Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1. Создание и опыт применения магнезиальных вяжущих и бетонов на их основе 10
1.2. Технология изготовления магнезиальных вяжущих 11
1.2.1. Сырьевая база 11
1.2.2. Обжиг сырья 14
1.2.3* Помол каустического доломита (магнезита) 20
1.3 Магнезиальные бетоны 21
1.3.1. Заполнители 21
13.2, Затворители 22
1.3.3. Физико-химические аспекты твердения магнезиальных вяжущих 25
1.3.4. Технология и свойства 31
1.3.5. Особенности технологии приготовления магнезиальных бетонов и устройства полов из них 39
1.3.6. Области применения и нормативно-техническая база 43
1.4. Задачи исследований 47
2 Характеристики используемых материалов и методики проведения экспериментальных исследовании 50
2.1. Характеристика используемых материалов 50
2.2. Физико-химические исследования сырьевых материалов ... 52
2.3. Методики проведения экспериментальных исследований 57
3. Исследование параметров обжига доломита для получения магнезиально-доломитового вяжущего 64
Выводы по главе 3 83
4. Исследование особенностей структурообразования и твердения цементных систем на основе каустического доломита 85
4.1- Выбор оптимальной плотности и расхода затворителя для приготовления магнезиальных бетонов 85
4.2. Исследование влияния дисперсности каустического доломита на его вяжущие свойства 93
4.3. Физико-механические свойства бетонов на каустическом доломите 96
4.4. Фазовые равновесия и синтез прочности бетонов на модифицированном каустическом доломите 103
Выводы по главе 4 111
5. Строительно-технические свойства тяжелых бетонов на основе модифицированного каустического доломита 114
Выводы по главе 5 133
6. Новые бетоны и сухие смеси на основе каустического доломита 136
6.1. Исследование возможности использования промышленных отходов при изготовлении экологически чистых бетонов на основе магнезиально-доломитового вяжущего 136
6.2. Исследование возможности и целесообразности применения каустического доломита для изготовления ячеистых бетонов (поробетонов) 143
6.3. Исследование возможности изготовления и использования сухих смесей на основе каустического доломита 150
Выводы по главе 6 159
7. Устройство магнезиально-доломитовых полов 161
7.1. Разработка технических требований к полам промзданий из бетона на каустическом доломите 161
7.2. Технология устройства полов промзданий из бетонов на основе магнезиально-доломитового вяжущего 167
Выводы по главе 7 172
. Экономический расчет эффективности применения бетонов
на каустическом доломите для устройства полов промзданнй 173
Общие выводы 178
Список литературы 182
Приложения 186
- Физико-химические аспекты твердения магнезиальных вяжущих
- Физико-химические исследования сырьевых материалов
- Исследование возможности использования промышленных отходов при изготовлении экологически чистых бетонов на основе магнезиально-доломитового вяжущего
- Разработка технических требований к полам промзданий из бетона на каустическом доломите
Введение к работе
Актуальность темы. Сегодня, в период возрождения и становления хозяйства России, все большее внимание уделяется промышленному строительству.
Одной из основных задач при этом является устройство недорогих, теплых, экологически чистых, технологичных полов, на долю которых приходится до 20% стоимости и до 30% трудоемкости строительных работ по возведению промзданий.
Основными показателями, определяющими качество материалов для полов, являются: интенсивный набор прчности, повышенные прочностные характеристики, стойкость к истирающим и химическим воздействиям, пониженные тепло- и электропроводность, стабильность свойств, отсутствие выделения вредных веществ и пыли в процессе их эксплуатации, технологичность материала.
Для устройства полов промзданий используются бетоны на клинкерных цементах, ангидритовом вяжущем, полимербетоны. Однако, все они не лишены недостатков» Так, бетоны на клинкерных цементах имеют низкую скорость набора прочности и стойкость в агрессивных средах, а также высокую истираемость, а бетоны на ангидритовом вяжущем обнаруживают высокий уровень усадочных деформаций, низкие трещиностойкость и сцепление с основанием, что часто приводит к вспучиванию и разрушению покрытия пола, полимербетоны отличаются вредными выделениями в процессе эксплуатации и высокой ценой вяжущего.
