На правах рукописи
Козлов Николай Алексеевич
КОМПЛЕКСНЫЙ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ БЫСТРОТВЕРДЕЮЩЕГО И ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА
Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования
Саратовский государственный технический университет имени
Гагарина Ю.А.
Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор |
Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор доктор Бочарников Александр Степанович ФГБОУ ВПО Липецкий государственный технический университет кандидат технических наук, доцент Пушкарская Ольга Юрьевна, ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет |
Ведущая организация: | ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (г. Пенза) |
Защита состоится 22 марта 2012 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 в ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет по адресу: 400074 г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет.
Автореферат разослан 17 февраля 2012 года.
Ученый секретарь диссертационного совета | Акчурин Т.К. |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В современной технологии бетона одним из наиболее перспективных направлений является получение бетонов с заданными техническими и технологическими свойствами при минимальных энергетических и материальных затратах. Проблема получения высокоподвижных бетонных смесей с обеспечением сохранности свойств во времени, отсутствием расслаиваемости и интенсивной кинетикой набора прочности бетона в ранние сроки твердения, без применения тепловой обработки и с высокими прочностными показателями в марочном возрасте является наиболее актуальной. Существующая проблема решается с использованием высокомарочных цементов с нормируемым минералогическим составом, применением химических добавок ускорителей твердения на основе неорганических и органических солей, использованием пластифицирующих добавок, высокоактивных минеральных наполнителей и органоминеральных комплексов.
На данный момент активно ведутся исследования по применению тонкодисперсных минеральных добавок различной природы (природные и техногенные). При производстве цементных бетонов, наиболее востребованы техногенные минеральные наполнители с высокой удельной поверхностью, не требующие дополнительного помола, к ним относят микрокремнезем, золу-унос, метакаолин.
Одним из современных направлений в строительном материаловедении является синтез органоминеральных добавок модификаторов для цементных композиций.
С развитием этого направления связаны цель, задачи и содержание диссертационной работы.
Диссертационная работа выполнялась в рамках тематического плана НИР СГТУ в 2009 - 2011 годах по темам: Разработка экспериментально-теоретических основ обеспечения энерго-, ресурсоэффективности производства строительных материалов, Разработка экспериментально-теоретических основ расширения ресурсной базы и совершенствования технологии производства строительных материалов и изделий, Разработка эффективных составов бетонов с модифицирующими добавками.
Цель работы Ц получение высококачественных бетонов путем введения комплексного органоминерального модификатора, получаемого путем гидратационного синтеза из цементной пыли с углеводсодержащими веществами.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- Исследование особенностей процессов гидратации в присутствии различных добавок углеводов.
- Определение влияния вида и количества углевода на прочностные характеристики цементного камня и технологические свойства добавок на основе тонкомолотого модифицированного различными углеводами цементного камня. Влияние вида цемента, состава и дозировки комплексной добавки на основе тонкомолотого цементного камня модифицированного углеводами на физико-механические показатели цементных композитов.
- Изучение физико-химических процессов, протекающих при введении в цементные композиции комплексной органоминеральной добавки на основе тонкомолотого цементного камня, модифицированного углеводами.
- Разработка полифункциональных органоминеральных модификаторов на основе добавки, получаемой путем гидратационного синтеза из цементной пыли с углеводсодержащими веществами, совместно с микрокремнеземом и исследование влияния на качественные характеристики бетонной смеси и физико-механические показатели цементных бетонов.
- Оценка водонепроницаемости и морозостойкости тяжелых бетонов, получаемых при введении комплексных органоминеральных добавок в ранние сроки твердения и в марочном возрасте.
- Разработка технологии производства и обоснование рациональной области применения полифункциональных органоминеральных добавок.
Научная новизна:
- Выявлено образование различных комплексов луглевод-продукты гидратации цемента, определено, что вид и характер комплексов зависит от структуры углевода, характер комплексов в цементном камне определяет его прочность и возможность использования тонкомолотого цементного камня в качестве добавки центра кристаллизации.
- Предложен способ ускорения процесса твердения и повышения прочности цементных композиций путем введения в количестве до 10 % от массы цемента комплексной органоминеральной добавки на основе цементной пыли, обеспечивающей получение высокой ранней прочности бетонов.
- Выявлено, что введение синтезируемой добавки обеспечивает повышение технологических характеристик бетонной смеси.
- Изучено влияние вида и состава цемента на физико-механические характеристики мелкозернистых бетонов с синтезируемой добавкой.
- Выявлена возможность применения добавки, получаемой путем гидратационного синтеза из цементной пыли с углеводсодержащими веществами, совместно с микрокремнеземом, которые являются взаимодополняющими компонентами в составе полифункционального органоминерального модификатора для цементных композиций.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов приведенных в диссертации обеспечена: корректностью постановки теоретических задач и принятых допущений; соответствием полученных результатов с общими положениями строительного материаловедения; использованием комплекса современных высокоинформативных физико-химических методов исследования свойств модифицированных цементных композиций; применением стандартизированных методов испытаний физико-механических свойств цементных бетонов; полученные данные не противоречат известным положениям и результатам других авторов; успешным внедрением разработанных составов бетонов с комплексной органоминеральной добавкой на основе цементной пыли при производстве составных железобетонных свай.
Практическая значимость.
Разработаны составы комплексных органоминеральных модификаторов для бетонных смесей, позволяющие получать быстротвердеющие и высокопрочные бетоны. Разработана технология производства полифункционального органоминерального модификатора, получаемого путем гидратационного синтеза из цементной пыли с углеводсодержащими веществами. Разработаны составы бетона и рекомендации по применению полифункционального органоминерального модификатора для цементных бетонов. Определена область рационального применения синтезируемой добавки - для монолитного домостроения без тепловой обработки и выпуск железобетонных изделий с ускоренным процессом тепловой обработки или снижения её температуры. Рассчитана экономическая эффективность применения модифицирующей комплексной органоминеральной добавки на основе цементной пыли и отхода сахарного производства.
На защиту выносятся:
- комплекс экспериментальных данных по исследованию особенностей влияния различных углеводов на процессы гидратации цемента.
- способ ускорения набора прочности при помощи использования специальных добавок на основе тонкомолотого цементного камня, модифицированного углеводами и альтернативной добавкой на основе цементной пыли и патоки.
- способ синтеза органоминерального модификатора на основе цементной пыли и углеводсодержащих веществ.
- составы комплексных полифункциональных органоминеральных добавок с микрокремнеземом и синтезированной добавкой на основе цементной пыли.
