автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Модификация портландцемента цеолитсодержащей породой для получения смешанного вяжущего



#

На правах рукописи

/

МОРОЗОВА Нина Николаевна

МОДИФИКАЦИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩЕЙ ПОРОДОЙ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕШАННОГО ВЯЖУЩЕГО

Специальность: 05.23.05 -Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 1997

- г -

Работа выполнена на кафедре технологии строительных материалов, изделий и конструкций Казанской государственной архитектурно- строительной академии.

Научные руководители - доктор технических наук, профессор

В.Г. Хозин

кандидат технических наук, доцент B.C. Изотов

Официальные оппоненты - Заслуженный деятель науки и

техники РФ, доктор технических наук, член-корр. РААСН, проф. Р.З.Рахимов

кандидат технических наук И.Л. Кринкин

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский

институт геологии нерудных полезных ископаемых

Защита состоится " 4 " iM&sLJt ^ggy Года в часов на заседании диссертационного совета К 064.77.01 в Казанской государственной архитектурно- строительной академии по адресу: 420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1, Oyg, ¿Г-/22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанской государственной архитектурно- строительной академии.

Автореферат разослан ".

29

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

А.М.Сулейманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Портландцемент и его разновидности являются основными и наиболее дорогими исходными компонентами бетона. Его экономия на один процент в производстве сборного железобетона позволяет дополнительно изготовить около 500 тысяч м3 изделий в год. Кроме прямой экономии цемента, увеличение удельной эффективности его использования связано с повышением технологических и эксплуатационно-технических показателей бетонов на его основе.

Из наиболее перспективных способов повышения качества различных бетонов является модификация цемента, как вяжущего, путем введения в него различных добавок, активно влияющих на процесс гидратации и, в конечном итоге, на структуру и свойства цементного камня как непрерывной фазы (матрицы), определяющей основные свойства этого типа искусственного конгломерата. В качестве минеральных добавок достаточно широко используются тонкомолотые местные природные материалы: трепел, опоки, кварцевые пески, известняки и др. Но эффективность их различна, а применение не всегда целесообразно. Так, например, использование кварцевых песков ограничивается невысокой пуццолановой активностью и большими энергетическими затратами при их помоле. Применение карбонатных пород в цементных вяжущих малоэффективно, поскольку они не обладают пуццолановыми свойствами. Породы, содержащие активные формы кремнезема в достаточных количествах, имеются не во всех регионах. Поэтому их поиск и вовлечение в производство вяжущих представляет большой научный и практический интерес, в том числе и для Республики Татарстан. Особое внимание среди множества видов минерального сырья как потенциальных добавок к цементам привлекают цеолит-содержащие породы (ДСП). Эффективность таковых с высоким содержанием цеолитов показана в ряде работ, однако возможность применения ДСП с относительно малой долей цеолитового минерала до сих пор не изучалась. В то же время подобных месторождений много в Среднем Поволжье, и практическая целесообразность их использования в производстве вяжущих представляет актуальную задачу.

Цель работы. Модификация портландцемента добавками цеолитсо-держащей породы с низким содержанием цеолитового минерала с целью

разработки рациональных составов смешанного вяжущего для производства бетонных и железобетонных изделий.

При этом решались следующие задачи:

- исследование особенностей пуццолановой активности цеолит-содержащей породы и роли в этом ее составляющих;

- изучение влияния ДСП на процессы гидратации и структурооб-разования цементного камня;

- оптимизация составов смешанного вяжущего;

- изучение основных строительно-технических свойств смешанного вяжущего и бетонов на его основе;

- опытно-промышленное внедрение разработанного вяжущего в производство бетонных и железобетонных изделий и технико-экономическая оценка его эффективности.

