Содержание к диссертации
Список сокращений, принятых в работе 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСОВ В ОБЛАСТИ КЛАДОЧНЫХ РАСТВОРОВ 12
1.1 Общие сведения о кладочных растворах, особенности их изготовления и применения 12
1.2 Функции кладочных растворов в составе каменных конструкций и анализ требований, предъявляемых к ним 14
1.3 Факторы, влияющие на свойства кладочных смесей и растворов 21
1.3.1 Структура цементных строительных растворов 27
1.3.2 Микроструктура и её влияние на свойства цементных растворов 30
1.4 Модифицирующие добавки к цементным растворам 32
1.5 Обоснование выбора функциональных добавок для повышения качественных характеристик кладочных растворов 36
1.6 Опыт применения и механизм действия добавок-регуляторов структуры цементных систем (воздухововлекающего и уплотняющего типов) 39
1.7 Выводы 51
Цель и задачи работы 52
2 ХАРАКТЕРИСТИКИ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ... 53
2.1 Характеристики и свойства сырьевых материалов 53
2.1.1 Минеральное вяжущее 53
2.1.2 Заполнитель 54
2.1.3 Вода 54
2.1.4 Минеральная добавка 54
2.1.5 Органическая добавка 56
2.2 Методы проведения экспериментальных исследований 57
2.2.1 Методы испытания сырьевых материалов 57
2.2.2 Методы приготовления растворных смесей и определения показателей их свойств 58
2.2.3 Методы определения показателей свойств растворов. 62
2.3 Физико-химические исследования цементного камня с добавками 65
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК МК И ОТП НА ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ ТЕСТА, КАМНЯ, РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ И РАСТВОРОВ 67
3.1 Исследование активности МК в цементах 67
3.2 Исследование влияния МК и ОТП на основные свойства цементного теста и камня 69
3.3 Исследование влияния МК и ОТП на основные свойства растворных смесей и растворов 76
3.4 Выводы 2.. 79
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК МК И ОТП ПРИ ИХ СОВМЕСТНОМ ВВЕДЕНИИ НА СВОЙСТВА КЛАДОЧНЫХ РАСТВОРОВ 82
4.1 Определение рационального содержания добавки МК при его совместном введении с ОТП в состав кладочных растворов 82
4.2 Определение влияния СВД на основные свойств кладочных смесей и растворов 84
4.2.1 Определение влияния СВД на расслаиваемость, водоудерживающую способность и жизнеспособность кладочных смесей 84
4.2.2 Определение влияния СВД на стойкость к высолообразованию кладочных растворов 86
4.3 Формирование структуры цементного камня кладочных - растворов при СВД 92
4.4 Математическое моделирование основных свойств растворных смесей и растворов при СВД МК и ОТП 106
4.5 Выводы 119
ОСОБЕННОСТИ ПОДБОРА СОСТАВОВ КЛАДОЧНЫХ РАСТВОРОВ М100 И М200 С ДОБАВКАМИ МК И ОТП ПРИ ИХ СОВМЕСТНОМ ВВЕДЕНИИ, ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ... ]77
5.1 Подбор составов кладочных растворов М100 и 200 при СВД 122
5.2 Исследование технологических свойств кладочных смесей при СВД 126
5.3 Исследование эксплуатационных свойств кладочных растворов при СВД 129
5.4 Рекомендации по подбору и корректировке составов кладочных растворов при СВД в производственных условиях 144
5.5 Выводы 149
6 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛАДОЧНЫХ РАСТВОРОВ ПРИ СОВМЕСТНОМ ВВЕДЕНИИ ДОБАВОК МК И ОТП , ЕЁ ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ 151
6.1 Разработка технологии приготовления кладочных смесей при СВД 151
6.2 Промышленная апробация технологии на базе ООО фирма "СТЭКС" (г. Братск) 154
6.3 Технико-экономическая эффективность применения кладочных растворов при СВД в наружных ограждающих конструкциях 158
6.4 Выводы 167
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 168
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 172
ПРИЛОЖЕНИЕ А 191
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 192
ПРИЛОЖЕНИЕ В 193
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 194
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 195
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 196
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 210
ПРИЛОЖЕНИЕМ 220
Введение к работе
Актуальность работы:
Основные требования к современным строительным материалам — качество, долговечность и низкая стоимость — являются важными в районах Сибири и Крайнего Севера.
