Содержание к диссертации
Введение
1. Ускорение твердения цементных бетонов. Состояние вопроса 12
1.1. Существующие методы ускорения твердения бетона 12
1.2. Роль пластификаторов в составе комплексных ускорителей твердения цементных бетонов 26
1.3. Комплексные ускорители твердения 30
1.4. Гальванический шлам. 34
1.4.1. Способы утилизации гальванических шламов 34
1.4.2. Процесс образования гальванического шлама 41
1.5. Выводы 45
2. Характеристика объектов и методов исследования и испытания 46
2.1. Исходные материалы 46
2.2. Химические добавки и отходы, применяемые для изготовления комплексного модификатора 48
2.3. Методы исследования 50
3. Влияние химических добавок на процессы гидратации портландцемента и структурообразование цементного камня 56
3.1. Ускорители твердения 56
3.1.1 Сравнительная оценка ускорителей твердения и выбор наиболее эффективных 56
3.2. Определение свойств гальванического шлама 58
3.2.1. Определение плотности и влажности гальванического шлама 58
3.2.2. Химический состав гальванического шлама 59
3.3. Исследование размолоспособности гальванического шлама 60
3.4. Исследование распределения частиц гальванического шлама по размерам 62
3.5. Оценка активности гальванического шлама 66
3.6. Выбор пластификатора 68
3.7. Кинетика гидратации цемента с химическими добавками 72
3.8. Влияние ГШ и ГШ в комплексе с С-3 и Melflux на контракционную усадку цементного камня 74
3.9. Пластическая прочность 76
3.10. Оценка влияния ГШ и в комплексе с суперпластификаторами на прочность цементного камня 79
3.11. Особенности гидратации и формирования фазового состава цементного камня с добавками 80
3.12. Разработка модели твердения цемента в присутствии комплексного ускорителя твердения 92
3.13. Исследование структуры модифицированного цементного камня 96
3.12. Выводы 97
4. Влияние комплексного модификатора на свойства цементных бетонов 99
4.1. Исследование влияния гальванического шлама на прочность мелкозернистого бетона и выбор оптимальной дозировки 99
4.2. Влияние модуля крупности песка на эффективность действия комплексного ускорителя 103
4.3. Влияние вида цемента на эффективность комплексного ускорителя 105
4.3.1. Водоредуцирующий эффект комплексной добавки в зависимости от вида цемента 105
4.3.2. Прочность мелкозернистого бетона с добавкой при использовании различных видов цемента 106
4.4. Сокращение режимов тепловлажностной обработки с использованием комплексных ускорителей твердения 109
4.5. Влияние подвижности бетонных смесей на эффективность комплексного ускорителя 114
4.6. Оценка влияния комплексной добавки на свойства бетонной смеси и бетона 116
4.6.1. Сохраняемость подвижности бетонной смеси 116
4.6.2. Сравнительный анализ пластифицирующего эффекта комплексных ускорителей твердения 117
4.6.3. Влияние комплексного ускорителя на прочность при сжатии тяжелого бетона 118
4.7. Выводы 120
5. Долговечность цементных бетонов с разрабатываемой добавкой. технология производства комплексного модификатора и техникоэкономическая эффективность производства и применения 121
5.1. Линейные деформации расширения цементного камня 121
5.2. Характер структуры мелкозернистого бетона с комплексными ускорителями твердения 123
5.3. Влияние комплексного модификатора на морозостойкость и водонепроницаемость бетона 126
5.4. Разработка технологии производства комплексного ускорителя 127
5.4.1. Организация складского хозяйства 128
5.4.2. Сушильное отделение 129
5.4.3. Дозировка компонентов и приготовление химической добавки 129
5.4.4. Фасовка готовой продукции 130
5.5. Технико-экономическая эффективность производства и применения комплексного модификатора 132
5.6. Экономическая оценка эффективности добавок 134
5.7. Выводы 137
Общие выводы 138
Список использованных источников 140
- Способы утилизации гальванических шламов
- Особенности гидратации и формирования фазового состава цементного камня с добавками
- Сокращение режимов тепловлажностной обработки с использованием комплексных ускорителей твердения
- Характер структуры мелкозернистого бетона с комплексными ускорителями твердения
Введение к работе
Актуальность работы.