Автор защищает:

- представления о природе и механизме пуццолановой активности высококремнеземистой цеолигсодержащей породы с малым содержа-' нием цеолитового минерала;

- зависимость структурно-механических и реологических свойств цементных дисперсий от состава минеральной добавки в смешанном вяжущем;

- результаты комплексного исследования влияния цеолитсодер-жащей породы на основные строительно- технические свойства смешанного вяжущего и бетонов;

- результаты опытно-промышленной проверки разработанных составов смешанного вяжущего и бетона на его основе.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлены закономерности модифицирующего действия цео-литсодержащей породы с малым содержанием цеолитового минерала на технологические и эксплуатационно-технические свойства портланд-цементных вяжущих, выявлен механизм их действия, основанный на адсорбционной и химической активности цеолита, опалкристобалита, а также монтмориллонита;

- исследованы особенности структурообразования портландцемента в присутствии и под влиянием ДСП, роль низкоосновных гидросиликатов кальция и эффективность действия традиционных модификаторов бетона в присутствии ЦСП: пластификаторов, гидрофобизаторов

и электролитов.

Практическая ценность состоит:

- в разработке научных основ получения эффективных смешанных вяжущих на основе портландцементов и добавок "бедных" цеолитсо-держащих пород, на примере Татарско-Шатрашанского месторождения;

- в разработке технических условий и технологического регламента на производство смешанного вяжущего с пониженным (на 30-50%) содержанием клинкерной части;

- в оптимизации составов бетонов на смешанном вяжущем с применением традиционных химических добавок и определении всего комплекса их свойств;

- в опытно-промышленном внедрении нового смешанного вяжущего в производство бетонных и железобетонных изделий, практическом подтвержден™ технике-экономической целесообразности производства и применения нового вяжущего (экономический эффект от производства 150тыс.м3 железобетонных конструкций в условиях г.Казани составит 3000000 тыс.руб. в ценах 1996г.).

Апробация работы и публикации. Представленные в диссертации результаты исследований докладывались на Международной НТК "Современные проблемы строительного материаловедения", г.Самара, Сам-ГАСА (1995г.); на II Международной НТК "Вопросы планировки и застройки городов", г.Пенза, ПенГАСК (1995г. ,1997г.); на Международной конференции "Современные проблемы строительного материаловедения" г.Казань, КазГАСА (1996г.); на Международной НТК "Ресур-со- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций", г.Белгород, БелГТАСМ (1995г.)-, на ежегодных научно-технических конференциях профессорско- преподавательского состава Казанской государственной архитектурно-строительной академии, Казань (1994- 1997гг.).

По результатам исследований опубликовано И работ.

Работа выполнена в рамках государственной научно-технической программы "Архитектура и строительство" по проблеме: "Научные основы технологии применения цеолитсодержащих пород в производстве строительных изделий на минеральных и полимерных вяжущих" (код программы 455, N ГР 01960007029, 1994-1997гг) и по программе "Изучение недр и воспроизводства минерально- сырьевой базы Рес-

публики Татарстан" по проблемам: "Разработка составов и исследования различных вяжущих и материалов с добавками местных ЦСП"(ЦНИИГеолнеруд, 1993г.),"Разработка составов и технологии изготовления строительных материалов и изделий с использованием це-олитсодержащих пород Шатрашанского месторозцдения PT"(N ГР 70- 94203 Геофонда РТ,1994г.) и "Разработка технических условий на цео-литсодержащее сырье для использования его в строительных материалах специального назначения"(NTP 70-95-22 Геофонда РТ,1995г).

Объем и структура работы. Диссертация включает введение, шесть глав, общие выводы, список литературы из 198 наименований и приложения. Диссертация изложена на ISO страницах машинописного текста, содержит 51 таблицу, 40 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, сформулированы цель исследования, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе дается обзор отечественной и зарубежной литературы, посвященный смешанным вяжущим и бетонам на их основе.

Разработке смешанных вяжущих и бетонов на их основе, изучению их структуры и свойств посвящены работы Дворкина Л. И, Удачки-на И.Б, Волженского A.B., Попова Л.Н., Вукки Р., Вагнер Г.Р., Рахимова Р. 3., Ларионовой З.М., Содоматова В.И., Комохова П.Г. и ряда других ученых. Анализируются различные виды минеральных добавок для бетонов и цементов. Основное внимание уделяется особенностям влияния природных цеолитов различного состава на процесс твердения портландцемента, а также опыту их использования в производстве вяжущих и бетонов.

