Ученые нашли практическое применение остаткам кофейной гущи

Бетон на основе кофе: новое открытие в строительной промышленности

Зола уноса, получаемая в результате сжигания угля на теплоэлектростанциях, представляет собой ценное сырье с рядом уникальных характеристик, способных существенно улучшить свойства строительных материалов.

Роль микрокремнезема в бетонной промышленности

В мире строительства, бетон является основным продуктом. Это основа наших зданий, дороги, и мосты. Но что, если бы мы могли сделать этот важный материал еще лучше? Введите микрокремнезем, переломный момент в бетонной промышленности.

Бетон состоит из 3-х основных компонентов. Для улучшения качества и/или удешевления бетонной смеси в нее также добавляют как модифицирующие (химические), так и минеральные добавки.

Преимущества минеральных добавок

Виды, состав, а также преимущества и недостатки минеральных добавок в бетоне рассматриваются на практике цементной промышленности.

Существует множество типов минеральных добавок, которые используются для улучшения характеристик бетона. Рассмотрим их преимущества и возможные области применения.

Исследование: замена песка в бетоне на кофейную гущу

Недавнее исследование, опубликованное в Journal of Cleaner Production, показывает, что замена песка в бетоне на кофейную гущу может привести к увеличению прочности – почти на 30 процентов.

Исследование, проведенное учеными из австралийского университета RMIT, акцентирует внимание на большом количестве отработанной кофейной гущи, которая, по оценкам, составляет 15 миллионов тонн ежегодно.

Почему это важное открытие

Последствия этого открытия выходят за рамки простого улучшения характеристик бетона. Мировая годовая добыча песка оценивается в 50 миллиардов метрических тонн, поэтому новое открытие может способствовать уменьшению строительного воздействия на окружающую среду.

Инновация требует дополнительных исследований и тестов перед широким применением, но имеет потенциал укрепить бетон и способствовать более устойчивому будущему в строительной отрасли.

Исходный источник: innovation.cretevp.com

Значение золы уноса в современном строительстве

Сегодня зола уноса представляет собой не просто вторичный продукт теплоэлектростанций, но и ценный компонент в современном строительстве. Её выдающиеся свойства превращают обычный строительный материал в устойчивую, прочную и экологически чистую основу для создания надежных сооружений. Применение золы в строительстве принесло заметные улучшения в качестве и долговечности проектов.

С каждым годом интерес к этому материалу растет, и это неудивительно. Ведь зола уноса – не просто новый ингредиент в строительстве, но и шаг вперед в направлении более устойчивых и инновационных строительных решений. Её применение открывает перед нами новые возможности для развития современной инфраструктуры и создания объектов, которые прослужат долгие десятилетия, обеспечивая безопасность и комфорт для всех, кто будет пользоваться этими сооружениями.

Таким образом, зола уноса – не просто строительный материал, а инновационное решение, которое содействует улучшению качества жизни и обеспечивает устойчивость и надежность в строительстве. Её роль в современной индустрии строительства трудно переоценить, и её потенциал ещё далеко не исчерпан.

Обновленная статья от 19.03.2019

Австралийские исследователи обнаружили, что бетон становится на 30% прочнее, если при производстве в его состав добавить кофейную гущу. Этот рецепт может решить проблему утилизации органических отходов и снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Ежегодно в мире образуется 10 млрд килограммов кофейных отходов. Большинство из них попадает на свалки. Утилизация органических отходов представляет собой экологическую проблему, поскольку они выделяют большое количество метана и углекислого газа, которые способствуют изменению климата, — объясняет инженер Университета RMIT Раджив Ройчанд.

В условиях бурного развития строительного рынка во всем мире постоянно растет спрос на ресурсоемкий бетон, что также создает ряд экологических проблем. Постоянная добыча природного песка по всему миру для удовлетворения быстро растущих потребностей строительной отрасли оказывает большое влияние на окружающую среду, — говорит инженер RMIT Цзе Ли.