Объемы строительства зданий и сооружений, в т.ч. жилья, в нашей стране ежегодно увеличиваются на 20-25%, чему способствует стабилизация экономической ситуации в стране и рост доходов населения. По прогнозам министерства регионального развития РФ объемы строительства жилых зданий в рамках национального проекта «Доступное жилье» в 2010 году должны достигнуть 80 млн. м". Объемы крупнопанельного строительства в последнее время несколько снижаются, а количество зданий, возводимых с использований различных видов каменных кладок, динамично растет. Согласно оценке Госстроя спрос на стеновые материалы (кирпич и камни керамические, различные стеновые блоки) постоянно увеличивается и к 2010 году достигнет 27-28 млрд. штук условного кирпича, при этом объемы производства кладочных растворов могут увеличиться до 17 млн. м3 в год.
В настоящее время лидирующее положение в общем объеме возводимых каменных конструкций занимает кирпичная кладка с использованием преимущественно пористых керамических стеновых материалов. Применение этих материалов невозможно без высокоэффективных кладочных смесей с улучшенными технологическими свойствами (высокая водоудерживающая способность, хорошая пластичность при разравнивании, нерасслаиваемость при транспортировании и др.), которые оказывают влияние на формирование эксплуатационных параметров растворов (требуемая марочная прочность, соответствующая заданной в проекте, однородность структуры, высокие высоло- морозостойкость, низкая теплопроводность и др.).
Одним из наиболее эффективных методов обеспечения свойств строительных растворов, в том числе снижения их себестоимости, является применение модифицирующих добавок из местного техногенного сырья. В этой связи перспективным для города Братска является использование в качестве сырья многотоннажных попутных продуктов производств сульфатной переработки древесины и ферросплавов. Для осуществления кладочных работ в суровых условиях северных районов Иркутской области является актуальным разработка составов и технологии приготовления цементных растворов с использованием тонкодисперсного микрокремнезема и воздухововлекающих добавок из попутных продуктов промышленных предприятий г. Братска.
Диссертационная работа выполнялась в рамках муниципальных целевых программ «Переселение граждан из ветхого и аварийного жилищного фонда в г. Братске на 2005 - 2010 г.г.», утвержденной решением Думы г. Братска от 30.09.2005 г., № 73/г-Д; «Охрана окружающей среды и обеспечение экологической безопасности населения города на 2007 - 2011 г.г.», утвержденной решением Думы г. Братска от 22.12.2006 г, №265/г-Д.
Объект исследования:
Кладочные растворы на цементном вяжущем с добавками попутных продуктов промышленных предприятий г. Братска - МК и ОТП.
Предмет исследования:
Структурообразование и формирование параметров качества кладочных цементно-песчаных растворов с тонкодисперсной активной минеральной добавкой микрокремнезема и органическим ПАВ - ОТП.
Цель работы:
Разработка составов и технологии изготовления цементно-песчаных кладочных растворов с повышенной высоло- и морозостойкостью при совместном введении добавок МК и ОТП.
Задачи работы:
1 Научное обоснование выбора функциональных добавок из местного техногенного сырья.
2 Исследование влияния добавок МК и ОТП на основные свойства цементного теста, камня, растворных смесей и растворов.
3 Исследование влияния добавок МК и ОТП при их совместном введении (СВД) на основные свойства цементного камня, растворных смесей и растворов.
4 Направленное формирование структуры цементных композиций с повышенными эксплуатационными показателям при введении добавок МК, ОТП и при СВД.
5 Изучение структуры кладочных растворов при СВД.
6 Подбор составов кладочных растворов при СВД и изучение их основных технологических и эксплуатационных свойств.
7 Изучение стойкости к высолообразованию на поверхности растворов с хлорсодержащими противоморозными добавками при СВД и их морозостойкости.
8 Разработка технологии изготовления кладочных смесей при СВД, проведение опытно-промышленных испытаний растворных смесей и растворов.
Научная новизна:
? Установлено, что в кладочных растворах с добавками МК (10.. .20 % от массы цемента) и ОТП (0,04 %) при увеличении содержания пор на 4...6 % обеспечивается повышение в 3 раза объема условно-замкнутых пор размером до 500 мк (до 40 % от общего объема пор), что приводит к увеличению морозостойкости растворов на 50...80 % и снижению коэффициента теплопроводности на 19...23 %.
