Проблема совместного использования местного сырья и отходов промышленных предприятий является актуальной в наши дни. Использование вторичных материальных ресурсов дает возможность повысить в строительстве энерго- и ресурсосбережение. Следует уделить особое внимание проблеме переработки отходов стекольной продукции. Сложность утилизации стеклобоя является причиной активного применения этого материала в производстве, в частности, в строительной индустрии. Благодаря увеличению объема производства и использованию эффективных композиционных материалов с пониженной средней плотностью (ячеистые и поризованные бетоны), решается задача экономного расхода энергетических ресурсов для поддержания необходимого температурного режима в помещениях. Сера также является побочным продуктом, утилизация которого необходима из-за его возрастающих объемов. Чтобы получить эффективную технологию изготовления строительных материалов на основе серного вяжущего, нужно учитывать свойства материала при нагреве, это обеспечит оптимизацию технологического процесса и адекватную оценку готовых изделий при эксплуатации в разных температурных условиях [1].
Жидкое стекло является водным раствором силиката натрия Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2). Натриевое жидкое стекло (изготовленное по ГОСТ 13079—81) используется при изготовлении кислотоупорных цементов, жароупорных и огнеупорных бетонов, обмазок с огнезащитными свойствами и силикатизации грунтов [2].
При изготовлении кислотоупорного цемента смесь тонкоизмельченного кварцевого песка и кремнефтористого натрия затворяют обычно водным раствором силиката натрия плотностью 1,345, взятым в количестве 25—30 % по массе песка. В результате взаимодействия растворимого стекла и кремниефтористого натрия пластические свойства смеси пропадают, и она превращается в камень, способный противостоять действию большинства минеральных и органических кислот. Но при постоянном воздействии воды разрушения бетонов и растворов неизбежны.
Используется кислотоупорный цемент в конструкциях и аппаратах, которые подвергаются воздействию кислых сред, в особенности в химической промышленности, а также при изготовлении кислотоупорных замазок, растворов и бетонов[3].
Влиять на термостойкость цементных композитов жидкое стекло может лишь при нагреве материала до 500 *С, благодаря изменению химического состава и полимеризации активного кремнезема и образованию трехмерных структур.
В исследованиях жаростойкого бетона на жидком стекле с нефелиновым штампом, проведенных И. М. Залеской, изучались структура и состав после отвердения и высокотемпературного нагревания. По мнению автора, при взаимодействии жидкого стекла с нефелиновым шламом наблюдаются преобладающе коллоидные процессы, которые сопровождаются коагуляцией и образованием гелей, обволакивающих зерна нефелинового шлама и скрепляющих их. Нагревая материал до 125-150*С можно наблюдать удаление свободной воды из геля и его уплотнение, кристаллизуются гелиевые фазы при 400*С. А при нагревании до 600-700*С наблюдается частичное расплавление стекла. При 750*С в силикате натрия наблюдается кристаллизация кремнезема в виде кристобалита и тридимита. При нагреве до 800*С начинается кристаллизация ранкинита и псевдоволластонита. Появление кристаллических новообразований является причиной повышения прочности цементного камня.
В работе по исследованию влияния добавок жидкого стела на тепловые свойства штукатурных растворов и пенобетонов повышенной термостойкости производится сравнение чистого образца с образцами, содержащими жидкое стекло. Жидкое стекло содержится в растворах и жаростойких бетонах в объеме 5-20%. Водоцементное отношение смеси 0,5.
Компоненты Масса, %
Контрольный состав Состав №1 Состав №2 Состав №3
Портландцемент 28,3 26,3 23,7 27,0
Кварцевый песок 56,4 52,5 49,4 52,0
Жидкое стекло — 0,7 2,8 4,2
Количество выдержанных теплосмен при t=500*C 4 11 29 20
Табл.1.Характеристики добавок жидкого стекла на термостойкость штукатурного раствора с содержанием портландцемента марки 400 и кварцевого песка
Из таблицы видно, что образец с составом №2 проявил наилучшие термостойкие свойства, а дальнейшее увеличение содержания жидкого стекла нецелесообразно из-за моментального схватывания штукатурного раствора.
Для исследования по определению термостойкости бетона были изготовлены бетонные образцы объемом 49 см2 из бетонной смеси с компонентами: портландцемента марки 500, содового жидкого стекла с плотностью 1,4 г/см3 и силикатным модулем 2,8-3,0, песка крупностью 0,315-1,2 мм, боя стекла, водой (отвечающей требованиям ГОСТ 23732-79), пенообразователем ПБ-2000.
Рациональный состав пенобетона средней плотности 600 кг/м3: стеклобой — 10%(от массы песка), жидкое стекло — 1%(от массы цемента), соотношения заполнителя с вяжущим веществом — 0,385. У пенобетона такого состава повышается предел прочности при сжатии до 4 МПа и наблюдается увеличение термостойкости.
