автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Бетоны повышенной прочности и непроницаемости на портланд-цементе с добавками микрокремнезема различных ферросплавных производств

ГОССТРОЯ СССР

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ШЧЮ-ИССЩОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКШО-КОНСГРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИЖБ)

На правах рукописи

ШЕЙНФЕВД Андрей Владимирович

УДК 666.972.16.0004.8

БЕТОНЫ 'ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ И НЕПРОНКЦАЕНОСГГИ НА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ С ДОБАВКАМИ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА РАЗЛИЧНЫХ ФЕРРОСПЛАВНЫХ

ПРОИЗВОДСТВ

Специальность: 05.23.05 - Строительные иатериалы и кзделхя

Автореферат диссертации ка соис-каине ученой степени кандидата технических каук

Москва 1991г.

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона х железобетона (НИИЖБ) Госстроя СССР.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Ф.11.ИВАНОВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.В.ПАТУРОЕВ . кандидат технических наук, В.И.СТА11ШК0

Ведущая организация - трест "Павлодарпромстрой"

Защита состоится в часов на

заседании специализированного совета к033.03.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструктор-ском и технологическом институте бетона и железобетона Госстроя СССР по адресу: 109428, Москва, 1-428, 2-я Институтская ул.,д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан О" ОО*—

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Г.П.КОРОЛЕВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Среди важнейших проблем, стоящих перед строительной индустрией, наряду с увеличением объемов выпуска продукции, являются повышение качества и эффективности производства. Эти проблемы обостряются в связи с ограниченностью материальных ресурсов, главным образом цемента и высококачественных заполнителей. Одним из путей их решения является использование в технологии бетона активных минеральных добавок.

Особое внимание уделяется улмрадисперсным отходам ферросплавного производства - микрокремнезему (МК), которые рассматриваются как возможные эффективные заменители части цемента, а также как добавки, способствуйте повышению прочности и непроницаемости бетона.

Применение ЫК в технологии бетона позволяет попутно решать важную экологическую проблему - утилизировать ультрадисперсные отходы, которые в настоящее время выбрасываются в специальные отвальные поля, загрязняя пригодные для культивации земли и атмосферу.

Работа выполнялась в рамках государственной научно-технической программы "Стройпрогресс-2000" (проект 0.14.01.02 "Разработать и внедрить технологию изготовления тонкомолотого многокомпонентного цемента (ТМЦВ) и на его основе бетонов низкой водопотреб-ности с целью экономии цемента на 35 и более процентов") в соответствии с планом научно-исследовательских работ НИИХБ по теме: 18-8-1.1.5-90 "Провести исследования и разработать рекомендации по технологии приготовления бетонов с суперпластификаторами и с тонкодисперсными отходами производства кристаллического кремния и ферросплавов".

Целью работы являлись разработка и внедрение технологии получения бетонов повышенной прочности и непроницаемости, в том чис-

ле, при снижении типовых норм расхода портландцемента, на основе исследования механизма взаимодействия микрокремнезема различных ферросплавных производств с продуктами гидратации портландцемента и структуры получаемого цементного камня.

Научная новизна работы:

- показана роль физико-химических характеристик МК (дисперсность, содержание ЭС 0^), как основных показателей, определяющих изменение структуры цементного камня, прочности и проницаемости бетона с ЦК;

-выявлены некоторые особенности механизма взаимодействия МК с продуктами гидратации цемента, в присутствии суперпластификатора (СП) С-3, приводящих к формированию структуры цементного камня с преимущественным образованием низкоосновных гидросиликатов кальция и гелевых пор размером от 10 до 50 А;

- определено влияние повышения дисперсности и содержания Э^О^ в составе МК, а также дозировок МК и СП С-3 на изменения структуры цементного камня, которые заключаются в возрастании количества СЗН(1), увеличении гелевойи уменьшении капиллярной пористости, что способствует достижению высоких прочностных показателей и снижению проницаемости бетона;

- установлен показатель эффективности МК, как добавки в бетон, для определения которого предложена эмпирическая формула и составлен классификационный ряд различных видов МК, где они разделены на три группы: высокоэффективные, эффективные и малоэффективные.