Из более чем 40 известных природных минералов, принадлежащих к группе цеолитов, наибольший практический интерес представляют: клиноптилолит, гейландит, морденит, эрионит, шабазит, филлипсит, феррьерит, применяемые в технике как адсорбенты и катализаторы. С целью модификации цементов природные цеолиты апробированы как активный минеральный компонент вяжущего. Следует отметить, что наряду с богатыми цеолитом месторождениями промышленное значение

имеют и породы с малым содержанием цеолитового минерала. Типичным представителем таких пород является Татарско-Шатрашанское месторождение, представленное сочетанием клиноптилолита, кальцита, монтмориллонита и опалкристобалита. Последний, как известно, обладает высокой пуццолановой активностью.

Таким образом, на основе анализа литературных данных в качестве рабочей гипотезы в диссертации выдвигается предположение, что данный вид минерального сырья, имея в своем составе клинопти-лолит, опалкристобалит и монтмориллонит, может химически взаимодействовать с продуктами гидратации цемента и тем самым положительно влиять на процессы гидратации и твердения цемента, на структуру цементного камня, и, следовательно, на основные свойства бетонов.

Во второй главе приводятся характеристики объектов и принятых методов исследования.

В качестве основного компонента вяжущего использовали портландцемента Н-Ульяновского завода и Вольского завода "Большевик". Химический и минеральный состав цементов в % по массе следующий: Ульяновский: 3102-21,11; СаО-65,45; МгО-1,13; Ее20з-4,2; СаОсв -0,16; А1г0з-5,85; 503-1,02; {?20- 1,07; С35-58, С25-17, С3А-8, СдАР-13; Вольский: БЮ2-22,0; СаО-66,2; Рег0з-5,32; А1г0з-4,79; СзЭ-бО; С23-19; С3А-4; С4АР-14.

Вторым компонентом смешанного вяжущего служила цеолитсодер-жащая порода Татарско-Шатрашанского месторождения. Этот полиминеральный материал имеет малую твердость (3-4 по шкале Мооса), значительную пористость (50- 52% по воде). По данным рентгено-фазо-вого количественного анализа, содержание клиноптилолита составляет от 14 до 28%, опалкристобалита- от 24 до 30%, кальцита от 18 до 23%; по данным адсорбционно-люминесцентного анализа, - монтмориллонита от 24 до 30%; также обнаружены следы кварца, каолинита, слюды, полевого шпата.

Изучение влияния смешанного вяжущего на структуру и строительно- технические свойства цементных бетонов проводилось последовательно: на цементном камне, растворе и бетоне.

Гидратация смешанного вяжущего исследовалась методами химического анализа, рН- метрии, седиментации, контракции, калоримет-

рии, ДТА, рентгенофазового анализа (РФА), ИК-спектроскопии (ИКС).

Образцы цементного камня, раствора и бетона подвергались тепловлажностной обработке по режиму : предварительная выдержка -3 ч, подъем температуры -3 ч, изотермический прогрев -8 ч, охлаждение - 3 ч. Температура изотермического прогрева изменялась от 60 до 100° С. Часть образцов твердела в естественных условиях.

Изучение влияния ДСП в составе смешанного вяжущего на поро-вую структуру бетона проводилось по комплексной методике, основанной на определении морфологических и влагоемкостных характеристик цементного камня.

Оптимизация состава тяжелого бетона на смешанном вяжущем осуществлялась на образцах, изготовленных из равноподвижных смесей с применением трехфакторного плана второго порядка на гиперкубе близкого к Д-оптимальному варианту с тремя точками в центре плана, позволяющего получить математические зависимости изменения прочности бетона, водопотребности и стоимости бетонной смеси от расхода вяжущего ( от 250 до 450 кг/м3) и количества пластификатора (ЛОТ - от 0,25 до 0,5% от массы вяжущего).

Для исследования коррозионной стойкости бетона на смешанном вяжущем в условиях воздействия жидкой сульфатной (5%-ный раствор сернокислого натрия) и щелочной среды ( 30%-ный раствор гидрокси-да натрия ) принята комплексная методика, позволяющая судить об изменении прочности бетона по коэффициентам стойкости ( Кс, Кщ) и развитии линейных деформаций набухания образцов в агрессивных средах. Для оценки влияния состава смешанного вяжущего на поведение стальной арматуры в бетоне использован электрохимический метод (анодных поляризационных кривых).

