Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1 Опыт применения промышленных отходов 9
1 2 Материалы из отходов теплоэнергетики 17
1.3 Классификация зол 23
1.4 Способы применения золы-уноса в бетонах и растворах 27
1.5 Применение добавок ПАВ для модифицирования цементных бетонов 35
1.6 Постановка задач исследования 36
2 Характеристики материалов и методы исследований 39
2.1 Характеристики материалов 39
2.1.1 Цемент 39
2.1.2 Заполнители 40
2.1.3 Зола-уноса 42
2.1.4 Добавки 43
2.2 Составы бетонов, изготовление и условия твердения образцов 44
2.3 Методы экспериментальных исследований 45
2.3.1 Дифференциально-термический анализ 45
2.3.2 Исследования структуры с помощью микроскопа 46
2.3.3 Определение капиллярной и интегральной пористости
2.3.4. Определение прочности 46
2.4.5 Определение морозостойкости
2.3.6 Определение водонепроницаемости 48
2.3.7 Методика определения требуемого количества золы- уноса для замены части песка в мелкозернистом бетоне
2.3.8 Определение донорно-акцепторных свойств поверх- ности золы-уноса
2.4 Выводы 51
3 Влияние наполнителя из золы-уноса тэс дальнего востока на структуру и свойства цементных бетонов
3.1 Влияние условий твердения на структуру и свойства це- ментного камня с наполнителем из золы-уноса
3.2 Реологические свойства бетонной смеси и свойства мел- козернистого бетона с наполнителем из золы-уноса
3.3 Структура и свойства тяжелого бетона с наполнителем из золы-уноса
3.4 Выводы 80
4 Модификация структуры бетонов с наполнителем из золы-уноса полифункциональными добавками пав
4.1 Влияние добавок ПАВ на свойства зольного теста 86
4.2 Влияние добавок ПАВ на структуру цементного камня с наполнителем из золы-уноса
4.3 Модификация структуры и свойств мелкозернистых бето- нов с наполнителем из золы-уноса за счет добавок ПАВ
4.4 Использование регрессионных моделей для установления зависимостей прочностных показателей мелкозернистого бетона от степени наполнения, добавок ПАВ и условий твердения
4.5 Модификация структуры и свойств тяжелого бетона с на- полнителем из золы-уноса за счет добавок ПАВ
4.6. Выводы 111
5 Технико-экономическая эффективность резуль- татов исследований
5.1 Методика расчета технико-экономической эффективности 120
5.2 Экономический эффект от внедрения технологии напол- нения бетонов при производстве тротуарной плитки на ЗАО Артели старателей "Амур"
5.3 Расчетный экономический эффект при внедрении на заво- де строительных материалов До ретро йтреста ДВЖД
5.4 Выводы 124
6 Общие выводы 126
7 Список используемой литературы 127
Приложения 130
- Способы применения золы-уноса в бетонах и растворах
- Определение прочности
- Структура и свойства тяжелого бетона с наполнителем из золы-уноса
- Влияние добавок ПАВ на свойства зольного теста
Введение к работе
В последние годы подходы к назначению и разработке составов цементных бетонов стали пересматриваться и изменяться. Одним из главных приоритетов является обеспечение заданных технических характеристик цементных бетонов для различных отраслей промышленности. На сегодняшний день получают широкое применение многокомпонентные бетоны, в составы которых, кроме вяжущего и заполнителей, также входят химические и минеральные добавки.
Особо остро стоит вопрос о применении местных многокомпонентных добавок в Дальневосточном регионе, так как почти все добавки, применяемые на сегодняшний день, являются привозными из Западного региона, а их транспортировка на Дальний Восток значительно увеличивает стоимость бетонных изделий, что снижает рентабельность. Наполнение цементных бетонов тонкодисперсными минеральными материалами с одновременным повышением их физико-механических свойств является одним из перспективных направлений уменьшения себестоимости цементных бетонов. В последние годы накоплен значительный опыт по применению отходов теплоэнергетики, особенно зол и шлаков, в качестве минеральных добавок в цементные бетоны. Поэтому, целесообразно модифицировать составы бетонов местными компонентами или вторичными продуктами промышленности, что должно позволить, помимо основной задачи, решать вопросы экологии региона.