Практическое значение работы. На основании проведенных исследований:

- показано, что бетонные смеси с МК и СП С-3 обладают лучшей удобоукладываемостью, чем обычные той же подвижности, что может быть использовано для отработки высокопроизводительных процессов формования конструкций, например с немедленной распалубкой;

- выявлено, что применение МК и повышенных дозировок СП С-3 (2-5% массы вянущего) дает возможность изготовлять из высокопод-вихных бетонных смесей практически водо - и газонепроницаемые бетоны с прочностью после ТВО 70-100 МПа, на обычных материалах без увеличения типовых норм расхода цемента, а также бетоны прочностью 15-30 МПа после одних суток нормального твердения, что открывает -перспективу создания беспропарочной технологии производства изделий;

- определены условия получения и составы бетонов заданной прочности при экономии до 45% цемента.

Разработаны технические условия на "Микрокремнезем конденсированный" (ТУ 7-249533-01-90), "Паста из пыли рукавных фильтров Ермаковского ферросплавного завода" (ТУ 14-358-23-88) и составлены рекомендации по внедрению МК в технологию производства сборных и монолитных железобетонных конструкций.

Результаты работы прошли опытно-экспериментальную проверку в трестах "Павлодарпромстрой", "Актюбстрой" и "Кузбассшахтостройин-дустрия" на заводах ЖБИ г.Павлодара, г.Актюбинска и г.Новокузнецка.

Выпущено 54,7 тыс.ы3 железобетонных изделий с добавками МК и СП С-3. Фактический экономический эффект от применения МК в технологии бетона, при экономии 5987т. цемента и предотвращении ущерба окружающей среде в размере 169.96 тыс.руб, составил 351,13 тыс.руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на XXI -ХХШ Международных конференциях в области бетона и железобетона: 1988г.(г.Москва), 1990г.(г.Иркутск), 1991г.(г.Москва-г.Ленинград); на Всесоюзной конференции "Задачи развития и повышения технического уровня производственной базы строительства в Западной Сибири", 1987г.(г.Новокузнецк); на национальном молодежном научно-техническом симпозиуме с международным участием "Авангардные технологии в строительстве и строительной индустрии", 1989г.(Золотые Пески, Болгария).

- б -

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 5 статьях и семи научно-технических отчетах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 170 наименований, приложений и изложена на 199 страницах, в том числе содержит 33 таблицы и 59 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса, кикрокремнезем как ультрадисперсный материал с высокой гидравлической активностью, при включении его в состав цементного камня совместно с СП С-3, обладающим большой водо-редуцирующей способностью, должен коренным образом изменять структуру цементного камня (пористость и фазовый состав) и как следствие, повышать прочность и непроницаемость бетона.

В настоящее время термином "микрокремнезем" обозначают отходы производства ферросилиция и кристаллического кремния, а также ферросиликохрома, феррохрома, силикомарганца, циркония и др., имеющих различные химические и физические характеристики.

Однако вопросы, связанные с гидратацией портландцемента в присутствии добавок микрокремнезема и суперпластификатора С-3, формированием структуры и свойств цементного камня и бетона с этими добавками, а также с определением эффективности и области применения отходов различных'ферросплавных производств, изучены недостаточно. Это выявило необходимость решения следующих задач, которые представлялись первостепенными в данной проблеме:

- исследование некоторых особенностей процессов гидратации и твердения цементных систем, а также структуры цементного камня с добавками отходов различных ферросплавных производств и суперпластификатора С-3;

- исследование свойств бетонных смесей и бетонов с добавками МК и суперпластификатора С-3, в том числе получение бетонов повышенной прочности и непроницаемости при снижении типовых норм расхода портландцемента с добавками микрокремнезема и суперпластификатора С-3;

- проведение сравнительной оценки эффективности различных отходов ферросплавных производств;

- внедрение бетонов с добавками микрокреынезема и суперпластификатора С-3 и оценка их технико-экономической эффективности.

В работе исследовались ультрадисперсные отходы ферросплавных заводов, производящих кристаллический кремний, сплавы ферросилиция, ферросиликохрома, феррохрома и силикомарганца. При проведении сравнительной оценки эффективности различных видов микрокремнезема проводили их сравнение с традиционными активными минеральными добавками - золой-унос и трепелом. Обозначения и физико-химические характеристики представленных образцов этих материалов приведены в табл. 1к).