Реализация работы. По результатам работы подготовлены рекомендации и предложения по производству быстротвердеющих и высокопрочных бетонов, которые приняты к внедрению на ООО Завод ЖБК-2. Материалы выполненных исследований рекомендовано использовать в учебном процессе при подготовке студентов специальности 270106 - Производство строительных материалов, изделий и конструкций в учебных программах дисциплин Технология бетона, строительных изделий и конструкций, Технология изделий на основе местного природного и техногенного сырья, Вяжущие вещества.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались на 9 конференциях различного уровня: международных конференциях: Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Международная научно-практическая конференция (Пенза, 2008); Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии. Материалы XV академических чтений РААСН - Международной научно-технической конференции (Казань, 2010); Социально-экономические проблемы жилищного строительства и пути их решения в период выхода из кризиса (Саратов, 2010); ХХIV Международная научная конференция Математические методы в технике и технологиях (Саратов, 2011); VI Международная конференция Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов (Волгоград 2011); Межрегиональная научно-практическая конференция Модернизация жилищно-строительного комплекса в субъектах сибирского федерального округа (Омск 2011); всероссийских конференциях: Инновации и актуальные проблемы техники и технологий (Саратов, 2008); Инновации и актуальные проблемы техники и технологий аккредитованная по программе научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К. (Саратов, 2010); Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона (Саратов, 2010).
Публикации. Основные научные положения и результаты диссертации изложены в 10 печатных трудах, в том числе 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Подана заявка на изобретение Комплексный органоминеральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов №2011136515(054276) с приоритетом от 01.09.2011 г.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 165 страницах основного текста, содержит 43 рисунка, 52 таблицы; состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы, содержащего 134 источников, 1 приложение на 3 страницах. Общий объем работы 168 страницы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость результатов исследований выносимых на защиту, представлены сведения об апробации результатов работы.
В первой главе представлены основные положения получения цементных бетонов с ускоренной кинетикой набора прочности, описанные отечественными и зарубежными учеными Ю.М. Баженовым, В.В. Батраковым В.С., Демьяновой, В.И. Калашниковым, П.Г. Комоховым, Р.З. Рахимовым, В.С. Рамачадраном, В.Б. Ратиновым, В.И. Соломатовом, П.А. Сычевым, О.В. Таракановым, H. Manzano, H.F.W.Taylor и другими. Проанализированы и обобщены современные представления о процессах и механизмах гидратации цемента. Процесс гидратации и твердения портландцемента является результатом протекания сложных и многообразных адсорбционных, коллоидно-химических и кристаллизационных процессов.
В состав портландцемента входит более 40 различных минералов. Преобладающими минералами C3S=57 - 64, C2S=13 Ц23, С3А=4 - 7, С3АF=11 - 16, в связи с преобладающим содержанием минералов алита и белита необходимо рассматривать процесс гидратации с точки зрения физико-химических взаимодействий силикатов кальция с водой. Для более детального рассмотрения процесса гидратации портландцемента минералов алита и белита, особенно на ранних этапах твердения, большинство исследователей сходится во мнении о том, что процесс гидратации протекает в пять стадий.
Наибольшее внимание при рассмотрении кинетики процесса гидратации цемента следует уделять первым трем стадиям, поскольку они характеризуются интенсивностью роста и увеличению объема гидратных новообразований, что непосредственно влияет на технологические показатели бетонных смесей и физико-механические характеристики цементных композиций в первые сутки твердения.
Существуют несколько основных принципов и условий ускорения структурообразования и, как следствие, ускорения твердения цементных композиций:
- сокращение индукционного периода до начала кристаллизации из жидкой фазы цементно-водной суспензии продуктов гидратации цемента;
- обеспечение высокой степени пересыщения раствора продуктами растворения клинкерных минералов по отношению к кристаллизующимся из него кристаллогидратам и поддержание этого высокого пересыщения на весь период гидратации цемента по кристаллизационному механизму, до образования вокруг цементных зерен экранирующих оболочек.
Данные требования достигаются следующими методами: применением быстротвердеющих портландцементов и высокопрочных композиционных вяжущих с нормируемым минералогическим и гранулометрическим составом, применение добавок ускорителей твердения, дополнительное сверхтонкое измельчение цемента, снижение В/ - за счет применения водоредуцирующих добавок или применение жестких бетонных смесей и эффективных способов их уплотнения, тепловая обработка бетонов при температуре 40-90С, применение добавок крентов.
В последнее время все большее распространение получили добавки кренты, выполняющие функцию центров структурирования. На данный момент более распространены комплексы на основе микрокремнезема, золы-уноса и пластифицирующих добавок на основе нафталинформальдегидных, меламинформальдегидных и карбоксилатных смол.
Следующим этапом развития добавок, способствующих ускорению твердения цементных композиций, будет являться синтезирование органоминеральных комплексов, обладающих полифункциональными свойствами, способных не только ускорять процесс набора прочности, но и обеспечить высокие технологические показатели бетонных смесей, добавок работающих на нано-уровне.
Создание органоминеральных комплексов объединяет в себе знание о влиянии её отдельных компонентов на физико-химические процессы гидратации цемента. Использование добавок пластификаторов значительно замедляет процесс набора прочности цементных композиций. Кинетика набора прочности цементных пластифицированных композиций сложный и многофазный процесс, включающий в себя не только процессы адсорбции органических добавок на поверхности клинкерных минералов, а также комплексообразование органических молекул с новообразованиями в объеме водной фазы, и на поверхности гидратирующихся минералов. Наиболее ярко процессы комплексообразования выражены в цементных системах с добавками углеводов, превышение дозировки которых практически полностью исключает образование прочности цементных композитов.
В последнее время при разработке добавок модификаторов для бетона все чаще используются инновационные решения и методы в области нанотехнологий, применение синтезированных наночастиц. Идеальными наночастицами со схожим структурным строением и химическими составом, которое будет определять эффективность их применения, при производстве цементных композиций является сам цементный камень состоящий из различных частиц размером от 1,4 нм. Вторичное использование тонкомолототого цементного камня в качестве минерального наполнителя уже было рассмотрено ранее многими авторами, однако, прочность цементного камня уже в 1 сутки твердения составляет порядка 20 МПа, что затрудняет его измельчение.
На основании вышеизложенного было выдвинута гипотеза, что продукты гидратации минералов цементного клинкера с углеводами должны служить хорошей добавкой-затравкой, так как их структура в основном представлена несвязанными наноразмерными слабозакристаллизованными гидросиликатами кальция, которые, по мнению многих авторов, находятся с ними в адсорбционном взаимодействии.
Рис. 1. Схематическое представление структуры цементного геля
Рис. 2. Модель взаимодействия углеводов с цементным гелем. |
На рис.1 показано схематическое представление структуры цементного геля, без органоминеральных добавок. Данная модель была разработана на основании работ отечественных и зарубежных авторов, изучавших структуру и свойства цементного геля. На основании представленной модели структуры цементного геля и изученных работ предложена модель взаимодействия цементного геля с молекулами углеводов рис. 2.
