Введение к работе
Актуальность работы. В перерабатывающих отраслях промышленности страны непрерывно растут объёмы различных металлургических шлаков и топливных зол. В настоящее время их общее количество составляет несколько миллиардов тонн, что представляет значительную экологическую опасность. Объём же использования вторичных ресурсов составляет незначительную часть от объёма их образования.Например,(по данным 1990 г.) используются только 18% золошлаковых отходов ТЭЦ.
Помимо проблемы утилизации огромного количества отходов в строительной индустрии нашей страны существует другая серьёзная проблема - дефицит цемента.Следует иметь в виду, что в связи с существенным уменьшением объёмов капитального строительства в I99I-I992 гг. и последующим переходом к рыночным отношениям в ближайшие годы острота этой проблемы уменьшается. Однако, снижение расхода цемента сохраняет свою актуальность из-за его растущей стоимости и, кроме того, в связи с необходимостью снижения энергоёмкости производства бетона.
Одним из наиболее эффективных путей экономии цемента является его модификация или активация, достигаемая при ме-хано-ошмичоской обработке в присутствии поверхностно-активных веществ, в т.ч. суперпластификаторов.Способ получения активированного цемента,приводящий к получению вяжущего низкой водопотребности (ВНВ) был разработан в 1984-1986 гг.коллективом специалистов ВНИИжелезобетона и военных строителей.
ВНВ даёт возможность в два и более раз экономить цемент при производстве бетонных и.железобетонных изделий.Для получения вяжущего ходовых марок (M300-500) по этой технологии необходимо применять наполнители. Хопошо зарекомендовал себя в этом отношении кварцевый песок. Однако,использование вместо него вышеуказанных отходов представляет большой интерес, т.к. активные аморфные окислы, содержащиеся в них, могут взаимодействовать с клинкерными минералами и друг с другом с появлением дополнительного количества новообразований (следовательно,экономия клинкерной составляющей в вяжущем
и энергозатрат на производство бетона на нём ещё более возрастает).
Кроме того, ВНВ позволяют получать бетоны с улучшеннымж эксплуатационным! характеристиками.Поэтому применение различных шлаков и зол в качестве компонентов ВНВ помимо увеличения экономии клинкерной составляющей в вяжущем должно расширить область применения бетонов на нём. Например, использовать их в беспрогревном зимнем бетонировании.
Целью днпс-ортятрюнной работы являлось получение бетоиов улучшенного качества за счёт применения вяжущих низкой водо-потребности, содержащих отходы металлургии и энергетики. В связи с этим необходимо было решить следующие задачи:
разработать технологию использования зол і шлаков при их механо-химической обработке совместно с цементом для получения вяжущих низкой водопотребноста и бетонов на них;
произвести первичную оценку возможности получения некоторых типов бесцементных вяжущих безавтоклавного твердения
и бетонов на этих вяжущих путём механо-химической обрабткн сырьевых смесей, содержащих отходы;-
исследовать деформативные,структурные характеристики бетонов на полученных вяжущих;
определить пригодность ВНВ на базе отходов металлургии и топливной энергетики для зимнего бетонирования;
провести проверку полученных результатов в производственных условия}: ж определить экономическую эффективность такого способа утилизации отходов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- установлено, что свойства бетонов на ВНВ,содержащем
топливные золы (доменные гранулированные шлаки) в качестве
минеральной добавки,' существенно улучшаются по сравнению с
бетоном на ВНВ, изготовленном с применением в качестве этой
добавки кварцевого песка. Это объясняется сочетанием хими
ческого взаимодействия активных аморфных окислов, содержа
щихся в этих отходах, друг с другом ж- с минералами порт-
ландцемвнтного клинкера о улучшением структуры цементного
камня при реализации технологии ВНВ;
определена возмозность использования ВНВ, содержащих энергетические (металлургические) отходы, при беспрогрев-ном зимнем бетонировании. Показано, что бетоны на ВНВ,содержащем до 50$ золы гидроудаления ТЭЦ (доменного гранулированного шлака) и 2-3$ противоморозной добавки ионного типа набирают порядка 50$ марочной прочности за 28 суток твердения при температуре -ЮС. При дальнейшем твердении в нормальных условиях получаются бетоны с удовлетворительными эксплуатационными характеристиками;
на основе некоторых энергетических и металлургических отходов путём их механо-химической обработки получены бесцементные вяжущие безавтоклавного твердения и исследованы свойства бетонов на них. Определены составы вяжущих, позволяющие получать бетоны различной прочности - от средних и низких марок до высокопрочных;
экспериментально-расчётными методами определены рациональные параметры вяжущих низкой водопотребности, состоящих из портландцемента и зол ТЭЦ (доменных гранулированных шлаков) т.е. расширены и дополнены ранее проводившиеся в этом направлении исследования.Установлена возможность введения в состав ВНВ до 70$ зол гидроудаления ТЭЦ 'без ухудшения свойств бетона на таком вяжущем по сравнению с бетоном на контрольном портландцементе.
Практическая значимость работы состоит:
в существенном увеличении количества топливной золы в составе вяжущего без ухудшения (по сравнению с исходным . портландцементом) прочностных и эксплуатационных характеристик бетонов на нём. И, следовательно, в увеличения количеств ва рационально используемых промышленных отходов;
в связанном с этим уменьшением энергоёмкости бетона;
в расширении области применения, бетонов на вяжущих из портландцемента и отходов энергетики (металлургии) - в частности, в использовании ах в зимнем бетонировании;
в получении высокопрочных бесцементных бетонов безавтоклавного твердения.
Апробация и внедрение работы. Результаты проведённых исследований докладывались на Всесоюзной конференции "фундаментальные исследования и ноше технологии в строительном материаловедении',' г.Белгород, 1989; республиканской научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов" г.Алма-Ата, 1990; 50-й научно-методической и научно-исследовательской конференции, МАЛИ,1992.
По материалам диссертационной работы опубликовано четыре печатных работы, получено два положительных решения по заявкам на изобретения.
Результаты исследований были использованы при зимнем бетонировании стен и перекрытий фрагментов монолитного жилого дома на экспериментально-производственной базе ЦНИИШ-монолит в г.Лобне Московской области.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, 2 приложений и списка использованной литературы, включающего 56 наименований. Основная часть работы изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков и 23 таблицы.
На зашиту выносятся:
состав и рациональные параметры ВНВ на базе топливно-энергетических и металлургических отходов (вяжущие из портландцемента и отхода, бесцементные вяжущие) и бетонов на них;
уравнения регрессии, устанавливающие зависимость активности вяжущего от содержания отхода и суперпластифака-тора в нём;
основные физико-технические свойства бетонов на ВНВ, изготовленных с применением отходов энергетики (металлургии) и твердевших в нормальных-условиях и приотрицательной температуре; '.".,"'
результаты исследований поровой структуры цементного камня из рассматриваемых вяжущих и дилатометрических испытаний растворных образцов на них;
результаты опытно-производственного опробывания
технологии беспрогревного зимнего бетонирования с использованием бетона на ВНВ из портландцемента и доменного гранулированного шлака и экономическая оценка эффективности этой технологии.