Для детального рассмотрения влияния различных видов микрокремнезема на свойства цементных систем, из этих добавок выбраны отходы ферросплавных производств, обладающие наиболее отличающимися характеристиками и разрешенные для применения в технологии бетона Минздравом РСФСР: - микрокремнезем производства ферросилиция Новокузнецкого и Ермаковского заводов, а также ферросиликохрома Актюбинском завода.

Исследования проводились на портландцементах М 400 без минеральных добавок Подольского опытно-экспериментального завода НИИ-Цемента и М 400 Воскресенского завода.

дальнейшем в работе приняты обозначения микронаполнителей согласно табл.1.

Обозначения н фивико-химические характеристики микронаполнителей

Обозначения микро-наполнителей Наименование к маркировка выплавляемых сплавов Содержание 5Ю2Х} % Удельная поверхность, м2/г Средний размер частиц, мкм Гидравлическая активность ' СаО мг/г 85°С 20иС Насыпная масса, т/м8 Эффективная плотность, т/м3 Водо-потреб- ность, %

Бхр Кристаллический кремний марок Кр-1,Кр-2 (г.Брянск) 92/92 25,0 о,го 102 518 0,15 2,16 42

Нф0 Ферросилиций марок ФС-90, СФ-75 (г.Новокузнецк) 90/90 20,2 0,25 102 500 0,26 2,22 40

Чфс То же марок ФС-75, ФС-65 (г.Челябинск) 89/89 24,6 0,30 104 380 0,24 2,20 61

Кфс То же марок ФС-65, ФС-45 (г.Ермак) 70/70 44,9 0,17 101 480 0,16 2,07 137

Афсх Ферросиликохром марки ФСХ-40 (г.Актюбинск) 66/60 18,5 0,25 103 450 0,26 2,84 40

Афх Феррохром марки ФХ-800 (г.Актюбинск) 16/10 6,3 0,43 15 46 0,42 3,10 44

В см Силикомарганец марки СМн 20 (г.Зестафони) 34/31 4,9 0,70 25 150 0,62 3,03 33

ЗУ Зола-унос Рефтинокой ТЭС (г.Асбест) 60/24 0,3 20,00 15 10 0,80 2,05 45

Т Трепел (г.Бряяск) 51/45 31,0 - 92 232 0,49 2,39 71

х) Над чертой приведено общее количество ЭсО^, под чертой- аморфной модификации, в том числе; хх)гидравлическая активность при 85°С определялась в суточном воарасте, а при 20°С - в течении 28 суток.

Основные результаты исследования. Адсорбция молекул СП С-3 на межфазной поверхности приводит к дефлоляции агрегатов из частиц цемента и микрокремнезема, освобождению иммобилизованной во флокулах воды, что увеличивает объем дисперсионной среды и суспензия разжижается.

Введение в состав вяжущего различных видов МК, обладающих разной адсорбционной способностью, а также дозировок МК изменяет количества СП С-3, необходимые для создания на поверхности адсорбента насыщенного мономолекулярного слоя (1,5% - Афсх; 1,7% - Нф0; 2,5% - ЕфС, при дозировке МК 20% массы цемента). Это находит отражение в назначении дозировок СП С-3 в бетонах с МК для придания им максимальной подвижности и прочности.

Изучение влияния МК и СП С-3 на свойства цементного теста и структурообразование цементного камня показало, что использование этих добавок приводит к сокращению сроков начала и конца схваты-

Таблица 2.

Состав и количество СаСОН)^ в твердеющем цементном камне с добавками МК и СП С-3

Марки- Вид Состав цементного СП Количество Са(0Н)2К'',мг

ровка 1гтг камня С-3, =---

у ШС _ » ' Время твердения, сут.

Д МК В ц+мк 3 7 14 ¿8

I. - 2000 - 575 - 15 17,5 19 19

2. Ефс 1818 182 575 0,6 7 6 5 3

3. Ефс 1666 334 575 1,3 - - - -

4. Ефс 1538 462 575 2,7 - - - -

5. Ефс 1666 334 575 2,0 - - - -

6. нфс 1666 334 575 0,4 2,5 1,5 I -

Афсх 1666 334 575 0,3 3 1,5 0,5 -

Масса навески всех образцов 800 мг.

оС,%_а.

80 1 ,

70 1. ; ___г*-^*

—"У^

60

50

40 У

6.1СШ1)! Б.

