Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ СУХИХ
МОНТАЖНЫХ СМЕСЕЙ ИЗ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ
РЕГИОНА 14
Сухие монтажные смеси и их основные свойства 14
Управление технологическими и эксплуатационными свойствами цементных материалов с помощью добавок 22
Воздухововлекающие добавки из продуктов сульфатно-целлюлозного производства и их применение в цементных материалах 38
Выводы. Цель и задачи работы 48
2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 50
2.1 Выбор тонко дисперсных минеральных веществ региона,
пригодных для грануляции воздухововлекающих добавок
из продуктов сульфатно-целлюлозного производства 50
Характеристики материалов для приготовления сухих строительных смесей ' 60
Методы исследований 62
Выводы 69
3 ПОЛУЧЕНИЕ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ВОЗДУХО
ВОВЛЕКАЮЩИХ ДОБАВОК И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СВОЙСТВ 70
3.1 Разработка способов грануляции воздухововлекающих добавок
из продуктов сульфатно-целлюлозного производства 70
Оценка поверхностно-активных свойств гранулированных добавок 78
Основные свойства цементного теста с гранулированными добавками 81
Режимы перемешивания сухих смесей с гранулированными добавками при затворении их водой 84
Основные свойства растворных смесей и затвердевших составов
с гранулированными добавками 86
3.6 Выводы 92
\
4 ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ СУХИХ МОНТАЖНЫХ
СМЕСЕЙ И ИХ СВОЙСТВА 95
Математическое моделирование основных свойств растворных смесей и затвердевших составов из сухих смесей с гранулированной добавкой Смк 95
Математическое моделирование основных свойств растворных смесей и затвердевших составов из сухих смесей с гранулированной добавкой Смк+с-з 104
Формирование структуры цементного камня и растворов с гранулированными добавками 117
Влияние гранулированных добавок на средний размер открытых капиллярных пор и морозостойкость растворов 124
Рекомендации по подбору и корректировке составов сухих строительных смесей с гранулированными добавками 127
Выводы 129
5 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ СУХИХ
МОНТАЖНЫХ СМЕСЕЙ С ГРАНУЛИРОВАННЫМИ
ДОБАВКАМИ И ОЦЕНКА ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ 131
Основы технологического регламента приготовления сухих строительных смесей с гранулированными добавками : 131
Опытно-промышленная апробация сухих монтажных смесей
с гранулированными добавками 133
5.3 Технико-экономическая эффективность применения сухих
строительных смесей с гранулированными добавками 138
5.4 Выводы 141
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. 142
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 144
ПРИЛОЖЕНИЕ А 165
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 166
ПРИЛОЖЕНИЕ В 168
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 170
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 176
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 191
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 203
ПРИЛОЖЕНИЕ И 215
ПРИЛОЖЕНИЕ К 229
ПРИЛОЖЕНИЕ Л 232
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ВВ Д — воздухововлекающие добавки
ЗУ — зола-унос
ЛТО - лигнин талловый омыленный
МК - микрокремнезем
ПАВ — поверхностно-активные вещества
СП - суперпластификаторы
ССМ - сырое сульфатное мыло
СЦП - сульфатно-целлюлозное производство
ТМД — тонко дисперсные минеральные добавки
ЧС - хвосты переработки черносланцевых пород месторождения Сухой Лог
Введение к работе
Актуальность работы:
В условиях модернизации и технологического обновления строительного комплекса с целью повышения качества, безопасности и конкурентной способности продукции все большее распространение получают сухие строительные смеси. Конкурентное преимущество сухих смесей на объектах строительства объясняется их универсальностью и специальными свойствами, стабильность которых обеспечивается многокомпонентностью состава, высокой точностью дозирования ингредиентов и тщательностью их перемешивания.
В номенклатуре сухих строительных смесей особое место занимают смеси (растворы) для монтажных и кладочных работ, к которым предъявляются серьезные требования по обеспечению морозостойкости. А к монтажным растворам одновременно предъявляют требования высокой прочности, которая должна быть соизмерима с прочностью основных конструктивных элементов. Среди известных приемов управления морозостойкостью затвердевших смесей эффективными и технологичными являются: создание условно-замкнутой и снижение капиллярной пористости материала путем введения воздухововле-кающих и пластифицирующих добавок, а также уплотнение структуры тонкодисперсными активными минеральными компонентами.
Качество сухих смесей с воздухововлекающими добавками при их содержании в тысячных и сотых долях от массы цемента в условиях производства зависит от точного дозирования и равномерного их распределения в объеме цементного материала. Существенного снижения чувствительности к дозированию воздухововлекающих добавок можно достичь путем их предварительного соединения с минеральными тонкодисперсными материалами и введения в сухие смеси в виде гранулированных добавок.