Цементный бетон является главным конструкционным материалом в строительстве. Одним из его немногих недостатков является медленный набор прочности, ускорить который можно прогревом. Поэтому тепловлажностная обработка (ТВО) бетонных и железобетонных изделий и конструкций пока остается необходимым (и самым продолжительным) технологическим переделом их производства. Однако ТВО - процесс металло- и энергоемкий, поэтому стремление к безпрогревной технологии бетона привело к появлению химических добавок ускоряющего действия. Причем индивидуальные добавки ныне уже малоэффективны, и потому большее предпочтение отдается добавкам поли функциональным.
В качестве сырьевой базы для получения химических добавок при производстве строительных материалов весьма привлекательны малотоннажные побочные продукты и отходы различных отраслей промышленности (химической, микробиологической и др.) и, в том числе, гальванические шламы. Водные суспензии и растворы - отходы гальванопроизводства после нейтрализации направляют на захоронение, так как их переработка для самого производителя обременительна. На сегодняшний день в строительной индустрии используется весьма незначительная часть гальванических шламов, хотя технологически они являются наиболее «подготовленными», поскольку представляют собой высокодисперсные продукты. Одним из таких отходов являются шламы гальванической обработки профильно-погонажных и других изделий из алюминиевых сплавов в некоторых отраслях промышленности. Наличие в их составе оксидов, гидроксидов и сульфатов алюминия и других металлов обуславливает целесообразность их использования в качестве основы для получения добавок полифункционального действия в цементные бетоны. До сих пор гальванические шламы алюминиевых сплавов - назовем их гальванические алюмошламы - в этом качестве не использовались.
Цель исследования: разработка состава и способа получения комплексного ускорителя твердения цементных бетонов на основе шлама гальванообработки алюминиевых изделий.
Для ее достижения были поставлены следующие задачи:
обосновать возможность эффективного применения гальванического алюмошлама в цементных бетонах;
исследовать химические процессы взаимодействия гальванического алюмошлама с портландцементами и его влияние на структурообразование цементного камня;
3) подобрать состав комплексного ускорителя твердения и исследовать его
влияние на технологические свойства бетонных смесей и эксплуатационно-
технические свойства бетона;
4) разработать способ изготовления комплексного ускорителя твердения бетона на основе гальванического алюмлошлама. Научная новизна.
Установлено, что добавка гальванического алюмошлама ускоряет набор прочности цементного камня, что вызвано увеличением доли эттрингита в ранние сроки его твердения и уменьшением доли портландита, как в ранние (1-е сутки), так и в поздние сроки (28-е сутки);
Выявлен синергизм совместного влияния гальванического алюмошлама с суперпластификатором С-3 на скорость твердения цементного теста, проявляющийся в том, что их бинарная смесь в соотношении 2:1 позволяет ускорить твердение цементных бетонов в возрасте первых 16 часов и первых суток в 3 и 2,2 раза, соответственно. Причиной этого эффекта является возрастание концентрации сульфат - ионов в цементном тесте в связи с уменьшением содержания в нем воды при пластификации;
Выявлено полифункциональное влияние комплексного ускорителя твердения цементных бетонов на основе гальванического алюмошлама и суперпластификатора на технологические свойства бетонных смесей и эксплуатационно-технические свойства бетонов, проявляющиеся в снижении водопотребности смеси на 20-25%, повышении прочности бетона при сжатии: через 16 часов на 200% и через сутки на 130% (обусловленное ускоренным образованием эттрингита), а также в увеличении морозостойкости (на 2 марки) и водонепроницаемости (на 2-3 ступени).
Практическая значимость работы заключается:
в разработке состава нового комплексного ускорителя твердения на основе гальванического алюмошлама, добавка которого в количестве 3% от массы цемента позволяет достичь высоких показателей прочности бетона, как в раннем возрасте, так и в марочном, увеличить долговечность и экономическую эффективность производства и применения бетонных изделий;
в разработке нормативной документации (ТУ и технологического регламента) для производства комплексного ускорителя твердения цементных бетонов.
Внедрение результатов.
Результаты проведенных исследований использованы при выпуске опытно-промышленной партии тротуарной плитки класса по прочности ВЗО на производственной базе ООО «Эльбрус-К» (г.Казань).