Продолжительность твердения, сутки Рис.1.Степень гидратации цемента (а), относительное количество С$Н(1) (б) и прочность цементного камня (в) в зависимости от дозировки ПК (Ефс) 1,2,3,4- МК в количестве 0,10,20,30% массы цемента, соответственно.

вания, повышению пластической прочности цементного теста, уменьшении интенсивности и расширению временного диапазона тепловыделения цемента, что способствует улучшению структуры цементного камня.

Методами физико-химического анализа исследован фазовый состав гидросиликатов кальция (ГСК), определена пористость цементного камня и их изменения в зависимости от дозировок МК и СП С-3 в составе вяжущего, вида микрокремнезема, продолжительности и условий твердения. Состав и маркировка образцов цементного камня, твердевших в нормальных условият. приведены в табл.2.

Добавка МК существенно изменяет характер кристаллизации гидратных фаз. При увеличении количества 51 0^ в составе МК, а такяе дозировок МК,возрастает степень гидратации цемента и количество низкоосновных ГСК, что приводит к повышению прочности цементного камня (Рис.1 и 2).

Незначительное количество низкоосновных ГСК в образце с 10% макрокремнезема (Рис.1) очевидно связано с тем, что в начальный период гидрата-

ции образуется большое количество гид-рокеида кальция, который вызывает перекристаллизацию образовавшихся низкоосновных ГСК в высокоосновные. Отсутствие портландита в образцах цементного камня с 20 и 30% МК, очевидно, связано с тем, что при данных концентрациях добавок МК и СП С-3, связывание выделившейся извести происходит практически с момента затворения вянущего водой. Об этом также свидетельствует уменьшение количества гидроксида кальция в цементном камке с 10% МК, в отличие от бездобавочного цементного камня, где количество Са(0Н)2 возрастает с увеличение!! времени твердения, а гидросиликатная фаза, по данным микро-рентгено-спектрального анализа, представлена в основном высокоосновныш ГСК.

При введении микрокремнезема образуется плотная структура, практически с отсутствием портландита, с большим содержанием гелесбразных фаз, представляющих собой по данным иикрорентге-носпектрального анализа, низксосновные ГСК.

Повышенное количество СП С-3 приводит к первоначальному замедлению гидратации, которое интенсифицируется пос-

80 70 60 50

ад

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О 100

80 60 40 20

Ы., %

ш "Л—-

„г-__ ^ -

> / *

с , /сзнт/ 5.

Ць, МПа.

— уУх~~— / 1 1

1 -1—

0 3 7 14 28

Продолгательность твердения, сутки Рис.2.Степень.гидратации цемента (а),относительное количество С$Н(1) ( ), прочность цементного камня (в) в зависимости от вида ШС (20% массы цемента) и дозировки СП С-3

1- ПК Ефс СП(1,3%),

2- МК ЕФс СП(2,0%),

3- МК Нфс Сш0,4%),

4- МК Афсх СП(0,3%).

ле 7 суток твердения и увеличивает содержание низкоосновных ГСК, что приводит к повышению прочности цементного камня (Рис. 2). Можно предположить, что блокировка гидратации алита СП С-3 создает, в определенной мере, оптимальную скорость появления в жидкой фазе ионов кальция, сопоставимую со скоростью их взаимодействия с кремнеземом.

В образцах цементного камня с добавками МК и СП С-3, прошедших ТВО, наблюдаются те же закономерности, как и при нормальном твердении.

Проведено исследование пористости цементного камня с добавками МК и СП С-3 в широком диапазоне изменения пор по размерам от 10 А до 2 мм, которое основывалось на представлении о четырех уровных дисперсности структуры цементного камня (Табл. 3).

Макроскопическом (40мкм < 2 < 2«103мкм) соответствующим технологической пористости. Поровое пространство на микроскопическом (1'10~*мкм < £ « 40мкм) и субмикроскопическом (5*10~3< £ 1-10"* мкм) уровне образует капиллярную пористость цементного камня (5'10"3мкм < £ 40мкм), которая определяет газо- и водопроницаемость цементного камня. В надмолекулярный уровень (1*10 мкм -с £ -=£: 5«10-3мкм) вписываются поры геля.

Использовались методы: протонного магнитного резонанса, малоугловой рентгеновской дифракции, ртутной порометрии, оптической . микроскопии и водонасыщение*.

Применение добавок МК и СП С-3 при практически неизменной общей пористости цементного камня (33,5% - 35,4%) значительно изменяет его поровую структуру.

