Геополимерный бетон с использованием многотоннажных техногенных отходов

Введение.

В настоящее время в качестве вяжущего вещества для получения бетонов применяется портландцемент, мировое производство которого формирует порядка 10 % общего выброса углекислого газа в атмосферу. Перспективна частичная или полная замена портландцемента новыми бесцементными вяжущими веществами, для получения которых могут быть использованы многотоннажные техногенные отходы, обладающие цементирующим действием, например, тонкоизмельченный доменный шлак (ДШ), зола уноса (ЗУ) ТЭС и зола, образующаяся при сжигании рисовой шелухи (ЗРШ). В качестве активатора схватывания и твердения таких вяжущих выступают водные щелочные растворы (NaOH и Na2SiO3 или KOH и K2SiO3), а для регулировки сроков схватывания - двуводный гипс. Бетон, получаемый на основе новых бесцементных вяжущих, называется геополимерный бетон.

Материалы и методы.

С целью снижения расхода воды затворения при сохранении требуемой удобоукладываемости мелкозернистой бетонной смеси в ее состав вводился поликарбоксилатный суперпластификатор. Все сырьевые компоненты за исключением суперпластификатора местного для Вьетнама происхождения. Применялись следующие методы исследований: состав геополимерной бетонной смеси рассчитывали по методу абсолютных объемов, удобоукладываемость бетонной смеси определяли по ASTM C1611-18 и TCVN 3106:2007, прочность бетонов на сжатие и растяжение при изгибе - по ГОСТ 10180-2012, среднюю плотность бетона - по ГОСТ 12730.1-78.

Результаты.

Разработан состав геополимерного бетона на щелочном бесцементном вяжущем, обладающий в результате тепловой обработки в течение шести часов при температуре 100 °С в возрасте 28 суток прочностью на сжатие порядка 60 МПа, который можно использовать в условиях жаркого и влажного климата Вьетнама.

Выводы.

Разработанный бесцементный бетон также обладает высокой водонепроницаемостью и низким водопоглощением. Такой бетон экономичен, и его производство будет способствовать охране окружающей среды за счет экономии природных ресурсов и возможности использования многотоннажных техногенных отходов.

1. Sathawane S.H., Vairagade V.S., Kene K.S. Combine effect of rice husk ash and fly ash on concrete by 30 % cement replacement // Procedia Engineering. 2013. Vol. 51. Pp. 35-44. DOI: 10.1016/j.proeng.2013. 01.009

2. Abdel-Ghani N.T., El-Sayed H.A., El-Habak A.A. Utilization of by-pass cement kiln dust and air-cooled blast-furnace steel slag in the production of some ‘‘green” cement products // HBRC Journal. 2018. Vol. 14. Issue 3. Pp. 408-414. DOI: 10.1016/j.hbrcj.2017.11.001

3. Lei Y., Zhang Q., Nielsen C., He K. An inventory of primary air pollutants and CO2 emissions from cement production in China, 1990-2020 // Atmospheric Environment. 2011. Vol. 45. Issue 1. Pp. 147-154. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2010.09.034

4. Каргин А.А., Маликов И.М. Геополимерный бетон // Россия молодая : сб. мат. XI Всеросс. науч.-практ. конф. с междунар. участием. 2019. С. 60613.

5. Гончарова М.А., Матченко Н.А. Разработка составов геополимерного бетона для конструкционного материала // Научные исследования: от теории к практике. 2015. Т. 2. № 4 (5). С. 15-18.

6. Pham Chi Сuong. The use of waste from the metallurgical industry in Vietnam // Journal of Science of Vietnam. 2012. Vol. 6. Issue 10. Pp. 52-54.

