Производство керамобетонов: РАЗРАБОТКА СОСТАВА МАСС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМОБЕТОНОВ КОРУНДОВОГО СОСТАВА | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Содержание

РАЗРАБОТКА СОСТАВА МАСС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМОБЕТОНОВ КОРУНДОВОГО СОСТАВА | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Гавшина О.В.1, Дороганов В.А.2, Евтушенко Е.И.3

1Аспирант, 2Кандидат технических наук, 3Доктор технических наук, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

РАЗРАБОТКА СОСТАВА МАСС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМОБЕТОНОВ КОРУНДОВОГО СОСТАВА

Аннотация

В статье приведены результаты исследований по подбору зернового состава заполнителя для композиционных материалов глиноземистого состава. В ходе исследований показана возможность получения керамобетона на основе заполнителя и связующего одного химического и фазового состава.

Ключевые слова: корунд, глинозем, искусственные керамические вяжущие, композиционные материалы, огнеупоры, керамобетоны.

Gavshina O.V.1, Doroganov V.A.2, Evtushenko E.I.3

1Postgraduate student, 2Candidate of Technical Sciences,3Doctor of Technical Sciences, Belgorod State Technological University

DEVELOPMENT OF MASS PRODUCTION FOR CONCRETE CERAMIC CORUNDUM COMPOSITION

Abstract

The paper presents the results of studies on the selection of grain filler for composite materials aluminous composition. During researches demonstrated the possibility of obtaining on the basis of concrete ceramic filler and a binder of the same chemical and phase composition.

Keywords: corundum, alumina, ceramic binders, artificial, composite materials, refractory materials, ceramic concrete.

В тепловых агрегатах находят применение огнеупорные бетоны, набивные массы и крупные огнеупорные блоки.  Основными  их недостатками являются недостаточная плотность, снижение прочности при нагревании за счет разности химического и фазового состава вяжущего и заполнителя, недостаточное объемопостоянство,  взаимодействие вяжущего с заполнителем с образованием легкоплавких эвтектик, что снижает огнеупорность материала и др.

Частичное устранение этих недостатков возможно при применении керамобетонов, представляющих собой гетерогенные полифракционные композиции, состоящие из крупного огнеупорного заполнителя, промежутки между которыми заполнены дисперсной керамической связкой аналогичного химического и фазового состава с образованием прочного конгломерата. [1-5]

Керамобетонные материалы могут быть как неформованными, так и формованными, безобжиговыми и обожженными. Свойства керамобетона определяют составляющие компоненты и структура, которая формируется в процессе изготовления.  При этом особое влияние на свойства керамобетона оказывают свойства вяжущего, прежде всего усадка при сушке и прочность после формования. [2] Одним из перспективных вяжущих для керамобетонов являются искусственные керамические вяжущие (ИКВ) различного состава, полученное по технологии ВКВС. [6-9]

В качестве сырьевых материалов для исследования и разработки корундовых керамобетонов было использовано искусственное керамическое вяжущее и заполнитель на основе корунда и α-глинозема. Оптимальный зерновой состав заполнителя подбирался по значению коэффициента упаковки (Купок) и коэффициента уплотнения (Куплот), которые представлены табл.1.

 

Таблица 1 – Оптимальный зерновой состав заполнителя

№  зернового

состава

Содержание фракций, %ρнас.,Куп
α-глинозем
более 2.5мм
2,5-0,63 ммменее 0,63 мм.г/см3
1 2060202,180,54
2 4040202,310,58
3102020502,0580,514

 

Для определения свойств огнеупора на основе корундового керамобетона были сформованы составы с различным содержанием вяжущего и заполнителя, в соответствии с в табл. 2.

 

Таблица 2 – Составы исследуемых керамобетонов

№ состава

зернового состава

Содержание ВКВС,%Содержание заполнителя, %
1.113070
1.2135
65
2.123070
2.223565
3.135743
3.236040
3.336337

 

Для каждого состава методом вибропрессования были изготовлены образцы-кубы которые частично  были подвергнуты обжигу при температуре 1300°С. После чего были определены основные физико-механические характеристики, которые представлены на рис 1-3.

Рис. 1 – Диаграмма значений открытой пористости образцов различного зернового состава

 

На диаграмме видно, что значения пористости образцов четырехфракционного состава больше значений образцов трехфракционого состава. Наибольшими значениями 27-32% характеризуются образцы 3.1 и 3.2 с содержанием вяжущего 57% и 60% соответственно. В трехфракционных составах значение пористости составляет 18-20%, исключением являются образцы 1.1, имеющие в своем составе 60% фракции размерами 2,5-0,63мм и с содержанием ИКВ 30%. Значение пористости состава 1.1 в 1,4 раза превышает значения состава 1.2, содержащего 35% вяжущего.

Рис. 2 – Диаграмма значений кажущейся плотности образцов различного зернового состава

 

Из диаграммы (рис. 2) видно, что плотность изделий напрямую зависит от фракционного состава заполнителя и содержания ИКВ. Наибольшей плотностью характеризуются образцы 2.1, 2.2 и 1.2, значения находятся в интервале 3,17-3,27г/см3. Плотность же образца 1.1, содержащего 30% ИКВ, на 10 % меньше чем у образца 1.2.0

Рис. 3 – Диаграмма значений и прочности на сжатие образцов различного зернового состава

 

Для четырехфракционных составов наблюдается увеличение кажущейся плотности, по мере возрастания содержания в них высококонцентрированной вяжущей суспензии, но значения остаются ниже чем у образцов трехфракционных составов.

На диаграмме (рис. 3) видно, что безобжиговые образцы имеют невысокую прочность(1-4 МПа) по сравнению с образцами, которые прошли термообработку 1300 ºС (70 МПа). Для четырехфракционных составов характерно увеличение предела прочности при сжатии с увеличением содержания в них вяжущего компонента, так значения прочности образцов 3.2 и 3.3 более чем в 2,5 раза превышают прочностные характеристики образцов состава 3.1. Образцы с содержанием ИКВ 35% характеризуются максимальной   прочностью 64-70 МПа, в 2,8 раза превосходит образцы с тем же фракционным составом, но с содержанием вяжущего 30%.

Таким образом по результатам исследований физико-механических характеристик экспериментальных составов подвергнутых термообработке при различной температуре был определен оптимальный состав для вибропрессования состав 2.2: 35% – ИКВ на основе корунда, 65% – корунда. Данный состав имеет следующие характеристики после термобработки П

отк = 17,5-18%, ρкаж = 3,24-3,27 г/см3, σсж = 64 МПа.

Данный композиционный материал может быть использован в качестве футеровочного материала для различных тепловых установок, работающих при высоких температурах.

Данная работа выполнена в рамках РФФИ №14-43-08046.

Литература

  1. Пивинский Ю. Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. М.: Металлургия, 1990. 272с.
  2. Пивинский Ю.Е. Основы технологии керамобетонов// Огнеупоры. 1978. №2. с. 34-42.
  3. Гавшина О.В., Дороганов В.А. Разработка и исследование искусственных керамических вяжущих на основе глиноземистого сырья / Наукоемкие технологии и инновации (XXI Научные чтения): Междунар. науч.-практ.конф.,(Белгород, 9-10 окт. 2014 г. ), Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. С. 70-73.
  4. Дороганов Е.А., Дороганов В.А., Бельмаз Н.С., Тимошенко К.В., Трепалина Ю.Н., Перетокина Н.А., Немец И.И., Евтушенко Е.И., Зуев А.С. Разработка и исследование композиционных огнеупорных материалов на основе модифицированных дисперсных систем // Новые огнеупоры. 2009. № 11. С. 35–41
  5. Евтушенко Е.И., Перетокина Н.А., Сулейманова Л.А., Сыса О.К., Бедина В.Ю., Миженина О.В. Теплоизоляционные материалы на основе искусственных керамических вяжущих различного состава // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. № 6. С. 149-151.
  6. DoroganovE. A. Bel’mazN. S., DoroganovV. A., TimoshenkoK. V., TrepalinaYu. N., PeretokinaN. A., NemetsI. I.,  ZuevA. S., EvtushenkoE. I.  Development and study of composite refractory materials based on modified dispersed// Refractories and Industrial Ceramics. 2009.Volume 50, Number 6. р. 431-437.
  7. Зуев А.С., Евтушенко Е.И., Дороганов В.А. Применение искусственных керамических вяжущих на основе термоактивированного высокоглиноземистого сырья в технологии полусухого формования // Новые огнеупоры. 2012. № 4. С. 17-20
  8. Zuev A.S.Evtushenko E.I., Doroganov V. A. The use of artificial ceramic binders based on thermally activated high-alumina raw materials in a semi-dry pressing technology// Refractories and Industrial Ceramics. 2012. Volume 53, Number 2. р. 97-100.
  9. Дороганов Е.А., Дороганов В.А., Евтушенко Е.И., Перетокина Н.А., Бедина В.И., Данилова О.Ю., Гоголевская О.В. Огнеупорные материалы на основе искусственных керамических вяжущих суспензий карбидокремниевого состава// Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. ­­ 2013. № 4. С. 156-160.

References

  1. Pivinskij Ju. E. Keramicheskie vjazhushhie i keramobetony. M.: Metallurgija, 1990. 272s.
  2. Pivinskij Ju.E. Osnovy tehnologii keramobetonov// Ogneupory. 1978. №2. s. 34-42.
  3. Gavshina O.V., Doroganov V.A. Razrabotka i issledovanie iskusstvennyh keramicheskih vjazhushhih na osnove glinozemistogo syr’ja / Naukoemkie tehnologii i innovacii (XXI Nauchnye chtenija): Mezhdunar. nauch.-prakt.konf.,(Belgorod, 9-10 okt. 2014 g. ), Belgorod: Izd-vo BGTU, 2014. S. 70-73.
  4. Doroganov E.A., Doroganov V.A., Bel’maz N.S., Timoshenko K.V., Trepalina Ju.N., Peretokina N.A., Nemec I.I., Evtushenko E.I., Zuev A.S. Razrabotka i issledovanie kompozicionnyh ogneupornyh materialov na osnove modificirovannyh dispersnyh sistem // Novye ogneupory. 2009. № 11. S. 35–41
  5. Evtushenko E.I., Peretokina N.A., Sulejmanova L.A., Sysa O.K., Bedina V.Ju., Mizhenina O.V. Teploizoljacionnye materialy na osnove iskusstvennyh keramicheskih vjazhushhih razlichnogo sostava // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2013. № 6. S. 149-151.
  6. Doroganov E. A. Bel’maz N. S., Doroganov V. A., Timoshenko K. V., Trepalina Yu. N., Peretokina N. A., Nemets I. I.,  Zuev A. S., Evtushenko E. I.  Development and study of composite refractory materials based on modified dispersed// Refractories and Industrial Ceramics. 2009.Volume 50, Number 6. r. 431-437.
  7. Zuev A.S., Evtushenko E.I., Doroganov V.A. Primenenie iskusstvennyh keramicheskih vjazhushhih na osnove termoaktivirovannogo vysokoglinozemistogo syr’ja v tehnologii polusuhogo formovanija // Novye ogneupory. 2012. № 4. S. 17-20
  8. Zuev A.S.Evtushenko E.I., Doroganov V. A. The use of artificial ceramic binders based on thermally activated high-alumina raw materials in a semi-dry pressing technology// Refractories and Industrial Ceramics. 2012. Volume 53, Number 2. r. 97-100.
  9. Doroganov E.A., Doroganov V.A., Evtushenko E.I., Peretokina N.A., Bedina V.I., Danilova O.Ju., Gogolevskaja O.V. Ogneupornye materialy na osnove iskusstvennyh keramicheskih vjazhushhih suspenzij karbidokremnievogo sostava// Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. ¬¬ 2013. № 4. S. 156-160.

