Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Гипсовые материалы с минеральными и химическими добавками 12
1.1 .«Устойчивое развитие» и гипсовые материалы 12
1.2. Повышение показателей физико- технических свойств гипсовых вяжущих введением минеральных добавок и материалов на их основе 17
1.3. Глинистые вещества в составе композиционных минеральных вяжущих 23
1.4. Штукатурные гипсовые смеси и водоудерживающие добавки 34
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследований 40
2.1. Материалы исследований 40
2.2. Методы исследований 45
Глава 3. Разработка и исследования свойств композиционного гипсоизвестковокерамзитового вяжущего 49
3.1. Состав и гидравлическая активность разновидностей керамзитовой пыли 49
3.1.1. Химический, фазовый и минеральный состав разновидностей керамзитовой пыли 49
3.1.2. Гидравлическая активность керамзитовой пыли и ее зависимость от удельной поверхности 52
3.2. Зависимость свойств теста и камня строительного гипса от содержания и дисперсности добавок керамзитовой пыли 56
3.2.1. Влияние содержания и дисперсности добавок керамзитовой пыли на прочность камня строительного гипса 56
3.2.2. Зависимость нормальной густоты и сроков схватывания строительного гипса от содержания и дисперсности добавок молотой керамзитовой пыли 59
3.2.3. Влияние содержания и дисперсности добавок молотой керамзитовой пыли на коэффициент размягчения камня строительного гипса 61
3.3. Влияние содержания извести на свойства КГИКВ 62
3.4. Зависимость свойств КГИКВ от содержания и дисперсности добавок различной керамзитовой пыли 64
3.4.1. Влияние содержания и удельной поверхности керамзитовой пыли различного вида на нормальную густоту, сроки схватывания и среднюю плотность камня КГИКВ 64
3.4.2. Влияние вида, содержания и дисперсности керамзитовой пыли на
прочность при сжатии и коэффициент размягчения камня КГИКВ.. 66
3.5. Исследования влияния пластифицирующих добавок на свойства КГИКВ... 71
3.6. Плотность упаковки зерен КГИКВ в зависимости от дисперсности и гранулометрического состава 74
3.7. Рентгенофазовый анализ модельных образцов камня на основе керамзитовой пыли и извести 80
3.8. Рентгенофазовый и дифференциально-термический анализ продуктов твердения и структуры камня КГИКВ 84
3.9. Пористость и микроструктура КГИКВ 88
3.10. Кинетика изменения прочности и линейной деформации камня КГИКВ при длительном твердении в различных условиях 92
3.11. Определение области оптимальных составов комплексной добавки керамзитовой пыли и извести по показателям прочности и коэффициента размягчения камня КГИКВ 93
ГЛАВА 4. Разработка и исследование свойств композиционного гипсоизвстковокерамзитошлакового вяжущего 99
4.1. Влияние комплексных добавок молотых гранулированных доменных шлаков и керамзитовой пыли и извести на нормальную густоту и сроки схватывания КГИКШВ 100
4.2. Прочность при сжатии и коэффициент размягчения камня КГИКШВ в зависимости от содержания и основности добавок молотых гранулированных доменных шлаков и количества добавки извести 102
4.3. Плотность упаковки зерен КГИКШВ в зависимости от дисперсности и гранулометрического состава 108
4.4. Область оптимальных составов по показателям прочности и водостойкости КГИКШВ 111
4.5. Рентгенофазовый и дифференциально-термический анализ состава продуктов гидратации КГИКШВ 116
4.6. Пористость и микроструктура камня КГИКШВ 120
4.7. Прочность и деформации образцов КГИКШВ
при длительном хранении в различных условиях 125
ГЛАВА 5. Исследование свойств и разработка составов штукатурных смесей и бетонов на основе кгикв и кгикшв и их технико-экономическая эффективность 129
5.1. Эффективность различных водоудерживающих добавок в штукатурных смесях на основе КГИКШВ 130
5.2. Свойства растворных смесей на основе КГИКВ и КГИКШВ с добавкой 2% водоудерживающей добавки PEO-S в зависимости от содержания кварцевого песка 134
5.3. Влияние условий и длительности твердения и воздействия эксплуатационных условий на свойства растворной смеси на основе КГИКШВ 136
5.4. Легкие растворные смеси на основе КГИКВ и КГИКШВ 139
5.5. Исследование основных физико-технических свойств штукатурных сухих смесей на основе разработанных композиционных вяжущих 141
5.6. Бетоны на основе КГИКВ и КГИКШВ 147
5.7. Технико-экономическая эффективность сухих штукатурных смесей и бетонов на основе КГИКВ и КГИКШВ 151
Основные выводы 154
Список литературы
- Повышение показателей физико- технических свойств гипсовых вяжущих введением минеральных добавок и материалов на их основе
- Зависимость свойств теста и камня строительного гипса от содержания и дисперсности добавок керамзитовой пыли
- Влияние комплексных добавок молотых гранулированных доменных шлаков и керамзитовой пыли и извести на нормальную густоту и сроки схватывания КГИКШВ
- Свойства растворных смесей на основе КГИКВ и КГИКШВ с добавкой 2% водоудерживающей добавки PEO-S в зависимости от содержания кварцевого песка
Введение к работе
Актуальность работы.
