автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Бетоны с комплексными добавками на основе отходов нефтедобычи

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

ПОПОВ

Виктор Леонидович

БЕТОНЫ С КОМПЛЕКСНЫМИ ДОБАВКАМИ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ НЕФТЕДОБЫЧИ

Специальность 05.23.05 — Строительные материалы

и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

Работа выполнена в Петербургском государственном уш верситете путей сообщения Министерства путей сообщени Российской Федерации.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор О. С. ПОПОВА

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор И. А. ЛОБАНОВ;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Б. А. МОХОВ

Ведущая организация — АО Проектно-строителыюе обт единение «Ухтажилстрой».

Защита состоится 25 ноября 1993 г. в . ■Р. . . часо на заседании специализированного совета по прнсужденш ученой степени кандидата технических наук в Петербургско государственном университете путей сообщения Министерств путей сообщения Российской Федерации по адресу: Санкт Петербург, Московский проспект, д. ¿-¿¿3-/ ■

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уш верситета.

Автореферат разослан « г*^» октября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

И. М. ЧЕРНЕВ,

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

(

Мировая тенденция развития строительной индустрии а области капительного строительства предполагает дальнейшее улучшение структуры, прочностных характеристик и качества конструкционных материалов, создание новой прогрессивно!! техники и широкое освоение ресурсосберегающего направления в развитии экономики.

Одним из радикальных путей повышения качестве железобетонных изделий и конструкций, интенсификации производства бетонных работ, экономии цемента и энергетических ресурсов является применение химических добавок.

Темпы роста ассортимента и количества выпускаемых добавок таковы, что к 2000 году практически во всех развитых странах около 100',о всего производимого батона будет содержать химические модификаторы. В обцем объеме производимых добавок резко возрастает доля производства и применения модификаторов, производимых на основе целевых и побочных продуктов или отходов нефтехимических производств. Использование последних очень перспективно, так как решает, наряду с технико-экономическими, также и экологические проблемы.

Важное значение при разработке полифункциональных модификаторов бетона придается вопросам технологии получения добавок, углубления основ их использования на предприятиях строительной индустрии и на строительных площадках в суровых условиях Крайнего Севера с учетом применения местных низкокачественных заполнителей.

Актуальность проблемы

Опыт применения различных добавок, в том числе суперпластификаторов, на предприятиях строительной индустрии Республики Коми свидетельствует об их малой эффективности. Объясняется

- ^

8Ю болышми расстояниями транспортировки добавок ох месх производства добавок, низкой температурой воздуха до девяти месяцев в год;, чхо исключав! возминосхь вруглогодичного мспользования добавок, а также отоухсхвием качеохвенных ааполнителей бетона, чхо сводах практически я минимуму влияние добавок на повышение хачасхва бетона. Кроме того, в связи с климахическим условиями Крайнего Севера большая часть рабох по укладке монолитного бетона в конструкции на строительных площадках производится при отрицательных темпера турах, чхо влачет за собой значительное потребление анергии, удорожание производства рабох до 50-60$ ох охоимосхи таких хе рабох х летних условиях и онихевие качеохва готовых конструкций.

В связи с вышеизложенным актуальной является проблема создания новых комплексных модификаторов бехонов на основе недефицитного местного сырья, позволяющих преодолеть хрудносхи, связанные о условиями Севера я решить вопрос о качественном улучшении а кошу а та ци ониых свойств бетонных, железобетонных конструкций а значите льном снижении производственных затрат.

а о ль работы

Целью настоядей работы являехся улучвение строительно-технических в аведлуатацжошшх свойств бехонов на неохных низкокачественных ваполнитедях комплексными добавками на основе охходов месхной промышленности.

Научная н о в и 8 н а рабохы заключается в обосновании выбора исходного сырья - охходов нефтедобычи Ярегского месторождения - для проиаводсхва коыплеконых порошкообразных добавок;

в разработке физико-химических предпосылок использования полученных добавок я качасхве аффективных модификаторов свойств батона;

в обосновании возможности и целесообразности использования получанных модификаторов как в заводской технологии о'егона, гак и при зимнем бетонировании;

в установлении взаимосвязи наяду свойствами твердеющей цементной системы и физико-химическими свойствами добавок.

На составы бетонных смесей с полученными добавкаыи и на соо-1вв комплексных добавок в бетон получено положительное решение НИИГПЗ по заявке на изобретение й 47921А 1/33 от 20.UI.9I и авт. св-во не изобретение л? 1770308 (опубликовано в Ш, 1992, й 39). Практическое значение работы Установлена возможность улучшения строигельно-технических и эксплуатационных свойств заводского и монолитного бетона на местных низкокачественных заполнителях путем направленного регулирования аго структурообразования комплексными модификаторами.

