Введение к работе
Актуальность работы. Динамичное развитие отечественной промышленности строительных материалов в целом, и технологии бетона в частности, невозможно без решения проблемы удовлетворения спроса на качественные цементные вяжущие в прогнозируемых объемах, при исчерпании большинством цементных заводов производственных потенциалов и неудовлетворительным уровнем ресурсо- и энергоэффективности выпуска продукции.
Современные тенденции в области бетоноведения направлены на разработку и внедрение технологий, обеспечивающих энерго- и ресурсосбережение производства, а также получения бетонов с высокими темпами набора прочности. Для этого необходимо изучить и внедрить новые подходы к разработке составов бетонов с применением эффективных вяжущих веществ, химических модификаторов, активных минеральных добавок, наполнителей различной природы и фракционного состава с содержанием высокодисперсных минеральных частиц.
Принятие федерального закона «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности», появление новых требований в нормативно-технических документах ГОСТ 31108-2003, а так же разработка долгосрочных программ развития страны в области строительства, определяет необходимость пересмотра принципов работы цементной промышленности с переходом на выпуск эффективных вяжущих по ресурсо- и энергоэкономичным технологиям.
Стратегией развития промышленности строительных материалов на период до 2020 года разработанной Министерством регионального развития РФ в рамках Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской федерации, определен ряд задач, установленных приоритетными национальными проектами, и предполагается полное обеспечение потребностей страны в основных видах энергосберегающих строительных материалов с высокими показателями качества продукции. Достижение этих целей потребует ввода к 2020 году дополнительных мощностей производства цемента с доведением удельного расхода топливно-энергетических ресурсов при его производстве до мирового и европейского уровней.
Соответственно разработка эффективных модифицирующих органоминеральных комплексов для цементных композиций с применением доступного минерального сырья и побочных продуктов промышленности, повышающих физико-механические и эксплуатационные характеристики изделий, является актуальной задачей, способствующей расширению сырьевой базы строительной отрасли, снижению энергозатрат, улучшению экологии окружающей среды.
Диссертационная работа выполнялась при поддержке индивидуального гранта Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе УМНИК 2011 г. в рамках государственного контракта 9553р / 17177 от 4 июля 2011 года в рамках тематического плана НИР СГТУ в 2009 – 2011 годах.
Цель работы – разработка оптимальных составов эффективных композиционных вяжущих на основе портландцемента, наполненных активными минеральными добавками алюмосиликатного состава с использованием органической добавки на основе техногенных побочных продуктов химической промышленности, а также многокомпонентных добавок повышающих кинетику набора прочности цементных композиций.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи исследований:
оценка активности минеральных добавок алюмосиликатного состава природного и техногенного происхождения, проведение анализа возможности их использования с определением эффективности их применения в составе цементных композиций;
разработка органоминерального комплекса на основе минеральных добавок алюмосиликатного состава и синтезированной органической добавки (пКФ) из побочного продукта производства фенола для модифицирования цементных композиций с определением структурно-реологических свойств и физико-механических характеристик;
разработка и оптимизация составов композиционных вяжущих типа ТМЦ и ВНВ, обладающих высокими технологическими свойствами;
научно обосновать и экспериментально подтвердить выбор сырьевых материалов для получения многокомпонентных добавок на основе разработанного органоминерального комплекса для получения цементных композиций с высокими темпами набора прочности;
разработка технологии производства композиционных вяжущих, многокомпонентных добавок и бетонов на их основе с определением технико-экономических показателей их применения.
Научная новизна работы. Определены особенности процесса гидратации цементных вяжущих систем с установлением синергетического эффекта при совместном использовании молотого пумицита и добавки пКФ, заключающегося в их активном взаимодействии с образованием эффективного органоминерального комплекса. Изучены механизмы влияния компонентов разработанного органоминерального комплекса на гидратационные процессы и факторы, определяющие эффективность его работы, с целью назначения оптимальных составов композиционных вяжущих.
Установлен характер влияния вещественного состава композиционных вяжущих систем на технологические свойства при изготовлении, как бетонных смесей, так и на строительно-технические свойства, а также на усадочные деформации получаемых бетонов.
Предложен способ повышения кинетики набора прочности, ускорения гидратационных процессов и оптимизации структурообразования цементных композиций за счет использования многокомпонентных добавок на основе разработанного органоминерального комплекса.
Практическая значимость работы. Разработаны и предложены оптимальные составы композиционных вяжущих и модифицирующих добавок многокомпонентного состава на основе разработанного эффективного органоминерального комплекса с использованием минеральных добавок алюмосиликатного состава и синтезированной органической добавки пКФ из побочного продукта производства фенола, что позволяет комплексно решать проблемы получения высококачественных цементных композиций, энерго- и ресурсосбережения производства, использования побочных продуктов промышленности.
Внедрение результатов исследования. Результаты работы внедрены на Заводе ЖБИ-6 – филиал ОАО «БЭТ», г. Энгельс при производстве железобетонных плит покрытия дорог серии 1П 35.28-30. Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований используются в учебном процессе: при подготовке инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Достоверность исследований приведенных в работе, обеспечена использованием современным комплексом методов исследований с применением апробируемых средств измерений и методов исследований; получением положительных практических результатов, совпадающих с общими положениям строительного материаловедения; применением современных методов создания научной графики, статистической обработки экспериментальных данных с использованием пакета программ OriginLab.
На защиту выносятся следующие положения:
комплекс экспериментальных данных по исследованию влияния минеральных добавок алюмосиликатного состава на свойства цементных композиций, характер гидратации, кинетику фазообразования твердеющих цементных систем;
результаты исследования влияния синтезированной органической добавки из побочного продукта производства фенола на реологические характеристики, характер процессов гидратации и структурообразования цементных композиций;
результаты комплексных исследований по разработке органоминерального модифицирующего комплекса, а также результаты исследований его влияния на образование продуктов гидратации в цементных системах;
разработанные эффективные составы композиционных вяжущих типа ТМЦ и ВНВ, многокомпонентных добавок ускоряющих кинетику набора прочности цементных композиций, а также технология их производства и изготовления бетонов на их основе.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, приведенных в диссертационной работе, доложены на: научно-технических конференциях Саратовского государственного технического университета (2008 – 2011 гг.); Международной научно-практической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2008 г.); Всероссийской конференции «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2008 г.); Международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии. Материалы XV академических чтений РААСН» (Казань, 2010 г.); Международном научно-практическом симпозиуме «Социально-экономические проблемы жилищного строительства и пути их решения в период выхода из кризиса» (Саратов, 2010 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона» (Саратов, 2011 г.); в аккредитованной по программе научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К. «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2010 и 2011 гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в их числе 2 работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях. Техническая новизна исследований подтверждается выдачей патента РФ с № 2373165 С1 «Комплексная добавка для бетонной смеси» по заявке на изобретение № 2008121474/03, опубликованным 20.11.2009.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников из 145 наименований, приложения; изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков, 51 таблицу.