Теоретические положения диссертационной работы, а также результаты экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс подготовки инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Апробация работы.
Представленные в диссертации результаты исследований докладывались на: ежегодных научно-технических конференциях КазГАСУ (Казань, 2008-2011гг.), XV Академических чтениях РААСН «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (Казань, 2010г.), международном семинаре-конкурсе молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (Москва, 2010г.), всероссийской научно-практической конференции «Строительное материаловедение сегодня: актуальные проблемы и перспективы развития» (Челябинск, 2010г.), республиканском конкурсе научных работ студентов и аспирантов на соискание премии им. Н.И. Лобачевского (Казань, 2011г.), всероссийском молодежном инновационном форуме Селигер-2010. Выигран грант в конкурсе инновационных проектов «Идея-1000» в номинации «Молодежный инновационный проект», автор является победителем Молодежного Научно-Инновационного Конкурса («УМНИК-2008»), победителем конкурса научных работ среди студентов и аспирантов на соискание премии имени Н.И. Лобачевского (Казань, 2011г.), победитель программы «Старт - 2011» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ (в т.ч. 2 научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ). Подана заявка на изобретение: «Способ получения комплексного ускорителя твердения цементных бетонов» (№ 2011116660 от 28.04.2011).
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список использованных источников из 127 наименований и приложения. Диссертация изложена на 151 страницах, содержат 33 таблицы, 47 рисунков.
Автор благодарит к.т.н., доц. Морозова Н.М. за соруководство при выполнении диссертационного исследования и сотрудников кафедры ТСМИК за внимание и помощь при выполнении исследований.
Способы утилизации гальванических шламов
В последнее время все больше применение в технологии производства строительных материалов находят побочные продукты и техногенные отходы различных отраслей промышленности.
В течении последних лет внимание многих исследователей привлекают твердые и пастообразные отходы в виде шламов, образующихся после обезвоживания заводских стоков предприятий химической, машиностроительной, энергетической, микробиологической, фармацевтической, стекольной и других отраслей промышленности [48-51].
Исследованию способов обработки и утилизации осадков производственных сточных вод, в частности гальванических шламов, посвящены работы Тараканова О.В., Яковлева СВ., Виноградова С.С., Евилевич А.З., Лукичева Ю.Ф., Запольского А.К., Левицкой И.А., Григорьева Б.А., Генцлер И.В., Войтовича В.А., Улицкой В.А. [53-64] .
В настоящее время гальванические производства имеют практически все предприятия машиностроительной, электротехнической и других отраслей промышленности России. Переработка гальванических шламов для предприятий обременительна, поэтому они после нейтрализации (перевода в менее растворимые соединения) направляются на захоронение. Однако, это не решает проблемы сохранения окружающей среды, поскольку и после нейтрализации шламы являются в той или иной степени токсичными.
Гальванические отходы, как правило, содержат относительно невысокие концентрации цветных ценных металлов. Кроме того, форма их нахождения в составе гальванических отходов и близость их химических свойств требуют применения специальных химических методов выделения. Поэтому рециркуляция металлов из гальванических отходов является экономически невыгодным мероприятием. Единственно перспективным, получившим развитие в других странах способом утилизации гальванических отходов, является их применение в качестве добавок в различных строительных материалах[65].
Следует отметить, что проблема утилизации отходов гальванических производств в стране, пока стоит не на должном научно-техническом уровне. В одних случаях они вывозятся на полигоны ТБО, в других - накапливаются в емкостях на территории промышленных предприятий и т.д. С нашей точки зрения, наиболее рациональным путем их утилизации является использование этих отходов в качестве компонента строительных материалов, конечно с обязательным гигиеническим исследованием их и особенно строительных материалов, изготовленных на их основе [66].
В начале XIX в. английский ученый М. Фарадей изобрел гальваностегию — отложение с помощью электролиза тонкой пленки одного металла на поверхности какого-либо изделия, изготовленного из другого металла. К середине XX в. гальваностегия стала одной из технологий защиты стальных изделий от коррозии с помощью покрытий из хрома, никеля, кадмия, многих других металлов, а также декоративной отделки различными металлами, включая драгоценные. С помощью гальванических покрытий изделиям придают и такие свойства, как повышенные износостойкость, твердость, более низкий коэффициент трения.
