Композиционные вяжущие бетона

За последние годы в России значительно выросли темпы строительства и ввода в эксплуатацию сооружений различного назначения. Дальнейший рост объемов строительства, что особенно актуально ввиду реализации приоритетного национального проекта «Доступное и комфортное жилье — гражданам России», немыслим без значительного увеличения потребления такого важного строительного материала, как бетон. Однако не во всех регионах нашей страны имеются месторождения традиционного сырья для получения крупного и мелкого заполнителя и вяжущих. Отсутствие сырьевой базы приводит к росту транспортных расходов и, как следствие, отрицательно сказывается на развитии всей строительной отрасли. В то же время при добыче и переработке полезных ископаемых образуются большие объемы добываемых попутно пород и отходов обогащения, складирование которых требует отвода значительных площадей, приводит к изменению рельефа, нарушению инженерно-геологических, гидрогеологических и эколого-геологических условий района размещения хранилища отходов. [1]

Многолетними исследованиями ученых БГТУ им. В.Г. Шухова была доказана возможность и экономическая целесообразность использования местных экологически чистых материалов для строительства комфортабельного жилья и автомобильных дорог. Результаты научных работ по комплексному использованию недр Курской Магнитной Аномалии (КМА) внедрены при утверждении запасов попутно добываемых пород Лебединского, Стойленского, Коробковского и Приоскольского месторождений в государственной комиссии по запасам [2 – 4]. Это позволило создать мощную сырьевую базу стройиндустрии в Центрально-Черноземном районе Российской Федерации. На основе этого сырья построены десятки заводов по производству щебня, бетонов, растворов, силикатного кирпича и т.д., выпущено свыше 100 тыс. м3 бетона и раствора и сдано в эксплуатацию свыше 5 млн м2 жилья, объектов соцкультбыта, промышленных зданий и сооружений. К настоящему времени с использованием нерудных пород железорудных месторождений построено и отремонтировано около 1300 км автомобильных дорог.

Широкая номенклатура бетонных и железобетонных изделий, стеновых и отделочных материалов, производимых в настоящее время, помимо качественных заполнителей, требует разработки новых видов вяжущих, которые позволят получать высококачественные изделия со специальными свойствами.

В настоящее время в мире производится около 3 миллиардов тонн вяжущих веществ, основная доля которых приходится на портландцемент. При этом на его производство тратится около 400 млн тонн условного топлива, а выбросы в окружающую среду СО2 и пыли составляют около 2,5 млрд т.

Представляется, что дальнейшая интенсификация строительной отрасли должна осуществляться за счет производства композиционных вяжущих (КВ) широкой номенклатуры, в которых доля клинкерной составляющей может быть снижена в несколько раз (рис.1).

В Европе и США получило развитие производство высоконаполненных цементов, где в качестве кремнеземистого компонента применяют шлаки, золы, метакаолинит и др. с одномодальным распределением частиц по размеру [5]. Удельная поверхность производимых вяжущих 300 – 350 м2 / кг. При синтезе цементного камня с применением подобного вяжущего образуются, наряду с гидросиликатами кальция, портландит и другие новообразования. Пористость системы достигает 8 – 15 %. Эксплуатационные характеристики таких изделий определяются не возможностями компонентов, а дефектами композита. Повышение качества бетонов и переход на выпуск неокомпозитов связаны с применением композиционных вяжущих.

В предложенных несколько десятилетий назад тонкомолотых цементах (ТМЦ), а затем и вяжущих низкой водопотребности (ВНВ) с удельной поверхностью порядка 550 м2 / кг в качестве кремнеземсодержащего компонента использовался природный песок с содержанием кварца 90 – 95 % и выше. Однако в настоящее время месторождения высококачественных кварцевых песков во многих регионах России и за рубежом истощены или вообще отсутствуют.

Нами разработана концепция получения высококачественных бетонов и неокомпозитов, заключающаяся в использовании сырьевых материалов с высокоплотной упаковкой заполнителя и композиционных вяжущих.

Установлено, что в качестве сырья для получения композиционных вяжущих необходимо использовать определенные горные породы [6]. Из пород магматического происхождения — эффузивные стекловатной структуры; метаморфических — кварцсодержащие породы зеленосланцевой степени метаморфизма; осадочных — силициты из зоны диагенеза и раннего катагенеза и др.

Разработана оценка качества кремнеземистого компонента как компонента композиционного вяжущего, позволяющая ранжировать все горные породы по эффективности использования в качестве сырья для производства композиционных вяжущих [7].

