satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical Universitysat-807Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCIVIL AND INDUSTRIAL ENGINEERINGТЕХНОЛОГИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФЯНЫХ ЗОЛ В ЦЕМЕНТОБЕТОНЕTECHNOLOGY AND EFFICIENCY OF PEAT ASH USAGE IN CEMENT CONCRETEЛяхевичГ. Д.LiakhevichG. D.

Доктор технических наук, профессор

Professor, PhD in Engineering

lfidi@hotmail.comЛяхевичА. Г.LiakhevichA. G.

Кандидат экономических наук, доцент

Associate Professor, PhD in Economics

lfidi@hotmail.comОртнерД. В.OrtnerD. V.

Аспирант

Graduate student

lfidi@hotmail.comБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201525052015021623Copyright © Ляхевич Г.Д., Ляхевич А.Г., Ортнер Д.В., 20152015Ляхевич Г.Д., Ляхевич А.Г., Ортнер Д.В.Liakhevich G.D., Liakhevich A.G., Ortner D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/807

Одним из основных путей улучшения физико-механических свойств цементобетона является введение в бетонную смесь зол от сжигания твердого топлива. Бетонные смеси с золами обладают большей связностью, меньшим водоотделением и расслоением. Бетон имеет при этом большую прочность, плотность, водонепроницаемость, стойкость к сульфатной коррозии. Изучены возможность использования торфяных зол и шлака торфяных предприятий Республики Беларусь в бетоне с улучшением его физико-механических свойств, а также характеристики торфяных зол, шлака, микрокремнезема, цемента, суперпластификатора. Разработаны составы, технология приготовления бетонных смесей, изготовлены и испытаны образцы бетонов. Показано, что бетоны, содержащие золу, шлак, полученные от сжигания торфа на промышленных установках Усяжского и Лидского ТБЗ, а также микрокремнезем МК-85 и суперпластификатор НСПКСАУсФ-1, имеют предел прочности бетона при осевом сжатии 78–134 МПа, а для контрольного состава – 53 МПа. Данный показатель в 1,5–2,5 раза больше, чем для образца, не содержащего добавки.

Использование торфяных зол и шлака совместно с МК-85 и НСПКСАУсФ-1 для производства бетонных и железобетонных конструкций мостов и тоннелей обеспечит следующие преимущества: уменьшение поперечного сечения конструкций при сохранении их несущей способности благодаря более высокому значению предела прочности при осевом сжатии; более высокие плотность, водои газонепроницаемость за счет низкого водоцементного отношения; повышенную стойкость к агрессивной окружающей среде за счет более низкого содержания капиллярных пор, что и обеспечит долговечность мостовых конструкций; достижение экологического и социального эффектов.

One of the main ways to improve physical and mechanical properties of cement concrete is an introduction of ash obtained due to burning of fossil fuels into concrete mix. The concrete mixes with ash are characterized by high cohesion, less water gain and disintegration. At the same time the concrete has high strength, density, water resistance, resistance to sulfate corrosion. The aim of this paper is to explore the possibility to use peat ash and slag of peat enterprises of the Republic of Belarus in the concrete for improvement of its physical and mechanical properties and characteristics of peat ash, slag, micro-silica, cement, superplasticizing agent. Compositions and technology for preparation of concrete mixes have been developed and concrete samples have been have been fabricated and tested in the paper. It has been shown that the concrete containing ash, slag obtained due to burning of peat in the industrial installations of the Usiazhsky and Lidsky Peat Briquette Plants and also MK-85-grade micro-silica NSPKSAUsF-1-grade superplasticizing agent have concrete tensile strength within 78–134 MPa under axial compression and 53 MPa – for the control composition. This index is 1.5–2.5 times more than for the sample containing no additives.

The usage of peat ash, slag together with MK-85-grade micro-silica and NSPKSAUsF-1-grade superplasticizing agent for fabrication of concrete and reinforced bridge and tunnel structures will provide the following advantages: reduction of cross-sectional area of structures while maintaining their bearing capacity due to higher value of tensile strength in case of axial compression; higher density, waterand gas tightness due to low water cement ratio; high resistance to aggressive environment due to lower content of capillary pores that ensures bridge structure longevity; achievement of environmental and social impacts.