Введение микрокремнезема способствует повышению технологи -ческой пористости. Число и диаметр таких пор можно уменьшить при использовании повышенных добавок СП С-3. С увеличением дисперсности микрокремнезема, а также количества микрокремнезема и СП С-3

Пористость образцов цементного камня с МК и СП С-3

Марки- Объем пор в зависимости от уровня дисперсности и вида пористости, %

ровна -----

образ- Технологи- Общая

цов по ческая по- Капиллярная пористость Поры геля пористость

табл.2 ристость (2*103-1-10~3),

Макроскопи- Микроскопа- Субмикроскопи- Общая Надмолекулярный мкм

ческий ческий ческий

(2-Ю3-40), (ад-МО"1), (1-10_1-5-10-3), (40--5-Ю-3), (5*10"3-1»10~3),

мкм мкм мкм и км мкм

1. 2,5 4,7 8,2

2. 2,9 1,6 7,4

3. 4,3 1,0 5,0

4. 2,9 1,8 4,2

5. 3,6 1,1 3,8

6. 4,3 1,6 6,4

12,9 18,1 33,5

9,0 21,6 33,5

6,0 23,4 33,7

6,0 24,5 33,4

4,9 26,7 35,2

8,0 23,1 35,4

происходит уменьшение капиллярной и повышение гелевой пористости цементного камня.

Таким образом, использование добавок ыикрокремнезема и СП С-3 приводит к улучшению структуры цементного камня (фазового состава каркаса и поровой структуры), что способствует достижению высоких прочностных показателей и снижению проницаемости бетона.

Добавки микрокремнезема и СП С-3 в значительной степени изменяют свойства как бетонных смесей, так и затвердевшего бетона.

Технологическая последовательность и способ введения МК изменяют сохраняемость бетонных смесей. Уменьшение подвижности в начальный период наблюдается в смесях, приготовленных путем введения порошкообразного МК. При приготовлении бетонных смесей с введением МК в смеситель в виде суспензии, подвижность во времени изменяется более равномерно. Бетонные смеси с МК и СП С-3 обладают лучшей удо-боукладываемостыо, чем обычные той же подвижности. При увеличении количества ЫК (10 - 30% масса цемента) тиксотропные свойства бетонных смесей проявляются более наглядно.

Вид и количество водоредуцирующих химических добавок (ЛСТ, МФ-АР, С-3) в значительной степени влияет на свойства бетонных смесей и бетонов с МК. Наблюдается повышение прочности бетонов (на 15-30%) с МК одинакового состава с увеличением, до определенного предела, количества водоредуцирующих добавок и снижение прочности по мере его превышения. Наилучшие результаты достигаются при использовании МК совместно с СП С-3.

Использование МК и СП С-3 приводит,к изменению прочностных характеристик бетона (ТаблЛ). С увеличением количества диоксида кремния в составе МК и дозировок МК прочность бетонов возрастает. Активность МК наиболее ярко проявляется при тепловлакностной обработке бетоцов, с повышением температуры изотермического прогрева прочность возрастает более интенсивно.

Составы и прочность бетонов с добавками МК и суперпластификатора С-3

Маркировка состава Дозировка ЫК, 5ВД Состав бетона , кг/м3 Дозировка СП С-3 в бетон- В/Вяж 0КХ) Прочность бетона нормального

/9 \HTlfclW/ см

Ц ЫК П Щ В Без до-баЕОК С добавками

нфс

Ефс Афсх твердения, МПа

0 _ 425 _ 690 ИЗО 182 _ _ _ _ 0,43 3 40

К - 350 - 740 1175 154 0,5 - - - 0,44 3 40

I 10 315 32 725 1175 154 - 1,0 0,5 0,5 0,44 2-4 44-50

2 20 290 60 720 1175 154 - 1,8 0,6 0,6 0,44 2-4 46-56

3 30 270 80 715 1175 154 - 2,8 0,7 0,7 0,44 2-4 50-62

4 - 620 - 805 745 198 _ - - - 0,32 0 60

5 20 400 80 630 1115 153 - 5,0 - - 0,32 0 75

6 20 400 80 645 1145 134 - - 2,0 - 0,28 4 100

7 20 400 80 645 1150 137 - - - 2,0 0,28 6 82

Приведена подвижность бетонных смесей со щебнем фракции 5-10 мм.

