Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 11
1.1. Состав и структура цементного камня 11
1.2. Влияние состава и структуры цементного камня на эксплуатационные свойства строительных композиций 15
1.3. Влияние пуццолановых добавок на портландцементное вяжущее... 19
1.4. Действие добавки микрокремнезема 22
1.5. Обоснование применения ультрадисперсных пуццолановых добавок. Цель изадачи исследования 26
Глава 2. Материалы и методики исследования 29
2.1. Характеристики используемых материалов 29
2.1.1. Портландцемент (вяжущее) 29
2.1.2. Кварцевый песок 31
2.1.3 .Суперпластификатор 32
2.1.4. Микрокремнезем 33
2.1.5. Белая сажа 33
2.1.6. Аморфный диоксид кремния 34
2.2. Методики изучения состава и морфологических характеристик пуццолановых добавок 35
2.2.1. Определение состава добавок 35
2.2.2. Определение удельной поверхности, пористости и структурированности 36
2.2.3. Определение размеров частиц в водной суспензии 38
2.2.4. Определение пуццолановой активности 39
2.3. Методики исследования свойств растворных смесей и строительных растворов 39
2.3.1. Определение водопотребности 40
2.3.2. Определения водопроницаемости 41
2.4. Методики физико-химических исследований 41
2.4.1. ИК-спектроскопические исследования 41
2.4.2. Ртутная порометрия 42
2.4.3. Термический анализ 43
2.4.4. Рентгенофазовый анализ 44
2.4.5. Микроскопические и электронно-микроскопические исследования 45
2.5. Математическое планирование эксперимента 46
Глава 3. Изучение морфологических и физико- химических характеристик,пуццолановой активности добавок 48
3.1. Морфологические исследования 48
3.2. Физико-химические исследования 55
3.3. Исследование пуццолановой активности 58
3.4. Выводы 60
Глава 4. Результаты исследования механизма действия ультрадисперсных пуццолановых добавок на портландцементное вяжущее 62
4.1. Физико-химические исследования цементного камня 62
4.2. Микроскопические и электронно-микроскопические исследования цементного камня и его компонентов 70
4.3. Выводы 75
Глава 5. Влияние ультрадисперсных пуццолановых добавок на эксплуатационные свойства строительных растворов на основе портландцемента 76
5.1. Оптимизация количества пуццолановых добавок и суперпластификатора 76
5.2. Составы растворных смесей на основе портландцемента 82
5.3. Измерение подвижности растворных смесей 84
5.4. Водоудерживающая способность и расслаиваемость растворных смесей 87
5.5. Плотность и прочностные характеристики строительных композиций 88
5.6. Водопоглощение и влажность строительных растворов 92
5.7. Водонепроницаемость строительных растворов 100
5.8. Исследование адгезионной прочности строительного раствора 101
5.9. Морозостойкость строительных растворов 102
5.10. Деформации усадки при твердении 103
5.11. Оценка влияния ультрадисперсных пуццолановых добавок на эксплуатационные свойства строительных растворов. Выводы 104
Глава 6. Результаты производственного внедрения штукатурного раствора с добавкой аморфного диоксида кремния АДК 106
6.1. Промышленная апробация разработанного строительного раствора 106
6.2. Экономическое обоснование применения разработанной штукатурной смеси 110
Основные результаты и выводы 121
Список использованных источников 123
- Влияние состава и структуры цементного камня на эксплуатационные свойства строительных композиций
- Физико-химические исследования цементного камня
- Оптимизация количества пуццолановых добавок и суперпластификатора
- Экономическое обоснование применения разработанной штукатурной смеси
Введение к работе
С развитием инфраструктуры современных городов, широким освоением
подземного пространства требуются материалы, обладающие
гидроизоляционными свойствами. Гидроизоляционные растворы востребованы при строительстве и реконструкции подземных здании и сооружений, таких как торгово-бытовые центры, транспортные объекты (станции и тоннели подземного транспорта, вокзалы, гаражи, стоянки). Разработка строительных растворов с высокими гидроизоляционными свойствами востребована при реконструкции и возведении новых зданий и сооружений. Гидроизоляционные растворы используются для отделки подвалов, гаражей, погребов, а также плавательных бассейнов, душевых, санитарных узлов, ванных комнат, хранилищ воды, насосных станций и шахт, мостов, водостоков, террас.