Выявлены оптимальные ревимы пропаривания бетонов с полученными добавкаыи по сокращенным режимам ТВО со снивениец температуры иаотермии и расхода цемента до 15$,

Установлена возможность сохранения виз не способ» ости бетонной смеси с комплексным противоморозным модификатором в течение 1,5-2 часов; бетонирования монолитных конструкций при низких отрицательных температурах с обеспеченней требуемой для монтажного на-гругения прочности через 3 суток. При этом исключается расходование энергоресурсов для прогрева свевеулоавнного бетона, а затвердевший бетон имеет значительно более высокие показатели по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости по оравнанив с бездо-бавочныыи бетонами нормального твердения.

Осуществлено внедрение комплексных порошкообразных модификаторов ЛШ-Х и ЛНО-1 на заводе крупнопанельного домостроения ПСО "Усинснстрой" Минсевзапстроя и на предприятиях АО "Закнефтегаз-строй". Достигнуто сокращение трудозатрат на 25-30/5, энергоресур-

о ов - на 35-40^, снивонио pa скида цемента - на 15%, повышение качества готовых аелеаоОетояпых изделий.

Выявлена возмоаность замены дорогостоящих суперпластификатора 0-3 и противоморозных реагентов комплексными добавками на основе местных отходов промышленности без снижения качества бетона.

Разработаны Технические условия по производству и применению комплексной порошкообразной добавки ]Ш-1, Технологические инструкции по производству и применению комплексной противоморозиой добавки ЛНО-I и комплексной добавки ЛНК-1. Нормативные документы зарегистрированы в Госстрое Республики Коми.

Апробация работы

Результаты исследований долокены на XXili и ХХ1У йеадународных конференциях по бетону и железобетону в 1991 и 1992 г.г.

Публикации

Основные половения работы изложены в 7 публикациях, в том числе в 2 авторских свидетельствах СССР на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изяокена на 127 страницах, в том числе 101 страница машинописного текста, 18 рисунков, 12 таблиц, 174 наименования цитируемой литературы, 4 приложения.

Содержание р а б о е и

По современным представлениям структура бетона оказывает решающее влияние на весь комплекс его с грел юлъ и о- saxuti ча свойств. Одним us наиболее эффективных способов модифицирования структуры бетона в ауяноа направлении является применение химических добавок.

Правильное использование уае разработанных и полученных новых добавок возможно только на основе представлений о механизме

их действия при четкой формулировке целей, которые предполагается достичь в результате их введения.

Большой вклад в твори» и практику изучения бетонов с добавками внесли советские ученые: С.Н. Алексеев, В.Г. Батраков, С Бугрим, Ю.М. Бутт, B.C. Гладков, Г .И. Горчаков, Ф.М. Иванов, Ы.М. Капкин, В.В. Кинд, Г1.Г. Коыохов, П.С. Костяев, О.В. Кунцавич, В.Н. Цосквин, О.С. Попова, 'Д.А.Лобанов, В.Б. Ратинов, Т.Н. Розе-нберг.В.В.Стольпаков, А.Е. Федоров, Ц.И. Хигерович, А.Е. Шейкин, С,В. Ьестоперов и др. Из зарубежных ученых наиболее известны работы Т.Д. Браунярца, ф. Вввржина, Г. Вербена, Г. Добролюбова, Г.И. Бра-уэра, Ы. Колларади, А. Коллинза, Г .Г. Литвина, F.K. Маты, A.M. Навилла, В. Хансена, U. Яыоты и лр.

Производство бетонных и келезобе тонных конструкций з условиях Севера крайне осложнено вьиду отсутствия качественных заполнителей, позволяющих проектировать соотавы бетонных смесей, приближенных к рациональный, и иметь свойства, отвечающие условиям эксплуатации.

Ввиду использования в бетонах низкокачественных заполнителей, таких как мелкие запыленные кварцевые пески и известняковый щебень, перед технологами производств встают проблемы значительного повышения водопотребносги бетонных смесей, снижения прочности, морозостойкости, других эксплуатационных свойств и, как следствие, перерасхода цемента.

Применение известных пластификаторов, комплексных модификаторов, суперпластификаторов не дает огшдаеыых результатов в связи о их дефицитностью, высокой стоимостью, больший затратами по транспортировке. Кроме того, эффективность применения суперпластификаторов резко снижается вследствие использования низкокачественных заполнителей бетона.

Решить проблему могло бы использование комплексных добавок.

полученных на основе цветного сырья (отходов промышленности), позволяющих устранить негативное влияние мастных заполнителей на бетонную смесь и тем самым придать бетонный изделиям требуемые свойства.