Основным направлением применения зол и шлаков в строительном комплексе является замена части портландцемента. Вместе с тем, ряд зол обладает неудовлетворительными характеристиками при использовании их взамен части вяжущего вещества. Следовательно, необходимо искать другие направления эффективного применения зол, а также исследовать механизм их воздействия на структуру и свойства цементных бетонов.
Представляет интерес исследования модифицирования структуры и свойств цементных бетонов на основе использования наполнителя из золы-уноса ТЭС Дальнего Востока взамен части мелкого заполнителя.
Цель работы.
Целью настоящей работы является исследования механизма воздействия наполнителя из золы-уноса ТЭС Дальнего Востока, применяемого взамен части песка, на структуру и свойства цементных бетонов.
Реализация поставленной цели достигалась решением следующих задач:
- уточнение механизма воздействия замены части песка золой-уноса на структуру и физико-механические свойства бетонов;
- изучение влияния условий твердения на механизм твердения и свойства наполненного золой бетона;
- определение оптимального количества золы-уноса для замены части песка в цементных бетонах в зависимости от условий твердения;
- определение основных физико-механических свойств в наполненных бетонах;
- установление зависимости деформативно-механических свойств бетонов от степени замены песка золой-уноса;
- подбор эффективных поверхностно-активных добавок для пластификации бетонов, изготовляемых с применением золы-уноса;
- расчет экономической эффективности наполнения цементных бетонов золой-уноса с учетом экологических факторов.
Научная новизна работы.
1. Уточнен механизм воздействия кислых зол Дальневосточного региона на структуру цементного бетона при замене в нем части мелкого заполнителя. Установлено уменьшение капиллярной пористости це ментного камня за счет улучшенного распределения частиц по размерам и кольматации пор дополнительными гидросиликатами кальция, образующимися при взаимодействии золы-уноса с продуктами гидратации портландцемента. Выявлено, что зола-уноса выполняет роль подложки, на которой активизируется формирование кристаллогидратов при гидратации цемента.
2. Установлено влияние условий твердения на механизм модификации структуры наполненных бетонов. Механизм воздействия золы-уноса на структуру бетона, связанный с улучшением распределения частиц по размерам, преобладает при нормально-влажностных условиях твердения. Роль механизма взаимодействия золы с продуктами гидратации цемента усиливается при тепловлажностной обработке.
3. Разработана новая методика для определения зависимости требуемого расхода наполнителя из золы-уноса от вида и крупности песка, основанная на получении максимальной плотности песчано-зольной системы.
4. Установлены зависимости изменения структуры и свойств наполненных цементных бетонов от применяемых поверхностно- активных добавок.
Практическое значение работы.
1. Намечены пути улучшения свойств цементных бетонов за счет использования наполнителя из зол-уноса Дальнего Востока. Подобраны составы мелкозернистых и тяжелых бетонов с различным содержанием золы-уноса взамен части песка с улучшенными физико-механическими свойствами.
2. Определено влияния условий твердения на структуру и свойства цементных бетонов.
3. Подобраны эффективные поверхностно-активные добавки для пластификации бетонов, изготовляемых с применением золы-уноса взамен части песка.
4. Результаты работы внедрены при производстве тротуарной плитки и отражены в акте о внедрении (10.10.2005 г.) ЗАО "АС" "Амур". С учетом природоохранных мероприятий по г. Хабаровску экономический эффект от внедрения золы-уноса на ЗАО "АС" "Амур" составляет 17 млн. 458 тыс. рублей в год
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на IV международной конференции "Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР" (Хабаровск, 2005); Всероссийской научно-практической конференции "Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности" (Хабаровск, 2006); Региональной научно-технической конференции творческой молодежи «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» (Хабаровск, 2006); Межвузовской научно-технической конференции творческой молодежи «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» (Хабаровск, 2004); Международной научно-практической интернет-конференции «Ресурсосберегающие технологии в транспортном строительстве и путевом хозяйстве железных дорог» (Санкт-Петербург, 2006).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.