В третьей главе приводятся результаты исследования влияния ДСП на процессы гидратации портландцемента и структурообразование цементного камня. В частности, изучалось влияние концентрации и минерального состава ДСП на ее пуццолановую активность, реологические свойства вяжущего и фазовый состав продуктов гидратации цемента.

Установлено, что ДСП, активно вступающая во взаимодействие с гидроксидом кальция, относится к эффективным минеральным добавкам. Показано, что несмотря на малое содержание в породе клиноп-

тилолита (14 - 28%), ее пуццолановая активность оказалась выше, чем у диатомита. С целью обогащения ДОТ по отношению к каждому из основных минералов( клиноптилолига, опалкрисгобалита, кальцита, монтмориллонита) проводилась ее химическая, физико-химическая и температурная обработка. Это делалось для выявления вклада составляющих породы в ее пуццолановую активность, которая определялась методом поглощения СаО из водной вытяжки цемента. Из результатов (табл.1) видно, что удаление кальцита из ДСП способствует увеличению пуццолановой активности по сравнению с исходной породой. В целом из данных табл.1 следует, что активными компонентами являются не только клиноптилолит и опалкристобалит, но и монтмориллонит.

Таблица 1

Минеральный состав и пуццолановая активность проб ДСП

Способ обработки Минеральный состав, % Содержание СаО в жидкой фазе (г/л) на 7 сутки гидратации, при содержании добавки (%)

клиноптилолит кальцит глинистый компонент опал крисго Салит

15 25 35

- 14 23 24 30 0,79 0,47 0,26

Кислотная 21 0 25 44 0,71 0,37 0,14

Кислотно-

щелочная 26 0 34 0 0,73 0,41 0,22

Прокаливание 1000°С 4 0 6 56 1,069 0,76 0,50

Другой вывод, который следует из этого эксперимента, заключается в том, что наиболее эффективным способом обогащения ДСП с целью повышения ее пуццолановой активности является кислотная обработка.

Далее было установлено, что нормальная густота возрастает и тем значительнее, чем выше суммарное содержание в породе глинистых минералов(в первуюочередь) , клиноптилолита и опалкристобали-та. Однако, сравнение цементов, содержащих диатомит (от 10 до 50%), с исследуемым вяжущим при тех же концентрациях ДСП показало, что водопотребносги находятся практически на одном уровне.

Реологические исследования смешанного вяжущего, с содержанием ДСП от 5 до 20%, выполненные на ротационном вискозиметре

"РПБ-1М" в интервале скоростей сдвига Igt от -0.4 до 1.95 с'} показали, что введение ЦСП увеличивает эффективную вязкость в 1,72 раза при равных В/В отношениях (рис.1). Величина эффективной вязкости зависит при этом от скорости сдвига. Установленное снижение эффективной вязкости с ростом скорости сдвига в случае смешанного вяжущего проявляется в большей степени, чем в цементных суспензиях без добавок, что свидетельствует о более высоких адсорбционных свойствах ЦСП. Введение пластификаторов в суспензии смешанного вяжущего, как и следовало ожидать, снижает ее вязкость (кривые 4 и 5 рис.1) при всех скоростях сдвига.

Изучение сроков схватывания смешанного вяжущего показало, что введение 10-20% ЦСП сокращает время начала и конца схватывания цементного теста на 14% и 7% соответственно. Это объясняется тем, что активные компоненты породы интенсивно связывают образующийся в процессе твердения гидроксид кальция, способствуют образованию низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Это подтверждается данными ДТА и РФА. Полученные закономерности структурообразования цементного камня подтверждаются пластометри-ческими исследованиями, которые показывают сокращение коагуляци-онного периода на 30-60 минут с увеличением прочности структуры в 2-3 раза(рис.2). Наибольшее сокращение этого периода характерно для составов вяжущего, содержащего 10-20% ЦСП.