Важной особенностью строительства в условиях Севере является продление сроков ведения бетонных работ в течение года, так как до девяти месяцев устанавливается отрицательная температура наружного воздуха. Анализ работ, посвященных противоморозным добавквм, показывает, что данные добавки позволяют вести бетонные работы в зимнее время при отрицательной температуре и в значительной степени определяют свойства бетонных смесей и затвердевшего бетона. Однако, до настоящего времени не проводилось специальных исследований по созданию противоморозных добавок, обладающих свойствами аффективных пластификаторов, близких по воздействию на бетоны к свойствам суперпластификаторов. Кроме того, в условиях Севера do-лее технологичны порошкообразные модификаторы. '

Получение порошкообразных добавок для батона требует,создания экономичного производственного процесса, а также использования в качества компонента недафицихных материалов. Поэтому весьма актуальной является .разработка новых комплексных порошкообразных добавок, направленно регулирующих овойства батона и позволяющих получать подвижные бетонные смеси дав густоармированяых конструкций, улучшая их акопдуатационаыв свойства.

Для достижения поставленной в работе цеди необходимо решить следующие задачи:

1. Максимально улучшить эксплуатационные свойства бетонов на местных низкокачественных заполнителях комплексными добавками на основа отходов промывленноотя.

2. Раврабохахь оптимальные ооотавы комплексных добавок на основе отходов я технологию их получения.

3. Утилизировать отходы промыилонности.

Подобрать рациональные составы бетонных смесей на местных заполнителях с использованием полученных добавок.

5. Исследовать реологические свойства бетонных смесей с комплексными добавками.

6. Исследовать физико-механические и строительно-технические свойства бетонов с полученными комплексными добавками.

?. Удешевить и рационализировать производство изделий за счет введения в состав, добавок отхода добычи нефти - нефтесодержащего песка служащего природным адсорбентом.

Объектом исследования выбран цементный бетон, используемый как для изготовления келезобегонных сборных конструкций в заводских условиях, так и для монолитного домостроения при отрицательных температурах. В качестве заполнителей бетона использовались шотные материалы низкого качества: известняковый щебень и мелкий кварцевый песок.

В результате анализа опыта применения полифункциональных модификаторов на предприятиях строительной индустрии нами была выявлена перспективность использования добавок в бетоны в виде порошков, гранул, брикеюз. Применение такого рода изделий-мелиорантов исключает устройство автономных линий подачи компонентов добавки в смеситель, создает условия автоматизации процесса дозирования и расширяет ассортимент веществ, которые могут быть назначены в состав комплексной добавки.

Проведенный поиск в смежных отраслях производства, в частности, добыча нефти шахтным способом на Ярегском месторождении, выявил возможность использования в качестве природного адсорбента -отходов нефтедобычи. Данные отходы представляют собой мелкозернистые кварцевые пески, пропитанные нефтью, причем содерхание нефти составляет 6*8$ ох массы песка. С нашей ючки зрения данные отходы

вызываю! интерес по следующий причинам:

во-первых, нефть данного месторождения откосится к классу тяжелых, высокосмолистых нефтей, с одараанио высокомолекулярных соединений в которых (смолы, асфалыены, парафины) составляет 60 и более процентов. Иолекулярная масса смол лежит в пределах 500*1200, асфа-лыенов - 1200+3000. Их молекулы отличаются длинными углеводородными радикалами, следовательно, обладают сильным гидрофобизирущии действием на цементные системы;

во-вторых, мелкозернистые кварцевые пески, входящие в состав отхода, выполняют функции естественного минерального адсорбента хомосорбционных соединений добавки;

в-третьих, зерна кварцевого песка, покрытые оболочкой активных молекул хемосорбциошшх соединений, заполняя лоровоо пространство в структуре цементной композиции, придает смеси высокую поднианооть, а в затвердевшей структуре образуют олаотичные контакты с зернами цемента и заполнителя.

Таким образом, предполагается образование качественно новых контактных зон в ватвердеввем бетоне на границах: конгломерат до-бавки-заполшиаль и заполнители-новообразования цемента.

Так как основной активный элемент в нефтеотходе - нефть -является гидрофобным соединением, то наиболее технологичным способом введения его в бетонную смесь является эмульгирование гидрофильным соединением, например ЛОТ.,Б результате физико-химического взаимодействия молекул данных еовдсев образуются качественно новые соединения, способные направленно регулировать свойства цементной композиции. Кроме того, с целью катализа химического взаимодействия молекул нефти и ЛСТ в процессе приготовления добавки, а такзо упрочнения хомосорбционных связей новообразований и усиления адгезии этих новообразований на зернах кварцевого пэока, необходимо ввести в состав добавки небольшое количество целочдого кошгшзема,

например жидкого стекла. Причем, жидкое стекло долвно оказать упрочняющее воздействие на эластичные связи зерен кварцевого песка с активной поверхностью с зернами депонта и заполнителя.

На основании описанного выше предположительного механизма действия добавок сформировались два направления модифицирования бетонной смеси и бетона:

использование полифункциональных модификаторов, улучшающих основные свойства бетонной смеси и бетона, твердеющего в нормальных условиях и пропаренного;

использование полифункциональных противоморозных модификаторов, не только улучиающих основные свойства бетона, по и обеспечивающих их твердение при отрицательных температурах.