В качестве воздухововлекающих компонентов в цементных материалах используют побочные продукты сульфатной варки целлюлозы, а дисперсных минеральных — микрокремнезем. Известные технологии грануляции добавок с использованием сушки при температурах 105-300 С не пригодны для изготовления воздухововлекающих веществ из продуктов сульфатной варки целлюлозы. При темперагурах выше 85 С происходят процессы полимеризации или деструкции составляющих и, как следствие, утрачивается воздухововлекающии эффект добавок.
В удаленных регионах Сибири и Дальнего Востока существует дефицит сухих строительных смесей и особенно изготавливаемых вблизи объектов строительства из местного сырья. При этом на промышленно освоенных территориях имеется достаточное количество сырьевых компонентов для изготовления добавок и сухих смесей. Составы и технология приготовления сухих монтажных смесей с гранулированными воздухововлекающими добавками из продуктов сульфатно-целлюлозного производства не изучены. Исследования по разработке технологии грануляции воздухововлекающих добавок и изготовления качественных сухих монтажных смесей с их использованием для обеспечения повышенной прочности и морозостойкости являются актуальными.
Диссертационная работа выполнялась в рамках тематического плана научно-исследовательской работы Братского государственного университета, в том числе по теме №31-359/708 «Разработка комплекса нормативно-технической документации на органоминеральные добавки из отходов местной промышленности».
Объект исследований: сухие строительные смеси с использованием местных сырьевых ресурсов.
Предмет исследований: закономерности структурообразования и свойства затвердевших монтажных смесей с гранулированными воздухововлекающими добавками из продуктов сульфатно-целлюлозного производства.
Цель работы: разработка составов сухих монтажных смесей с повышенной прочностью и морозостойкостью при использовании предварительно полученных минерализованных гранулированных воздухововлекающих добавок из побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Обоснование выбора местных сырьевых ресурсов, в том числе вторичных продуктов промышленности для изготовления сухих монтажных смесей с повышенной прочностью и морозостойкостью.
Разработка составов и способов грануляции воздухововлекающих добавок из продуктов сульфатно-целлюлозного производства для использования в сухих монтажных смесях, изучение их свойств и эффективности в цементных материалах.
Исследование влияния гранулированных добавок на структуро-образование цементного камня.
Исследование влияния гранулированных добавок на формирование условно-замкнутой пористости и эксплуатационных свойств строительных растворов из сухих монтажных смесей.
Разработка технических условий и рекомендаций по технологии изготовления гранулированных воздухововлекающих добавок и сухих монтажных смесей с их использованием, проведение опытно-промышленных испытаний разработанных составов и технологии.
Научная новизна заключается в получении новых знаний о влиянии минерализованных гранулированных воздухововлекающих добавок из побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства на свойства цементных растворов из сухих монтажных смесей:
установлено, что в сухих монтажных смесях с гранулированной воздуховов-лекающей добавкой обеспечивается объем вовлеченного воздуха 7-9 %, формируются условно-замкнутые поры диаметром от 14 до 140 мкм при факторе расстояния 0,216-0,233 мм, что обеспечивает повышение морозостойкости до F200;
установлено, что в монтажных смесях с комплексной гранулированной воздухововлекающей добавкой, уменьшается водопотребность на 20-25 %, образуется дополнительное количество низкоосновных гидросиликатов кальция вследствие наличия в системе микрокремнезема, что позволяет получить затвердевшие монтажные смеси (растворы) с прочностью на сжатие М200 при пониженном на 22-24 % расходе цемента;
грануляция воздухововлекающих добавок из продуктов сульфатно-целлюлозного производства тонкодисперсными минеральными веществами методом «сухой минерализации» пены с использованием низкотемпературной сушки при 65-70 С позволяет сохранить воздухововлекающий эффект добавки, снизить чувствительность к точности дозирования и обеспечить ее равномерное введение в сухую смесь при коэффициенте вариации воздухо-вовлечения не более 5-6 %.
Достоверность результатов и обоснованность выводов по работе обеспечена корректным использованием основных научных положений строительного материаловедения, методически обоснованным комплексом исследований с использованием современных средств измерений и испытательного оборудования, применением физико-химических методов исследований, математических методов планирования, статистической обработкой результатов и подтверждением полученных данных опытно-промышленными испытаниями. Научная новизна работы подтверждена тем, что на разработанные на ее основе технические решения выданы патенты на изобретение Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
Практическая значимость:
разработаны составы и способы получения воздухововлекающих добавок из продуктов сульфатно-целлюлозного производства и микрокремнезема для использования в сухих строительных смесях;
разработаны составы сухих монтажных смесей с использованием гранулированных воздухововлекающих добавок и рекомендации по подбору и корректировке составов сухих монтажных смесей с гранулированными воздухововле-кающими добавками;
разработаны технические условия и технологические регламенты изготовления гранулированных воздухововлекающих добавок из продуктов сульфатно-целлюлозного производства (ТУ 5745-001-02069823-2008) и сухих монтажных смесей повышенной прочности и морозостойкости с их использованием (ТУ 5745-002-02069823-2009), апробация которых в промышленных условиях подтвердила достоверность сделанных в работе выводов и практических рекомендаций.
