Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Опыт применения и концепция литых бетонных смесей и бетонов с использованием отходов камнеобработки 8
Глава 2. Материалы и методы исследования 22
2.1. Характеристика материалов 22
2.2. Методики исследований 38
Глава 3. Разработка составов и исследование растворов. Многокомпонентные мелкозернистые бетонные смеси 49
3.1. Теоретическое обоснование улучшения физико-механических свойств бетонов с использованием отходов камнеобработки 49
3.2. Исследование свойств литых многокомпонентных мелкозернистых бетонов с введением добавок из отходов камнеобработки 50
3.3. Исследование влияния добавок на процессы структурообразования .56
3.4. Разработка составов многокомпонентных мелкозернистых бетонов с введением добавок–микронаполнителей из отходов камнеобработки 70
3.5. Исследования микроструктуры цементного камня с введением минеральных добавок на основе отходов камнеобработки 78
Глава 4. Исследование свойств литых бетонных смесей с использованием отходов камнеобработки 82
4.1. Принципы определения состава смешанного вяжущего с использованием отходов камнеобработки 82
4.2. Литые бетонные смеси с введением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях с использованием отходов дробления гравия 87
4.3. Литые бетонные смеси с введением известнякового микронаполнителя, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях с использованием отходов дробления гравия 91
Глава 5. Исследование свойств бетонов с использованием отходов камнеобработки 96
5.1. Критерии оптимизации математических моделей свойств литых бетонов 96
5.2. Исследование свойств эффективных литых бетонов с введением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях и отсеве дробления гравия 97
5.3. Исследование свойств эффективных литых бетонов с введением известнякового микронаполнителя, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях и отсеве дробления гравия 101
5.4. Исследование влияния введения ускорителя твердения на набор прочности бетона 105
5.5.Методика определения состава литого бетона с использованием отходов камнеобработки 107
Глава 6. Опытно-промышленное внедрение результатов исследований 118
6.1. Опытно-промышленные испытания и внедрение технологии литых бетонов на основе смешанных вяжущих с использованием отходов камнеобработки 118
6.2. Технико-экономическая эффективность бетонов на основе многокомпонентных вяжущих 123
Общие выводы 131
Литература
- Методики исследований
- Исследование свойств литых многокомпонентных мелкозернистых бетонов с введением добавок из отходов камнеобработки
- Литые бетонные смеси с введением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях с использованием отходов дробления гравия
- Исследование свойств эффективных литых бетонов с введением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях и отсеве дробления гравия
Введение к работе
Актуальность.
В отечественной и зарубежной практике широко исследованы вопросы утилизации таких техногенных отходов как золы, шлаки, отработанные формовочные смеси литейного производства, микрокремнезем и другие. Однако применение местного сырья из отходов добычи и обработки камня сдерживается в связи с отсутствием научно-обоснованных зависимостей и рекомендаций.
Решение задачи получения эффективных литых бетонов на основе местных заполнителей и отходов камнеобработки возможно за счет их комплексного использования в виде заполнителей и микронаполнителей.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Костромской ГСХА.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является получение эффективных литых бетонов за счет комплексного использования отходов камнеобработки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать возможность повышения эффективности литых бетонов путем
комплексного использования отходов камнедробления;
разработать составы многокомпонентных бетонных смесей с использованием отходов камнеобработки в качестве микронаполнителей;
исследовать влияние добавок на структуру и свойства цементного камня;
установить закономерности изменения свойств мелкозернистых многокомпонентных бетонных смесей и бетонов с использованием отходов камнеобработки;
обосновать возможность и целесообразность применения в литых бетонных смесях отсевов дробления гравия;
изучить гранулометрический состав отсевов и установить рекомендуемый зерновой состав мелкого заполнителя для литого бетона;
исследовать влияние многокомпонентной смеси с использованием минеральной добавки на основе отходов камнеобработки и гранулометрического состава заполнителей на свойства литых бетонных смесей и бетонов и установить закономерности изменения свойств;
- осуществить внедрение разработанных литых бетонов с использованием отходов камнеобработки с оценкой их технико-экономической эффективности.
Научная новизна.