Лучше других указанным выше требованиям соответствуют бетоны на основе магнезиального цемента (цемента Соредя), применяемые в мировой и отечественной строительной практике для устройства полов в зданиях различного назначения.
В ходе исследований свойств магнезиального цемента и бетонов на его основе, проведенных А.А.Байковым, П.П.Будниковым, Ю.М.Буттом,
6 Е.И.Ведем, А.В.Волженским, И.ПВыродовым, А.М.Кузнецовым и другими учеными, разработаны методы регулирования свойств этих эффективных материалов, которые были использованы в настоящей работе.
Однако объемы применения магнезиальных бетонов в России
сравнительно невелики. Это связано, прежде всего, с ограниченностью
сырьевой базы, так как значительные запасы высококачественного магнезита
остались за пределами нашей страны, а оставшиеся ресурсы используются, в
основном, для получения огнестойких материалов в металлургической
промышленности. Каустический магнезит для нужд строительства в нашей
стране не производится. *
Магнезиту найдена достойная альтернатива - доломит, дешевый и весьма распространенный породообразующий минерал, представляющий собой двойную углекислую соль магния и кальция CaCC>3*MgC03, из которой при обжиге получают каустический доломит.
Вместе с тем, до настоящего времени свойства этого материала изучены недостаточно, отсутствует необходимая научно-техническая документация.
Многочисленные попытки отечественных исследователей создать высококачественные бетоны на основе каустического доломита были, как правило, безуспешными. На наш взгляд/причиной указанных неудач было использование несовершенного технологического оборудования для обжига доломита, не способствующего получению качественного вяжущего (значительный выход периклаза и оксида кальция).
Кроме того, до последнего времени отсутствовали модификаторы магнезиально-доломитовых бетонов, позволяющие получить высокопрочный и водостойкий материал.
Нами выдвинута рабочая гипотеза о возможности значительного улучшения качества магнезиально-доломитового вяжущего и бетонов на его основе за счет назначения научно обоснованных режимов обжига сырья и использования модификаторов на стадии помола каустического доломита. При этом мы полагали, что получение композитных вяжущих обеспечит
7 равномерное распределение модификатора и, как следствие, позволит получить высокопрочные и водостойкие бетоны на их основе.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые
исследованы:
*
влияние структуры доломитового сырья на свойства образующегося каустического доломита;
влияние условий обжига на свойства и активность вяжущего;
особенности процесса структуро- и фазообразования каустического доломита, модифицированного химическими добавками, а также кинетики набора прочности бетона на его основе.
Автор защищает:
концепцию получения высококачественных магнезиальных бетонов из каустического доломита для изготовления наливных полов промышленных зданий;
результаты экспериментальных исследований по оптимизации параметров обжига сырья различного химико-минералогического состава;
данные по химическому и фазовому составу продуктов обжига;
результаты исследования основных строительно-технических свойств вяжущих в зависимости от вида сырья, параметров обжига, условий измельчения и других факторов;
результаты исследования технологических свойств бетонных смесей и физико-механических свойств и долговечности бетонов на их основе;
результаты влияния различных химических добавок, в том числе алюминатных, фосфатных, алюмофосфатных, боратных и комплексов на их основе5 на кинетику измельчения каустического доломита, сохраняемость подвижности бетонных смесей, темпы твердения и прочность бетонов, а также их собственные деформации, водостойкость, морозостойкость и водонепроницаемость;
результаты исследования технической возможности и эффективности применения комплексных химических добавок на основе фосфатных и
s Оборатных соединений, введенных на стадии помола полуобожженного доломита, для улучшения технологических свойств бетонных смесей, нормализации деформаций и повышения водо-, морозостойкости и водонепроницаемости.
Практическое значение диссертационной работы заключается в том, что на основании проведенных исследований:
разработаны и осуществлены организационно-технические мероприятия по подготовке оборудования и выпуску экспериментальных партий каустического доломита путем обжига сырьевого доломита на экспериментальном стенде "Инергит";
проведены работы по опытному применению бетонов на модифицированном каустическом доломите для изготовления наливных полов промзданий.