Модель демонстрирует процесс взаимодействия углеводов с частицами цементного геля. Проникая в состав цементного геля, и создавая экранирующую оболочку вокруг частиц цементного геля, состоящую из воды и углеводов её удерживающих, тем самым, углеводы препятствуют росту и увеличению объема кристаллических новообразований. Данный процесс напрямую связан с набором прочности и объясняет наличие высокодефектной структуры цементного камня с добавками углеводов.
Во второй главе приведены основные характеристики исходных материалов и методы исследования структуры цементных композиций, технологических, физико-механических показателей.
При определении свойств исходных материалов - портландцемента, песка, щебня, цементных композиций, бетонных смесей и образцов бетона из указанных материалов, применялись стандартные методы испытаний.
При исследовании фазового состава и структуры цементного камня были использованы высокоинформативные физико-химические методы исследований: дифференциально-термический анализ (ДТА), рентгенофазовый анализ (РФА), инфракрасная спектроскопия (ИКС), ОЖЕ-спектроскопия.
В качестве объекта исследования приняты цементные мелкозернистые и тяжелые бетоны с использованием портландцементов марки ПЦ500 Д-0, ОАО Вольскцемент; речного кварцевого песка Мкр = 1,5; габбро-диабазового и карбонатного щебней фракций 5-10 мм; 10-20 мм, с маркой по прочности М1000 и М800 соответственно. Изучение влияния синтезируемого комплексного органоминерального модификатора на физико-механические характеристики цементных композиций проводилось так же на цементах, выпускаемых заводами ОАО Серебряковцемент, ОАО Мордовцемент, ОАО Новоросцемент.
Удельная поверхность имнеральных наполнителей определялась на приборе ПСХ-4 с точностью 0,01 м2/г. Анализ дисперсности порошков сырьевых материалов и минеральных добавок проводили при помощи седиментационного анализа, а также при помощи универсального лазерного экспресс-анализатора распределения размеров частиц HORIBA Partica LA-950.
В качестве основных компонентов для синтеза органоминерального модификатора применялись пыль-унос Вольского цементного завода, свеклосахарная патока - отход сахарного производства Балашовского завода сахарного песка, по внешнему виду представляющий собой густую жидкость темного цвета, микрокремнезем (МК) - отход при производстве силицидов и ферросилиция в электродуговых печах Братского завода ферросплавов, удовлетворяющий требованиям ТУ 7-249533-01-90. В качестве пластификатора при проведении экспериментальной части работы были использованы суперпластификатор С-3 Новомосковского химического комбината, гиперпластификаторы MELFLUXо PP 100 F, Muraplast FK 69, FOXTM-8H (Pwd).
В третьей главе представлены результаты исследований гидратации портландцемента в присутствии различных добавок углеводов, а так же органоминеральных добавок на основе продуктов гидратации цементных вяжущих и углеводсодержащих продуктов.
Активное взаимодействие углеводов с гидратирующимся цементом, образование устойчивых комплексов предполагает, что основную роль в образовании последних играют специфические взаимодействия, такие как водородная связь, высокочувствительная к пространственному расположению взаимодействующих групп.
Для объективной оценки влияния углеводсодержащих добавок на свойства цементных материалов были проведены исследования с позиции общего принсутствия углеводов и их количества, учитывая особенности химического строения монлекул моно- и дисахаридов, возможности их таутомерных превращений в условиях щелочной среды и особенностей комплексообразования в сложных растворах.
Твердение цементного камня изучалось в присутствии глюкозы, фруктозы, сахарозы и сорбита, которые могут существовать растворе в разных таутомерных формах, а именно - фруктоза и глюкоза могут существовать как в циклической, так и в открытой форме, сорбит существует только в открытой форме, в то время как сахароза существует только в циклической форме.
Исследования кинетики твердения цементных композиций с донбавками углеводов показали, что все исследованные углеводы обладают определенным барьером дозировки 0,05-0,2% от массы вяжущего, при увеличении которой наблюдается значительное снижение интенсивности твердения цементных материалов табл.1.
Таблица 1 - Прочностные показатели цементного камня модифицированного углеводами
Вид добавки | Кол-во добавки от массы цемента, % | НГ | В/Ц | Rизг (Мпа) | Rсж (МПа) | ||
3 сутки | 7 сутки | 3 сутки | 7 сутки | ||||
Контрольный | ------ | 27,6 | 0,33 | 1,6 | 1,9 | 36,7 | 48,3 |
Сахароза | 0,5 | 23,2 | 0,33 | нет | нет | нет | нет |
Фруктоза | 0,5 | 24,8 | 0,33 | 0,9 | 1,6 | 13,5 | 24,5 |
Сорбит | 0,5 | 23,0 | 0,33 | 0,8 | 1,7 | 26,1 | 38,9 |
Глюкоза | 0,5 | 23,4 | 0,33 | нет | нет | нет | нет |
Следует отметить, что добавки углеводов в количестве 0,5 % от массы цемента обладают сильным водоредуцирующим эффектом, однако, замедляют процесс набора прочности.
Замедляющее действие добавок можно объяснить снижением дифнфузии Са-ионов, поступающих в жидкую фазу вследствие растворения C3S, и адсорбцией органических молекул на поверхнностях частиц СН и гидрат силиката-кальция (C-S-H), что приводит к существенному изменению формы и строения C-S-H и тормозит зародышеобразование этой фазы.
При дозировке углеводов 0,5% от масы цемента в цементном камне отсутствуют существенные качественные фазовые изменения в системе, однако, наблюдаются значительные искажения в количественном составе фаз: резко меняется количество и структурные характеристики слабозакристаллизованных фаз, относительные количества некоторых кристаллических фаз.
Наибольшее влияние на эксплуатационные свойства цементного камня оказывает межслоевая и адсорбированная вода, которая концентрируются в
Угол дифракции 2 Рис.1 - Рентгенограммы цементного камня В/Ц=0,33 на 7 сутки твердения 1)Без добавок. 2) 0,5% сахарозы. 3) 0,5% сорбита. 4) 0,5% фруктозы. 5) 0,5% глюкозы |
слабозакристаллизованной фазе цементного камня. Анализ кинетики образования слабозакристаллизованной фазы приводит к выводу, что гало в области углов 2=25-37 град. отражает общее содержание слабозакристаллизованных продуктов вне зависимости от их природы: в ряде случаев, рефлекс почти полностью обусловлен присутствием в системе слабозакристаллизованного Са(ОН)2. При этом какой-либо однозначной зависимости между характером гало на дифрактограммах и прочностными показателями образцов не выявлено.
