Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО 12
РАЗРАБОТКЕ, ИССЛЕДОВАНИЮ СВОЙСТВ И
ПРИМЕНЕНИЮ КОМПОЗИЦИОННЫХ ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ ВЯЖУЩИХ С КРЕМНЕЗЕМИСТЫМИ ДОБАВКАМИ И БЕТОНОВ НА ИХ ОСНОВЕ
Использование кремнеземистых минеральных добавок в 12 производстве вяжущих материалов
Применение кварцевых песков и отработанных формовочных 13 смесей в производстве вяжущих
Применение зол ТЭС в производстве вяжущих материалов 20
Применение микрокремнезема в вяжущих материалах 23 Шлакощелочные вяжущие с кремнеземистыми добавками 25
Свойства шлакощелочных вяжущих и предпосылки 25 использования кремнеземистых минеральных добавок в их составе
Применение кварцевого песка и ОФС в ШЩВ 30
Использование зол ТЭС в ШЩВ 31
Применение микрокремнезема в ШЩВ 33
Заключение. Цель работы и задачи исследований 34
ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И 37 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Характеристика исходных материалов 37
Методы исследований, приборы и оборудование 43
1 Методики приготовления КШЩВ, изготовления и испытания 43 образцов
Методы исследования структуры и состава новообразований 46 КШЩВ
ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК КВАРЦЕВОГО ПЕСКА И 49 ОТРАБОТАННОЙ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ НА СВОЙСТВА КШЩВ
Влияние добавок на свойства теста ШЩВ 50
Влияние добавок кварцевого песка и ОФС на прочность КШЩВ 53 при твердении в нормально-влажностных условиях
Влияние добавок кварцевого песка и ОФС на прочность КШЩВ 58 после ТВО
Влияние добавок КП и ОФС на изменение прочности КШЩВ во 63 времени
Влияние добавок кварцевого песка и ОФС на плотность и 69 водопоглощение цементного камня
Влияние добавок на фазовый и минеральный состав и структуру 70 КШЩВ
Влияние добавок КП и ОФС на марку шлакощелочного 77 вяжущего и свойства бетона на основе КШЩВ
Выводы по главе 3 82
ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ ЗОЛЫ НА СВОЙСТВА КШЩВ 84
Влияние добавки золы на свойства шлакощелочного теста 85
Влияние количества и дисперсности золы на прочность ШЩВ 88 при твердении в нормально-влажностных условиях
Влияние количества и дисперсности золы на прочность ШЩВ 93 после тепловлажностной обработки
Влияние времени предварительной выдержки перед ТВО на 97 свойства ШЩВ с добавкой золы
Влияние добавки золы на изменение прочности КШЩВ во 99 времени
Влияние количества и дисперсности золы на плотность и 103 водопоглощение цементного камня
Влияние добавки золы на фазовый и минеральный состав и 104 структуру КШЩВ
Влияние добавки золы на марку шлакощелочного вяжущего и 113 свойства бетона на основе КШЩВ
Выводы по главе 4 119
ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА НА СВОЙСТВА 120
КОМПОЗИЦИОННОГО ШЛАКОЩЕЛОЧНОГО ВЯЖУЩЕГО
Влияние добавки МК на свойства теста ШЩВ 120
Влияние количества добавки МК на прочность КШЩВ при 121 твердении в нормально-влажностных условиях
Влияние добавки МК на прочность КШЩВ после 123 тепловлажностной обработки
Влияние времени предварительной выдержки перед ТВО на 125 свойства КШЩВ с добавкой микрокремнезема
Влияние добавки микрокремнезема на изменение прочности 126 КШЩВ во времени
Влияние количества микрокремнезема на плотность и 129 водопоглощение цементного камня
Влияние добавки МК на фазовый и минеральный состав и 131 структуру КШЩВ
Влияние добавки МК на марку шлакощелочного вяжущего и 136 свойства бетона на основе КШЩВ
Выводы по главе 5 141 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 142 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 145
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Строительной наукой и практикой в 20 столетии накоплен огромный положительный опыт использования отходов и побочных продуктов промышленности в производстве строительных материалов. Дальнейшее развитие наиболее перспективных направлений - один из путей ресурсо- и энергоминимизации, решения экологических вопросов в строительной отрасли. В "Стратегии развития строительного комплекса Российской Федерации на период до 2010 г." ставятся задачи рационального использования и вовлечения в производство техногенных отходов различных отраслей промышленности, замещения на 20 - 30 % природного сырья производственными и бытовыми отходами в производстве строительных материалов. [1, 2, 3, 4].