Органические продукты, такие как кофейная гуща, нельзя добавлять непосредственно в бетон, поскольку они выделяют химические вещества, ослабляющие прочность строительного материала. Поэтому, исследователи нагрели кофейные отходы в безвоздушной среде до температуры более 350 °C. Этот процесс называется пиролизом. Он расщепляет органические молекулы, в результате чего образуется пористый, богатый углеродом древесный уголь, известный как биочар.

Ройчанд и его коллеги также попробовали подвергнуть кофейную гущу пиролизу при температуре 500 °C, но полученные частицы оказались не такими прочными.

Новые исследования о перспективности использования кофейной гущи в строительстве

Исследователи предупреждают, что им еще предстоит оценить долгосрочную прочность инновационного цемента. Сейчас они работают над тем, чтобы проверить, как он ведет себя в условиях циклов замораживания, оттаивания, водопоглощения, истирания и других нагрузок. Команда также работает над созданием биочаров из других органических отходов, включая древесину, пищевые и сельскохозяйственные отходы.

Инновационный способ уменьшения органических отходов

Наши исследования находятся на ранней стадии, но их результаты предлагают инновационный способ значительно сократить количество органических отходов, — говорит инженер RMIT Шеннон Килмартин-Линч.

Воздействие микропластика на почву

Группа ученых из Южной Кореи использовала алгоритмы машинного обучения для оценки и прогнозирования влияния микропластика на свойства почвы. Ученые выяснили, как различные характеристики микропластика могут изменить свойства почвы. Они обнаружили, что размер частиц играет решающую роль, однако форма, тип и количество микропластика также оказывают значительное влияние на химические свойства почв.

Использование кофейной гущи в строительстве

Песок в бетонных смесях выполняет функцию мелкого заполнителя, он необходим, чтобы сделать конструкцию более прочной. Австралийские ученые заменили песок на отработанную кофейную гущу и проверили, можно ли сделать бетон еще прочнее.

Статистика использования кофе

Кофе — самый популярный безалкогольный напиток в большинстве стран. Согласно всемирной статистике, в 2020-2021-х люди потребили почти 10 миллионов тонн кофейных зерен. После варки кофе остается очень много отработанной гущи, которую выбрасывают на свалку. По грубым оценкам специалистов, каждый год в мусорных контейнерах оказывается до 54 миллионов тонн этой гущи.

Применение отработанной кофейной гущи

Кофейным остаткам давно нашли практическое применение — в строительстве, например, дорог. В 2016 году исследователи из Австралии узнали, что если собрать отработанную кофейную гущу из одних только кофеен Мельбурна, то с ее помощью можно строить по пять километров дорог в год.

Использование отработанной кофейной гущи в бетоне

Ученые из Мельбурнского королевского технологического университета решили попробовать еще один вариант использования отработанной кофейной гущи в строительстве — в бетонных смесях. Результаты их работы опубликованы в журнале Journal of Cleaner Production.

Эксперимент с бетоном

Для приготовления бетона необходимы песок, вода, цемент. Песок выполняет функцию мелкого заполнителя в смеси и необходим для того, чтобы сделать бетон прочным. Благодаря песку смесь получается густой и плотной. Исследователи из Австралии заменили песок на кофейные отходы и проверили, станет ли бетон еще прочнее.

Этапы эксперимента

1. Сбор отработанной кофейной гущи и высушивание.
2. Нагревание высушенной гущи при разных температурах (350 и 500 градусов Цельсия) с получением биоугля через процесс пиролиза.
3. Работа с двумя группами составов смесей, включающих биоуголь и песок в разных пропорциях (5, 10, 15 и 20%).

Данные эксперимента позволили исследователям прийти к выводу о возможности улучшения прочности бетона за счет замены песка на отработанную кофейную гущу.

Полученные смеси с разными пропорциями заполнителя заливали в формы и при помощи вибрации удаляли воздушные полости. Затем готовый бетон извлекали из форм и клали в резервуар с водой, чтобы произошло его полное отверждение. После бетон при разных температурах (350 и 500 градусов Цельсия) испытывали на прочность на сжатие, то есть проверяли, какое давление он сможет выдержать.

