Введение к работе
Актуальность темы. Производство неорганических вяжущих материалов (НВМ) и строительных изделий и конструкций на их основе относится к наиболее энергоёмким. Возрастание стоимости энергоносителей, которое наблюдается в последние годы, делает расточительным применение неорганических вяжущих веществ по их прямому назначению в чистом виде. Наиболее эффективным является применение наполненных вяжущих веществ, т.е. вяжущих материалов, составленных из неорганических вяжущих и минеральных наполнителей, другими словами - минеральных добавок (МД). Применение наполненных неорганических вяжущих веществ (ННВВ) способствует снижению энергоёмкости производства строительных композиций.
Наполненные неорганические вяжущие вещества - это в основном цементные и гипсовые вяжущие, содержащие минеральных добавок, которые играют роль микронаполнителя в структуре образующегося искусственного камня при гидратации и твердении минералов состава вяжущего. Наполненные минеральными добавками неорганические вяжущие вещества являются основными компонентами состава сухих строительных смесей (ССС). Республика Таджикистан имеет богатое месторождение сырьевых материалов для получения неорганических вяжущих веществ, однако производство самих материалов ограниченно.
Наиболее рациональным способом улучшения технологических качеств наполненных неорганических вяжущих веществ и эксплуатационных свойств строительных композиций на их основе является введение в их состав многофункциональных химических добавок, полученных из растительного сырья. Представителями растительного сырья, пригодными для получения химических добавок, могут быть стебли хлопчатника, рисовая лузга, картофель, кукуруза, лесоматериалы и т.п., которые ежегодно используются в различных отраслях промышленности в огромных количествах. В настоящее время некоторые из названных веществ используются также для производства химических добавок к вяжущим веществам.
В литературе недостаточны научно обоснованные экспериментальные данные, которые позволили бы провести непосредственное внедрение химических добавок на основе растительного сырья для модифицирования наполненных неорганических вяжущих материалов в производствах строительных композиций. Недостаточны также данные по определению влияния химических добавок из растительного сырья на реологические свойства цементов и гипсовых вяжущих, технологических и технических свойств строительных смесей на их основе, не изучены механизмы влияния химических добавок на компоненты состава наполненных вяжущих. Выяснение указанных вопросов требовало выполнению исследований по данной работе.
Цель и задачи исследования:
Целью данной работы является модифицирование наполненных неорганических вяжущих веществ химическими добавками на основе местного растительного сырья Республики Таджикистан.
Исходя из поставленной цели задачами исследования являются:
выбор химических добавок, полученных из местных растительных видов сырья Республики Таджикистан;
исследование основных свойств бетонов и строительных растворов на модифицированных химическими добавками наполненных гипсовых и цементных вяжущих;
нахождение оптимальных содержаний минеральных наполнителей и химических добавок в составах гипсовых и цементных вяжущих;
выяснение предполагаемых механизмов влияния минеральных наполнителей и химических добавок на повышение качества неорганических вяжущих и строительных композиций на их основе;
опытно-промышленное испытание оптимальных составов модифицированных наполненных неорганических вяжущих в производстве некоторых строительных изделий.
Научная новизна работы:
обоснована целесообразность модифицирования гипсовых и цементных вяжущих химическими добавками: декстрином, модифицированным лигносульфонатом техническим (МЛСТ), щелочным экстрактом стеблей хлопчатника (ЩЭСХ) и щелочным экстрактом рисовой лузги (ЩЭРЛ) и армирующей добавкой: микрокристаллической целлюлозой из хлопкового лин-та, полученными из растительного сырья, и минеральными наполнителями из отходов обогащения флюоритовых руд и керамзитовой пыли.
установлено, что ЩЭСХ и ЩЭРЛ являются эффективными регуляторами схватывания гипсовых и цементных вяжущих. Они изменяют водопо-требность и времени схватывания как чистых, так и наполненных минеральными добавками неорганических вяжущих веществ, и в оптимальных количествах способны регулировать время схватывания вяжущих без ущерба их прочности.