торфяная золашлаксмесицементобетонфизико-механические свойстваэффективность использованиябетонные и железобетонные конструкцииpeat ashslagmixescement concretephysical and mechanical propertiesefficiency of usageconcrete and reinforced structuresReferencesГеополимербетон с золой уноса [Электрон. ресурс]. – Режим доступа: http://www.stroinauka.ru/d19dr5492m2.html. – Дата доступа: 11.01.2006.Geopolimerbeton s zoloi unosa [Geopolymer concrete with peat fly ash]. Available at: http://www.stroinauka.ru/d19dr5492m2.html. (accessed 11 January 2006).Волженский, А. В. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов / А. В. Волженский, И. А. Иванов, Б. Н. Виноградов. – М. : Стройиздат, 1984. – 247 с.Volzhensky, A. V., Ivanov, I. A., Vinogradov, B. N. (1984). Application of ash and fuel slag for fabrication of construction materials. Moscow, Stroyizdat. 247 p. (in Russian).Урьев, Н. Б. Высококонцентрированные дисперсные системы / Н. Б. Урьев. – М. : Химия, 1980. – 320 с.Uriev, N. B. (1980). High concentrated disperse systems. Moscow, Khimia. 320 p. (in Russian).Рыбьев, И. А. Создание строительных материалов с заданными свойствами / И. А. Рыбьев, А. А. Жданов // Известия вузов. Строительство. – 2003. – № 3. – С. 45–48.Rybiev, I. A, Zhdanov, A. A. (2003). Development of construction materials with predetermined properties. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo [News of Higher Educational Institutions. Construction], 3, 45–48 (in Russian).Баженов, Ю. М. Развитие теории формирования структуры и свойств бетонов с техногенными отходами / Ю. М. Баженов, Л. A. Алимов, В. В. Воронин // Известия вузов. Строительство. – 1996. – № 7. – С. 55–58.Bazhenov, Yu. M., Alimov, L. A., Voronin, V. V. (1996). Development of theory for formation of structure and properties of concrete with technogenic wastes. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo [News of Higher Educational Institutions. Construction], 7, 55–58 (in Russian).Баженов, Ю. М. Технология бетонных и железобетонных изделий : учебник / Ю. М. Баженов, А. Г. Комар. – М. : Стройиздат, 1984. – C. 290–293.Bazhenov, Yu. M., Komar, A. G. (1984). Technology of concrete and reinforced products. Moscow, Stroyizdat, 290–293 (in Russian).Добавки в бетон : справочное пособие / В. С. Рамачандран [и др.] ; под ред. В. С. Рамачандрана. – М. : Стройиздат, 1988. – С. 168–184.Ramachandran, V. S., Fel'dman, R. F., Kollepardi, M., Mal'khotra, V. M., Dolch, V. L., Mekhta, P. K., Ratinov, V. B. Concrete additives: Reference guide. ?oscow, Stroyizdat, 168–184 (in Russian).Власов, В. К. Закономерности оптимизации состава бетона с дисперсными минеральными добавками / В. К. Власов // Бетон и железобетон. – 1993. – № 4. – С. 10–12.Vlasov, V. K. (1993). Regularities in optimization of concrete composition with disperse mineral additives. Beton i Zhelezobeton [Concrete and reinforced concrete], 4, 10–12 (in Russian).Власов, В. К. Механизм повышения прочности бетона при введении микронаполнителя / В. К. Власов // Бетон и железобетон. – 1988. – № 10. – C. 9–11.Vlasov, V. K. (1988). Mechanism for higher concrete strength while introducing microfiller. Beton i Zhelezobeton [Concrete and reinforced concrete], 10, 9–11 (in Russian).Высоцкий, С. А. Минеральные добавки для бетонов / С. А. Высоцкий // Бетон и железобетон. – 1994. – № 2. – С. 7–10.Vysotsky, S. A. (1994). Mineral additives for concrete. Beton i Zhelezobeton [Concrete and reinforced concrete], 2, 7–10 (in Russian).Bastian, S. Wodoszczelnosc Betonow z Popiolow Lotnych / S. Bastian // Przeglad Budowlany. – 1971. – No 6. – Р. 319–329.Bastian, S. (1971). Wodoszczelnosc Betonow z Popiolow Lotnych. Przeglad Budowlany, 6, 319–329 (Polish).Bendz Dale, P. Simulation Studies of the Effects of Mineral Admixtures on the Cement Paste-Aggregate Interfacial Zone / P. Bendz Dale, J. Garfodzi Edward // . ACI Materials Journal. – 1991. –Vol. 88, No 8. – P. 518–529.Bentz Dale, P., Garboczi Edward, J. (1991). Simulation Studies of the Effects of Mineral Admixtures on the Cement Paste-Aggregate Interfacial Zone. ACI Materials Journal, 88 (8), 518–529.Berry, E. E. Fly Ash for Use in Concrete – A Critical Review / E. E. Berry, V. M. Malhotra // Journal of the American Concrete Institute. – 1980. – Vol. 77. – No 2. – P. 59–73.Berry, E. E., Malhotra, V. M. (1980). Fly Ash for Use in Concrete – A Critical Review. Journal of the American Concrete Institute, 77 (2), 59–73.Composite Cementless Binder From Mechanical Active Industrial Wastes Text / Yu. M. Bazhenov [et al] // Proceedings of the 5 International Symposium on the Cement and Concrete Shanghai, China, Oct. 28. – Nov. 1, 2002. – China, 2002. – 832 –840 pp.Bazhenov, Yu. M., Magdejev, U. Kh, Pavlenko, S. I., Kulagin, N. M., Aksenov, A. V., Tkachenko, V. V., Dobretsov, N. L., Lyakhov, N. Z., Avvakumov, E. G. (2002). Composite Cementless Binder From Mechanical Active Industrial Wastes Text. Proceedings of the 5 International Symposium on the Cement and Concrete Shanghai, China, Oct. 28. – Nov. 1, 2002, 832–840.Feng, Nai-Qian. High-Strength and Flowing Concrete With a Zeolitic Mineral Admixture / Feng Nai-Qian, Li Gui-Zhi, Zang Xuan-Wu // Cements, Concrete and Aggregates. – 1990. – Vol. 12, No 2. – P. 61–69.Feng, Nai-Qian, Li, Gui-Zhi, Zang, Xuan-Wu. (1990). High-Strength and Flowing Concrete With a Zeolitic Mineral Admixture. Cements, Concrete and Aggregates, 12 (2), 61–69. doi: 10.1520/CCA10273JHogan, F. J. Evaluation for Durab-ility and Strength Development of a Ground Granulated Blast Furnace Slag / F. J. Hogan, J. W. Meusel // Cements, Concrete and Aggregates. – 1981. – Vol. 3, No 1. – P. 40–52.Hogan, F. J., Meusel, J. W. (1981). Evaluation for Durab-ility and Strength Development of a Ground Granulated Blast Furnace Slag. Cements, Concrete and Aggregates, 3 (1), 40–52. doi: 10.1520/CCA10201JLane, R. O. Properties and Use of Fly Ash in Portland Cement Concrete / R. O. Lane, J. F. Best //Concrete International. – 1982. – Vol. 4, No 7. – P. 81–92.Lane, R. O., Best, J. F. (1982). Properties and Use of Fly Ash in Portland Cement Concrete. Concrete International, 4 (7), 81–92.Larbi, J. A. Effect of Water-Cement Ratio, Quantity and Finenessofsandon the Evolution of Lime in Set Portland Cement Systems / J. A. Larbi, J. M. Bijen // Cement and Concrete Research. – 1990. – Vol. 20, No 5. – P. 783–794.Larbi, J. A., Bijen, J. M. (1990). Effect of Water-Cement Ratio, Quantity and Finenessofsandon the Evolution of Lime in Set Portland Cement Systems. Cement and Concrete Research, 20 (5), 783–794. doi: 10.1016/0008-8846(90)90012-MLarbi, J. A. The Chemistry of the Pole Fluidofsilicafume-Blendedcementsystems / J. A. Larbi, J. M. Bijen // Cement and Concrete Research. – 1990. – Vol. 20, No 4. – P. 506–516.Larbi, J. A., Bijen, J. M. (1990). The Chemistry of the Pole Fluid of silica fume-Blended cement systems. Cement and Concrete Research, 20 (4), 506–516. doi: 10.1016/0008-8846(90)90095-FMalhotra, V. M. High-Performance, High-Volume Fly Ash Concrete: Materials, Mixture Proportioning, Properties, Construction Practice, and case Histories Text / V. M. Malhotra, P. K. Mehta. – Ottawa, Canada: Printed by Marguardt Printing Ltd., 2002. – 101 p.Malhotra, V. M., Mehta, P. K. (2002). High-Performance, High-Volume Fly Ash Concrete: Materials, Mixture Proportioning, Properties, Construction Practice, and case Histories Text. Ottawa, Canada, Printed by Marguardt Printing Ltd. 101 p.Malhotra, V. M. Pozzolanic and Cementitious Materials / V. M. Malhotra, P. K. Mehta. – Gordon and Breech Publishers, 1996. – 191 p.Malhotra, V. M., Mehta, P. K. (1996). Pozzolanic and Cementitious Materials. Gordon and Breech Publishers. 191 p.Matsufuji, Y. Прочностные характеристики растворов содержащих сверхтонкие частицы / Y. Matsufuji, H. Kohhata, S. Harada // Semento Konkurito Ronbunshu = CAJ Proc. Cem. and Concr. – 1991. – № 45. – C. 264–269.Matsufuji, Y., Kohhata, H., Harada, S. (1991). Strength characteristics of solutions containing submicron particles. Semento Konkurito Ronbunshu = CAJ Proc. Cem. and Concr, 45, 264–269.Opoczky, L. Kohosalak Mechanicai Akti-Valasa Finomorlessel // Epitoanyag. – 1990. – Vol. 42, No 3. – P. 81–84.Opoczky, L. (1990). Kohosalak Mechanicai Akti-Valasa Finomorlessel. Epitoanyag, 42 (3), 81–84.Roberts, L. R. Microsilica in concrete / L. R. Roberts, W. R. Grace // Mater. Sci. Concr.1. – Westerville (Ohio), 1989. – P. 197–222.Roberts, L. R., Grace, W. R. (1989). Microsilica in concrete. Mater. Sci. Concr.1. Westerville, Ohio, 197-222.Sarkar Shendeep, L. Microstrukture of a Very Low Water/Cement Silica Fume Concrete / L. Sarkar Shendeep // Microscope. – 1990. – Vol. 38, No 2. – P. 141–152.Sarkar, Shondeep L. (1990). Microstrukture of a Very Low Water/Cement Silica Fume Concrete. Microscope, 38 (2), 141–152.Xu, Ziyi. Research on superfineflyachanditsactivity / Ziyi Xu, Linzhy Liu // Proc. Beijing Int. Symp. Cem. and Concr., Beijing, May 14–17, 1985. – Vol. 1. – 1986. – P. 493–507.Xu, Ziyi, Linzhy, Liu. (1985). Research on super fine fly ash and its activity. Proc. Beijing Int. Symp. Cem. and Concr., Beijing, May 14–17, 1985, 1, 493–507.Бабков, В. В. Аспекты формирования высокопрочных и долговечных цементных связок в технологии бетонов / В. В. Бабков, И. Ш. Каримов, П. Г. Комохов // Известия вузов. Строительство. – 1996. – № 4. – С. 41–48.Babkov, V. V., Karimov, I. Sh., Komokhov, P. G. (1996). Aspects for formation of highly strong and durable cement binders in concrete technology. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo [News of Higher Educational Institutions. Construction], 4, 41–48 (in Russian).Зоткин, А. Г. Микронаполняющий эффект минеральных добавок в бетоне / А. Г. Зоткин // Бетон и железобетон. – 1994. – № 3. – С. 7–9.Zotkin, A. G. (1994). Micro-filling effect of mineral additives in concrete. Beton i Zhelezobeton [Concrete and reinforced concrete], 3, 7–9 (in Russian).Каприелов, С. С. Общие закономерности формирования структуры цементного камня и бетона с добавкой ультрадисперсных материалов / С. С. Каприелов // Бетон и железобетон. – 1995. – № 6. – С. 16–20.Kaprielov, S. S. (1995). General regularities in formation of cement stone and concrete structure with addition of ultra-disperse materials. Beton i Zhelezobeton [Concrete and reinforced concrete], 6, 16–20 (in Russian).Костин, В. В. Применение зол и шлаков ТЭС в производстве бетонов / В. В. Костин. – Новосибирск : НГСАУ, 2001. – 176 с.Kostin, V. V. (2001). Application of TPS ash and slag for concrete fabrication. Novosibirsk: NGSAU [Novosibirsk State Agricultural University]. 176 p. (in Russian).Красный, И. М. О механизме повышения прочности бетона при введении микронаполнителей / И. М. Красный // Бетон и железобетон. – 1987. – № 5. – С. 10–11.Krasny, I. M. (1987). On mechanism for improvement of concrete strength while introducing micro-fillers. Beton i Zhelezobeton [Concrete and reinforced concrete], 5, 10–11 (in Russian).Кузнецова, Т. В. Физическая химия вяжущих материалов / Т. В. Кузнецова, И. В. Кудряшов, В. В. Тимаев. – М. : Высш. шк., 1989. – 384 с.Kuznetsova, T. V., Kudriashov, I. V., Timaev, V. V. (1989). Physical chemistry of binding materials. ?oscow, Vysshaya Shkola. 384 p. (in Russian).Лещинский, М. Ю. Бетоны и растворы с применением зол ТЭС (опыт Украины) / М. Ю. Лещинский, Б. М. Галлеев, В. М. Масютин. – М. : Знание, 1988. – 64 с.Leshchinsky, M. Yu., Galleev, B. M., Masiutin, V. M. (1988). Concrete and solutions while using TPS ash (experience of the Ukraine). ?oscow, Znanie. 