Однако гальваностегия — экологически грязное производство, поскольку при его функционировании образуются сточные воды, содержащие высокотоксичные ионы тех металлов, из которых формировались покрытия. Для того чтобы не допустить попадания этих ионов в природные водоемы, сточные воды обрабатывают чаще всего гидроксидом кальция (гашеной известью). Под его действием ионы переходят в гидроксиды соответствующих металлов — вещества, плохо растворимые в воде.
Поскольку для гальваностегии используют в основном сульфаты металлов, то наряду с гидроксидами металлов под действием извести на сточные воды образуется и малорастворимый сульфат кальция. Поэтому в осадке оказывается и избыток извести, используемой для осаждения, а также часть органических соединений, входивших в состав гальванической ванны (так называют водный раствор определенной соли, металл которой осаждают на изделии). Этот осадок получил название гальванического шлама — гальваношлама (ГШ). Используют и другие осадители ионов, но все они действуют одинаково — переводят ионы цветных металлов в нерастворимые вещества.
В поисках путей избавления от этого отхода в бывшем СССР были предприняты попытки его переработки на свободные металлы или на соли, или оксиды, или гидроксиды металлов. Примером таких попыток является создание Приокского центра по переработке ГШ в г. Нижнем Новгороде, на котором некоторое время пытались получать из этого отхода гидроксиды индивидуальных металлов по аммиачной технологии. Однако эти гидроксиды оказывались намного дороже товарных, а само производство было экологически опасным. Оба этих фактора привели к ликвидации Центра [67].
В работе [12] рассматриваются рациональные области применения гальванических шламов в производстве материалов для дорожного строительства. Основное назначение шламов заключается в использовании их в качестве добавок-наполнителей и активизаторов твердения вяжущих.
Шламы, содержащие от 50 100 % оксида алюминия являются полноценными заменителями дефицитных природных бокситов, шламы, содержащие фазы оксидов железа и алюминия в различных соотношениях, можно использовать в строительных материалах специального назначения; глинозёмистые и высокоглинозёмистые шламы используют в качестве добавок для жаростойких бетонов, для создания особочистых цементов, материалов общестроительного назначения, расширяющихся цементов, бетонов, растворов. Кальцийсодержащие шламы целесообразно применять в сложных строительных растворах, в качестве пластифицирующих добавок.
Шламы, образующиеся в цветной металлургии при переработке красных бокситов в алюминиевые отливки, целесообразно использовать в роли добавки к бетонам. Тонкодисперсные частицы, содержащие кварц, глинозём, оксиды металлов, способствуют экономии основных компонентов бетонной смеси: цемента - 20 25%, песка - 10+15%, придают связность бетонной смеси, улучшают её формуемость [68].
Шлам, содержащий оксиды железа (до 70% по массе), абразивные неметаллические фракции (до 10%) по массе) и смазочно-охлаждающую жидкость (далее СОЖ) целесообразно использовать в качестве воздухововлекающей и модифицирующей добавки в глинистую массу без дополнительной его обработки. Установлен механизм воздействия СОЖ на структуру и свойства глинистых минералов, заключающийся в разложении органической составляющей при обжиге смеси с последующим газообразованием и поризацией глинистой массы. Установлено, что СОЖ оказывает плаетифицирующее действие: способствует повышению технологических свойств, и гомогенизации сырьевой смеси. В тоже время тонкодисперсные фракции металлов оказывают армирующее действие, повышая прочностные показатели [69]. в работе [70] найдено применение высокоминерализованному шламу, в составе которого содержатся модификации сульфата кальция и оксиды различных металлов. При фильтровании отхода образующийся твёрдый кек подвергался тепловой обработке в интервале температур 110-200 С, образующиеся модификации сульфата кальция по составу близки к природному сырью, а по размеру фракции более однородны, чем традиционное сырьё. Целесообразно применять их в качестве вяжущего при производстве штукатурных смесей, а также использовать как наполнитель в асфальтобетонные смеси, заменяя при этом дорогостоящее карбонатное сырьё.