Выявленные закономерности кинетики структурообразования согласуются с результатами исследований процессов гидратации смешанного вяжущего, которые оценивались по изменению контракции, тепловыделению и по результатам прямых структурных методов. Установлено, что контракция смешанного вяжущего, где доля ДСП составляет 10-30%, при тепловой обработке (95°С) характеризуется меньшими значениями (0,03- 0,035 см3/г), чем бездобавочного состава. При нормальном твердении интенсивное увеличение контракции смешанного вяжущего происходит в первые 14 суток, и ее значение увеличивается с повышением ЦСП в вяжущем (в пересчете на клинкерную часть). О скорости гидратации вяжущего судили также и по тепловыделению. Увеличение температурного максимума на кривых гидратации смешанного вяжущего с содержанием ДСП до 20% свидетельствует об интенсификации процесса гидратации в начальный период твердения. Повы-

Пэф.Па-с

Рис.1.Влияние состава смешанного вяжущего на эффективную вязкость суспензий. 1-цемент; 2-10% ДСП; 3-20%ЦШ; 4-то же,0.3%ЛСТ; 5- 20%ЦСП и IX 0-3.

{?сж,МПа

Рис.3.Активность смешанного вяжущего. 1-прочность после ТВО (Т=95°С); 2-то же на 28сут-ки последующего твердения.

Рт,МПа 07

2 3 4 1 5

.ор

0 1 2 3 4 5 6 Х,ч Рис. 2.Кинетика структурообразо-вания цементного теста на смешанном вяжущем. 1-без ДСП; 2-10%ЦСП; 3-202ЦСП; 4-302ЦСП; 5- 50%ЦСП.

отн ^ Исж ,%

16СУ-

140-• 120 100 80+

/К

, 3 . 4

О 02 0,4 0,6 1 ЛСЦ Рис.4.Активность вяжущего с добавкой ЛСТ при пропаривают. 1-5ЩШ; 2-10%ЦСП; 3-20ЩШ; 4-40ЭДСП; 5- 50ХЦСП.

шение содержания ДСП в составе вяжущего более 20% приводит к незначительному замедлению процесса гидратации и снижению температурного максимума. Удельное тепловыделение вяжущего во все сроки гидратации также растет с увеличением содержания активной минеральной добавки до 20%, а при большей ее дозировке - снижается. Иная картина наблюдается при изменении удельного тепловыделения в пересчете на единицу клинкерной части вяжущего. В этом случае величина удельного тепловыделения тем выше, чем больше дозировка ДСП в составе вяжущего.

Изучение особенностей фазового состава продуктов гидратации смешанного вяжущего методами ДТА, РФА, ИКС и электронной микроскопии показало, что ДСП приводит к увеличению содержания гидрат-ных новообразований, как за счет повышения степени гидратации клинкерных зерен (на 21%), так и аа счет взаимодействия Са(0Н)г с активными компонентами породы. Благодаря высокой гидравлической активности ДСП в условиях пониженной концентрации СаО в жидкой фазе образуются, главным образом, низкоосновные гидросиликаты кальция, кристаллизующиеся преимущественно в мелкодисперсном виде в форме игл и волокон.

Четвертая глава посвящена исследованию физико-механических свойств смешанного вяжущего в зависимости от содержания ДСП, добавок ЛОТ и С-3, способа подготовки вяжущего, его дисперсности и условий твердения. Активность вяжущего оценивалась по методике ГОСТ 310.4-81.

Показано, что наибольшая эффективность ДСП, как разновидности пуццолавовой добавки, проявляется при повышенных температурах твердения.

Экспериментально установлено, что повышение прочности бетона при тепловлажностной обработке (95-100°С) достигает максимального значения при 30%-м содержании добавки ДСП в портландцементе. При этом наблюдается повышение прочности: по сравнению с исходным на 33% при изгибе, 55%- при сжатии(рис.З). Далее "разбавление" портландцемента цеолитсодержащей добавкой вызывает снижение прочности, достигая значения прочности контрольного состава при 40-45% ДСП. Понижение температуры ТВО до 80°С снижает эффект модификации, а при естественном твердении наблюдается замедление набора

прочности. Следовательно, разработанное смешанное вяжущее целесообразно использовать для изготовления изделий и конструкции в заводских условиях с применением изотермического прогрева при ТВО 95-100 °С.