Эксперименты показали, что из всех испытанных бетонных смесей самой эффективной оказалась та, в которой в качестве мелкого заполнителя использовалось 15% отработанной кофейной гущи (биоугля), нагретой до 350 градусов. Такой бетон показал значительные улучшения свойств материала, что привело к увеличению его прочности на 29,3% по сравнению с бетонными смесями, в которых был песок.

Наше исследование показало, что есть способ, который может решить проблему кофейных отходов, — строительство. Нам нужно научиться внедрять отработанную гущу в эту сферу, тогда на свалках станет меньше отходов, — объяснил Цзе Ли, соавтор исследования.

По словам австралийских исследователей, технология кофейного производства бетона поможет справиться еще с одной экологической проблемой: сохранить природные ресурсы. Природный песок обладает ограниченными запасами, и это не возобновляемый ресурс. Ежегодно люди добывают примерно от 40 до 50 миллиардов тонн песка и гравия, чтобы затем применять их в строительстве. Если люди научатся использовать отработанную кофейную гущу в качестве
основы строительных материалов, где применяют песок, его добыча сократится в разы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

## Микрокремнезем в высокопрочном бетоне

Бетон с высокими эксплуатационными характеристиками (HPC) разработан, чтобы иметь превосходные характеристики, такие как высокая прочность и долговечность. Микрокремнезем играет ключевую роль в создании HPC, улучшая его свойства и делая его идеальным выбором для требовательных строительных проектов.

## Микрокремнезем

Ультрадисперсный материал, состоящий из сферических частиц размером менее 1 мкм с удельной поверхностью не менее 12000 м2/кг, образующийся в процессе конденсации и очистки газов при производстве ферросилиция и кристаллического кремния. Наиболее популярная минеральная добавка. Состоит в основном из диоксида кремния 2. Обладает ярко выраженными пуццоланическими свойствами. Очень эффективно влияет на свойства смеси – приводит к уменьшению расхода цемента вплоть до коэффициента замещения 2 к 1 (одна часть микрокремнезема заменяет 2 части цемента). Применяется в основном для получения бетонов высоких классов прочности.

![img](https://www.jbi-invest.ru/data/control/pages/images/138/mikrokremnezem.jpg)

## Влияние микрокремнезема на долговечность бетона

Долговечность – ключевой вопрос в строительстве. Материалы должны выдерживать испытание временем, и вот здесь на помощь приходит микрокремнезем. За счет снижения проницаемости и повышения устойчивости к химическому воздействию, микрокремнезем помогает создать долговечный бетон.

Применение в различных областях строительства

Зола уноса активно используется в производстве бетонных конструкций. Её включение в бетон значительно повышает прочностные характеристики, что особенно важно при возведении высотных зданий и сооружений, где требуется высокая надежность и устойчивость к нагрузкам. Благодаря золе уноса, бетонные конструкции становятся более долговечными и устойчивыми к агрессивным воздействиям окружающей среды.

Производство сборных железобетонных изделий

Зола уноса играет ключевую роль в производстве сборных железобетонных изделий, таких как плиты, балки, блоки и другие элементы. Её добавление существенно улучшает качество и прочность изделий, что делает их идеальными для использования в строительстве мостов, путепроводов и зданий с короткими сроками сдачи.

Дорожное строительство

В дорожном строительстве зола уноса применяется для улучшения асфальтобетонных смесей. Её введение в смесь позволяет увеличить прочность и износостойкость дорожного покрытия. Это особенно актуально на дорогах с высокой нагрузкой, таких как автомагистрали и трассы, где требуется долговечное и надежное покрытие.

Удобрение почвы

Зола уноса нашла применение в сельском хозяйстве как эффективное удобрение для почвы. Благодаря высокому содержанию аморфных оксидов алюминия и кремния, она способствует улучшению структуры почвы, обогащает её микроэлементами и стимулирует рост растений. Кроме того, наличие веществ, таких как оксиды железа, магния, кальция, титана, калия и натрия, делает золу уноса ценным удобрением для различных типов почв, помогая повысить их плодородие.