На защиту выносятся:
- механизм воздействия золы-уноса на структуру и физико-механические свойства мелкозернистого и тяжелого бетонов при твердении в нормально-влажностных условиях (НВУ) и с применением теп-ловлажностной обработки (ТВО);
- результаты экспериментальных исследований влияния замены части песка наполнителем из золы-уноса на структуру и свойства мелкозернистого и тяжелого бетона;
- методика подбора оптимального количества наполнителя взамен части песка;
- результаты экспериментальных исследований влияния наполнителя из золы-уноса на капиллярную и интегральную пористость наполненного бетона;
- воздействие добавок ПАВ на структуру и физико-механические свойства наполненных бетонов.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложения. Она содержит 145 страниц машинописного текста, 63 рисунка, 47 таблиц и список литературы из 128 наименований, а также 3 приложения, акт о внедрении результатов работы.
Достоверность результатов подтверждена применением современных методов математической обработки и практикой промышленного внедрения.
Работа выполнялась в Дальневосточном государственном университете путей сообщения на кафедре «Экономика строительства и технология строительных материалов» в 2003-2006 гг.
Способы применения золы-уноса в бетонах и растворах
Использование зол и шлаков не только экономит дорогостоящие природные и искусственные материалы, но и одновременно решает проблемы защиты окружающей среды. Следует отметить, что промышлен-но развитые страны используют до 100% образующихся при сгорании топлива золошлаковые отходы [60].
Ежегодно в России и других странах СНГ отправляются в отвалы около 120 млн. т. зол и шлаков ТЭС [66]. Вместе с тем известно, что доля использования этих отходов в целом по стране не превышает 10%, а на дальнем Востоке эта величина составляет 1,5-2% [60].
Золы и шлаки ТЭС широко используются за рубежом. В США 38% всего бетона изготавливают с применением зол ТЭС, для товарного бетона этот показатель превышает 50%. Применение золы позволило снизить расход цемента в бетоне в среднем до 220 кг/м3 (для сравнения в России-332 кг/м3) [53].
Среди материалов, используемых в качестве наполнителя, наибольшее распространение получила зола-уноса ТЭЦ [10, 11, 46, 47, 110, 111, 112, 113, 114] Ниже рассмотрены современные представления о данном техногенном сырье.
По мнению американских фирм, использование золы улучшает удо-боукладываемость, снижает водоотделение, повышает плотность, прочность, водонепроницаемость, трещиностойкость и долговечность бетона. В Великобритании возрастает интерес к применению золы-унос в бетоне. Зола используется при сооружении сборных опор, в монолитном бетоне (расход 85 кг/м3 бетона). Исследования в г. Данди показали возможность применения золы в сборном ЖБК до 150 кг/м3 бетона в сочетании с БТЦ, а всего в Англии золу используют 30 заводов (до 60 тыс. т. в год).
В Германии в г. Люнен с 1982 г. эксплуатируется установка для сжигания угольных отходов в кипящем слое. Полученную золу используют в производстве бетонных блоков (от 150 до 250 кг/м3 при расходе цемента 100 кг/м3).
Во Франции широко используют золу в дорожном строительстве для кладки подстилающих морозостойких слоев, для стабилизации грунтов, шоссейных дорог, набережных, взлетно-посадочных полос.
В Японии при строительстве ТЭС на реке Адсусагава было уложено более 1 млн. м3 бетона с использованием 70 тыс. т. золы [54].
В целом, процент использования золы от общего количества такой: Австралия - 8, Канада 20, КНР - 20, Франция - 30, Германия 90, Индия -2,5, Япония 15, ЮАР - 1, Англия - 10, США 20, Финляндия 100, Россия 10 [53, 54].
Для преодоления отрицательных свойств золы, а также максимального использования ее гидравлической активности и повышения адгезии находят свое применение различные способы активации. Данные методы направлены на образование химически и физически неравновесных систем [110, 111, 126]. Способы активации можно разделить на механические [116-120], химические [121-125] и физические [110, 111].
Проведенный обзор отечественных и зарубежных патентов за последние десять лет показал, что зола-уноса применяется в качестве вяжущего [67-76], сырьевой смеси для безобжигово легкого заполнителя [77-80], полимербетонной смеси [81-83], сырьевой смеси для изготовле 29 ния строительных изделий [84], сырьевой смеси для получения ячеистого бетона [85], схватываемых композиций бетона общего назначения [86-87], бетона для получения высокой прочности на сжатие и строительного раствора [88], цементных композиций для изготовления бетона и строительного раствора [89], изготовления легкого заполнителя [90], легких композиции для цементирования скважин [91], для композиций искусственного легкого заполнителя [92].
