Акулова М.В., Исакулов Б.Р., Джумабаев М.Д., Сартова А.М

Ивановский государственный архитектурно-строительный университет

ПОЛУЧЕНИЕ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И МЕСТНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КАЗАХСТАНА

Одной из важнейших задач развития государств Центральной Азии является создание и обеспечение строительной отрасли новыми эффективными строительными материалами и это относятся к числу наиболее актуальных проблем определяющих ускорение прогресса в этой области. Это снижение энерго- и материалоемкости в производстве вяжущих и бетонов, повышение качества их до мирового уровня и разработка новых более эффективных строительных материалов, интенсификация технологических процессов, широкое использование местного сырья и вторичных ресурсов. Выполнение вышеуказанных задач позволит расширить сырьевую базу и будет способствовать решению экологических проблем.

Анализ мирового опыта свидетельствует о том, что широкие возможности в решении этого комплекса проблем открываются с применением цементов и бетонов из минеральных отходов промышленности и агропромышленного комплекса. Они обладают рядом физико-механических и технико-эксплуатационных характеристик, значительно превышающих аналогичные свойства многих других минеральных вяжущих и композитов на их основе.

Для их изготовления в регионах Центральной Азии и Казахстана имеются сырьевые ресурсы в виде многотоннажных отходов металлургической, химической, горнодобывающей и энергетической промышленности, а также ежегодно возобновляемые растительные отходы сельского хозяйства. Универсальностью этих материалов является большой диапазон прочности при сжатии вяжущих от 20 до 180 МПа, бетонов от 0,5 до 150 МПа со средней плотностью 200 – 3500 кг/м³.

Перспективность применения этих материалов определяется тем, что производство их базируется на основе использовании отходов, попутных продуктов, таких, как все виды гранулированных и отвальных шлаков, золы – уноса и золошлаковых и хромошламовых смесей, а также щелочесодержащих, серосодержащих отходов и другие.

Для этих целей нами определены исследование свойств легких бетонов на основе легких органических заполнителей из местного сырья и различных отходов промышленности. Выбор связан с проблемой переработки хромосодержащего шлама Актюбинского завода хромовых соединений, которых более 3,5млн. т ежегодно поступает в отвалы завода. Одним из способов переработки хромосодержащего шлама АЗХС является производство гипсохромошламовых вяжущих и легких арболитобетонов на их основе.

Нами проведены экспериментальные работы по подбору оптимального состава и исследование свойств гипсохромошламового арболита. В качестве заполнителей использованы природные органические материалы растительного происхождения (измельченные тростники камыша, стебли хлопчатника, рисовая лузга и твердые фруктовые отходы) и токсичные отходы промышленности (боросодержащие и хромосодержащие шламы). В виде быстротвердеющего компонента использован строительный гипс Чимкентского гипсового завода.

Результаты стандартных испытаний гипса: нормальная густота теста —45%, начало схватывания — 15 мин 30 с, конец схватывания — 18 мин 30 с, остаток на сите с сеткой № 02 — 5,8%, предел прочности образцов при сжатии через 1,5 ч — 5,4 МП а, предел прочности при изгибе через 1,5 ч — 2,5 МПа.

Сухой хромосодержащий шлам из отвала АЗХС измельчен в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 0,5 м²/г (метод воздухопроницаемости).

Вяжущее получено путем совместного помола строительного гипса и хромосодержащего шлама в шаровой мельнице в течение 20 мин. Состав вяжущего: 60% строительного гипса и 40% хромосодержащего шлама. Результаты испытаний смешанного вяжущего по ГОСТ 125—70: нормальная густота теста — 39%, начало схватывания — 11 мин, конец схватывания — 17 мин 30 с, предел прочности при сжатии через 1,5 ч — 2,85 МПа, предел прочности при изгибе через 1,5 ч — 1,7 МПа.

Подбор составов легких бетонов выполнен по заданной жесткости бетонной смеси. При подборе жесткость аролитовой смеси выбрана равной 10—15 с.