Предложена широкая номенклатура композиционных вяжущих с использованием как природного, так и техногенного сырья, а также суперпластификаторов и гиперпластификаторов различных фирм.

Применение композиционных вяжущих приводит к изменению как микроструктуры, так и состава новообразований. При этом уменьшается не только капиллярная пористость, но и размер новообразований, состав гидросиликатов кальция, уменьшается количество микротрещин при твердении системы.

Разработана широкая номенклатура бетонов (в том числе мелкозернистых) с использованием КВ для промышленного, гражданского и дорожного строительства. Оптимизация структуры компонентов, как на микро-, так и макроуровне, позволяет получить материал с пределом прочности при сжатии свыше 100 МПа на местных сырьевых ресурсах с существенным снижением при этом расхода клинкерной составляющей.

Переход к композиционным вяжущим — это большой шаг вперед по отношению к цементу, но будущее строительных материалов связано с управлением процессами синтеза новообразований с помощью нанодисперсных модификаторов (НДМ).

В обычных макротелах, с которыми мы все привыкли иметь дело в обыденной жизни, площадь поверхности тела невелика, по сравнению с его объемом. Все свойства объекта определяются физическими свойствами объемного образца. При диаметре порядка 10 – 15 ангстрем практически вся частица представляет собой поверхность, и свойства ее будут совершенно уникальными. При диспергировании резко возрастает активность вещества в твердом состоянии и скорость физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Скорость такого взаимодействия всегда пропорциональна величине поверхности. Чем тоньше структура вещества, тем быстрее оно растворяется или тем быстрее протекают твердофазовые реакции.

Внедрение уникальных разработок, связанных с нанотехнологическим подходом, может принести значительный экономический эффект как за счет повышения качества выпускаемой продукции и производства принципиально новых видов строительных материалов, или неокомпозитов, так и благодаря масштабности внедрения.

Реализация предложенной концепции осуществлена с применением сырьевых ресурсов КМА, Бурятии, Камчатки, Южно-Африканской республики, Латинской Америки и Европы. Применение НДМ оптимизирует пористую структуру цементного камня, при этом более крупные частицы нанодисперсных добавок выступают в качестве центров кристаллизации, а также выполняют роль микронаполнителя, снижая усадочные деформации, улучшают эксплутационные характеристики композита. Характерной чертой структуры цементного камня с НДМ является существенно меньшее количество микротрещин (рис.2) [8].

Исходя из разработанной концепции комплексного использования природных ресурсов, предложена генетическая классификация горных пород как сырья для производства строительных материалов в зависимости от свободной внутренней энергии (рис. 3) [6].

Свободная внутренняя энергия определяется дефектностью кристаллической решетки, композиционные вяжущие бетона включением минералообразующей среды, газовоздушной фазы и т.д., которые образовались в горной породе миллионы, сотни миллионов, а иногда даже миллиарды лет назад. И использование этой «законсервированной» энергии позволяет снизить энергоемкость производства строительных материалов (рис.4). Такое направление позволило получить определенные результаты, в частности стало основой для формирования нового научного направления — геоники.

Цель геоники — разработка общих принципов управления развитием объектов неорганического мира. Реализация нового научного направления позволит не только расширить сырьевую базу и разработать 

новые технологии производства материалов, но и улучшить комфортность пребывания вида Homo Sapiens в системе «человек — материал — среда обитания» [9].

Можно сказать, что возникновение геоники как науки в настоящее время — закономерный процесс. Так в свое время возникли бионика, кибернетика и др. Под геоникой (геомиметикой) можно понимать подход к созданию материалов, композитов, при котором идея и основные элементы заимствуются при изучении геологических процессов, минералов и горных пород.

Окончательная формулировка предмета геоники была озвучена на годичном собрании центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук (2012, Россия, г. Тамбов) и на ученом совете института экспериментальной минералогии РАН (2012, Россия, г. Черноголовка) [10].

Необходимо отметить, что на пути дальнейшего развития геоники сегодня лежат значительные преграды, которые могут и должны быть преодолены совместными усилиями ученых различного профиля.

Сегодня, обладая новыми знаниями и средствами техники, мы можем созидать новое, по.новому смотреть на уже изученное, находить новые связи и взаимодействия, учитывать современные научные исследования для создания неокомпозитов и комфортных условий для системы «человек — материал — среда обитания».