Направления использования золошлаковых отходов в настоящее время в мировой практике наметились следующие:
1. Добавка взамен части цемента, не снижающая активность материала;
2. Добавка при производстве автоклавных силикатных (известково-песчаных) изделий - силикатного кирпича, силикатных стеновых блоков, изделий из силикатных бетонов;
3. Получение самостоятельного вяжущего материала;
4. Компонент строительных растворов и бетонов;
5. Приготовление специальных видов бетонов (гидротехнический и жароупорный бетоны, пенозолобетоны, газозолобетон, керамзитозоло-бетон, керамзитозолопенобетон и др.);
6. Изготовление пористых заполнителей для легких бетонов (пористый материал типа зольного гравия, аглопорита, зольного керамзита и т.
7. В качестве добавки к глине при изготовлении строительной керамики - кирпича глиняного, черепицы и т. д.;
8. Для дорожного строительства (наполнитель пылевидный в асфальтовых растворах и бетонах, подготовка под покрытия и т. п.), а также для приклеивающих и изоляционных мастик;
9. В качестве сырья для химической промышленности (получение из зол А1203, Fe203, Ti02, К20, Р205, U308 и др.) [30];
10. В сельском хозяйстве, как удобрение для кислых почв,
11. В литейном производстве и в некоторых других случаях [9]
Дальнейшие развитие энергетики предусматривает широкое приме нение твердого топлива. Поэтому использование золы, выход которой увеличивается, в частности, в производстве строительных материалов, позволит сократить затраты на строительство и эксплуатацию золоотва лов, уменьшить занимаемую ими территорию, снизить себестоимость электроэнергии. В России проведена большая исследовательская рабо та и накоплен практический опыт по использованию золошлаковых от ходов тепловых электростанций в различных отраслях промышленности строительных материалов. [9, 60].
Определение прочности
Электронно-микроскопические исследования производились на электронном микроскопе EVO 40 Увеличение принималось х1700 и хЮООО.
Подготовка образцов цементного и золо-цементного камня заключалась в изготовлении образцов 2x2x2 см., часть из которых после 24 часов твердения в НВУ погружали в воду до достижения марочного возраста. Другая часть образцов подвергалась ТВО, после чего также твердела в воде при температуре 18-20С до достижения возраста 28 суток. В марочном возрасте образцы распиливались, структура цементного камня изучалась на сколотой поверхности.
Высушенная до постоянной массы навеска золы-уноса исследовалась в насыпном виде и виде суспензии при увеличении х1700.
Для изучения влияния содержания золы на межзерновую пустот-ность и плотность золо-песчаной смеси применялся оптический микроскоп МБС-9.
В ходе исследований изучалась капиллярная и интегральная пористость методом водопоглощения в соответствии с ГОСТ 12730.4-78.
Взвешивание производили через 0,25 и 1,0 ч после погружения высушенного образца в воду, а затем через каждые 24 ч до постоянной массы. Постоянной массой считали массу образца, при которой результаты двух последовательных взвешиваний отличаются не более чем на 0,1 %. По результатам испытаний рассчитывали относительное водопо-глощение по массе. Интегральная и капиллярная пористость наполненного бетона (П, %) определялась по величине водопоглощения:
Испытания прочности бетона на сжатие проводились согласно ГОСТ 10180-90. Определение прочности бетона состояло в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью роста нагрузки и последующем вычислении напряжений при этих усилиях в предположении упругой работы материала.
Для определения прочности при сжатии проводились испытания на мелкозернистом и тяжелом бетоне. Изготавливались образцы балочки 4x4x16 см и образцы кубики 7x7x7 см для мелкозернистого бетона, для тяжелого 10x10x10 см.
Формы заполняли бетонной смесью, каждый слой укладывали штыкованием стальным стержнем диаметром 16 мм с закругленным концом. Форму с насадкой жестко закрепляли на вибростоле. После окончания укладки и уплотнения бетонной смеси в форме верхнюю поверхность образца заглаживали мастерком.