Дальнейшее повышение активности вяжущего возможно за счет применения хлорида кальция. Эксперименты показали, что введение 2% добавки хлорида кальция в состав смешанного вяжущего при его помоле увеличивает прочность при сжатии и изгибе- на 30- 50%, по сравнению с вяжущим без добавки хлорида кальция. В то же время, введение хлорида кальция в состав цементно-песчаного раствора с водой затворения увеличивает прочность вяжущего при сжатии и изгибе только на 18%. По-видимому, это обусловлено активным влиянием хлорида кальция на возникновение активных центров на поверхности частиц при механической активизации вяжущего.

Повышение дисперности вяжущего с 2850 см2/г до 4150 см2/г, как и в случае обычного цемента, приводит к увеличению его активности на 28-40%.

Характерной особенностью смешанного вяжущего, как было показано в главе 3, является его повышенная водопотребность. Поэтому его применение в бетонах вызывает необходимость использования пластифицирующих добавок, как одного из эффективных приемов снижения их водопотребности. Так, введение ЛСТ в состав смешанного вяжущего снижает водопотребность раствора на 10-20%. Естественно, уменьшение водопотребности раствора на смешанном вяжущем за счет введения пластификатора приводит к повышению его прочности (рис.4). Эффективность пластификаторов и их оптимальная концентрация, оцениваемые по изменению прочности, как видно из рис.4, зависят от доли ЦСП в составе смешанного вяжущего. Эффективность пластификаторов (по прочности) с увеличением количества ЦСП в вяжущем падает, а их оптимальные концентрации возрастают.

Эффективность пластифицированного сметанного вяжущего можно повысить путем гидрофобизации активной минеральной добавки. При этом активность вяжущего возрастает на 6-17% при изгибе и на 25-35% - при сжатии(за счет уменьшения В/Т отношения).

Методом математического планирования эксперимента разработаны оптимальные составы тяжелых бетонов марок 200-400. Установле-

но, что наибольшая экономия клинкерной части достигается в составах, где доля ЦСП составляет 30%, а - ЛСТ 0,5% от массы вяжущего.

В пятой главе исследовалась долговечность бетона на смешанном вяжущем. Основное внимание уделялось сульфатостойкости, щело-честойкости, усадке и набуханию, трещиностойкости, морозостойкости бетона и его защитным свойствам по отношению к арматуре. Изучался также процесс высолообразования на поверхности образцов бетона.

Сульфатостойкость бетона на смешанном вяжущем, содержащем 30% ЦСП, повышается в 6 раз, а щелочестойкость - в 1,15 раза, по сравнению с аналогичным составом на портландцементе. Это объясняется интенсивным связыванием гидроксида кальция компонентами ЦСП в процессе твердения бетона с образованием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, обладающих повышенной стойкостью в данных агрессивных средах.

Такие характеристики бетонов оптимального состава на смешанном вяжущем, как деформации усадки и набухания, трещиностойкость, находятся на уровне бетонов на обычном портландцементе.

Электрохимические исследования влияния состава смешанного вяжущего на защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре показали, что бетоны на вяжущем с содержанием до 30% ЦСП обеспечивают их защитные свойства. Увеличение доли ЦСП в составе вяжущего более 30% снижает защитные их свойства и арматура может корродировать. В этом случае для повышения их защитных свойств показана целесообразность введения в состав бетонной смеси добавки нитрита натрия в количестве 1-2% от массы вяжущего. Это позволяет расширить допустимые пределы содержания ЦСП до 50% от массы вяжущего.

Разработанные оптимальные составы бетона на смешанном вяжущем по морозостойкости находятся на том же уровне, что и на обычном портландцементе. Применение добавок пластификаторов совместно с гидрофобизатором позволяет гарантировать марку по морозостойкости F100 и F150 с меньшим расходом клинкера на 30%. Это достигается снижением интегральной пористости на 5-7% и повышением однородности распределения пор в бетоне.

