Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 9
Применение стеновых мелкоштучных изделий в строительстве . 10
Повышение эффективности производства стеновых мелкоштучных изделий (СМИ) 14
Технология производства СМИ 21
Сырьевые материалы для получения СМИ 30
Добавки в СМИ (суперпластификаторы., добавки) 37
ВЫВОДЫ 43
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ 45
2.1. Методы исследований 45
Рентгенофазовый анализ 45
Дифференциальный термический анализ 46
Электронно-микроскопический анализ 46
Гранулометрия компонентов вяжущих 47
Изучение свойств бетонных смесей 50
Изучение реологических характеристик цементных суспензий 52
АдсорбцияСПнаТМЦ 54
Исследование диспергирующих характеристик 55
2.1.9. Исследования физико-механических характеристик СМИ.. 58
2.1.10. Влияние СБ-3 на электрокинетические свойства ТМЦ и
ВНВ 59
Применяемые материалы 61
Методика получения вяжущих низкой водопотребности 64
ВЫВОДЫ 66
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВНВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД 67
3.1. Состав и свойства цеолитового трепела 67
Размолоспособность и гранулометрия 84
Реологические характеристики ТМЦ 86
Адсорбция суперпластификатора СБ-3 на вяжущее 88
Влияние СБ-3 на электрокинетический потенциал вяжущего 91
Влияние СБ-3 на реологические свойства, агрегативную
и седиментационную устойчивость цементных паст 94
Анализ влияния добавки цеолитсодержащего трепела на микроструктурные характеристики матрицы ТМЦ и ВНВ .... 102
Состав и свойства ВНВ 111
ВЫВОДЫ 113
4. МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН ДЛЯ СМИ 115
Требования к бетонным смесям и бетонам, используемым для производства СМИ 117
Особенности подбора состава мелкозернистого бетона с
і использованием техногенного песка 122
Свойства бетонной смеси и бетона 128
Водопоглощение и морозостойкость мелкозернистых бетонов .. 130 ВЫВОДЫ 134
5. ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ . 135
5.1. Технология производства СМИ 135
5.2. Экономическая эффективность 143
ВЫВОДЫ 149
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 150
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 153
ПРИЛОЖЕНИЯ 165
Введение к работе
Реализация Федеральной целевой программы «Жилище» на 2002-2010 гг. требует увеличения выпуска эффективных ресурсосберегающих строительных материалов местного производства и разработки прогрессивных технологий.
Особенности индивидуального жилищного строительства предусматривают использование стеновых мелкоштучных изделий (далее по тексту - СМИ) конструкционного назначения.
Практика показала целесообразность использования мелкозернистых бетонов на основе цементов и местных заполнителей для изготовления СМИ. Эффективность конструкционных СМИ возможно повысить путем разработки составов мелкозернистых бетонов за счет применения композиционного вяжущего и эффективного заполнителя на основе местного сырья, и технологии изготовления.
При добыче и переработке цеолитсодержащих пород Хотынецкого месторождения (Орловская обл., месторождение категории СЗ) в качестве отходов накапливаются отсевы фракции менее 1 мм, которые в настоящее время не используются. В цеолитсодержащих породах содержится 75-90 мас.% кремнезема в активной форме, что является предпосылкой использования его в качестве активной минеральной добавки в составе композиционных вяжущих.
Диссертационная работа выполнена в рамках 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 и задачи работы. Повышение эффективности мелкоштучных стеновых материалов путем разработки состава и технологии многокомпонентного вяжущего с использованием цеолитсодержащих пород Хотынецкого месторождения, состава и технологии мелкозернистого бетона с применением техногенного заполнителя.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
- исследование химического и минералогического состава техногенных
отходов, входящих в состав многокомпонентного вяжущего;
изучение технологических особенностей получения многокомпонентного вяжущего типа тонкомолотых цементов (далее - ТМЦ) и вяжущих низкой водопотребности (далее - ВНВ) с выявлением путей снижения энергетических затрат при помоле;
изучение коллоидно-химических процессов в цементных пастах на основе многокомпонентных вяжущих при использовании суперпластификатора СБ-3;
изучение структуры цементного камня при твердении ТМЦ и ВНВ и влияния цеолитсодержащих пород на микроструктуру и пористость;
изучение свойств ТМЦ и ВНВ с обоснованием требований к ним;
разработка технологии изготовления мелкоштучных стеновых изделий методом полусухого вибропрессования на основе многокомпонентных вяжу-
4 щих и техногенного заполнителя;
- разработка нормативных документов для реализации теоретических и
экспериментальных исследований.
Научная новизна. Предложен механизм формирования структурных связей в системе «цемент - цеолитсодержащая порода - кварц - кальцит - вода». Породообразующий минерал цеолитсодержащего трепела (клиноптилолит) благодаря кристаллохимическим особенностям своего строения выступает в качестве «аккумулятора» растворной части гидратирующей системы, обеспечивая поступление раствора на поздних сроках твердения и, тем самым, создавая условия для омоноличивания структуры в эксплуатационный период. Это связано с постепенным высвобождением воды из структуры клиноптилолита и капиллярного пространства породы в целом, и поступлением жидкой фазы для процесса гидратации по мере связывания ее в гидросиликаты кальция. Присутствие кальцита способствует поддержанию щелочности среды, которая снижается за счет высокой катионной емкости клиноптилолита.