Базовой отраслью строительного комплекса является цементная промышленность, от которой зависят состояние и развитие экономики страны в целом, решение проблем воспроизводственных процессов. Однако получение портландцемента связано с рядом сложностей. Производство портландцемента требует больших капитальных вложений, использования большого объема природных сырьевых ресурсов, высоких энергетических затрат. Цементное производство не лучшим образом сказывается на экологической ситуации прилегающих территорий (из общего объема выбросов от предприятий строительных материалов более 40% приходится на цементную промышленность), а также приводит к эмиссии значительного количества углекислого газа в атмосферу Земли. Кроме того, для регионов, не имеющих собственного производства портландцемента, неизбежны большие затраты на его транспортировку [5, 6, 7, 8].
В последнее время проявляется определенная обеспокоенность [1] в части возможности отечественной цементной промышленностью в ее современном состоянии обеспечения цементом растущих объемов строительства [9]. Эта проблема может решаться в нескольких направлениях. Необходима
7 модернизация цементных заводов с наращиванием мощностей и переводом их преимущественно на «сухой» способ производства. Этот шаг необходим не только с позиций обеспечения потребностей строительства в цементе, но и с позиций обеспечения национальной безопасности и экономической независимости страны.
Вторым, менее дорогостоящим направлением обеспечения строительства вяжущими является развитие производства безклинкерных вяжущих. Оба эти направления должны базироваться на основе современных научных разработок в области развития производства композиционных вяжущих с широкомасштабным использованием техногенных отходов [7, 10, 11, 12, 13, 14]. Производство смешанных вяжущих впервые получило развитие в отечественной практике с 30-х годов прошлого столетия, а позднее - и в других технически развитых странах. Основываясь на общемировых тенденциях, бывший председатель комиссии ТС-51 «Цемент» Европейского комитета по стандартизации П. Дюшрон в 1984 году высказал мнение о том, что смешанные цементы постепенно займут 3/4 или 4/5 всего объема производства вяжущих [15]. Эти представления относятся и к развитию разработок и производства бесклинкерных вяжущих, среди которых особое место занимают шлакощелочные вяжущие (ШЩВ). ШЩВ и бетоны на их основе по показателям физико-технических свойств и долговечности не уступают портландцементным.
Известна эффективность применения кремнеземистых минеральных добавок в клинкерных вяжущих для повышения прочности и коррозионной стойкости бетонов на их основе. Выявлена также эффективность введения добавок трепела, зол ТЭС в шлакощелочные вяжущие. Вместе с тем, эффективность введения кремнеземистых минеральных добавок при разработке композиционных ШЩВ изучена недостаточно.
Повсеместная распространенность, доступность, а также практически неисчерпаемые запасы кварцевых песков на территории страны, позволяют использовать их при производстве песчаных цементов. Эффективность
8 использования их в качестве молотых минеральных добавок в ШЩВ не исследовалась. Не изучалась целесообразность использования в качестве минеральных добавок в ШЩВ крупнотоннажных отходов литейного производства - отработанных формовочных смесей. Недостаточно исследована эффективность использования в ШЩВ добавок молотых зол ТЭС в зависимости от их дисперсности, а также эффективность использования высокодисперсного кремнезема.
Целью настоящей работы является экспериментально-теоретическое обоснование разработок и разработка композиционных шлакощелочных вяжущих с кремнеземистыми минеральными добавками и бетонов на их основе. Разработка их позволит расширить номенклатуру композиционных шлакощелочных вяжущих и бетонов на их основе, а также повысить их экономическую эффективность за счет снижения расхода доменных шлаков путем замены местными минеральными добвками и техногенными отходами.