Образцы твердели при нормально-влажностных условиях и при термовлажностной обработки. Испытания проводились на 7 и 28 сутки при нормально-влажностных условиях твердения, а образцы, твердевшие, при термовлажностной обработке, испытывались после пропари-вания сразу, на 7 и 28 сутки. Нагружение образцов производили непрерывно со скоростью, обеспечивающей повышение расчетного напряжения в образце до его полного разрушения в пределах (0,6±0,4) МПа/с при испытаниях на сжатие.
Образцы-половинки балочек 4x4x16 см при испытании на сжатие помещали между двумя стальными дополнительными пластинками. Дополнительные пластинки центровали относительно оси пресса, используя риски, нанесенные на плиту пресса.
После установки образца на опорные плиты пресса (стальные дополнительные пластинки) совмещали верхнюю плиту пресса с верхней опорной гранью образца так, чтобы их плоскости полностью прилегали одна к другой. Далее производили нагружение.
Морозостойкость бетона определялась в соответствии с ГОСТ 10060.0-95. Бетонные образцы изготавливали согласно ГОСТ 10180 -90.
Основные и контрольные образцы бетона перед испытанием насыщали 5%-ным водным раствором хлористого натрия при температуре (18±2) С по ГОСТ 10060.0-95.
Контрольные образцы через 2 - 4 ч после извлечения из раствора испытывали на сжатие по ГОСТ 18105-86. Основные образцы после насыщения подвергают испытаниям на замораживание и оттаивание. Условия загружения в морозильную камеру и замораживания образцов принимались по 6.2 - 6.5 ГОСТ 10060.1-95. Раствор хлористого натрия в ванне для оттаивания меняли каждые 100 циклов замораживания и оттаивания.
Основные образцы через 2-4 ч после проведения соответствующего числа циклов замораживания и оттаивания извлекали из ванны и испытывали по ГОСТ 10180-90. Марку бетона по морозостойкости принимали за соответствующую требуемой, если среднее значение прочности на сжатие основных образцов после установленных (ГОСТ 10060.0-95) для данной марки числа циклов переменного замораживания и оттаивания уменьшалось не более чем на 5 % по сравнению со средней прочностью на сжатие контрольных образцов.
Водонепроницаемость измеряли согласно ГОСТ 12730.5-84. Для определения водонепроницаемости изготавливались образцы цилиндры. Высоту контрольных образцов бетона выбирали в зависимости от наибольшей крупности зерен заполнителя. Изготавливались образцы цилиндры диаметром 15 см и высотой 15 см из обычного тяжелого бетона, бетона с наполнителем в количестве 30% взамен части песка и с применением пластифицирующих добавок. Образцы твердели с использованием ТВО (режим 4-4-4-3 ч.). Образцы в обойме устанавливали в гнезда установки. Давление воды повышали ступенями по 0,2 МПа в течение 1-5 мин. и выдерживались в течение 16 часов. Испытание проводили до тех пор, пока на верхней торцевой поверхности образца появлялись признаки фильтрации воды в виде капель или мокрого пятна.
Структура и свойства тяжелого бетона с наполнителем из золы-уноса
Из полученных результатов (рис. 23) видно, что, несмотря на увеличение водоцементного отношения для компенсации растущей водопо-требности бетонов с золой, используемой в качестве наполнителя песка, в НВУ твердения наблюдается увеличение прочности мелкозернистого бетона.
В 28-суточном возрасте прочностные характеристики растут с повышением расхода золы взамен части песка. При замене золой песка в 15% прочность по сравнению с бетоном без золы выросла в 1,4 раза, а у образцов с заменой золой в 20% - 1,6 раза. Замена в 10% на 28 сутки увеличивает предел прочности при сжатии только в 1,2 раза.
В раннем возрасте (3 и 7 суток) зависимость прочности от расхода золы для замены песка носит другой характер. Замена золой 10% песка приводит к повышению прочности на 3 сутки - 63%, на 7 сутки - 82%. Дальнейшее увеличение расхода золы приводит к снижению прочности при сжатии. При замене 15% песка прочность бетона сравнима с проч 76 ностью ненаполненого бетона. Замена золой 20% песка приводит к получению в раннем возрасте бетонов с прочностью меньшей, чем у нена-полненных.
Неоднозначность влияния замены части песка золой в раннем и марочном возрасте можно объяснить продолжающимися процессами формирования дополнительных гидросиликатов вследствии взаимодействия золы-уноса с продуктами гидратации цемента в благоприятных условиях, созданных прессованием смеси и, соответственно, уменьшением расстояния между частицами.
Поэтому в возрасте 28 суток замена до 20% песка золой-уноса приводит к повышению прочности. В раннем возрасте (3 и 7 суток) преобладает механизм уменьшения межзерновой пустотности, который обеспечивает максимальную прочность при замене 10% песка золой-уноса. — 0% — -10% — -15% - x -20% Рисунок 24 - Зависимость прочности при сжатии от возраста образцов с золой взамен части песка
При замене золой свыше 10% песка увеличивается водопотреб-ность смеси, количество цементно-зольного теста становится избыточным по отношению к пустотности заполнителя. Это приводит к снижению прочности бетона в раннем возрасте по сравнению с оптимальным составом. К марочному возрасту, гидравлическая активность золы пуццо-ланового типа позволяет компенсировать ухудшения структуры и увеличить прочность мелкозернистого бетона (рис. 24).
Для внедрения на производстве проводились исследования тротуарной плитки из наполненного мелкозернистого бетона с применением вибропрессования. Использовались жесткие смеси с заменой части песка золой-уноса в количестве 10% и без нее (рис. 25, 26 ), которые прессовались под давлением Р=20 МПа. Выбор 10% замены песка золой-уноса был обоснован приведенными выше исследованиями.
Образцы каждого состава твердели при НВУ и испытывались на прочность при сжатии в возрасте 3, 7, 28 суток и 2 месяцев.
Из рис. 27 видно, что, несмотря на увеличение водоцементного отношения для компенсации растущей водо потреби ости наполненного бетона, при твердении в НВУ наблюдается увеличение прочности при сжатии мелкозернистого бетона. Замена в 10% песка золой позволяет на 3 сутки увеличивает предел прочности при сжатии на 20%, на 7 сутки на 32%. Со временем прочность продолжает расти. На 28 сутки прочность относительно контрольного состава увеличилась в 1,5 раза, а в возрасте 2 месяцев в 1,9 раза. -I 1 1 1 1 —— без золы
Рисунок 27 - Зависимость прочности при сжатии от возраста образцов с золой взамен части песка Из результатов, приведенных на рис. 28 можно сделать вывод, что зола оказывает положительный эффект на формирование поровои структуры при замене части песка, это выражается в снижении капиллярной пористости при использовании вибропрессования.
Положительное влияние замены части песка золой-уноса в раннем и марочном возрасте можно объяснить действием обоих приведенных выше механизмов. Это связано с улучшением структуры мелкозернистого бетона. Зола заполняет межзерновую пустотность песка, увеличивает при этом однородность бетонной смеси и уменьшая капиллярную пористость бетона.
Рисунок 28 - Капиллярная пористость мелкозернистого бетона
К марочному возрасту, гидравлическая активность золы пуццолано-вого типа позволяет получить прочность тротуарной плитки на 68% больше, чем у обычного мелкозернистого бетона.
Долговечность тротуарной плитки с применением золы-уноса оценивалась испытания морозостойкости по второму методу ГОСТ 10180-90. Замена 10% песка золой-уноса позволила увеличить морозостойкость тротуарной плитки с марки F150 до марки F200.
Влияние добавок ПАВ на свойства зольного теста
В данном разделе рассмотрено влияние пластифицирующих добавок на свойства водо-зольных композиций.
Для оценки водопотребности золы и возможности ее снижения проводились исследования пластичности зольного теста. В исследованиях использовалась зола-унос ТЭЦ-3 г. Хабаровска.
На первом этапе исследований определилась пластичность зольного теста по методике оценки нормальной густоты цементного теста и сравнивалось с пластичностью отсева песка, прошедшего через сито 0,16. Водозольное (В/3) отношение составило 0,55, а водопесчанное отношение В/П было равно 0,3. Отсюда следует, что при одной и той-же пластичности водопотребность золы в два раза выше водопотребности цемента и песка с размером зерен, приближенных к размеру зерен золы.