Бетоны на смешанном вяжущем отличаются пониженным высолооб-

разованием за счет связывания аморфным кремнеземом минеральной добавки щелочных оксидов цемента в гидратные новообразования, что исключает свободную миграцию гидроксидов к поверхности.

В шестой главе приведены результаты производственного внедрения и технике-экономического обоснования эффективности использования смешанного вяжущего в производстве бетона и железобетона.

По результатам экспериментальных исследований разработаны технологический регламент и технические условия на смешанное вяжущее (ТУ 5731-003-02069662-96).

Результаты исследований внедрены на Казанском заводе КПД-2 и на заводе ЖБИ предприятия "Волгогазтранс" путем изготовления опытной партии вяжущего и бетонных( камни бетонные стеновые) и железобетонных изделий (пустотные плиты перекрытия, перемычки) на его основе. Экономический эффект от применения смешанного вяжущего в бетонах опытно-промышленной партии железобетонных конструкций составил 2460тыс.руб.

Ожидаемый общий экономический эффект от применения бетонов на смешанном вяжущем при производстве железобетонных конструкций в условиях заводов ЖБИ г.Казани при общем выпуске 150 тысяч м3 составит 3000000 тыс.руб/год в ценах 1996 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. С целью разработки нового смешанного вяжущего на базе промышленных портландцементов исследовалась их модификация цеолитсодержащей породой(ДСП), отличающейся от ранее изученых пород малым содержанием цеолитового минерала (клиноптилолита-14-28%) и, соответственно, большей долей других компонентов: опалкристобали-та, монтмориллонита и кальцита. Установлены основные закономерности изменения технологических и эксплуатационных свойств вяжущего и выявлен механизм действия ЦСП, связанный с особенностью ее состава.

2. Обнаружено, что ЦСП способна активно вступать во взаимодействие с гидрокисидом кальция, и ее пуццолановая активность, несмотря на малое содержание клиноптилолита, оказывается выше, чем у диатомита. Эксперименты с обогащенными пробами ЦСП показа-

ли, что это обусловлено активностью не только клиноптилолита, но и опалкристобалита, монтмориллонита.

Неизбежное возрастание нормальной густоты, а также эффективной вязкости и пластической прочности теста , обусловленные высокой адсорбционной активностью ЦСП, могут быть скомпенсированы введением пластификаторов и гидрофобизаторов.

3. Выявлены особенности гидратации портландцемента в присутствии добавок ЦСП методами контракции, тепловыделения и прямыми структурными исследованиями( ДТА, РФА, ИКС и электронной микроскопии); установлен эффект ускорения твердения портландцемента под влиянием добавки ЦСП, при этом увеличивается доля тонкодисперсных кристаллов низкоосновных гидросиликатов кальция и степень гидратации клинкерных зерен (на 20%), а в цементном камне практически не остается свободного гидроксида кальция. Увеличить активность ЦСП можно путем ее кислотной обработки.

4. Показано, что наибольшая пуццолановая активность ЦСП проявляется при повышенных температурах тепловлажностной обработки (95-100°С), что приводит к упрочнению вяжущего, содержащего 30% ЦСП, на 55% при сжатии и 33% при изгибе. Установлено, что введение хлорида кальция (2%) в состав смешанного вяжущего увеличивает его прочность при сжатии и изгибе на 30-50%, что свидетельствует о синергизме совместного влияния этих добавок на процесс твердения портландцемента. Эффективность пластификаторов в смешанном вяжущем падает с ростом концентрации в нем ЦСП, однако ее можно увеличить с помощью добавок гидрофобизаторов. Установлено, что наибольшая экономия клинкерной части в вяжущем для равнопрочных составов бетонов достигается при содержании ЦСП 30% и 0,5% ЛСТ от массы вяжущего.

5. Установлено, что бетоны на оптимальных составах смешанных вяжущих не уступают или превышают таковые на портландцементе по стойкости в агрессивных средах (сульфатных и щелочных), морозостойкости, трещиностойкости и защите стальной арматуры от коррозии. Сульфатостойкость бетона на смешанном вяжущем увеличивается в 4-6 раза, а щелочестойкость- в 1,15 раза, что связано не только с изменением фазового состава продуктов гидратации, но и с уменьшением интегральной пористости (на 5-7%). Бетоны оптимального

состава с пониженным расходом клинкерной части вяжущего имеют гарантированную марку по морозостойкости F100 и F150.