Расширение исследований, разработок, производства и применения композиционных гипсовых вяжущих с добавками минеральных промышленных отходов и материалов на их основе является одним из актуальных направлений решения современных проблем обеспечения «устойчивого развития» - ресурсо- и энергосбережения и экологии, особенно, для России, которая располагает половиной мировых запасов гипсового сырья. Гипсовые вяжущие без минеральных и химических добавок и материалы на их основе отличаются по сравнению с цементными низкой водостойкостью и пониженной прочностью.
В настоящее время известна широкая номенклатура бездобавочных и композиционных гипсовых вяжущих с прочностью камня при сжатии в сухом состоянии от 10 до 70-80 МПа и коэффициентом размягчения (Кр) от 0,3 до 0,9 и более с минеральными добавками различного генезиса – молотыми доменными и сталелитейными шлаками, золой, кварцевым песком, стеклобоем, известняком, доломитом, цеолитсодержащими породами, туфом, пемзой, микрокремнеземом, молотым керамическим кирпичом, керамзитом, керамзитовой пылью.
Керамзитовая пыль – многотоннажный отход промышленности строительных материалов, обладающая гидравлической активностью. Известны исследования и разработки гипсовых композиций с единичными пробами керамзитовой пыли отдельных предприятий и способов очистки. Однако, систематических исследований влияния вида, состава, дисперсности и содержания добавок керамзитовой пыли, в том числе в комплексе с другими минеральными и химическими добавками, на свойства композиционных гипсовых вяжущих и материалов на их основе не проводилось. На основании анализа известных исследований по разработке композиционных гипсовых материалов и собственных предварительных исследований активности керамзитовой пыли выдвинута рабочая гипотеза о возможности получения гипсовых материалов с пониженным содержанием строительного гипса и повышенными физико-техническими свойствами при введении комплекса активных минеральных и химических добавок: молотой керамзитовой пыли и доменного шлака, извести и суперпластификатора. Диссертационная работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Отходы», федеральным законом «Об отходах производства и потребления» и планами НИР Казанского ГАСУ, при финансовой поддержке молодежного научного гранта Республики Татарстан (договор субсидии №10-8/2010 от 12.05.10) и гранта программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.») Фонда содействия развитию малых форм предпринимательства в научно-технической сфере (ГК №6663р/9192 от 26.03.2009).
Целью работы является экспериментально-теоретическое обоснование возможности получения и разработки составов композиционных гипсовых материалов с добавками керамзитовой пыли.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ современного состояния и недостатков исследований и разработок композиционных минеральных вяжущих с добавками керамзитовой пыли и материалов на их основе;
- анализ химического, минерального и фазового составов керамзитовой пыли различных предприятий и способов очистки;
- выявление закономерностей и установление зависимостей влияния на свойства теста и камня композиционных гипсовых вяжущих на основе строительного гипса вещественного, минерального, фазового, гранулометрического составов и содержания добавок молотой керамзитовой пыли, а также в комплексе её с гранулированным доменным шлаком раздельно и в сочетании с добавками извести и суперпластификаторов;
- выявление закономерностей влияния вида и содержания водоудерживающих и воздухововлекающих добавок, кварцевого и перлитового песка на свойства растворных смесей на основе композиционных гипсовых вяжущих, содержащих молотые керамзитовую пыль и доменный шлак;
- определение оптимальных составов композиционных гипсовых вяжущих по показателям основных физико – технических свойств и структуры камня;
- разработка проектов технических условий на композиционные гипсовые материалы и сухие строительные смеси на их основе и технологических регламентов на их производство.
Научная новизна работы.