64 p. (in Russian).Меренцова, Г. С. Современные технологии использования зол канско-ачинских бурых углей для производства бетонов. Барнаул : Изд-во Алт. гос. ун-та, 1994. 143 с.Merentsova, G. S. (1994). Modern technologies angry Kansk-Achinsk brown coal for the production of concrete. Barnaul: Publishing House of the Altai State University. 143 p. (in Russian).Меренцова, Г. С. Физико-химические и технологические основы регулируемого структурообразования золобетонов : дис. … д-ра тех. наук : 05.23.05 / Г. С. Меренцова. – Барнаул, 1997. – 296 с.Merentsova, G. S. (1997). Fiziko-khimicheskie i tekhnologicheskie osnovy reguliruemogo strukturoobrazovaniia zolobetonov. Dissertatsiia doktora tekhnicheskikh nauk [Physical and chemical and technological principles for regulated structure formation of ash concrete. Dr. tech. sci. diss.]. Barnaul. 296 p. (in Russian).Овчаренко, Г. И. Золы углей КАТЭКа в строительных материалах / Г. И. Овчаренко. – Красноярск : Изд-во Красноярского ун-та, 1992. – 216 с.Ovcharenko, G. I. (1992). KATEK -coal ash in construction materials. Krasnoyarsk: Publishing House of Krosnoyarsk University. 216 p. (in Russian).Овчаренко, Г. И. Оценка свойств зол углей КАТЭКа и их использование в тяжелых бетонах / Г. И. Овчаренко, Л. Г. Плотникова, В. Б. Францен. – Барнаул : Изд-во АлтГТИ, 1997. – 149 с.Ovcharenko, G. I., Plotnikova, L. G., Frantsen, V. B. (1997). Evaluation of KATEK coal ash properties and their usage in heavy concrete. Barnaul: Publishing House of Altai State Technical Institute. 149 p. (in Russian).Ольгинский, А. Г. Пылеватые минеральные добавки к цементным бетонам / А. Г. Ольгинский // Строительные материалы и конструкции. – 1990. – № 3. – С. 18.Olginsky, A. G. (1990). Powder mineral additives for cement concrete. Stroitelnye materialy i konstruktsii [Construction materials and structures], 3, 18 (in Russian).Павленко, С. И. Бетоны из твердых отходов предприятий и комплексное их использование в строительстве / С. И. Павленко // Новокузнецк : Изд-во СибГГМА, 1996. – 152 с.Pavlenko, S. I. (1996). Concrete from enterprise solid wastes and their complex usage in construction. Novokuznetsk: Publishing House of Siberian State Mining and Metallurgical Academy. 152 p. (in Russian).Павленко, С. И. Создание мелкозернистого бесцементного бетона на основе высококальциевых зол и шлаков тепловых электростанций / С. И. Павленко, В. И. Малышкин. – Новокузнецк : Изд-во СибГИУ, 1999. – 151 с.Pavlenko, S. I., Malyshkin, V. I. (1999). Creation of fine grain non-cement concrete on the basis of high-calcium ash and slag of thermal power stations. Novokuznetsk: Publishing House of Siberian State Industrial University. 151 p. (in Russian).Савинкина, М. А. Золы канско-ачинских углей / М. А. Савинкина, А. Т. Логвиненко. – Новосибирск : Наука, 1979. – 168 с.Savinkina, M. A., Logvinenko, A. T. (1979). Ash of Kansko-Achinsky coal. Novosibirsk, Nauka. 168 p. (in Russian).Сканави, Н. А. Строительные материалы из отходов промышленности: проблемы и решения / Н. А. Сканави // Строительство. Специализир. информ. бюл. – 2002. – № 1 (1). – С. 8–9.Skanavi, N. A. (2002). Construction materials from industrial wastes: problems and solutions / N. A. Skanavi // Stroitelstvo. Spetsializirovannyi informatsionnyi biulleten' [Construction. Specialized information bulletin], 1 (1), 8–9 (in Russian).Леонович, И. И. Испытание дорожно-строительных материалов / И. И. Леонович, В. А. Стрижевский, К. Ф. Шумчик. Минск : Вышэйшая школа, 1991. – 233 с.Leonovich, I. I., Strizhevsky, V. A., Shumchik, K. F. (1991). Test of road and construction materials. Minsk, Vysheishaia shkola. 233 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.