Показано, что введение ДСП в состав цементного вяжущего предотвращает высолообразование в бетонах за счет связывания кремнеземом добавки щелочных оксидов цемента, предотвращая их миграцию к поверхности.

6. Разработаны и утверждены технические условия на смешанное вяжущее с применением цеолитсодержащей породы Татарско-Шатрашанс-кого месторождения (ТУ 5731-003-02069662-96) и технологический регламент на изготовление и применение смешанного вяжущего.

Бетоны, изготовленные на смешанном вяжущем с пониженным содержанием клинкерной части, успешно прошли производственную проверку. Конструкции на основе этих бетонов по прочности, деформа-тивности и грещиностойкости соответствуют требованиям действующих стандартов. Экономический эффект от применения смешанного вяжущего в бетонах опытно-промышленной партии железобетонных конструкций составил 2460тыс.руб.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В (ЖДУЩИХ РАБОТАХ:

1. Морозова H.H., Изотов B.C., Санникова В.И. Активная минеральная добавка на основе цеолитсодержащих пород для цементных бетонов. В тезисах докладов Международной НТК "Современные проблемы строительного материаловеденияч". Часть 1.-Самара, СамГАСА, 1995, с.92-94.

2. Морозова H.H., Изотов B.C. Цементные бетоны с добавкой цеолитсодержащей породой для конструкций сельскохозяйственного строительства.-В Международном сборнике научн. трудов "Эффективные материалы и конструкции для сельскохозяйственного строительства".- Новосибирск, НГАУ, 1995, с. 102-105.

3. Изотов B.C., Санникова В.И., Морозова H.H. Смешанное вяжущее на основе местного сырья.- В тезисах докладов II Международной НТК "Вопросы планировки и застройки городов".-Пенза, Пен-ГАСИ, 1995, с.80-81.

4. Изотов B.C., Морозова H.H., Санникова В.И. Свойства сме-

шанного вяжущего на основе портландцемента и цеолитсодержащей породы.- В тезисах докладов Международной НТК "Русурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций". Часть, -Белгород, БелГТАСМ, 1995, с.132-133.

5. Калашников В.И., Морозова H.H., Хозин В.Г. Оценка действия суперпластификаторов в цеолитсодержащих дисперсных системах. - В тезисах докладов Международной конференции "Ресурсы - и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций". -Белгород, БелГТАСМ, 1995, С.127-128.

6. Изотов B.C., Морозова H.H. Основные свойства бетонов на смешанном вяжущем. - В сборнике науч.тр., Казань, КазГАСА, 1996.-С.23-26.

7. Нагуманова Э.И., Морозова H.H., Изотов B.C., Хозин В.Г. Особенности реологии смешанного вяжущего.-В тезисах докладов Международной НТК "Современные проблемы строительного материаловедения". -Казань, КазГАСА, 1996.- С.20.

8. Изотов B.C., Морозова H.H. Ушакова Г.Г. Физико-химические свойства и долговечность бетонов на смешанном вяжущем.-В тезисах докладов Международной НТК "Современные проблемы строительного материаловедения".-Казань, КазГАСА, 1996.-С.18.

9. Гордеев В.Ф., Изотов B.C., Морозова H.H., МурафаА.В., Нагуманова Э.И., Хозин В.Г. Новые возможности широкого использования местных природных ресурсов Республики Татарстан.// Строительный вестник Татарстана. 1996, N 2.-С.73-74.

10. Изотов B.C., Морозова H.H. Влияние лигносулъфоната на свойства смешанного вяжущего и бетона на его основе.- В тезисах докладов XXIX НТК "Строительные материалы и изделия". -Часть г.Пенза: Центр научно-технической информации.- 1997.-С.37.

11. Изотов B.C., Морозова H.H. Коррозионная стойкость бетонов на смешанном вяжущем// Известия вувов. Строительство.- 1997.-N12.-С.