Ознову добавок обоих направлений составляет нефтепеоок. В результата многочисленных экспериментов было установлено оптимальное соотношение компонентов: лигносульфонаюв технических (Л), нофте-пвскэ (Н), айда ого стекла Ш как 1:22:0,15 {добавка о условным названием ЛНЖ-1), и для противоморозного модификатора - ЛСХ, нефтепеоок , видков стекло, нитрит натрия как 1:22:0,15:5,0 (добавка с условным обозначением ЛНО-1.) Автором работы совместно с коллективом исследователей получены авторские свидетельства СССР № 1770308 и 1789515 на изобретения, касающиеся создания бетонов, модифицированных комплексными добавками на основе отходов производства.

Учитывая вышеизложенное, вааной задачей исследований является всесторонняя оценка влияния полученных модификаторов на структуру и свойства бетонов.

Результаты экспериментов полностью подтвердили высказанные предполоаения о характере взаимодействия соединений добавок в процессе их производства, введения в растворные и бетонные смеси и структурообразования цементных систем, ьсо результаты экспериментов подвергались статистической оорьботке.

В наиих исследованиях с помощью ИК-спектросколии изучался качественный химический состав добавок ЛЩ-1 и ЛНО-1. Спектры записывались на двухлучевом спектрофотометре ИР-Ю. Исследования проводились в области от ЗОООсм-1 до 4£Юсм~* с использованием призы ¿/V,

И5г. В процессе .синтезирования добавок ЛШ-1 и ЛНО-1, имеющих общую составляющую - нефтеотход, образуются качественно новые вещества, основу которых образуют хемосорбционные соединения нефти, эмульгированные лигносульфонатами и адсорбированные кварцевыми частицами нефтепеска. ИК-спектрограмш добавок и ЛНО-1 и их компонентов подтверждают высказанные предположения.

Для выявления особенностей закономерностей влияния полученных добавок на процессы гидратации и формирования ранней прочности проведены исследования с различным содержанием вводимых добавок.

Исследований реологических свойств цементного теста с добавками проводилось на Воркутинском цементе марки 500. Результаты пласто-метрических измерений (рис.1) свидетельствуют, чтя введение модификаторов ЛШ-1 и ЛНО-1 качественно изменяет реологию цементных систем. Обе добавки на начальной стадии аадериивают нарастание пластической прочности с последующим "растормаживающим" действием.

Из сравнения плаогограмм цементного теста с известными ПАВ типа ЛСХ, суперпластификатором С-3 и ЛШ-1 видно, что введение последнего оказывает практически такое ив воздействие на цементную систему, как и С-3, и заведомо ускоряет нарастание пластической прочности по сравнению с добавкой ЛСХ. Сравнивая пдастограммы цементного гасга о известными противоморозными добавками, такими как

, Ма/У^! и о полученным комплексным противоморозшщ

модификатором ЛНО-1, ыовно убедиться, что введение последнего заметно ускоряет нарастание пластической прочности цементного тоста.

Общим для обоих полученных модификаторов является замедляющее действие на рост пластической прочности цементного теста по сравнению с беэдобевочныи. Однако, по истечении 2 часов для ЛНК-1 и 3 ча-

м

«Па

а. оа

«Па С. ил

/

//

г У 7/ Г

л 1 у

> г

о 1.3 г.о за о ю г% » и

_Ек

МПл

Ь. ич

м

а

I Г

Г/

Г

N

Рт ..

мп<| г. о», ю

¿9

Л.0

/ /

5 / у| У

) /

I ^ У

10

¿о

до

АЛ

со

Ьрым, мм.

Рис. I. Изменение пластической прочности (Р ) цементного теста(В/Ц=0.29) во времени с различными добавивши а.¿-без добавки,2-е добавкой ШЖ-1(1%),5-с добавкой ЛНЖ-1 (1.5%) Л-с добавкой ЛН4-1(-2?в), б.1-е добавкой ЛСТ(0.2%), 2-е добавкой С-3(;-.Ц.О%),3-с добавкой Ш-Ц1.55И, в.1-без добавки,2-е добавкой ДОО-1(27Л,3-с добавкоШ0-1(^)^-с

добавкой ЛН0-1(7%),5-с добавкой ШО-ЦШ), г. 1-е добавкой МоК0л6%),2-с добавкой ¿Я+*!«>«№<>)• 3-е до-

бавкой Ш-Ц7Я.

odd дм ЛНО-I наблюдается розкая интенсификация набора пластической прочности. Такоо действие добавок обусловлено их поахизирующим влияние« на цементную систему, вызывающим увеличение количества центров новообразований, что приводит к замедлению кристаллизации на ранних стадиях с последующей интенсификацией твердения.