Реализация работы: Разработанные составы сухих монтажных смесей с гранулированными воздухововлекающими добавками из продуктов сульфатно-целлюлозного производства использованы при выпуске двух опытных партий на предприятии ООО «СТЭКС» (г. Братск). Полученные сухие смеси рекомендованы для внедрения на строительных объектах предприятия. Результаты научных исследований используются при проведении занятий со студентами специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» в ГОУ ВПО «БрГУ» и ГОУ ВПО «ТГАСУ», а также при подготовке магистров направления 270100 «Строительство».
На защиту выносятся:
результаты исследований по влиянию составов и способов грануляции на свойства гранулированных воздухововлекающих добавок из продуктов сульфатно-целлюлозного производства для сухих монтажных смесей;
результаты исследований влияния гранулированных добавок на основные свойства сухих монтажных смесей;
результаты физико-химических исследований^ процессов структурообразо-вания цементного камня и структуры-условно-замкнутых пор растворов, изготовленных из сухих монтажных смесей с гранулированными добавками;
результаты опытно-промышленных испытаний разработанных составов и технологических приемов изготовления гранулированных воздухововлекающих добавок и сухих монтажных смесей с их использованием.
Личный вклад автора содержится во всех разделах диссертационной работы и состоит в разработке программы экспериментальных исследований, получении результатов исследований, их обобщении и анализе. Роль научного руководителя к.т.н. С.А. Белых заключалась в постановке вопросов, согласованию плана работ по тематике, обсуждении методик проводимых исследований и участии в анализе результатов исследований. Другие соавторы публикаций: Мясникова А.Ю., Попова В.Г., Разорвина И.А., Фильчакова Д.А., Носырева ЯЗ., участвовали в проведении экспериментальных исследований, результаты которых раскрыты в конкретных публикациях.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на: всероссийской научной конференции молодых ученых НГТУ «Наука. Технология. Инновации» (г. Новосибирск, 2004 г.); П, V межрегиональных научно-технических конференциях БрГУ «Строительство: материалы, конструкции, технологии» (г. Братск, 2004, 2007 гг.); II международной научно-практической конференции БГТУ им. В.Г, Шухова «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (г. Белгород, 2004 г.); П, Ш межрегиональных научно-практических конференциях БрГУ «Охрана окружающей среды в муниципальных образованиях на современном этапе» (г. Братск, 2005, 2007гг.); международной научно-технической конференции ПГУАС «Актуальные проблемы современного строительства» (г. Пенза, 2005 г.); международной научно-практической Интернет-конференции БГТУ им. В.Г. Шухова .«Проблемы и достижения строительного материаловедения» (г. Белгород, 2005 г.); международной научно-практической конференции БГТУ им. В.Г. Шухова «Современные технологии в промышленности строительных материалов' и стройиндустрии» (г. Белгород, 2005 г.); IV международной научно-практической конференции РГТУ «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (г. Ростов-на-Дону, 2006 г.); X академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения» (гг. Пенза, Казань, 2006 г.); международной научно-практической конференции ВСГТУ «Строительный комплекс России: наука, образование, практика» (г. Улан-Удэ, 2006 г.); XIII международном семинаре Азиатско-Тихоокеанской академии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века» (г. Новосибирск, 2006 г.); 63-й научно-технической конференции НГАСУ, Сибстрин, (г. Новосибирск, 2006 г.); П всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых ПГУАС «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (г. Пенза, 2007 г.); межрегиональных научно-технических конференциях БрГУ «Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири» (г. Братск, 2004-2009 гг.).
Публикации:
Основное содержание работы и ее результаты опубликованы в 18 печатных работах, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов кандидатских диссертаций, и 2 патента РФ на изобретение.
Структура и объем работы:
Диссертационная работа изложена на 164 страницах основного текста, содержит 30 рисунков, 41 таблицу; состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии, включающей 188 источника, 10 приложений на 72 страницах. Общий объем работы 236 страниц.
Диссертационная работа выполнялась с 2004 по 2008 гг. на кафедре «Строительное материаловедение и технологии» Братского государственного университета.
Экспериментальные работы проводились в лабораториях Братского государственного университета и испытательного центра «Братскстройэксперт», аккредитованного федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии. Имеющееся оборудование, находящееся в лабораториях, ежегодно проходит аттестацию, а средства измерения - поверку.
Автор выражает благодарность д.т.н., профессору А.И. Кудякову (ГОУ ВПО «ТГАСУ»), к.г.-м.н., профессору М.П. Глебову (ГОУ ВПО «БрГУ») за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы; сотруднику ГОУ ВПО «СибФУ» И.С. Рубайло за помощь при проведении физико-химических исследований.