Поскольку при низком содержании углеводов аналитические сигналы продуктов взаимодействия углеводов с цементным гелем незначительны, было предпринято исследование образцов цементного камня с повышенным содержанием (20%) углеводов.
Анализ данных ДТА свидетельствует о сложной и длительной перестройке силикатной системы в присутствие углеводов. При этом эндоэффект при температуре 350-400С, следует рассматривать как признак
Рис.2 - ДТА ЦК с добавкой 20% сахарозы | Рис.3 - ДТА ЦК с добавкой 20% глюкозы | Рис.4 - ДТА ЦК с добавкой 20% фруктозы | Рис.5 - ДТА ЦК с добавкой 20% сорбита |
Испытанного на: 1) на 7 сутки, 2) на 14 сутки, 3) на 28 сутки, 4) на 42 сутки 5) контрол. на 28 сутки, 6) сахароза | Испытанного на: 1) на 7 сутки, 2) на 14 сутки, 3) на 28 сутки, 4) на 42 сутки, 5) контрол. на 28 сутки, 6) глюкоза | Испытанного на: 1) на 7 сутки, 2) на 14 сутки, 3) на 28 сутки, 4) на 42 сутки 5) контрол. на 28 сутки, 6) фруктоза | Испытанного на: 1) на 7 сутки, 2) на 14 сутки, 3) на 28 сутки, 4) на 42 сутки 5) контрол. на 28 сутки, 6) сорбит |
Рис.6 - Термограмма потерь по массе образцов цементного камня с В/Ц=0,33 с 20% углеводов на 7 сутки твердения: 1) контрольный, 2) глюкозой, 3) фруктозой, 4) сорбита, 5) сахарозой. |
выгорания углеводов. Потери масс свидетельствуют о том, что значительная часть углеводов (до 15%) остается в структуре цементного камня в связанном состоянии. Углеводные комплексы достаточно прочны и разлагаются лишь при температурах выше 500С, однако, и в этом случае суммарная потеря массы не достигает 20%. Эндоэффект разложения портландита, который в контрольных системах проявляется в области 460-500С, в образцах с углеводами отсутствует.
Таким образом, следует предполагать образование в цементом камне, модифицированном углеводами кремнийсодержащих комплексов.
ИК-спектральное исследование порошкообразных образцов цементного камня модифицированного углеводами выявило структурные изменения, которые связаны с перераспределением воды в системе. Для фруктозы, глюкозы и сорбита характерно увеличение образования карбонатов, а для сахарозы - алюминатов. В присутствии сахарозы в продуктах гидратации накапливаются алюминаты с высоким содержанием кристаллогидратной воды, что внешне проявляется как эффект высушивания цементного камня, который особенно четко проявляется при её повышенной дозировке (20%), причем характер высушивание фрактальный рис. 3.1.18. Последнее, отчасти объясняет высокую удельную поверхность тонкомолотого цементного камня с добавками углеводов при низких удельных затратах на помол.
а) б
Рис.7 - Микроструктура цементного камня с добавкой сахарозы 20%
а) увеличение в 1000 раз; б) увеличение в 2500 раз.
Все это свидетельствует о значительной деформации кремнекислородных тетраэдров, обусловленной, видимо, адсорбционными взаимодействиями с комплексами луглевод - Са(ОН)2.
Таким образом, из всех рассматриваемых углеводов, только сахароза провоцирует образование продуктов гидратации, обогащенных алюминатами, которые могут рассматриваться как минеральная добавка, аналогичная цеолитам, кислой золе ТЭ - и металлургическому шлаку.
Рис.8 - ИКС - цементного камня без добавок на 7 сутки твердения | Рис.9 - ИКС - цементного камня с 0,5% сахарозы на 7 сутки твердения |
Тонкомолотый цементный камень, модифицированный фруктозой, глюкозой и сорбитом, содержит в своем составе почти в 2 раза больше карбонатов по сравнению с бездобавочным цементным камнем. Применение модифицированного выше перечисленными углеводами цементного камня в качестве добавок центров структурирования не показало существенного эффекта, однако, прочность всех образцов была выше контрольных не модифицированных составов. Наилучшие результаты показали образцы с добавкой тонкомолотого цементного камня, модифицированного сахарозой.
Использование добавки тонкомолотого цементного камня модифицированного углеводами послужило моделью для создания органоминерального модификатора на основе техногенных продуктов, цементной пыли и патоки. Минералогический состав цементной пыли представлен силикатами и алюмосиликатами кальция, минералогический состав в основном представлен белитовой фазой, которая обладает определенной активностью и способны в течение некоторых суток набирать прочность.
Дозировка добавки модифицированной цементной пыли (МЦП) была выбрана наиболее оптимальная 5% от массы цемента. Проведено сравнение влияние добавки МЦП на физико-механические характеристики цементного камня с наиболее распространенным минеральным наполнителем используемый при производстве высококачественных бетонов - микрокремнеземом (МК). Рассмотрена возможность замены части микрокремнезема добавкой добавкой МЦП.
Таблица 2 - Физико-механические характеристики образцов с минеральными добавками
Вид добавки | Кол-во добавки от массы цемента, % | НГ | Сроки схватывания | В/Ц | Предел прочности при сжатии (МПа) | Усадка мм/м на 28 сут. | ||||
Начало | Конец | 1 сут. | 3 сут. | 28 сут. | Влаж. 80-90% | Полная после сушки | ||||
Контрол. | ------ | 26,7 | 2-45 | 3-50 | 0,33 | 16,7 | 26,7 | 63,3 | 2,25 | 2,75 |
МЦП | 5 | 25,9 | 2-25 | 4-05 | 0,33 | 18,3 | 41,0 | 71,7 | 1,5 | 2,5 |
МК | 5 | 31,5 | 2-25 | 3-45 | 0,33 | 20,2 | 42,7 | 75,1 | 6,3 | 8,8 |
МК | 10 | 33,0 | 2-15 | 3-30 | 0,33 | 25,7 | 47,8 | 98,3 | 6,5 | 9,5 |
МК+МЦП | 5+5 | 28,7 | 2-20 | 3-55 | 0,33 | 21,0 | 46,9 | 96,4 | 2,6 | 3,5 |
Анализ табл. 2 показал, что цементные системы в присутствии добавок МК значительно повышает ее водопотребность, тогда как в присутствии добавки МЦП водопотребность уменьшается. Добавки МК и МЦП сокращают индукционный период, тем самым ускоряется процесс набора прочности, однако наличие в составе МЦП углеводов несколько отодвигает конец схватывания. Образцы с добавкой МК обладают большой усадкой, тогда как усадка образцов с добавкой МЦП ниже усадки контрольных образцов. Применение добавок МК совместно с МЦП позволяет значительно снизить негативные усадочные деформации. Проведенные исследования табл. 2 выявили сравнимость данных физико-механических показателей образцов с добавками МЦП и МК и возможность их совместного использования.