Результаты испытаний арболитобетонных образцов различными видами органических заполнителей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Свойства арболита на основе различными заполнителями

растительного происхождения

Тип заполнителя	Средняя плотность сухого арболита, кг/м³	Предел прочности при сжатий, МПа в возрасте
		1,5 ч	28 сут	1 год	3 года
Тростник камыша Стебли хлопчатника Рисовая лузга	600 650 600 650 600 650	0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7	1,5 1,6 1,3 1,4 1,1 1,2	1,7 1,8 1,4 1,5 1,3 1,4	1,8 1,8 1,5 1,6 1,4 1,5

При изучении изменения прочности во времени использовали арболитовые образцы со средней плотности 600 до 650 кг/м³. Исследования показывают, что интенсивный рост прочности наблюдается первые 28 суток, а в дальнейшем значительно медленнее. Увеличение прочности на сжатие, на наш взгляд, объясняется тем, что продолжается процесс гидратации камня вяжущего. Гипсохромошламосодержащий раствор, поглощенный органическим заполнителем в процессе приготовления арболитовой смеси, в период твердения мигрирует в тело каркаса, вследствии чего углубляется процесс гидратации гипсошламового цементного камня при последующем твердении. Добавки-замсдлители увеличивают продолжительность подготовительного периода при твердении вяжущего, повышают удобоукладываемость бетонной смеси и прочность арболита. Например, введение 15% добавки в виде пиритного огарка от массы гипсхромошламового вяжущего позволило повысить прочность арболита при сжатии через 1,5 часа с 1,1 до 1,8 МПа. Через 30—60 мин после затворения прочность образцов при сжатии составляет 50—80% от 28-дневной прочности.

В таблице 2 даны предложенные нами составы и свойства гипсохромошламового арболита.

Таблица 2.

Предлагаемые составы и свойства гипсохромошламового арболита

Наименование показателей	Един. изм.	Величина показателей для арболита
		В 0,75	В 1,0	В 1,5	В 2,5	В 3,5
1. Расход пуццоланового цемента марки 400	кг	250	280	300	325	350
2. Расход гипса марки 100	кг	100	100	100	110	120
3. Расход смешанных органи- ческих заполнителей (стебли тростника камыша и рис.луз)	кг	175/65	195/65	215/65	235/70	250/75
4. Расход воды на 1м^3 смеси при сухих органических заполнителях	л/м^3	270	300	325	350	370
5. Расход хромошлама	кг	75	80	85	90	95
6.Расход комплексных добавок: - жидкое стекло; - хлористый кальций	кг/м^3 кг/м^3	10 6	10 6	12 6	12 6	12 8
7. Плотность в высушенном состоянии	кг/м^3	400-430	450-460	500-540	540-590	590-600
8. Призменная прочность при сжатий Rbn	МПа	0,3	0,6	0,95	1,65	2,1
9. Модуль упругости при сжатии σ = 0,3 Rbn	МПа	200-250	250-400	400-650	650-1100	1000-1300
10. Водопоглощение (по массе) через 48 часов	%	95	85	75	67	45
11. Морозостойкость	цикл	5	20	35	50	75
12.Коэффициент теплопроводности	Вт/м^2К	0,05	0,065	0,085	0,10	0,135

Для изучения влияния фактора времени на прочность гипсохромошламового арболита проводились испытания прочности образцов различного состава, хранившихся в воздушно-сухих условиях.

Испытания показали, что для пропаренных образцов гипсохромошламового арболита характерно интенсивное нарастание прочности в первые 5—7 суток после пропаривания, что, очевидно, связано с удалением избыточной влажности воды из образцов и увеличением жесткости органического заполнителя, а также сцепления заполнителя с камнем вяжущего.

При дальнейшем выдерживании образцов (до 12 мес.) прочность образцов повышается и это можно объяснить увеличением прочности камня вяжущего. Длительное время сохраняется прочный и плотный контакт камня хромошламового вяжущего и органического заполнителя.

Для образцов гипсохромошламового арболита нормального твердения характерно постепенное нарастание прочности в течение первого месяца твердения с дальнейшей стабилизацией этого показателя во времени. Прочность образцов нормального твердения существенно ниже, чем у пропаренных образцов, и с течением времени этот разрыв в прочности сохраняется.

На основе ГХСШ вяжущего и органических заполнителей растительного происхождения Казахстана и Средней Азии получены быстросхватывающиеся и быстротвердеющие арболиты марок 25—35 с объемной массой 550—600кг/м³.

Приведенные выше результаты определений основных технических свойств легких бетонов показывают, что их можно использовать для изготовления ограждающих и несущих конструкций - жилых и сельскохозяйственных зданий и сооружений.