Эти наблюдения демонстрируют, что зола уноса не только полезна в строительстве, но и играет важную роль в сельском хозяйстве, способствуя улучшению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. Её применение в качестве удобрения открывает новые возможности для устойчивого и продуктивного сельского хозяйства.

Микрокремнезем в бетоне

Анализ стоимости микрокремнезема в бетоне многогранен.. С одной стороны, использование микрокремнезема может увеличить первоначальную стоимость бетонной смеси из-за необходимости введения дополнительных добавок для сохранения удобоукладываемости. С другой стороны, Улучшенные механические свойства и долговечность могут привести к долгосрочной экономии затрат.. Например, бетон, содержащий микрокремнезем, приобретает высокую раннюю прочность, что может сократить время, необходимое для отверждения, и тем самым ускорить строительные процессы. более того, повышенная долговечность может снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт в течение всего срока службы конструкции..

Однако, Экономическая эффективность использования микрокремнезема в бетоне может зависеть от различных факторов., включая конкретное приложение, доступность и стоимость микрокремнезема на местном рынке, и стоимость альтернативных материалов или методов, которые могли бы достичь аналогичных результатов.. Следовательно, комплексный анализ затрат должен учитывать как краткосрочные, так и долгосрочные затраты и выгоды., а также конкретные обстоятельства проекта.

Свойства, применение, преимущества и недостатки

Летучая зола / зола-уноса / порошкообразная топливная зола

Летучая зола / зола-уноса является одной из лучших пуццолановых добавок. Пуццолановые добавки или минеральные добавки — это такие материалы, которые сами по себе не обладают какими-либо свойствами цемента, но в сочетании с известью, т. е. гидроксидом кальция (Ca(OH)2) в присутствии влаги, проявляют свойства цемента в малом и разделенном виде.

Они химически реагируют с гидроксидом кальция при комнатной температуре и образуют цементирующие соединения. Летучая зола, также известная как порошкообразная топливная зола, является одним из таких синтетических пуццолановых материалов. Летучая зола представляет собой мелкодисперсный аморфный алюмосиликатный порошок, образующийся на пылеугольных электростанциях. Он практически не обладает цементирующими свойствами, но реагирует в присутствии извести. Летучая зола образует гель (гидрат силиката кальция (C-S-H)), который делает бетон из золы-уноса более плотным, делая его прочнее и снижая проницаемость.

Следовательно, он повышает прочностные свойства бетона. Летучая зола является одним из остатков, образующихся в результате сжигания пылевидного угля на тепловых электростанциях, и включает мелкие частицы, которые поднимаются вместе с газами. Летучая зола/зольная пыль в основном содержит кремнезем (SiO), оксид кальция (CaO), оксид алюминия (AlO) и оксид железа (FeO). Компоненты различаются в зависимости от типа сжигаемого угля. Летучая зола образуется в результате быстрого охлаждения расплавленной золы. Поэтому большая часть частиц золы-уноса находится в аморфном и аморфном состоянии. Частицы летучей золы обычно имеют сферическую форму диаметром от менее 1 мкм до 150 мкм, тогда как частицы цемента имеют размер менее 45 мкм. Сферическая форма и размер частиц повышают текучесть и снижают водопотребность бетонной смеси.

Как летучая зола/зола-уноса может повлиять на окружающую среду и технологии?

По данным Fly Ash-A Boon for Concrete, только в Индии ежегодно производится более 100 миллионов тонн летучей золы. Летучая зола оказывает негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека. Его утилизация является серьезной проблемой. Несколько лет назад летучая зола была выброшена в атмосферу и вызвала загрязнение воздуха. Сегодня летучая зола собирается в оборудовании для контроля загрязнения, таком как электростатический осадитель, перед выбросом газов в воздух, и в результате загрязнение воздуха снижается. С другой стороны, летучая зола более эффективна при производстве бетона. Поэтому использование порошкообразной топливной золы в бетоне привлекло серьезное внимание технологов-бетонщиков и государственных ведомств во всем мире.