Свойства, характеристики, область применения керамзита

Современные строительные технологии не стоят на месте, постоянно в нашу жизнь приходят новые, более совершенные материалы. Наука постоянно работает на тем, чтобы уменьшить вес материала, повысить его рабочие характеристики и минимизировать себестоимость. Особенно важен аспект теплопроводности — как в холодном климате, так и в жарком. В различных климатических поясах, вопрос сохранения тепла всегда на слуху, мерзнуть никому не хочется.

Одним из таких материалов, в мировом масштабе, является керамзит. Его научились производить относительно недавно, благодаря теплоизолирующим свойствам он стал востребован повсеместно.

Керамзит – свойства, характеристики

  • длительный срок эксплуатации;
  • пожаробезопасный;
  • атмосфероустойчивый;
  • прочный;
  • не выделяет запаха;
  • морозоустойчив;
  • экологически чист;
  • низкая теплопроводность;
  • высокая насыпная плотность;
  • легкий вес;
  • водоустойчив.

Как делают керамзит

Его производное сырье — определенный сорт легкоплавкой глины, экологически безопасной, без примесей и добавок.

Керамзит изготавливают методом обжига глины в печах при высоком давлении и повышенных температурах. Поэтому, на вопрос — что такое керамзит, можно ответить, что это обработанная глина.

В процессе производства, глина закипает, делается пузырьками — гранулами. Внешняя оболочка начинает плавиться, при этом, создается гладкая, ровная поверхность. Если его разрезать аккуратно пополам, мы увидим, что, внутри каждая гранула имеет пористую структуру. На выходе получают гранулы различного диаметра, которые затем сортируют и складируют по размеру. Именно от размера будет зависеть цена и сфера применения.

Виды керамзита

В зависимости от размера зерна и формы, его подразделяют на такие виды:

  • Керамзитовый гравий — полукруглые окатыши, цвет — от красного к коричневому.
  • Щебень – крупные  осколки керамзита после его дробления. Форма угловатая, с заостренными краями.
  • Песок — производственный отсев, по сути побочный, дешевый материал, получаемый в процессе производства.

Керамзитовый гравий в свою очередь делится по фракциям:

  • 5 – 10 мм — наиболее востребована в самых различных сферах. Используется как заполнитель в бетонных растворах, участвует в изготовлении теплых, легких керамзитоблоков, применяется в утеплительных фасадных и фундаментных работах. Имеет наивысшую насыпную плотность поэтому часто добавляют к более крупной фракции для заполнения пустот. Крупная фракция имеет низкую насыпную плотность, часто в растворе образуются пустоты, которые негативно сказываются на прочности конечной конструкции.

Такой вид часто используется в различных фильтрационных промышленных системах для очистки воды.

Повсеместное применение имеет в декорировании парковых участков, лужаек, клумб, фонтанов, памятников….В приусадебном участке им отсыпают дорожки, обрамляют цветники.

  • 10 – 20 мм также имеет широкую сферу применения. Его часто используют в качестве дренажа для растений. Вносят в почву, тем самым разрыхляя плотный грунт у корней растений, повышая проницаемость грунта влагой и кислородом. В сельском хозяйстве его вносят на грядки в местах посадки овощей, клубники с целью дренирования слежавшегося грунта. Химические свойства керамзита позволяют его применять в качестве дренажа, ведь он не разлагается в почве, а значит экологически безопасен — растения от него ничего вредного не впитают. Вывод однозначен — керамзит для дренажа идеальное решение.

Также данная фракция используется в качестве утеплителя крыш, чердаков, перегородок. С успехом используется в работах для заливки полов. Такой вариант весьма выгоден — полы будут теплыми, не боятся грибка, плесени, влаги.

При прокладке длинных путепроводов, труб, траншея также обязательно утепляется керамзитом, это снижает теплопотери в холодное время года и предохраняет трубы от коррозии.

  • 20 – 40 мм самая крупная фракция, также имеет довольно обширное применение. В первую очередь это производство легкого товарного бетона, в больших количествах. Крупный размер зерна способствует его применять в местах, где требуется толстый слой утеплителя. Это могут быть крыши домов, легкий собственный вес не даст высокой нагрузки на стены и перегородки. Еще им утепляют чердаки строений, фундаменты домов.

Керамзитовый песок — отсев, гранулы 0 – 5 мм — это производственные отходы, получаемые в производственном процессе. Как материал, особой ценности не представляет, основное использование имеет в качестве замены обычного песка в растворах. Его себестоимость нулевая поэтому им выгодно замещать обычный строительный песок, цена которого значительно удорожает бетонные массы.

Имеет актуальное применение в устройстве стяжек для пола. Применение керамзита в стяжке позволяет получить ровную теплую поверхность, который не подвержен сырости и грибкам. К тому же, в помещении будет теплее с таким полом. Теплопроводность керамзита значительно ниже, чем у подобных материалов.

При обустройстве гидропонных систем также востребован керамзитовый песок в качестве наполнителя.

Песок, фракции 0 – 3 мм имеет свое уникальное применение в теплых растворах при кладке кирпича. Всем знаком термин — мостики холода, это цементные, холодные швы между кирпичами в кладке. Показатели теплопроводности в среднем 1,15 Вт/м3 С, но, при замене обычного песка на керамзитовый теплопроводность значительно снижается, в цифрах это 0,34 Вт/м3 С.

Керамзитовый щебень – что это

По своим техническим показателям, особой разницы между гравием и щебнем не увидим. Такой же сверхпрочный, устойчивый к агрессивным средам, с низкой теплопроводностью. Отличие только визуальное — форма зерна угловатая, масса не однородная. Но, именно благодаря угловатой форме, щебень имеет лучшее сцепление в бетонном растворе при изготовлении керамобетона. Его применение в приоритете перед гравием.

Бетонные изделия с применением керамзитового щебня имеют легкий вес, высокую прочность, обладают низкой теплопроводностью.

Такой вид керамзита не показан к применению для заливки и стяжки полов в помещениях. Его неоднородная масса не позволит произвести ровную поверхность, его практически не возможно плотно утрамбовать и выровнять. Вполне возможны пустоты в массе, которые обязательно приведут к трещинам в полу и это будет проблематично заделать. Потому как сверху будет лежать основное покрытие — плитка, ламинат, ковровое покрытие…

Керамзитовый щебень с успехом применяется для утепления теплотрасс, гидроизоляция трубопроводов, дренирование почвы для поддержания кислородного и воздушного баланса.

Какой керамзит нужен для стяжки

Стяжка пола может выполняться двумя способами, оба варианта имеют применение.

Сухая стяжка

Перед началом работ, выставляются маяки.

  • Чистая бетонная поверхность укрывается полиэтиленовой пленкой с заходом на стены, 5 – 10 см вверх.
  • Насыпается керамзит, разравнивается, чем больше размер гранул, тем ниже нагрузка на основание.
  • Сухой материал проще разровнять по поверхности, чем уже готовую бетонную смесь.
  • Ровный, утрамбованный слой заливается тонким цементным молочком.

Два — три дня необходимо для высыхания, до начала следующих работ.

Мокрая стяжка

Готовый раствор с керамзитом в составе, заливают на подготовленное бетонное основание, на котором уложена пленка. Также дают время для высыхания, после чего производят основную тонкую стяжку для укладки плитки, ламината, других материалов. Установка маячков обязательна, необходимо соблюсти нужный уровень, не выйти за него.

Второй вариант работ более затруднителен в многоэтажных домах, квартирах.  На этаж необходимо доставить бетономешалку либо миксер, плюс ингредиенты для раствора. Это все занимает место, которое в данном случае ограничено. Такой вариант более приемлем в частных домах, где есть где развернуться.

Стяжка пола керамзитобетоном дешевле, чем обычным бетоном. Плюс пол получается более теплым и ровным.

Для выполнения стяжки больше подходит средняя фракция, у нее выше насыпная плотность, что позволит избежать пустот в растворе, но при этом будет больше нагрузка на основание. Если это пол на этаже, этот фактор необходимо учитывать.

Совет при покупке

Керамзит любой фракции продается в мешках или навалом по количеству кубометров. По пути следования к заказчику, он уплотняется и получится количество меньше от заказанного. Расфасовка в мешках более точная, размещать его значительно проще, его не разнесет по всей площадке, не растопчут дети и животные.

Основные преимущества керамзита

Это конечно же его экологическая чистота, низкая цена и свойство беречь тепло, за что он и имеет такую широкую и повседневную сферу применения.

Огнеупорный и жаростойкий бетон: состав, свойства, характеристики

Жаростойкий и огнеупорный бетоны – это строительные материалы, применяемые при возведении объектов, которые эксплуатируются при высоких температурах, а некоторые – под воздействием открытого пламени.

Жаростойкий бетон: классификационные признаки

Этот вид бетона используется при сооружении тепловых агрегатов, работающих при одностороннем воздействии температур до +1800°C. Производство жаростойких бетонных смесей регламентируется ГОСТом 20910-90. Бетоны подразделяют по следующим параметрам:

  • По назначению – теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные.
  • По структуре – плотные тяжелые, ячеистые легкие.
  • По типу вяжущего – на портландцементе и его видах, алюминатных цементах, силикатных вяжущих.
  • По типу заполнителя – шамотный, базальтовый, диабазовый, шлаковый, керамзитовый, вермикулитовый, из бетонного боя.
  • По виду мелкодисперсной добавки – с шамотной, аглопоритовой, золошлаковой, магнезиальной.

 

Жаростойкие бетоны, в отличие огнеупорных, дополнительно не обжигаются, поскольку этот материал проходит необходимую термообработку при первом пуске объекта в работу.

Тяжелый жаростойкий бетон: применение и состав

Тяжелые термостойкие смеси востребованы для футерования агрегатов, эксплуатируемых при высоких температурах, на предприятиях химиндустрии, при сооружении дымоходов. Конкретная область применения определяется компонентами смеси.

Портландцемент и шлакопортландцемент с микродобавками

Такой материал устойчив в нейтральных и щелочесодержащих средах. Это наиболее востребованная группа жаростойких бетонов.

Популярность объясняется сравнительно невысокой стоимостью сырьевых материалов, отработанной технологией изготовления, хорошими эксплуатационными характеристиками готового продукта.

