Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ, СОДЕР
ЖАЩИХ ПРИРОДНОЕ И ТЕХНОГЕННОЕ СЫРЬЕ 11
Структуры цементного камня и мелкозернистого бетона 11
Роль заполнителей и наполнителей в структурообразовании мелкозернистого бетона 21
Добавки для регулирования свойств мелкозернистого бетона 28
Добавки, регулирующие реологические свойства бетонной смеси 28
Добавки - регуляторы твердения бетона 33
Комплексные добавки 37
Органо-минеральные добавки 45
Использование техногенного сырья в производстве бетонов 47
Выводы по главе 1 50
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 51
2.1. Характеристика материалов, принятых для исследований 51
2.2. Методы исследований свойств сырья, строительных материалов
и изделий 54
Исследование свойств сырьевых материалов 54
Исследование свойств бетонных смесей 57
Исследование свойств бетонов 59
2.3. Выводы по главе 2 63
3. СВОЙСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА НА ГЛАУКОНИТОВОМ
ПЕСКЕ 64
Исследование свойств глауконитового песка 64
Влияние глауконитового песка на свойства мелкозернистого бетона 70
3.2.1. Прочность мелкозернистого бетона 70
3.2.2. Водопоглощение и морозостойкость мелкозернистого
бетона 72
3.2.3. Усадка мелкозернистого бетона 74
3.3. Выводы по главе 3, 76
4. ПОЛУЧЕНИЕ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА НА ГЛАУКОНИТОВОМ
ПЕСКЕ С УЛУЧШЕНЫМИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВА 78
4.1. Обоснование принципов получения мелкозернистого бетона на
глауконитовом песке 78
Регулирование свойств мелкозернистого бетона путем улучшения' его гранулометрического состава и снижения пустотности 83
Регулирование свойств мелкозернистого бетона тонкомолотыми наполнителями 84
Влияние вида портландцемента на свойства мелкозернистого бетона на глауконитовом песке 88
Регулирование свойств бетонной смеси и бетона на глауконитовом песке пластифицирующими добавками 90
Регулирование ранней прочности мелкозернистого бетона добавками - ускорителями твердения 95
Выводы по главе 4 100
5. СВОЙСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА С ДОБАВКОЙ КДГ 102
5.1. Комплексная добавка КДГ и ее влияние на свойства бетонной
смеси 102
5.2. Математическое моделирование состава мелкозернистого бетона на
глауконитовом песке 105
Свойства мелкозернистого бетона, модифицированного добавкой КДГ 123
Выводы по главе 5 126
6. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВ
НОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ГЛАУКОНИТОВ ОГО ПЕСКА В
МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНАХ 130
6.1. Технология производства стеновых камней 130
6.2. Экономическая эффективность применения глауконитового песка
в мелкозернистых бетонах 139
6.3. Выводы по главе 6 142
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 144
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 146
ПРИЛОЖЕНИЯ 161
Введение к работе
Актуальность проблемы. Существенным резервом увеличения производства и снижения себестоимости сырьевых материалов является использование отходов горнорудной промышленности.
При добыче и переработке различных видов полезных ископаемых образуется большое количество промышленных отходов, которые можно применять в качестве техногенного сырья. Мировой опыт, а также многолетние исследования показывают, что отходы горнорудных и металлургических производств можно успешно использовать в качестве сырья для производства различных заполнителей и наполнителей, стекла и керамики, компонентов вяжущих, облицовочного камня.
В настоящее время особое внимание уделяется переработке техногенных отходов и создания ресурсосберегающих технологий.
Однако, такое сырье, вследствие специфики его образования, характеризуется существенными отличиями от специально добываемого сырья для строительных материалов.
Обязательным составляющим бетонной смеси является мелкий
заполнитель, который обеспечивает создание плотной структуры бетонного
камня. Традиционно, для приготовления бетонов в качестве мелкого
заполнителя используется кварцевый песок, который обычно добывается в
местных карьерах, но его природные запасы небезграничны. Природные ресурсы
истощаются, а количество отходов производства наращивается. Большое
количество отходов образуют предприятия горнодобывающих,
металлургических и теплоэнергетических отраслей.
Огромное скопление этих отходов нарушают природное равновесие и являются источником загрязнения окружающей среды. Под отвалы побочных продуктов занимают площади, пригодные для использования в народном хозяйстве.
Крупным источником целого ряда производств, использующих кварцевые пески, являются отходы обогащения фосфоритовых руд. Эти руды в своем
составе содержат до 95 % кремнезема, который при флотационном обогащении направляются в отвалы.
На сегодняшний день в отвалах Брянского фосфоритного завода скопилось более 28 млн. м отходов - хвостов обогащения фосфоритного производства, представляющих собой смесь рудомоечных и флотационных песков, занимающих площадь более 117 гектаров и находящихся в городской черте.
Исследованиями установлена возможность использования этих отходов в качестве кварцсодержащего сырья, используемого в производстве стекла, стекловолокна и стеклопластиков, абразивных и других продуктов.
Острота экологической ситуации в Брянском регионе, ужесточение нормативных требований к охране окружающей среды выдвигает проблему экологически безопасной локализации отходов в число первоочередных задач. При этом основной целью является надежная изоляция отходов от биосферы. Успешно решить такую задачу можно путем связывания отходов в химически устойчивые материалы.
Промышленность строительных материалов занимает особое место при изучении данного вопроса, так как именно она на сегодняшний день является единственной отраслью, которая уже сейчас способна широко и эффективно использовать отходы промышленности, решая при этом проблемы ресурсосбережения и охраны окружающей среды. Цель работы.