В ходе работы создана нормативно-техническая база производства и применения вяжущих из каустического доломита и бетонов на их основе, разработаны Технические условия на вяжущее из каустического доломита и Технические условия на бетон на основе каустического доломита для полов промышленных зданий, а также Рекомендации по устройству полов промзданий из бетонов на основе магнезиально-доломитового вяжущего.
Результатом работы явилось создание технологии, изучение свойств и определение областей и условий применения бетонов на основе каустического доломита, обеспечивающих достижение высоких физико-механических показателей и долговечности, в том числе водостойкости и морозостойкости.
Апробация работы. Основные разделы и работа в целом докладывались и обсуждались: на 1-й Всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона, 2001 г. (г. Москва); на 5-м Международном Коллоквиуме "Industrieboden", 2003 г. (Остфилдерн/Штуттгарт); на Международном конгрессе "Ресурсо- и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве", 2004 г. (г. Новосибирск); на 2-й Всероссийской
9 (Международной) конференции по бетону и железобетону "Бетон и железобетон. Пути развития.", 2005 г. (г. Мрсква).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 5 статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения^ восьми глав, списка использованной литературы из 79 наименований и приложений и изложена на 181 страницей том числе 21 рисунка и 70 таблиц.
Приведенные в работе материалы представляют собой результаты аналитических и экспериментальных исследований, выполненных ЗЛО "Полимод" в рамках научно-технического проекта "Провести исследования и разработать технологические основы изготовления экологически безопасных бетонов на основе вяжущих из каустического доломита для устройства наливных полов жилых и промышленных зданий*' по договору с головной организацией - Минпромнауки РФ за счет средств государственного бюджета. В выполнении проекта участвовали соисполнители - Научно-исследовательский, проекта о-конструкторски и и технологический институт бетона и железобетона "НИИЖБ" Госстроя РФ (г. Москва), ЗАО "Гипроцемент - наука" (г. Санкт-Петербург) и Санкт-Петербургский Государственный технологический институт (университет).
Автор выражает глубокую признательность д.х.н. А.Я.Вайнеру, к.т.н. Н.Ф.Башлыкову, М.И.Бруссеру, Ю.В-Сорокииу, Т.А.Уховой, инж. ЛГ.Бернштейну, И.В.Звереву, оказавшим большую помощь при проведении экспериментальных исследований и обсуждении их результатов.
Физико-химические аспекты твердения магнезиальных вяжущих
Повышение водостойкости и прочности бетона на магнезиальном вяжущем из каустического доломита и регулирование технологических свойств бетонной смеси может быть обеспечено за счет введения в состав каустического доломита специальных химических добавок (некоторых алюмофосфатных и других неорганических соединений).
Целесообразность применения фосфатных добавок в производстве магнезиального цемента нашла экспериментальное обоснование в работах Ведя и сотр. /19,30,37, 44-49/.
Можно также отметить работу Бочарова /37/, посвященную разработке технологии водостойкого вяжущего на основе каустического доломита. В частности, автор показал, что такие фосфатные добавки, как термолизованньтй суперфосфат и фосфорнокислые производные алюминия или железа позволяют значительно повысить водостойкость и прочность магнезиального цемента. Введение синтезированных автором работ /37,47/ фосфатных добавок в соответствующий цемент делает последний не только водостойким, но и обладающим гидравлическими свойствами. Новые марки магнезиального цемента, разработанные в этих исследованиях, являются полностью водостойкими, характеризуются высокими физико-механическими свойствами, повышенной адгезией, морозостойкостью, щелочестойкостью и не имеют усадочных деформаций в процессе воздушного и водного твердения.
Термообработку суперфосфата проводили в течение 3-5 часов при 200-240С. В качестве вяжущего в этих экспериментах использован доломит после его полуобжига (содержание свободной СаО не более 1,5-2,0%), а в качестве затворителя -раствор MgCl2 плотностью 1,2 г/см3.