Такие бетонные смеси востребованы при сооружении теплоагрегатов, труб атомных электростанций и других объектов, эксплуатируемых при повышенных температурах.

Таблица составов жаростойких бетонов на портландцементе и шлакопортландцементе

Расход материалов, т/м3

Тонкомолотая добавка

Заполнители

Максимальная рабочая температура, °C

Цемент

Тонкомолотая добавка

Заполнители

 

 

Мелкий

Крупный

0,35

0,12

0,5-0,9

0,6-1,0

Зола-унос, пемза, глиняный кирпич, доменный шлак в гранулах

Андезитовый, базальтовый, диоритовый, диабазовый, туфовый, доменный шлак

700

0,35

0,12

0,5

0,6

Топливный шлак

 

Топливный шлак

800

0,35

0,12

0,5

0,6

Бой глиняного кирпича

Бой глиняного кирпича

900

0,35

0,12

0,65

0,6

Зола-унос, шамот класса В

Шамот класса В

1000-1100

0,35

0,7

0,65

0,65-0,75

Шамот класса В

Шамот класса В

1100-1200

Самые высокие прочностные характеристики имеет материал с шамотными тонкомолотыми компонентами.

Алюминатный, глиноземистый и высокоглиноземистый цемент

Смеси на их основе используются в углеродной, водородной и фосфорной средах. Классы термостойкости – И8-18. Жаростойкие конструкции на основе алюминатного цемента без специальных добавок устойчивы к температурам до +1300°C, с добавками – до +1700°C.

Для конструкций из глиноземистых и высокоглиноземистых жаростойких бетонов характерны:

  • хорошие механические свойства;
  • стабильность характеристик при резких температурных перепадах;
  • невысокая термическая усадка;
  • малое линейное расширение;
  • низкий коэффициент теплопроводности.

Жидкое стекло

Востребовано для бетонных смесей, устойчивых к кислым газообразным средам. Для изготовления огнестойких бетонов, предназначенных для эксплуатации при температурах +800…+1600°C, используется калиевое или натриевое стекло.

Максимальная температура применения, °C, допустимая при одностороннем нагреве

Тонкомолотая добавка

Мелкий и крупный заполнители

Состав, т/м3

 

 

 

Жидкое стекло

Минеральная добавка

Песок

Щебень

+1400

Магнезит

Битый магнезитовый кирпич

0,35

0,6

0,6

1,15

+1000

Хромит

Хромит

0,3

0,7

0,8

1,25

+900

Шамот

Шамот

0,4

0,5

0,5

0,75

+600

Шамот, андезит, диабаз

Диабаз, андезит, базальт

0,35

0,5

0,7

0,9

Твердение смесей на силикатах – процесс медленный. Для повышения его интенсивности в состав вводят кремнефторид натрия и фторсиликаты щелочных металлов. Эти отвердители инициируют выделение кремниевой кислоты, которая способствует уплотнению и упрочнению бетона.

Ускорить твердение бетонной смеси могут: нефелиновый шлам, ферромарганцевые и феррохромовые шлаки.

Заполнители для огнестойких бетонов

Под воздействием высоких температур рабочие характеристики теряет не только вяжущее, но и заполнители. Поэтому к их выбору относятся особенно тщательно. Обычные заполнители выдерживают температуру не выше +200°C.

Заполнители выбирают в зависимости от запланированных рабочих температур:

  • До +800°C – базальт, диабаз, андезит, гранулированные шлаки доменного производства, пористые искусственно изготовленные компоненты.
  • До +1700°C – дробленые огнеупоры (бой шамотного кирпича, хромита, корунда, обожженного каолина), составы, полученные обжигом и дроблением огнеупорной глины и магнезита.

Самостоятельное изготовление термостойкого бетона

В частном строительстве такие материалы требуются при строительстве каминов, печей, дымоходов. Простой и эффективный способ изготовления термостойких продуктов – приобретение готовых сухих смесей. Инструкция обычно наносится на упаковку. Для затворения используют воду или жидкое стекло. При изготовлении продукции из отдельных компонентов в бетоносмесителе соблюдают следующие правила:

  • В бетономешалку заливают 90% воды или разбавленного жидкого стекла.
  • Засыпают тонкомолотую добавку.
  • Загружают половину объема цемента и заполнителя.
  • Включают бетоносмеситель и перемешивают все компоненты.
  • Не останавливая агрегат, добавляют остаток вяжущего и заполнителя, а затем жидкость – воду или разбавленное жидкое стекло.
  • Время перемешивания – не более пяти минут, иначе смесь начнет расслаиваться.

Огнеупорные бетоны: классификация, состав и свойства

Производство огнеупорных бетонов регламентируется ГОСТом 34470-2018. Эти жаропрочные бетоны востребованы для формования огнеупорных изделий, изготовления и ремонта футеровочного слоя печей и других теплоагрегатов. В соответствии с нормативом огнеупорные бетонные смеси разделяют по следующим параметрам:

  • По процентному содержанию CaO – бесцементные, ультранизкоцементные, низкоцементные, среднецементные.
  • По типу вяжущего – на глиноземистом и высокоглиноземистом цементе, полимеризационных и коагуляционных вяжущих. Еще один вид – керамобетоны с высококонцентрированной вяжущей суспензией.
  • По максимальному размеру заполнителя, применяемому в составе огнеупорного бетона, – грубозернистые (до 40 мм), крупнозернистые (до 10 мм), среднезернистые (до 5 мм), мелкозернистые (до 2 мм), тонкозернистые (до 0,5 мм).
  • По максимальной рабочей температуре – для умеренных (до +1100°C), средних (+1400°C), высоких (+1700°C), особо высоких (выше +1700°C) температур.
  • По назначению – для изготовления и ремонта, футеровки тепловых агрегатов, огнеупорных бетонных изделий различных форм.

По необходимой температуре термообработки изделия из огнеупорных материалов разделяют на следующие виды:

    • Безобжиговые. Требуемые характеристики такие строительные материалы приобретают уже при температуре +200°C.
    • Термообработанные. Для получения нужных свойств требуется термообработка при температурах +200…+800°C.

  • Обожженные. Для получения заданных характеристик необходима обработка при температурах более +800°C.

Огнеупорные бетоны обычно изготавливают в заводских условиях.

Методы процесса производства керамики — различные методы производства

В процессе производства керамики используются разные методы производства. Мы обсудим все методы производственного процесса, используемые в керамической промышленности. Термин «керамическое формование» описывает процесс производства керамических компонентов из натурального или синтетического сырья.

ПРЕССОВАНИЕ:

Прессование осуществляется путем помещения порошка * в матрицу и приложения давления для достижения уплотнения.

* предварительно смешан с подходящим связующим и смазочным материалом и предварительно уплотнен так, чтобы он стал сыпучим. Свободная текучесть может быть достигнута путем грануляции или распылительной сушки.

СВЯЗЫВАЮЩИЕ И ПЛАСТИФИКАТОРЫ — они покрывают порошок и обеспечивают смазку во время прессования и временное соединение после прессования.

Органическое связующее, необходимое для связывания, мало, обычно используется от 0,5 до 5% масс. Они разлагаются во время стадии высокотемпературного уплотнения и выделяются газы. Иногда они оставляют углеродистый остаток.Например, ПВХ, целлюлоза, каучуки, воски. Глицерин — пластификатор для ПВА.

Неорганическое связующее, такое как каолин, не сгорает, а становится частью керамики.

Выбор скоросшивателя зависит от типа прессования.

СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ: Они уменьшают трение между частицами, между гранулами и между порошковой прессовкой и стенками фильеры.

например, стеарат цинка.

УПЛОТНЕНИЕ: Увеличивает плотность сырца и уменьшает усадку во время уплотнения.xc

ОДНОСОСНОЕ ПРЕССОВАНИЕ:

Определение: Уплотнение порошка в жесткую матрицу путем приложения давления в одном осевом направлении с помощью поршня, пуансона или плунжера.

Прессы одноосные бывают гидравлическими или механическими.

Механические прессы имеют более высокую производительность.

ПРОЦЕСС:

  • Аппарат состоит из трех компонентов: верхний пуансон, нижний пуансон и матрица.
  • Пуансоны предварительно расположены в корпусе матрицы для образования заранее заданной полости.(в зависимости от степени уплотнения * порошка)

* отношение толщины порошка в матрице к толщине после прессования.

  • Затем порошок подается с помощью подающего башмака. Затем верхний пуансон сжимает порошок.
  • Затем верхний пуансон убирается, и образец выталкивается.
  • Процесс повторяется снова.
  • Цикл повторяется от 6 до 100 раз в минуту.
  • РОТАЦИОННЫЙ ПРЕСС — это тоже механический пресс.На поворотном столе множество штампов. Используется для изготовления шлифовальных кругов.
  • Еще один тип механических прессов — TOGGLE PRESS (настольные ручные прессы). Обычно используется для производства огнеупоров.
  • Сухое прессование: порошки содержат <2% воды
  • Полусухое прессование: порошок содержит <5-20% воды.

одноосное прессование

УПЛОТНЕНИЕ ЗАПОЛНЕНИЯ пресс-формы ИЗВЛЕЧЕНИЕ ОДНОСОСНОЕ ПРЕССОВАНИЕ

Проблемы одноосного прессования:

1.Неправильная плотность или размер. (Из-за того, что партии порошка не соответствуют спецификации, легко устранить)

  1. Износ матрицы. (происходит изменение габаритов изделия, необходим текущий контроль)
  1. Растрескивание. (источник растрескивания трудно найти. Это может быть из-за неправильной конструкции матрицы, захвата воздуха, отскока во время выброса, износа матрицы, трения стенки матрицы)

4. Изменение плотности. (Трение между порошком и стенкой матрицы и частицами является причиной изменения плотности.Это вызывает коробление, деформацию или растрескивание во время обжига)

ПРЕИМУЩЕСТВА:

  • Простой и легкий процесс
  • Достаточно менее квалифицированной рабочей силы

ПРИМЕНЕНИЕ:

  • Уплотнение небольших и простых форм, таких как втулки, прокладки, диэлектрики конденсаторов.
  • Уплотнение сложных форм, таких как основания или гнезда для ламп, переключателей и транзисторов.
  • Изготовление плитки, кирпича, шлифовальных кругов, тиглей.

Использование порошка из керамических отходов (CWP) в производстве экологически чистых бетонов

1.Введение

В условиях быстрого роста населения мира и удовлетворения потребностей потребителей свалки твердых отходов будут продолжать получать огромные объемы отходов. Таким образом, обращение с отходами становится все более обязательным для обеспечения экологической устойчивости. Во всем мире правительства и природоохранные организации наложили многочисленные правила, чтобы уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, связанное с большим количеством полигонов твердых отходов. Превращение большого количества твердых отходов в альтернативный ресурс сохранит сокращающиеся невозобновляемые ресурсы материалов; поддерживать необходимое количество энергии, а также поможет решить экологические и истощенные проблемы свалки.До сегодняшнего дня исследователи изучают новые твердые отходы и возможности их переработки в других отраслях или в новых продуктах.