Анализ кривых пластограмм позволяет предположить, что наибольшей эффективностью применения в технологии бетона с точки зрания пластификации на ранних стадиях твердения обладают добавки ЛНд-I в количество I,5t2J6 и ЛНО-I - от массы цомонта. Для оценки про-

цессов структурирования в цементных системах, содержащих ЛШ-I и ЛНО-I, нами были проведены рентгенографические исследования продуктов гидратации ПЦ 500-Д0 в 28-суточном возрасте. При нормальном твердении цементного камня с добавками наблюдается качественное изменение в кинетике гидратации клинкерных минералов., кристаллизации гидроокиси кальция и других продуктов новообразований. Гидратация портландцемента при введении добавок сопровождается увеличенном скорости кристаллизации гидросиликатов кальция CtSH(B), гидроокиси кальция^ незначительным уменьшением скорости кристаллизации эттрингита - высокосульфатной формы сульфоалюмината в случае применения ЛНО-I. Гидратиро-ванный портландцемент с добавками ЛНО-I и ЛНЗ-I характеризуется общим повышением степени гидратации по алату с тенденцией сникения ее при увеличении сод о рваная ШО-I в цементном камно. К 28-су точному возрасту проявляется повывонноо содержание гидросульфоалюминатов кальция для образцов с добавкой ДН2-1.

Элоктронншшкросколичзскио исследования поверхностей сколов цементного камня, твердевшего в нормальных условиях, показывает сходство структур контрол1ного образца и образца с добавками ЛОТ иГКЕ--94.-При этом наблюдается формирование кристаллов гидросилика та кальция. Структура цементного камня о С-3 сходна со структурой цементного камня с добавками ДНЗ-I и ЛНО-I .При введении последних наблвдаотся

формирование мелкокриталличсской структур;], причоа поверхность сколов представлена, в основном, гндратировзнной структурой гидросиликатов и характеризуется более однородной поверхностью. Для определения эффективности примонения полученных добавок проведаны эксперименты по оценка ух влияния на консистенцию и физико-моханц-ческио свойства цоиентно-песчаного раствора на бездобавочном ця-монте (ПЦ 'I-OG). Введение модификаторов ЛНЕ-I и J1H0—I в растворнуа смась и оптимальных дозировках позволяет добиться высокой пластификации смеси (от IIS ми стандартного конуса у бездобавочного сос-тзва до 170-185 им с модификаторами), сопоставимой с разнииакщим Эффектом С-З. Кроне того, получонные модификаторы позволяют сохранить достаточную подлинность смеси в течение 3*4 часоз против 1,5* 2. часов с супоралести^икамром С-З. Анализ показателен прочности розкоподвиккых затвердевших растворов с применением добавок пока-зылает, что образцы с примененном ЛЩ-l и ЛНО-Х характеризуется, повышением прочности но ростяаениа при изгибе на 25*40/5 и прочности на снетка кг I5*i5/j в сравнении с бездобавочным составом. Причем поверхностные свойства затвердевших составов с полученными добавками заметно превосходят аналогичные показатели тех se растворов с применением ЛСТ и сопоставимы с прочностными характеристиками растворов с С-З, что позволяет отнести модификаторы ЛКЕ-1 и ЛНО-I к сильнопластифицируюцим.

Для определения гидрофобных езойотз цэментно-песчаншс растворов проведены эксперименты э соответствии с известной методикой. Гидрофобность образцоз с применением полученных модификаторов, определяемая по высота поднятия зоды при капиллярном подсосе, оказалась в 2*2,5 раза выше, чем у образцов без добавки, и на 20*45/о выше, чем у образцов с примененной добавок ЛСТ и С-З.

Изучено влияние ЛНХ-1 и ЛНО-1 на основные свойства бетонной смеси и бетона на низкокачественных лестных заполнителях. Результаты исследования реологических свойств бетонной смеси свидетельствуют, что при оптимальных дозировках модификаторов бетонная смесь приобретает подвижность от 15 до 25 см против 4 см у контрольного состава с получением прочности, практически равной прочности затвердевшего бетона. Сравнительный анализ эффективности полученных модификаторов показывает, что они практически не уступают действию суперпластифнкатора С-3 и обладают сильным разжижающим эффектом при введении в бетонную смесь. Кроме того, как показали эксперименты, бетонные смеси с применением полученных модификаторов обладают меньшой расслаиваемостьв (на 25+50$) по сравнению с бетонной смесью с использованием С-3, что играет немаловажную роль при литьевой технологии в производственных условиях.

Проявление значительного пластифицирующего эффекта модификаторов ЛН5-1 и ЛНО-1 позволяет значительно снизить водопотреб-ность бетонной снося при получении равноподвижных составов, что создает предпосылки для повышения прочностных свойств бетона.

Результаты исследований свидетельствуют, что введение 1Н2--I в количестве 1*2$ от массы цемента при снижении водопотребно-сти до 18/5 повышает прочность бетона пропаренного - па 10*15$, нормального твердения - но 17*23$ в сравнении с эталонным образцом. В то вромя.как введение суперпластифнкатора С-3 в количества 0,5*1£ от массы цоменто позволяем, уменьшив водопо£реб-ность до 22/5, повысить прочность пропаренного бетона да 18*25$, бетона нормального гвардония - па 26*32$. То ость, по влияния на прочностные свойства бетона получаинай модификатор ЛБН-Х

- И -

незначительно уступает признанному суперпластификатору С-3.