установлено, что более эффективными минеральными наполнителями цементных вяжущих являются отходы обогащения флюоритовых руд и керамзитовая пыль, их содержание можно варьировать в составе цементного вяжущего до 20% для повышения или сохранения прочности бетона. Выявлена возможность совместного их использования в качестве комплексного наполнителя до 25...30 % состава цементного вяжущего без ущерба в снижении прочности бетона;
- выяснено, что модифицированные химическими добавками напол
ненные цементные вяжущие обеспечивают более повышенную прочность бе
тона чем цементы без добавок или цементы с минеральными или химиче
скими добавками в отдельности. По степени влияния на ускорение сроков
твердения бетона химические добавки можно располагать в ряд «МЛСТ -
декстрин - ЩЭСХ», однако в более поздние сроки твердения образцы бетона с добавками декстрина и ЩЭСХ приобретают очень высокие показатели прочности, достигая прочности бетона с МЛ СТ.
- подтверждено, что модифицирование наполненных неорганических
вяжущих химическими добавками растительного происхождения позволяет
уменьшить удельный расход гипса до 29...41% и цемента до 25...30% при
получение соответствующих сухих строительных смесей, имеющие опти
мальные параметры по времени схватывания и подвижности теста. Такие
смеси обеспечивают получению более высокопрочных изделий и конструк
ций, чем вяжущие их состава без добавок.
Практическая ценность работы:
- модифицированные наполненные цементные вяжущие можно исполь
зовать для производства высокопрочных и коррозионностойких бетонных
изделий и конструкций в гидротехническом, дорожном, ирригационном и
других подобных сооружениях;
- модифицирование вяжущих минерально-химическими добавками
снижает энергоёмкость производства и себестоимости строительных изделий
и конструкций на их основе. Снижение содержания гипса в составе вяжуще
го составляет до 41%, а цемента - до 30%;
- результаты данных исследований имеют не только технико-экономи
ческие значения, но имеют также экологическое значение, поскольку отходы
других производств утилизируются в производствах вяжущих материалов.
Результаты исследований апробированы и внедрены:
в АООТ "Хонасоз-4" («Домостроитель-4»), при разработке ресурсосберегающей технологии получения бетонных изделий и конструкций;
в Агентство по строительству и архитектуре при Правительстве Республики Таджикистан, ряд нормативных рекомендательных документов, как справочные материалы и при составлении методики проектирования и расчета по технологии производства строительных материалов, изделий и конструкций на основе местного сырья, отходов и вторичных ресурсов;
в Таджикском техническом университете имени академика М.С.Оси-ми Министерства образования Республики Таджикистан при разработке комплексного модуля НИР по новым материалам, конструкциям и технологиям.
Некоторые результаты исследований, представленные в диссертации, нашли также отражение в научно-технических отчетах НИР, выполненных в 2000-2005 гг. в Таджикском техническом университете имени академика М.С.Осими по тематическому комплексу: «Разработка и внедрение эффективных строительных материалов из местных видов сырья». Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты анализа исследований по определению состояния и пер
спективы использования наполненных неорганических вяжущих и их моди
фицирование минерально-химическими добавками;
- результаты системного исследования по модифицированию составов
наполненных гипсовых и цементных вяжущих химическими добавками на
основе растительного сырья: декстрином, модифицированным лигносуль-
фонатом техническим (МЛСТ), щелочным экстрактом стеблей хлопчатника
(ЩЭСХ) и щелочным экстрактом рисовой лузги (ЩЭРЛ) и армирующей
добавкой: микрокристаллической целлюлозой из хлопкового линта;
- данные рентгенофазового анализа процесса структурообразования
материалов на основе наполненных гипсовых и цементных вяжущих веществ
с химическими добавками растительного происхождения в различные сроки
гидратации и твердения;
результаты экспериментальных исследований по определению влияние химических добавок на свойства наполненного гипсового и цементного вяжущих микрокристаллической целлюлозой, керамзитовой пылью и декстрина;
данные по определению влияния минерально-химических добавок на коррозионностойкость цементных бетонов с применением промышленных отходов;
методика расчета рационального состава наполненных гипсовых и цементных вяжущих веществ по соотношениям составляющих компонентов в зависимости от применения химических добавок растительного происхождения;
результаты исследований по выяснению физико-химических механизмов влияния химических добавок растительного происхождения на свойства наполненных вяжущих веществ;
технико-экономическое обоснование использования наполненных гипсовых и цементных вяжущих веществ с химическими добавками растительного происхождения для производство энерго- и ресурсосберегающих строительных материалов на основе местного сырья (для условий Республики Таджикистан).