Будучи наиболее потребляемым в мире материалом, произведенным человеком, бетон вызвал значительный интерес как возможный способ переработки твердых отходов, особенно тех, которые могут заменить цемент, который вносит значительный вклад в глобальные выбросы парниковых газов. Равное количество CO 2 образуется для производства портландцемента [1]. Цементная промышленность производит около 5-8% годовых глобальных выбросов парниковых газов в атмосферу [2]. Некоторые побочные продукты, такие как летучая зола, шлак и микрокремнезем, эффективно используются в ежедневном производстве бетона в качестве частичной замены цемента (т.е. дополнительных вяжущих материалов (SCM)) для снижения выбросов CO 2 [3, 4] .

Мировое производство керамической плитки составляет более 12 миллиардов м 2 [5]. При производстве керамической плитки образуются отходы керамического порошка (CWP) во время процесса окончательной полировки в количестве 19 кг / м 2 [6].Таким образом, мировое производство CWP превышает 22 миллиарда тонн. CWP представляет собой серьезную проблему, от которой необходимо избавиться в отношении воздействия на окружающую среду. Это может вызвать загрязнение почвы, воды и воздуха. С другой стороны, это могло бы стать прекрасной возможностью для использования в качестве альтернативного ингредиента бетона, если бы его можно было использовать в производстве бетона.

Влияние использования керамических отходов (например, черепицы, блоков, кирпича, электрических изоляторов и т. Д.) В качестве заполнителей или SCM в бетоне с обычной вибрацией (CVC) и строительном растворе сообщалось в нескольких исследованиях.Следует отметить, что ограниченные исследования были проведены по использованию CWP в качестве замены цемента в самоуплотняющемся бетоне (SCC) и щелочно-активированном бетоне (AAC) (то есть геополимерном бетоне). В некоторых исследованиях изучается использование керамических отходов в качестве крупных заполнителей в CVC и строительных растворах [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]. Был сделан вывод, что керамические отходы можно использовать как частичную замену естественного крупного заполнителя. Заполнитель керамических отходов следует предварительно пропитать водой, чтобы компенсировать его высокое поглощение.Прочность на сжатие снижалась, если керамические отходы заменяли естественный крупный заполнитель более 25% по весу. Использование керамических отходов в качестве мелкого заполнителя в ВАХ и строительных растворах оценивалось различными исследователями [16, 17, 18, 19, 20, 21, 22]. Было отмечено, что использование высокого содержания керамических отходов в качестве мелкозернистого заполнителя отрицательно сказалось на удобоукладываемости свежего бетона, и во избежание любого отрицательного воздействия на удобоукладываемость бетона требовались добавки для удобоукладываемости. Был сделан вывод, что использование 50% -ной замены мелкозернистого природного заполнителя керамическими отходами по весу может дать бетон, не влияя на характеристики затвердевшего бетона.

Использование CWP в качестве частичной замены цемента привлекло внимание ряда исследователей [6, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35]. Главный вывод исследований заключался в том, что CWP проявлял медленную пуццолановую активность, которая проявлялась в позднем возрасте. Ранняя прочность на сжатие была снижена за счет включения CWP. Для развития прочности на сжатие необходимо время. С другой стороны, долговечность была улучшена за счет включения CWP в смеси. Было отмечено, что исследования по использованию CWP в качестве частичной замены цемента не касались свойств свежего бетона, на которые повлияло включение CWP, а также характеристик микроструктуры. Также не было предоставлено никаких рекомендаций по использованию CWP для частичной замены цемента. Уровень замены CWP будет зависеть от личных знаний и опыта. Более того, замена цемента большими объемами CWP требует дальнейшей оценки.

Использование CWP в самоуплотняющихся бетонных смесях (SCC) получило ограниченное внимание. В 2017 году Subaşi et al. [36] исследовали использование CWP в качестве частичной замены цемента в смесях SCC. Был сделан вывод, что CWP может заменить 15% по весу цемента без неблагоприятного воздействия на свойства произведенного SCC.В 2018 году Jerônimo et al. [37] заменили цемент на отходы измельченного глиняного кирпича (GCBW) в смесях SCC. Был сделан вывод, что 20–30% по весу цемента можно заменить на GCBW, а прочность на сжатие улучшится к 90-дневному возрасту. Было отмечено, что детальная оценка свежих свойств SCC, на которые повлияло включение CWP, не рассматривалась. Кроме того, эффект от использования больших объемов CWP в SCC все еще требует дальнейшей оценки.

Относительно использования CWP в щелочно-активированном бетоне (AAC) (т.е., геополимерный бетон), было отмечено, что проводились очень ограниченные исследования [38, 39, 40]. Главный вывод о том, что CWP может быть использован при создании AAC, но требует детального исследования и оценки.

Требуется углубленное исследование для изучения использования CWP в производстве различных типов бетона. В этой главе обобщаются результаты коллективных исследований, проведенных авторами по изучению использования CWP для изготовления экологически чистого бетона [41, 42, 43, 44, 45], с особым акцентом на использовании CWP в качестве частичной замены цемента в CVC и SCC и производство AAC.Это позволит лучше понять, как использовать существующие твердые отходы в качестве нового строительного ингредиента при изготовлении эхо-безопасных бетонов с целью оптимизации обращения с твердыми отходами, а также поможет защитить окружающую среду за счет сокращения использования цемента и эффективного избавления от твердых отходов. отходы.

2. Характеристики CWP

Полученные керамические отходы были влажным материалом из-за использования воды в процессе полировки. Среднее содержание влаги составляло 36% по массе.Средняя удельная поверхность (SSA), измеренная с помощью воздухопроницаемости (т. Е. Устройства для испытания воздухопроницаемости Блейна), составляла 555 м 2 / кг. Более 50% по объему частиц CWP имели размер от 5 до 10 мкм. На рисунке 1 показано распределение частиц CWP по размерам.

Рисунок 1.

Гранулометрический состав CWP [43]. Воспроизведено с разрешения издателя.

CWP состоял из частиц неправильной формы и угловатой формы, которые по форме напоминали частицы цемента, как показано на изображении, полученном с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) на Рисунке 2.На рис. 3 показана энергодисперсионная спектроскопия (EDS) основных оксидов CWP. Анализ EDS показал, что CWP в основном состоит из SiO 2 и Al 2 O 3 .

Рисунок 2.

SEM-изображения CWP.

Рисунок 3.

EDS-анализ CWP [43]. Воспроизведено с разрешения издателя.

Таблица 1 дает химический анализ CWP, определенный с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF). CWP в основном состоит из кремнезема (SiO 2 ) и глинозема (Al 2 O 3 ).Оба оксида составляют около 85% от общей массы материала. Другие соединения (например, CaO, MgO и SO 3 ) существуют в небольших количествах. Массовые доли (SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) удовлетворяют требованиям стандарта ASTM C618 [46] для природного пуццолана (т.е.> 70%). Кроме того, SO 3 и потери при возгорании (L.O.I.) соответствовали требованиям ASTM C618.

Таблица

Химический состав CWP с использованием XRF (модифицировано из [43]).

Примечание. Значения в скобках представляют собой стандартное отклонение.

На рис. 4 показан анализ дифракции рентгеновских лучей (XRD) CWP. XRD показывает, что основные пики были замечены между значениями 2-тета от 20 до 30 , что указывает на присутствие (SiO 2 ).Наблюдаемый горб между 20 и 30 o указывает на наличие аморфной фазы. Более того, неровная тенденция на графике между значениями 2-тета 0 и 40 o указывает на наличие аморфной фазы в образце CWP.

Рис. 4.

Рентгенограмма CWP [43]. Воспроизведено с разрешения издателя.

Характеристика промышленных отходов и их потенциала — одна из сложных задач в области цемента и бетона. Прочность на сжатие была признана первоочередным средством оценки пуццолановой активности. Развитие прочности на сжатие цементного раствора, включая CWP, оценивается в соответствии с ASTM C311 [47] для измерения индекса прочностной активности (SAI).

Готовятся четыре растворные смеси, в которых цемент частично заменен на CWP. Уровни замещения составляют 10, 20, 30 и 40% по весу. Индекс прочностной активности (SAI) рассчитывается как процент прочности по сравнению с контрольной строительной смесью.В таблице 2 приведены значения прочности на сжатие в течение 28 дней, стандартное отклонение SAI. Результаты показали, что все образцы CWP удовлетворяют требованиям SAI ASTM C618 (т.е.> 75%). В исследовании Steiner et al. В [25] сообщается о подобной тенденции в индексе активности строительных смесей с остатками полировки керамической плитки. SAI снизился после включения 40% CWP по массе цемента; это может быть связано с эффектом разбавления. Кроме того, это может быть связано с высоким содержанием диоксида кремния, доступным в смеси, в результате высокого CWP. Это большое количество не могло найти достаточного количества гидроксида кальция (CH) для реакции. Таким образом, большая часть компонентов кремнезема осталась без участия в химической реакции [48]. Кроме того, тест Фраттини [49] выполняется для определения пуццолановой активности CWP в соответствии с BS EN 196-5: 2011 [50]. Испытываются образцы с 0, 20 и 40% CWP в качестве замены цемента по массе. Испытание Фраттини показало, что бетон с 20 и 40% замещением портландцемента CWP проявляет пуццолановую активность в возрасте 8 и 28 дней, как показано на рисунке 5.

CaO SiO 2 Al 2 O 3 MgO Fe 2 O Fe 2 9020 Л. О.И.
1,70 (0,69) 68,60 (0,97) 17,00 (0,57) 2,50 (0,90) 0,80 (0,04) 0,12 (0,16) 1,78
1,78
прочность 902 дней (MPD)
Уровень замещения CWP (мас.%)
10% 20% 30% 40%
39,9 46,0 48,8 37,5
Стандартное отклонение (МПа) 4,0 3,0 4,4 1,2
Индекс активности (SAI) 90 (%) . 0 105,0 110,5 85,5

Таблица 2.

Результаты индекса силовой активности (SAI) для CWP [43].

Воспроизведено с разрешения издателя.

Рисунок 5.

Тест Фраттини на 8 и 28 днях CP с заменой CWP [45]. Воспроизведено с разрешения издателя.

В заключение, CWP — это богатый кремнеземом и глиноземом материал с некоторыми аморфными фазами. CWP обладает некоторой пуццолановой активностью, особенно в позднем возрасте, что подтверждается индексом силовой активности и тестами Фраттини.Таким образом, CWP обладает потенциалом для использования в качестве частичной замены цемента в смесях CVC и SCC, а также в качестве основного источника вяжущего для приготовления смесей AAC.