Комплексный модификатор ЛНО-1, сникая водопотробность бетонной смеси до 2I/i, позволяет добиться повьшаяия прочности пропаренного батона на 25*28ft, бетона естественного твердения - на 32*43$ против эталонного, что значительно превосходит аналогичные показатели батона с применение!» С-3.

Изучено влияние комплексного модификатора ЛНО-I на водопот-рзбность и прочностные характеристики бетонов, подвергающихся замораживанию при минус I5°C s сравнении с распространенными про-тизсморознши равгенташ, такими как потей, нитрит яатрия, хлорид кальция, о тзкве кошшксная смола й 89 +KzC0>,

Результаты исследований подтверждают значительное (на 20*30 f>) сштонио водопотребкооти бетонной оиооа с лспискаилзи ЛНО-1 по сравнению о водопотрзбиоотыэ богошшх сыесэй с изваотншш про-тавоаорозиьши добавками, в том числе и комплексной.

Проводилось определение прочностных свойств бетона, подвергающегося зоиораяЕвания. При згоа батшшыэ сыаси готовились рав-ноподвшшиа (O.K. s 5*6 cu). ОЗразца-кубы поело приготовления помещались в ыорозильнуз каперу с постоянной температурой иинуо 15°С. Рис. 2 даиоямрярует зяачитольноз повышении интенсивности твердения образцов с нодификавором ЛНО-1 но сравнении с твердением бэтоаа, з котором использовались изввотныа прогивоыорозаыэ добавки. Одяиа из определявших факторов пршавэиия добавок а производо-223 богона является расход цемента. Для выпекания возможности его экономии была исследована прочность батона с модификаторам ЛНК-I " а ЛНО-1 из равноподвиянше скесзй, отличающихся расходом цемента от 240 до 525 кг на I к3 бегона.

Сравнительный анализ проявления вянущих езойатв цеиэнта с добавкаыи показал, что оптииалышИ расход цемента о добавнаки и

контрольного 0005...за лрииорио одинаков £380-4$) 1а'). При в® он добавка ЛШа-1 (в'кошвой степени, чэ1! добавка ЛНО-1) повдааог прочное» бетона и сникает водопотр'ебиость бетонной смоси (рис.3). Прирост прочности бетона составил для ЛНЕ-1 17*23$, для ЛНО-1 -35*40/» за счет снинония водопотробносхи соответственно на 15*18 и на 17*21$. Бездобавочныо бетонные смеси с увеличение!! расхода цемента склонны к большей водопотробности по сравнению со смесями с примененном ппаиификагоров, водопотрабность которых меняется в меньшой степени. Следовательно, с увеличением расхода цемента в бетонной смеси пластпфидарувдий и езшзошщй с ним водоредуцирую-ццЦ эф^окв добавок повышается. Попучошшо результаты дали основание для исследования возможности снижения расхода до ц он га с долученшА ми добавками. При этом оценивалось влияние содержания добавок для получения равнопрочного бомна на изопласгичшх смесях. Результаты оценки снижения расхода цемента при разном содержании добавок

ив

~ £25

■а 1» г •л

ь

а О

К ЩЭ

2 сП

ш

у

И I

и

353

655

2

18

/ / /

л /

У

•

«з 5оз

Р« «в/, ЦЕМЕНТ*. КГ/«3

Рис.3 ■■'. Водопотребность изопласткчных бетонных смесей в зависимости от вида добавки и расхода цемента: о—о-без добавок,*—я-с добавкой ЛН2-1, ¿г—а-с добавкой ЛНО-1.

О Ю 1.5 ¿5 ¿3

СОДЕР-МЛМНЕ .игил.и, у. от ихгы

Рис.3 „ Снижение расхода цемента Щ 500 для получения равнопрочного бетона з зависимости от вида добавок:

я—л -с добавкой ЛН1-1,л—л-с добавкой НО-1.

- го -

в сравнении о эталонным составом приведены на рис.

Результаты, представленные на рис. свидетельствуют о повышении экономической эффективности добавок с увеличением содержания цемента в батоне.

Изучено влияние полученных добавок ЛНО-1 и JIHS-I на прочность бетона поело пропаризания при различных рекимах. Испытанию подвергались образцы скорректированных составов для получения равнопрочных бетонов. Введение комплексных добавок позволяет получить бетоны, но уступающие по прочности эталонному составу как при стандартном резине ТВО, так и о сокращенным циклом и с пониженной темпера. турой иэотармии, что позволяет сократить цикл обработки и тем самым увеличить оборачиваемость форм в условиях заводской технологии ', батона.