Обосновано получение эффективных литых бетонов путем введения минерального микронаполнителя из отходов добычи и обработки природных каменных материалов (известняка и габбро-диабаза), метакаолина, сульфата натрия и суперпластификатора С-3 в состав бетонных смесей, что способствует улучшению структуры цементного камня за счет снижения объема гидроксида кальция и образования вторичных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, а также снижению капиллярных пор, что приводит к повышению плотности контактной зоны.
Установлено, что микронаполнитель из отходов габбро-диабаза и известняка способствует самоуплотнению и формированию более прочного каркаса многокомпонентных бетонов на основе литой смеси.
С помощью рентгенофазового анализа (РФА) установлены химико-минералогические составы цемента, габбро-диабазового и известнякового микронаполнителей, а также образование вторичных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция в результате взаимодействия Са(ОН)2 с метакаолином.
Определены структурно-технологические характеристики, объемная концентрация цементного камня и его В/Ц в многокомпонентных бетонных смесях с помощью ультразвукового метода.
Микроскопические исследования показали, что комплексное использование добавок позволяет получать бетоны с улучшенной структурой и более плотной контактной зоной между заполнителем и цементным камнем.
Получены многофакторные математические модели прочности и подвижности мелкозернистых бетонов от объемной концентрации цементного камня, истинного водоцементного отношения, доли минерального микронаполнителя, метакаолина, суперпластификатора С-3.
Получены математические модели плотности и подвижности многокомпонентных бетонных смесей, плотности бетона, прочности на сжатие в возрасте 3 и 28 суток нормального твердения, прочности при изгибе, истираемости, класса бетона по водонепроницаемости и стоимости бетона в зависимости от структурных характеристик: объемной концентрации цементного камня С, истинного
водоцементного отношения В/ЦИСТ, доли отсева дробления гравия в смеси мелкого заполнителя r, доли мелкого заполнителя в смеси заполнителей r1.
Практическое значение.
Разработана технология получения многокомпонентной смеси с использованием отходов камнеобработки для производства эффективных литых бетонных смесей.
Установлены оптимальные соотношения цемента и добавок в многокомпонентной бетонной смеси:
- цемент + микронаполнитель, полученный при обработке габбро-диабаза +
метакаолин + суперпластификатор С-3 в соотношении 1:0,06:0,09:0,009;
- цемент + известняковый микронаполнитель + метакаолин и
суперпластификатор С-3 в соотношении 1:0,075:0,09:0,012.
Получены литые бетонные смеси с комплексным использованием отходов камнеобработки на местных заполнителях, обеспечивающих получение бетона класса В15 - В40 с водонепроницаемостью до W 22.
Разработаны «Рекомендации по определению состава литых бетонных смесей с использованием отходов камнеобработки для устройства бетонных полов».
Внедрение результатов исследования. Осуществлено внедрение результатов исследований на объекте предприятия ООО «Высоковский бетон» (г. Кострома) при устройстве бетонных полов здания Костромской бумажной фабрики ООО «Восход» объемом 134 м3.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях по проблемам науки в агропромышленном комплексе в ФГБОУ ВПО Костромской ГСХА в 2009-2012 годах, на V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в 2010 году и на VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» в 2012 году.
Основное содержание работы опубликовано в 13 статьях.
На защиту диссертации выносятся:
- обоснование введения в многокомпонентную бетонную смесь добавок
микронаполнителей из отходов камнеобработки (известняка и габбро-диабаза),
метакаолина и суперпластификатора С-3;
- обоснование регулирования гранулометрического состава заполнителей бетонной смеси введением отсева дробления гравия;
математические модели прочности мелкозернистых бетонов и подвижности бетонных смесей в зависимости от вида и количества введенных добавок, а также значений концентрации цементного камня и истинного водоцементного отношения;
составы разработанных многокомпонентных смесей с добавками из отходов камнеобработки, позволяющие получать нерасслаиваемые литые бетонные смеси с улучшенной структурой цементного камня;
математические модели плотности бетонной смеси и подвижности бетонных смесей, плотности бетона, прочности на сжатие в возрасте 3 и 28 суток нормального твердения, прочности при изгибе, истираемости, класса бетона по водонепроницаемости и стоимости бетона в зависимости от структурных характеристик: объемной концентрации цементного камня С, истинного водоцементного отношения В/ЦИСТ, доли отсева дробления гравия в смеси мелкого заполнителя r, доли мелкого заполнителя в смеси заполнителей r1;
результат опытно-промышленной апробации.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 149 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 59 таблиц.