В работе [52] предложен метод послойного нанесения полимеров на кварцевый песок, который служит ионообменником для очистки гальванических стоков. Модифицированный по предлагаемой схеме песок содержит полимерные добавки, наночастицы гидроксидов многовалентных металлов и анионы кислотных осадков. Свойства цементобетона, включающего модифицированный песок, могут существенно отличаться от свойств цементобетона на основе обычного песка. Это обусловлено тем, что вводимые модификаторы известны как добавки в цементобетон, играющие роль поверхностно-активных веществ, ускорителей твердения, центров кристаллизации.
Особенности гидратации и формирования фазового состава цементного камня с добавками
Рентгенографическое исследование цементных камней заключалось в определении их фазового состава, относительного содержания в них аморфной и кристаллической фаз и относительной степени гидратации.
Диагностика каждой кристаллической фазы осуществлялась путем идентификации соответствующих ей характеристик отражений с определёнными значениями межплоскостных расстояний (ё) и относительных интенсивностей (I) на полученных дифрактограммах. Процедура идентификации основана на сопоставлении полученных дифрактограмм с карточками интернациональной базы порошковых дифрактометрических данных (базы JCPDS), содержащей значения I и ё эталонных минералов.
Полученные методом рентгенографии дифракционные картины цементных камней указывают, что они состоят из двух групп компонент: аморфной и кристаллической. Рентгенографический метод анализа может надежно определить лишь кристаллическую составляющую ЦК, т.е. ее минеральный состав.
Минералы изученных цементных камней, обнаруженные методом рентгенографии, во всех изученных образцах являются либо минералами портландцемента (C3S, С28, С4AF, С3А, включая кварц), либо минералами цементного камня (портландит, эттрингит, кальцит).
Рентгенографическое исследование цементного камня контрольного состава (без добавок) показало, что его минеральный состав согласуется с паспортными данными.
Гидратные новообразования в цементных камнях представлены портландитом (Са(ОН)2) и двухкальциевым гидросиликатом, теоретический состав которого можно описать формулой Ca2Si04- п Н2О. При увеличении срока твердения цементного камня возрастает относительная интенсивность портландита возрастает, что говорит о реакции гидратации алита с образованием гидросиликатов, что подтверждается снижением интенсивности пиков алита. Наряду с кристаллическими фазами в цементных камнях содержится аморфная составляющая, которая также представлена гидратным новообразованием коллоидной размерности, вероятно состава Ca2S104 пН20.
Гидратация портландцемента приводит к уменьшению содержания в ЦК минералов C3S, C2S, С4AF, С3А, обладающих вяжущими свойствами. Одновременно с этим увеличивается содержание новообразованных аморфной фазы и портландита (d=4,924А, 6= 1,92бЛ, 4= 1,448А). Содержание эттрингита (d=9,790A, d=5,614А, 4=4,695А, 4=2,629А) в образцах различного 28 суточного возраста увеличивается.
Анализ дифрактограммы цементного камня без добавок показывает, что в портландцементе прогидратировали, главным образом, алит и белит, алюминаты кальция и алюмоферриты прогидратировали значительно слабее. В упрощенном варианте схему гидратационного преобразования, прошедшего в цементном камне, можно описать двумя реакциями:
Ca3Si05 + ПН2О - Ca2Si04 пН20 + Са(ОН)2,
Ca2Si04+ ПН2О - Ca2Si04 ПН2О ,
Как видно из приведенных уравнений оба соединения - алит и белит преобразуются в двухкальциевый гидросиликат, который в начальный период твердения портландцемента существует в виде частичек коллоидной размерности. Именно появление Ca2Si04nH20 и приводит к тому, что в цементном камне присутствует значительное количество аморфной составляющей. Другими словами процесс гидратации портландцемента фиксируется на начальной стадии, когда основная часть новообразований находится в коллоидной форме. Лишь незначительная часть коллоида выкристаллизовалась в портландит (Са(ОН)2) и гидросиликат кальция 2CaOS102nH20, количество молекул воды в структуре которого варьируют от 3 до 4 и который относится к группе высокоосновных гидросиликатов типа C-S-H (II) по X. Тейлору или C2SH2 по Р. Боггу.
