выработать требования к золе как компоненту бетонов и растворов, при которых ее использование наиболее эффективно. При введении в состав раствора зола увеличивает его водоудерживающую способность и подвижность, повышает прочность и частично замещает цемент.

Зола, применяемая для кладочных растворов, должна отвечать следующим требованиям:

- потери при прокаливании - не более 15 % в антрацитовой золе и не более 5% - в каменноугольной ;

- содержание сернистых соединений в пересчете на SO₃ - не более 3%;

- остаток на сите № 008 - не более 15%.

В строительных растворах применяют как сухую золу, так и золу гидроудаления. В цементных растворах оптимальное содержание золы рекомендуется 100...200 кг/м³, при этом в тощих малоцементных растворах оно составляет 80... 125 % массы цемента, в более жирных — 40...50 %. При расходе цемента более 400 кг/м³ введение золы в состав раствора малоэффективно. Тонкодисперсная зола может применяться взамен части цемента и песка. Крупнодисперсную золу рационально применять вместо части песка без изменения расхода цемента.

При применении золы-уноса в цементных растворах необходимый расход цемента обычно снижается на 30...50 кг/м³ при одновременном улучшении удобоукладываемости растворной смеси. Перерасход цемента при полной замене песка золой устраняется добавкой небольшого количества известкового теста. При полной замене песка золой повышаются деформации усадки во времени и деформации при попеременном увлажнении и высушивании. Они в 2...3 раза выше, чем у цементно-песчаных растворов.

В цементно-известковых растворах золой можно заменять часть цемента, извести или песка. При этом экономится до 30... 50 кг цемента и 40...70 кг известкового теста на 1 м³ раствора без ухудшения удобоукладываемости и прочности. Цементно-известково-зольные растворы характеризуются весьма низкой расслаиваемостью. Их применяют так же, как и растворы, без добавки золы, в основном для кладки надземных частей зданий.

В известковых растворах применением золы-уноса возможно снизить на 50 % расход известкового теста без понижения прочности и ухудшения других свойств. При замене 50 % извести удвоенным по массе количеством золы-уноса достигается не только экономия извести, но и повышается прочность раствора. Без применения цемента на известково-зольном вяжущем можно получать растворы марки М25 и выше.

Роль активного наполнителя в сухих смесях для кладочных растворов может выполнять также известково-карбонатная пыль (ИКП), улавливаемая при обжиге извести во вращающихся печах. Активность пыли по содержанию СаО_акт достигает 30…35%. Применение ИКП в составе ССС позволяет заменить известь и карбонатный порошок, при этом предварительная подготовка пыли состоит только в ее гашении. В качестве заменителя известковой составляющей можно также применять воздухововлекающую добавку

Возможно изготовление сухих кладочных смесей, состоящих из цемента, песка, золы-уноса, ИКП, и порошкообразного суперпластификатора, например "Полипласт СП-3".

Настоящие исследования выполнены с применением математического планирования эксперимента. Ниже приведены условия планирования эксперимента при изучении кладочных растворов на кварцевом песке (табл. 1), а также полученные математические модели расплыва растворного конуса на встряхивающем столике, мм (1) и прочности раствора на сжатие в возрасте 28 сут. R₂₈, МПа (2).

Таблица 1

Условия планирования эксперимента при изучении растворов

Фактор, вид		Уровни варьирования			Интервал варьирования
натуральный	кодированный	-1	0	+1
Содержание суперпластификатора СП-3, %(Ц+З+ИКП)	Х1	0,3	0,5	0,7	0,2
Объемная концентрация зольно-известковой части во вяжущем, %	Х2	20	40	60	20
Расход цемента Ц, кг/м^3	Х3	200	270	340	70
Отношение В/(Ц+З+ИКП)	Х4	1,00	0,80	0,60	0,10

РК = 161,2+18,5Х₁+9,3Х₂-5,33Х₃+27,2Х₄-5,6Х₁²-8,05Х₂²-7,1Х₃²+16,35Х₄²+

+9,6Х₁Х₂+7,7Х₁Х₃+6,1Х₁Х₄+6,4Х₂Х₄-11,1Х₃Х₄; (1)

R₂₈ = 14,4+5,1Х₂+5,07Х₃-3,67Х₃+0,26Х₁²-3,54Х₂²-3,16Х₃²-1,03Х₄²-1,51Х₁Х₂-

-1,57Х₁Х₃-1,24Х₁Х₄ -1,19Х₂Х₄+3,1Х₃Х₄ . (2)

Характер влияния технологических факторов на подвижность и прочность цементно-зольных кладочных растворов показан на рис. 1 и 2. Как видно, он носит ярко выраженный квадратичный характер.

