Введение к работе
Актуальность работы. В современной технологии бетона одним из наиболее перспективных направлений является получение бетонов с заданными техническими и технологическими свойствами при минимальных энергетических и материальных затратах. Проблема получения высокоподвижных бетонных смесей с обеспечением сохранности свойств во времени, отсутствием расслаиваемости и интенсивной кинетикой набора прочности бетона в ранние сроки твердения, без применения тепловой обработки и с высокими прочностными показателями в марочном возрасте является наиболее актуальной. Существующая проблема решается с использованием высокомарочных цементов с нормируемым минералогическим составом, применением химических добавок ускорителей твердения на основе неорганических и органических солей, использованием пластифицирующих добавок, высокоактивных минеральных наполнителей и органоминеральных комплексов.
На данный момент активно ведутся исследования по применению тонкодисперсных минеральных добавок различной природы (природные и техногенные). При производстве цементных бетонов наиболее востребованы техногенные минеральные наполнители с высокой удельной поверхностью, не требующие дополнительного помола, к ним относят микрокремнезем, золу-унос, метакаолин.
Одним из современных направлений в строительном материаловедении является синтез органоминеральных добавок модификаторов для цементных композиций.
С развитием этого направления связаны цель, задачи и содержание диссертационной работы.
Диссертационная работа выполнялась в рамках тематического плана НИР СГТУ в 2009 - 2011 годах по темам: «Разработка экспериментально-теоретических основ обеспечения энерго-, ресурсоэффективности производства строительных материалов», «Разработка экспериментально-теоретических основ расширения ресурсной базы и совершенствования технологии производства строительных материалов и изделий», «Разработка эффективных составов бетонов с модифицирующими добавками».
Цель работы - получение высококачественных бетонов путем введения комплексного органоминерального модификатора, получаемого путем гидра-тационного синтеза из цементной пыли с углеводсодержащими веществами. Для достижения цели решались следующие задачи:
-
Исследование особенностей процессов гидратации в присутствии различных добавок углеводов.
-
Определение влияния вида и количества углевода на прочностные характеристики цементного камня и технологические свойства добавок на основе тонкомолотого модифицированного различными углеводами цементного камня. Влияние вида цемента, состава и дозировки комплексной добавки
на основе тонкомолотого цементного камня, модифицированного углеводами, на физико-механические показатели цементных композитов.
-
Изучение физико-химических процессов, протекающих при введении в цементные композиции комплексной органоминеральнои добавки на основе тонкомолотого цементного камня, модифицированного углеводами.
-
Разработка полифункциональных органоминеральных модификаторов на основе добавки, получаемой путем гидратационного синтеза из цементной пыли с углеводсодержащими веществами, совместно с микрокремнеземом, и исследование влияния на качественные характеристики бетонной смеси и физико-механические показатели цементных бетонов.
-
Оценка водонепроницаемости и морозостойкости тяжелых бетонов, получаемых при введении комплексных органоминеральных добавок в ранние сроки твердения и в марочном возрасте.
-
Разработка технологии производства и обоснование рациональной области применения полифункциональных органоминеральных добавок.
Научная новизна:
-
Выявлено образование различных комплексов «углевод-продукты гидратации цемента», определено, что вид и характер комплексов зависят от структуры углевода, характер комплексов в цементном камне определяет его прочность и возможность использования тонкомолотого цементного камня в качестве добавки центра кристаллизации.
-
Предложен способ ускорения процесса твердения и повышения прочности цементных композиций путем введения в количестве до 10 % от массы цемента комплексной органоминеральнои добавки на основе цементной пыли, обеспечивающей получение высокой ранней прочности бетонов.
-
Выявлено, что введение синтезируемой добавки обеспечивает повышение технологических характеристик бетонной смеси.
-
Изучено влияние вида и состава цемента на физико-механические характеристики мелкозернистых бетонов с синтезируемой добавкой.
-
Выявлена возможность применения добавки, получаемой путем гидратационного синтеза из цементной пыли с углеводсодержащими веществами, совместно с микрокремнеземом, которые являются взаимодополняющими компонентами в составе полифункционального органоминерального модификатора для цементных композиций.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов, приведенных в диссертации, обеспечена: корректностью постановки теоретических задач и принятых допущений; соответствием полученных результатов с общими положениями строительного материаловедения; использованием комплекса современных высокоинформативных физико-химических методов исследования свойств модифицированных цементных композиций; применением стандартизированных методов испытаний физико-механических свойств цементных бетонов; полученные данные не противоречат известным положениям и результатам других авторов; успешным внедрением разработанных со-
ставов бетонов с комплексной органоминеральной добавкой на основе цементной пыли при производстве составных железобетонных свай.
Практическая значимость.
Разработаны составы комплексных органоминеральных модификаторов для бетонных смесей, позволяющие получать быстротвердеющие и высокопрочные бетоны. Разработана технология производства полифункционального органоминерального модификатора, получаемого путем гидратационного синтеза из цементной пыли с углеводсодержащими веществами. Разработаны составы бетона и рекомендации по применению полифункционального органоминерального модификатора для цементных бетонов. Определена область рационального применения синтезируемой добавки - для монолитного домостроения без тепловой обработки и выпуск железобетонных изделий с ускоренным процессом тепловой обработки или снижением её температуры. Рассчитана экономическая эффективность применения модифицирующей комплексной органоминеральной добавки на основе цементной пыли и отхода сахарного производства.
На защиту выносятся:
комплекс экспериментальных данных по исследованию особенностей влияния различных углеводов на процессы гидратации цемента;
способ ускорения набора прочности при помощи использования специальных добавок на основе тонкомолотого цементного камня, модифицированного углеводами и альтернативной добавкой на основе цементной пыли и патоки;
способ синтеза органоминерального модификатора на основе цементной пыли и углеводсодержащих веществ;
составы комплексных полифункциональных органоминеральных добавок с микрокремнеземом и синтезированной добавкой на основе цементной пыли.
Реализация работы. По результатам работы подготовлены рекомендации и предложения по производству быстротвердеющих и высокопрочных бетонов, которые приняты к внедрению в ООО «Завод ЖБК-2». Материалы выполненных исследований рекомендовано использовать в учебном процессе при подготовке студентов специальности 270106 - «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» в учебных программах дисциплин «Технология бетона, строительных изделий и конструкций», «Технология изделий на основе местного природного и техногенного сырья», «Вяжущие вещества».
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались на 7 конференциях различного уровня: IX Международной научно-технической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза, 2009); Международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии. XV Академические чтения РААСН» (Казань, 2010); Межрегиональной научно-практической конференции «Модернизация жилищно-строительного комплекса в субъектах Сибирского федерального округа» (Омск, 2011); Всероссийской конференции
«Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона» (Саратов, 2011); Всероссийских конференциях, аккредитованных по программе научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К. «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009,2010,2011 гг.).
Публикации. Основные научные положения и результаты диссертации изложены в 10 печатных трудах, в том числе 3 статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Подана заявка на изобретение «Комплексный органоми-неральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов» №2011136515(054276) с приоритетом от 01.09.2011 г.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 167 страницах основного текста, содержит 43 рисунка, 52 таблицы; состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы, содержащего 134 источника, 1 приложения на 3 страницах. Общий объем работы 170 страниц.