История летучей золы / золы-уносы

Уже много лет летучая зола используется в бетоне. По данным «М.S. Shetty (автор книги «Теория и практика технологии бетона»), первое крупномасштабное использование летучей золы было при строительстве плотины «Hungry Horse», а затем плотины «Canyon Ferry» в Соединенных Штатах. Количество используемой летучей золы составляло около 30 процентов от массы цемента. В Индии летучая зола впервые использовалась при строительстве плотины Риханд, и ее количество составляло 15% от веса используемого цемента

Использования летучей золы / золы-уносы

Летучая зола используется для различных целей, а также в следующих случаях:

Производство портланд-пуццоланового цемента. Согласно “1489IS (Часть 1): 1991” (Технические условия на портланд-пуццолановый цемент), содержание летучей золы должно составлять 10-25% по массе портланд-пуццоланового цемента.

При массовом бетонировании, например, плотин, подпорных стен, наружная поверхность и т.

Изготовление кирпичей, блоков, асбестовых листов, асбестовых напорных труб и т.д.

Жидкий наполнитель насыпей, у эстакад, мостов и т.п.

Производство высокоэффективного бетона.

Заливка бетона в холодную погоду

Изготовление бетона с большим объемом летучей золы (HVFAC), в состав которого входит от 40 до 50 процентов летучей золы по массе цементных материалов. Обычно используется для строительства дорог и тротуаров.

При приготовлении геополимерного бетона.

Геополимерный бетон: Геополимерный бетон является альтернативой портландцементному бетону. Это уменьшает использование обычного портландцемента, который отвечает за высокие выбросы CO2. Его готовят с использованием отходов, таких как летучая зола и молотый гранулированный доменный шлак (GGBS) и т.д. Поэтому он является инновационным и экологически чистым.

Преимущества летучей золы

Летучая зола является экономичной альтернативой портландцементу.

Недостатки летучей золы

Физические и химические свойства летучей золы/золы-уноса

Цвет: Цвет летучей золы зависит от составляющих ее элементов. В летучей золе содержание извести дает медный и светлый цвета, содержание железа дает коричневато-коричневый цвет, а углерод и высокое содержание несгоревшего материала обычно показывает темно-серий цвет как черный цвет.

Удельный вес: от 90 до 2,96

Удельная площадь поверхности: от 250 до 600 м2/кг, а удельная поверхность цемента 225 м2/кг

Согласно «ASTM C618-08a» (Американское общество по испытаниям и материалам), химические свойства порошкообразной топливной золы следующие:

70% кремнезем, глинозем, оксид железа,

до 5% – SO3,

Максимальные потери при сгорании – 12%

Удельная поверхность: от 250 до 600 квадратных метров/кг, а удельная поверхность цемента составляет 225 квадратных метров/кг.

Как летучая зола добавляется в бетон?

Есть два способа использования летучей золы. Определенный процент летучей золы смешивают с цементным клинкером на заводе для производства пуццолано-портландцемента (PPC). Летучая зола используется в качестве добавки при изготовлении бетона на производстве. Добавление летучей золы выгодно в обоих случаях, но второй метод дает инженеру/пользователю свободу и гибкость в изменении процентного содержания добавляемой летучей золы. По данным «Национальной ассоциации производителей сборного железобетона» (опубликовано в книге «Использование летучей золы в бетоне»), для обычных бетонных работ требуется от 15 до 35 процентов летучей золы по весу цемента, а для массовых бетонных работ, таких как плотины, подпорные стены и т. д. Можно добавить 70% или более летучей золы по массе цемента.

Классификация летучей золы

Согласно ASTM C618-08a (Американское общество по испытаниям и материалам) существует два типа летучей золы в зависимости от типа угля, из которого образуется зола.