Анализ теории и практики использования различных добавок модификаторов отмечает важность рекомендаций по их использованию с цементами различных предприятий. Изучение влияния органоминерального модификатора на физико-механические показатели цементных композитов в зависимости от минералогического состава цемента и завода производителя позволит грамотно регулировать состав органоминерального комплекса и назначать дозировку добавки.
Таблица 3 - Влияние вида цемента на активность органоминерального модификатора
Кол-во и вид добавки от массы цемента, % | В/Ц | Расплыв конуса, мм | Кол-во МЦП, в % | Rизг (МПа) | Rсж (МПа) | ||||||
1 сут. | 2 сут. | 3 сут. | 28 сут. | 1 сут. | 2 сут. | 3 сут. | 28 сут. | ||||
Вольскцемент П - 500-Д0 | 0,42 | 112 | - | 1,7 | 2,3 | 3,6 | 5,6 | 8,2 | 17,1 | 22,4 | 45,6 |
0,42 | 128 | 5 | 2,2 | 3,6 | 4,3 | 8,3 | 9,1 | 26,4 | 36,2 | 54,4 | |
Вольскцемент П - 400-Д20 | 0,44 | 108 | - | 1,5 | 2,1 | 3,2 | 5,2 | 7,5 | 14,8 | 19,5 | 37,8 |
0,44 | 111 | 5 | 1,9 | 2,8 | 3,7 | 5,9 | 7,9 | 20,4 | 25,8 | 44,5 | |
Серебряковцемент П - 500-Д0 | 0,41 | 114 | - | 1,9 | 2,5 | 3,9 | 5,7 | 9,3 | 17,5 | 23,7 | 50,2 |
0,41 | 131 | 5 | 2,1 | 3,5 | 4,2 | 8,1 | 9,3 | 27,1 | 35,7 | 58,9 | |
Серебряковцемент П - 400-Д20 | 0,42 | 109 | - | 1,6 | 2,0 | 3,2 | 5,4 | 7,9 | 16,2 | 21,1 | 41,8 |
0,42 | 115 | 5 | 1,8 | 2,7 | 3,6 | 6,0 | 8,1 | 20,8 | 26,1 | 44,6 | |
Мордовцемент П - 500-Д0 | 0,42 | 115 | - | 1,8 | 2,4 | 3,6 | 7,4 | 9,5 | 18,2 | 24,2 | 49,2 |
0,42 | 132 | 5 | 2,3 | 3,8 | 4,4 | 8,2 | 9,4 | 26,9 | 37,1 | 58,4 | |
Мордовцемент П - 400-Д20 | 0,42 | 111 | - | 1,7 | 2,1 | 3,4 | 5,6 | 7,8 | 15,7 | 20,7 | 40,6 |
0,42 | 115 | 5 | 2,0 | 2,6 | 3,7 | 6,1 | 8,2 | 21,3 | 26,6 | 45,1 | |
Новоросцемент П - 500-Д0 | 0,41 | 112 | - | 1,9 | 2,4 | 3,7 | 6,8 | 9,2 | 17,3 | 22,9 | 50,3 |
0,41 | 130 | 5 | 2,2 | 3,9 | 4,3 | 8,4 | 9,0 | 25,9 | 36,5 | 59,7 |
Прочность образцов из рядовых бездобавочных портландцементов марки М500 различных производителей с органоминеральным модификатором показали стабильный прирост, а так же увеличение подвижности бетонной смеси. С увеличением доли минеральных добавок, применение цементов марки П - 400-Д20, эффективность применение разработанных органоминеральных модификаторов снижается.
Анализ экспериментальных данных табл.3 показал, что влияние на прочностные характеристики цементных мелкозернистых бетонов при использовании синтезируемой добавки в зависимости от вида цемента незначительно. Влияние класса цемента на технический эффект от применения органоминеральной добавки на основе цементной пыли незначительно, что свидетельствует о низкой чувствительности цементной системы от влияния минералогического состава цемента, на эффективность применения разработанных органоминеральных добавок. В связи с этим дальнейшие исследования проводились на цементе М500-Д0 завода ОАО Вольскцемент.
Характер влияния добавки МЦП на процессы гидратации цементного камня представлен в табл.4.
Таблица 4 - Изменение фазового состава модифицированного цементного камня (В/Ц=0,33) в зависимости от вида модификатора
Добавка, возраст | Относительные интенсивности рефлексов ,J/CaF2 | |||||||||
Портландит, (18,2 град) | Ca2SiO4ХH2O (30,2 град) [3-649] | Ca2SiO4ХH2O-фазы (20,9 град) [29-373] | Аморфное гало, мм2 (27-35 град) | Аморфное гало, мм2 (18-14 град) | Аморфное гало, мм2 (6-10 град) | САН10 (12,4 град) | Эттрингит (9,1град) | Тоберморит | Са4Al6O13Х3H2O (24,7 град) | |
Контр 1 сут | 0,61 | 0,40 | - | 5,75 | 0,40 | 3,01 | 0,13 | 0,13 | - | - |
Контр 3 сут | 1,00 | 0,22 | - | 7,21 | - | 1,17 | 0,11 | 0,13 | - | - |
Контр 28 сут | 0,96 | 0,26 | - | 6,72 | - | - | 0,17 | 0,10 | - | - |
МЦП 5%, 1 сут | 0,52 | 0,39 | 0,08 | 4,52 | 1,23 | 3,12 | 0,13 | 0,12 | 0,08 | - |
МЦП 5%, 3 сут | 0,56 | 0,40 | 0,06 | 5,62 | 0,97 | 1,29 | 0,12 | 0,16 | 0,08 | - |
МЦП 5%, 28 сут | 0,65 | 0,35 | 0,11 | 8,95 | 2,50 | - | 0,16 | 0,20 | - | - |
Анализ результатов рентгенофазового анализа показал, что основными процессами в исследуемых образцах являются изменения структурных параметров цементного геля. Высокогидратированные фазы переходят в более плотные структуры, что сопровождается ростом прочности. В процессе гидратации количество слабозакристаллизованных гидросиликатов, характерных диапазону углов 2=14-18 град. в присутствии исследуемых минеральных добавок увеличивается в несколько раз, тогда как в контрольном составе в данном диапазоне углов данные фазы практически отсутствуют.
