Главная
страница
Сведения об авторах
НОВЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ИЗВЕСТИ
Мымрин В. А., Корреа С. М., Федеральный университет штата Парана, Куритиба, Бразилия
Введение. Факты использования отходов строительства и сноса сооружений (ОССС) известны со времен Древнего Рима. Их массовая утилизация началась в Европе после окончания второй мировой войны. В настоящее время в Европе ежегодно образуется около 200 млн т этих материалов, что составляет от 13 до 80 % всего объема твердых отходов городов. ОССС используют для строительства автодорог или как щебень и песок при производстве бетона.
Часто основным компонентом ОССС являются отходы производства и разрушения бетона (ОПРБ). В настоящей работе приведены результаты экспериментов по применению ОПРБ в сочетании с отходами производства извести (ОПИ) для производства нового строительного материала. ОПИ широко распространены в Бразилии. Вследствие недожога известняка их химический состав отличается от товарной извести высоким содержанием карбонатов — до 19,5 %, в то время как в товарной извести допускается 10–12 %. Поэтому в Бразилии запрещено использовать ОПИ в качестве вяжущего строительного материала.
Цели исследования. 1. Разработка нового строительного материала из ОПРБ и ОПИ. 2. Изучение физико-химических свойств разработанного материала в соответствии с бразильскими строительными нормами.
Методика исследований. Приготовление образцов. Образец ОПРБ был высушен, раздроблен, просеян через сито 1,18 мм. Затем готовили смеси с различным содержанием ОПРБ и ОПИ. Смеси были гидратированы при соотношении ОПИ : вода = 1 : 1, выдержаны в течение получаса на открытом воздухе и сформованы в виде цилиндрических образцов диаметром и высотой 20 мм с усилием уплотнения 10 МПа. Твердение образцов происходило на открытом воздухе при комнатной температуре.
Исследовали предел прочности образцов при одноосном сжатии, абсорбцию воды; методами рентгенофазного анализа и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) изучали физико-химические процессы упрочнения материалов.
Результаты исследования. Предел прочности образцов при одноосном сжатии возрастает с увеличением времени гидратации и зависит от содержания вяжущего — ОПИ (таблица).
Изменение прочности образцов в процессе гидратации
|
№ |
Состав материала, % |
Время гидратации, сут |
||||||
|
3 |
7 |
14 |
28 |
60 |
90 |
|||
|
ОПРБ |
ОПИ |
Прочность материала, МПа |
||||||
|
1 |
90 |
10 |
7,3 |
8,9 |
8,9 |
10,1 |
12,3 |
13,8 |
|
2 |
85 |
15 |
9,0 |
9,1 |
9,6 |
12,0 |
13,0 |
16,3 |
|
3 |
80 |
20 |
8,5 |
9,9 |
11,1 |
11,7 |
15,7 |
18,6 |
|
4 |
75 |
25 |
12,7 |
14,9 |
14,8 |
15,5 |
21,4 |
22,1 |
|
5 |
70 |
30 |
15,9 |
18,3 |
19,7 |
18,4 |
24,1 |
26,0 |
|
6 |
65 |
35 |
16,5 |
18,1 |
19,7 |
21,1 |
26,1 |
27,5 |
|
7 |
60 |
40 |
15,1 |
16,5 |
20,5 |
19,5 |
25,2 |
29,0 |
Все материалы обладают очень высокой прочностью, материал № 7 в 90-суточном возрасте — наибольшей (29,0 МПа). Однако в том же возрасте прочность материала № 5, содержащего 30 % ОПИ, незначительно уступает прочности материала № 7. Величина абсорбции воды варьировала от 10,38 (материал № 7) до 13,09 % (материал № 1).
Физико-химические процессы упрочнения материалов. Исследование минерального состава сухих исходных смесей позволило установить наличие следующих групп минералов:
1) природные компоненты ОПРБ — кварц SiO2, микроклин KAlSi3O8, ортоклаз
KSi3AlO8, кальцит CaCO3 и силикат кальция Ca2SiO4;
2) продукты гидратации — авфиллит Ca3(SiO3OH)2·2H2O, C-S-H Ca4Si5O13,5(OH)2 и гидросиликат кальция Ca1,5
SiO3,5·H2O;
3) вяжущие вещества — известь CaO, периклаз MgO, портландит Ca(OH)2.