Эффективность керамзитовой пыли как активной минеральной добавки в составе композиционных гипсоизвестковокерамзитовых и гипсоизвестковокерам-зитошлаковых вяжущих возрастает с повышением суммарного содержания в ней кислых оксидов от 74,7 до 79,15%, рентгеноаморфной фазы от 14 до 30% и снижением содержания недегидратированной глины от 14,1% до 9,5%, при этом происходит возрастание её гидравлической активности при удельной поверхности 500 м2/кг, соответственно, с 377 до 462 мг/г, а также увеличение количества низкоосновных гидросиликатов кальция при ее взаимодействии с известью на 25%.
Выявлен синергетический эффект при введении в оптимальных количествах добавок молотых до удельной поверхности 500 м2/кг керамзитовой пыли и гранулированного доменного шлака совместно с добавками извести и суперпластификатора в состав композиционного гипсоизвестковокерамзитошлако-вого вяжущего, заключающийся в увеличении количества новообразованных низкоосновных гидросиликатов кальция, заполняющих поры с образованием более плотной и мелкозернистой структуры искусственного камня при снижении общей пористости на 34,4%, объема открытых пор на 14,2%, повышении прочности в 2,5 раза, Кр до 0,96, а также долговечности в результате уменьшения содержании свободной Са(ОН)2 и создания необходимых условий для прекращения образования и роста количества эттрингита в затвердевшем искусственном камне.
Увеличение молекулярной массы полиэтиленоксидов от 400 до 4 000 000 приводит к росту водоудерживающей способности с 92 до 98% растворных смесей на основе композиционных гипсоизвестковокерамзитовых и гипсоизвестково-керамзитошлаковых вяжущих при повышении прочности сцепления растворов с основанием от 0,3 до 0,6 МПа и без снижения прочности при сжатии и изгибе.
Практическая значимость работы определена экономической, технической и экологической эффективностью её результатов.
Экономическая и экологическая эффективность заключается в разработке композиционных гипсовых вяжущих с экономией строительного гипса до 30-60% за счет ведения добавок отходов промышленности. Техническая эффективность обеспечена разработкой новых составов вяжущих, сухих строительных смесей и бетонов на их основе со свойствами, отвечающими нормативным требованиям.
Разработаны проекты технических условий на композиционные гипсоизвестковокерамзитовые и гипсоизвестковокерамзитошлаковые вяжущие и штукатурные сухие строительные смеси на их основе и технологические регламенты на их производство.
Осуществлен выпуск опытно – промышленной партии штукатурных сухих строительных смесей на основе композиционных гипсоизвестковокерамзитовых и гипсоизвестковокерамзитошлаковых вяжущих на ООО «Казанский завод сухих строительных смесей», которые были апробированы при выполнении внутренних и наружных штукатурных работ на объектах ООО «Казремстрой» (г. Казань).
Достоверность результатов обеспечена систематическими исследованиями с привлечением стандартных методов испытаний, методов лазерной диспергации при определении фракционного состава минеральных добавок и вяжущего, рентгенофазового и дифференциально-термического анализов, электронной микроскопии, математического планирования экспериментов и статистической оценки результатов экспериментов.
На защиту выносятся:
- выявленные закономерности и установленные зависимости влияния добавок молотой керамзитовой пыли и в комплексе её с молотым гранулированным доменным шлаком различных составов и дисперсности, вида и содержания суперпластификаторов на свойства композиционных гипсовых вяжущих, растворов и бетонов на их основе в сочетании с водоудерживающими и воздухововлекающими добавками и заполнителями;
- результаты исследований минерального состава и микроструктуры камня композиционных гипсовых вяжущих с добавками молотых керамзитовой пыли и в сочетании ее с молотым доменным гранулированным шлаком;
- оптимальные области составов композиционных гипсовых вяжущих с выше указанными добавками, установленные на основе исследований с применением метода ротатабельного планирования;
- результаты исследований и разработок растворных смесей и бетонов на основе композиционных гипсовых вяжущих с содержанием до 30% молотой керамзитовой пыли и до 60% смеси её с молотым доменным шлаком.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях: республиканских и всероссийских научно-технических конференциях КазГАСУ (Казань, 2008-2011 г.); на международной научно-технической конференции XV Академических чтениях РААСН «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации и строительной индустрии» (Казань, 2010 г.); на международном семинаре-конкурсе молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (Москва, 2010 г.); Пятой Международной конференции «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» (Казань, 2010 г.); на Международной конференции «WEIMARER GIPSTAGUNG» (Германия, Веймар, 2011 г.); на Международной конференции «Non Traditional Cement and Concrete» (Чехия, Брно, 2011 г.).