Известно, что для улучшения эксплуатационных свойств строительных растворов и бетонов на основе портландцемента используются кремнеземистые добавки. Широкое применение нашла ультрадисперсная добавка -микрокремнезем. Введение микрокремнезема в строительные смеси способствует повышению: прочности на сжатие и изгиб, морозостойкости, коррозионной стойкости бетонов и строительных растворов. Все это увеличивает долговечность материалов и увеличивает срок службы зданий и сооружений. Микрокремнезем используется для изготовления гидроизоляционных материалов.
Микрокремнезем является отходом производства. Поэтому изготовление строительных материалов, имеющих в своем составе микрокремнезем, связано с утилизацией техногенного продукта. Изучение физико-химических особенностей различных техногенных продуктов промышленности, их влияния при использовании в качестве добавки на эксплуатационные свойства цементных растворов является актуальной и перспективной задачей. Это обусловлено тем, что при использовании техногенных продуктов одновременно
решается вопрос их утилизации. Кроме микрокремнезема, ультрадисперсными кремнеземистыми материалами являются белая сажа и АДК — аморфный диоксид кремния.
АДК получают сжиганием рисовой шелухи. В России, главным образом, в Краснодарском крае, ежегодно образуется до 50 тыс. т рисовой шелухи. Шелуха очень объемная, ее размещение вызывает множество проблем для централизованных фабрик риса. При сжигании шелухи ее масса снижается в 5 раз. Таким образом, использование техногенного продукта АДК для производства строительных материалов позволит решить вопрос утилизации сельскохозяйственного отхода — рисовой шелухи.
Цель диссертационной работы: создание гидроизоляционных растворов на основе портландцемента с улучшенными эксплуатационными свойствами путем введения ультрадисперсных пуццолановых добавок.
Основные задачи работы.
1. Теоретически обосновать применение ультрадисперсных
пуццолановых добавок.
Изучить морфологические и физико-химические характеристики, пуццолановую активность добавок ультрадисперсного, кремнезема: белой сажи БС 120 (БС), аморфного диоксида кремния АДК (АДК) по сравнению с микрокремнеземом МК 85 (МК).
Изучить структуру и свойства цементного камня и установить их взаимосвязь с эксплуатационными свойствами строительного раствора.
4. Разработать состав гидроизоляционного раствора на основе
портландцемента с использованием ультрадисперсных пуццолановых добавок
и изучить его эксплуатационные свойства.
5. Произвести внедрение и определить экономическую эффективность от
внедрения разработанной гидроизоляционной смеси.
Научная новизна работы состоит в следующем. Установлено, что от морфологических особенностей ультрадисперсных добавок (размер и форма первичных частиц и их агрегатов) зависят
эксплуатационные характеристики строительных растворов на основе
портландцемента. Чешуйчатая форма частиц добавки АДК обуславливает
целенаправленное формирование удлиненных структур закристаллизованных
ксонотлитоподобных гидросиликатов кальция, которые армируют
строительный раствор, что вызывает снижение деформаций усадки при
твердении.
Установлено, что введение добавки АДК приводит к снижению среднего
радиуса пор раствора до 19,7 нм (средний радиус пор бездобавочного раствора
1458,1 нм, с добавкой МК - 95,7 нм, с добавкой БС - 31,4 нм). За счет снижения
размера пор снижается водопоглощение и повышается водонепроницаемость и,
і следовательно, улучшаются гидроизоляционные свойства раствора.
Установлено, что большая реакционная способность добавок БС и АДК
(обусловленная повышенными пуццолановой активностью и поверхностной
активностью, степенью аморфизации, гидратированностью поверхности)
способствует уменьшению их массового содержания в смеси в 10 раз по
сравнению с количеством вводимого МК.
