Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Важнейшей задачей промышленности строительных материалов в начале XXI века является обеспечение строительства эффективными, экологически чистыми материалами, изготовляемыми по малозатратным безотходным технологиям с максимальным использованием местного сырья и техногенных отходов. В настоящее время в строительном материаловедении накоплен большой объем научных данных о сложных процессах гидратации, структурообразования и твердения вяжущих материалов, в том числе в присутствии модификаторов различных классов. Тем не менее, разработка эффективных добавок для цементных растворов и бетонов с использованием вторичного сырья и изучение механизмов действия модификаторов сложного состава на процессы гидратации, структурообразования и твердения цементных материалов является актуальной задачей строительного материаловедения, поскольку позволяет научно обосновать и значительно расширять область применения комплексных модификаторов, получаемых на основе побочных продуктов промышленности.
Значительный научный и практический интерес представляют жидкие и шламовые отходы систем водоподготорки предприятий энергетика Анализ химического состава подобных отходов показал возможность использования их в качестве сырьевой базы для разработки комплексных ускоряющих и протквэмэрозных добавок в бетон и активных наполнителей в цементные строительные материалы.
Диссертационная работа выполнена в рамках научно-исследовательских работ: «Разработка технологических схем подготовки отходов (шламов, солевых растворов) с целью использования их в качестве модифицируюпщх добавок в цементных растворах и бетонах» (2003 г.); «Разработка и внедрение технологии изготовления теплоизоляционных материалов с использованием местного минерального сырья».
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование влияния комплексных добавок на основе жидких и шламовых отходов водоподготовки предприятий энергетики на процессы структурообразования и твердения цементных материалов; изучение механизмов действия добавок на фазовый состав продуктов гидратации, кинетику івердения и прочность цементных композиций; разработка практических рекомендаций по рациональному использованию модифицирующих добавок с целью получения строительных растворов и бетонов с высокими показателями физико-механичес-ких свойств и долговечности.
Изучение основных технологических процессов водоподготовки предприятий энергетики, реакций нейтрализации, условий образования осаждения и хранения шламов; исследование химического состава жидких и шламовых отходов с целью создания комплексных модифицирующих добавок полифункционального действия для цементных растворов и бетонов.
Изучение механизмов действия и характера влияния ускоряющих, противомо-розных и комплексных добавок, получаем на основе вторичного сырья, на фазовый состав, микроструктуру, кинетику твердения и прочность цементных композиций.
Изучение процессов начального структурообразования цементных композиций с модифицирующими добавками и концентрационной активности комплексных добавок и активаторов твердения.
Разработка энергосберегающих и природоохранных технологий производства растворов и бетонов и методологических основ оценки эффективности ускоряющих, противоморозных и комплексных добавок.
Исследование механизма действия и характера влияния карбонатных и гип-сосодержащих шламов на процессы гидратации и твердения цементных композиций.
І '"С НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА I
6. Исследование характера влияния противоморозных добавок на основе вто--ричного сырья на кинетику твердения и прочность растворов и бетонов в условиях отрицательных температур.
7 Исследование физико-механических свойств и морозостойкости цементных материалов с ускоряющими и комплексными добавками на основе вторичного сырья.
Разработка рекомендаций по подготовке и применению добавок в цементных растворах и бетонах.
Внедрение результатов работы в производство.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Развиты научно-прикладные основы активации твердения цементных материалов с помощью ускоряющих добавок и минеральных активных наполнителей, получаемых на основе побочных продуктов систем водоподготовки котельных установок.
Дано экспериментальное обоснование механизма повышения прочности и ускоряющего действия добавок на основе отработанных солевых растворов (ОСР) на силикатные фазы цемента, заключающегося в том, что добавки с различными по электронному строению катионами способствуют увеличению количества гидратов и формированию гидросиликатов кальция с различным кристаллохимическим строением, что приводит к изменению соотношения в системе между кристаллической известью и C--S-H фазами, увеличению закристаллизованности структуры и повышению прочности цементных материалов.
Установлен механизм ускорения твердения и повышения прочности алюми-натных фаз цемента в присутствии добавок на основе электролитов, заключающийся в активации образования и стабилизации гидратов AFm-фазы.
Установлены механизмы действия гипсосодержаших, карбонатных и смешанных шламов на процессы гидратации и твердения цементных систем, обусловленные активацией процессов образования гидратов AFt-фазы и эпитаксиальным наращиванием гидратов на подложке тонкодисперсного кальцита.
Разработаны технологические основы применения и методы оценки эффективности ускоряющих добавок и минеральных шламов при использовании их в цементных растворах и бетонах с целью регулирования процессов схватывания, кинетики твердения и повышения прочности цементных материалов.
Дано экспериментальное обоснование применения ускорителей твердения на основе ОСР в качестве противоморозных добавок в бетон.