3. Обычный вибробетон (CVC)

CWP используется для частичной замены цемента (0, 10, 20, 30 и 40% по весу) в различных смесях CVC. Исследованы две марки бетона с различным содержанием цемента (25 и 50 МПа). Смеси подбираются для различных применений и различного содержания цемента. Все смеси рассчитаны на величину осадки от 60 до 100 мм.В таблице 3 приведены пропорции смесей. Начальные значения осадки (т.е. ASTM C 143 [51]) используются для оценки удобоукладываемости смесей. Время достижения нулевой осадки используется для оценки сохранения удобоукладываемости бетонных смесей. Измеряют развитие прочности на сжатие с возрастом (т. Е. 7, 28 и 90 дней) и усадку при высыхании (т. Е. 120 дней). Испытание на быстрое проникновение хлорид-ионов (RCPT) (например, ASTM C 1202 [52]) и испытание на объемное электрическое сопротивление (например, ASTM C 1760 [53]) проводятся в возрасте 28 и 90 дней для оценки долговечности бетонных смесей. .Используются трехкратные образцы для испытаний на прочность при сжатии, усадку при высыхании, RCPT, объемное электрическое сопротивление и проницаемость пор, и используются средние результаты. Развитие микроструктуры оценивается путем измерения проницаемости пор (например, ASTM C642 [54]), а система пор (то есть общая пористость и средний диаметр пор) измеряется с помощью порозиметрии проникновения ртути (MIP). Оба измерены в возрасте 90 дней. Основные характеристики микроструктуры идентифицированы с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM).

Бетонные смеси готовятся с использованием обычного портландцемента (OPC) в качестве основного вяжущего. Удельная поверхность цемента — 380 м 2 / кг. В качестве крупнозернистого заполнителя используется природный щебень максимальной крупностью 19,0 мм. Удельный вес составляет 2,65, а абсорбция составляет 1%. В качестве мелкого заполнителя используется натуральный песок с модулем крупности от 2,5 до 2,7. Удельный вес 2,63.

3.1 Сохранение технологичности и удобоукладываемости свежего бетона

Начальные значения осадки приведены в таблице 3.По мере увеличения уровня включения CWP начальная величина осадки уменьшается в результате его высокой удельной поверхности (SSA) по сравнению с удельной поверхностью цемента (то есть SSA для CWP в 1,5 раза больше, чем у цемента). Сохранение удобоукладываемости определяет время, необходимое для облегчения работы со смесью. На рисунке 6 показано время до нулевой осадки бетонных смесей, включая CWP. Отмечено, что время сохранения удобоукладываемости увеличивается за счет включения CWP. Это может быть результатом того, что CWP не имеет гидравлической реакции, а его пуццолановая реакция протекает медленно.Использование 10% CWP в смесях на 25 МПа обеспечивает максимальное сохранение удобоукладываемости. В то время как для смесей 50 МПа использование 20% CWP показывает лучшее время удерживания.

Рисунок 6.

Время до нулевого спада.

3.2 Прочность на сжатие

Развитие прочности на сжатие в разном возрасте показано на Рисунке 7. Коэффициент вариации (COV) колебался от 0,4 до 4,8%. Значения прочности на сжатие в возрасте 7 и 28 дней ниже целевой прочности для обеих смесей (т.е.е., 25 и 50 МПа). Снижение прочности пропорционально содержанию CWP. Это может быть связано с тем, что CWP не имеет гидравлической реакции. Кроме того, его вклад в раннюю прочность зависел в основном от его способности к микронаполнению (т. е. размер частиц CWP составлял от 5 до 10 мкм). Такое поведение согласуется с поведением большинства пуццолановых материалов с медленным развитием прочности в раннем возрасте [55]. Также сообщается о замедлении развития силы в раннем возрасте при CWP [28, 29, 30, 32].

Рисунок 7.

Повышение прочности на сжатие с возрастом.

В позднем возрасте (т. Е. 90 дней) все смеси 25 МПа, включая CWP, достигают значений прочности на сжатие выше, чем заданная прочность. Смесь с 10% CWP показывает самую высокую прочность на сжатие. Увеличение прочности в возрасте 90 дней может быть связано с пуццолановыми характеристиками материала CWP. Для смесей 50 МПа, всех смесей CWP заданная прочность достигается. Увеличение значений прочности могло быть оправдано запаздыванием пуццолановой реакции CWP.Частицы CWP могли работать как центры зародышеобразования для зерен цемента и продуктов гидратации, что привело к более плотной микроструктуре.

3.3 Усадка при сушке

В таблице 4 приведены значения деформации усадки при сушке за 120 дней. COV колеблется от 20 до 26%. Наблюдается, что деформация усадки при высыхании уменьшается с увеличением уровня замещения CWP. Структура пор и связность пор изменяются из-за мелких частиц CWP и его пуццоланового действия. Это изменение приводит к ограничению движения воды через бетон.Значения усадки при сушке для смесей, включающих 10 и 20% CWP, существенно не отличаются от таковых для контрольных смесей. Для смесей 25 МПа CWP с уровнями замещения более 20% снижает деформацию усадки при высыхании на 29–60% по сравнению с контрольной смесью. В то время как для смесей с давлением 50 МПа наблюдается снижение значений деформации усадки при сушке между 28 и 53% для уровней замены CWP выше 20%.

190 902 9023 9023 9023 901
Смесь I.D. Цемент CWP Мелкозернистый заполнитель Крупный заполнитель Содержание воды Начальная осадка (мм)
M25-0 310 0 7492110
M25-10 279 31 737 1105 190 130
M25-20 248 62 7231 902 M25-20 248 62302 190103
M25-30 217 93 731 1097 190 95
M25-40 186 124 190 55
M50-0 485 0662 993 208 55
M50-10 437 48 658 988 208 65
M50-20 388 97 6542 6542 M50-30 340 145 650 975 208 42
M50-40 291 194 673 9023 9023 9023

Таблица 3.

Пропорции смесей (кг / м 3 ) и начальные значения осадки (мм) (изменено из [43]).

Смесь Деформация усадки (микродеформация) Смесь Деформация усадки (микродеформация)
M25-0 260301 2608
M25-10 2488 M50-10 2222
M25-20 2817 M50-20 2413
M25-30 1033 1199
M25-40 1859 M50-40 1848

Таблица 4.

Значения деформации усадки при высыхании через 120 дней (микродеформация) (изменено из [43]).

3.4 Испытание на проникновение хлорид-ионов (RCPT)

Прочность бетона в отношении его устойчивости к проникновению хлорид-ионов и коррозии, вызванной хлоридом, может быть оценена с помощью RCPT. Включение CWP в качестве частичной замены цемента оказывает значительное влияние на проникновение хлорид-ионов в бетонные смеси 25 и 50 МПа. Рисунок 8 демонстрирует значительное снижение результатов испытаний всех бетонных смесей CWP за 28 и 90 дней.COV колеблется от 3 до 15%.

Рисунок 8.

Проникновение хлорид-ионов.

В возрасте 28 дней использование 20, 30 и 40% CWP снижает общий прошедший заряд в 2–8 раз ниже, чем у контрольной смеси. Смеси с 30 и 40% оцениваются как «очень низкие» для проникновения хлорид-ионов в соответствии с классификацией ASTM C1202 [52]. В возрасте 90 дней классификация проникновения хлорид-ионов для всех смесей 25 МПа, включая CWP, является «очень низкой». Снижение общей пропущенной загрузки для смесей, включающих CWP, по сравнению с соответствующими значениями за 28 дней, варьировалось от 56 до 84%.

В то время как для смесей 50 МПа 28-дневное проникновение хлорид-иона уменьшается с включением CWP. Уменьшение пропорционально содержанию CWP. Снижение по сравнению с контрольной смесью составляет 38% при использовании 10% CWP и 90% при использовании 40% CWP. Классификация смесей, содержащих высокие уровни CWP (т. Е. ≥20) по ASTM, изменена с «высокого» на «низкий» и даже «очень низкий». В возрасте 90 дней проникновение хлорид-ионов для всех смесей CWP 50 МПа классифицируется как «очень низкое».Это значительное сокращение могло быть связано с уплотнением микроструктуры и улучшением структуры пор, обеспечиваемой мелкими частицами CWP в дополнение к его пуццолановому эффекту. Кроме того, уменьшение с возрастом указывает на развитие плотной микроструктуры, особенно с прерывистой системой пор. Подобные результаты были получены в других исследованиях [6, 30, 34, 56].

3.5 Испытание объемного электрического сопротивления

Антикоррозионную защиту бетона заделанной арматуры можно оценить по его удельному электрическому сопротивлению [57].На рисунке 9 показано объемное электрическое сопротивление в возрасте 28 и 90 дней. COV колеблется от 4 до 10%. Следует отметить, что на электрическое сопротивление в основном влияют пористость и распределение пор по размерам [58]. Следовательно, о развитии микроструктуры можно судить, измеряя удельное электрическое сопротивление. Ионная подвижность снижается из-за неоднородности пор, и, следовательно, удельное сопротивление бетона и защита от коррозии увеличиваются. Результаты удельного сопротивления всех бетонных смесей, включая CWP, выше, чем у контрольных смесей.Эффект микронаполнения и пуццолановая активность CWP, которая может привести к более плотной микроструктуре, могут быть основными причинами увеличения удельного сопротивления смесей, включая CWP. Сообщалось, что использование керамических остатков для полировки снижает водопроницаемость образцов цементного раствора [6, 34].

Рис. 9.

Удельное электрическое сопротивление в объеме.

В возрасте 28 дней смеси 25 МПа, включая 20, 30 и 40% CWP, имеют удельное сопротивление более 10 кОм. см. Согласно ACI 222R-01 [57] этот уровень защиты от коррозии классифицируется от «высокого» до «очень высокого». Увеличение удельного сопротивления пропорционально уровню замещения CWP. В возрасте 90 дней использование CWP демонстрирует значительное увеличение значений удельного электрического сопротивления по сравнению с контрольной смесью. Бетонные смеси 50 МПа с CWP имели аналогичные характеристики смесей 25 МПа для обоих возрастов. Включение 10% CWP обеспечивает «высокий» уровень защиты от коррозии. Когда CWP включен с 20% или более, уровень защиты от коррозии будет «очень высоким» для обоих возрастов.

Результаты как RCPT, так и удельного сопротивления подтверждают характеристики бетонных смесей, включая CWP, в отношении воздействия хлорид-ионов, коррозии, вызванной хлоридом, и защиты от коррозии.

3,6 Проницаемые поры

Проницаемые поры бетонных смесей позволяют оценить развитие системы пор и сделать вывод о развитии микроструктуры. На рисунке 10 показаны проницаемые поры, измеренные в возрасте 90 дней. COV колеблется от 2 до 8%. Обычно проницаемые поры уменьшаются за счет включения CWP по сравнению с контрольной смесью.

Рис. 10.

Поры, проницаемые на 90 дней.

В случае смесей 25 МПа проницаемые поры уменьшаются на 17–36% за счет включения CWP в качестве частичной замены цемента. Аналогичные характеристики наблюдаются для смесей 50 МПа. Уменьшение объема пор составило от 2 до 24% по сравнению с контрольной смесью. Включение мелких частиц CWP с высоким SSA может физически иметь эффект микронаполнения и улучшить упаковку частиц в смесях.Кроме того, за счет пуццолановой активности CWP микроструктура смесей становится более плотной. Следовательно, структура пор улучшается, что приводит к уменьшению объема пор. Уменьшение проницаемых пор снижает подвижность воды изнутри бетона, что отражается в снижении деформации усадки при высыхании. Кроме того, уменьшение проникновения хлорид-иона и неподвижность ионов являются прямым следствием уменьшения размера пор. Это отражается в уменьшении проникновения хлорид-ионов и улучшении удельного электрического сопротивления с возрастом.

