Введение к работе
Актуальность. Значительная часть монолитного бетона и железобетона укладывается в зимних условиях и в холодную погоду, что вызывает необходимость совершенствования эффективных способов производства бетонных работ при отрицательных температурах.
Эта проблема приобрела чрезвычайную актуальность в связи со смещением развития народного хозяйства с запада на восток и север, поскольку эти районы являются в основном зонами вечной мерзлоты и занимают 47 % территории России.
Опыт строительства в РФ доказал полную техническую возможность и экономическую целесообразность производства бетонных работ в зимних условиях. Одним из направлений зимнего бетонирования является безобогревный способ с использованием химических добавок, ускоряющих гидратацию и снижающих температуру замерзания жидкой фазы. В последнее время разработаны новые комплексные модификаторы бетона, укладываемого в зимних условиях. Однако их широкое применение ограничивается в основном дефицитностью и дороговизной или сложностью технологии их производства. В этой связи возникает необходимость проведения дальнейших исследований по разработке комплексных противоморозных добавок, с заменой дорогостоящих компонентов на более дешевые, не снижающие качество бетона.
Автором предложена комплексная химическая добавка, в которой в качестве пластификатора использован отход производства лимонной кислоты ЗАО «Цитробел» г. Белгорода - фильтрат цитрата кальция (ФЦК), а в качестве противоморозного компонента - поташ, которую рекомендуется использовать для монолитного керамзитобетона на безгипсовом портландцементе.
Диссертационая работа выполнена в рамках НТП Министерства образования РФ «Методологические основы рационального использования техногенного сырья в промышленности строительных материалов» (шифр 03.01.055) и тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования РФ и финансируемого из средств федерального бюджета на 2004-2008 гг.
Цель работы. Повышение эффективности
модифицированных безгипсовых цементов и керамзитобетона на их основе для строительных работ в зимних условиях.
Задачи:
обосновать выбор компонентов комплексной химической добавки для БГПЦ, предназначенного для зимнего бетонирования;
исследовать механизм действия комплексной добавки ФЦК + поташ на гидратацию и структурообразование БГПЦ при н.у. и отрицательных температурах;
разработать оптимальные составы модифицированных безгипсовых вяжущих, твердеющих на морозе;
исследовать особенности твердения модифицированных безгипсовых вяжущих в различных температурных условиях;
- исследовать влияние комплексной химической добавки ФЦК+поташ на свойства бетонной смеси и физико-механические свойства керамзитобетона, твердеющего при низких положительных и отрицательных температурах. Установить взаимосвязь между оптимальными дозировками и кинетикой набора прочности керамзитобетона в различных условиях твердения;
оценить технико-экономическую эффективность применения керамзитобетона на основе БГПЦ в монолитном строительстве.
Научная новизна. Научно обоснован выбор составных компонентов комплексной химической добавки. Исследована совместимость компонентов добавки и ее эффективность в зависимости от минерального состава клинкера.
Выявлены особенности механизма действия КХД, заключающиеся в том, что органические кислоты и сахара, содержащиеся в ФЦК, адсорбируясь на поверхности клинкерного зерна замедляют схватывание и понижают водопотребность БГПЦ. В результате взаимодействия поташа и Са(ОН)г, образующийся карбонат кальция формирует пленку нерастворимого гидрокарбоалюмината кальция СзАСаС0312Н20, замедляя схватывание в результате совместного действия с ФЦК. По мере нарастания гидратации трехкальциевого алюмината, образующиеся гексагональные гидроалюминаты кальция разрушают ее, обуславливая интенсивную гидратацию силикатной фазы.
Исследованы особенности фазообразования в БГПЦ с комплексной химической добавкой, твердеющего при положительных и отрицательных температурах. Прочность в ранние сроки твердения БГПЦ-камня обусловлена образованием гидрокарбоалюминатов
кальция типа C4AHi3. Дальнейший рост прочности обеспечивается гидросиликатами и гидроксидом кальция.
Установлены особенности микроструктуры цементного камня на БГПЦ с оптимальной дозировкой комплексной добавки, характеризующиеся более плотной упаковкой новообразований, благодаря пониженной водопотребности БГПЦ, обусловленной пластифицирующим действием ФЦК и отсутствием крупных сросшихся кристаллов эттрингита.
Выявлена закономерность изменения прочностных показателей композитов на основе БГПЦ при твердении в условиях отрицательных температур, заключающаяся в том, что прочность БГПЦ-камня с содержанием оптимального количества комплексной добавки составляет не менее 50 % от прочности контрольных образцов, твердеющих в нормальных условиях.
Практическое значение работы. Разработана комплексная химическая добавка для бетонирования монолитных керамзитобетонных конструкций на безгипсовом портландцементе, в которой пластификатором и замедлителем является отход производства лимонной кислоты (фильтрат цитрата кальция), что в сочетании с пониженным расходом поташа (до 6 %) позволяет получать более экономичные составы бетона.
Установлено, что КХД (ФЦК+поташ) является эффективным средством интенсификации твердения монолитного керамзитобетона, что позволяет сократить сроки достижения распалубочной прочности, увеличить оборачиваемость опалубки.
Экспериментально показано действие разработанной добавки, ее преимущества перед традиционными модификаторами при использовании в различных температурных условиях твердения.
Обоснованы способы подготовки и введения добавки в сырьевую смесь, определены оптимальные дозировки.
Разработаны составы композиционных вяжущих на основе БГПЦ с различным минеральным наполнителем из техногенного сырья.
Определены рациональные области применения керамзитобетона на БГПЦ с разработанной комплексной химической добавкой в монолитном строительстве.
Внедрение результатов работы. Для внедрения результатов диссертационной работы в монолитном строительстве разработаны следующие нормативные документы:
- Технические условия (ТУ 5734-017-02066339-2008)
«Модифицированный безгипсовый портландцемент для
бетонирования монолитных конструкций в зимних условиях»;
Технологический регламент на изготовление безгипсового портландцемента, модифицированного комплексной химической добавкой, состоящей из фильтрата цитрата кальция и поташа;
Опытно-промышленное внедрение результатов исследований осуществлялось при строительстве дома в коттеджном поселке Новосадовый Белгородского района монолитньш способом в зимних условиях. Эффективность данного проекта подтверждена основными экономическим показателями и составила 39907,41 млн. руб.
- Теоретические положения диссертационной работы,
результаты экспериментальных исследований используются в учебном
процессе при подготовке инженеров по специальностям 270106,
270114, что отражено в учебных программах дисциплины
«Строительные материалы и изделия».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (г. Белгород, 2005); II Всероссийской международной конференции по бетону и железобетону (г. Москва, 2005); Международной научно-практической конференции (г. Ростов-на-Дону, 2006); Ш Международной научно-практической конференции «Проблемы экологии: наука, промышленность, образование» (г. Белгород, 2006); Международной научно-практической конференции «Научные исследования, Наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии (XVIII научные чтения)» (г. Белгород, 2007).
На защиту выносятся:
оценка совместимости компонентов комплексной химической добавки и ее эффективность действия в зависимости от минерального состава БГПЦ;
- особенности структуро- и фазообразования в цементном
камне на БГПЦ с комплексной химической добавкой в различных
температурных условиях твердения;
закономерности изменения прочностных показателей композитов на основе БГПЦ при твердении в условиях положительных, отрицательных и знакопеременных температур;
составы композиционных вяжущих на основе БГПЦ;
результаты внедрения;
Публикации. По материалам и результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в издании, входящем в перечень ВАК РФ, подана заявка на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 195 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц, 34 рисунка, библиографический список из 156 наименований, 4 приложения.