Практическая значимость и реализация работы. Разработан состав
строительной смеси для гидроизоляционных растворов на основе
портландцемента с применением ультрадисперсной пуццолановой добавки
АДК. Применение добавки позволяет повысить водонепроницаемость и
адгезионную прочность строительного раствора при его нанесении на
бетонную поверхность.
Разработана гидроизоляционная смесь на основе портландцемента
ПЦ400-Д20: смесь штукатурная, гидроизоляционная, цементная, М 200, Пк 3,
F250, W16 с адгезионной прочностью 0,8...0,9 МПа. Апробация
гидроизоляционной штукатурной смеси и промышленное апробирование
проведено строительной организацией ООО «Производственно-строительная
фирма «Полет и К», г. Омск.
9 Автор защищает:
зависимость эксплуатационных характеристик строительных растворов на основе портландцемента от морфологических особенностей добавок ультрадисперсного кремнезема: размера и формы первичных частиц и их агрегатов, объема пор материала добавки.
новые данные о составе продуктов твердения строительного раствора с добавкой ультрадисперсного кремнезема АДК.
Достоверность научных выводов и результатов исследований подтверждается согласованностью результатов теоретических положений с данными, полученными автором экспериментальным путем, показателями производственного внедрения, а также проведением экспериментов на современном испытательном оборудовании. Результаты экспериментов получены при испытании необходимого числа образцов в сериях и оценены коэффициентом вариации на основании статистической обработки.
В работе использовался комплексный подход, аналитический, статистический и экспериментальный методы исследований. В исследованиях применялись приборы и оборудование испытательного центра ООО «ОмскстройЦНИЛ», Института проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук (ИППУ СО РАН), кафедр «Инженерная экология и химия» и «Строительные материалы и специальные технологии» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)» (ГОУ «СибАДИ»).
Апробация работы. Основные положения работы изложены: на Международной научно-практической конференции Белгородского государственного технического университета им. В.Г.Шухова (г. Белгород, 2005 г.); Международной научно-практической конференции Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (г. Омск, 2005 г.); 63-й научно-технической конференции Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (СибСТРИН) (г. Новосибирск,
10 2006 г.); I и III Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (г. Омск, 2006, 2008 гг.); 58, 59, 60, 61-й научных конференциях Южно-Уральского государственного университета (г. Челябинск, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.).
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 10 научных статьях, материалах конференций и тезисах докладов, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Новизна технических решений защищена патентом РФ № 2278083.
Влияние состава и структуры цементного камня на эксплуатационные свойства строительных композиций
Рассмотрено влияние состава и структуры цементного камня на прочность и водонепроницаемость строительных композиций. Важнейшим свойством, определяющим эксплуатационные характеристики материалов и изделий на основе портландцемента является прочность. Она определяется многими факторами, среди которых стехиометрический состав и морфология новообразований, микроструктура и текстура цементного камня [54, 75, 78, 81, 88, 90, 101, 118]. Прочность цементного камня в значительной мере определяется размером и объемом пор, величиной, видом и количеством кристаллов гидратных соединений, объемным содержанием геля и его составом, стабильностью образующихся гидратных фаз и скоростью их выделения.
По результатам исследований [13, 76, 82, 117, 164] пористость является одним из основных факторов, лимитирующих прочность цементного камня. Показано, что на прочность влияет общий объем пор, характер их распределения по размерам; отмечено большое влияние на прочность макро- и капиллярных пор. Р.Ф.Фельдман, Д.Д.Бодуэн, Л.Э.Коупленд и Д.Д.Вербек в работах [43, 106] установили, что на микропористость цементного камня влияет морфология кристаллической фазы, количество геля.