3.7 Порозиметрия проникновения ртути (MIP)

MIP — широко используемый тест для определения пористой структуры материалов на основе цемента. Тест может предоставить информацию об общей пористости и среднем диаметре пор на основе внедренного объема. Система пор бетона указывает на его микроструктурное развитие, которое может быть связано с его характеристиками.

В таблице 5 приведены результаты теста MIP относительно общей пористости в процентах и ​​среднего диаметра пор, основанные на внедренном объеме в возрасте 90 дней.Включение CWP снижает общую пористость в возрасте 90 дней. Использование 40% CWP в качестве частичной замены цемента снижает пористость на 9 и 19% для смесей 25 и 50 МПа соответственно по сравнению с теми же смесями без CWP. Средний диаметр пор уменьшается за счет включения CWP. Следует отметить, что сокращение было пропорционально содержанию CWP. Уменьшение общей пористости и среднего диаметра пор подтверждает уплотнение микроструктуры из-за включения CWP в качестве частичной замены цемента.

Смесь Пористость (%) Средний диаметр пор * (мкм)
M25-0 21,297 4,2586 9023-10 9023,0 4.0115
M25-20 19.754 3.7404
M25-30 19.135 3.6184
M25-40 19.430 19.4304737
M50-0 22.426 4.0380
M50-10 21.131 3.8382
M50-20 19.4302 19.415 19.415 3,5747
M50-40 18,126 3,4000

Таблица 5.

Результаты MIP в возрасте 90 дней.

*

В зависимости от объема проникновения.


Уменьшение общей пористости и, в особенности, уменьшение размера пор подтверждают превосходную долговечность смеси, наблюдаемую в позднем возрасте. Развитие микроструктуры может быть связано с показателями долговечности. Средний диаметр пор коррелировал со значениями RCPT и удельного электрического сопротивления за 90 дней, как показано на рисунке 11. Средний диаметр пор хорошо коррелирует с результатами испытаний на долговечность. Коэффициент корреляции ( 2 рэнд) равен 0.9517 и 0,7977 для зависимости среднего диаметра пор от RCPT и удельного электрического сопротивления соответственно.

Рис. 11.

Связь между средним диаметром пор и RCPT за 90 дней и удельным электрическим сопротивлением.

3.8 Характеристики микроструктуры

Чтобы лучше понять характеристики смесей CVC, включая CWP, основные микроструктурные характеристики исследуются с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Исследование микроструктуры проводится в возрасте 90 дней.Исследование проводится на контрольной смеси для обоих марок бетона (то есть M25-0 и M50-0), а также на смесях, содержащих наибольшее содержание CWP (то есть M25-40 и M50-40).

На рис. 12 показаны СЭМ-изображения общих характеристик для M25-0 и M25-40. Для смеси М25-0 помимо нескольких пор наблюдаются продукты кристаллогидратации. Для M25-40 наблюдается меньшее количество пор с меньшим размером, что указывает на уплотнение микроструктуры, что подтверждает превосходные характеристики долговечности.Наблюдается немного продуктов кристаллогидратации. На рис. 13 показана межфазная переходная зона (ITZ) совокупной матрицы для смесей M25-0 и M25-40. В обеих смесях в области ITZ наблюдаются продукты кристаллогидратации с меньшим размером кристаллов в смеси M25-40. Матрица вокруг агрегата в смеси M25-40 включает меньшие поры по сравнению с M25-0, это аналогично наблюдениям за общей микроструктурой матрицы.

Рис. 12.

СЭМ-изображение общей микроструктуры смесей M25-0 и M25-40.

Рис. 13.

СЭМ-изображение области ITZ для смесей M25-0 и M25-40.

Общая микроструктура для M50-0 и M50-40 показана на рисунке 14. Как правило, смеси 50 МПа имеют более плотную микроструктуру по сравнению со смесями 25 МПа. Для смеси М50-0 заметно мало пор, а продукты кристаллогидратации имеют меньший размер. Включение CWP уплотнило микроструктуру за счет улучшения структуры пор, как показано на SEM-изображении. Микроструктура области ITZ представлена ​​на рисунке 15.Включение CWP улучшает уплотнение микроструктуры области ITZ. Продукты кристаллогидратации и размер пор уменьшаются за счет включения CWP.

Рис. 14.

СЭМ-изображение общей микроструктуры смесей М50-0 и М50-40.

Рисунок 15.

СЭМ-изображение области ITZ для смесей M50-0 и M50-40.

4. Самоуплотняющийся бетон (SCC)

Самоуплотняющийся бетон (SCC) получил широкое внимание и используется в строительной отрасли во всем мире с момента его разработки [59].SCC отличается высокой текучестью и в то же время высоким сопротивлением сегрегации и помещается исключительно под своим весом без необходимости вибрации [60, 61, 62]. Свойства SCC являются результатом модификации состава CVC за счет включения высокого содержания порошка, который был в основном цементом. Однако использование цемента с высоким содержанием нежелательно, так как это приведет к увеличению стоимости и другим негативным последствиям для окружающей среды. Замена цемента в смесях SCC отходами порошка — тенденция, привлекающая большое внимание в связи с растущим вниманием к вопросам защиты окружающей среды и устойчивого строительства [63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70].CWP используется для частичной замены цемента с целью производства экологически чистого SCC. Содержание цемента в контрольной смеси составляет 500 кг / м 3 3 по предварительному проекту смеси. Содержание порошка в контрольной смеси соответствует рекомендованному значению спецификациями EFNARC [71]. Цемент частично заменен CWP в количестве 20, 40 и 60% по весу. Ожидается, что бетонная смесь будет иметь прочность на сжатие в диапазоне 80 МПа. Подробные сведения о пропорциях смесей приведены в Таблице 6.

Обычный портландцемент (ОРЦ) используется в качестве основного связующего.Удельная поверхность цемента — 380 м 2 / кг. В качестве крупнозернистого заполнителя используется натуральный щебень размером не более 9,5 мм. Удельный вес составляет 2,65, а абсорбция — 0,7%. В качестве мелкого заполнителя используется натуральный песок с модулем крупности от 2,5 до 2,7. Удельный вес 2,63.

Было проведено несколько испытаний, чтобы изучить влияние замены цемента на CWP на свежие свойства произведенного бетона. Неограниченная текучесть полученной смеси SCC оценивается испытанием на оседание в соответствии с ASTM C1611 [72].Проходимость оценивается с помощью двух тестов, а именно J-образного кольца (т.е. ASTM C1621 [73]) и L-образного блока. Сопротивление сегрегации измеряется путем проведения теста колонки сегрегации GTM в соответствии с ASTM C1610 [74]. Наконец, вязкость измеряется в соответствии с процедурой испытания с V-образной воронкой, описанной в спецификации EFNARC [71]. С другой стороны, прочность на сжатие проводится в двух возрастных группах (т.е. 7 и 28 дней), чтобы оценить развитие прочности. Характеристика долговечности оценивается путем измерения объемного электрического сопротивления согласно ASTM C1760 [53] в возрасте 28 и 90 дней.Для проведения испытаний на прочность при сжатии и объемного удельного сопротивления используются образцы из трех экземпляров, и используются средние результаты. На рисунке 16 показаны различные проведенные тесты. О развитии микроструктуры судят, измеряя объем проницаемых пор в возрасте 28 и 90 дней. Кроме того, система пор (т.е. общая пористость и средний диаметр пор) оценивается с помощью порозиметрии с проникновением ртути (МИП). MIP проводится в возрасте 90 дней.

Рисунок 16.

На SCC проведены различные тесты.

4.1 Результаты оседания потока

Испытание на оседание потока оценило неограниченную текучесть произведенных смесей SCC. На рисунке 17 показаны результаты теста вместе со спецификациями EFNARC [71].

Рис. 17.

Результаты оседания потока.

Замечено, что осадка потока уменьшается по мере увеличения количества CWP в смеси. Даже с уменьшением значений осадочного потока ни одна из смесей CWP не упала до класса осадочного потока (SF1), что является критическим при наличии сильно перегруженных железобетонных конструкций.

Чопра и Сиддик [48] сообщили об аналогичной тенденции при использовании золы рисовой шелухи (ЗРШ) в качестве замены цемента. Относительно более высокая удельная поверхность (SSA) CWP по сравнению с цементом увеличит потребность в воде и, соответственно, приведет к более низким значениям осадочного потока. Аналогичным образом Sfikas et al. [75] сообщили о снижении осадочного потока SCC, когда они использовали метакаолин, который характеризуется высоким SSA, для замены цемента.

Время, необходимое для бетона, чтобы достигнуть круга диаметром 500 мм на стальной опорной пластине при испытании на падение потока измеряется (Т50).По величине T50 можно судить о вязкости смесей SCC. Высокие значения T50 указывают на смеси с более высокой вязкостью. Результаты T50 приведены в таблице 7.

Ингредиенты смеси Обозначение смеси
Контроль R-20 R-40 R-60
Цемент500 400 300 200
CWP 0 100 200 300
Вода 175 302 9023 175 175
Мелкий заполнитель871871871871
Крупный заполнитель 871 871 871 871 Супер
33 8,72 8,33 8,80
VMA * 1,6 1,6 1,6 1,6
Вт / см ** 0,35 0,35

Таблица 6.

Пропорции смесей для SCC (кг / м 3 ).

*

VMA = добавка, модифицирующая вязкость.


**

Вт / см = вода / (цемент + шлак или CWP).


9023
Измеренный объект Контроль R-20 R-40 R-60
T50 (секунды) 2,68 4,04
V-образная воронка (секунды) 10,4 10,01 11 12,82
Передаточное отношение L-коробки (h3 / h2) 0,963 0,963977 0,967

Таблица 7.

Свежие результаты испытаний (изменено из [42]).

4.2 Результаты J-образного кольца

Проходимость SCC оценивается с помощью теста J-ring. Этот тест оценивает, как смеси SCC могут работать в присутствии арматурных стержней в формовочных изделиях. Разница между диаметром потока без ограничений и диаметром потока J-образного кольца показана на рисунке 18. Включение CWP улучшает пропускную способность смесей SCC.По мере увеличения содержания CWP пропускная способность смесей улучшается и демонстрирует большую способность проходить через перегруженные пространства. Следовательно, смеси с высоким содержанием CWP лучше, чем контрольная смесь, в отношении проходимости.

Рисунок 18.

Результаты для J-образного кольца.

4.3 Результаты L-бокса

Пропускную способность SCC через перегруженную арматуру также можно оценить с помощью теста L-бокса. Результаты L-box приведены в таблице 7. Сопоставимые коэффициенты блокирования наблюдаются для всех испытанных смесей.Разброс менее 1,5%. Смеси SCC, включая смеси CWP, не показывают признаков блокирования. Как правило, EFNARC [71] предполагает, что риск блокировки вероятен, если коэффициент блокировки ниже 0,8. Вязкость смесей слишком высока, если коэффициент блокирования менее 0,8. Это может привести к блокировке перегруженных участков. Основываясь на результатах, все смеси с CWP могут использоваться в приложениях, где требуется протекание через перегруженную арматуру.

