Введение к работе
Актуальность.
В последние годы на практике очень часто имеют место случаи, когда в районе строительства отсутствуют качественные крупные заполнители. Транспортировка щебня из других регионов часто на значительные расстояния, становится экономически не оправданной. В этом случае встает вопрос о целесообразности применения местных материалов, в том числе песков и отходов горно-обогатительной промышленности в качестве заполнителей бетонов.
В то же время реализация приоритетного национального проекта по строительству доступного и комфортного жилья потребует удвоения объемов производства основных видов строительных материалов, повышения их качества. Поэтому расширение сырьевой базы стройиндустрии, переход на новые технологии их производства являются актуальными задачами. И это в первую очередь касается энергетического строительства и необходимости перехода на выпуск мелкозернистого бетона на обогащенных песках (МЗБ). Это объясняется, во-первых, тем, что месторождения песка встречаются чаще, чем скальных пород; а во-вторых, тем, что к настоящему времени, благодаря многочисленным исследованиям в России и многих зарубежных странах показано, что МЗБ по качеству и долговечности не уступает обычному бетону, а по экономическим соображениям часто превосходит последний.
При этом основной причиной проектируемой по современным методикам и получаемой низкой прочности бетона является недоиспользование прочности заполнителя, образующего жесткий каркас в цементных бетонах, в связи с чрезмерным содержанием мелких фракций и незначительным, либо отсутствием промежуточных фракций. Поэтому необходима разработка эффективных бетонов на основе высокоплотных составов заполнителя.
Диссертационная работа выполнена в рамках НТП Министерства образования РФ «Методологические основы рационального использования техногенного сырья в промышленности строительных материалов» (шифр 03.01.055) и тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования РФ и финансируемого из средств федерального бюджета на 2004-2008 гг.
Цель и задачи работы. Разработка эффективных бетонов для энергетического строительства при использовании техногенного сырья КМА.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучение свойств техногенного сырья КМА как сырья для получения мелкозернистых бетонов, используемых в энергетическом комплексе;
анализ свойств многокомпонентных вяжущих и изучение изменения мор-фометрических параметров микроструктуры ТМЦ и ВНВ в зависимости от состава;
расчет плотнейшей упаковки заполнителя мелкозернистых бетонов для энергетического строительства;
разработка алгоритма проектирования, подбор составов и изучение свойств мелкозернистых бетонов для энергетического строительства;
подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований и промышленная апробация.
Научная новизна работы.
Предложены принципы проектирования мелкозернистых бетонов с учетом специфики техногенного сырья, оптимизации гранулометрии заполнителя и состава композиционного вяжущего на основе решения задачи оптимизации проектирования состава бетонной смеси, а именно: разработки математической модели, выбора и реализации алгоритма оптимизации. Адекватная, в окрестности рабочих параметров, математическая модель оптимизирована по заданному критерию и получены результаты — оптимальные параметры — являющиеся основой для проведения контрольных экспериментов. Предложенная структурная схема процесса оптимизации проектирования бетонной смеси, с использованием поискового метода идентификации с адаптивной моделью, и алгоритм оптимизации процесса проектирования позволили разработать составы композитов, удовлетворяющих требованиям для энергетического строительства.
Выявлен характер изменения морфометрических параметров микроструктуры многокомпонентных вяжущих в зависимости от состава. При увеличении содержания цемента в 2,3 раза (с ВНВ-30 до ВНВ 70) в ряду ТМЦ - ТМЦ+СБ-3 - ВНВ снижение общей микропористости уменьшается, однако общее количество пор за счет использования суперпластификатора резко возрастает. Уменьшение интенсивности снижения пористости связано с увеличением удельной поверхности пор, с высокой наполненностью матрицы и с изменением пропорций мелких и крупных пор. Разуплотнение микроструктуры образцов с низким содержанием цемента обусловлено повышенным водоцементным отношение и, как следствие, формированием более крупных новообразований в рыхлой структуре вяжущего.
Установлен характер влияния последовательности введения сырьевых материалов при производстве композиционных вяжущих на микроморфологические параметры цементного камня. При одинаковой подвижности смеси, содержании клинкерной составляющей, воды и суперпластификатора (например, ТМЦ+СБ-3 и ВНВ), размер, форма, ориентация структурных элементов в пространстве, микропористость, удельная поверхность пор, коэффициент анизотропии, фактор формы и морфология новообразований матрицы имеют существенные отличия. Различие видов и размеров пор, морфологии и взаимного расположения новообразований и реликтовых фаз, их контактов обуславливает различие эксплуатационных показателей искусственного композита.
Практическое значение работы.
Разработаны многокомпонентные вяжущие и мелкозернистые бетоны с использованием техногенных песков региона КМА для объектов энергетического строительства.
Разработаны составы мелкозернистых бетонов с использование отсева дробления кварцитопесчаника КМА, обогащенного Нижне-Ольшанским песком для производства объектов энергетического строительства. Установлено, что количество песка Нижне-Ольшанского карьера для повышения плотности упаковки зерен отсева дробления кварцитопесчаника составляет 0,226 кг на 1 кг отсева.
Произведена корректировка технологии получения лотков теплотрасс с учетом применяемых материалов.
Внедрение результатов исследований.
Апробация полученных результатов осуществлена при изготовлении опытно-промышленных образцов лотков теплотрасс из мелкозернистого бетона, в соответствии с планом освоения новых видов продукции, поиском экономически целесообразных строительных материалов и оптимизации производственного процесса на предприятии ООО «Стройкомплекс»; а также была внедрена технология получения мелкозернистого бетона для производства лотков теплотрасс с использованием вяжущих низкой водопотребности и обогащенного отсева дробления кварцитопесчаника ЛГОКа при производстве изделий для энергетического комплекса в г. Шебекино Белгородской области на предприятии ООО «Стройбетон».
Для широкомасштабного внедрения результатов работы при строительстве объектов энергетического комплекса разработаны следующие нормативные документы:
— технические условия на "Мелкий заполнитель бетона из отсева дробления
кварцитопесчаника Лебединского горнообогатительного комбината"
ТУ 5711 - 002 - 02066339 - 2006;
рекомендации по использованию обогащенного отсева дробления кварцитопесчаника КМА для производства железобетонных изделий для энергетического комплекса;
технологический регламент на "Производство лотков теплотрасс из мелкозернистого бетона на основе техногенного песка КМА".
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270106, 270102, что отражено в учебных программах дисциплин "Строительные материалы и изделия", "Технология конструкционных материалов", "Железобетонные и каменные конструкции", "Пространственные покрытия зданий".
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы представлены на: Международных конгрессах "Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии" (г. Белгород, 2003, 2005); II Международной научно-практической конференции " Бетон и железобетон в третьем тысячелетии (г. Ростов-на-Дону, 2002.); XXI региональной научно-технической конференции "Проблемы архитектуры и строительства" (г. Красноярск, 2003.); VI Международной научно-практической конференции "Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии" (г. Пенза, 2004).
Публикации.
Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в восьми научных публикациях, в том числе в одной статье в центральном рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ.
Объем и структура работы.