Образцы твердели на воздухе и после предварительной семисуточной выдержки в обычных условиях помещались в воду. Полученные данные свидетельствуют о значительном улучшении прочностных свойств магнезиального цемента. Одновременно повышается морозостойкость. Коэффициент морозостойкости при введении 3, 5, 7 и 10% добавки после 50 циклов испытаний составляет, соответственно, 0,48; 0,82; 1,02; 1,04. После 60 сут. выдерживания образцов в 10% КОН их прочность практически не снизилась, а при хранении в 30% КОП уменьшилась на 150%, Эти данные говорят о достаточной щелочестой кости цемента. Составы суперфосфато-магнезиального цемента могут быть использованы в качестве расширяющихся вяжущих, так как при твердении образцов на воздухе в течение года их линейное расширение составляет 1,33 мм/м, Термообработка суперфосфата перед введением его в магнезиальный цемент усложняет технологию производства вяжущего и в последующем не нашла применения. В работах /50, 51/ показано, что достаточно эффективной добавкой для повышения водостойкости цемента Сореля является обычный суперфосфат, не подвергнутый какой-либо специальной предварительной модификации. Авторы считают, что суперфосфат повышает водостойкость магнезиального вяжущего, придавая ему одновременно гидравлические свойства (нарастание прочности во времени) при хранении в водных средах благодаря, как считают авторы этой работы, образованию в процессе твердения цементного камня гелеобразных комплексных соединений сложного состава с участием гидроксида магния и суперфосфата. Образцы магнезиального цемента без добавки суперфосфата после переноса их в маломинерализованную воду уже на вторые сутки покрылись сетью трещин, а через 60 суток полностью разрушились. Образцы, хранившиеся в насыщенном растворе NaCl, по истечении 3 мес, начали терять прочность. Образцы магнезиального цемента с добавкой суперфосфата не претерпевали никаких внешних изменений и через 270 суток, а прочность их нарастала. Еще одно подтверждение полезности добавки суперфосфата в цемент Сореля приводится в диссертации Гришиной /52/, которая вводила указанный продукт в состав комплексного затворителя на основе MgCl2. Водостойкость полученного материала оценивалась по коэффициенту размягчения. Добавка суперфосфата в магнезиальный состав, предложенный автором, повышает коэффициент размягчения до значения 0,7. Другой альтернативой термически обработанному суперфосфату, как показали Ведь и сотр. /46/, может быть двузамещенный фосфат кальция, Cal 1Р04 2Н2О, который в качестве добавки к магнезиальному цементу значительно повышает водостойкость последнего (табл. 1.10). Модифицированный цемент приготавливают следующим образом. Доломит обжигают при температуре 750 в течение 3 час, а затем измельчают до остатка на сите с 4900 отв/см в количестве 20-22% и тщательно перемешивают с 3-5% CaHPCV2H20. Эта смесь далее затворяется раствором хлористого магния плотностью 1,2 г/см3 в количестве, обеспечивающем нормальную густоту теста. Весовое соотношение раствора хлористого магния и сухих компонентов смеси составляет 0,33-0,34; полученный магнезиальный цемент имеет следующие прочностные характеристики:
Физико-химические исследования сырьевых материалов
Как отмечалось в главе 1, термическое разложение доломита состоит из двух последовательных ступеней. Ыа первой из них (разложение карбоната магния) удаляется лишь около 50% связанного диоксида углерода, а твердый продукт обогащается окисью магния. На второй ступени (разложение карбоната кальция) происходит удаление остального С02 и образование смеси оксидов кальция и магния. Диссоциация крупнокристаллических образцов сопровождается предварительным распадом решетки доломита на отдельные карбонати, из которых MgC03 оказывается перегретым и сразу же разлагается, а распад СаСОз происходит при более высокой температуре: CaMg(C03)2 - СаСОз + MgO + С02 СаСОз- CaO + CCV