Рис. 1. Влияние технологических факторов на подвижность

раствора (расплыв конуса, мм, при В/(Ц+З) = 0,8)

В уравнении подвижности, как и следовало ожидать, наиболее заметно влияние отношения "вода – вяжущее" и расхода суперпластификатора. Однако пластифицирующий эффект зольно-известково-карбонатной составляющей также сказывается, причем во всем диапазоне расхода цемента. При приближении степени наполнения вяжущего к 60% подвижность раствора изменяется слабо, поэтому степень наполнения 50…60%% с точки зрения влияния на подвижность раствора следует считать оптимальной. Можно отметить также высокий совместный эффект суперпластификатора и наполнителя. Увеличение расхода цемента свыше 300 кг/м³ приводит к заметному падению подвижности при прочих равных условиях.

Анализ взаимодействий модели (1) однозначно показывает: при увеличении количества цемента и вяжущего в сочетании с ростом водовяжущего отношения происходит некоторое падение подвижности. Положительно на подвижность растворных смесей влияет совместное увеличение расходов суперпластификатора и наполнителей, суперпластификатора и цемента.

Анализ математической модели прочности (2) позволяет сделать вывод, что увеличение расхода цемента и вяжущего в области варьирования по-разному влияет на прочность при прочих равных условиях. Положительное влияние "затухает" по мере увеличения количества цемента и вяжущего в растворной смеси. При высоких отношениях "вода – вяжущее", максимальном расходе наполнителя и умеренном расходе СП возможно даже снижение прочности при максимальном расходе цемента.

Рис. 3. Влияние технологических факторов на

прочность, МПа (при расходе СП-3=0,5%)

Такое снижение можно объяснить связью прочности с капиллярной пористостью. Смеси с максимальным содержанием вяжущего имеют повышенное водосодержание, что приводит к увеличению пористости и снижению прочности при постоянном Ц/В. Кроме того, поскольку прочность цементного теста в объеме обычно ниже прочности контактного слоя "цементное тесто – песок", то при повышении количестве теста с определенного момента структура становится неоптимальной и прочность снижается.

Влияние наполнителя на прочность неоднозначно. При прочих равных условиях отмечается максимум прочности при его расходе 40…50%. Эффективность использования зольно-известково-карбонатного наполнителя примерно одинаково проявляется во всем диапазоне изменения расхода цемента, и более заметно зависит от расхода суперпластификатора и отношения "вода – вяжущее". Так, рост прочности при введении наполнителя в количестве 30…50% от расхода вяжущего заметен при всех расходах суперпластификатора, однако более существенно он проявляется именно при повышенном его расходе. Увеличение отношения "вода – вяжущее" приводит к некоторому уменьшению положительно эффекта от введения наполнителя, однако он все же достаточно заметен (30…50%).

Таким образом, введение в состав ССС золы-уноса совместно с суперпластификатором и известково-карбонатной пылью способствует улучшению их реологических свойств, ускоряет гидратацию, способствует структурообразованию смесей. При расходе золы 30…50%% от массы вяжущего отмечается повышение прочности цементно-зольных растворов. Поэтому производство ССС для кладочных растворов указанного состава вполне целесообразно.

Литература

1. Оборудование для производства строительных материалов и работ. Справочник / Гл. ред. А.Д.Жуков.- Москва: Стройинформ, 2006.- 440 с.

2. Сергеев А.М. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности.- К.: Будівельник, 1984.- 120 с.

3. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л., Корнейчук Ю.А. Эффективные цементно-зольные бетоны.- Ровно: Изд. РГТУ, 1998.- 216 с.