При изучении твердой фазы цементного камня было установлено, что накопление крупнокристаллических образований гидроксида кальция, в результате гидратации элита, способствует формированию в структуре неоднородностей и снижает его прочность [52, 150]. А.Грудемо [30] предполагает, что спайности между пластинами в пачках кристаллических образований гидроксида кальция носят характер трещин. Е.Д.Щукиным [124] экспериментально доказано, что в процессе формирования кристаллической структуры цементного камня кристаллы гидратов не срастаются в крупные и прочные кристаллические образования. Накопление в цементном камне слабосвязанных крупнокристаллических образований способствует формированию в его структуре неоднородности и различного рода напряжений, снижая прочность материала. Поэтому многие исследователи [3, 116, 121, 138] особое значение в формировании прочности уделяют гелевой составляющей цементного камня. Они полагают, что оптимальное содержание гидросиликатного геля в цементном камне, способствует сглаживанию трещин, уменьшению их размеров и снижению концентрации возникающих межкристаллических напряжений.
На стадии структурообразования, когда количество гидратных новообразований и необратимых контактов срастания между ними увеличивается настолько, что цементная система обретает структурную прочность, важное значение имеет фазовый состав цементной связки в бетонах и растворах [165] или баланс между кристаллогидратами портландита Са(ОН)2, высокоосновными гидросиликатами кальция C-S-H(II) и более устойчивыми мелкокристаллическими гидратами C-S-H(I). Прочность при разрыве для кристаллов низкоосновных гидросиликатов C-S-H(I) фазы, тоберморита, ксонотлита, достигает 1300...2000 МПа, что обусловлено преобладанием в них сильной ковалентной связи (Si-O) [17, 97, 100]. Кристаллы высокоосновных гидросиликатов (соотношение CaO/Si02 больше 1,5) показывают примерно в 2 раза меньшую прочность (700...760 МПа). Это происходит потому, что в высокоосновных гидросиликатах уменьшается доля сильной ковалентной связи (Si-O) и возрастает доля слабой ионной связи (Са-О).
Прочность на сжатие кристаллов гидросиликатов кальция и других гидратных фаз цементного камня примерно в 2 раза ниже их прочности на разрыв [121]. Для более высокой прочности хрупких кристаллов и кристаллических сростков, обладающих высокой прочностью на разрыв, необходимо их соединение в конгломерат с помощью геля гидросиликатов кальция и тонкозернистых продуктов гидратации другого состава (возможно аморфной кремнекислоты в составе гидравлической добавки). В возникшей гель-кристаллической структуре гель заполняет поры в камне, кольматирует трещины, залечивает дефекты, что приводит к уменьшению капиллярной пористости и увеличению микропор. Гель соединяет кристаллы и сростки, обеспечивая передачу на них прилагаемой нагрузки, уменьшает концентрацию напряжений и повышает вязкость разрушения.
Прочность цементного камня, таким образом, будет определяться суммарной прочностью геля и игольчатых кристаллов. Обладая более высокой прочностью на разрыв, игольчатые кристаллы будут армировать затвердевший гель, обеспечивая тем самым цементному камню высокую прочность при сжатии и изгибе.
По данным. В.С.Рамачандран [77] в нормальных портландцементных бетонах зона контакта между цементом и наполнителем обычно менее плотная, чем массивное тесто, и включает большое количество пластинчатых кристаллов гидроксида кальция, у которых продольная ось перпендикулярна поверхности заполнителя. А.Пьер-Клод [165] установил, что в контактной зоне присутствует тонкий поризованный слой, в порах которого обнаружен эттрингит. Следовательно, она более подвержена образованию микротрещин при растягивающих усилиях, возникающих при изменениях обычных условий: температуры и влажности [77, 132, 139]. Таким образом, контактная зона из-за своей структуры является наиболее слабой зоной в бетоне и поэтому оказывает большое влияние на его прочность.
На формирование высокопрочной структуры цементного камня большое значение оказывает скорость гидратообразования, состав жидкой фазы и степень ее пересыщения относительно ионов кальция [42, 74, 87]. Так, низкое пересыщение жидкой фазы относительно Са2+ способствует формированию малонапряженной слабозакристаллизованной структуры из низкоосновных гидросиликатов кальция, армированных кристаллами алюминатных и алюмоферритных фаз.