Разложение карбоната - сложное явление, отдельные звенья которого диффузия, адсорбция и десорбционные реакции, кристаллические превращения - имеют разную природу. В соответствии с этим скорость разложения зависит от многих обстоятельств, в частности, от состава газовой фазы, скорости нагрева» размера кусков обжигаемого материала, от природы и количества примесей. п MgC03 как компонент доломита разлагается при более высоких температурах, чем магнезит, причем температурные интервалы разложения компонентов доломита зависят от происхождения этого минерала. Следует отметить, что интервал разложения MgC03 в доломите весьма узок, что приводит к образованию в тех или иных количествах периклаза и оксида кальция, присутствие которых в цементе Сореля нежелательно. Содержание периклаза в продукте полуобжига доломита можно понизить быстрым охлаждением продукта после завершения стадии разложения MgC03-Другой способ получения высококачественного каустического доломита состоит в проведении обжига в течение 2-3 часов при минимально возможных постоянных температурах. Поскольку в зависимости от происхождения доломита соотношение в нем основных компонентов MgC03 и СаС03 различно, то и температурные пределы диссоциации} как уже мы отмечали неоднократно, при прочих равных условиях также отличаются друг от друга. Диссоциация всегда протекает постепенно от внешней поверхности внутрь куска. Чем больше диаметр куска, тем более высокие температуры требуются для диссоциации материала в центре этого куска благодаря повышенному внутреннему давлению ССЬ, выделяющегося в процессе разложения доломита. Это различие может составить 150 - 370 С в зависимости от диаметра камня. Разложение карбонатов является обратимой реакцией причем степень декарбонизации тем выше, чем мельче куски доломита. Таким образом, высокоэффективный каустический доломит может быть получен при достаточной степени измельчения исходного минерала. Необходимо отметить, что в шахтных печах получается некоторое количество недожога и пережога, хотя в меньшей степени, нежели в печах камерного типа. Вследствие этого выгруженный материал нуждается в сортировке, что достигается определением цвета обожженных кусков имеющих разные оттенки в зависимости от степени обжига. Пережог характерен своим белым цветом, а нормально обожженный камень имеет розоватый оттенок. Недожог же отличается тяжестью кусков и темными вкраплениями в массе камня. Оценочными критериями при выборе вяжущего являлись прочностные характеристики образцов, изготовленных из цементного теста на основе каустических доломитов Саткинского, Щелковского и Волосовского месторождений, полученных при оптимальных параметрах обжига. В ходе исследований определялись нижние границы температурного режима обжига, обеспечивающие более полное разложение MgCOj, и, соответственно» возможно большее содержание оксида магния при ограниченном содержании оксида кальция, так как взаимодействие последнего с затворителем (хлоридом магния) связано со значительными объемными изменениями и приводит к снижению прочности магнезиального вяжущего. Снижение температуры обжига может привести к неполной диссоциации карбоната магния и, соответственно, к снижению активности вяжущего. Обжиг доломитов в лабораторных условиях осуществляли в муфельной печи. Образующийся при этом С02 удалялся из зоны обжига продувкой аргона» Кристаллооптические, дериватографические и термогравиметрические исследования сырьевых доломитов (табл.3 Л рис.ЗЛ-3.3) показали, что при близком химическом составе Саткинский (СД), Щелковский (ШД) и Волосовский (ВД) доломиты отличаются, главным образом, различной кристалличностью, которая возрастает в последовательности: ВД - ПІД - СД. Крупнокристаллический доломит Саткинского месторождения (преобладающий размер зерен г = 80-120 мкм при наличии зерен до 250 мкм) характеризуется узким интервалом разложения MgC03 - 40С, что позволяет на его основе получить каустический доломит обжигом при максимальной температуре разложения без пассивации активного оксида магния и образования периклаза. Разложение MgC03 в Саткинском доломите характеризуется температурным интервалом 780-820С (наибольшая температура соответствует началу термического разложения СаСОз). Максимальный эффект разложения карбоната магния в Щелковском доломите (размеры кристаллов составляют г = 40-150 мкм) наблюдается при температуре 720С, При этом разложение MgC03 происходит в широком интервале температур - 80С от 720 до 800 С . Мелкокристаллический доломит Волосовского месторождения, кристаллическая структура которого представлена зернами г = 10-60 мкм, характеризуется температурным интервалом разложения MgC03 - 100С и более низкими значениями температуры разложения - от 690 до 790С .