Достоверность исследований обеспечена:
применением методик, регламентированных действующими стандартами;
необходимым объемом экспериментальных данных, а также идентичностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученных с помощью поверенного лабораторного оборудования и расчетно-аналитическим методом исследования свойств разработанных материалов с использованием современной вычислительной техники и программного обеспечения при обработке экспериментальных данных.
Вклад автора заключается, под руководством научного руководителя, в научном обосновании выбора объектов исследований, разработка методик и программ экспериментальных исследований, а также в непосредственном участии на всех этапах исследования, интерпретации, анализ и обобщение результатов, получение новых и уточнение известных зависимостей, участие в формулировании выводов и подготовке публикаций, организация и участие в производственном внедрении.
Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы обсуждались на Республиканской научно-технической конференции (НІЖ) «Пути развития промышленности строительных материалов республики» (г.Душанбе, 2003), Республиканской НІЖ «Основные направления переработки местного сырья и пути увеличения строительных материалов» (г.Душанбе, 2003), Международной НІЖ «Перспективы развития науки и образования в 21веке» (г.Душанбе, 2008), Республиканской НІЖ «Современные проблемы химической технологии и металлургии» (г.Душанбе, 2009), Международной НІЖ «Перспективы развития науки и образования» (г.Душанбе, 2010), Республиканской НІЖ «Проблемы современной химии, химической технологии и металлургии» (г.Душанбе, 2011), Республиканской НІЖ «Современные проблемы химии, химической технологии и металлургии», посвященной. 20-летию независимости Республики Таджикистан и 55-летию ТТУ имени академика М.С.Осими (г.Душанбе, 2011); Республиканской НПК «Энерго- и ресурсосбережение при использовании природных ресурсов в энергетике и промышленности» (г. Курган-тюбе, 2012г.); Международной НПК «Архитектурное образование и архитектура Таджикистана: 50 лет развития и совершенствования» (г.Душанбе, 2013г.).
Данные исследования проводились в рамках выполнения НИР по госбюджетным темам Агентства по Строительству и Архитектуры при Правительстве Республики Таджикистан «Малоэнергоёмкие технологии получения сухих смесей из вяжущих местного производства» (г.Душанбе, 2008 г.) и «Разработка технологии повышения качества гипсовых строительных изделий с использованием местных добавок (г.Душанбе, 2009 г.)
Публикации: Основное содержание диссертационной работы изложено в 23 статьях - 8 в журналах (0,74 п.л.), из них 5 (0,58 п.л.) - в ведущих рецензируемых журналах из перечня ВАК, 14 (1,32 п.л.) - в материалах научных конференций и 1 (0,13 п.л.) в научных трудах в различных изданиях.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 141 наименований на русском и иностранных языках и 3 приложений. Общий объем диссертационной работы состоит из 133 страниц компьютерного набора. Основной текст диссертации изложен на 127 страницах, включая 17 таблиц и 27 рисунков.
Автор выражает глубокую признательность за научные консультации д.т.н., профессору А. Шарифову и д.т.н., профессору Г.В. Несветаеву.
