Введение к работе
Актуальность работы.
Одним из путей повышения эффективности кладочных растворов при производстве строительных и ремонтно-восстановительных работ является использование техногенного сырья, однако, рациональное использование техногенных продуктов, одним из которых является отход сушки песка на заводах по производству строительных материалов (асфальтобетона, сухих смесей), возможно только после их предварительной обработки. Целесообразным для повышения однородности и увеличения химической активности отхода является получение органоминеральной добавки путем механохимической активации с эффективными пластификаторами.
Работа выполнена в соответствии с проектом «Разработка и оптимизация энерго-ресурсосберегающих технологий производства и применения эффективных строительных материалов, изделий и конструкций» Министерства образования и науки РФ НИР МГСУ.
Цель и задачи работы.
Целью данной диссертационной работы является повышение эффективности кладочных растворов путем использования пылевидных отсевов сушки песка.
Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать возможность использования пылевидных отходов сушки песка для повышения эффективности кладочных растворов;
- провести исследования состава, структуры, физико-механических свойств и однородности пылевидных отходов сушки песка;
- изучить влияние отходов на структурообразование и свойства цементных кладочных растворов;
- провести исследования по выбору добавок ПАВ и изучить механизм их влияния на свойства растворных смесей и прочность раствора с пылевидными отходами сушки песка;
- провести исследования по оптимизации состава органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка и суперпластификатора С-3;
- с помощью математического метода планирования эксперимента получить зависимости прочностных показателей, подвижности, нерасслаиваемости, водоудерживающей способности, водонепроницае-мости, жизнеспособности кладочных растворных смесей от состава и свойств органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка;
- с помощью методов РФА и ДТА установить влияние органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка на структурообразование кладочных растворов;
- оптимизировать составы кладочных растворов с органоминеральной добавкой, которые могут обеспечивать прочностные показатели и технологические свойства;
- разработать рекомендации по производству органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка;
- провести опытно-промышленное опробование разработанных рекомендаций.
Научная новизна.
Обоснована возможность повышения эффективности цементно-песчаных растворов путем использования органоминеральной добавки, получаемой в результате механохимической активации пылевидного отхода сушки песка совместно с суперпластификатором С-3, положительно влияющей на технологические свойства, образования скрытокристаллической структуры низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, обусловливающие высокие эксплуатационные свойства кладочных растворов.
Разработана органоминеральная добавка, состоящая из пылевидных отходов сушки песка и суперпластификатора С-3 и технология ее производства и применения в цементно-песчаных растворах.
Рентгеноскопия пылевидных отходов сушки песка показала, что основными компонентами являются: кварц SiO2, полевые шпаты К2О 3Al2O3 6SiO2, каолинит Al2 (Si2O5) (ОН4), аттапульгит Mg2 Al2 (ОН)2 (Н2О) 4(Si8O20) 4Н2О, хлорит (MgFe2Al)6 (SiAl)4О10 (ОН)8, иллит (гидрослюда) (К4Al2(SiAl)4О6)(ОН2)nН2О, кальцит CaCO3, в небольшом количестве доломит CaMg(CO3)2, гематит Fe2O3, содержание аморфной фазы составляет 30-40%.
Исследование химического состава показало, что кремнезем SiО2 находится в отходах в свободном и связанном состояниях. Свободный кремнезем представлен примесями кварцевого песка, а связанный входит в состав глинообразующих материалов. Глинозем Al2О3 находится в материале в связном состоянии, в составе глинообразующих минералов и слюдистых примесей. Оксиды щелочноземельных металлов CaО и MgО входят в состав карбонатов – кальцита и доломита. В небольших количествах они участвуют также в составе глинистых минералов – хлоритов и аттапульгитов.
Водопотребность цементных паст, разбавленных полученными органоминеральными добавками, находится в зависимости от удельной поверхности ОМД. Введение ОМД с удельной поверхностью 100 м2/кг значительно понижает водопотребность цементных паст. При 60%-ном содержании ОМД только за счёт изменения дисперсности ОМД от 100 м2/кг до 420 м2/кг водопотребность изменяется с 16,0% до 18,2%.
С помощью метода математического планирования эксперимента получены зависимости прочности, водопотребности и плотности цементных паст от содержания и удельной поверхности органоминеральной добавки и расхода суперпластификатора.
С помощью методов РФА и ДТА установлено, что при длительном твердении портландцемента, содержащего минеральный наполнитель в виде пылевидных отходов сушки песка, в основном образуется скрытокристаллическая структура низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.
Получены двухфакторные квадратичные зависимости водопотребности и прочности кладочных растворных смесей от заданной подвижности растворной смеси и расхода органоминеральной добавки.
Практическая значимость.
Разработана технология производства органоминеральной добавки, получаемой путем помола пылевидного отхода сушки песка с суперпластификатором С-3 в количестве 0,2, 0,4 и 0,6% от массы пылевидного отхода.
Разработана технология производства кладочных растворов на основе портландцемента и органоминеральной добавки, обеспечивающей прочностные показатели, подвижность, нерасслаиваемость, водоудерживающую способность, водонепроницаемость, жизнеспособность.
Разработаны составы кладочных растворов, обеспечивающих получение марок 15, 10, 7,5 и 5 со средней плотностью свыше 2100 кг/м3, с водоудерживающей способностью свыше 96.8% и жизнеспособностью около 6 часов.
Новизна исследований подтверждена патентом на изобретение №2363679./Кладочный раствор.
Внедрение результатов исследований. Результаты разработок и исследований нашли отражение в Технических условиях на кладочные растворы на основе пылевидного отхода сушки песка и рекомендациях по технологии приготовления кладочных растворов на основе портландцемента и органоминеральной добавки для возведения кирпичных и каменных кладок.
Разработанные нормативные документы были внедрены в производственных условиях на предприятии ОАО «АРСП» при производстве ОМД и кладочных растворов на ее основе.
Апробация работы. Результаты, полученные в диссертации, были доложены и обсуждены на научно-практических конференциях в Московском государственном строительном университете: «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» в 2007 и 2009 годах;
На защиту диссертации выносятся:
- положения о повышении эффективности кладочных растворов путем использования пылевидного отхода сушки песка,
- исследования по оптимизации состава органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка и суперпластификатора С-3;
- влияние органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка на структурообразование кладочных растворов;
- зависимости прочностных показателей, подвижности, нерасслаиваемости, водоудерживающей способности, водонепроницаемости, жизнеспособности кладочных растворных смесей от состава и свойств органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка;
- рекомендации по производству органоминеральной добавки на основе пылевидного отхода сушки песка;
- результаты опытно-промышленного опробования разработанных рекомендаций.
Объем работы. Диссертация изложена на 133 листах машинописного текста, иллюстрирована 24 рисунками и 30 таблицами. Она состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений.