Таблица 5 - Физико-механические показатели цементно-песчаных образцов с модифицирующими добавками
Кол-во и вид добавки в % от массы цемента | Расплыв конуса, мм | Кол-во С-3, % | Rизг (МПа) | Rсж (МПа) | ||||
1 сут. | 3 сут. | 28 сут. | 1 сут. | 3 сут. | 28 сут. | |||
Контрольный | 112 | - | 1,7 | 3,6 | 5,6 | 8,2 | 22,4 | 45,6 |
158 | 0,5 | 1,2 | 2,9 | 5,9 | 5,4 | 17,6 | 47,7 | |
МЦП 5 % | 128 | - | 2,3 | 4,3 | 8,3 | 9,1 | 36,2 | 54,4 |
139 | 0,5 | 1,5 | 3,7 | 6,0 | 7,1 | 24,5 | 52,5 | |
МК 5 % | 103 | - | 2,4 | 3,8 | 7,1 | 14,6 | 35,8 | 58,2 |
125 | 0,5 | 2,5 | 4,2 | 7,3 | 11,2 | 37,4 | 60,1 | |
МК 10 % | 110 | 0,3 | 2,9 | 5,1 | 8,2 | 17,6 | 43,6 | 64,7 |
120 | 0,5 | 3,1 | 4,8 | 7,8 | 16,4 | 41,5 | 63,4 | |
МК 5 % + МЦП 5 % | 107 | - | 2,9 | 4,9 | 8,1 | 17,1 | 43,9 | 63,6 |
128 | 0,3 | 2,7 | 4,2 | 8,3 | 15,9 | 42,1 | 62,6 |
Рис.10 - Физико-механические показатели составов цементно-песчаных образцов |
Анализ данных свидетельствует, что в присутствии добавки МК существенно изменяется кинетика набора прочности цементных систем, увеличение набора прочности начинается с 1 суток твердения. На 2 сутки прирост прочности образцов по сравнению с контрольным составом составляет около 60%. Увеличение дозировки добавки МК до 10% позволяет получать на 1 сутки более 35%, на 2 сутки - более 70%, на 3 сутки - более 95% от марочной прочности. На 28 сутки прирост прочностных показателей образцов с добавкой МК по сравнению с контрольным образцом составил более 35%.
Применение 5% от массы цемента добавки МЦП позволяет получать на 2 сутки нормального твердения от 50 до 60% от марочной прочности, на 3 сутки нормального твердения > 70% от марочной прочности. На 28 сутки превышение прочностных показателей образцов с добавкой модификатором по сравнению с контрольным образцом составило 20%.
Следует отметить, что присутствие незначительного количества углеводов в составе добавки МЦП повышает пластичность смеси, тогда как в присутствии добавки МК водопотребность смеси увеличивается, обуславливая необходимость применения пластифицирующих добавок.
Анализируя данные табл. 5 можно сделать вывод, что прочностные показатели образцов с комплексной добавкой на основе МЦП+МК в количестве 10% не уступают прочностным показателям составов с добавкой 10% микрокремнезема, а так же снижает водопотребность бетонной смеси, что позволяет снизить расход суперпластификатора на 40%.
На основании полученных результатов были разработаны составы органоминеральных добавок представленные в табл. 6.
Таблица 6 - Составы органоминеральных добавок
№ п/п | Компоненты | Кол-во компонентов, % по массе в добавках (состав №) | |||||||||
№ 1 | № 2 | № 3 | № 4 | № 5 | № 6 | № 7 | № 8 | № 9 | № 10 | ||
1 | МК | - | - | 10,0 | 15,0 | 25,0 | 34,0 | 38,0 | 47,5 | 96,5 | 100,0 |
2 | МЦП | 100,0 | 96,0 | 88,5 | 82,5 | 71,5 | 62 | 54,0 | 47,5 | - | - |
3 | С-3 | - | 4,0 | 1,5 | 2,5 | 3,5 | 6,0 | 8,0 | 5,0 | 3,5 | - |
В четвертой главе представлены результаты испытаний разработанных добавок для тяжелых бетонов. Исследование влияния на технологические и технические свойства бетонных смесей и бетона.
Оценка влияния органоминеральных модификаторов на технологические и физико-механические характеристики тяжелого бетона осуществлялись на составе бетона класса В22,5. В качестве основного вяжущего использовался ПЦ500-Д0 Вольского цементного завода. Подбор состава бетона осуществлялся с учетом рецептуры органоминеральных добавок, показавших наилучшие показатели по водоредуцирующиму действию и ускорению кинетики набора прочности.
Таблица 7 - Влияние органоминеральной добавки на качественные характеристики бетонной смеси
№ п/п | Состав | Подвижность см (осадка конуса) через: | Расслаиваемость, % | Плотность бетонной смеси | ||||
5 мин. | 30 мин. | 1 час | 1,5 часа | Водо-отделение | Растворо-отделение | |||
1 | Контрольный | 7 | 6 | 5 | 2 | 7,2 | 3,8 | 2410 |
2 | Состав № 1 | 12 | 12 | 11 | 10 | 6,9 | 3,6 | 2420 |
3 | Состав № 2 | 18 | 17 | 16 | 14 | 7,4 | 3,8 | 2440 |
4 | Состав № 5 | 14 | 14 | 13 | 11 | 7,2 | 3,6 | 2430 |
5 | Состав № 7 | 23 | 22 | 21 | 18 | 7,6 | 3,7 | 2450 |
6 | Состав № 8 | 13 | 13 | 12 | 11 | 6,1 | 3,2 | 2430 |
Введение добавки органоминеральных модификаторов различного состава позволяет обеспечить водоредуцирование бетонной смеси свыше 40,0 %, что свидетельствует о суперпластифицирующих свойствах добавок, которые обеспечиваются благодаря содержанию в своем составе суперпластификатора С-3 и углеводов.
Прочностные показатели (предел прочности при сжатии) исследуемых составов были определены в возрасте 1, 2, 3, так как именно прочность в ранние сроки твердения определяет сроки распалубочных работ и оборачиваемость оснастки, а так же определяли марочную прочность образцов бетона с органоминеральными модификаторами. Образцы бетона хранились в нормальных условиях твердения при температуре 202 и влажности 95%, результаты испытаний представлены в табл. 8.