? Установлено, что при совместном введении добавок МК и ОТП увеличивается степень связывания свободного Са(ОН)2 в 3...5 раз, что способствует сокращению образования на поверхности кладочных растворов карбоната СаСОз и кристаллогидрата Na2C03 H20, а также повышению стойкости растворов к высолообразованию. и Установлено, что в кладочных растворных смесях с добавками МК и ОТП повышается водоудерживающая способность до 95...98 % и снижается содержание Са(ОН)2 до 2 % по массе в твердеющем цементном камне за счет образования низкоосновных гидросиликатов кальция состава C-S-H (I), что обеспечивает благоприятные условия для структурообразования и соответствия прочности растворов в шве кладки марочной прочности.
Достоверность полученных результатов:
Достоверность полученных результатов обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием современных поверенных приборов и средств измерений, применением методов физико-химических исследований (ДТА, РФА, ИК-спектрального анализа), применением математических методов планирования экспериментов и статистической обработкой результатов, а также опытными испытаниями и их положительным практическим эффектом.
На защиту выносятся:
н результаты исследований влияния минеральной добавки МК и органической добавки ОТП на основные свойства цементного теста, камня, растворных смесей и растворов; н результаты исследований влияния добавок МК и ОТП при их совместном введении на основные свойства растворных смесей и растворов; в результаты определения рационального содержания МК и ОТП при СВД; результаты исследований влияния СВД на основные технологические свойства кладочных смесей;
и результаты исследования влияния СВД на основные эксплуатационные свойства кладочных растворов; Q результаты физико-химических исследований цементного камня с добавками МК, ОТП и при СВД;
результаты опытно-промышленного внедрения.
Практическая значимость и реализация работы:
н разработаны составы и технология изготовления кладочных растворов с повышенными эксплуатационными свойствами за счет СВД МК и ОТП - попутных продуктов промышленных предприятий г. Братска;
н разработаны рекомендации по подбору и корректировке составов кладочных растворов при СВД в производственных условиях;
и на основании полученных научных результатов разработаны технологический регламент изготовления кладочных растворов на цементном вяжущем и технические условия ТУ 5745-001-02069829-2006;
проведена промышленная апробация разработанных составов и технологии изготовления кладочных растворов при СВД;
и результаты работы внедрены в учебный процесс студентов специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» ГОУ ВПО «БрГУ», ГОУ ВПО «ТГАСУ» в курсах «Строительные материалы», «Технология бетона» и УИРС.
Апробация работы:
Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на Межрегиональных научно-технических конференциях «Естественные и инженерные науки - развитию регионов» (Братск, БрГУ, 2004 - 2008 г.г.), II межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды в муниципальных образованиях на современном этапе» (Братск, 2005 г.), Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005 г.), IV Межрегиональной научно-технической конференции «Строительство: материалы, конструкции, технологии» (Братск, БрГУ, 2005 г.), XIII Международном семинаре Азиатско-Тихоокеанской академии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века» (Новосибирск, НГАСУ (Сибстрин), 2006 г).
Публикации:
Основное содержание работы и её результаты опубликованы в 13 печатных работах, включая научные статьи и тезисы докладов, в т.ч. 1 статья в рецензируемом ВАК журнале «Строительные материалы».
Структура и объём работы:
Диссертационная работа изложена на 190 страницах основного текста, содержит 68 рисунков, 26 таблицы; состоит из введения, 6 глав, основных выводов, библиографии, включающей 165 источников, 8 приложений на 32 страницах. Общий объём работы 222 страницы.
Диссертационная работа выполнялась с 2003 по 2008 г.г. Экспериментальные работы проводились в лабораториях кафедры СМиТ ГОУ ВПО «БрГУ».
Автор выражает благодарность д.т.н., профессору А.И. Кудякову (ГОУ ВПО «ТГАСУ»), к.г.-м.н., профессору М.П. Глебову (ГОУ ВПО «БрГУ») за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы, а также И.С. Рубайло (ГОУ ВПО «СФУ») за помощь при проведении физико-химических исследований.