Снижение прочности, повышение хрупкости, т.е. «старение» структуры наблюдается при твердении цементного камня и бетона в условиях колебания температурно-влажностных характеристик среды и циклического изменения параметров поровой жидкости. Это вызывает перекристаллизацию гидратных фаз, увеличение размеров кристаллов, дополнительные внутренние напряжения в структуре цементного камня и изменение размеров пор [59, 79, 89]. В этих условиях формирование структуры цементного камня из низкоосновных слабозакристаллизованных гидросиликатов кальция обеспечивает ему низкую проницаемость и высокую стабильность, а строительным изделиям -длительное сохранение свойств при агрессивном действии внешней среды.
Физико-химические исследования цементного камня
Полосы поглощения растворов идентичны. Полоса поглощения 1440 см" отнесена к деформационным колебаниям гидроксогрупп в Si-OH, а полоса при 470 см"1 к деформационным колебаниям связей Si-O-Si [120]. В интервале 1000... 1200 см"1 наблюдали полосу с максимумом на 1112...1115 см"1 и плечом на 1087 см"1 валентных колебаний связи Si-O-Si [141, 146]. Пик 778 см 1 связывали со структурой Si-O-Si, а пик 865 см"1 относили к Si-O структурам [141, 146]. Отличие в ИК-спектрах наблюдали в полосе поглощения 857 см 1 (рис. 4.1), соответствующей наличию высокоосновных гидросиликатов кальция. Эта полоса присутствовала в ИК-спектрах образцов с добавкой МК 85 и бездобавочного раствора. Отличие ИК-спектров также в наличии полосы поглощения в области 525...515 см"1, отвечающей за деформационные колебания Si-O [113]. Эту область поглощения фиксировали в образцах растворов с добавкой БС 120 и аморфного диоксида кремния АДК.
В возрасте 7 и 28 суток проводили термический анализ цементного камня (см. прил. 1, 2, 5) и цементного камня с добавкой аморфного диоксида кремния АДК в количестве 1 % (см. прил. 3, 4, 5). На кривой DSC в образцах присутствовали эндоэффекты в интервале температур до 180 С и 420.. .480 С с вершинами в точках 105... 106 С и 454 С. Данные эндоэффекты указывали на наличие химически несвязанной воды и гидроксильных групп ОН" в исследуемых образцах [28]. Потеря массы образцов в интервале эндоэффекта гидроксильных групп составляла для бездобавочного - 1,17 %, с добавкой аморфного диоксида кремния АДК - 0,57 %. Следовательно, в образцах с добавкой АДК снижалось количество гидроксильных групп, то есть Са(ОН)2. Так же в образцах с добавкой аморфного диоксида кремния АДК на кривой DSC присутствовал незначительный эндоэффект в интервале температур 680...740 С с вершиной при температуре 703 С, указывающий на присутствие гидросиликатов кальция. На кривых DTG в образцах наблюдали пики с вершинами около 700 С. Потеря массы образцов, соответствующая этим пикам, составляла 3,23 и 3,21 % соответственно для бездобавочного и с добавкой аморфного диоксида кремния АДК. Суммарная потеря массы бездобавочного образца - 10,58 %, образца с добавкой аморфного диоксида кремния АДК - 10,55 %.
На термограммах образцов в возрасте 28 суток сохранялись зафиксированные ранее эндоэффекты. В бездобавочном образце на кривой DSC появился незначительный эндоэффект при температуре около 732 С. Кривые DTG указывали на потерю массы образцов в интервале температур 400...500 С (присутствие Са(ОН)2) 1,37 и 0,82 % соответственно у бездобавочного цементного камня и цементного камня с добавкой аморфного диоксида кремния АДК. В интервале температур 600...800 С потеря массы бездобавочного образца составляла 3,48 %, а образца с добавкой аморфного диоксида кремния АДК - 4,49 %. Следовательно, в образце с добавкой аморфного диоксида кремния АДК содержалось большее количество гидросиликатов кальция. В бездобавочном образце пик имел сложную форму с двумя вершинами при 693 и 738 С. В образце с добавкой аморфного диоксида кремния АДК пик имел одну вершину при температуре 712 С. Сложность пика бездобавочного образца указывала на большее число форм высокоосновных гидросиликатов кальция. Суммарная потеря массы бездобавочного образца составляла 16,34 %, образца с добавкой аморфного диоксида кремния АДК — 15,41 %.