Таким образом, эволюция познания в строительном материаловедении за последнее десятилетие позволяет вести речь о возможности коренного изменения методологии проектирования и производства композитов с заранее заданными свойствами за счет оптимизации на макро-, микро- и наноуровне. Большие резервы по энергосбережению в стройиндустрии заложены в более полном использовании энергетики геологических и космохимических процессов за счет применения сырья с высокой внутренней энергией, т.е. существенного расширения сырьевой базы производства, в первую очередь, вяжущего. Представляется возможным расширение сырьевой базы нанодисперсных модификаторов за счет использования пирокластических, вулканогенно-осадочных пород, эффузивов с аморфной структурой; нанопорошков из гидротермальных источников регионов с вулканической деятельностью, глубоководных илов и продуктов подводных вулканических извержений.

Литература:

1. Лесовик В.С. Перспективы увеличения минерально-сырьевой базы промышленности строительных материалов за счет попутной добычи горных пород на железорудных месторождениях КМА / В.С. Лесовик, И.Е. Куренкина, В.К. Кокунько // Комплексное использование нерудных пород железорудных месторождений в промышленности строительных материалов: в сб. тр. МИСИ, БТИСМ. — М., 1981
2. Лесовик В..С. Объемно-окрашенный силикатный кирпич с использованием вскрышных глин КМА / В.С. Лесовик, А.Н. Володченко, Г.Г. Голиков // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы VI Академических чтений РААСН / Ивановская гос. арх..строит. акад. — Иваново, 2000. — С. 286 – 290.
3. Сухие минеральные смеси на основе местного сырья / В.С. Лесовик [и др.]// Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов: Сб. материалов II межд. науч..практич. конференции. — Пенза, 2000. — С. 78 – 80.
4. Литой асфальтобетон с использованием отходов КМА / А.М. Гридчин [и др.]// Проблемы строительного материаловедения и новые технологии: Сб. докл. Международной науч..практ. конф. «Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века», (XV научные чтения БелГТАСМ). — Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2000. — Ч. 2. — С. 105 – 110.
5. Классификация активных минеральных добавок для композиционных вяжущих с учетом генезиса / В.С. Лесовик [и др.] // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. — 2012. — №.3. — С. 10 – 14.
6. Лесовик В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород: Научное издание. М.: Издательство АСВ, 2009. — 526 с.
7. Лесовик Р.В. Выбор кремнеземсодержащего компонента композиционных вяжущих веществ / Р.В. Лесовик, И.В. Жерновский // Строительные материалы. — 2008. — №.8. — С. 78 – 79.
8. Высокоэффективные композиционные вяжущие с использованием наномодификатора / В..С. Лесовик [и др.] // Вестник Центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук: сб. науч. ст. / РААСН, ВГАСУ. — Воронеж: Изд-во Ворон. гос. арх..строит. уни-та, 2010. — С. 90 – 94.
9. Лесовик В.С. Генетические основы энергосбережения в промышленности строительных материалов. // Изв. вузов. Строительство. — 1994. — №.7, 8. — С. 96 – 100.
10. Лесовик В.С. Геоника. Предмет и задачи. Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. — 213 с.
 

Закрыть ... [X]

Композиционные вяжущие с минеральными добавками различного генезиса С кем связано симбирск

Композиционные вяжущие бетона Модифицированные бетоны на композиционном вяжущем с использованием
Композиционные вяжущие бетона Композиционные ангидритовые вяжущие и бетоны из фосфогипса (стр. 1)
Композиционные вяжущие бетона Модифицированный бетон на композиционных вяжущих с применением
Композиционные вяжущие бетона А - композиционные ангидритовые вяжущие и бетоны из фосфогипса (
Композиционные вяжущие бетона БЕТОНЫ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ /Бетон и Железобетон 2012-2/
Композиционные вяжущие бетона 2 подружки. Часть 4 - Стульчик. Net Эротические рассказы
Композиционные вяжущие бетона Афган: разведка ВДВ в действии - Сайт Валерия
Композиционные вяжущие бетона Бондаж-позиция Кабанчик - Секс энциклопедия
ВЯЗАННЫЙ - это. значение слова ВЯЗАННЫЙ Вязание спицами. Схемы вязания, модели и узоры Женское пальто и кардиган спицами или крючком - Наша Пряжа Как нарисовать овчарку карандашом поэтапно Мужская рубаха » Перуница Наши впечатления после спектакля - Сайт учителя Пластилин, Мастер-класс Страна Мастеров Розовая орхидея -платье-халат от Лагерфельда для Шанель - Осинка