Введение к работе
Актуадь ность. Повышение эффективности бетонов связано с созданием и широким внедрением интенсивных и ресурсосберегающих технологий. До настоящего времени остаются еще недоиспольвованными значительные резервы экономии ресурсов, особенно!, цемента, имеющиеся в стадии приготовления бетонной смеси. Традиционные технологии и средства приготовления бетонной смеси практически исчерпали свои возможности и не обеспечивают решение современных задач производства бетона и железобетона.
Перспективным направлением комплексного решения проблемы интенсификации и ресурсосбережения технологии бетона с одновременным созданием резерва увеличения прочности композита ва счет повышения потенциальной активности вяжущего признано применение интенсивной раздельной технологии приготовления бетонной смеси (ИРТ). Принципиальная особенность ИРТ - разделение процессов и независимость режимов приготовления вяжущего посредством механической обработки цементно-водной системы в быстроходных смесителях-активаторах и всей бетонной смеси в традиционных бетономешалках принудительного или гравитационного действия. Одначо примене-ние ИРТ сдерживается из-за отсутствия достаточно обоснованных нау-ных и практических основ этого технологического.приема, а также, надежных и эффективных в эксплуатации смесителей-активаторов.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с научно-производственной программой Госстроя СССР "Цемент-Ш" (подпрограмма N 4)и комплексными планами важнейших НИР МГУ ПС и ТашИИТ по проблеме "Разработка интенсивных технологий производства строительных материалов" на 1985-1990 гг.
Цель работы заключается в разработке иауч.дах и практических основ интенсивной раздельной технологии приготовления бетонных смесей; создании и внедрении технологических( процессов и оборудования, обеспечивающих получение бетонов требуемых* показателей свойств на активизированном вяжущем, позволяющих экономить цемєнт и снизить себестоимость продукции.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи: ,
1. Разработать теоретические положения активационной технологии перемешивания компонентов связующего и установить связь состава, структуры и свойств бетонов при раздельном приготовлении
- 4 -бетонной смеси.
2. Разработать осномше параметры и режимы ИРТ приготовления бетонной смеси.
Научная н о в и з н а. Базируясь на современных представлениях полиструктурной теории КСМ, физики твердого тола, теорий: упругости, неравновесной термодинамики, абсолютних скоростей реакций и химической кинетики, гидродинамики и пограничного слоя обоснованы преимущества ИРТ приготовления бетонной смеси, обеспечивающей максимальное использование вяжущих свойств цемента, высокую однородность бетонной смеси, повышенные физико-механические и эксплуатационные показатели бетона и значительную .экономию цемента.
Произведены исследования кинетики ускоренного смесеобразования в интенсивных режимах. Установлены ноеьіє закономерности перемещения частиц различной крупности в вязкой среде и получены математические зависимости описывающие движение элементарных объемов составляющих цементного теста при скоростном перемешивании. Анализом комплексной модели "рабочий орган-среда" получены уравнения распределения скоростей потоков по главным направлениям в цилиндрических координатах, раскрыт механизм формирования зон "активного" и "пассивного" перемешивания в смесительной камере. Данные аналитических расчетов легли в основу разработки целой серии эффективных смесителей-активаторов.
С позиций постулатов о самооргнизующихся системах выполнено теоретическое и экспериментальное обобщение закономерности немонотонного флуктируещего характера формирования свойств бетонов от параметров активации. Получены математические зависимости, описывающие волнообразность течения процессов структурообразования цементного камня и формирования свойств бетона, " выявлена их взан-мосвявь со скростью и временем активации вяжущего. Разработаны обаше принцип» управления режимами перемешивания и определен критерий волнообразное, с помощью которого дана оценка степени влияния 'структуры и свойств бетона нз это явление.
Рєшрниєм конвективно-диффузной задачи впервые получены урав-' нения, позволяющие устанавливать взаимосвязь между параметрами ИРТ и скоростями диффузий воды в минеральны^ частицы. Показано, что из-за гіозникновененіш отрьтного т^к-ння на границе раздела "тъердап частица-вода" создается дгполнш'^лнчю турбулентные по-""іти, ускорлити».' процесс миграции >,нд':>>">'" ' т>!< ртые "'істици. По-
-Б лученные данные позволили вскрыть и по-новому оценить явления интенсификации гидролиза и гидратации цемента.
Выявлен специфический характер процесса структурообразования активизированного наполненного и неналолнешюго связующего с учетом кислотно-основного взаимодействия между поверхностными центрами различных цементов и наполнители. -.Установлено, что при гидратации вяжущего наблюдается существенный рост концентрации основных центров, сопровождающийся значительным повышением основности среды.Получены количественные зависимости вклада ИРТ на изменение дисперсности цемента,степень гидратации вяжущего и влияние фазових превращений в цементном камне из его структуру и прочность
Методами математического моделирования выполнена оптимизация структурных характеристик бетонов при варьировании параметрами активации вяжущего в процессе раздельного приготовления бетонной смеси.
Практическая значимость работы заключается в обосновании режимов ИРГ приготовления бетонных смесей, обеспечивающей максимальную гидратацию цемента, получение проектного уровня однородности, рациональное использование химических добавок, значительное повышение прочностных и деформативных характеристик бетонов.
Разработана проектно-сметная документация. для изготовления смесителей-активаторов новых конструкций, а также рабочие чертежи устройств для определения однородности бетонной смеси и степени структурообразования цементного камня и бетона.
Рекомендованы новые методы и предложены оригинальные.- приборы для исследования свойств цементного теста и бетонной смеси с учетом специфики ИРТ, алгоритмы установления прочностных показателей бетонов при варьировании в широких пределах параметрами -активации связующего.
Применением разработанных смесителей-активаторов получены экономичные по расходу цемента составы бетонных смесей с необходимым комплексом реологических характеристик. Показана возможность снижения на 15-20 и 30-45 % расхода цемента при приготовлении соответственно ненаполненного и наполненного активизированного цементного теста. Определены оптимальные дозировки С-3 и экспериментально подтверждено, что ИРТ позволяет снизить расход этой добавки на'30-352 с такой яе эффективностью, которая достигается при традиционных дбзировках. На основании лабораторных
- о -исследований и опытного производства разработаны практические предложения, которые отражены ь Республиканском нормативном документе.
Внедрение результатов осуществлено на КПП треста "Средазтрансстрой", ЖВИ-0 ДСК Главташкёнтстроя. Налажен выпуск бетонных смесей в УПТК Строитрєста Н 167 Госстроп РУэ и КСДиК концерна "Казводмелиорация". Фактический экономический' аффокт от реализации предложенной технологии в ценах 1989-Ш2 гг. составил 950,678 тыс.руб), при объеме произведенной продукции более.104 тыс.м3 бетонной смеси.
Апробация. Результаты исследований обсуждены на трех -
международных, 10 Всесоюзных конференциях и симпозиумах,Б Респуб
ликанских конференциях и совещаниях. Материалы диссертационной
работы опубликованы в 65 работах, 2 монографиях, и 3 брошюрах
По ревультатам исследований получено 9 авторских свидетельств на
изобретение. ...
Структура и объем диссертации.
