Введение к работе
Актуальность проблемы исследований. Быстрое развитие экономики (показатель ВВП составляет 7-7,5 % в год) Социалистической Республики Вьетнам сопровождается высокими темпами роста строительства, что приводит к резкому увеличению интенсивности эксплуатации автомобильных дорог. Рост грузоподъемности транспортных средств, выпадение большого количества осадков в период сезонных дождей, повышенная солнечная радиация и высокая температура воздуха являются отрицательными факторами для асфальтобетона в условиях Вьетнама, альтернативой которому является цементный бетон. Поэтому в плане развития сета автомобильных дорог планируется на период с 2006 по 2020 г. увеличение протяженности асфальтобетонных дорог в 2,1 раза, а с бетонным покрытием - в 20 раз.
Для столь значительного прироста протяженности автомобильных дорог с использованием цементного бетона требуется расширение сырьевой базы применяемых заполнителей, в том числе новых материалов, особенно побочных продуктов промышленности, и совершенствование технологии производства дорожного бетона.
Во Вьетнаме имеются месторождения гранита и известняка, пригодные для получения крупного заполнителя. Известно, что мировое производство дорожного цементного бетона основано на использовании преимущественно гранитного щебня. Однако, запасы гранита во Вьетнаме (16,2 млн. м3) ниже, чем известняка (36,4 млн. м3), и они удалены, в отличие от месторождений известняка, от районов интенсивного строительства бетонных дорог в северной части Вьетнама. Тем самым возникает необходимость научного обоснования применения известнякового крупного заполнителя для получения высококачественного дорожного бетона.
С другой стороны, основной сельскохозяйственной культурой Вьетнама является рис, годовые объемы производства которого составляют 34,5 млн. т. После его переработки образуются отходы рисовой шелухи (200 кг с одной тонны риса), которые сжигаются с образованием около 40 кг золы. Содержание кремнезема в золе рисовой шелухи (ЗРШ) составляет 80-95 % и она могла бы заменить импортный дорогостоящий микрокремнезем. При годовом выходе ЗРШ 1,38-1,42 млн. т
ее использование крайне ограничено, что приводит к отчуждению из оборот; сельскохозяйственных угодий и загрязнению окружающей средьь
Другим источником нарушения экологического равновесия на значительной территории Вьетнама служат отходы (годовым объемом 880 тыс. т) тепловых электростанций в виде золы-уноса Применение зол от сжигания рисовой шелухи и ТЭС в виде составляющих дорожного бетона будет способствовать не только расширению сырьевой базы строительной индустрии Вьетнама и снижению себестоимости строительства, но и решению серьезной экологической проблемы. Ее практическая реализация возможна только при комплексном подходе к применению этих крупнотоннажных побочных продуктов промышленности в такой перспективной сфере производства, как строительство автомобильньЕх дорог. При этом необходимо обеспечить получение дорожного цементного бетона высокого качества, что требует проведения специальных исследований, чем и предопределяется актуальность диссертационной работы.
Целью диссертационных исследований является разработка технологических параметров получения и изучение свойств высококачественного дорожного цементного бетона на карбонатном заполнителе и крупнотоннажных кремнезем-содержашнх побочных продуктах производств Вьетнама.
Для достижения поставленной цели в процессе проведения диссертационных исследований решались следующие основные задачи:
теоретическое обоснование условий формирования структуры высококачественного дорожного цементного бетона;
оценка применительно к условиям Вьетнама климатических воздействий на дорожный цементный бетон;
обоснование сырьевой базы для изготовления высококачественного дорожного бетона из местных материалов, в том числе представляющих крупнотоннажные побочные продукты промышленности;
исследование физико-химическими методами условий формирования
структуры цементного камня и высококачественного дорожного бетона на из
вестняковом щебне и кремнеземсодержащих наполнителях;
исследование влияния кремнеземсодержащих наполнителей — золы от сжигания рисовой шелухи (РШ) и золы-уноса ТЭС, на реологические и технологические параметры получения цементного камня и дорожного бетона;
определение свойств цементного бетона на известняковом щебне и кремнеземсодержащих наполнителях, важных для проектирования и строительства автомобильных дорог;
разработка рекомендаций по получению и применению цементных бетонов на известняковом щебне и кремнеземсодержащих наполнителях в дорожном строительстве Вьетнама;
определение экономической эффективности получения высококачественного бетона с использованием зол и известнякового щебня;
апробация результатов исследований при строительстве участков автомобильного полотна.