Наблюдая за потерями массы и увеличением дефектов на поверхности образца при теплосменах (при температуре 500-520*С), можно было определить теплостойкость пенобетона. Рассмотрим график зависимости потери массы образцов от количества теплосмен:
Рис. 1. График зависимости потери массы образцов от количества теплосмен: 1 — рациональный состав (содержание жидкого стекла – 1%), 2 – контрольный, без жидкого стекла
Согласно графику мы видим, что при увеличении содержания жидкого стекла увеличивается термостойкость пенобетона, снижаются интенсивность потери массы и общая потеря веса испытуемых образцов при высокотемпературном нагревании, а при внешнем осмотре образца было замечено, что улучшилась трещиностойкость при резких перепадах температур. Исследование данной работы показало, что при нагреве до 500*С пенобетона или штукатурного раствора с добавлением жидкого стекла увеличивается их термостойкость и прочностные характеристики [4].
Сера – побочный продукт нефтяной и газовой промышленности. Проводятся многочисленные работы по разработке серных строительных материалов, таких как серные композиты (серобетоны) и сероасфальтобетоны, которые впоследствии могут применяться для изготовления дорожных покрытий, стеновых (кирпичей, блоков, утеплителей) и кровельных материалов (черепица, навесы, теплоизоляционные материалы), отделочных плит и др. [5].
Серные композиты – типичные дисперсные системы, полученные на основе маловязкой дисперсной среды и тонкомолотых дисперсных фаз, однородность распределения частиц которых влияет на структуру и свойства серных композитов. Также влияние оказывают физико-химические взаимодействия на границе раздела фаз и внутренние напряжения, возникающие при кристаллизации серы. Определяя внутреннее напряжение можно решить множество труднопреодолимых технических проблем. Рассмотрим график зависимости предела прочности при сжатии радиационно-защитных серных мастик на различных наполнителях от степени наполнения:
Рис.2.Зависимость предела прочности при сжатии радиационно-защитных серных мастик на различных наполнителях от степени наполнения.
Стоит отметить, что при наполнении серных композитов дисперсными фазами, будет наблюдаться преобладание конструктивных процессов, сопровождающихся повышение однородности распределения фаз.
Особенно сильно это наблюдается на серных композитах с инертными наполнителями. Увеличение прочности происходит после образования плотной структуры (увеличения пористости). Внутреннее напряжение снижается образующимися порами, одновременно с чем увеличивается дефектность структуры материала и уменьшается расстояние между дефектами и энергия разрушения. Прочность материала увеличивается благодаря снижению величины внутренних напряжений и снижается из-за уменьшения расстояния между дефектами [6].
В работе по исследованию влияния температуры (от 20*С до 80*С) на прочность серного бетона образцы нагревались в сушильном шкафу не менее 3 часов, затем на них производились испытания измерительным прессом ИП-100. Помимо этого проводились исследования по прочности серобетонов с использованием серозольных и серохвостовых вяжущих с различными заполнителями при низких температурных условиях в климатической камере ( от 0 до -40*С, интервал 20*С).
Состав№ Состав, % масс.
Вяжущее Заполнитель Модификатор ДЦПД, %
Сера Наполнитель
1 19,8 11,8 отвальные хвосты 68,4 гран. шлак —
2 19,8 11,8 отвальные хвосты 68,4 гран. шлак 2,5
3 23,1 10,2 зола-унос (ТЭЦ1) 66,7 отсевы дробления —
4 23,1 10,2 зола-унос (ТЭЦ1) 66,7 отсевы дробления 2,5
Табл. 2.Серобетоны оптимальных составов с различными заполнителями.
Проводились практические исследования по определению зависимости прочности от температуры серобетонов оптимальных составов на сжатие и изгиб. По результатам этих исследований было установлено, что прочностные характеристики серобетонов в температурном интервале от -40 до 80*С существенно не изменяются. Таким образом, представленные в таблицы составы серобетона являются наиболее оптимальными для применения и смогут обеспечить высокие прочностные характеристики [7].
В результате работы установлено, что добавки жидкого стекла в бетоны и цементные растворы увеличивают физико-механические свойства материалов, эксплуатационные и технологические качества, повышают их стойкость в кислотных (их водных растворах) и биологически активных средах, сера влияет на прочность материала и его термическую устойчивость.
Список используемой литературы:
1. «Ячеистые и поризованные бетоны на основе стекло-щелочного связующего // Строительство: Новые технологии – новое оборудование, 2014, №2. — 35 с.
2. Корнеев В.И., Данилов В.В. Жидкое и растворимое стекло // сайт newchemistry.ru (http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=5062)
3. Лебедев С. Жидкое стекло и кислотоупорный цемент // сайт stanislav-lemeshev.narod.ru (http://stanislav-lemeshev.narod.ru/steklo.html)
4. Акулова М. В. Влияние жидкого стекла на термостойкость цементных композитов// Приволжский научный журнал, 2013, №1. — С. 17 — 21
5. Волгушев А. Н. Применение серы в строительстве // сайт newchemistry.ru (http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=4348)
6. Королев Е. В., Альбакасов А. И. Структурообразование серных строительных материалов // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании, сборник трудов, 2 том. — С. 83 -89
7. Королев Е. В., А. И. Альбакасов Трещиностойкость серных композиционных материалов// Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании, сборник трудов, 2 том. С. 89 — 94
Автор публикации