1- Летучая зола класса C

Этот тип летучей золы получают из суббитуминозный уголь и лигнит. Летучая зола класса С имеет высокий процент оксида кальция (более 10%), около 35% кремнезема и содержание углерода намного меньше 2% по сравнению с портландцементом. В дополнение к пуццолановым свойствам зола-уноса класса С обладает свойствами цемента. Так что активатор не нужен. Он устойчив к расширению, вызванному химическим воздействием. Летучая зола класса C в основном используется для конструкционного бетона, наружней поверхности PCC, а также в качестве сырья для плитки, брусчатки или кирпича, блоков и т. д.

2- Летучая зола класса F

Летучая зола класса F, которую получают из битуминозного угля, более распространена, чем летучая зола класса C. Как правило, летучая зола с низким содержанием кальция с содержанием углерода менее 5%, но иногда до 10%. Летучая зола класса F обладает только пуццолановыми свойствами, поэтому для нее требуется вяжущее вещество, такое как портландцемент, негашеная известь или гашеная известь, смешанные с водой для реакции и образования вяжущих соединений. Частицы летучей золы класса F заключены в плавленое стекло. Следовательно, это значительно снижает риск расширения из-за воздействия сульфатов, которое может произойти в удобренной почве или вблизи прибрежных районов.

Выдающиеся свойства золы

1- Влияние летучей золы на свежий бетон

2- Влияние летучей золы на затвердевший бетон

Наконец, использование летучей золы в бетоне может улучшить свойства бетона как в свежем, так и в затвердевшем состоянии. Кроме того, использование летучей золы является экономичной альтернативой портландцементу и бетону и обеспечивает наиболее эффективный способ утилизации или переработки побочных продуктов. Таким образом, использование летучей золы в качестве добавки к бетону является не только широким техническим преимуществом в отношении свойств бетона, но и помогает контролировать загрязнение окружающей среды.

CONCEIVE CREATE CONSERVE

Известняковая мука

Продукт дробления (помола) известнякового щебня. Состоит на более чем 95% из карбоната кальция СаСО3 и карбоната магния М 3, в связи с чем имеет ярко выраженные вяжущие свойства. Для использования в бетонной смеси требует помола до достижения удельной поверхности цемента или выше (300-500 м2/кг). Учитывая низкую цену известняковой муки, она могла бы стать отличной добавкой в бетон с коэффициентом замещения цемента 1 к 1 для бетонов классов до В-20 и с коэффициентом 1 к 0,7 для более прочных бетонов.

Однако не все так просто. Для получения бетона с хорошими показателями удобоукладываемости в смесь необходимо добавлять пластификаторы. Так вот исследования (см., например, статью «Оценка взаимодействия добавок в бетоне» Енджиевская Е.Г.) показали, что взаимодействие известняковой муки со всеми наиболее применяемыми группами пластификаторов (ЛСТ, СНПФ, ) приводило к большому газообразованию, что значительно снижает марку прочности бетона. При этом такого же взаимодействия с кремнесодержащими добавками, например, микрокремнеземом или метакаолином не наблюдается.

Сравнение микрокремнезема с другими добавками в бетон

Микрокремнезем — не единственная добавка, улучшающая бетон.. От летучей золы до молотого гранулированного доменного шлака, есть много вариантов на выбор. Каждая из этих добавок привносит в таблицу свой уникальный набор свойств., и понимание их различий может помочь вам выбрать правильный вариант для вашего конкретного применения..

Летающий пепел является побочным продуктом сжигания угля на электростанциях.. Это пуццолановый материал, это означает, что он реагирует с гидроксидом кальция с образованием цементирующих соединений.. При использовании в бетоне, летучая зола может улучшить обрабатываемость, уменьшить теплоту гидратации, и увеличить предельную прочность. Однако, скорость набора прочности замедляется при использовании летучей золы, что может быть недостатком в некоторых приложениях.

Шлак доменный молотый гранулированный (ГГБС)

GGBS является побочным продуктом процесса производства железа.. При использовании в бетоне, это может значительно повысить долговечность и удобоукладываемость смеси.. Как летучая зола, GGBS — пуццолановый материал., но он также обладает цементирующими свойствами при активации щелочами.. Это означает, что он может заменить часть цемента в бетонной смеси., снижение воздействия бетона на окружающую среду.