К возрасту образцов 1 год (прил. 6, 7) на кривых DSC появлялись незначительные эндоэффекты при температуре 570...580 С, которые указывают на обратимые полиморфные превращения кварца. Исследование в возрасте 1 год проводили на образцах, изготовленных с добавлением песка. Общая потеря массы бездобавочного образца составляла 11,41 %, образца с добавлением аморфного диоксида кремния АДК - 13,21 %. Изменение содержания Са(ОН)2 и общей потери массы образцов представлено на рис. 4.3, 4.4. На рисунках показано, что в образце с добавкой аморфного диоксида кремния АДК 1 %, количество гидроксида кальция по сравнению с бездобавочным образцом уменьшилось в 2 раза.
Суммарные потери массы исследуемых образцов примерно одинаковые в начальный период твердения, затем происходило параллельное снижение общей потери массы образцов. По истечении годового периода потеря массы бездобавочного образца становилась меньше за счет снижения количества химически несвязанной воды. Ультрадисперсная добавка аморфного диоксида кремния АДК способна удерживать влагу и расходовать ее постепенно, поэтому количество несвязанной воды в образце больше.
На рентгенограммах цементного камня из портландцемента ПЦ500-Д0 (рис. 4.5, прил. 8, 10) и цементного камня с добавлением ультрадисперсной пуццолановой добавки АДК в количестве 1 % от массы цемента (рис. 4.6, прил. 9, 11) на 7 и 28 сутки твердения отчетливо видны пики, характерные для портландита, высокоосновных и низкоосновных гидросиликатов кальция.
Оптимизация количества пуццолановых добавок и суперпластификатора
Для определения оптимального количества вводимых ультрадисперсных добавок и суперпластификатора использовали метод математического моделирования. В качестве варьируемых факторов принимали: содержание ультрадисперсной пуццолановой добавки, количество суперпластификатора, цементно-песчаное отношение. Применяем три уровня варьирования: верхний — максимальный, нижний — минимальный и промежуточный - средний. Для упрощения записей верхний уровень факторов обозначали символом (+1), нижний уровень - символом (-1), а промежуточный — символом (0).
Максимальное количество вводимой пуццолановой добавки - 10 % -брали из расчета, что основным поставщиком свободного гидроксида кальция в цементном камне являлся алит, при гидратации которого выделялось около 30 % Са(ОН)2 . Расчет максимального количества добавки микрокремнезема {Рмк) в % от массы цемента проводили по формуле, предложенной автором работы [45]. где Решит — содержание алита в цементе, %; Рщ - содержание минеральной добавки в цементе, %.
В используемом портландцементе содержание алита составляло 44,03 %, следовательно, содержание ультрадисперсной добавки должно составлять 10 % от массы цемента. Максимальное количество вводимого суперпластификатора С-3 составляло 1 % от массы цемента, так как при большем его содержании происходило замедление сроков схватывания смесей, а введение до 0,25 % от массы цемента незначительно снижалось водоцементное отношение (водопотребность) [120].