В основу диссертационных исследований положена рабочая гипотеза получения высококачественного дорожного цементного бетона повышением однородности напряжений на макро-, мезо- и микроструктурных уровнях за счет сближения модулей упругости матрицы с включениями и обеспечения их прочного контакта.
Концепция диссертационной работы состоит в комплексном использовании для получения высококачественного дорожного бетона крупнотоннажных местных материалов - известнякового щебня и кремнеземсодержащих наполнителей (КСН) в виде золы от сжигания РШ и золы-уноса ТЭС.
Объектами исследований являются сырьевые, в том числе крупнотоннажные побочные продукты промышленности Вьетнама, примененные для изготовления высококачественного дорожного цементного бетона, а также технологические параметры получения и физико-технические свойства такого бетона.
Предмет исследований — основные закономерности формирования структуры и ее связь со свойствами высококачественного дорожного цементного бетона, полученного с использованием из сырьевых материалов Вьетнама и предназначенного для эксплуатации в местных климатических условиях.
Достоверность полученных результатов обеспечивается проведением современных физико-химических исследований с использованием электронно-микроскопического, рентгенофазового, дифференциально-термического и других тонких методов анализа в комплексе с использованием статистической обработки экспериментальных данных и методов планирования эксперимента, непротиворечивостью полученных результатов известным закономерностям, установленным в бетоноведении, и положительными результатами их промышленной апробации.
Научная новизна работы заключается в:
определении условий формирования структуры высококачественного дорожного цементного бетона на известняковом щебне и КСН, предназначенного для эксплуатации в климатических условиях Вьетнама;
выявлении закономерностей в изменении свойств ЗРШ в зависимости от температурного режима сжигания рисовой шелухи;
установлении закономерностей влияния КСН на свойства цементного теста и бетонной смеси;
выявлении особенностей формирования структуры цементной системы в присуствии КСН и суперпластификатора, которые заключаются в изменении фазового состава и дифференциальной пористости цементного камня;
установлении взаимосвязи между параметрами структуры цементного камня на основе КСН с физико-техническими свойствами цементного бетона.
Автор защищает:
результаты исследований условий формирования структуры высококачественного цементного бетона на карбонатном заполнителе и КСН — зол от сжигания РШ и ТЭС;
результаты исследований влияния КСН на процессы гидратации и струк-турообразования цементного камня;
результаты исследований влияния суперпластификатора на особенности структурообразования цементного камня при использовании КСН;
результаты исследований влияния содержания КСН на прочность цементного камня и ее изменение во времени;
результаты исследований влияния КСН на свойства бетонной смеси и физико-технические характеристики бетона на карбонатном заполнителе;
Рекомендации по получению высококачественного дорожного цементного бетона на карбонатном заполнителе и КСН применительно к климатическим условиям Вьетнама.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработаны научно-обоснованные технологические параметры получения высококачественных цементных бетонов с использованием местных материалов Вьетнама — известнякового щебня и крупнотоннажных кремнеземсодержа-щих побочных продуктов промышленности;
обоснована замена импортируемого микрокремнезема золой от сжигания РШ и сокращение расхода цемента при производстве высококачественных цементных бетонов за счет применения золы-уноса ТЭС и ЗРШ;
определены физико-технические свойства высококачественного бетона на известняковом щебне и зольных наполнителях, важные для проектирования долговечных, высокоэкономичных дорожных одежд и других бетонных и железобетонных конструкций различного назначения;
расширена сырьевая база для получения высококачественного цементного бетона на основе местных материалов - известняка (вместо гранитного щебня) и кремнеземсодержащих наполнителей (золы-укоса ТЭС и ЗРШ);
достигается улучшение экологического климата в обширных районах Вьетнама за счет утилизации крупнотоннажных отходов в виде золы-уноса ТЭС и ЗРШ, а также сохранение природных ресурсов, используемых для производства цемента.
Реализация работы: результаты исследований использованы при проектировании транспортных объектов ОАО "Исследование, проектирование и строительство транспорта" и при изготовлении опытных участков на строительстве автомобильной дороги в северной части Вьетнама.
Апробация работы: результаты исследований докладывались на 11-ой национальной конференции "Технологическая наука" (Ханой, 2005 г.), 4-ой Международной научно-практической конференции "Город и экологическая реконструкция жилищно-коммунального комплекса 21 века" (Москва, 2006 г.) и 7-ой научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" (Москва, 2006).
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 5 статьей.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, содержит 198 страниц машинописного текста, 49 иллюстраций, 39 таблиц и 2 приложения.