Цементный камень с комплексными добавками претерпел значительные изменения. Уже в первые сутки твердения значительно снижается интенсивность пиков портландита (d=4,908, d=3,104, d=2,445, d=l,686A, d= l,449), что может говорить о связывании образованного портландита с кварцом комплексной добавки и образованием низкоосновных гидросиликатов типа CSH.
Также существенно снижается интенсивность пиков алита, что может говорить о высокой скорости гидратации этого минерала. Интенсивность пиков же СзА уже на первые сутки твердения модифицированного цементного камня уменьшается.
На основании сказанного можно заключить, что начальная прочность ЦК (в суточном возрасте) преимущественно обусловлена формированием новообразованного эттрингита, рост прочности в более поздние сроки обусловлен формированием новообразованных гидросиликатов кальция, имеющих аморфную структуру.
Первичное образование эттрингита в начальной фазе гидратации вызывает позитивный эффект регулирования схватывания, образование эттрингита в затвердевшем же бетоне приводит к деструктивным процессам. При гидратации портландцемента в обычных условиях в структуре цементного камня образуется до 40% портландита — кристаллической гидроокиси кальция. Портландит представляет собой крупные кристаллы, которые достаточно легко растворяются в воде, обладают низкой прочностью и твердостью (2 по шкале Мооса). Поэтому необходимо проследить количественное изменение как эттрингита, так и портландита в твердеющем цементном камне. Рентгенографический фазовый анализ составов на 1 и 28 сутки твердения цементного камня подтвердили увеличение эттригита в образцах с ГШ, а так же последующее уменьшение его содержания на 28 сутки твердения. Результаты представлены в таблице 3,10.
Сокращение режимов тепловлажностной обработки с использованием комплексных ускорителей твердения
Сокращение сроков схватывания цемента и интенсификации его твердения актуальны как для бетонов нормально-влажностного твердения, так и подвергаемых тепловлажностной обработке. Введение добавок-ускорителей схватывания и твердения, комплексных ускорителей твердения в бетон активизируют процессы гидратации цемента, что приводит к ускоренному образованию субмикрокристаллических продуктов гидратации, обладающих высокой прочностью. Введение комплексных ускорителей твердения позволяет снизить энерго-затраты при производстве железобетонных изделий, а также повысить оборачиваемость формооснастки.
Рассмотрено влияние добавок ускорителей твердения на прочность бетонов в зависимости от режима ТВО. Были использованы добавка на основе гальванического шлама ГШС, комплексный ускоритель твердения Гексалит, и суперпластификатор С-3, так как он входит как в состав Гексалита так и разработанной добавки. Составы бетонов приведены в таблице 4.5.
Для оценки эффективности добавки, бетоны подвергали тепловлажностной обработке по режимам. Режимы тепловлажностной обработки представлены в таблице 4.6.
Из рис. 4.9 и 4.10 видно что, при твердении бетонов в нормально-влажностных условиях (1=20C и W=90-95%) максимальное ускорение твердения наблюдается у разработанной добавки, прирост прочности при сжатии составил 60% относительно бездобавочного состава.
Процесс тепловлажностной обработки на заводах длится 15-18 часов, температура пропаривания бетона составляет 1=80С. Дальнейшее повышение температуры не приводит к увеличению прочности и приводит к деформациям изделий. Поэтому следующим режимом ТВО был выбран режим №1. Данный режим иммитирует проведение ТВО в заводских условиях. Результаты представлены на рис. 4.11 и 4.12.
Из рис. 4.11,4.12 видно что наибольший прирост прочности имеет состав с суперпластификатором С-3. Это объясняется максимальным снижением водопотребности смеси от введения данной добавки. Так прирост прочности на сжатие относительно бездобавочного состава составил 25%, введение добавок ускорителей Гексалита и ГШ+С-3 позволило увеличить прочность на 8% и 15% соответственно.
Далее был опробован способ по сокращению предварительной выдержки бетона по режиму тепловлажностной обработки №2.
При пропаривании бетона с сокращенной предварительной выдержкой образцы вспучились и треснули, образец с разработанной добавкой практически не вспучился, этот факт говорит о том, что бетон уже имеет начальную структурную прочность, которая сдерживает внутренние напряжения. Прочность образцов указана на рисунке (рис. 4.13).