Интервалы варьирования устанавливали следующие: для суперпластификатора (С-3) (xi), в % от массы цемента - (-1) = 0,10; (0) = 0,55; (+1) = 1,00; для ультрадисперсной пуццолановой добавки (УПД) (х2), в % от массы цемента - (-1) = 1,0; (0) = 5,5; (+1) = 10,0; для цементно-песчаного (Ц/П) отношения (х3) - (-1) = 1/1; (0) = 1/2; (+1) = 1/3. Изготавливали и испытывали образцы (15 смесей) по показателям: прочность на сжатие, водопоглощение, влажность, средняя плотность. Соотношения варьируемых компонентов приведены в табл. 5.1. Прочность на сжатие - наиболее структурочувствительный параметр, поэтому строили изолинии изменения прочности на сжатие от варьируемых компонентов. В зависимости от цементно-песчаного отношения строили три графика изолиний (Ц/П = 1/1; Ц/П = 1/2; П/П = 1/3). На изолиниях по оси х откладывали изменение количества суперпластификатора С-3 (хі), по оси у — ультрадисперсной пуццолановой добавки (х2). Полученные уравнения регрессионных зависимостей признавали пригодными, если выполнялось неравенство: Fpac4_ Fma6jI , где Fpac4_ - расчетное значение коэффициента Фишера, Fmafa - табличное значение коэффициента Фишера (Fma = 2,955 [9]). Полученные значения прочности на сжатие 15 смесей приведены в табл. 5.2, На основании полученных данных строили изолинии изменения прочности на сжатие системы, в состав которой входила добавка микрокремнезема МК 85 (рис. 5.1). Уравнение регрессионных зависимостей имело вид: М(х,у) = 41,99716 + 2,165х + 1,979002у - 6,703z - 3,35393їх2- 1,033917у2+ 1,36ху - 0,7574988xz - 2,250002yz - 2,133909 . На основании уравнения рассчитывали коэффициент Фишера (FpaC4). Его значение составляло 0,2952134. Значение величины коэффициента меньше табличного значения, значит уравнение адекватно. Коэффициент вариации изменялся в пределах от 0,4 до 5,8. Из графиков изолиний видно, что наибольшую прочность на сжатие имели системы с добавкой микрокремнезема МК 85 при Ц/П = 1/1 (рис. 5.1, а). Максимальную прочность получали при введении добавки суперпластификатора С-3 в количестве 0,6...1,0 % и микрокремнезема МК 85 в количестве 8... 10 % от массы цемента. Максимальное значение прочности на сжатие наблюдали в системе с цементно-песчаным отношением равным 1/3, если вводили микрокремнезема в количестве 3...8 %, а суперпластификатора в количестве 0,25...0,80 % от массы цемента (рис. 5.1, в), а в системе с цементно-песчаным отношением равным 1/2 (рис. 5.1, б), если вводили микрокремнезема в количестве 7,5... 10,0 %, а С-3 - 0,6... 1,0 % от массы цемента. Изолинии изменения прочности на сжатие систем с добавкой белой сажи БС 120 представлены на рис. 5.2. Уравнение регрессионных зависимостей имело вид: М(х,у) = 35,9975 + 2,18825х - 6,730751у - 2,238751z + 4,575649х2- 0,3093364/ + 3,421563ху - 2,161563xz + 4,270937 + 0,6131759г2. На основании уравнения рассчитывали коэффициент Фишера (Fpac4). Его значение составляло 0,0973924. Значение величины коэффициента меньше табличного значения, значит уравнение адекватно. Коэффициент вариации изменялся в пределах от 0,4 до 4,9.
Экономическое обоснование применения разработанной штукатурной смеси
Разработанный состав строительной смеси для штукатурных работ на основе портландцемента ПЦ400-Д20: смесь штукатурная, цементная, М 200, Пк 3, F250, W16, адгезионная прочность 0,8...0,9 МПа, апробировали на ООО «Производственно-строительная фирма «Полет и К», г. Омск.
Технология производства включала следующие операции (рис. 6.1): кварцевый песок, поступающий с карьера, высушивали в сушильном барабане до остаточной влажности 0,5 %, затем рассеивали на ситах, после чего нужную фракцию элеватором подавали в расходный бункер (1). После весового дозирования (4) с помощью ленточного питателя кварцевый песок поступал в смеситель непрерывного действия (7). Цемент из силосов при помощи элеватора и шнекового питателя поступал в расходный бункер (2), затем дозировали (5) и загружали в смеситель непрерывного действия (7). Органо-минеральная добавка (аморфный диоксид кремния АДК и суперпластификатор), находящаяся в емкости для добавок (3), после дозирования (6) также поступала в смеситель непрерывного действия (7), где перемешивали до получения однородной массы. Смесь поступала на склад готовой продукции (8) и хранилась при температуре не выше 40 С в бумажных мешках. Во избежание преждевременного схватывания вяжущего все сырьевые материалы имели остаточную влажность не более 0,1 %.