Разработка эффективного мелкозернистого бетона на основе глауконитового песка для мелкоштучных стеновых изделий.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
оценить качество глауконитового песка, как сырья для получения мелкозернистых бетонов;
изучить особенности структурообразования мелкозернистого бетона на глауконитовом песке;
исследовать влияние глауконитового песка и добавок на свойства бетонной смеси и бетона;
разработать/ составы мелкозернистых бетонов на глауконитовом песке для мелкоштучных стеновых изделий и исследовать их свойства;
разработать технологию производства мелкозернистых бетонов на глауконитовом^ песке и провести производственное опробование результатов исследований;
Научная^ новизна работы. Обоснована возможность получения мелкозернистого бетона- на- глауконитовом песке путем целенаправленного регулирования структуры разработанной; комплексной модифицирующей добавкой
КДГ, ВВОДИМОЙ С ДИСПерСНЫМ НОСИТелеМ И ПОЛучаеМОЙ СОВМеСТНЫМ ПОМОЛОМ:
глауконитового песка, С-3 (1%) и нитратом кальция (1%), компоненты которой за счет синергетического эффекта позволяют повысить технико-эксплуатационные свойства; МЗБ.
Выявлены особенности процесса структурообразования в МЗБ на глауконитовом1 песке. Установлено; что глауконитовыт песок замедляет процессы гидратации портландцемента в ранние сроки твердения за счет катионного обмена между ионами кальция цементной системы и ионамщ расположенными в межплоскостных положениях отрицательно заряженной кристаллической решетки глауконита, состоящей из листовых структур алюмосиликата.
Выявлены закономерности регулирования, реологических свойств = мелкозернистой, бетонной смеси- на глауконитовом песке, гипер- и суперпластификаторами. Показано, что для увеличения подвижности бетонной смеси на глауконитовом песке наиболее эффективной является: добавка гиперпластификатора Muroplast в количестве 1%, позволяющая увеличить подвижность до 30%,. а прочность, в том числе ив ранние сроки твердения, на 45-50%.
Установлено влияние последовательности ввода компонентов разработанной добавки КДГ в процессе ее производства. Доказано, что наиболее эффективным является следующий вариант получения модифицирующей
8 добавки КДГ: помол 1,5 часа глауконитового песка и С-3 (1%) до удельной
поверхности 300 м /кг, добавление Ca(N03)2 (1%) с последующим помолом еще
1,5 ч до удельной поверхности 400 м2/кг.
Доказано улучшение параметров структуры МЗБ на глауконитовом песке за счет изменения химизма процессов гидратации в присутствии тонкодисперсного, частично аморфного, и, следовательно, более активного глауконита и кварца - компонентов, выступающих как активная минеральная добавка, связывающая выделяющийся при гидратации Са(ОН)г в гидросиликаты кальция. Исследованиями установлено, что КДГ способствует снижению открытой пористости в 2,1 раза и увеличению условно замкнутых пор бетона в 3,7 раза по сравнению с аналогичным бетоном без добавки. Средний диаметр пор уменьшается с 0,20 до 0,15 мм.
Практическое значение работы. Получены оптимальные составы мелкозернистых бетонов на глауконитовом песке для производства мелкоштучных стеновых изделий (положительное решение по заявке № 2406015, С 04 В 24/22).
Разработана комплексная добавка КДГ, позволяющая при оптимальном ее содержании:
увеличить подвижность бетонной смеси на 15-20%;
повысить прочность бетонов через 3 суток твердения в 4,5-5 раз; через 28 суток твердения в 2,0-2,2 раза;
повысить морозостойкость бетонов до 100 циклов;
уменьшить расход цемента до 15%.
Предложены математические модели зависимости подвижности и прочности МЗБ через 3 и 28 суток твердения от состава бетона и содержания добавки КДГ.
Разработана технология получения стеновых камней из МЗБ на глауконитовом песке с добавкой КДГ методом вибропрессования, что позволяет расширить базу и ассортимент строительных изделий, снизить себестоимость их производства, решить экологические задачи по защите окружающей среды.
9 Внедрение результатов работы. Результаты исследований прошли
опытно-промышленное опробование на ООО «ГИССТРОМ +» (г. Брянск). Была
выпущена опытная партия стенового облицовочного камня в количестве 400
штук.
Разработаны:
технические условия ТУ 5741-001-14339618-2007 «Камни стеновые на основе глауконитового песка»;
технологический регламент на стеновые камни из мелкозернистого бетона на основе глауконитового песка.
Теоретические положения диссертационной работы, а также результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе в лекционных курсах при подготовке инженеров строительных специальностей 270106 - Производство строительных материалов изделий и конструкций, 270102 - Промышленное и гражданское строительство, 270105 - Городское строительство и хозяйство.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены в 2003 - 2007 годах на конференциях различного уровня, в том числе: международной научно - технической конференции «Современные проекты, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства» (Брянск, 2003, 2006 г.г.); «Проблемы экологии: наука, промышленность, образование» (Белгород, 2006 г.), «Новые исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (г. Белгород, 2007 г.).
Публикации. Материалы диссертаций опубликованы в 9 печатных работах, в том числе в 2 журналах по списку ВАК; получено положительное решение по заявке на патент.
На защиту выносятся:
- результаты оценки качества глауконитового песка, как заполнителя для получения мелкозернистого бетона;
- технология получения органо-минеральной добавки комплексного
действия на основе глауконитового песка, суперпластификатора С-3 и добавки-электролита;
- результаты влияния модифицирующих добавок на МЗБ с глауконитовым
песком;
оптимальные составы и физико-технические свойства мелкозернистых бетонов на глауконитовом песке;
технология производства стеновых камней из мелкозернистого бетона на глауконитовом песке.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературных источников, включающего 154 наименований, и приложений.
Работа изложена на 209 страницах машинописного текста, включающего
29 таблиц и 32 рисунка.