Получены новые данные о влиянии ускоряющих и комплексных добавок на основе ОСР и ОНР на реологические и физико-механические свойства растворов и бетонов. Показана возможность улучшения реологических свойств цементных ситем с разработанными добавками, повышения прочностных и деформативных свойств и морозостойкости цементных материалов.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Результаты выполненных исследований показали, что применение жидких и шламовых отходов предприятий энергетического комплекса позволяет расширять сырьевую базу для получения эффективных добавок для растворов и бетонов и решать важные экологические проблемы.
Полученные экспериментальные данные расширяют информационную базу о механизмах действия, характере влияния добавок на процессы гидратации и твердения цементных материалов и создают практическую основу для внедрения эффективных энергосберегающих и природоохранных технологий производства строительных растворов и бетонов.
Разработанные методы оценки эффективности ускоряющих и комплексных добавок используются в строительных лабораториях г. Пензы и в учебном процессе по курсам «Технология строительных процессов», «Основы строительного дела».
По результатам проведённых исследований совместно со строительными организациями и при участии автора разработаны технические условия и рекомендации по применению добавок, в которых приводятся оптимальные технические параметры производства цементных растворов и бетонов, рациональные дозировки ускоряющих и комплексных добавок:
Рекомендации по приготовлению и применению штукатурных растворов с использованием карбонатного шлама систем водоподготовки котельных установок;
Рекомендации но применению ускоряющей и противоморозной добавки УПД в производстве строительных растворов и бетонов.
Реализация результатов работы на предприятиях строительной индустрии и энергетики позволяет снижать экологический ущерб окружающей среде за счёт изъятия отходов из сточных вод и шламоотвалов предприятий энергетики и их рационального использования в производстве строительных растворов и бетонов.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы используются в строительстве при изготовлении цементных растворов и бетонов с ускоряющими противомо-розными и комплексными добавками на основе побочных продуктов систем водоподготовки предприятий энергетического комплекса.
На предприятии ОАО «Трест Жилстрой» разработана технологическая схема приготовления активаторов твердения и организовано производство штукатурных растворов с добавкой шламовых отходов Пензенской ТЭЦ-1 и Никольского предприятия «Красный гигант». Карбонатный и гипсосодержащий шламы используются в качестве микронаполнителей и активаторов твердения цементных материалов с цатью регулирования сроков схватывания, повышения прочности, улучшения гыасгячности и других технологических параметров штукатурных и кладочных растворов.
Общий (ожидаемый) эколого-экономический эффект от внедрения разработанных технологий и использования модифицирующих добавок в строительстве и на предприятиях энергетики составляет 3 млн. руб. в цензх 2005 г.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Экспериментальные исследования процессов структурообразования и твердения цементных материалов выполнены с применением современных методов изучения структуры и свойств цементных композиций: химического, рентгеноструктурного, ИК-епектроскопичес-кого, электронно-микроскопического анализов, высокоточных компьютерных технологий и статистической обработки результатов.
Основные выводы и закономерности, полученные по результатам выполненной работы, и подготовленные рекомендации по практическому испочьзоаанию рзз-работанных добавок подтверждены лабораторно-тюизводственными испытанюляи и актами внедрения модификаторов на строительных предприятиях г.Пензы.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. По результатам проведенных исследований опубликовано 28 печатных работ на Международных и Всероссийских конференциях: Интернет-конференция «Архитектурно-строительное материаловедение на рубеже веков» (Белгород, 2001 г.); Международный студенческий форум «Образование, наука, производство», (Белгород, 2002 г.); Ш Международная ШЖ «Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2002 г.); Всероссийская НТК «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2002); Международная НТК «Композиционные строительные материалы Теория и практика» (Пенза, 2002 г., 2003 г., 2004 г.); Международная НПК «Экономика природопользования и природоохраны» (Пенза, 2003 г, 2005 г.); Научно-практический семинар «Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологий из вторичных минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2003г.); ХХХП Всероссийская НТК «Актуальные проблемы строительства. 4.1. Строитель-
ные материала и изделия» (Пенза, 2003 г); «Экологические проблемы наследия «холодной войны» и пути их преодоления» Международная Россия-Швейцария НПК организации «Зеленый крест». (Пенза, 2004 г ); VIII Международная НПК «Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации, контроля» (Пенза, 2004 г); Вторая международная, VII межвузовская НПК молодых і - ,5ных, аспирантов и докторантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2004 г.); Международная НТК «Современные проблемы кнженерных систем зданий» (Пенза, 2004г.); а также в центральных изданиях «Известия Тульского ГУ» (2004 г ); Международная НТК «Современные проблеми строительного материаловедения» VIII академические чтения РААСН (Самара, 2004 г ); подготовлена заявка на изобретение.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Содержит 190 стр. машинописного текста, в том числе 56 рисунков и 41 таблица. Библиографический список включает 199 наименований.
Работа выполнена в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства на кафедре «Технологии бетонов, керамики и вяжущих» под руководством доктора технических наук, профессора Владимира Ивановича Калашникова. Научный консультант - доктор технических наук, профессор Олег Вячеславович Тараканов.
Похожие диссертации на Структурообразование и твердение цементных материалов, модифицированных солевыми и шламовыми отходами предприятий энергетики