Микрокремнезем против. Другие добавки

По сравнению с летучей золой и GGBS, микрокремнезем — гораздо более тонкий материал, с частицами около 100 раз меньше, чем средние частицы цемента. Это обеспечивает большую площадь поверхности., что позволяет ему заполнять промежутки между частицами цемента, улучшение плотности и прочности бетона. Микрокремнезем также быстро реагирует с гидроксидом кальция., приводит к более быстрому набору силы, чем летучая зола или GGBS.

Однако, использование микрокремнезема может увеличить водопотребность бетонной смеси, что может повлиять на работоспособность. Обычно эту проблему решают путем использования водоредуцирующих добавок..

Наука о том, как микрокремнезем улучшает бетон

Когда микрокремнезем добавляется в бетон, заполняет пространство между частицами цемента, создание более плотного, более прочный материал. Этот процесс, известный как упаковка частиц, является одним из ключевых способов улучшения бетона микрокремнеземом.. Но это не все. Микрокремнезем также реагирует с гидроксидом кальция в бетоне., образует дополнительный прочный и долговечный гидрат силиката кальция (CSH), тот “клей” который скрепляет бетон.

Роль микрокремнезема в снижении проницаемости бетона

Проницаемость — это мера того, насколько легко жидкости и газы могут проходить через материал.. В бетоне, высокая проницаемость может привести к таким проблемам, как коррозия и повреждение от замерзания.. К счастью, микрокремнезем может помочь. Путем заполнения промежутков между частицами цемента, микрокремнезем снижает проницаемость, делает бетон более прочным и долговечным.

Тонкомолотый гранулированный шлак.

Является побочным продуктом производства при выплавке железной руды в доменной печи. Гранулированный шлак молят до достижения размеров менее 0,08 мм и удельной поверхности не менее 450 м2/кг. Состоит в большей части из оксидов кальция, кремния, магния и алюминия. Имеет ярко выраженные гидравлические свойства, которые раскрываются при активации щелочами или сульфатами, содержащимися в цементе. Коэффициент замещения цемента – примерно 1 к 1. Используется в дорожном, мостовом строительстве, а также при заливке объемных конструкций из-за более плавного набора прочности и как следствие подъема температуры при химической реакции в бетоне.

Метакаолин

Искусственный порошкообразный материал, продукт обжига с последующим помолом обогащенных каолиновых глин. Размер частиц – 1-5 мкм, удельная поверхность – около 1500 м2/кг. Состоит в большей части из оксидов алюминия и кремния. Схож по свойствам с микрокремнеземом, хотя и не настолько эффективен. Также обладает высокой пуццолановой активностью, что обуславливает его применение в производстве бетонных смесей высоких классов прочности.

Преимущества и недостатки те же самые, что и для микрокремнезема, только в меньшей степени.

Реальное применение микрокремнезема в бетоне

Микрокремнезем в строительстве высотных зданий

Высотным зданиям нужен прочный бетон, прочный, и устойчивый. В этом тематическом исследовании будет рассмотрено, как микрокремнезем отвечает этим потребностям., exploring its role in the construction of a specific high-rise building.

Microsilica in Bridge Construction

Bridges are exposed to a range of stresses, from heavy loads to harsh weather conditions. This case study will explore how microsilica helps create a concrete that can withstand these challenges, focusing on a specific bridge construction project.

Microsilica in Road Infrastructure

Roads are subject to constant wear and tear, requiring a durable, . This case study will delve into how microsilica improves the concrete used in road infrastructure, focusing on a specific road construction project.

Состав золы уноса

Высококачественная термоактивированная зола уноса представляет собой смесь аморфных оксидов алюминия, кремния, железа, магния, кальция, титана, калия, натрия и других элементов, сформированных в виде слабопереплетенных пористых агломератов. Интересно, что зола, получаемая из бурых углей Подмосковного угольного бассейна, лишена оксида магния и пережженного оксида кальция, что положительно сказывается на качестве конечного продукта. Важное значение имеет также химический анализ этого материала, подчеркивающий его уникальность и ценность.