4.4 Результаты с V-образной воронкой

В этом испытании вязкость и заполняющая способность свежего бетона оценивается по V-образной воронке, когда бетон вынужден проходить через небольшие поперечные сечения и ограниченные пространства.Скорость потока (т.е. время V-образной воронки) SCC через малое поперечное сечение напрямую зависит от вязкости смеси.

Результаты испытаний с V-образной воронкой приведены в таблице 7. Результаты с V-образной воронкой показывают тенденцию к увеличению, что указывает на более высокую вязкость смесей. Все измеренные значения времени V-образной воронки соответствуют второму классу вязкости согласно спецификации EFNARC [71]. Увеличение вязкости указывает на улучшение устойчивости к сегрегации. Примесь, модифицирующая вязкость (VMA), обычно используется для регулирования вязкости смесей и повышения устойчивости к расслоению. Поскольку значения вязкости смесей значительно увеличиваются за счет включения CWP, VMA может быть исключен из смеси или его дозировка может быть уменьшена. В результате получаются более экономичные и недорогие смеси.

4.5 Результаты сегрегационной колонны GTM

Способность бетона оставаться однородным в составе в свежем состоянии определяется как его сопротивление сегрегации. Тест колонки сегрегации GTM используется для оценки устойчивости смесей к сегрегации.

Процент сегрегации показан на рисунке 19. Процент сегрегации уменьшается по мере увеличения содержания CWP в смесях. CWP значительно улучшает сопротивление расслоению смесей SCC. Включение CWP в SCC улучшает характеристики когезии смесей. Процент сегрегации ниже 15%, что показывает, что смеси SCC превосходили по устойчивости к сегрегации. Устойчивость к расслоению зависит от вязкости. Улучшение устойчивости к сегрегации подтверждается результатами теста с V-образной воронкой.При увеличении количества CWP в смесях от 0 до 60% сопротивление сегрегации увеличивается на 72,5%. Существенное повышение стойкости к сегрегации можно объяснить тем фактом, что адсорбция воды частицами CWP может вызывать всасывающие силы, которые могут приводить к образованию кластеров. Это приведет к увеличению межчастичных связей, как в теории кластеризации, увеличивая сопротивление сегрегации, подобно смесям RHA, исследованным Ле и Людвигом [76].

Рисунок 19.

Результаты сопротивления сегрегации.

4.6 Результаты прочности на сжатие

Прочность измеряется в разные периоды испытаний (7, 28 и 90 дней), чтобы оценить развитие прочности в результате включения CWP в качестве частичной замены цемента. Увеличение прочности из-за включения любого материала, заменяющего цемент, в основном зависит от гидратации цемента и пуццолановой реакции используемого материала, а также от влияния на микроструктуру бетона, особенно от уплотнения микроструктуры с особым акцентом на межфазной зоне заполнителя и пасты. [77].

На рисунке 20 показано изменение прочности на сжатие с возрастом. COV колеблется от 0,4 до 3,0%. В возрасте 7 дней было замечено, что включение CWP снижает силу, и это уменьшение пропорционально содержанию CWP. Это могло быть прямым результатом замены цемента на CWP, который не имеет гидравлической реакции. В возрасте 28 дней смесь, содержащая 20 мас.% CWP, показала более высокую прочность по сравнению с контрольной смесью. Тем не менее, смесь с 60% масс. CWP показывает наименее развитую прочность.Поскольку CWP характеризуется медленной пуццолановой реакцией, ожидается, что он не будет иметь большого эффекта до позднего возраста. В 90-дневном возрасте заметно прибавка в силе. В возрасте 90 дней смеси с 20 и 40 мас.% CWP достигают наивысшей прочности на сжатие по сравнению с контрольной смесью. Это означает, что 20-40% масс. CWP является оптимальной заменой цемента для получения высокой прочности на сжатие.

Рис. 20.

Повышение прочности на сжатие с возрастом.

Увеличение прочности также можно объяснить центрами зародышеобразования (то есть зарождением CH вокруг частиц CWP). CWP улучшает набивку бетонной смеси из-за ее высокого SSA и пуццолановой реакции, а также ускорения гидратации цемента, аналогичного эффекту золы рисовой шелухи (RHA), наблюдаемому в другом исследовании [76]. С другой стороны, использование 60% мас. CWP показывает незначительное улучшение прочности; это может быть связано с большим количеством кремнезема от CWP и недостаточным количеством гидроксида кальция (CH) от гидратации цемента.Следовательно, некоторое количество кремнезема остается без химической реакции. Подобное поведение наблюдалось при использовании RHA (т.е. характеризующегося высоким содержанием SSA и высоким содержанием кремнезема) в качестве замены цемента [48].

4.7 Результаты объемного удельного электрического сопротивления

На удельное электрическое сопротивление бетона влияет несколько факторов, таких как пористость, распределение пор по размерам, связность, влажность бетона и подвижность ионов в поровом растворе. Электрическое сопротивление оценивает защиту бетона арматурной стали от коррозии. Согласно ACI 222R-01 [57], уровень защиты от коррозии улучшается с увеличением значения удельного сопротивления.

Значения удельного сопротивления представлены на рисунке 21 для возраста 28 и 90 дней. COV варьировался от 6,4 до 13,2%. Удельное сопротивление увеличивается с возрастом. Включение CWP значительно увеличивает удельное сопротивление смеси. Значительное увеличение удельного сопротивления из-за включения CWP предполагает, что CWP имеет тенденцию к уменьшению взаимосвязанной сети пор, что способствует снижению проводимости бетона.С возрастом пуццолановая активность CWP способствует измельчению пор и микроструктуры бетона, тем самым дополнительно снижая ионную подвижность и, следовательно, проводимость бетона. Повышенное удельное сопротивление показало, что долговечность бетонных смесей CWP для защиты арматурной стали от агрессивной среды намного выше, чем у контрольной смеси без CWP.

Рисунок 21.

Удельное электрическое сопротивление SCC.

4.8 Порозиметрия проникновения ртути (MIP)

Тест MIP предоставляет информацию о системе пор (т. е.е., объем пор и средний диаметр пор). Результаты MIP могут помочь понять развитие микроструктуры бетона, а также могут объяснить другие полученные результаты. В таблице 8 показаны результаты теста MIP в возрасте 90 дней. Результаты испытаний показывают, что высокое содержание CWP приводит к значительному уменьшению объема пор и размера пор. Уменьшение объема пор и размера пор указывает на уплотнение микроструктуры. Кроме того, результаты MIP подтверждают улучшение, наблюдаемое в результатах удельного сопротивления и прочности на сжатие.

дней
Смесь Пористость (%) Средний диаметр пор * (мкм)
RC-0 24.989 8.1265 8.1265
5,3136
RC-40 15.604 3.9109
RC-60 13.304 2.5002

Таблица 8.

результаты, измененные для возраста

]).

*

В зависимости от объема проникновения.


5. Бетон с нулевым содержанием цемента, активированный щелочами (AAC)

Бетон с нулевым содержанием цемента, активированный щелочами (AAC), появился как альтернатива бетону на основе цемента [78, 79, 80, 81, 82, 83, 84] . Иногда AAC называют неорганико-полимерным или геополимерным бетоном. В AAC полностью заменен цемент. В AAC используются материалы, богатые диоксидом кремния и оксида алюминия, которые активируются щелочью с образованием трехмерного алюмосиликатного связующего, не содержащего СаО.AAC предлагает значительные возможности для повторного использования нескольких промышленных побочных продуктов и отходов, таких как летучая зола, метакаолин и доменный шлак. Технология геополимеризации основана на реакции щелочных растворов, таких как гидроксид натрия (NaOH), гидроксид калия (КОН) и раствор силиката натрия. CWP характеризуется высоким содержанием кремнезема и оксида алюминия, что делает его хорошим кандидатом для использования при изготовлении ACC. Ограниченные исследования по подаче иска CWP в AAC [38, 39, 40] пришли к выводу, что оптимальная температура отверждения находится в диапазоне от 60 до 80 ° C, период отверждения составляет от 24 до 48 часов, а молярность раствора щелочи составляет 12 М.

Использование CWP при создании AAC все еще требует дальнейших исследований, чтобы лучше понять его эффективность. CWP используется для получения AAC с использованием различных щелочных растворов, в основном NaOH и KOH. Исследуются несколько параметров, которые включают щелочные растворы с концентрацией 12 M (например, только NaOH, только KOH и их комбинация), отношение CWP к агрегату (например, 1: 1,5–1: 2,0–1: 2,5), дозировка добавки (например, 1,5 и 4,0%), время отверждения (т.е. 60 ° C в течение 24 и 48 часов), включение шлака в дополнение к CWP (т.е.е., содержание шлака 10, 20 и 40%). Несколько испытаний используются для оценки характеристик смесей, которые включают текучесть (например, ASTM C1437 [85]), прочность на сжатие куба, проницаемость пор (например, ASTM C642 [54]), начальную скорость водопоглощения (например, ASTM C1585 [86]) и удельное электрическое сопротивление (например, ASTM C1760 [53]). COV варьировался от 0,3 до 2,8%.

Хлопья гидроксида натрия и гидроксида калия растворяют в дистиллированной воде для получения раствора желаемой концентрации (т.е.е., 12 М) минимум за 1 день до его использования. В таблице 9 показаны использованные щелочные растворы и комбинация растворов NaOH и КОН. Сухие ингредиенты сначала перемешивают около 1 минуты. Растворы гидроксида натрия и гидроксида калия добавляют к сухим материалам в соответствии с порядком смешивания, указанным в таблице 9, и перемешивают в течение 3 минут.

5.1 Влияние содержания заполнителя

Влияние содержания заполнителя оценивали по сыпучести и прочности на сжатие в течение 7 дней. Смеси выдерживают при 60 ° C в течение 24 часов.На рисунке 22 показаны текучесть и прочность на сжатие в течение 7 дней в зависимости от отношения CWP к заполнителю. Замечено, что сыпучесть снижается по мере увеличения содержания заполнителя. Это похоже на поведение цементного бетона, поскольку содержание CWP действует как смазка между частицами заполнителя. Напротив, 7-дневная прочность на сжатие улучшилась за счет увеличения содержания заполнителя. Режим перемешивания раствора влияет на сыпучесть и прочность. Режим смешивания (A) показывает лучшую текучесть, в то время как другие режимы смешивания показывают аналогичные значения текучести.Режимы смешивания (D) и (E) обеспечивают максимальное сжатие.

Рис. 22.

Текучесть и прочность на сжатие в течение 7 дней в зависимости от отношения CWP к заполнителю.

5.2 Влияние содержания примеси

Суперпластификатор (т. Е. На основе поликарбонового эфира) добавляется с дозировкой 1,5 и 4,0% от массы CWP. Смесь AAC с CWP к соотношению агрегатов (1: 2,5) и 24-часовому отверждению при 60 ° C используется для изучения влияния дозировки добавки. Сыпучесть и результаты прочности на сжатие за 7 дней представлены в таблице 10.Использование суперпластификатора с концентрацией 1,5% по весу показывает переменное улучшение текучести и незначительное улучшение прочности. Увеличивая дозировку добавки до 4,0%, улучшаются сыпучесть и прочность. Для обеих дозировок смеси режимы смешивания (D) и (E) показывают лучшее улучшение текучести и самую высокую прочность на сжатие.

I.D. Щелочные растворы% Режим смешивания растворов с CWP
KOH NaOH
A 0 100 B
C 20 80 Сначала добавляют раствор NaOH и смешивают с твердыми веществами в течение 1 минуты, затем добавляют КОН и перемешивание продолжают еще 2 минуты
D 40 60 Растворы NaOH и КОН смешиваются, затем добавляются к твердым веществам и перемешиваются в течение 3 минут
E 60 40 Сначала добавляют раствор КОН и смешивают с твердыми веществами в течение 1 минуты, затем добавляют NaOH и перемешивание продолжается еще 2 минуты

Таблица 9.

Внутренний диаметр смесей, используемые щелочные растворы и режим перемешивания растворов.

11023 901 902 9030 C 111023 901 902 9245 Таблица.

Влияние добавки на сыпучесть и прочность на сжатие в течение 7 дней.

*

Дозировка добавки суперпластификатора по массе CWP.


5.3 Влияние времени отверждения

Смесь AAC с отношением CWP к агрегату (1: 2,5) и добавкой 4% используется для изучения влияния времени отверждения (т.е. 24 и 48 часов) при 60 ° C. На рисунке 23 показано влияние времени отверждения на прочность на сжатие в течение 7 дней. Прочность на сжатие увеличивается с увеличением времени отверждения.Аналогичная тенденция наблюдается для AAC на основе метакаолина [87]. Хотя увеличение времени отверждения улучшает прочность на сжатие, применение более короткого времени отверждения рассматривается с точки зрения снижения потребления энергии.

Рис. 23.

Прочность на сжатие в течение семи дней для смеси AAC с отношением CWP к заполнителю 1: 2,5 в зависимости от времени отверждения при 60 ° C.

5.4 Влияние содержания шлака и режима отверждения

В нескольких исследованиях было изучено использование шлака при производстве AAC [88, 89, 90, 91, 92].Шлак оказался подходящим материалом для изготовления AAC. Шлак характеризуется наличием некоторой гидравлической реакции из-за наличия оксида кальция (CaO) помимо кремнезема и оксида алюминия для активации щелочью. Поэтому шлак используется для замены части CWP. Это поможет улучшить текучесть смеси AAC и улучшить развитие прочности без необходимости увеличения времени отверждения. Смесь AAC с CWP для агрегирования в соотношении 1: 2,5 и 4% примеси используется для оценки эффекта включения шлака в качестве связующего материала в дополнение к CWP.Шлак заменил CWP на 10, 20 и 40% по весу. Смеси AAC, включая шлак, подвергаются трем режимам отверждения; отверждение на воздухе, 24 часа при 60 ° C с последующим отверждением на воздухе и 24 часа при 60 ° C с последующим отверждением в воде в течение 6 дней. На рисунке 24 показана сыпучесть смесей AAC, включая шлак и CWP. Включение шлака улучшает сыпучесть смесей. Улучшение пропорционально содержанию шлака с максимальным улучшением при 40% шлака.

Рис. 24.

Текучесть AAC, включая CWP и шлак.

Влияние включения шлака с CWP на 7-дневную прочность показано на рисунке 25. Отвержденные на воздухе смеси показали наименьшее развитие прочности. Замечено, что результаты (печь + воздух) и (печь + вода) сопоставимы для замены 20 и 40% шлака. Было обнаружено, что значения прочности увеличиваются с увеличением% шлака при замене CWP, с максимальным значением при 40% шлака.

Рис. 25.

Прочность на сжатие AAC в течение семи дней, включая CWP и шлак.

Включение шлака выгодно при производстве AAC с использованием CWP с уровнем замещения 40%. Основываясь на текучести и прочности на сжатие в течение 7 дней, следующие параметры смеси являются оптимальными для получения AAC с использованием CWP:

  1. отношение CWP к агрегату составляет 2,5,

  2. режим смешивания щелочных растворов (D) ( т.е. смесь NaOH 60% и KOH 40%) обеспечивает подходящую текучесть и прочность;

  3. использование 4% суперпластификатора для улучшения сыпучести;

  4. нанесение в течение 24 часов при 60 ° C с последующим отверждением на воздухе; и

  5. использование 40 мас. % шлака для замены CWP.

Оценивается эффективность смеси AAC в соответствии с вышеуказанными параметрами. Таблица 11 суммирует полученные результаты. Результаты показывают, что CWP в сочетании с 40% шлака может производить AAC с прочностью, подходящей для различных структурных применений. Удельное электрическое сопротивление и начальная скорость поглощения указывают на то, что произведенный ААС отличается высокой прочностью. Изменение значений результатов теста с возрастом указывает на то, что большинство реакций завершается в 7-дневном возрасте.Следовательно, нет необходимости ждать, чтобы оценить характеристики в возрасте 28 дней, как и у портландцементного бетона.

Режим смешивания Текучесть (мм) Прочность на сжатие за 7 дней (МПа)
1,5% * 4,0% * 1,5% * 4,0% * 4,0%
A 95 107 12 14
B 95 107 10 12
13
D110 116 13 15
E 112 117 14 16
Возраст при испытании (дни)
7 28
Прочность на сжатие (МПа) 39,3 40,7 40,7 8,32
Объемное электрическое сопротивление (кОм · см) 17. 9 18,2
Начальная скорость поглощения (мм / мин 1/2 ) сорбционная способность 0,15 0,12

Таблица 11.

Результаты за семь и двадцать восемь дней для оптимальной смеси AAC .

6. Выводы

CWP содержит высокое содержание кремнезема и глинозема (т.е.> 80%). Кроме того, он имеет некоторое количество аморфного вещества, которое проявляет пуццолановую активность, особенно в позднем возрасте. Следовательно, CWP имеет большой потенциал для использования в качестве ингредиента при производстве экологически чистых бетонов.

Использование CWP в качестве ингредиента для создания CVC жизнеспособно. Бетон с высокими эксплуатационными характеристиками может быть произведен путем включения CWP в качестве частичной замены цемента. CWP улучшает сохранение удобоукладываемости смесей CVC. Включение CWP снизит силу в раннем возрасте и замедлит развитие силы. Значительного улучшения долговечности CVC можно добиться за счет включения высокого содержания CWP. Производительность CVC зависит от содержимого CWP. CWP можно использовать в диапазоне 10–20% для улучшения сохранения удобоукладываемости и позднего развития прочности.Для повышения прочности необходимо содержание CWP от 30 до 40%. Если характеристики смеси требуют сочетания сохранения удобоукладываемости, прочности и долговечности, можно использовать содержание CWP в диапазоне от 20 до 30% для оптимизации всех требуемых характеристик.

CWP может использоваться в качестве частичной замены цемента для производства SCC, соответствующего международным требованиям. Все свойства свежего бетона, за исключением осадки, значительно улучшаются за счет включения CWP. Улучшение пропорционально содержанию CWP.Как и в случае с CVC, включение CWP повлияло на развитие прочности и увеличило долговечность. SCC с улучшенными характеристиками в свежем виде и оптимальной прочностью может быть произведен с использованием 40% CWP в качестве частичной замены цемента.

Использование CWP для создания AAC показало многообещающие возможности. При производстве AAC с использованием CWP следует учитывать совокупное содержание смеси, использование добавок суперпластификатора и использование щелочного раствора, состоящего из NaOH и KOH. Комбинация шлака с CWP улучшает обрабатываемость и прочность без необходимости длительного времени отверждения для экономии энергии.Комбинация CWP с летучей золой также может быть альтернативой для улучшения характеристик производимого AAC.

Наконец, CWP имеет обнадеживающие возможности для использования в качестве ингредиента для производства экологически чистого бетона с обычной вибрацией (CVC), самоуплотняющегося бетона (SCC) и бетона с нулевым содержанием цемента, активируемого щелочами (AAC). Бетонная промышленность может и будет играть жизненно важную роль в устойчивом развитии за счет утилизации промышленных отходов.

Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке исследовательского гранта UAEU-UPAR2 № 31 N2018.Кроме того, очень ценится пожертвование порошка керамических отходов для исследования компанией PORCELLAN (ICAD II MUSSAFAH — АБУ-ДАБИ, ОАЭ). Высоко ценится помощь магистрантов Димы М. Канаана и Самы Т. Али. Поддержка второго автора со стороны Транспортного центра Южных равнин (SPTC) Университета Нью-Мексико очень ценится.

ПРОЦЕСС ПЕРЕДАЧИ БЕТОНА

ОБРАБОТКА БЕТОНА

Большое количество бетонных конструкций (около 6% рынка строительных каркасов) — сборные.Отдельные компоненты предварительно собираются на месте, а затем доставляются на место, где они устанавливаются.

На следующих рисунках показан процесс производства сборного железобетона:

1. Производство армированных каркасов и основных соединений:

На заводе сборных железобетонных изделий часто есть специализированные мастерские по изготовлению и обслуживанию форм, а также по производству сборных арматурных каркасов и соединений.

2. Сборка форм:

Усиленный сепаратор помещается в частично собранную форму, затем завершается оставшаяся часть формы.

3. Заливаемая смесь:

Тщательно подобранный бетон помещается в форму. На многих заводах по производству сборного железобетона сейчас используются бетонные заводы с компьютерным управлением.

4. Уплотнение бетона покер-вибратором:

Для обеспечения оптимальной плотности и указанной прочности бетон укладывается и уплотняется с помощью высокочастотных внешних вибраторов или вибраторов.

5.Сборный железобетон перемещается на склад:

Как только будет достигнута необходимая прочность, сборные железобетонные изделия перемещаются на склад. Обработка изделий обычно осуществляется в течение нескольких часов после литья в рамках быстрого производственного цикла.

Изделие отличается высокой точностью размеров и качеством отделки. Экономия производства достигается за счет повторяющегося и автоматизированного процесса.

6. Хранение качественной продукции на территории работ:

Готовые сборные железобетонные элементы укладываются на чистые рейки или пластиковые подкладки, соответствующие конструкции компонента.Необходимо следить за тем, чтобы штабели оставались вертикальными, а рейки в штабеле располагались непосредственно друг над другом.

7. Транспорт на место:

Компоненты доставляются на площадку в заранее определенной последовательности, чтобы обеспечить готовность затвердевшего бетона к немедленному возведению.

8. Монтаж на объекте:

Компоненты монтируются прямо с грузовика. Это приводит к сокращению времени эрекции и снижению активности на месте.

9. Готовый корпус:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *