Введение к работе
Актуальность. Добыча стекловидного перлита,
используемого в качестве сырья для получения вспученного
перлита, сопровождается попутно добываемыми в основных
объемах (до 70%) невспучивающимися
закристаллизованными перлитами.
Они в основном отправляются в отвалы и только небольшое их количество используется на отсыпках дорожного основания и как сырье при производстве автоклавных силикатных бетонов.
Решение проблемы повышения эффективности использования закристаллизованных перлитов в технологии бетонов связано с целесообразностью их активации в технологическом процессе, направленном на использование потенциальных возможностей некондиционного сырья при минимальных трудовых, материальных и энергетических затратах. Наиболее перспективно применение этих отходов в технологии легких бетонов на пористых заполнителях различного назначения.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Восточно-Сибирского государственного технологического университета в составе Единого заказа-наряда Министерства образования РФ, а также региональной НИР «Бурятия. Наука и техника».
Цель и задачи работы. Основная цель диссертации заключается в разработке технологии композиционных вяжущих веществ и эффективных легких бетонов на основе отходов добычи перлитового сырья.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- теоретически обосновать выбор принципов
повышения гидравлической активности
закристаллизованных перлитов и эффективности использования пористых заполнителей из эффузивных пород путем их модификации;
- разработать эффективную технологию получения бесклинкерных и малоклинкерных вяжущих и легких бетонов различного вида на их основе.
Научная новизна. Разработаны теоретические положения о повышении эффективности использования в технологии легких бетонов закристаллизованных перлитов путем их активации, в том числе в присутствии портландцемента и суперпластификатора, с целью создания композиционного вяжущего на основе активного наполнителя, который оказывает большое влияние на физико-химические процессы цементных композиций при пониженном водосодержании, что способствует экономии цемента и улучшению эксплуатационных свойств легких бетонов.
Обоснована возможность получения бесклинкерных вяжущих на основе активированных закристаллизованных перлитов и извести.
Установлено значительное повышение
гидравлической активности в результате аморфизации структуры закристаллизованных перлитов, достигаемой при их импульсной электронно-лучевой обработке.
С помощью РФА и ДТА доказано, что активированный закристаллизованный перлит в бесклинкерных вяжущих при тепловлажностной обработке обладает большей гидравлической активностью, чем неактивированный, так как при его твердении образуются преимущественно низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH(B) и СгБЩА), в то время как при твердении неактивированного закристаллизованного перлита - 2-основный гидросиликат.
Методом математического планирования
эксперимента получены 2-факторные квадратичные модели нахождения количественных зависимостей свойств малоклинкерных вяжущих (нормальной густоты, активности, средней плотности) на основе бездобавочного
портлаїїдцемента и с минеральными добавками до 20%, а также суперпластификатора С-3 от параметров состава.
Установлены зависимости свойств легких бетонов
(теплоизоляционного, конструктивно-теплоизоляционного
и конструктивного) от их состава, характеристик вяжущих и
условий твердения, предназначенные для
целенаправленного формирования структуры и свойств бетонов.
Установлены зависимости кубиковой и призменной
прочности, относительных продольных и поперечных
деформаций, статического модуля упругости,
коэффициента Пуассона, деформаций усадки, ползучести легких бетонов от вида и расхода вяжущего, водовяжущего отношения, которые необходимы для прогнозирования трещин остойкости и определения состава бетона.
Практическая значимость- Разработана технология
модификации закристаллизованных перлитов методом
импульсной электронно-лучевой активации,
способствующая резкому возрастанию гидравлической активности некондициошюго сырья.
Разработана технология бесклинкерных вяжущих на основе активированных, закристаллизованных перлитов с содержанием, в % масс,: извести - 20...27, активированной перлитовой породы - 40...45, воды - 34...36, обеспечивающая высокую прочность камня.
Разработана технология малоклинкерных вяжущих путем механохимической активации закристаллизованных перлитов в присутствии портландцемента и пластификатора с нормальной густотой 20-21% при оптимальной удельной поверхности 450-550 м2/кг с содержанием портландцемента до 50% и активностью 40 МПа.
Разработана технология модифицирования
заполнителей из вспученного перлита и вулканического шлака в водных растворах щелочи, способствующая уменьшению открытой пористости зерен заполнителя и
более рациональному использованию вяжущих в легких бетонах.
Получены легкие бетоны различного вида:
теплоизоляционные со средней плотностью 450-550 кг/м3, прочностью 1,2-1,25 МПа, водопоглощением 12-14% и теплопроводностью 0,1-0,12 Вт/мС;
конструктивно-теплоизоляционные с поризованным цементным камнем со средней плотностью 1100-1200 кг/м , прочностью 8-9 МПа, теплопроводностью 0,25 Вт/мС и морозостойкостью F25;
-конструктивные со средней плотностью 1700-1800 кг/м3 и прочностью 30-35 МПа.
Внедрение результатов исследования. Результаты работы нашли применение в системе предприятий Госстроя Республики Бурятия, заводов ЖБИ-1, КПД-2 (г. Улан-Удэ), начиная с 1985 г., для производства стеновых материалов, наружных стеновых панелей и несущих конструкций.
Разработаны технологические регламенты и республиканские технические условия на ряд видов легкобетонных изделий и конструкций.
Результаты диссертационной работы используются в
учебном процессе при подготовке инженеров и магистров
на лекционных, практических, лабораторных занятиях, а
также в дипломном и курсовом проектировании в
Восточно-Сибирском государственном технологическом университете.
Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались с 1983 по 1999 гг. на 5 международных, 5 всесоюзных, 4 всероссийских, 10 республиканских конференциях, 5 научных сессиях Бурятского научного центра СО РАН и 12 университетских научных конференциях, в том числе: XXII международной конференции ученых и специалистов в области бетона и железобетона (Иркутск, 1990); V, VI Российско-польских конференциях «Теоретические основы строительства» (Варшава, 1996, Улан-Удэ, 1997),
международной конференции «Долговечіюсть и защита конструкций от коррозии» (Москва, 1999), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (Благовещенск, 1999), всесоюзной конференции «Научные основы создания энергосберегающих технологий и техники» (Москва, 1990), всесоюзной научной конференции (XXIV) по бетону и железобетону «Кавказ-92» (Москва, 1992), всероссийской научно-практической конференции по долговечности бетона (Москва, 1999), всероссийской научно-практической конференции «Энергобезопасные технологии освоения недр Байкальского региона: Современное состояние и перспективы» (Улан-Удэ, 2000), межрегиональной научной конференции «Строительный комплекс Востока России» (Улан-Удэ, 1999).
На защиту выносятся:
теоретические положения повышения эффективности использования закристаллизованных перлитов в технологии бетона;
зависимости свойств бесклинкерных и малоклинкерных вяжущих от состава и технологических параметров их активации;
закономерности формирования структуры легких бетонов на основе композиционных вяжущих;
зависимости свойств бетонных смесей и легких бетонов на пористых заполнителях различного вида от главных факторов;
технология получения композиционных вяжущих и бетонов на их основе;
результаты внедрения и технико-экономические показатели.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения (основные выводы), списка использованной литературы из 451 наименования и
приложений. Она содержит 471 страницу машинописного текста, 59 таблиц, 98 рисунков.