С использованием математического планирования эксперимента произведена оптимизация водосодержания бетонных смесей и прочности бетона с добавками МК (ЕфС) и СП С-3. Получены уровнения регрессии и построены регулировочные номограммы для назначения расхода воды и определения прочности бетона в зависимости от требуемой осадки конуса, расхода вяжущего, МК и СП С-3. Эффект повышения прочности бетона за счет введения в его состав МК и СП С-3 позволяет существенно сократить расход цемента. Величина экономии цемента, в зависимости от вида, количества МК и СП С-3, может составлять до 45% (80 - 150 кг/м3).

Применение МК и повышенных дозировок СП С-3 (2-5% массы вяжущего) дает возможность изготовлять из высокоподвижных бетонных смесей:

- высокопрочные бетоны с прочностью после ТВ0 70-100 МПа на обычных материалах без увеличения типовых норм расхода портландцемента;

- бетоны с прочностью на сжатие 15-30 МПа после 24 часов нормального твердения.

Добавки МК и СП С-3 в значительной степени уменьшают водо-газо- и ионную проницаемость бетонов (Табл.5). Увеличение дисперсности и количества МК в составе вяжущего приводит к снижению проницаемости бетона. Использование повышенных дозировок МК и СП С-3 дает возможность получать практически непроницаемые бетоны.

Большие объемы улавливания и широкая номенклатура различных видов МК приводят к необходимости объективной оценки этих материалов с точки зрения эффективности применения в технологии бетона и ранжировки их по этому показателю.

Определение эффективности активных минеральных добавок является сложной задачей, т.к. при этом необходимо учитывать конкретные условия их применения, поэтому эффективность МК как добавки в

чхч

Показатели проницаемости бетонов с добавками МК и СП С-3

Таблица 5.

Маркировка состава по табл.4

Вид ЦК

Дозировка Водопроницаемость МК, % Ц

Газопроницаемость

Проницаемость СГ

Марка по водонепроницаемости,

\л/

Коэффициент

фильтрации

воды

Кф-ИГ»,

см /с

Воздухопро- Проницаемость ницаемость СО2

Параметр воздухопроницаемости,,

смс!/с

Эффективный коэффициент диффузии С02

»г-

Эффективный коэффициент диффузии • хлоридов

-ъ- Ю"7, см^/с

К - - 10 34,7 322,6 3,65 -

1 2 3 Ефс 10 20 30 >16 >16 >16 1,56 1,78 1,56 67.1 75.2 Э2,0 2,50 2,90 3,20 —

1 2 3 Нфс 10 20 30 >16 >16 >16 8,50 7,56 2,01 105,2 127,5 70,7 3,40 3,50 3,46 —

1 2 3 Афсх 10 20 30 14 >16 >16 14,1 11,1 2,15 178,3 135,6 91 0 3,30 3 27 3,20 —

4 - - >16 3,980

5 Ефс 20 >16 Образцы бодо- и газонепроницаемы*' 0,509

6 нфс А-фсх 20 >16 0,352

7 20 >16 0,505

I

Водо- и газопроницаемость бетонов составов 4-7 определить используемыми методами не удалось.

бетон рассматривали с двух позиций: "технической эффективности" МК, включающей в себя возможную экономию ресурсов и получение высококачественных изделий и "экономической эффективности", выраженной в стоимостном выражении и расчитанной для конкретных заводов ЖБИ, использующих технологию изготовления железобетонных изделий с добавкой ПК.

Для определения эффективности различных видов МК приготовлены бетоны из равноподвижных смесей, которые отличались расходом цемента, дозировками добавок МК и СП С—3, но имели одинаковое количество вяжущего и воды (Табл.

В данной работе в качестве показателя эффективности МК принята удельная прочность бетонов с микронаполнителями, приходящаяся на единицу расхода портландцемента, при этом величина расхода цемента корректировалась на величину возможной экономии цемента, получаемой от применения дополнительного количества суперпластификатора.