Используемую органоминеральную добавку готовили следующим образом: аморфный диоксид кремния АДК и суперпластификатор из расходных емкостей (9, 10) после весового дозирования (11) подавали сначала в лопастной смеситель (12), где перемешивали в течение 5 мин., затем в смеситель миксерного типа принудительного действия (13) со скоростью вращения лопастей не ниже 2000...3000 об/мин., где перемешивали в течение 15 мин. Нормы расхода добавок приведены в табл. 6.2.
В качестве технологического оборудования использовали оборудование, действующее в реальных условиях производства. Лабораторный контроль исходных материалов включал определение свойств цемента по ГОСТ 310.1 - ГОСТ 310.4. Выходной контроль готовой продукции осуществляли для каждой партии штукатурного раствора, с записью в лабораторный журнал. Он включал в себя следующие показатели: подвижность, расслаиваемость, водоудерживающая способность, предел прочности на сжатие, средняя плотность, водонепроницаемость, адгезионная прочность и морозостойкость. Свойства строительных растворов определяли по ГОСТ 5802. Адгезионную прочность составов определяли по ГОСТ 28089. Прочность сцепления затвердевших растворов с бетонным основанием в соответствии с требованиями СНиП 3.04.01.-87 для внутренней отделки - не менее 0,1 МПа, для наружной — не менее 0,4 МПа. Водонепроницаемость составов определяли по приложению 4 ГОСТ 12730.5. Показатели свойств растворной смеси и строительного раствора представлены в табл. Таким образом, по результатам производственных испытаний сделали вывод, что строительный раствор на основе портландцемента ГЩ400-Д20 с ультрадисперсной кремнеземистой добавкой аморфного диоксида кремния АДК и суперпластификатора С-3 в количествах 1 % от массы цемента соответствовал нормативным требованиям, предъявляемым к эксплуатационным свойствам строительных растворов. Раствор предназначался для штукатурных работ, обладал повышенными гидроизоляционными и адгезионными свойствами. Производственные испытания строительного раствора на основе портландцемента с применением аморфного диоксида кремния АДК в количестве 1 % от массы цемента, проводили в г. Омске на ООО «Производственно-строительная фирма «Полет и К». В состав растворного узла входили: пути подачи материалов (заполнителей и цементов), оборудование для их разгрузки, склады материалов, бункера предварительного подогрева заполнителей, растворосмесительные установки, внутренние транспортные устройства. В состав растворосмесительных установок входили: устройства для транспортирования заполнителей и цемента, дозаторы для составляющих растворной смеси, раздаточные бункера для приема отмеренных порций смеси, растворосмесители. Внедрение предлагаемых мероприятий по совершенствованию гидроизоляционных растворов позволило получить снижение цены 1 кг (т) за счет применения более дешевых компонентов. Годовой выпуск гидроизоляционной смеси составлял 4520 т. Для расчета стоимости 1 кг (т) продукции определяли сумму затрат на производство растворной гидроизоляционной штукатурной смеси. В соответствии с назначением все затраты группировали по экономическим элементам и калькуляционным статьям. Для предприятий всех отраслей установлена следующая обязательная номенклатура затрат на производство по экономическим элементам: - материальные затраты; - затраты на оплату труда, включающие все виды выплат; - отчисления на социальные нужды; - амортизационные отчисления основных фондов; - прочие денежные затраты. В элементе «материальные затраты» отражали стоимость приобретаемых со стороны сырья и материалов, которые входили в состав вырабатываемой продукции, образуя ее основу. Для определения экономической эффективности сравнивали цену гидроизоляционных смесей: известного состава, с добавкой МБ (имела в своем составе микрокремнезем) и разработанной. Составы, а также затраты на приобретение необходимых ингредиентов представлены в табл. 6.5, 6.6, 6.7. Цены ингредиентов указаны по состоянию на январь 2009 г.
