Предотвращение смерзаемости песков

27.06.2016

Разгрузка смерзшихся сыпучих материалов из транспортных средств на заводах железобетонных изделий сопряжена с большими трудозатратами, расходом энергоресурсов, длительным простоем вагонов. Затруднение с разгрузкой смерзшегося песка — одна из причин, препятствующих внедрению песчаного бетона.
В целях борьбы со смерзанием песка, предотвращением его примерзания к стенкам вагонов и улучшения качества в песок в местах его добычи (погрузки) рекомендуется вводить добавку ЩСПК (ПАЩ-1) — адипинат натрия, являющуюся отходом производства капролактама.
С позиций физико-химической механики несмерзаемость такого песка может быть объяснена следующим образом: чистый кварцевый песок практически не адсорбирует воду па своей поверхности, ее адсорбируют загрязняющие песок примеси, преимущественно глина, причем чем «грязнее» песок, тем большей влагоудерживающей способностью он обладает. Введение в песок поверхностно-активного вещества существенно изменяет его водоудерживающие свойства — теперь уже ЩСПК, адсорбируясь на поверхности песка, снижает его сцепление с примесями, препятствуя, тем самым, смерзанию. Кроме того, введение натриевых солей, как известно, понижает температуру замерзания растворов. Сама добавка ЩСПК не замерзает при температуре -30°С.
Предотвращение смерзаемости песков

Были проведены 2 серии параллельных экспериментов, оценивающих влияние добавки ЩСПК на смерзание песка. Результаты оценивались по испытаниям на прочность кубов, изготовленных из влажного песка, уплотненного на стандартной виброплощадке с пригрузом 0,01 МПа и замороженного в формах.
Влажность песка устанавливалась как максимальная водоудерживающая его способность. Для ее определения навеску песка помещали на сито с тканевой основой и заливали избыточным количеством воды. Воде позволяли стечь и сито устанавливали на стандартную виброплощадку. После вибрирования в течение 1 мин стандартным методом определяли влажность песка.
Анализ результатов испытаний, приведенных на рис. 4.14, показывает, что при введении в массу песка добавки ЩСПК в оптимальном количестве можно в 20-30 раз снизить прочность смерзшегося конгломерата.
Традиционно ЩСПК рекомендуется в качестве пластифицирующей добавки, введение которой в бетонную смесь позволяет либо сократить расход цемента, либо увеличить подвижность смеси, а также повысить долговечность бетона. Рекомендуемое к введению количество ЩСПК составляет 0,5-0,9% (в среднем — 0,7%) от массы цемента. Предполагая в первую очередь использовать песок, обработанный добавкой ЩСПК, в изделиях из песчаного бетона, в которых расход песка в 3-4 раза превосходит расход цемента, отметим, что в пересчете на песок рекомендуемый расход добавки составляет около 0,2% его массы. Указанная цифра совпадает с оптимальным количеством добавки, полученным в эксперименте по предотвращению смерзания.
Был проведен полупромышленный эксперимент, оценивающий эффективность предлагаемого метода борьбы со смерзанием песков.
В условиях открытого полигона отсыпаны 3 блока песка размерами 1,5x1,0x0,6м каждый. Влажность песка, определенная стандартным методом, составляла 4,2%. Песок (температура воздуха - -20-28 °С, относительная влажность - 74 %) представлял собой сыпучую массу без комьев. Первая партия с поверхности была равномерно залита водой через сито с отверстиями 0,63 мм. Расход воды — 24 л, то есть 1,8% от массы песка. Суммарная влажность, таким образом, составила 6% — максимум для испытываемого песка. Вторая партия песка была залита 24 л раствора добавки ЩСПК. Введенное количество добавки составило 2,7 л, или 0,2 % от массы песка. Третья партия была разделена на 2 слоя по 0,3 м и залита 2 порциями аналогичного раствора по 12 л в каждой.
Через 2 дня первая партия представляла единый смерзшийся монолит, при ударе о который лопатой откалывались только лещадки, т.е. песок был совершенно непригоден для использования при изготовлении железобетонных конструкций.
Вторая и третья партии представляли собой сыпучую массу без смерзшихся комьев, использование которой не требовало какой-либо переработки.
Одновременно с отсыпкой указанных партий были изготовлены образцы-кубы с ребром 7 см, представляющие собой песок, отобранный из указанных партий и уплотненный в формах на виброплощадке с пригрузом 0,01 МПа, Образцы также хранились на открытом воздухе.
Предотвращение смерзаемости песков

Результаты испытаний в условиях, близких к реальным, показали техническую возможность борьбы со смерзанием песков путем введения в них добавки ЩСПК (табл. 4.17).
Использование указанной добавки в количестве 0,2% от массы песка примерно в 17 раз уменьшило прочность смерзшегося песка, что практически означало его несмерзаемость.
Проведены эксперименты, оценивающие прочность образцов, изготовленных из песчаного бетона с использованием песков, обработанных добавкой ЩСПК ((в кг/м3) Ц = 510, П = 1570, В = 217, ЩСПК-3,1), и песков без обработки (Ц = 510, П = 1550, В = 230).
Приведенные составы цементно-песчаных смесей обладали одинаковой удобоукладываемостью — 3 см OK по ГОСТ 10181.
Результаты испытаний на прочность 2 серий образцов каждого состава в возрасте 7 и 28 сут., не подвергавшихся термообработке (табл. 4.18) показывают, что введение добавки ЩСПК в указанном объеме улучшает прочностные характеристики песчаного бетона либо позволяет уменьшить расход цемента.
Трестом «Оргтехстрой» Главприокстроя разработаны и внедрены 2 технологические схемы обработки песка водным раствором ЩСПК для разных технологий, погрузки с высокой степенью механизации процесса.
Применение добавки для предотвращения смерзания 1 тыс. м3 песка позволяет сократить трудозатраты на 14 человеко-дней, сэкономить энергоресурсы на 500 кВт/ч. Дополнительный эффект от использования обработанного песка в песчаном бетоне до 20 кг цемента на 1 м3 песка.
Таким образом, обработка песка водным раствором адипината натрия позволяет одновременно решить две задачи: облегчить разгрузку песка в зимнее время и улучшить качественные и экономические показатели песчаного бетона.