Сравнение интенсивности пиков на рентгеновских дифрактограммах материала № 7 в процессе его гидратации и упрочнения показывает, что через 3 суток количество извести и портландита не превышает предел чувствительности метода (около 5 %), и пики этих минералов не фиксируются среди других пиков. В то же время появляются рефлексы тоберморита Ca5Si6O16(OH)2, анкерита Ca(Mg,Fe)(CO3)2 и кальцита Ca(CO)3. Через 28 суток наблюдаются пики доломита CaMg(CO3)2, а через 90 суток на дифрактограмме лишь повторяются пики ранее установленных минералов. При этом происходит рост интенсивности пиков карбонатов на 0,1–0,2 %, что совершенно недостаточно для объяснения значительного увеличения прочности образцов материала № 7 (см. таблицу).
На СЭМ-фотографиях хорошо видны гелеподобные новообразования как в исходной
сухой смеси, так и после 90 суток ее гидратации (рисунок).
 |
 |
|
|
а |
б |
в |
СЭМ-фотографии материала № 7:
а — исходная сухая смесь (x 3 000); б, в — после 90 суток гидратации и
упрочнения
(x 3 000, x 5 000 соответственно)
В отдельных точках обнаруживаются друзы кристаллических тел (см. рисунок в), количество и характер расположения которых не позволяют, однако, считать их весомым фактором роста прочности образцов. Очевидно, влияние аморфных новообразований на рост прочности материалов является превалирующим, что вытекает также из результатов рентгеновской дифрактометрии.
Выводы
1. Экспериментально показана возможность применения отходов производства и
разрушения бетона в сочетании с отходами производства извести в качестве
вяжущего.
2. Все материалы из этих компонентов обладают высокими механическими свойствами — прочностью при одноосном сжатии в 90-суточном возрасте и низкой абсорбцией воды — и могут применяться в строительной индустрии.
3. С помощью рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии установлено, что при гидратации и упрочнении материалов протекают следующие процессы:
– почти полный переход извести CaO и частично портландита Ca(OH)2 в формы таких
карбонатов, как кальцит CaCO3, доломит CaMg(CO3)2 и анкерит Ca(Mg,Fe)(CO3)2;
– синтез и совершенствование кристаллических структур тоберморита Ca5Si6O16(OH)2,
авфиллита Ca3(SiO3OH)2·2H2O, гидросиликата кальция C-S-H - CaOSiO2·H2O;
– синтез значительного количества аморфных или аморфоподобных новообразований,
хорошо видимых с помощью сканирующей электронной микроскопии, особенно при
больших увеличениях.
Синтезом этих трех групп новообразований можно объяснить рост прочности материалов из смесей отходов производства и разрушения бетона и отходов производства извести.
4. Расчет экономической эффективности не был целью настоящей работы. Тем не менее использование бесплатного сырья, несомненно, значительно снизит себестоимость строительных работ.
5. Утилизация широко распространенных промышленных отходов и снижение добычи
природных строительных материалов уменьшит загрязненность окружающей среды.
Mymrin V. A., Correa S. M., Federal University of Paranа, Curitiba, Brazil
New construction materials have been developed on the basis of wastes of
concrete production, demolition and lime production processes. The uniaxial
compression resistance has been achieved for material samples at 29–33 MPa after
90-day open-air hardening period. This can be explained by the transformation of
the initial mixture’s minerals (lime and portlandite) to calcium, magnesium and
ferrous amorphous and crystalline carbonates (calcite, dolomite and ancerite).
The assessment of economic efficiency calculation was outside the scope of this
study, but it is expected to be rather high due to the fact that waste material
is used as an input. But the main advantage of the proposed technology is the
environmental protection and improved waste reuse.
Мымрин Всеволод Анатольевич, д-р геол.-минерал. наук, проф., Федеральный университет штата Парана, Centro Politecnico, Jardim das Americas, Curitiba, CEP 81531-990, PR, Brasil. Tel. (41) 3361-34-25. E-mail
© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 15.09.08