Таким образом, обобщенным параметром, который отражал бы эти обстоятельства, является коэффициент эффективности, учитывающий изменение таких факторов, как прочность бетона, расход цемента и дозировка суперпластификатора, для определения которого предложена эмпирическая формула

Кэ = Я1Мцс + мс1- Ск);моо' , <«

где: К1 (%) - прочность бетона с микронаполнителями относительно прочности контрольного бетона с добавкой СП С-3;

Ц5- (%) ~ расход цемента в бетонах с микронаполнителями относительно расхода цемента в контрольном бетоне с добавкой СП С-3;

Кц - безразмерная величина, показывающая снижение расхода цемента за счет применения добавки СП С-3, которая определяется по формуле: Кц = («о " «к> Ю0/ЦоСк ' (2)

Ск <»

С1 (%)

где: Ц0, Дк (кг) - расход цемента в контрольных (равноподвижных и равнопрочных) бетонах без суперпластификатора и с добавкой СП С-3 соответственно;

- дозировка добавки СП С-3 в контрольном бетоне;

- дозировки добавки СП С-3, необходимые для придания бетонным смесям с микронаполнителями подвижности, равной контрольным образцам.

С учетом данных, приведенных в табл.4 получим:

Коэффициенты эффективности различных микронаполнителей явились основой приведенных на рисунке 3 закономерностей, из которых следует, что эффективность исследованных материалов не одинакова и зависит от их количества а составе бетона.

Составлен классификационный ряд различных видов МК, где по степени эффективности они разделены на три группы: высокоэффективные (Кф5>1,2), эффективные (1,0^Кф<1,2) и малоэффективные

(Кф<1).

Наиболее эффективен МК производства кристаллического кремния Братского завода и ферросилиция Новокузнецкого и Челябинского заводов. Микрокремнезем производства ферросилиция

О 10 20 30 40 Количество микронаполнителя, % массы цемента

Рис. 3. Зависимость коэффициента эффективности от вида и количества МК и АМД для бетонов нормального твердения.

Ермаковского завода, несмотря на высокие физико-химические показатели уступает по эффективности МК производства ферросиликохроыа Актюбинского завода из-за необходимости использования повышенных дозировок СП С-3 в бетонных смесях. Эти виды ПК относятся к группе "высокоэффективные".

Менее эффективен МК производства силикомарганца Зестафонов-ского и феррохрома Актюбинского заводов, которые практически на ходятся на уровне традиционных для технологии бетона АИД - золы-уноса и трепела. Эти виды ПК соответственно относятся к группам "эффективные" и "малоэффективные".

Основные результаты исследований нашли применение при разработке технических условий на МК, пасту из пыли рукавных фильтров, а также рекомендаций по производственному применению МК и СП С-3.

Осуществлено внедрение результатов исследований при производстве сборных железобетонных изделий на заводах 1БИ в объеме 54,7м3. Фактический экономический эффект от применения МК в технологии бетона при экономии 5987 т цемента и предотвращении ущерба окружающей среде в размере 170 тыс.руб, составил 351 тыс.руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследованы состав и свойства побочных продуктов получения силицидов и сплавов ферросилиция (микрокремнезема), полученных на различных предприятиях СССР. Установлены основные показатели, определяющие эффективность применения этих материалов в бетоне: содержание диоксида кремния, удельная поверхность, водопот-ребность.

2. Исследованы процессы структурообразования в системе: цемент + микрокремнезем. Методами физико-химического анализа исследован фазовый состав гидросиликатов кальция, определена пористость цементного камня и их изменение в зависимости от содержа-

яия микрокремнезема и суперпластифякатора С-3 в составе вяжущего, вида микрокремнезема, продолжительности и условий твердения.

3. Показано, что при гидратации вяжущего, состоящего из цемента и микрокремнезема с добавкой СП С-3, образуются преимущественно низкоосновные гидросиликаты кальция - СЗН(1) и гелевые поры

о

размером от 10 до 50 А.

Показано, что вид и количество водоредуцирующих химических добавок в значительной степени влияет на свойства бетонных смесей и бетонов с ПК. Установлено повышение прочности бетонов с МК одинакового состава с увеличением до определенного предела, количества водоредуцирующих добавок и снижение прочности по мере.его превышения. Наилучшие результаты достигаются при использовании 11К совместно с суперпластификатором С-3.

Определены оптимальные дозировки СП С-3, позволяющие получить бетонные смеси с МК, имеющие подвижность на уровне смесей без МК, без увеличения их водопотребности. Оптимальные дозировка СП С-3 зависят от вида и количества МК в составе бетона.