Детали исследования

Ведущий автор исследования Раджив Ройчанд (Rajeev Roychand), материаловед из Университета RMIT, пояснил:

Вдохновением нашей работы был поиск инновационного способа использования большого количества кофейных отходов в строительных проектах вместо того, чтобы отправлять их на свалки – дать кофе "двойной шанс" на жизнь.

Однако добавление кофейной гущи в бетон требовало тщательных экспериментов. Непереработанная кофейная гуща фактически ослабляла полученный бетон. Чтобы решить эту проблему, исследователи применили пиролиз – процесс, предусматривающий нагрев кофейной гущи в печи с низким содержанием кислорода при температуре 348 или 500 градусов Цельсия в течение двух часов. Эта обработка удаляет слабые органические компоненты кофейной гущи, оставляя после себя очищенный материал, известный как биологический уголь.

Что с этим делать дальше

Таким образом разработали оптимальную смесь: кофейная гуща пиролизуется при 348 градусах, заменяя 15 процентов песка, обычно используемого в бетоне. Эта смесь дала отличный прирост прочности на сжатие чуть более 29 процентов.

Химический анализ и сопоставление с природными материалами

Глубокий химический анализ золы уноса выявил сходство её химического состава с природной глиной. В то же время гранулометрия этого материала приближается к цементу, что делает золу уноса идеальным компонентом для применения в строительстве. Этот материал аналогичен, но при этом более доступен и прост в использовании.

Нормативная база.

Основным нормативным актом, регулирующим применение минеральных добавок в бетонных смесях, является ГоСТ Р 56592-2015 «Добавки минеральные для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия». Также стоит обратить внимание на:

Обычно все минеральные добавки делят на активные и инертные. Последние применяются в качестве микронаполнителя и в химическое взаимодействие с цементом не вступают.

Активные же минеральные добавки, взаимодействуя с химическими соединениями цемента, приобретают свойства:

Рассмотрим основные применяемые активные минеральные добавки.

Как микрокремнезем повышает прочность бетона

Одним из наиболее значительных преимуществ микрокремнезема является его способность повышать прочность бетона.. Заполняя промежутки между частицами цемента и образуя дополнительный CSH., микрокремнезем создает более плотную, более прочный бетон, способный выдерживать большие нагрузки и напряжения.

Золы уноса.

Тонкодисперсный продукт, который образуется при сжигании угля в топках котлов тепловых электростанций и осаждается на улавливающих устройствах дымовых труб. Размер частиц – до 100 мкм. Удельная поверхность – не менее 150 м2/кг. Заменяет цемент 1 к 1. Имеет большой разброс характеристик, как по минеральному составу, так и по размеру частиц и удельной поверхности, что затрудняет практическое использование.

Золы уноса редко применяют даже цементники, прежде всего из-за плохого качества добавки. Разброс характеристик требует постоянного контроля и изменения состава смеси, что усложняет работу с этой добавкой. Руководители станций обычно воспринимают золы уноса как побочный продукт и предпочитают просто выбрасывать, а не вкладывать деньги и силы в доведение до нормируемого состояния.

Вывод.

С одной стороны использование минеральных добавок может приводить как к повышению качества бетонной смеси, так и к экономической выгоде. А с другой стороны по факту мы имеем либо завышенные цены на «хорошие» добавки (микрокремнезем, метакаолин), что приводит к ограниченному использованию только в сложных, дорогостоящих объектах, таких как Москва-сити, Лахта-центр, либо незаинтересованность производителей добавок во вложении средств в унификацию продукции. Также остро стоит вопрос дальнейшего изучения взаимодействия минеральных добавок различных производителей с органическими модификаторами, без которых современный бетон невозможен. К сожалению, ГоСТ Р 56178- 2014 этот вопрос никак не захватывает.

Большинство сходятся во мнении, что будущее отрасли именно за многокомпонентными составами – помимо основных компонентов в бетон будут включать один или несколько микрогранулированных минеральных заполнителей, а также органические добавки. Однако до полномасштабного внедрения по единой проверенной методике предстоит еще очень много работы.