Работа отмечена серебряной медалью X Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, 2010 г.), награждена сертификатом победителя Республиканского молодежного форума – 2011 (Казань, 2011 г.), явилась победителем конкурса грантов для поддержки молодых ученых Республики Татарстан (Казань, 2010 г.), награждена дипломами победителя IV конкурса «Пятьдесят лучших инновационных идей для Республики Татарстан » в номинации «Старт инноваций», программы инновационных проектов «Идея 1000» в номинации «Молодежный инновационный проект» (Казань, 2008 г.), программы «Участник Молодежного Научно-инновационного конкурса» («УМНИК») Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Москва, 2008 г.).
Личный вклад автора. Вклад автора состоит в: обосновании актуальности темы; проведении исследований влияния составов добавок молотых керамзитовой пыли, доменного шлака и химических добавок на свойства композиционных гипсовых вяжущих и материалов на их основе; обработке и обобщении полученных результатов; формировании проектов технических условий на разработанные материалы и технологических регламентов на их производство.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получено положительное решение на выдачу патента на изобретение «Штукатурная гипсовая сухая строительная смесь» по заявке №2010137385 (053194) от 07.09.2010.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы из 149 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 171 страницах машинописного текста, включает 42 таблицы, 79 рисунков.
Автор выражает глубокую благодарность: научному руководителю к.т.н. Халиуллину М.И.; заведующему кафедрой д.т.н., чл.-корр. РААСН Рахимову Р.З. за постоянное внимание к работе и консультации; сотрудникам кафедры строительных материалов КазГАСУ, ФГУП ЦНИИГеолнеруд и кафедры минералогии и литологии Казанского (П)ФУ за помощь при проведении экспериментальных исследований и участие в обсуждении их результатов.
Повышение показателей физико- технических свойств гипсовых вяжущих введением минеральных добавок и материалов на их основе
Анализ последствий все возрастающей антропогенной нагрузки на окружающую среду привел к пересмотру стратегии развития земной цивилизации в целом и отдельных отраслей хозяйства, в том числе и строительной индустрии, в частности. Выдвинута концепция дальнейшего «устойчивого развития», базирующаяся на решении проблем ресурсо- энергосбережения и защиты окружающей среды от накопления загрязняющих ее отходов и побочных продуктов производственной деятельности [1].
Решение этих проблем в производстве и применении минеральных вяжущих веществ и материалов на их основе связано с необходимостью расширения разработок и производства ресурсо- и энергосберегающих и с низкими объемами выбросов отходов и побочных продуктов в окружающую среду вяжущих.
Производство основных в настоящее время клинкерных вяжущих в строительной индустрии - портландцемента и его разновидностей связано с высоким потреблением природного минерального сырья, топлива, электроэнергии и значительными объемами выбросов отходов и побочных продуктов в окружающую среду.
В определенной мере одним из направлений обеспечения «устойчивого развития» строительной индустрии является расширение применения гипсовых вяжущих, производство которых отличается от производства клинкерных вяжущих несравнимо низкими удельными капиталовложениями, энергопотреблением при обжиге и помоле и экологической чистотой [18,19].
Очевидно, этим объясняется динамика постоянно растущих объемов производства гипсовых вяжущих и материалов во многих странах [20].
В ряде ведущих стран, в частности Германии, производство гипсовых вяжущих в последние десятилетия стало достигать 20-27% [21] от общего объема производства минеральных вяжущих. В последние десятилетия рост гипсового производства превосходит экономический рост всех мировых рынков, а в последнее десятилетие и в России. На развитии производства гипсовых материалов су щественно не отразился и мировой экономический кризис последних лет [19]. При оценке значимости гипса и гипсовых материалов в строительстве целесообразно проанализировать историю развития их разработок, производства и применения.
История применения бетона в строительстве на основе исследованной реликтовых находок на территориях Италии, Израиля, Югославии насчитывает более 7,5 тысяч лет [22].