Выявлен характер зависимости удельной поверхности вяжущего от продолжительности помола и состава смеси, при этом установлено, что введение цеолитсодержащей породы за счет особенностей кристаллохимического строения увеличивает содержание мелкой фракции в составе смеси на ранней стадии помола.
Установлены закономерности изменения коллоидно-химических свойств цементных паст на основе ТМЦ и ВНВ с использованием цеолитсодержащей породы и суперпластификатора СБ-3, заключающиеся в снижении прочности контактов в коагуляционных структурах за счет образования мономолекулярного адсорбционного слоя суперпластификатора на поверхности дисперсной фазы и в структуре каркаса основного породообразующего минерала цеолитсодержащей породы - клиноптилолита, позволяющие получить предельно агрега-тивно устойчивые суспензии с жидкообразным характером течения.
Показано, что с добавкой 14,5 мас.% цеолитсодержащей породы, 23,0 мас.% кварцитопесчаника и 2,5 мас.%» мела в многокомпонентное вяжущее возможно достижение гидравлической активности 60 МПа за счет наличия породообразующего минерала с высокими сорбционными характеристиками, ме-ханохимического модифицирования системы и, как следствие, оптимизации структуры новообразований при твердении и снижения пористости цементного камня.
Показано, что при твердении системы ТМЦ и ВНВ с использованием цеолитсодержащей породы изменяется соотношение между продуктами гидратации мнокомпонентного вяжущего, уменьшается количество гидроксида кальция и увеличивается количество низкоосновных гидросиликатов кальция скры-токристаллической структуры.
Практическое значение работы.
Предложена рациональная область использования крупнотоннажных отходов цеолитсодержащей породы в качестве компонента при производстве многокомпонентных вяжущих типа ВНВ и ТМЦ.
Разработана технология получения и составы смесей мелкозернистых бетонов для производства стеновых мелкоштучных изделий для строительства зданий и сооружений, заключающаяся в получении многокомпонентных вяжущих с использованием цеолитсодержащих пород и суперпластификатора СБ-3, и формованием изделий методом полусухого вибропрессования.
Получены стеновые мелкоштучные изделия с прочностью при сжатии 15,0 МПа, позволяющие отнести их к марке 150, и морозостойкостью F50.
Разработана нормативно-техническая документация на продукцию и технологию ее производства.
Внедрение результатов исследований.
Выпущена опытная партия стеновых мелкоштучных изделий методом полусухого вибропрессования и проведены испытания полученных изделий.
Для внедрения результатов работы при производстве стеновых мелкоштучных изделий на ОАО Белгородский «Завод ЖБК-1», были разработаны следующие нормативные документы:
Стандарт организации СТО 01331012-003-2006 «Камни бетонные стеновые из цеолитсодержащих пород Хотынецкого месторождения и отсева дробления гранита Шкурлатовского месторождения»;
Технологический регламент на изготовление стеновых мелкоштучных изделий методом полусухого вибропрессования на ОАО Белгородский «Завод ЖБК-1»;
Рекомендации по использованию цеолитсодержащей породы Хотынецкого месторождения и отсева дробления гранита Шкурлатовского месторождения для производства стеновых мелкоштучных изделий.
Теоретические положения диссертационной работы, а также результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров (лекционных курсах, УНИР и при выполнении квалификационных работ) по специальностям 270106 - «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», 200503 «Стандартизация и сертификация», 220501 «Управление качеством».
8 Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены на: научно-практической конференции аспирантов «Молодые ученые - науке, образованию, производству» (г. Белгород, 2004); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов» (г. Йошкар-Ола, 2004), Региональной научно-практической конференции аспирантов и студентов в честь 25-летия Старооскольского технологического института «Молодые ученые - науке, образованию, производству» (г. Старый Ос-кол, 2004г.), Международной научно-практической конференции «Управление качеством в современной организации» (г.Пенза 2006), на XIV Международном научно-практическом семинаре «Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров» (Республика Беларусь, 2006г.)
На защиту выносятся:
оптимальные составы и технология многокомпонентных вяжущих с использованием цеолитсодержащих пород;
зависимости физико-механических свойств многокомпонентных вяжущих с использованием цеолитсодержащих пород от удельной поверхности и количества суперпластификатора СБ-3;
закономерности изменения коллоидно-химических свойств цементных паст на основе ТМЦ и ВНВ с использованием цеолитсодержащих пород и суперпластификатора СБ-3;
характер влияния особенностей минерального и гранулометрического составов, микроструктуры и кристаллохимической структуры цеолитсодержащих пород на процессы структурообразования цементного камня в многокомпонентных вяжущих;
оптимальные составы мелкозернистых бетонов с применением техногенных песков и технология производства стеновых мелкоштучных изделий методом полусухого вибропрессования;
- зависимости физико-механических свойств мелкозернистого бетона на
основе многокомпонентных вяжущих с применением местного техногенного
заполнителя от состава бетона и технологических параметров его производства;
- результаты внедрения.
Публикации.
Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в восьми научных публикациях, в том числе в статье опубликованной в центральном издании, рекомендованном ВАК РФ.
Объем и структура работы:
Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 226 страницах машинописного текста, включающего 53 таблицы, 45 рисунков и фотографий, списка литературы из 130 на-именований, 8 приложений.