Максимальное снижение энергозатрат при пропаривании изделий можно добиться за счет снижения температуры тепловлажностной обработки или за счет сокращения времени изотермической выдержки.
При снижении температуры ТВО до 1=40C снижается время подъема и спуска температуры, общее время обработки составит 11 часов. Результаты испытаний представлены нарис. 4.14, 4.15.
Из рис. 4.14, 4.15 видно, что введение добавок ускорителей твердения позволяет повысить прочность бетона при сжатии на 45-47%.
При пропаривании бетона по режиму №4 время ТВО составило 9 часов, за счет исключения изотермической выдержки. Результаты приведены на рис. 4.16 и 4.17.
При прогреве бетона по данному режиму прирост прочности бетона с разработанным комплексным ускорителем твердения составил 45-50% относительно бездобавочного состава, а также имею такую же прочность как и на 1 сутки твердения в нормально-влажностных условиях.
Таким образом, введение комплексного ускорителя на основе гальванического шлама в цементные системы приводит к ускорению формирования кристаллизационной структуры в ранние сроки твердения и ускоренному набору прочности бетона, что позволяет существенно снизить энергозатраты при производстве железобетонных изделий за счет сокращения времени тепловлажностной обработки или температуры.
Характер структуры мелкозернистого бетона с комплексными ускорителями твердения
Использование ускорителей твердения, к которым, как было выяснено, относится ГШС, существенно меняет характер структуры цементного камня в первоначальный период твердения и, следовательно, влияет на пористость бетона.
Пористость - важная характеристика бетона, определяющая его долговечность (прочность, морозоустойчивость, износостойкость и др.). Поры в бетоне преимущественно представлены сообщающимися друг с другом тонкими каналами - капиллярами, на более поздних стадиях твердения разобщенных цементным гелем, которые также имеют поры, но существенно меньших размеров. Количество, размер и форма пор определяется условиями формирования начальной структуры цементного камня.
Оценку строения норового пространства мелкозернистого бетона исследовали по кинетике водопоглощения образцов 7,07x7,07x7,07 см в соответствии с методикой [12]. Для этого изготовлены шесть серии образцов: контрольный срстав и бнтоны с добавками С-3, реламикс, гексалит, лигнопан Б2 и ГШС.
Кинетика водопоглощения указанных образцов до 24 часов представлена на рис. 5.2, из которого видно, что бетон с ГШС обладает меньшей интенсивностью водонасыщения, чем бетон контрольного состава. Интенсивность водонасыщения с добавкой ГШС по отношению к контрольному составу на 1сут. уменьшается на 63%.
По результатам испытания рассчитывали относительное водопоглощение по массе в момент времени ti = 0,25 часа - Wl и t2 = 1 час -W2. Затем графоаналитическим методом по результатам расчета кривой насыщения и номограмме определяли параметры аиі, характеризующие строение норового пространства бетона. Результаты проведённых расчетов опытных данных представлены в табл. 5.1.
Согласно экспериментальным данным для бетона с ГШС в сравнении с бетоном без добавок характерна меньшая интегральная пористость (4,1 %) по сравнению с контрольным (6,6%), хотя и большая чем по сравнению с составами бетонов с суперпластификатором С-3 и добавкой Реламикс (3,7%). Это указывает на меньший суммарный объем всех пор и капилляров, сообщающихся с поверхностью образца и между собой.
Показатель среднего размера открытых капиллярных пор X, характеризующий предел отношений ускорения процесса водопоглощения к его скорости для бетона с ГШС и контрольного в сравнении с бетоном без добавок уменьшился на 45%. Наибольшей однородностью размеров открытых капиллярных пор обладает бетон с ГШС и С-3 (а = 0,93).
На основе результатов расчета показателей пористости (табл. 5,1), можно заключить, что ГШС в составе бетона снижает диаметр сообщающихся капилляров, так как водонасыщение проходит менее интенсивно, чем у бетона без добавок. Вероятно, это связано с быстрым выделением алюмосиликатных новообразований при взаимодействии ГШ с минералами цемента, что быстро закупоривает капилляры бетона, препятствуя проникновению воды. Это явление усиливается при введении совместно с ГШ суперпластификатора С-3 (добавка ГШС), который за счет снижения свободной воды в бетоне дополнительно снижает его пористость.