Очевидно, что к этому времени получение гипсовых и известковых вяжущих было освоено. Что из них было первым? Наверное - гипсовые, так как температура обжига строительного гипса 130-180С, а известкового 900 С и выше. О применении гипсового вяжущего в древние времена отмечается и древнеримским архитектором М. Ветрувием в его труде «Десять книг об архитектуре», подготовленной около 2 тысячелетий назад [23]. Эти работы дают основания предполагать, что уже в те времена был известен секрет повышения прочности и водостойкости известковых и гипсоизвестковых материалов добавками пуццоланов и, в частности, измельченной керамикой, о которой упоминается в работах [23,24]. Этот способ улучшения свойств гипсовых и гипсоизвестковых материалов применялся и в более поздние времена, о чем свидетельствуют результатами анализов причин долговечности кладочных растворов и наружной штукатурки, примененных с XI века в Германии [23] и с XII века на территории Азербайджана [25,26].
Гипсовые, известковые, известковопуццолановые и гипсоизвестковопуц-цолановые вяжущие были единственной разновидностью минеральных вяжущих, применяемых в строительстве с древних времен вплоть до конца XVIII века и начала XIX веков, когда последовательно были изобретены гидравлическая известь, романцемент и портландцемент, и в результате этого они потеряли свою главенствующую роль.
В условиях современных требований обеспечения «устойчивого развития» стала возрастать значимость производства и применения гипсовых вяжущих, и особенно, для России, которая располагает половиной - по категориям (A+B+Ci) 3275,9 млн. т. мировых запасов природного гипсового камня [18]. Кроме того, ежегодно образуется более 50-ти видов гипсовых отходов различных отраслей промышленности в объемах, измеряемых десятками млн. т: фос-фо-, боро-, фторо-, цитро-, хлоро-, титаногипса и др. [18,27].
Место гипсовых среди других вяжущих рассматривалось в России еще в начале прошлого столетия [27]. В 30 - 60-е годы прошлого столетия интенсивные исследования и разработки гипсовых и гипсосодержащих вяжущих велись отечественными и зарубежными учеными - Будниковым П.П., Ринделем B.C., Крайдем А., Кауфманом Е., Волженским А.В., Боженовым П.П., Белянкиным П.И., Буттом Ю.М., Юнгом Ю.М., Передернем И.А. и др. [27-38].
Будников П.П. отмечал, что «...основным препятствием к широкому применению гипса вместо бетона является пониженная прочность гипса при сжатии. Применением же особых способов обжига, повышения удельной поверхности, затворением горячей водой, введением специальных добавок можно достигнуть прочности гипса, равной прочности обычного бетона» [29]. Недостатком гипсовых материалов является не только пониженная прочность, но и пониженная водостойкость [11, 39, 40].
По мнению П.П. Будникова [41], В.Н. Юнга основной причиной низкой водостойкости гипсовых изделий является значительная растворимость гипса (2,05 CaS04 на 1 л воды при 20С). Вследствие растворения гипса, при увлажнении связь между его кристаллами ослабевает, и прочность изделия снижается. П.А. Ребиндер [41], Г.И. Логгинов [42], Н.А. Мощанский [43] и др. считают, что основной причиной снижения прочности гипсовых образцов при увлажнении является адсорбция влаги внутренними поверхностями микрощелей и возникающее при этом расклинивающее действие водных пленок, в результате которого отдельные микроэлементы кристаллической структуры разъединяются. При этом адсорбционный эффект обычно усугубляется большой пористостью гипсовых материалов.
Зависимость свойств теста и камня строительного гипса от содержания и дисперсности добавок керамзитовой пыли
Для всех проб, как в возрасте 28 сут., так и в возрасте 1 года, в низкотемпературной области нагрева 30-220С наблюдаются эндоэффекты, связанные с удалением кристаллогидратной воды. Потери массы в данном интервале составляют, соответственно, 15,9- 16,45 % масс.
На термограмме образцов состава КГИКВ идентифицирован эндормиче-ский эффект при 77,6 С, 82,2 С, 108 С и 123,1 С, относящийся к дегидратации дигидрата сульфата кальция. При 158С, 159С, 182,1С и 184,1С наблюдается потеря 0,5 Н20, при этом между 175-220 С эффектами происходит перекрытие эндоэффекта эттрингита. Эндотермический эффект при 338 - 377С также относится к дигидрату и связан с перестройкой кристаллической решетки при переходе в нерастворимый ангидрит. Эндоэффект при 577 - 595С характерен для кварца аир модификации.
В областях температур 715-773 С на кривых наблюдается термические эндоэффекты с потерей массы, связанные с дегидратацией гидросиликата кальция рис. 3.30.
Согласно данным полученным ДТА установлено относительное содержание основных минералов в возрасте 28 и 360 суток (рис. 3.33). Количество гипсовых минералов и гидросиликатов кальция увеличивается с 69 до 74 и с 6 до 10 усл. ед., что свидетельствует о продолжающейся гидратации системы. Этим объясняется и нарастание прочности образцов по мере дальнейшей выдержки. 60 I
Количество продуктов гидратации исследуемых образцов КГИКВ а) в возрасте 28 сут. твердения в нормалыю-влажностных условиях б) в возрасте 1 год твердения в нормально-влажностных условиях 3.9. Пористость и микроструктура КГИКВ В таблице 3.15 приведены сравнительные данные результатов исследований структуры пористости и сорбционной влажности камня КГИКВ состава, приведенного в разделе 5.7 и бездобавочноого гипсового вяжущего (ГВ).
Камень КГИКВ от камня ГВ отличает повышенная на 12,3% средняя плотность, повышенный на 37,6%) объем закрытых пор, пониженные в 6 раз сорбционная влажность и на 37% общая пористость и более высокая однородность распределения пор.
В гипсовом камне из строительного гипса (рис. 3.34) основной фазой являются хорошо оформленные кристаллы двуводного гипса, имеющие призматическое шестигранное строение, при этом кристаллы, вытянутые в одном направлении, имеющие размеры 90-160 мкм, срастаются в виде «ласточкиного хвоста», структура рыхлая, с большим количеством пустот и пор в камне в различных направлениях, размеры которых составляют от 14-18 мкм (рис. 3.34).
По данным электронной микроскопии видно, что в отличие от бездобавочного гипсового вяжущего система композиционного вяжущего имеют плот ную и менее пористую структуру с размером пор которых 7-13 мкм (рис. 3.35-3.36), что и объясняет высокую прочность камня КГИКВ.
Кристаллы дигидрата имеют четкие грани и углы, наблюдаются сросшиеся кристаллы, находящиеся в стадии геометрического отбора растущих кристаллов в естественных условиях. На фотоснимках образцов просматривается измельчение призматических кристаллов дигидрата со 120-160 мкм (рис. 3.35) до 75-100мкм (рис.3.35-3.36). Комплексная добавка приводит к возникновению вытянутых сферических форм кристаллов гидросиликатов кальция (рис.3.35-3.36).
На микрофотографиях образцов из КГИКВ годового возраста твердения (рис. 3.36) происходит дополнительное заполнение пор по мере длительного твердения новообразованиями гидросиликатами кальция с размерами кристаллов от 40-70 мкм, в результате чего структура становится более слитной и менее пористой.
На микрофотографиях образцов КГИКВ в возрасте твердения 1 года (рис. 3.36) структуру камня можно охарактеризовать как мелкокристаллическую структуру с наличием в межкристаллических полостях частиц новообразований. На рис 3.35 наблюдаются отдельные несвязанные призматические зерна эттрингита.
Таким образом, введение комплексной добавки керамзитовой пыли и извести приводит к значительному уменьшению размеров кристаллов двуводного гипса и способствует большей степени кристаллизации, повышению плотности, водостойкости и прочности вяжущего.
Влияние комплексных добавок молотых гранулированных доменных шлаков и керамзитовой пыли и извести на нормальную густоту и сроки схватывания КГИКШВ
Анализ данных, представленных в табл. 5.9, 5.11 показывает возможность получения на основе КГИКВ и КГИКШВ тяжелых и мелкозернистых бетонов марок от М75 до МЗОО, классов от В 7,5 до В 20. На основе КГИКШВ могут быть получены тяжелые и мелкозернистые бетоны с коэффициентом размягчения более 0,8, соответствующим гипсовым водостойким материалам, марками по морозостойкости F50. Таким образом, бетоны на основе КГИКШВ могут применяться при изготовлении наружных и внутренних конструкций зданий с сухим и нормальным режимом эксплуатации в соответствии со СНиП 23-02-2003.
На основе КГИКВ могут быть получены тяжелые и мелкозернистые бетоны с коэффициентом размягчения от 0,6 до 0,8, соответствующим гипсовым материалам повышенной водостойкости, марками по морозостойкости F25. Бетоны на основе КГИКВ могут применяться при изготовлении внутренних конструкций зданий с сухим и нормальным режимом эксплуатации в соответствии со СНиП 23-02-2003.
В «Приложении 7» приведен расчет технико-экономической эффективности применения КГИКВ и КГИКШВ для производства сухих штукатурных смесей с учетом цен на 1 кв. 2012 г.
Экономическая эффективность производства разработанных штукатурных сухих смесей повышенной водостойкости на основе КГИКВ и КГИКШВ по сравнению со стандартными рецептурами на основе строительного гипса или портландцемента будет определяться применением в их составе в качестве активных минеральных добавок отходов промышленности - керамзитовой пыли или молотых доменных шлаков при снижении расхода более дорогостоящего строительного гипса, а также благодаря применению в их составе водоудержи-вающей добавки полиэтиленоксида местного производства взамен более дорогостоящих импортных водоудерживающих добавок.
Согласно приведенному расчету, экономический эффект при производстве 20 тыс. т в год разработанных сухих штукатурных смесей на основе КГИКВ по сравнению с промышленно производимыми сухими штукатурными смесей на основе строительного гипса составит 84,893 млн. руб. в год; при производстве 20 тыс. т разработанных сухих штукатурных смесей на основе КГИКШВ по сравнению с промышленно производимыми сухими штукатурными смесей на основе портландцемента составит 32,2214 млн. руб. в год. Простой срок окупаемости проекта завода по производству сухих штукатурных смесей на основе КГИКВ и КГИКШВ составит 3,2-3,1 года.
Основные выводы по результатам исследований, приведенным в главе 5 1. Выявлены закономерности и установлены зависимости влияния водоудержи вающих добавок зарубежной FMC 7150 и трех разновидностей полиэтиленоксидов Казанского ПО «Оргсинтез» на свойства камня растворных смесей композиционных гипсоизвестковокерамзитового и гипсоизвестковокерамзитошлакового вяжущих с кварцевым песком. 2. Установлен характер влияния молекулярной массы полиэтиленоксидов при их введении в качестве модифицирующей добавки на свойства растворных смесей и растворов на основе композиционных гипсоизвестковокерамзитовых и гипсоизвест ковокерамзитошлаковых вяжущих. Установлено, что увеличение молекулярной массы полиэтиленоксидов от 400 до 4x106 приводит к повышению водоудерживаю 152 щей способности растворных смесей с 92 до 98%, прочности сцепления растворов с основанием от 0,3 до 0,6 МПа без снижения прочности при сжатии и изгибе. 2. Установлено, что по водоудерживающей способности на свойства растворных смесей на основе композиционных гипсовых вяжущих с добавками молотых керамзитовой пыли и доменного шлака полиэтиленоксиды на порядок уступают FMC 7150 при одинаковом содержании добавки, вместе с тем, введение добавки полиэтиленок-сида PEO-S до 2% не снижает прочности при сжатии раствора, а при введении FMC 7150 до 0,2% снижает прочность раствора до 50%. 3. Прочность сцепления с основанием растворных смесей на основе композиционных гипсоизвестковокерамзитового и гипсоизвестковокерамзитошлакового вяжущих с кварцевым песком с оптимальным содержанием FMC 7150 и PEO-S составляет 0,55-0,6 МПа. 4. Прочность камня растворных смесей на основе композиционных гипсоизвестковокерамзитового и гипсоизвестковокерамзитопшакового вяжущих при хранении в различных условиях от 28-ми до 1-го года практически не меняется. 5. По воздухостойкости композиционные гипсоизвестковокерамзитовые и гип-соизвестковокерамзитошлаковые вяжущие и растворные смеси на их основе превышают стойкость растворной смеси «Ротбанд». 6. Растворные смеси на основе композиционных гипсоизвестковокерамзитовых и гипсоизвестковокерамзитошлаковых вяжущих незначительно уступают по морозостойкости камня растворам на основе портландцемента. 7. Установлена возможность получения на основе разработанных вяжущих и кварцевого песка легких растворных смесей в воздухововлекающими добавками зарубежного производства Hostapur OSB и отечественного производства Аэропласт с прочностью камня при сжатии 13,7-19,5 МПа при содержании от 0,05 до 0,3%. 8. Разработанные составы бетонов на основе композиционных гипсоизвестково-керамзитошлаковых вяжущих классов по прочности от В5 до В20 о морозостойкости OTF15 floF50. 9. Ожидаемый экономический эффект при производстве 20 тыс. т. в год сухих штукатурных смесей на основе композиционных гипсоизвестковокерамзитовых и гипсоизвестковокерамзитошлаковых вяжущих составляет соответственно 84,893 млн. руб. и 32,221 млн. руб.