Исследование возможности использования промышленных отходов при изготовлении экологически чистых бетонов на основе магнезиально-доломитового вяжущего
Полученные данные позволяют сделать предварительный вывод об эффективности использования фосфатных соединений, и прежде всего, в сочетании с боратными соединениями, в качестве добавок, повышающих т-водостойкость магнезиально-доломитовых бетонов. Это подтверждается результатами испытания по определению водостойкости бетонов с варьируемыми соотношениями "каустический доломит : заполнитель1 и плотностью затворителя при различных сочетаниях и дозировках добавок фосфатов и боратов (эти составы использовались также для определения собственных деформаций). Приведенные в таблице 5.8 данные показывают, что введение фосфатов в количестве 1,5% массы каустического доломита {состав 2) обеспечивает прочность бетона на уровне контрольного состава (без добавки), значительно повышая при этом его водостойкость (Кр возрастает с 0,3 до 1,05 в возрасте 7 суток и с 0,12 до 0,87 в возрасте 28 суток). В сочетании с добавкой боратных соединений (состав 3) водостойкость возрастает в еще большей степени (Кр = 0,95-1,09). Повышение дозировки фосфата до 3% и его применение в сочетании с добавкой боратных соединений (составы 4-5) обеспечивает водостойкость на таком же высоком уровне, однако применение фосфатов без одновременного введения соединений (состав 4) сопровождается сбросом 28 суточной прочности. Рассмотрение данных таблицы 5,7 по прочности и водостойкости в сочетании с приведенными в разделе 4 результатами определения собственных деформаций позволяет утверждать, что і-оптимальное сочетание и дозировка химических добавок соответствует использованным в составе 5 (Ф+Б в дозировке 3,0 и 0,7%, соответственно). Указанные добавки были использованы для оценки влияния на эффект повышения водостойкости соотношения между каустическим доломитом и заполнителем и плотностью затворителя. Установлено (составы 6-8), что увеличение содержания каустического доломита до значений, соответствующих соотношению с заполнителем 1:1, и варьирование плотности затворителя в диапазоне от 1,25 до 1,30 г/см3 практически не сказываются на эффекте повышения водостойкости (значение Кр обеспечивается на уровне 0,85-1,18). Эффективность использования указанных добавок подтверждается результатами испытаний на морозостойкость (табл.5.9, рис.5,5). Результаты испытаний, приведенные в таблице 5.9 и па рисунке 5.5, показывают, что магнезиальный бетон без добавок уже после 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания потерял от 24 до 32% первоначальной прочности (в зависимости от среды насыщения). При этом потеря массы образцов превысила 5% и составила 7-8%. Дальнейшие испытания привели к снижению прочности в 2-3 раза после 75 циклов и в 4-6 раз после 100 циклов при потере массы от 10-до 15%. При этом следует отметить, что в соответствии с низкой водостойкостью значительная потеря прочности произошла до начала испытаний на морозостойкость (уже на стадии насыщения образцов), а фактическая марка бетона по морозостойкости составила менее 25 циклов- По этой причине не удалось также определить водонепроницаемость бетона. Введение химической добавки на основе фосфатных и боратных соединений способствует значительному повышению морозостойкости (до марки F 100) и водонепроницаемости (до марки W 10), а фактически и превышают их, так как после 100 циклов испытаний на морозостойкость потеря прочности бетона состава 2 (соотношение "каустический доломит : заполнитель" - 1:2) составила менее 5% (КМЇУЇ 0,97), а для состава 3 (соотношение "каустический доломит : заполнитель" =1:1) после 100 циклов испытаний зафиксировано превышение прочности основных образцов над контрольными (Кмрз- ІДЗ), что свидетельствует об имеющемся резерве долговечности бетона. Совокупность полученных данных свидетельствует о том, что добавка фосфатных и боратных соединений является не только эффективным средством нормализации структурообразования, собственных деформаций и темпов твердения бетонов на каустическом доломите, но и позволяет качественно повысить их водо- и морозостойкость, а также обеспечить водонепроницаемость. Это существенно расширяет области и условия применения таких бетонов. Кроме того, проведены исследования по определению стойкости бездобавочных магнезиально-доломитовых бетонов в различных средах по методике ІІИИЖБа (критерий оценки - коэффициент стойкости, т.