Цель работы. Разработка и исследование взаимосвязи состава, структуры и свойств композиционных шлакощелочных вяжущих с кремнеземистыми добавками различной гидравлической активности и бетонов на их основе.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать влияние на свойства ШЩВ кремнеземистых минеральных добавок - кварцевого песка, отработанных формовочных смесей, золы-уноса ТЭС и ультрадисперсного микрокремнезема - в зависимости от их содержания, дисперсности и условий твердения;
- исследовать влияние вида добавок на состав и структуру шлакощелочного камня;
исследовать свойства бетонов на основе разработанных композиционных шлакощелочных вяжущих с кремнеземистыми минеральными добавками;
определить экономическую эффективность разработанных композиционных шлакощелочных вяжущих.
9 Научная новизна работы.
1. Выявлены закономерности и установлены зависимости изменения свойств композиционных шлакощелочных вяжущих, затворяемых раствором кальцинированной соды, свойств и структуры камня вяжущих от содержания и тонкости помола добавок кварцевого песка, отработанной формовочной смеси, кремнеземистой золы сухого удаления и микрокремнезема, основности шлака, условий и продолжительности твердения.
2. На основе анализа результатов исследований поэлементного состава камня вяжущего с применением сканирующей электронной микроскопии выявлено повышенное содержание кремнезема в новообразованиях продуктов гидратации в композиционных ШЩВ с добавками молотых отработанной формовочной смеси и золы в граничном слое на поверхности их частиц, а с добавкой микрокремнезема - по объему.
3. Установлено, что с повышением гидравлической активности
кремнеземистых добавок и основности доменного шлака в композиционных ШЩВ повышается прочность, модуль упругости и снижается до полного устранения высолообразование бетонов на их основе.
Практическая значимость. Разработанные композиционные ШЩВ с молотыми добавками кварцевого песка, отработанной формовочной смеси, кремнеземистой золы сухого удаления и микрокремнезема марок М400-500 и бетонов на их основе классов В25-В30 являются достаточным научным обоснованием для создания и развития производства ресурсо- и энергосберегающих, экономически эффективных композиционных ШЩВ с кремнеземистыми добавками природного и техногенного происхождения и бетонов на их основе.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались: на 55-58 Республиканских научно-технических конференциях (Казань - 2003-2006); на 5 Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Наука.
10
ш Инновации. Бизнес" (Казань - 2005). Результаты проведенных исследований
опубликованы в сборниках трудов: 55-57 Республиканских научно-
технических конференций (Казань - 2003-2005); V Международной научно-
технической конференции "Актуальные проблемы строительства и
ф строительной индустрии" (Тула -2004); VIII академических чтений РААСН
«Современное состояние и перспективы развития строительного
ф материаловедения» (Самара-2004); Международной научно-практической
Интернет - конференции "Проблемы и достижения строительного
материаловедения" (Белгород - 2005); 5 Республиканской научно-
практической конференции молодых ученых и специалистов "Наука.
Инновации. Бизнес" (Казань - 2005); II Всероссийской (Международной)
конференции по бетону и железобетону "Бетон и железобетон - пути
Л развития" (Москва - 2005); в Вестнике отделения строительных наук РААСН
(Москва - 2004, Белгород - 2005); в журнале Строительные материалы,
' (Москва - 2005, №3, №8).
Публикации. По результатам работы опубликовано 13 статей и тезисов докладов, получен патент № 2273610 «Способ получения вяжущего» (опубл. 10.04.2006 бюл. №10), поданы еще 2 заявки на получение патентов.
Работа выполнена в соответствии с планами фундаментальных и
прикладных исследований Отделения строительных наук РААСН,
награждена дипломом как лучшая инновационная идея первого
у республиканского конкурса "50 лучших инновационных идей Республики
ф Татарстан".
Объем и структура работы. Диссертация состоит из 5 глав, приложений и списка литературы, включающего 169 наименований. Основная часть работы изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 44 рисунка и 31 таблицу.
Автор выражает благодарность за постоянное внимание и консультации члену корреспонденту РААСН, профессору Рахимову Р.З.
11 На защиту выносятся:
результаты исследований влияния добавок кварцевого песка, отработанных формовочных смесей завода КАМАЗ, золы Рязанской ГРЭС и микрокремнезема на свойства и структуру композиционных шлакощелочных вяжущих и бетонов на их основе;
результаты исследований влияния основности доменного шлака, условий твердения образцов, времени твердения на свойства композиционных шлакощелочных вяжущих с кремнеземистыми добавками.