Свойства растворных смесей на основе КГИКВ и КГИКШВ с добавкой 2% водоудерживающей добавки PEO-S в зависимости от содержания кварцевого песка
Результаты исследований приведены на рис. 4.22. Испытанные составы показывают, что развитие расширения характерно для начального периода твердения смесей. Через 2...3 сут процесс расширения замедляется и в дальнейшем наблюдается стабилизация и уменьшение деформаций. Суммарная величина деформаций за 4,5 месяца твердения в воде составляет + 0,2 % при дальнейшем хранении, стабилизируется до 0,18% , а при твердении на воздухе деформация составляет + 0,1% за 1 год. Начиная с 28 суток деформации стабилизировались.
Основные выводы по результатам исследований, приведенным в главе 4
1. Гидравлическая активность гранулированных доменных слабокислого, нейтрального и основного шлаков возрастает с увеличением тонкости помола с 250 до 500 м2/кг соответственно в мг/г: с 360 до 485, с 325 до 423 и с 306 до 389.
2. Выявлены закономерности и установлены зависимости влияния состава, тонкости помола и содержания гранулированных доменных шлаков на свойства теста и камня гипсоизвестковокерамзитового вяжущего, содержащего 20% керамзитовой пыли дисперсностью 500 м2/кг, 5% извести, 0,5 % суперпластификатора Полипласт СП-1. Наиболее высокие показатели свойств камня вяжущего достигаются при введении 25-30% шлаков с тонкостью помола 250-800 м2/кг.
3. Установлено, что гипсоизвестковокерамзитошлаковые вяжущие с содержанием бинарной минеральной добавки дисперсностью 500 м2/кг из 20% керамзитовой пыли и 30%) доменного шлака обеспечивают получение камня с прочностью при сжатии до 27,5-30,2 МПа и коэффициентом размягчения до 0,81-0,96 в зависимости от вида шлаков.
4. Выявлен синергетический эффект влияния введения комплексной тонкодисперсной добавки из керамзитовой пыли и доменного шлака на свойства композиционного гипсового вяжущего.
5. Выявлено, что для гипсоизвестковокерамзитошлаковых вяжущих оптимальное содержание добавки извести снижается с 5% при использовании слабокислого шлака до 3% при использовании основного шлака.
6. Камень гипсоизвестковошлакового вяжущего по сравнению с камнем бездобавочного строительного гипса имеет меньше: водопоглощение в 2,86 раза, общую пористость на 34,4% и объем открытых пор на 14,2%.
7. Введение бинарной минеральной добавки из молотых керамзитовой пыли и шлака обеспечивает образование более плотной и мелкозернистой структуры камня композиционного гипсового вяжущего с повышенным содержанием новообразований продуктов гидратации.
8. Разработанные композиционные гипсоизвестковокерамзитовые вяжущие по показателям свойств могут применяться для производства широкой номенклатуры строительных материалов и изделий, эксплуатируемых во влажных условиях.
В главах 3 и 4 исследованы свойства композиционных гипсовых вяжущих в зависимости от состава, содержания, дисперсности добавок керамзитовой пыли и гранулированного доменного шлака, извести и суперпластификаторов, которые на основе учета их свойств можно применять для производства клеев, штукатурки, кладочных напольных смесей, бетонов для монолитного строительства и изготовления стеновых камней [131-133, 136-146]. В настоящей работе проведены исследования по разработке составов и исследованию свойств сухих штукатурных смесей и бетонов на их основе.
Современные штукатурные смеси на основе гипсовых вяжущих с тяжелыми и легкими мелкими заполнителями производятся с введением химических добавок [114]: замедлителей твердения, пластифицирующих, водо-удерживающих, воздухововлекающих. В качестве вяжущих при разработке и исследованиях свойств сухих штукатурных смесей приняты из разработанных разновидностей 2 состава: композиционное гипсоизвестковокерамзитовое вяжущее состава по массе: строительный гипс Г-6БП - 74,5 %, молотая керамзитовая пыль КП - 1 тонкостью помола 500 м /кг - 20%, суперпластификатор Полипласт СП-1-0,5%; композиционное гипсоизвестковокерамзитошлаковое вяжущее состава по массе: строительный гипс Г-6БІІ - 46,5 %, молотая керамзитовая пыль КП-1 тонкостью помола 500 м2/кг - 20%, молотый доменный шлак ЧРМК дисперсностью 500 м2/кг, суперпластификатор Полипласт СП-1 -0,5%.