е. отношение прочностей при сжатии образцов бетонов, хранившихся в течение 2-х суток в соответствующих средах и в воздушно-сухих условиях (температура - 18-22С, относительная влажность - 60%). Исследования ло определению стойкости бетонов на каустическом доломите показали (табл. 5.10), что снижение прочности бетона с наименьшим расходом вяжущего (соотношение вяжущее : заполнитель - 1:3) после выдерживания в большинстве агрессивных сред составляет 4-19%, коэффициент водостойкости при этом составил всего 0,46. С увеличением расхода вяжущего (соотношение вяжущее : заполнитель = 1:2 и 1:1) отмечается тенденция к повышению стойкости (снижение прочности образцов при их выдерживании в указанных средах сводится к минимальному значению), в то же время водостойкость бетонов повышается незначительно (коэффициент водостойкости увеличивается всего до 0,58). К Выявленные в ходе экспериментов недостатки бетонов на каустическом доломите: быстрое схватывание смеси, повышенные деформации расширения, низкая водостойкость, морозостойкость и водонепроницаемость могут быть ликвидированы при введении химических добавок на основе фосфатных и боратных соединений. Максимальный эффект достигается при модификации вяжущего в процессе помола. Начало схватывания бетонной смеси на бездобавочном вяжущем 25 мин., конец -2 ч, 15 мин. При использовании модифицированного вяжущего указанные показатели увеличиваются до 3 ч. 40 мин. и 8 ч. 40 мин, соответственно, 1 несколько повышаются прочностные характеристики.
Разработка технических требований к полам промзданий из бетона на каустическом доломите
На основании анализа литературных источников и нормативно технической базы производства и применения магнезиальных вяжущих и бетонов обоснована целесообразность применения в качестве исходного сырья для устройства полов промзданий доступных местных доломитов. Проведены экспериментальные исследования по оптимизации параметров обжига доломита в зависимости от его вида и качества. На основании результатов физико-механических испытаний и комплексных физико-химических исследований установлено, что температура, эффективность обжига и вяжущие свойства каустического доломита зависят от структуры сырьевого доломита. При близком химическом составе наилучшие результаты получены при использовании доломита с хорошо оформленной кристаллической структурой, характеризующегося узким температурным интервалом разложения MgC03- Быстрый (в течение 15 минут) обжиг крупнокристаллического доломита при температуре 780-820С обеспечивает практически полное разложение карбоната магния и достижение высоких прочностных показателей (более 40 МПа в возрасте 1 суток и более 60 МПа в возрасте 28 суток). Уменьшение размера кристаллов сырьевого доломита сопровождается снижением температуры и увеличением температурного интервала разложения MgCCh, При этом повышение прочности каустического доломита на основе мелкокристаллических сырьевых доломитов обеспечивается увеличением температуры и/или продолжительности обжига. 3. Оптимальные параметры обжига доломита уточнены при выпуске опытных партий каустического доломита на экспериментальном стенде "Инергит", При этом выявлена возможность управления процессом обжига с целью достижения наибольшей степени разложения MgC03 без образования примесей СаО. Для повышения эффективности обжига доломитов с мелкокристаллической структурой выполнен комплекс организационно технических мероприятий, в том числе по оборудованию экспериментального стенда выносной топкой, обеспечивающей возможность получения высококачественного каустического доломита. 4. Исследовано влияние параметров измельчения и дисперсности (удельной поверхности и гранулометрического состава) каустического доломита на его вяжущие свойства (прочность и темпы твердения). Показано, что целесообразно ограничить дисперсность каустического доломита в пределах 500-700 м2/кг. 5. По результатам физико-химических исследований и физико-механических испытаний различных лабораторных и опытных партий разработаны и обоснованы методики, позволяющие однозначно охарактеризовать каустический доломит по основным показателям качества, в том числе химическому составу, срокам схватывания, прочностным характеристикам и др. 6. Разработаны методы модифицирования магнезиальных цементных систем на основе каустического доломита химическими добавками, вводимыми на стадии помола вяжущего. В качестве модификаторов использованы бораты, фосфаты и органические комплексообразователи. 