Содержание к диссертации
1. ВВЕДШИЕ 4
2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 10
2.1- Использование техногенных продуктов промышленности в цементном производстве 10
2.2. Топливные шпаки, их состав и свойства 16
2.3. Особенности процессов гидратации и механизма структурообразования многокомпонентных цементов. 24
2.4. Задачи исследований 31
3. ЭКСПЕРИМШТАЛЪНАЯ ЧАСТЬ. 32
3.1. Характеристики исходных материалов и методики экспериментальных исследований 32
3.2. Выбор оптимальных составов многокомпонентных малоклинкерных цементов на основе топливных гранулированных шлаков • .48
3.3. Гидратация и процессы структурообразования многокомпонентных цементов при твердении их в нормальных воздушно-влажных условиях 59
3.4. Строительно-технические свойства многокомпонентных цементов III
3.4.1.Реологические характеристики цементного теста .III
3.4.2Теепловыделение 115
3.4.3Теемпературные деформации цементов 118
3.4.4.Влияние режима и продолжительности твердения на прочностные характеристики и линейные де рмации цементов 125
3.5. Бетоны на основе многокомпонентных цементов .132
3.5.1.Подбор составов бетонов .133
35.2. Пластические деформации бетонов 137
З.б.З. Температурные деформации бетонов 140
3.5.4.Линейные деформации бетонов в зависимости от продолжительности и режима их твердения 145
З.б.5.Влияние длительности твердения на прочностные характеристики и морозостойкость бетонов. I4S
3.6. Изучение усталостных напряжений грунта, укрепленного маогокомпонентным цементом 152
3.7. Промышленный выпуск многокомпонентных цементов и их применение при строительстве автомобильных дорог 156
3.7.1.Выпуск опытно-промышленной партии цемента на помольной установке Красноярскавтодора и ее применение 156
3.7.2.Выпуск опытной партии цемента на Волховском алюминиевом заводе и его использование при строительстве участка автомобильной дороги в Ленинградской области 157
3»7.3.Выпуск многокомпонентного цемента на Ачинском глиноземном комбинате и его применение при строительстве основания автомобильной дороги в фасноярском крае и Томской области 165
3.7.4.Рекомендации по производству и применению многокомпонентных цементов 176
3.7.5.Технико-экономические показатели применения многокомпонентных цементов при строительстве оснований автомобильных дорог 179
4. ОНЦИЕ ВЫВОДИ 181
5. Список литературы 185
Введение к работе
ЛУІ съезд КПСС поставил перед народным хозяйством страны-важнейшие задачи по экономии топлива и электроэнергии с одновременным решением вопросов защиты окружающей среды, расширению выпуска высокомарочных, маогокомпонентных и специальных цементов, развитию мощностей по производству строительных материалов с использованием золы и шлаков тепловых электростан-ций.
В этом плане одним из наиболее перспективных направлений является разработка составов и технологии получения многокомпонентных цементов на базе побочных продуктов теплоэлектростанций /ТЭС/, что позволит уменьшить энергозатраты при производстве цемента, получать новые виды специальных цементов с рехулируемыми в широком интервале строительно-техническими свойствами, решить экологические задачи.
Необходимо отметить, что использование отходов ТЭС позволит сократить расходы на сооружение золоотвалов и их эксплуатацию, то есть снизить себестоимость электроэнергии, Кроме того, уменьшение площадей золоотвалов сохранит для сельского хозяйства значительные земельные участки.
Учитывая предусмотренное в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" ускоренное развитие опорной сети магистральных автомобильных дорог и расширение строительства дорог в сельской местности, связывающих районные центры, увеличение скорости и грузоподъемности автомобильного транспорта, повышение требований к долговечности оснований дорожных конструкций и улучшению качества их строительства, создается необходимость в увеличении производства вяжущих веществ для потребности дорожного строительства» Б связи с этим, применение многокомпонентных цементов на основе техногенных материалов и будет способствовать снижению расхода портландцемента и себестоимости строительства и ремонта автомобильных дорог.
Наибольшее распространение в качестве добавок к цементам получили доменные и электротермофосфорные гранулированные шлаки, которые и используются практически полностью при производстве шлакопортландцементов.
В связи с этим особое значение приобретают исследования по выявлению возможностей применения новых видов шлаков,в т.ч« гранулированных шлаков ТЭС с М = 0,061 0,640 как основного материала для получения многокомпонентных цементов, используемых в дальнейшем при производстве бетонов марок 75f200.
Целью диссертационной работы является обоснование возможности получения многокомпонентных цементов на основе топливных гранулированных шлаков с модулем основности от 0,061 до 0,640 или при совместном применении топливных шлаков и нефелиновых шламов, выявление рационального содержания шлака в составах цементов в зависимости от вида активизатора его твердения,изучение свойств цементов и бетонов с разработкой предложений по использованию их в условиях нормального твердения.
Для достижения указанной цели в работе выполнены исследования;
- особенностей структуры гранулированных шлаков, образующихся при сжигании углей различных месторождений;
- физике-механических свойств оптимальных композиций многокомпонентных цементов на основе шлаков ТЭС различного химического состава в зависимости от вида и количества активизатора твердения стеклофазы шлака;
- процессов гидратации и структурообразования шлаковых цементов, твердеющих при относительной влажности воздуха и температуре
- строительно-технических свойств /реология, тепловыделение, температурные и линейные деформации, прочность, морозостойкость/ многокомпонентных цементов;
- пластических и температурных деформаций бетонов на основе полученных цементов;
- влияния продолжительности и режима твердения на линейные деформации, прочностные характеристики и морозостойкость бетонов.
Дри выполнении экспериментальной части работы применен комплекс современных физико-химических методов исследованиЕ: химический, диффееенвдально-тершческий,рентгено1рафический, Ж-спектральный, электронная и сканирующая электронная микроскопия. Для изучения структуры и сравнительной морозостойкости образцов впервые применен дилатометрический метод исследования многокомпонентных шлаковых цементов, Применено большое число стандартных методов испытаний, а также метод математического планирования и статистической обработки результатов эксперимента.
Основные результаты диссертационной работы следующие:
- химическим, рентгенографическим, ди еренциально-термическим и Щ-спектральным методами анализа установлено, что топливные гранулированные шлаки, образующиеся при сжигании углей Кузнецкого бассейна и отнесенные к группе сверхкислых шлаков, а также кислые шлаки - от сжигания углей Донецкого бассейна, характеризуются повышенной пуццоланической активностью но сравнению с группой среднеосновных шлаков, образунцихся при использовании углей Канско-Ачинского бассейна; последние об ладают наибольшей гидратационной активностью, проявляющейся при длительном твердении;
- показано, что топливные гранулированные шпаки всех трех груші могут быть использованы в качестве основного материала при производстве многокомпонентных шлаковых цементов, характеризующихся при твердении в нормальных воздушно-влажных условиях активностью: в 28-суточном возрасте - от 2,5 до 5,1 МПа -при изгибе и от 11,9 до 25,9 МПа - при сжатии; в 90-суточном возрасте соответственно от 3,4 до 6,3 Ша и от 20,1 до 34,6 МПа;
- выдвинута и экспериментально доказана гипотеза о влиянии щелочей, содержащихся в нефелиновом шламе, на ускорение процессов гидратации стеклофазы топливных шлаков с Мо=0,061 - 0,64;
- впервые исследованы при помощи современных методов физико-химического анализа процессы гицратации и механизм структуро-образования цементов, содержащих до 8С$ топливных шлаков, что позволило выявить участие каждого компонента разработанных со ставов цементов в развитии процессов структурообразования от начального периода до двух лет;
- разработана схема, показывающая стадийность процессов гидролиза и гидратации стеклофазы топливного щлака при твердении шлако-нефелиновых цементов в нормальных условиях;
- установлено, что основными продуктами гидратации цементов на основе шлаков ТЭС являются субмикрокристаллические новообразования гидросиликатов, гндроапюмосиликатов кальция пониженной основности; в результате данные цементы характеризуются более высоким отношением прочности при изгибе к прочности при сжатии и повышенной трещиностойкостью; - доказано, что дилатометрический метод исследования может быть применен в качестве экспресс-метода для сравнительной оценки морозостойкости новых видов вяжущих по сравнению с традиционными;
- показана стабильность физико-технических свойств затвердевших шлаковых цементов при твердении их в средах с различной относительной влажностью воздуха и воде;
- разработаны технические условия на производство и применение шлако-йефелиновых цементов / 1У 218 РОФСР 428-80 /;
- с использованием метода математического планирования определены оптимальные составы бетонов на основе разработанных многокомпонентных цементов и изучены их деформативные свойства от начала затворения бетонной смеси до 90-суточного твердения;
- исследованы прочностные характеристики и морозостойкость бетонных образцов в зависимости от длительности твердения.
Разработанная технология производства многокомпонентных шлаковых цементов была проверена в промышленных условиях: на помольной установке фасноярскавтодора /1976 г./ ж цементных заводах Волховского алюминиевого завода /1977 г./ и Ачинского глиноземного комбината /I97B и 1982 г.г./. Основными практическими результатами ее внедрения являются; утилизация крупнотоннажных отходов, что позволит расширить базу производства строительных материалов и снизить расход портландцемента при получении низкомарочных бетонов; понижение удельного расхода топливно-энергетических ресурсов в цементном производстве.
Полученные промышленные партии многокомпонентных шлаковых цементов совместно с работниками Ленавтодора, фасноярскавто-дора и Томскавтодора применены при строительстве оснований автомобильных дорог. Установлено, что использование разработанных композиций цементов, благодаря замедаенной скорости ж гидратационного твердения, позволит повысить технологичность бетонных смесей на их основе, а также снизить трудоемкость в процессе строительства дорог с основанием из бетона или укрепленного грунта взамен щебеночных оснований и сэкономить, при условии равнопрочности дорожной конструкции, от 100 до 200 т портландцемента марки 400 на I км строящейся автомобиль-ной дороги.
Полученные результаты работы использованы при разработке "Рекомендаций по применению в дорожном строительстве неорганических вяжущих веществ на основе побочных продуктов промышленного производства и местных материалов".
Фактический экономический эффект от применения разработанных многокомпонентных шлаковых цементов при устройстве оснований автомобильных дорог в Красноярском крае и Томской области составил соответственно 5,56 и 12,6 тыс. руб на I км автомобильной дороги.
Новизна разработанных составов цементов подтверждена авторским свидетельством & 730638.
Работа выполнялась автором в лаборатории спеццементов Всесоюзного научно-исследовательского института цементной промышленности в течение 1976-1983 г.г. лод руководством доктора технических наук Малинина Ю.С. ив лаборатории технологии вяжущих веществ и бетонов Мзсковского инженерно-строительного института им.В.В.фйбышева лод руководством доцента,кандидата технических наук Гладких К.В. В решении тзяда вопросов автор пользовался консультациями д.т.н. Лифанова 1.И. к.т.н. Винограцова Б.Н. Тарнаруцкого Г.М.,1Ьнчаровой Л.В., СЬркина Э,Г Рязина В.П. и Пёстоперова B.C.
