Бұл мақалада Алматы ЖЭС күлінің негізінде толтырғышты қолдана отырып, жеңіл конструкциялық бетонды әзірлеу бойынша зерттеулердің нәтижелері келтірілген. Жеңіл толтырғыштар күлді қоспалармен түйіршіктеу және қалыпты жағдайда қатаюы арқылы алынады. Цилиндрде қысу кезінде күлді толтырғыштардың беріктігі 1,93–2,94 МПа құрайды.
Шикізат қоспаларының құрамы есептеліп, жеңіл конструкциялық бетонның текше тәрізді үлгілері жасалды. Өнімнің қатаюы қалыпты жағдайда 14 тәулік ішінде жүзеге асырылды (20+/-2 º С). Бетон үлгілерінің сығылу беріктігі 16,72–18,13 МПа құрады, орташа тығыздық мәні 1761–1767 кг/м 3 , ал жылу өткізгіштік коэффициенті 0,81–0,82 Вт/м о С шегінде болды. Алынған бетон үлгілерінің қасиеттерінің мәні ГОСТ 25820–2014 талаптарын қанағаттандырады. Жеңіл бетон. Техникалық шарттар.
Кілт сөздер: күл, толтырғыш, жеңіл қонструкциялық бетон, беріктік, тығыздық.
В данной статье приведены результаты исследований по разработке легкого конструкционного бетона с применением заполнителя на основе золы Алматинской ТЭС. Легкий заполнитель получают путем грануляцией смеси золы и твердевших в нормальных условиях. Прочность зольного заполнителя при сжатии в цилиндре составляет 1,93–2,94 МПа. Рассчитаны составы сырьевых смесей и изготовлены образцы-кубы легкого конструкционного бетона. Твердение изделий осуществлялось в нормальных условиях в течение 14 суток (20+/-2ºС). Прочность образцов бетона на сжатие составила 16,72–18,13 МПа, среднее значение плотности находилось в пределах 1761–1767 кг/м 3 , а коэффициент теплопроводности в пределах 0,81–0,82 Вт/мºС. Значение свойств полученных образцов бетона удовлетворяет требованиям ГОСТ 25820–2014. Легкий бетон. Технические условия.
Ключевые слова: зола, заполнитель, легкий конструкционный бетон, прочность, плотность.
Қоршау конструкцияларын салу құнын және құрылыс құнын төмендетудің перспективалық жолдарының бірі — жеңіл бетондарға кеуекті жасанды толтырғыштар енгізу. Қалдықтарды қайта өңдеу бағыттарының бірі оларды бетон үшін шикізат ретінде, сондай-ақ жасанды бетон толтырғыштарын жасау үшін пайдалану болып табылады. Өнеркәсіптік қалдықтар құрылыс материалдары қажеттілігінің 30 %-дан астамын жабады, табиғи шикізаттан құрылыс материалдарын өндірумен салыстырғанда оларды пайдалануға арналған шығындарды шамамен 20...40 % төмендетеді, техника-экономикалық көрсеткіштері жоғары заманауи құрылыс материалдарын жасауға, қоршаған ортаның ластануын азайтуға мүмкіндік береді [1].
Бұл мақалада Алматы ЖЭО-2 күлі негізінде жеңіл толтырғышты қолдана отырып, жеңіл конструкциялық бетон құрамдарын әзірлеу бойынша зерттеулердің нәтижелері келтірілген.
Алматы ЖЭО-2 КҚҚ құрғақ, борпылдақ, сұр түсті үлпек тәрізді ұнтақ түрінде болады. КҚҚ — ның шамамен 70 %-ы күл және 30 %-ы қож. Қож қалдықта тұрақты емес пішінді қара сфералық қоспалармен ұсынылған. КҚҚ химиялық инертті, улы емес, өртке қауіпті емес, жарылысқа қауіпсіз. Радиациялық қауіпсіздік класы МЕМСТ 30108–94 және НРБ99 I А эфф =94,6±17,8 Бк/кг сәйкес. ЗШС технологиялық және физикалық көрсеткіштері: үйілмелі тығыздығы — 1420 кг/м 3 ; ылғалдылығы — 48 % [2]. Құрғақ күлдің үйілмелі тығыздығы — 681,6 кг/м 3 .
Кесте 1
Алматы ЖЭО-2 КҚҚ химиялық құрамы
|
SiO 2 |
TiO 2 |
Al 2 O 3 |
Fe 2 O 3 |
CaO |
MgO |
Na 2 O |
K 2 O |
қалғ. |
|
54,0 |
1,0 |
26,5 |
7,0 |
6,5 |
1,5 |
0,5 |
2,0 |
1,5 |
Біз ЖЭС күлінен жеңіл толтырғыштар құрамын әзірлеу бойынша зерттеулерге талдамалық шолу жүргіздік [3,4]. 2-кестеде клинкер технологиясы арқылы алынған күл негізіндегі жеңіл толтырғыштардың құрамы мен қасиеттері көрсетілген.