7. Танг Ван Лам, Нго Суан Хунг, Булгаков Б.И., Александрова О.В., Ларсен О.А., Орехова А.Ю. и др. Использование золошлаковых отходов в качестве дополнительного цементирующего материала // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 8. C. 19-27. DOI: 10.12737/article_5b6d58455b5832.12667511

8. Танг Ван Лам, Булгаков Б.И., Александрова О.В., Ларсен О.А. Возможность использования зольных остатков для производства материалов строительного назначения во Вьетнаме // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. № 6. C. 6-12. DOI: 10.12737/article_5926a059214ca0.89600468

9. Горбунов Г.И., Расулов О.Р. Использование рисовой соломы в производстве керамического кирпича // Вестник МГСУ 2014. № 11. С. 128-136.

10. Lam Van Tang, Hung Xuan Ngo, Dien Vu Kim, Bulgakov B.I., Aleksandrova O.V. Effect of complex organo-mineral modifier on the properties of corrosion-resistant concrete // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 251. P. 01005. DOI: 10.1051/matecconf/ 201825101005

11. Si -Huy Ngo, Trong-Phuoc Huynh, Thanh-Tam Thi Le, Ngoc-Hang Thi Mai. Effect of high loss on ignition-fly ash on properties of concrete fully immersed in sulfate solution // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 371. P. 012007. DOI: 10.1088/1757-899X/371/1/012007

12. Tang Van Lam, Bulgakov B., Bazhenov Y., Aleksandrova O., Pham Ngoc Anh. Effect of rice husk ash on hydrotechnical concrete behavior // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. P. 032007. DOI: 10.1088/1757-899X/ 365/3/032007

13. Ngo Van Toan. Research on the production of high-strength concrete using fine sand and mineral additives mixed with activated blast-furnace slag and rice husk ash // Magazine Building Materials - Environment. 2012. No. 4. Pp. 36-45.

14. Viet-Thien-An Van, Rößler C., Danh-Dai Bui, Ludwig H.-M. Rice husk ash as both pozzolanic admixture and internal curing agent in ultra-high performance concrete // Cement and Concrete Composites. 2014. Vol. 53. Pp. 270-278. DOI: 10.1016/j.cemconcomp. 2014.07.015

15. Saad S.A., Nuruddin M.F., Shafiq N., Ali M. Pozzolanic reaction mechanism of rice husk ash in concrete - a review // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 773-774. Pp. 1143-1147. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.773-774.1143

16. Ануфриева Е.В. Коррозионностойкий бетон для гидротехнического строительства // Градостроительные аспекты устойчивого развития крупных городов. 2009. № 93. С. 537-541.

17. Танг Ван Лам, Нго Суан Хунг, Ву Ким Зиен, Нгуен Чонг Чык, Булгаков Б.И., Баженова О.Ю. и др. Влияние водовяжущего отношения и комплексной органоминеральной добавки на свойства бетона для морских гидротехнических сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 3. C. 11-21. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.03.11-21

18. Santhanam M., Cohen M.D., Olek J. Differentiating seawater and groundwater sulfate attack in Portland cement mortars // Cement and Concrete Research. 2006. Vol. 36. Issue 12. Pp. 2132-2137. DOI: 10.1016/j.cemconres.2006.09.011

19. Chindaprasirt P., Kanchanda P., Sathonsaowaphak A., Cao H.T. Sulfate resistance of blended cements containing fly ash and rice husk ash // Construction and Building Materials. 2007. Vol. 21. Issue 6. Pp. 1356-1361. DOI: 10.1016/j.conbuildmat. 2005.10.005

20. Thomas R.J., Peethamparan S. Alkali-activated concrete: Engineering properties and stress-strain behavior // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 93. Pp. 49-56. DOI: 10.1016/j.conbuildmat. 2015.04.039

21. Liu Y., Zhu W., Yang E.H. Alkali-activated ground granulated blast-furnace slag incorporating incinerator fly ash as a potential binder // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 112. Pp. 1005-1012. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.153

22. Фаликман В.Р., Охотникова К.Ю. Геополимерные вяжущие и бетоны в современном строительстве // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 4-1 (35). С. 93-97.