Таблица 8 - Физико-механические характеристики образцов модифицированных цементных бетонов (100х100х100 мм)
№ п/п | Состав | В/Ц | Подви-жность | Средняя прочность образцов, МПа | Класс бетона (марка) | |||
1 сут. | 2 сут. | 3 сут. | 28 сут. | |||||
1 | Контрольный | 0,6 | П2 | 7,8 | 11,9 | 15,1 | 31,8 | В22,5 (М300) |
2 | Состав № 1 | 0,6 | П3 | 11,9 | 21,0 | 28,7 | 46,4 | В35 (М450) |
3 | Состав № 2 | 0,6 | П4 | 11,6 | 16,9 | 25,4 | 34,8 | В25 (М350) |
4 | Состав № 5 | 0,6 | П3 | 12,1 | 22,5 | 29,5 | 49,2 | В35 (М450) |
5 | Состав № 7 | 0,6 | П5 | 10,9 | 17,6 | 26,3 | 36,6 | В25 (М350) |
6 | Состав № 8 | 0,6 | П3 | 13,8 | 24,0 | 30,0 | 54,8 | В40 (М500) |
Рис.11 - Прочность бетонов с модифицирующими добавками |
Анализ экспериментальных данных влияния комплексных органоминеральных модификаторов на физико-механические свойства тяжелых бетонов показал, что, по сравнению с мелкозернистыми бетонами, прирост прочности более значительный. Применение добавки составов №2 и №7 позволяет не только улучшить технологические показатель бетонной смеси, но и повысить марочную прочность бетона на 20%. Тогда как использование состава №8 позволяет незначительно увеличить марку по удобоукладываемости и существенно повысить марочную прочность более 70%. Следует отметить, что наилучшие показатели в ранние сроки твердения показали образцы с модифицирующими добавками составов №1,5,8, средний прирост прочности по сравнению с контрольными результатами на 1 сутки составил порядка 50%, на вторые - 90% и на третьи - 100%.
Анализ данных табл.8 показывает наличие потенциала у разработанных составов органоминеральных добавок для получения высокопрочных бетонов, который может быть достигнут при снижении В/Ц, в том числе за счет применения высококачественных водоредуцирующих добавок.
Пороговым значением снижения количества воды принимаем марку по удобоукладываемости П2, так как более жесткие смеси менее востребованы в современной строительной индустрии.
Таблица 9 - Влияние В/ - на физико-механические характеристики цементных бетонов
№ п/п | Состав | В/Ц | Подвижность | Средняя прочность образцов, кгс/см2 | Класс бетона (марка) | |||
1 сут. | 2 сут. | 3 сут. | 28 сут. | |||||
1 | Контр-ный | 0,6 | П2 | 7,8 | 11,9 | 15,1 | 31,8 | В22,5 (М300) |
2 | Состав № 1 | 0,54 | П2 | 12,8 | 23,5 | 31,4 | 53,1 | В40 (М500) |
3 | Состав № 2 | 0,48 | П2 | 13,2 | 20,1 | 27,7 | 37,8 | В25 (М350) |
4 | Состав № 5 | 0,52 | П2 | 13,5 | 24,4 | 31,1 | 53,9 | В40 (М500) |
5 | Состав № 7 | 0,45 | П2 | 11,8 | 19,4 | 27,9 | 39,1 | В25 (М350) |
6 | Состав № 8 | 0,52 | П2 | 14,2 | 26,7 | 32,2 | 59,4 | В45 (М600) |
Рис. 12 Прочность бетонов с модифицирующими добавками при подвижности П2 |
Экспериментальные данные, представленные в табл.9 показывают, что снижение В/ - по-разному сказывается на прочностных характеристиках образцов бетона с различными составами органоминеральных модификаторов. Применение составов органоминерального модификатора № 2, № 7 незначительно повышает прочность бетона, оставаясь в рамках марки В25 (М350). Использование составов №5 и №8 позволяет получать в марочном возрасте бетон классов В40 - В45. Однако потенциал органоминеральных добавок
раскрыт не полностью, следующим шагом является их совместное использование с высококачественными водоредуцирующими добавками.
Совместное применение высокоэффективных водоредуцирующих добавок с разработанными органоминеральными позволяет значительно снизить количество воды в системе с обеспечением высокой подвижности бетонной смеси; на 28 сутки твердения прочность бетонов достигает классов В45 (М600) - В50 (М700), тогда как прочность контрольных образцов бетона с гиперпластификаторами показали класс В25 (М350).
В пятой главе разработана технология производства комплексных органоминеральных модификаторов и рассчитана экономическая эффективность применения данной добавки.
В настоящее время предприятия по изготовлению бетона, изделий и конструкций на его основе наряду со сравнительно дешевыми однокомпонентными добавками, как правило, это отходы промышленности, применяют специально синтезируемые многокомпонентные добавки. Такие добавки-модификаторы позволяют обеспечить высокое качество бетона и в широком диапазоне регулировать его свойства, однако, при оценке целесообразности их введения, замены ими традиционных добавок приходится соизмерять достигаемый технический эффект с дополнительными затратами.
Критериями оценки экономической эффективности применения и сравнения разработанных добавок с существующими органоминеральными модификаторами являлись: Сд - стоимость добавки, Зд - затраты на добавку, Сэ.р Ц стоимость сэкономленных ресурсов, Эд - достигаемый экономический эффект. Для расчета показателей эффективности Кэ0 рассматривали следующие показатели: подвижность, F - морозостойкость, W - водонепроницаемость, прочность на 3 и 28 сутки твердения, коэффициента эффективности затрат Кэ0 - отношение технического эффекта от применения добавок приведенные к затратам на получения данного эффекта.
Таблица 10 - Сравнение экономических показателей эффективности составов разработанных добавок с наиболее распространенными добавками для высокопрочных бетонных смесей.
Вид добавки | Показатели экономической эффективности | Показатели эффективности Кэ0 | Цуд кг/МПа | |||||||
Сд руб./кг | Зд | Сэ.р. руб/м3 | Эд | Подвиж-ность | F | W | Rсж 3 сут. МПа | Rсж 28 сут. МПа | ||
Состав №1 | 0,92 | 32,2 | 456,31 | 11,68 | 0,155 | 0,062 | 2,329 | 4,47 | 4,22 | 6,4 |
Состав №2 | 3,0 | 105 | 38,68 | 3,365 | 0,105 | 0,019 | 0,714 | 0,98 | 0,38 | 8,9 |
Состав №5 | 4,8 | 168 | 525,25 | 9,471 | 0,042 | 0,024 | 0,446 | 0,92 | 1,15 | 6,3 |
Состав №7 | 8,1 | 283,5 | -39,25 | -2,01 | 0,056 | 0,007 | 0,088 | 0,40 | 0,24 | 8,6 |
Состав №8 | 7,4 | 259 | 638,99 | 8,895 | 0,023 | 0,023 | 0,483 | 0,61 | 0,97 | 5,7 |
МБ10-01 | 17 | 630 | 607,5 | 6,136 | 0,021 | 0,016 | 0,516 | 0,12 | 0,53 | 6,6 |
МБ10-30С | 16 | 595 | 505 | 5,739 | 0,018 | 0,01 | 0,378 | 0,1 | 0,41 | 6,8 |
Примечание: Цуд - удельные расход цемента на единицу прочности методика В.И. Калашникова
Показатели экономической эффективности и эффективности Кэ0 обладают достаточно значительным разбросом данных, на которые влияют не только технический эффект от применения органоминеральных добавок, но и их стоимость. Состав №1 обладает самыми высокими показателями эффективности в связи с его низкой стоимостью и широким техническим результатом. Анализ полученных данных показывает, что целесообразность использования применения разработанных добавок модификаторов для производства быстротвердеющих и высокопрочных бетонов, что подтверждает сравнение с широко распространенными добавками серии МБ.
Экспериментальное внедрение разработанных органоминеральных добавок проводилось на заводе ООО Завод ЖБК-2 при производстве железобетонных свай серии С-90-30-6 классом бетона В20. Использование комплексных органоминеральных модификаторов позволяет улучшить технологические показатели бетонной смеси, снизить время и температуру тепловлажностной обработки при производстве железобетонных свай и уменьшить потери от брака, тем самым увеличить годовую прибыль предприятия.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
- В процессе исследований особенностей влияния углеводов на процессы гидратации цементного камня выявлено образование устойчивых органоминеральных комплексов луглевод-продукты гидратации цемента, состоящих из ультрадисперсных слабозакристализованных новообразований, свойства которых зависят от вида вводимого в воду затворения углевода. Выявленные комплексы обладают свойствами минеральных добавок центров кристаллизации.
- Определено влияние вида углевода на технологические характеристики, разрабатываемых органоминеральных модификаторов. Выявлена зависимость вида цемента, состава и дозировки комплексной добавки на основе тонкомолотого цементного камня модифицированного углеводами на физико-механические показатели цементных композитов.
- Разработан комплексный органоминеральный модификатор на основе цементной пыли и патоки, выявлено влияние синтезируемой добавки на физико-механические характеристики и особенности гидратации цементного камня.
- В результате проведенной работы разработана рецептура эффективных полифункциональных органоминеральных модифицирующих добавок на основе техногенных продуктов, включающих модифицированную цементную пыль, микрокремнезем и суперпластификатор С-3, для быстротвердеющих и высокопрочных бетонов, которые обеспечивают ускорение твердения в первые сутки на 50% при нормальных условиях твердения, достигая на 3 сутки твердения марочную прочность. Применение разработанных добавок позволяет получать бетоны классов В40 - В50 при подвижности бетонной смеси П2 и бетоны классов B25 с обеспечением высокой подвижности бетонной смеси.
- Использование полифункциональных органоминеральных модификаторов увеличивает плотность бетонов. Введение разработанных добавок до 10 % от массы цемента способствует получению бетонов с маркой по водонепроницаемости W16, а также бетонов с маркой по морозостойкости до F300, что значительно выше водонепроницаемости и морозостойкости контрольных образцов бетона W2 и F75.
- Действие добавки основано на взаимодополняющем механизме влияния компонентов на структуру цементного камня. Добавка микрокремнезема связывает свободный Ca(OH)2, с образованием кристаллических фаз. Модифицированная цементная пыль выступает в качестве центров структурирования, на которых концентрируются новообразования, способствует увеличению количества высокоразвитых гелевых структур.
- Выявлена возможность комплексного использования органоминеральных модификаторов и высокоэффективных водоредуцирующих добавок для получения высокоподвижных бетонных смесей с ускоренными темпами набора прочности и высокой марочной прочностью.
- Разработана технология производства и применения органоминеральных полифункциональных добавок на основе отходов промышленности. Произведен технико-экономический расчет производства органоминеральных добавок и их применения. Рассчитан экономический эффект от внедрения разработанных орагноминеральных добавок при производстве железобетонных составных свай серии С-90-30-6 на заводе ООО Завод ЖБК-2.
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях:
Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:
- Тимохин Д. К., Козлов Н. А. Структурообразование цементного камня модифицированного гидроксилсодержащими добавками углеводов // Вестник ВолгГАСУ. Серия: Стр-во и архитектура. Волгоград, 2010. Вып. 19(38). С. 69 - 76.
- Иващенко Ю. Г., Тимохин Д. К., Козлов Н. А. Оценка влияния минеральных добавок природного и техногенного происхождения на кинетику набора прочности мелкозернистого бетона. // Вестник СГТУ: Стр-во и архитектура. Саратов, 2010. №4(51). С. 25 - 28.
- Иващенко Ю.Г., Козлов Н.А. Исследование влияния комплексного органоминерального модификатора на процессы структурообразования и кинетику набора прочности цементных композиций // Вестник БГТУ им. Шухова. Серия: Стр-во и архитектура. Белгород , 2011. №4 (49). С. 15 - 18.
Публикации в других изданиях
- Влияние видов углеводов на характер комплексов луглевод-продукты гидратации в составе цементного камня / Шошин Е. А., Тимохин Д. К., Козлов Н. А., Темралеева С. Д. // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. научно-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Т.2. Саратов : СГТУ, 2009. С. 183 - 186.
- Значимость пространственного расположения спиртовых групп в органических добавках для цементных систем / Иващенко Ю. Г., Тимохин Д. К., Зинченко С. М., Козлов Н. А. // Эффективные строительные конструкции: теория и практика: материалы IX Междунар. научно-техн. конф. Пенза : Приволжский Дом знаний, 2009. С.183 - 186.
- Изучение влияния добавок углеводов на гидратации цемента методом ДТА / Иващенко Ю. Г., Тимохин Д. К., Шошин Е. А., Козлов Н. А. // Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии: материалы XV Академических чтений РАССН - Междунар. научно-техн. конф: в 2 т. Т.1. Казань : КазГАСУ, 2010. С.211 - 214.
- Иващенко Ю. Г., Тимохин Д. К., Козлов Н. А. Органоминеральная добавка для цементных бетонов // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. научно-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Т.2. Саратов : СГТУ, 2010. С. 173 - 175.
- Козлов Н. А. Комплексный органоминеральный модификатор для цементных композиций // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. научно-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Т.2. Саратов : СГТУ, 2011. С. 192 - 194.
- Иващенко Ю. Г., Козлов Н. А. Цементные бетоны для монолитного домостроения с использованием искусственных минеральных добавок // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона: материалы Всероссийской науч-практ. конф., Саратов : СГТУ, 2011. С. 43 - 46.
- Зинченко С. М., Козлов Н. А. Органоминеральные добавки для получения бетонов с ускоренной кинетикой набора прочности // Модернизация жилищно-строительного комплекса в субъектах сибирского федерального округа: материалы Межрегион. научно-практ. конф. Омск : ИПК Макшевой Е. А., 2011. С. 46 - 50.
Козлов Николай Алексеевич
КОМПЛЕКСНЫЙ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ БЫСТРОТВЕРДЕЮЩЕГО И ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА
Автореферат
Подписано в печать Бум. офсет. Тираж 100 экз. | 23.12.2011 г. Усл. печ. л. 1,0 Заказ 379 | Формат 6084 1/16 Уч.-изд. л. 1,0 Бесплатно |
Саратовский государственный технический университет
410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77
Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям