Введение к работе
Актуальность работы. Эффективное использование органических добавок позволяет уменьшить дефицит специальных цементов, которые могут быть заменены рядовым портландцементом марок М400 – М500. Параллельно создаются технологии, реализация которых без применения химических добавок невозможна. Модифицирование цементных систем химическими веществами и углубление научных представлений о процессах гидратации в присутствии добавок относятся к приоритетным научно-исследовательским направлениям в технологи бетона во всём мире.
Современная технология пластификации основана на использовании органических добавок различной природы, причем подбор пластифицирующих веществ и их композиций ведется в основном полуэмпирическими методами. Несмотря на обширный экспериментальный материал по изучению таких добавок, многие вопросы, связанные с механизмом влияния этих веществ на процессы гидратации, остаются не вполне ясными.
С развитием этого направления связаны цель, задачи и содержание диссертационной работы.
Диссертационная работа выполнена в рамках тематического плана НИР ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по темам 2007-2009 годов «Разработка экспериментально-теоретических основ обеспечения энерго-, ресурсоэффективности производства строительных материалов», «Разработка методологических основ конструирования строительных композитов с заданными свойствами», «Разработка экспериментально-теоретических основ синтеза и конструирования строительных композитов».
Целью работы является - разработка эффективной комплексной пластифицирующей добавки для цементных бетонов на основе многотоннажного побочного продукта производства фенола и оценка ее эффективность в условиях заводской технологии сборного железобетона.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи исследований:
исследовать влияние гидроксильных, сульфо- и карбоксильных функциональных групп на структурообразование цементного камня с учетом пространственно-размерного фактора;
разработать способ получения пластифицирующей добавки на основе многотоннажного побочного продукта производства фенола с учетом пространственно-размерного фактора функциональных групп;
исследовать влияние комплексного модификатора на основе синтезированной добавки на структурно-реологические свойства бетонной смеси и физико-механические характеристики бетона;
провести промышленную апробацию и внедрение разработанных составов бетонов и технологий в производстве железобетонных изделий и конструкций.
Научная новизна работы
Установлены закономерности влияния на процессы гидратации цементных систем функционального состава органической добавки с учетом числа и взаимосочетания -ОН, -SO3H и СООН-групп.
Созданы предпосылки определения общих принципов конструирования структуры добавки органического пластифицирующего вещества с учетом числа, природы и взаиморасположения функциональных групп в молекуле.
Установлены закономерности структурообразования и формирования свойств бетона с эффективной комплексной модифицирующей добавкой на основе алкилзамещённых фенолов для цементных систем.
Достоверность полученных результатов исследований, приведённых в диссертации, обеспечена:
соответствием полученных результатов общим положениям строительного материаловедения и физико-химической механики гетерогенных структур;
использованием комплекса современных физико-химических методов;
применением математических методов планирования экспериментов и статической обработкой результатов;
применением апробируемых методов исследования структуры и свойств цементного камня и бетонов;
полученные данные не противоречат известным положениям и результатам других авторов.
Практическая значимость работы
Предложена рациональная область использования многотоннажного побочного продукта производства фенола в качестве сырьевого компонента для получения полифункционального модификатора для бетонов.
Разработанная модифицирующая добавка на основе алкилзамещённых фенолов апробирована в производственных условиях на предприятиях по выпуску сборных железобетонных изделий и конструкций.
Разработаны составы бетонов и рекомендации по применению комплексной добавки на основе алкилзамещенных фенолов при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций.
Экономическая эффективность при применении модифицирующей добавки на основе алкилзамещённых фенолов состоит в удешевлении себестоимости бетона до 191 рубля на 1 м3.
Техническая новизна решений, представленных в диссертации, подтверждена патентами РФ № 2373165 от 20.11.2009 г. и № 2376259 от 20.12.2009 г.
Внедрение результатов исследований. Внедрение результатов исследований осуществлено на заводах железобетонных изделий и конструкций ООО «ЖБК-2», г. Саратов и ЖБИ-6 – филиал ОАО «БЭТ», г. Энгельс.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженерных кадров по специальности 270106.65 (290600) «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» для преподавания дисциплин: «Технология бетона, строительных изделий и конструкций», «Вяжущие вещества», «Технология изделий на основе местного природного и техногенного сырья», «Физико-химическая механика гетерогенных структур».
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на: Х, XV Академических чтениях РААСН (Пенза – Казань, 2006, Казань, 2010); Международных научно-практических конференциях (Воронеж, 2006; Пенза, 2006-2009; Белгород, 2007; Саранск, 2007; Новосибирск, 2008; Волгоград, 2009; Саратов, 2009); Международном конгрессе (Воронеж, 2008); Всероссийской научно-практической конференции молодых (Саратов, 2009); Международном научно-практическом симпозиуме (Саратов, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента РФ.
На защиту выносятся следующие основные положения:
результаты комплексных исследований кинетики фазообразования модифицированных цементных систем;
результаты исследования влияния пространственно-размерного фактора и природы функциональных групп органической молекулы модификатора на пластификацию, характер гидратационных процессов и структуру продуктов гидратации цемента;
обоснование и способ получения добавки для бетона на основе алкилзамещенных фенолов;
результаты исследования влияния модифицирующей добавки на структуру и свойства цементных композиций и бетона.
обоснование эффективности промышленного применения синтезированной добавки на основе алкилзамещенных фенолов для бетонов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, изложена на 198 страницах, в том числе машинописного текста 135 страниц, 51 таблица, 112 рисунков, списка литературы из 132 наименований и 4 приложений на 15 страницах.