Кесте 2
Күл негізіндегі жеңіл толтырғыш үлгілерінің құрамы мен қасиеттері
|
№ |
Құрамы, % |
р н , кг/м 3 |
цилиндрде қысу кезіндегі беріктік, МПа |
Қатаюы |
|
1 |
Күл — 80 Цемент — 20 |
584 |
2,5 |
Бөлме температурасында 28 тәулік |
|
2 |
Күл — 75 Цемент — 25 |
575 |
2,91 |
|
|
3 |
Күл — 70 Цемент — 30 |
547 |
2,84 |
|
|
4 |
Күл — 80 Цемент — 20 CaCl 2– 3 |
542 |
2,73 |
|
|
5 |
Күл — 75 Цемент — 25 CaCl 2– 3 |
560 |
2,94 |
|
|
6 |
Күл — 70 Цемент — 30 CaCl 2– 3 |
568 |
2,61 |
|
|
7 |
Күл — 80 Сұйық шыны — 20 |
462 |
1,93 |
|
|
8 |
Күл — 75 Сұйық шыны — 25 |
497 |
2,57 |
|
|
9 |
Күл — 70 Сұйық шыны — 30 |
542 |
2,8 |
Сур. 1. Күл негізіндегі жеңіл толтырғыш үлгілері
2-кестеде келтірілген мәліметтерден көрініп тұрғандай, күл толтырғышының тығыздығын төмендету үшін массаның құрамына цемент пен сұйық шыны қосылды, сонымен қатар, қосымша ретінде цемент массасынан 3 % мөлшерде кальций хлориді қосылды. Күлге сұйық шыны қосылған толтырғыштардың үйінді тығыздығы аз, сондай-ақ цилиндрде қысу кезіндегі беріктігі де төмен болатыны анықталды. Күлге сұйық шыны және цемент қосылған толтырғыштарды салыстырғанда цемент негізіндегі толтырғыштардың беріктігі жоғарылағанын байқауға болады. Қатаюдан кейін түйіршіктердің беріктігін қамтамасыз ететін цементтің оңтайлы мөлшері 25 %-ды құрайтыны анықталды, бірақ тығыздығы жоғары, алайда бұл көрсеткіштер нормативтік құжаттардың талаптарына сәйкес келеді [5].
Күл толтырғыштарында жеңіл бетонның құрамын әдебиетте келтірілген әдістеме бойынша есептеу жүргізілді [6]. Жеңіл құрылымдық бетонның екі құрамы есептелді. Бетон құрамын есептеу үшін 2 және 5 құрамдардың күлді толтырғыштары (кесте 2) қабылданды.
Есептеулер 1 м 3 жеңіл бетон дайындау үшін қажет екенін көрсетті:
1 құрам — цемент — 385 кг; толтырғыш (күл мен цемент) — 265 кг; кварц құмы — 992 кг; су — 212 л;
2 құрам — цемент — 385 кг; толтырғыш (күл, цемент, кальций хлориді) — 265 кг; кварц құмы — 992 кг; су — 212 л.
Жеңіл бетон үлгілері 1 м 3 бетонның құрамын есептеу негізінде дайындалды. Бетон үлгілері 10x10x10 см, көлемі 1000 см 3 стандартты өлшемдегі текшелер түрінде дайындалды. Мұндай көлемге бетон қоспасын дайындау үшін шикізат компоненттерін қайта есептеу жүргізілді.
Өлшегеннен кейін, есептеуге сәйкес, шикізат құрғақ түрінде 1,5–2 минут араластырылды, содан кейін су қосылып, біртекті қоспаны алғанға дейін қайтадан араластырылды. Алынған қоспа алдын-ала майланған металл қалыптарға салынып, зертханалық вибростолда 10–12 секунд ішінде дірілдеді. Бетон үлгілері қалыпта 10–12 сағат бойы сақталды, содан кейін қалыптардан босатылды. Бұйымдарды одан әрі қатайту бөлме температурасында 14 күн бойы жүзеге асырылды, содан кейін бетонның орташа тығыздығы мен беріктігі анықталды.
Кесте 3
Күл қиыршық тасы қолданылған жеңіл бетон үлгілерінің қасиеттері
|
№ |
Құрамы, % |
Бетонның орташа тығыздығы, кг/м 3 |
Қысу кезіндегі беріктік, МПа, (қатаюдың 14 тәулігінен кейін) |
жылу өткізгіштік коэффициенті, λ, Вт/м º С |
|
1 |
Күл — 75 Цемент — 25 |
1761 |
16,72 |
0,81 |
|
2 |
Күл — 75 Цемент — 25 CaCl 2– 3 |
1767 |
18,13 |
0,82 |
Сурет 2. Цемент пен цемент, кальций хлориді бар күл негізіндегі толтырғыштарды қолдану арқылы алынған жеңіл бетондардың үлгілері: а — цемент қосылған күл толтырғышы бар бетон текшесі, б — цемент, кальций хлориді қосылған күл толтырғышы бар бетон текшесі
Сынау нәтижелерінен (кесте 3) алынған мәліметтерден көрініп тұрғандай, бетон үлгілерінің 14 тәуліктен кейінгі беріктігі жоғары. Біркелкі құрылыммен және бетонның 28 күндік қатаюымен оның беріктік көрсеткіші тағыда жоғарылайды.
Алынған нәтижелерге сәйкес бетон үлгілерінің қасиеттері нормативтік құжаттың талаптарын толығымен қанағаттандырады [7], онда құрылымдық бетондар келесі негізгі талаптарды қанағаттандыруы керек:
– орташа тығыздығы бойынша маркасы D 2000 жоғары емес;
– қысу беріктігі кемінде 12,5 МПа.
Сонымен қатар, біздің құрылымдық бетонның үлгілерін қысу кезіндегі беріктік көрсеткіштері 14 тәуліктік қатаюдан кейін келтірілген. [8] мәліметтерге сәйкес, бетонның теориялық беріктігі 28 тәуліктік бетонның беріктігінен 1,2 есе жоғары немесе 28 тәуліктік беріктіктің 30 % құрайды. Сонымен қатар, осы мәліметке сәйкес бетонның беріктігі ондық логарифмдердің Мантисінің өзгеру динамикасына дәл сәйкес келеді және N = 100 ‧ (lg (n) / lg (28)) формуласы бойынша анықталады, мұндағы n бетонның беріктігін анықтау керек күн (кем дегенде 3 күн).
Осы формулаға сәйкес 14 тәуліктік бетонның беріктігін формула бойынша 28 тәуліктік беріктікке санауға болады:
R б (28) = R б (14) (lg 28/lg 14)
мұндағы, R б (28) және R б (14) — 28 және 14 тәуліктік жаста бетонды қысу кезіндегі беріктік.
Бетонның беріктігін 14 тәуліктен 28 тәулікке қайта есептегеннен кейін мынадай көрсеткіштер алынды:
– 1,2 есе жоғары болғанда, 28-тәуліктік беріктік тиісінше 20,06 МПа және 21,75 МПа құрады;
– 30 % жоғары болғанда, 28 тәуліктік беріктік тиісінше 21,74 МПа және 23,57 МПа құрады;
– ондық логарифмдердің Мантиссасының өзгеру динамикасын есептеу кезінде 28 тәуліктік беріктік сәйкесінше 21,11 МПа және 22,9 МПа құрады.
Есептеулердің үш түрі бойынша алынған беріктік көрсеткіштерінің есептік мәндері М200 бетон маркасына және В15 класына жақын және сәйкес келеді.
Алынған бетонның жылу өткізгіштік коэффициенті тығыздығы 1600–1800 кг/м 3 болатын керамзитбетонның жылу өткізгіштік коэффициентіне ұқсас [9].
Осылайша, қалыпты жағдайда 28 тәуліктік қатаю кезінде (20+/-2 º С) күл толтырғышын қолдана отырып, М200 жеңіл құрылымдық бетон алуға, оның негізінде өнеркәсіптік және азаматтық ғимараттар салу үшін темірбетон конструкцияларын жасауға болады.
Әдебиет:
- Белов В. В. Строительные материалы: учебник для бакалавров/ В. В. Белов, В. Б. Петропавловская, Н. В. Храмцов. Москва: АСВ, 2014. — 272 с.
- С. В. Гладышев, Р. А. Абдулвалиев, Р. И. Саяхов, Н. В. Усманов, Г. В. Кузнецова. Производство строительных материалов на основе золошлаковых отходов Алматинской ТЭЦ-2. Комплексное использование минерального сырья. № 3. 2016. — С. 102–108.
- Жугинисов М. Т., Рахметулла А. А., Оралтаева А. Р. Аналитический обзор исследований по технологии легких заполнителей на основе природного и техногенного сырья.//Вестник КазНИТУ им. К. И. Сатпаева, № 4, 2021 г.
- Оралтаева А. Р., Рахметулла А. А., Жугинисов М. Т. ЖЭС күл-қож қалдықтарын жеңіл бетондар технологиясында жарату зертеулерді талдау. Международная научно-практическая конференция. Сатпаевские чтения — 2022: Тренды современных научных исследований.
- ГОСТ 33928–2016 «Заполнители искусственные пористые на основе зол и шлаков ТЭС».
- Скрамтаев Б. Г., Буров В. Д., Панфилова Л. И., Шубенкин П. Ф. Примеры и задачи по строительным материалам. М.: Высшая школа. — 1970. — 232 с.
- ГОСТ 25820–2014 Бетоны легкие. Технические условия .
- Прочность бетона ввозрасте 7 суток/Стройматериалы/https://sevparitet.ru/raznoe/prochnost-na-7-sutki-betona.html.
- СНиП II-3–79* Строительная теплотехника.