Следовательно, уменьшение водопотребности золы-уноса становится первоочередной задачей при использовании золы в цементных бетонах.
Широко известными способами повышения пластичности смесей является применения добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ).
На втором этапе исследований изучалось влияние следующих добавок ПАВ на пластичность зольного теста: суперпластификатора С-3, воздухововлекающей добавки Сульфонол, пластифицирующей добавки СДБ при постоянном В/3 отношении, равным 0,5 (рис. 33, 34, 35).
Пластичность зольного теста определялась погружением пестика прибора Вика в зольное тесто. Результаты водозольного отношения с неизменной пластичностью от количества вводимых добавок приведены в табл. 21.
Из данных табл. 21 видно, что при постоянной пластичности добавки позволяют снизить водозольное отношение. Суперпластификатор С-3 уменьшает водозольное отношение с 0,55 до 0,45 при введение 1,5% от массы золы. При использовании сульфонола в количестве 0,05% водозольное отношение снижается до 0,47, а применение СДБ уменьшает водозольное отношение до 0,46 при расходе 0,6% от массы золы.
Пластифицирующий эффект добавок ПАВ в зольном тесте при условии сохранения водозольного отношения представлены на рис. 33-35.
Из проведенных исследований пластифицирующего действия добавок ПАВ приведенных на рис. 33-35 видно, что самой неэффективной добавкой оказалось СДБ, поскольку даже при расходе 0,6% обеспечивает наименьшую пластичность. Наибольший пластифицирующий эффект наблюдается при использовании С-3.
Добавки в отдельности не дали желаемого результата. Поэтому целесообразно рассмотреть эффективность комплексных добавок полифункционального действия. По результатам предварительных исследований были выбраны добавки С-3 в пределах 0,7-0,9% и Сульфонол 0,01-0,03%, поскольку добавки в этих количествах показали наибольший эффект. На третьем этапе исследований использовали равноподвижные смеси. Определялось влияния комплексной добавки полифункционального действия (С-3 +Сульфонол) на снижение водозольного отношения при постоянной пластичности смеси (водоредуцирующий эффект).
Этот комплекс позволил при расходе С-3 - 0,9% и Сульфонола -0,03% снизить водозольное отношение с 0,55 до 0,44. Для построения двухфакторной зависимости было использован метод планирования эксперимента. В целях определения вида зависимости водоцементного отношения от комплекса добавок и золы-уноса проведен двухфакторный регрессионный анализ. Основными переменными факторами были выбраны: количество вводимого суперпластификатора С-3 (Хі), в %, и воздуховов-лекающей добавки Сульфонола (Х2), в %. В качестве функций отклика принято водозольное отношение. Уравнение регрессии, полученное в результате статистической обработки экспериментальных данных, имеет следующий вид: В/3 = 0,7044 - 0,55 ХІ + 1,5 Х2 + 0,3333 Xi2 -16,666 Х22 - 2,5 X! Х2; (4 1) Статистические характеристики регрессии представлены в табл. 22. Таблица Характер истики уравнений регрессии Функция Расчетный критерий Кохрена G Табличный критерий Кохрена G Расчётный критерий Фишера F Табличный критерий Фишера F в/ц 0,28 0,32 1,76 2,84 При выбранном уровне значимости (qB0C = 0,05) удовлетворяется условие G GKp, полученные результаты эксперимента можно считать достоверными. Так как вычисленные значения F - критерия меньше критических табличных при уровне значимости о/ад = 0,01, то математические описания признается адекватным. На рис. 36 приведена графическая зависимость, полученная с помощью математической модели. Рисунок 36 - Влияние комплексных добавок на водозольное отношение зольного теста Из представленной модели видно, что совместное использование добавок дает значительно больший водоредуцирующии эффект, чем применение добавок по отдельности. Для выявления происходящих процессов модифицирования структуры производились дополнительные исследования цементного камня, наполненного золой-уноса с добавками ПАВ с использованием дифференциально-термического анализа. В качестве добавок ПАВ применялись суперпластификатор С-3, комплекс С-3+Сульфонол и гиперпластификатор Vinavil Flux 1. Испытания проводились как при НВУ твердения, так и при ТВО. Результаты ДТА представлены на рис. 37, 38 и в табл. 24.