Методики исследований
С появлением суперпластификаторов началось широкомасштабное применение бетонных смесей высокой подвижности для выполнения монолитных конструкций зданий и сооружений. Такие бетонные смеси позволяют получать осадку конуса более 20 см, обладают способностью к самовыравниванию и характеризуются отсутствием расслоения на фракции. Бетоны с подобными свойствами называют литыми, самоуплотняющимися, текучими. [43]
Литые бетонные смеси – это смеси, стандартная осадка конуса у которых превышает 20 см, что по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные» соответствует марке по осадке конуса П5. В этом же документе вводится маркировка удобоукладываемости по расплыву конуса для более точной характеристики подвижности бетонной смеси.
В конце 1970-х и начале 1980-х годов начались работы немецких, итальянских и японских исследователей по получению высокоподвижных бетонных смесей способных равномерно распределяться по всей конструкции и уплотнятся под действием собственного веса, которые планировалось применять в труднодоступных и густоармированных конструкциях. [92]
В 2002 EFNARC, опубликовал свои “Требования и рекомендации для Самоуплотняющихся бетонов”. С тех пор было опубликовано много научных работ. [100]
Самоуплотняющийся бетон (СУБ) – это смесь, которая может течь и уплотнятся под действием собственного веса, полностью заполнять опалубку даже в присутствии большого количества арматуры, сохраняя при этом однородность и не требующая дополнительного уплотнения. [51, 59, 100]
Европейские правила предусматривают три класса самоуплотняющихся бетонов по удобоукладываемости:
В соответствии с европейскими стандартами в ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные» также была введена классификация подвижности по расплыву конуса. По данному стандарту смеси разделяются на 6 марок в зависимости от диаметра расплыва (Р1-Р6). Марки Р5 (расплыв конуса 56-62 см) и Р6 (расплыв более 62 см) являются аналогами классов SF1 и SF2, однако ГОСТ не указывает на отношение бетонных смесей данных марок к самоуплотняющимся.
Область применения СУБ значительна, так как позволяет снизить материалоемкость конструкций при сохранении их несущей способности. Кроме того, самоуплотняющиеся бетоны позволяют выполнять конструкции сложной конфигурации при значительной экономии трудовых ресурсов, так как они не требуют уплотнения. [58].
Кроме песка, крупного заполнителя (максимальным размер 19 - 25 мм), и обычного или смешанного портландцемента при приготовлении самоуплотняющихся бетонных смесей вводят добавки суперпластификаторы, модификаторы и минеральные добавки - микронаполнители.
В зависимости от подхода все СУБ можно разделить на две категории: - бетоны с высоким содержанием смешанного вяжущего (более 400 кг/м3 цемента + зола-унос + пылевидный шлак) - бетоны с добавками-модификаторами, такими как микрокремнезем и ультратонкий аморфный кремнезем. Бетоны второй категории не требую высокого содержания вяжущего. [92]. Таким образом, самоуплотняющиеся бетонные смеси можно выделить в отдельную категорию литых бетонов, за счет большего количества требований, предъявляемых к ним.
Литые и самоуплотняющиеся бетонные смеси характеризуются высоким В/Ц, что может привести к расслоению. Поэтому при проектировании составов бетона выполняется ряд мероприятий: - применяют цементы с повышенной водопотребностью; - применяют супер- или гиперпластификаторы, позволяющие снизить В/Ц; - вводят микронаполнители, обладающие высокой водопотребностью; - регулируют гранулометрический состав заполнителей. [2] Увеличить водопотребность цемента можно за счет роста его удельной поверхности. Что происходит при механохимической активации гидравлического вяжущего, то есть при домоле цемента, который производят с целью повышения его активности (марки). [16, 38] Высокомарочные цементы чаще всего используют в бетонах классом по прочности В60 и более, однако при возведении монолитных зданий этажностью менее 10 этажей применять бетоны высокой прочности не рационально (класс бетона обычно не превышает В35). Поэтому данное направление снижения вероятности расслоения бетонной смеси признается неэффективным, так как ведет к значительному увеличению стоимости вяжущего.
Суперпластификаторы и гиперпластификаторы занимают особое место в модификации бетонных смесей и растворов. Они позволяют значительно увеличить подвижность бетонных смесей при сохранении исходного соотношения материалов и В/Ц. [23, 55] С другой стороны применение пластификаторов позволяет снизить В/Ц при сохранении подвижности бетонной смеси, что приводит к росту прочности и долговечности конструкций.
Механизм действия пластификаторов заключается в создании структурированной пленки при адсорбции на поверхности твердых частиц, что приводит к снижению трения, сглаживанию микрорельефа частиц, а в ряде случаев и увеличению электростатического заряда (силы отталкивания) частиц.
Пластификаторы даже в небольших количествах вызывают замедление гидратации и твердения цементного камня за счет снижения возможности проникновения воды через образовавшуюся пленку. [5, 79, 93]
В последнее время получили распространение супер- и гиперпластификаторы на основе поликарбоксилатов и полиакрилатов. В отличие от суперпластификатора С-3 на основе сульфированных нафталин–формальдегидных поликонденсатов поликарбоксилаты препятствуют сближению атомов за счет пространственного объёма, что также приводит к замедлению реакции. [6, 31, 79]
Исследование свойств литых многокомпонентных мелкозернистых бетонов с введением добавок из отходов камнеобработки
Проведение испытания: 1) Вынуть прибор из футляра, очистить его от пыли, осмотреть, убедиться в отсутствии дефектов, препятствующих работе с ним. При работе от сети переменного тока подключить входящее в комплект поставки зарядное устройство к разъему 11 (рис. 2.2.3) на кожухе прибора, а вилку зарядного устройства - к сети переменного тока напряжением 220 В. 2) Подготовить поверхность испытываемого материала так, чтобы на чем не было видимых следов влаги, смазочных, гидроизоляционных и т.п. материалов, пленки цементного раствора, неровностей, превышающих по высоте 3 мм. Торцевые поверхности образцов перед испытанием очищают от поверхностной пленки цементного камня и следов уплотняющего, герметизирующего и т.п. составов металлической щеткой или иным механическим способом. 3) Включить прибор кратковременным нажатием кнопки 9, расположенной на лицевой панели. 4) После проверки состояния встроенных аккумуляторов, на дисплее выводится сообщение «Взведите механизм прибора». 5) Установить прибор блендой вниз на стол или ровный пол. 6) Отвернуть фиксатор против часовой стрелки на 5...6 оборотов и перевести рукоятки, надавив на них, в верхнее положение так, чтобы торец поршня выступал над поверхностью фланца камеры на 3-5 мм. 7) Приготовить из герметизирующей мастики, входящей в комплект поставки, жгут диаметром 6-9 мм, уложить жгут по средней линии фланца камеры, как показано на рис. 2.2.3, и соединить его концы, удалив излишки. Не допускается касание жгутом поршня. 8) Закрыть клапан давления 6, вращая колпачок по часовой стрелке до упора. 9) Ввернуть фиксатор 5 по часовой стрелки до упора, не прилагая больших усилий. 10) Взяв прибор за рукоятки, установить его выступающим торцом поршня на поверхность испытываемого материала. 11) Плавно, но энергично нажать на рукоятки 3, опустив их в нижнее рабочее положение. При этом должен быть слышен щелчок фиксатора, фиксирующего рукоятки в нижнем положении. Далее прибор переходит в режим измерения, сообщив в первой строчке дисплея «Измерение». 12) Оставить прибор на поверхности материала, отпустив ручки механизма. По мере поступления воздуха из окружающей среды через испытуемый материал в полость камеры, столбик индикации оставшегося времени измерения в нижней строчке индикатора перемещается вправо. Одновременно, справа от столбика, выводится числовое значение оставшегося времени в процентах. За 100% берётся время окончания процесса измерения. 13) По окончании измерения на индикаторе устанавливается два значения. В верхней строчке выводится значение сопротивления проникновению воздуха через материал в c/см3, а в нижней - марка бетона по водонепроницаемости. 14) По окончании измерения показания прибора занести в ведомость или журнал измерений. 15) Выключить прибор нажатием и удержанием (более 3 секунд) кнопки на лицевой панели прибора. 16) Снять прибор с поверхности испытываемого материала. Для этого отвернуть колпачок клапана давления, после чего отвернуть фиксатор против часовой стрелки на 5...6 оборотов. Далее плавно переместить рукоятки в верхнее положение. Снять прибор за рукоятки, установить его блендой вниз, мастерком очистить рабочую поверхность фланца от мастики. 17) Герметизирующую мастику можно использовать многократно, предварительно удаляя из нее инородные включения (кусочки материала и т.п.). 18) Количество испытаний и методику оценки проницаемости материала устанавливают исполнители с учетом положений соответствующих нормативных документов.
Определение прочности бетонных образцов Испытания производились на образцах размерами 100х100х100 мм в соответствии с ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности», ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», ГОСТ 17624-87 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности».
Испытания производились на образцах размером 70х70х70 мм в соответствии с ГОСТ 13087-81 «Бетоны. Методы определения истираемости». Глава 3. Разработка составов и исследование растворов.
Многокомпонентные мелкозернистые бетонные смеси Теоретическое обоснование улучшения физико-механических свойств бетонов с использованием отходов камнеобработки
Влияние минеральных добавок на свойства бетона является следствием изменений его структуры, происходящих при их введении. Они довольно значительны, при этом зависят от способа введения добавок.
Введение минеральных добавок в качестве замены части цемента не влияет на макроструктуру бетона. Влияние на микроструктуру зависит от доли введения добавки, ее химического состава. [21, 35, 36]
Положительное влияние оказывает введение активной добавки, сопровождающейся протеканием реакции взаимодействия оксидов кремния и алюминия с Са(ОН)2 с последующим преобразованием их в гидросиликаты и гидроалюминаты, что приводит к снижению пористости и уменьшению размеров пор. Поэтому при небольшой замене цемента добавкой может достигаться та же прочность бетона, что и в контрольном составе при меньших размерах пор и меньшей проницаемости бетона. Замена части песка активной минеральной добавкой приводит к более значительным изменениям структуры, сопровождающимся увеличением объема цементного камня. [49]
Введение инертных добавок в качестве микронаполнителей зависит от их физико-химических свойств. Изменения структуры при введении инертных добавок меньше выражены, так как исключаются все положительные эффекты, связанные с пуццолановой реакцией.
При введении минеральных добавок происходит не только улучшение качества твердой фазы, связанное с увеличением количества гидросиликатов (для активных добавок), но и ее ухудшение, вызываемое появлением новой поверхности раздела: «минеральная добавка – продукты гидратации цемента». Электронно-микроскопическое изучение поверхностей разрушения бетона показывает, что наибольшее количество продуктов гидратации остается на поверхности зерен золы. Далее следует известняк, наиболее бедна ими поверхность песка. [26]
Исследование свойств литых многокомпонентных мелкозернистых бетонов с введением добавок из отходов камнеобработки
Целью диссертационной работы является исследование возможности комплексного использования отходов камнеобработки и местных материалов для получения эффективных бетонов. Математическое планирование эксперимента позволяет рассмотреть систему факторов, их взаимодействие и влияние на физико-механические характеристики растворов и бетонов. Для построения математических моделей необходимо задать диапазоны варьирования факторов, для чего требуется предварительное проведение исследований. Первым этапом данной работы является изучение влияния введения различных добавок в раствор с заменой доли портландцемента. Наглядным параметром, отражающим воздействие добавок, является прочность образцов.
Экспериментальное исследование активности растворов нормальной густоты с соотношением вяжущего с 10% добавки габбро-диабаз к песку равном 1:3 представлено на рис. 3.2.1. Как видно из полученной зависимости наибольший эффект достигается при введении добавки удельной поверхностью 904,6 м2/кг (снижение активности вяжущего в возрасте 28 суток на 0,6 МПа). Таким образом, эта точка представляет собой наиболее перспективным направлением исследования введения габбро-диабаз как микронаполнителя.
Литые бетонные смеси с введением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях с использованием отходов дробления гравия
В рекомендациях по применению химических добавок оптимальный диапазон введения суперпластификатора С-3 варьируется в диапазоне 0,3 - 0,7% от массы цемента. [46] Рекомендации по применению пластификаторов в дорожном строительстве ставят ограничение в размере 0,3-0,7% для малоподвижных и 0,6-1% для высокоподвижных и самоуплотняющихся бетонных смесей. [45]
Перспективным направлением развития технологии бетона является получение самоуплотняющихся бетонных смесей на основе местных строительных материалов. В связи с чем, диапазон исследования должен быть принят 0,3-0,7%, однако, многокомпонентная бетонная смесь включает минеральные добавки с высокой водопотребностью, что следует учитывать для получения подвижных смесей.
Для исследования математической модели задаем диапазон 0,7-0,9% от массы цемента для бетонных смесей с введением габбро-диабаза и 0,8-1,2% с введением известнякового микронаполнителя. Увеличение диапазона в последнем случае связано с возрастанием водопотребности минеральной добавки.
Влияние введения отсева дробления гравия Стобловского карьера в раствор в качестве мелкого заполнителя
Костромская область обладает большими запасами песка и гравия. Однако, модуль крупности значительной части песков не превышает значение 2,1. Наличие большого количества мелкой фракции песка приводит к росту В/Ц растворов и бетонов для обеспечения требуемой подвижности. Модуль крупности отсева дробления гравия превышает значение 2,5, а, следовательно, позволяет получать смесь заполнителей с оптимальным гранулометрическим составом.
Рассмотрим влияние на прочность растворов введения отсева дробления гравия Столбовского карьера в песок Медениковсого карьера и Хромцовского карьера. Данные исследования представлены на рисунках 3.2.5 и 3.2.6.
Влияние доли отсева дробления гравия (в смеси с песком Хромцовского карьера) на прочность раствора в соотношении цемента и мелкого заполнителя 1:3 Из полученных диаграмм следует, что положительный эффект достигается только при введении отсева в смесь с мелким песком при этом наибольший эффект достигается в диапазоне от 0 до 20%.
Непосредственно после затворения, вследствие гидролиза трехкальциевого силиката, из раствора выделяются гелеобразные гидрооксид кальция и эттрингит. В процессе гидратации на поверхности зерен цемента кристаллизуется эттрингит и формируется экранирующая пленка, состоящая из субмикрокристаллов гидросульфоалюмината кальция, которая отличается высокой дисперсностью строения и значительной экранирующей способностью.
Второй этап характеризуется образованием гидросиликатов кальция и замедлением процесса гидратации цемента. Происходит уплотнение коагуляционной структуры цементного теста вследствие образования сольватных оболочек вокруг зерен цемента, действия Ван-дер-Вальсовых сил и интенсивного флокулообразования. Это обеспечивает связанность и подвижность цементного теста.
Завершение периода формирования структуры цементного теста фиксировали в момент резкого изменения процесса структурообразования. Вследствие возникновения пространственных связей между гидратными новообразованиями и зернами цемента образуется рыхлый каркас в виде пористой матрицы, которая постепенно заполняется продуктами гидратации.
Третий этап характеризуется началом интенсивной кристаллизации гидрооксида кальция, гидросиликатов кальция и эттрингита. Происходит уплотнение и упрочнение первоначальной матрицы, сложившейся в цементном тесте к концу периода раннего структурообразования.
Период формирования структуры цементного теста на ранней стадии твердения зависит от химико-минералогического состава цемента, водоцементного отношения, вида и количества добавок микронаполнителей, химических добавок, условий твердения и так далее. [35, 36, 50, 53, 52]
Период формирования структуры определялся несколькими способами по ГОСТ 310.3-81, ультразвуковым методом и по изменению температуры смеси. Результаты исследования представлены в таблице 3.3.1.
Особое внимание следует уделить влиянию метакаолина на процесс структурообразования. На диаграмме (рис. 3.3.3) кроме начала периода формирования структуры, которому соответствует снижение скорости прохождения ультразвука также можно отметить время вступления в реакцию метакаолина, причем чем больше величина введения добавки тем раньше начинает образование вторичных гидратов силиката кальция и гидратов алюмината кальция.
Исследование свойств эффективных литых бетонов с введением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях и отсеве дробления гравия
Для улучшения технико-экономических показателей и увеличения эффективности строительных конструкций в настоящее время широко используются технологии монолитного домостроения. Для сокращения сроков схватывания и снижения времени выдержки бетона в опалубке применяют добавки-ускорители, роль которых выполняют электролиты.
Рассмотрим влияние введения в состав бетонной смеси сульфата натрия Na2S04 10Н20. При введении добавок-ускорителей происходит активизация процесса гидратации цемента. При взаимодействии сульфата натрия с клинкерными минералами и продуктами их гидратации происходит образование двойных солей
Для визуального отображения набора прочности бетонов с введением микронаполнителей и разных видов заполнителей построена диаграмма (рис. 5.4.1). Прочность многокомпонентных бетонов с введением микронаполнителя из габбро-диабаза (состав №2 и №3) на ранних стадиях (3 сутки) выше, чем у контрольного состава (прирост составляет до 19%), что обусловлено введением метакаолина и образованием в процессе реакций гидратации вторичных гидратов силиката кальция и гидратов алюмината кальция. Однако, на 7 сутки это значение ниже на 7,6% по сравнению с составом №1. Введение ускорителя значительно влияет на прочностные характеристики бетонов на ранних стадиях: для многокомпонентных бетонов с введением габбро-диабаза прирост составляет 43,8% на 1 сутки, 14,8% - на 3 сутки, 14,7% на 7 сутки; для бетонов с известняковым микронаполнителем прирост прочности составляет 36,1% на 1 сутки, 7,7% - на 3 сутки, 17,8% на 7 сутки. После 14 суток нормального твердения прирост прочности при постоянных структурных характеристиках не значителен. 25 20 15 10 0
Проведенные исследования свойств бетонных смесей и бетонов на многокомпонентных вяжущих с использованием отходов камнеобработки позволили установить основные закономерности влияния структурных характеристик на физико-механические свойства, которые стали основой для определения состава бетона.
Рассмотрим пример подбора состава бетона с использованием отходов камнеобработки через определение структурных характеристик путем решения системы из 4 уравнений в зависимости от требований к бетону.
Пример 1: Определение состава многокомпонентного литого бетона с ведением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина, суперпластификатора С-3 на местных заполнителях с введением отсева дробления гравия.
Рассмотрено влияние введения добавки-ускорителя на изменение прочности бетона в разном возрасте (1, 3, 7 , 14 и 28 суток). Выявлен значительный прирост прочности на ранних стадиях твердения (1 – 7 сутки), что связано с образованием двойных солей, которые образуют первичный структурный каркас, что облегчает кристаллизацию гидросиликатов кальция и приводит к повышению прочности материалов. Определена методика расчета состава литого бетона с использованием отходов камнеобработки через решение систем уравнений, по указанным в задании требованиям к бетонам.
Опытно-промышленные испытания и внедрение технологии литых бетонов на основе смешанных вяжущих с использованием отходов камнеобработки
Результаты теоретических и лабораторных исследований были приняты за основу при проведении опытно-промышленных испытаний эффективных бетонов на местных материалах с использованием отходов камнеобработки.
На основании проведенных исследований разработаны «Рекомендации по определению состава литых бетонных смесей с использованием отходов камнеобработки для устройства бетонных полов», которые включают:
Настоящие Рекомендации распространяются на подбор составов литых бетонов, предназначенных для устройства оснований и покрытий полов.
При подборе составов бетонов, к которым кроме прочности предъявляются дополнительные требования (морозостойкость, водонепроницаемость, истираемость и т.д.) следует учитывать зависимости свойств бетонных смесей и бетонов, установленные для конкретных материалов.
Рабочие составы бетона назначают по предварительно построенным базовым зависимостям с проверкой в лабораторных или производственных условиях. Корректировку рабочих составов производят по результатам операционного контроля качества материалов данных партий и получаемой из них бетонной смеси, а также по результатам приемочного контроля качества бетона.
Подбор состава бетона выполняется лабораторией предприятия -изготовителя бетонной смеси или другими лабораториями по заданию, утвержденному главным инженером предприятия-изготовителя.
Результаты подбора номинального состава бетона, отвечающего требованиям утвержденного задания, должны быть оформлены в журнале подбора состава бетона и утверждены главным инженером предприятия-изготовителя. Рабочие составы подписываются начальником лаборатории или другим лицом, ответственным за подбор состава бетона.