7. С использованием комплекса физико-химических методов исследований изучены особенности процессов гидратации и структурообразования, структура и прочность цементного камня на основе модифицированных каустических доломитов. Установлена сильная корреляционная зависимость между фазами три- и пентаоксихлорида магния, ответственными за синтез прочности, а также вовлечение кальцита в процесс фазообразования на стадии формирования переходных фаз. Показано, что модифицированный цементный камень содержит, кроме указанных выше фаз, рентгеноаморфную гелеобразную массу, включающую в свой состав фосфор- и борсодержащие соединения, что позволяет сформировать плотную структуру и повысить водостойкость магнезиальных бетонов» 8. Исследованы технологические свойства бетонных смесей, физико механические свойства и долговечность бетонов на основе каустического доломита и плотных заполнителей в зависимости от различных факторов (соотношение "каустический доломит : заполнитель", плотность и расход затворителя). Установлено, что применение каустического доломита обеспечивает получение бетонов с прочностью от 30 до 90 МПа при достижении 80% прочности в возрасте 3-7 суток, 9. Показано» что физи ко-механические свойства бетона на каустическом доломите не уступают показателям качества бетонов на каустическом магнезите, в том числе для изготовления высокой агружаемых индустриальных полов. Выявленные в ходе экспериментов повышенные деформации расширения бетонов на каустическом доломите могут быть снижены введением химических добавок на основе фосфатных и боратных соединений. 10. Экспериментально подтверждена стойкость бетонов на каусіидеском доломите в условиях длительного воздействия спирта, масел, бензина, дизельного топлива и других органических соединений. Повышение водостойкости достигается введением химических добавок на основе фосфатных и боратных соединений, что, в свою очередь, обеспечивает морозостойкость и водонепроницаемость магнезиального бетона на уровне F 100 и W 10. 11. Выявлена техническая возможность и эффективность применения каустического доломита для получения пенобетонов с плотностью от 300 до 1400 кг/м\ Установлено, что коэффициент теплопроводности пенобетонов на каустическом доломите составляет 0,09-0,51 Вт/м С, что соответствует уровню теплопроводности традиционных пенобетонов с соответствующей плотностью. Звукоизолирующая способность стены из магнезиального пенобетона плотностью 540-900 кг/м составляет 41-45 дцБ/м , коэффициент У. звукопоглощения в диапазоне частот от 100 до 2000 Гц составляет 0,057-0,83 соответственно, что позволяет отнести пенобетон на каустическом доломите к эффективным звукоизоляционным материалам. 12. Экспериментально обоснована целесообразность применения в качестве заполнителей для магнезиальных бетонов на каустическом доломите ряда промышленных отходов, в том числе древесной стружки, золошлаковых 181 h смесей, бумажных отходов, отходов переработки автомобильных шин и пластиковых отходов, при частичной или полной замене ими природного заполнителя (строительного песка и щебня). При этом обеспечивается получение магнезиальных бетонов плотностью 1400-2000 кг/м3 с прочностью от 8 до 32 МПа в возрасте 28 суток и поверхностной твердостью в диапазоне от 30 до 200 МПа» что соответствует требованиям нормативных документов. 13. Разработаны технические условия «Вяжущее из каустического доломита» и «Бетон на вяжущем из каустического доломита», также «Рекомендации по технологии устройства полов промзданий из бетонов на основе модифицированного магнезиально-доломитового вяжущего», 14. Результаты экспериментальных исследований подтверждены при опытно-промышленном применении бетона на каустическом доломите для устройства полов промышленных зданий различного назначения общей площадью более 2 тыс. м . Экономическая эффективность применения модифицированного каустического доломита вместо каустического магнезита при устройстве полов промзданий достигает 81,5 руб. на 1 м пола (средняя цена 1 м2 пола из магнезиального бетона - 750 руб.).