5. Установлено, что бетонные смеси с МК и СП С-3 обладают лучшей удобоукладываемостью, чем обычные той же подвижности. При увеличении количества МК тиксотропные свойства бетонных смесей проявляются более наглядно, что может быть использовано для отработки высокопроизводительных процессов формования конструкций, например с немедленной распалубкой.

6. Исследовано влияние технологической последовательности и способа введения МК на сохраняемость бетонных смесей. Отмечено уменьшение подвижности в начальный период в смесях, приготовленных путем введения порошкообразного МК. При приготовлении бетонных смесей с введением МК в смеситель в виде суспензии, подвижность во времени изменяется более равномерно.

7. Показано, что использование МК и СП С-3 приводит к изменению прочностных характеристик бетона. С увеличением количества диоксида кремния в составе МК и дозировок ШС прочность бетонов возрастает. Активность ЫК наиболее ярко проявляется при тепловлак-ностной обработке бетонов с повышением температуры изотермического прогрева прочность возрастает более интенсивно.

Применение МК и повышенных дозировок СП С-3 (2-5% массы вянущего) дает возможность изготовлять из высокоподвикных бетонных смесей (ОК = 10-18 см):

- высокопрочные бетоны с прочностью после ТВО 70-100 ИПа на обычных материалах без увеличения типовых норм расхода портландцемента (360-400 кг/м3);

' - бетоны с прочностью на сжатие 15-30 МПа после 24 часов нормального твердения, что открывает перспективу создания беспропарочной технологии производства изделий.

8. Установлено, что добавки МК и СП С-3 в значительной степени уменьшают водо -, газо - и ионную проницаемость бетонов. Увеличение дисперсности МК и количества МК в составе вяжущего приводит к снижению проницаемости бетона. Использование повышенных дозировок МК (20% массы цемента) и СП С-3 (2-5% массы вяжущего) дает возможность получать практически непроницаемые бетоны.

9. Показано, что эффективность МК различных заводов неодинакова и зависит от марки выплавляемых сплавов и количества МК в составе бетона. В качестве показателя эффективности МК принят коэффициент эффективности, учитывающий изменение таких факторов, как прочность бетона, расхода цемента и дозировка суперпластификатора, для определения которого предложена эмпирическая формула.

Составлен классификационный ряд различных видов МК, где по степени эффективности они разделены на три группы: высокоэффективные (Кэ >1,2), эффективные (1,0 ^ Кэ 1,2) и малоэффектив-

ныв (Kg<I). Наиболее эффективен МК производства кристаллического кремнезема Братского завода и ферросилиция Новокузнецкого и Челябинского заводов. МК производства ферросилиция Ермаковского завода, несмотря на высокие физико-химические показатели (гидравлическая активность, содержание SiOg, дисперсность) уступает по эффективности МК производства ферросиликохрома Актюбинского завода из-за необходимости использования повышенных дозировок СП С-3 в бетонных смесях. Эти виды МК относятся к группе "высокоэффективные", Менее эффективен МК производства силикомарганца Зестафо-новского я феррохрома Актюбинского заводов, которые практически находягся на уровне традиционных для технологии бетона АМД - золн-уноса и трепела. Эти виды МК соответственно относятся к группам "эффективные" и "малоэффективные".

Основные научные результаты представлены в публикациях:

1. Применение отходов ферросплавного производства с пониженным содержанием микрокремнезема /Батраков В.Г., Каприелов С.С., Пирожников В.В., Шейнфельд A.B.// Бетон и железобетон.-1989.- #3.-с.22-24.

2. Батраков В.Г., Каприелов С.С., Шейнфельд A.B. Эффективность применения ультрадисперсных отходов ферросплавного производства.// Бетон и железобетон.-1989.- Кз8,- с.24-25.

3. Оценка ультрадисперсных отходов металлургических производств как добавок в бетон /Батраков В.Г., Каприелов С.С.,Иванов Ф.М., Шейнфельд A.B. / /Бетон и железобетон.-1990,- №12.- с.15-17.

4. Курбанов Ф.М., Алексеев С.Н., Шейнфельд A.B. Исследование проницаемости бетона 2БНТ со стальным сердечником уплотненного виброрейкой / / Подземное и шахтное строительство.-1991.- !й 3.-с.29-32.

5. Бетонная смесь /Батраков В.Г., Каприелов С.С., Фаликман В.Р., Калинина Л.А., Шейнфельд A.B., Зовк А.И. //Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке te 4753049/33/131644/.