Исследовано влияние полученных ыодификаторов на основные эксплуатационные ово'ива батона. С этой целью проведены эксперименты по определению водонепроницаемости, морозостойкости бетонов, одновременно оценивалась.призменная.прочность батонов, прочность на pacíaseнив при изгибе и усадка при твердении. В качестве эталон-дых образцов бетона использовались образцы без добавок, а такса с добавками ЛИ и С-3. Все испытания прозодались на равнопрочных бетонах при равной подвижности смесей, Причем, образцы с добавкой ЛНО-1 твердели 28 суаок при расчатной отрицательной температуре, а затем 28 суток в нормальных условиях. Образцы такого se состава и водоцементного отношения с остальными добавками и без добавок после приготовления твордали 56 суток ъ нормальных условиях.

Известно, что использование пластифицирующих добавок, сникающих В/11 исходной смаси на местных низкокачественных заполнителях, способствует формированию более плотной и прочной структуры цементного камня к бетона, предопределяя их повышенную водонепроницаемость и морозостойкость. Сравнение полученных результатов подтвер-

ждавг зю положение. Введение добавок способствует уменьшению макропористости цементного камня, снижает средний диаметр пор, что определяет повышение эксплуатационных характеристик бетона с добавками. Оддако, бетоны с модификаторами ЛН2-1 и ЛНО-1, благодаря комплексному влиянию последних, характеризуются гораздо более высокой водонепроницаемостью (л 2 и 2,5 раза соответственно) и морозостойкость» (на 2+4 ступени) по сравнению с боздобавочными составами и бетонами с ЛСТ и С-3. Так, бетон без добавок после первых же циклов замораживания-оттаивания в соответствии с ГОСТ 10060-27 (2-ой метод) начал терять прочность, бетоны с использованием ЛСТ и С-3 начали терять прочность через. 20 циклов (что соответствует марке по морозостойкости Р 100), а бетоны с добавками ЛНК-1 и ЛНО-1 сохранили практически свою прочнооть на протяжении 75 циклов, что соответствует марке по морозостойкости Р 300.

Определены защитные свойотва бетонов по отношению к арматуре в агрессивной среде. Суть исследований заключается в определении стационарного потенциала стальных стержней в образцах затвердевшего бетона без добавок, о добавками ЛНК-1 и ЛНО-1 и, для сравнения, с суперпластификатором С-3. Результаты исследований показывают, что значения стационарного потенциала отержней в бетоне о добавками ДНО-1 и ЛНЯ-1 значительно меньше, чей в бетоне с суперпластификатором С-3 и без добавки.-Зто свидетельствует о том, что исследуемые добавки можно применять в выоокоараированных бетонных конструкциях, на опасаясь, что они вызовут коррозию арматуры.

Полученные результаты дают основание очитать, что добавки ЛНК-1 и ЛНО-1 улучшай! как прочностные а деформативные, так и эксплуатационные характеристики бетона, что предопределяет рекомендуемые области их широкого- применения в качеотаа полифункциональных модификаторов свойств бетона.

По разработанной автором технологии на опытно-экоперимента-

гг. -

льной база Ухтинского филиала ЬНИйПКспецстройконструкция были выпу-цоны промышленные партии модификаторов ДН2-1 и ЛНО-1.

Проварка комплексной порошкообразной добавки ЛШ-1 проводилась на завода крупнопанельного домостроения проектно-строитель-ного объединения "Усинокстрой" Минсевзапстроя. Заполнители, применяемые для производства конструкций - местные, низкого качества. Для конструкций использовался бетон классов В20 * В25 с применением комплексной порошкообразной добавки ДН2-1 в количестве 1,5;» от массы цемента.

С целью уточнения оптимального режима ТВО для эксперимонталь-. ных составов бетона с добавкой ЛШ-I, наряду с базовым (3+6+3 ч при t = 60+85°С), использовали реши "3+4+3" при температуре изотермического прогрева 60+65°С. В качаотво эталонных образцов использовались кубы из бездобавочного бетона и с суперпластификамром С-3. Испытания ползали, что бетоны с комплексным модификатором ЛШЫ со сниженным на 10/5 расходом цемента характеризуются прочностью после пропаривания по совращенному циклу, в 1,15+1,25 раза превышающей прочность бездобавочнсго состава со . стандартным расходом цемента и стандартным циклом пропаривания. При атом водопотре-бность бетонных смесей с ЛН2-1 спивается на 18+25/», а морозостойкость бетонов возрастает на 3 ступени. Кроме того, результаты испытаний свидетельствуют, что модификатор ЛШ-1 по эффективности практически на уступает суперпластификатору С-3 по снижению расхода цемента, снижению водопотребности и прочностным свойствам, причем бетоны с JUffi-I. обладают морозостойкостью, на 2 ступени превышающую морозостойкость бетонов с С-3.

На основании полученных результатов на заводе крупнопанельного домостроения г. Уоинска выпущены железобетонные изделия разно-, образной номенклатуры общим объемом 1040м3. Производственные испытания добавки ЛШи-I подтвердили эффективность eró действия в качестве иолиаднкциопального модификатора свойств бетонной смеси и

бетона.

На основании результатов исследований, лабораторных и заводских испытаний составлены Технические условия и Технологическая инструкция на получение и применение комплексной порошкообразной добавки ЛНК-1.

Проверка комплексной противоыорозной добавки ЛНО-1 производилась на объектах монолитного домостроения в горных районах Армении, пострадавших от землетрясения 1988 года, где расчетная зимняя температура имеет акачэние минус 15°С. Дозировка добавки назначалась в зависимости от прогноза температуры на блиаайиие ? суток. Составы легких батонов различных классов были подобраны в лаборатории контроля качества АО ПСНО "За^нефтегазстрой" о учетом свойств местных заполнителей. Добавка использовалась л порошкообразном виде на РБУ Стройиндустрии ПСМО. Составляющие бетонной смеси имели температуру нарунного воздуха и не подогревались. Время от цемента приготовления бетонной смеси до начала ее укладки л конструкцию составляло 55 мин * I чао 20 мин. В этот пронеауток загусто-вания бетонной сыеси не наблюдалось, так как бетонная сиесь о добавками ЛНО-1 сохраняла подвикность в течение 1,5*2,0 часов.

Результаты производственных испытаний подтвердили высокую эффективность ЛНО-1 в качестве комплексного противоиороаного модификатора бетона. Так, в бетошшх сносях с применением ЛНО-1, имеющих равную подвивноогь о контрольными, водопогребность снижалась на 22*28$, а прочность образцов при твердении при -15°С в 28-оу-точном возраста доотгшала 505« и выпа ог проектной, что значительно превышает показатели известных нротивоаорозных добавок.

Боего на стр&зхольсгве объектов ПС!.!О " Закнефтегазотроя" уло-вено 1670 и* бетона с применением ЛНО-1. На основании результатов исследований составлены и зарегистрированы в Госстрое Республики

Кони Технические условия и Технологическая инструкция на приготовление и применение комплексной прогизоморозной добавки ЛНО-1. Составлены и утверждены Протокол и Акт приемки опытно-проыьшленной партии бетона с добавкой ЛНО-1.

ВЫВОДЫ

1. Установлена возможность получения новых эффективных комплексных добавок для бетона модифицированием отходов нефтедобывающей промышленности - нефтесодзрнацих песков.

Выявлены осиовные физико-химические свойства добавок ЛНО-1 и Ш-1, которые определяют структуру и свойства цемонтной системы: плотность, оптимальная концентрация, содержание органических соединений. Разработана технология получения комплексных добавок.

2. Теоретически обоснован и экспериментально проворен механизм действия полу чанных добавок на цементные материалы, основу которого о оставляет взаимодействие молекулярных слоев активной оболочки кварцевых ядер добавки и экранирующей оболочки частиц цемента. В результата взаимодействия образуются эластичные меамо-лекулярные связи, упрочняющие структуру цементного камня и изменяющие картину его порового пространства

3. Установлено, что в процессе гидратации цемента часть хе-мосорбциошшх соединений добавки покидает инертную поверхность кварцевого леска и адсорбируется на более активной поверхности новообразований цемента, там самым гидрофобизируя внутреннюю поверхность пор и уменьшая капиллярную пористость. Причем, высвободившиеся частицы кварцевого песка добавки выполняют функции микронаполнителя, заполняя доаэерновоо пространство цементного камня и бетона, становятся дополнительными центрами кристаллизации, что ускоряет этот процесс, уплотняя структуру бетона в целом,и веде: к уменьшению капиллярной пористости.

4. Определено оптимальное содержание комплексных модификаторов з бетоне, составляющее для ЛНЖ-l - 1*2$, для противмгороаного ЛНО-1 - 1,5+7% в зависимости от температуры наружного воздуха.

5. Экспериментально установлено полифуккциональное влияние добавок на свойства бетонной смеси и бетона:

сильное разжижающее действие на бетонную смесь (повышение подвижности на 9*13 и 15*20 см при использовании ЛНИ-I и ЛНО-I соответственно) без снижения прочноотных свойств бетона;

повышение прочности бетона о добавкой ЛШ~1 на 15*25$ и бетона с добавкой ЛНО-I на 25*40$ при снижении водопотребности смеси до 18 и 21$ соответственно;

повышение водонепроницаемости (в 2*2,5 pasa), морозостойкости (на 4 отупени), снижение усадочных деформаций (не 25*30$) равнопрочных бетонов на местных заполнителях при снижении на 10*18$ расхода цемента;

повышение интенсивности твердения монолитного бетона при отрицательных температурах в 1,2*1,5 раза по оравнвяи» о известными противоморозными добавками, в ton числе комплексными (поташ, нитрит натрия, хлорид кальция, виола 1669 * потав + нитрит натрия). При этом прочностные а эксплуатационные свойства бетонов о ЛНО-I, твердеющие при -15°С, значительно улучшаютоя по сравнениюо соответствующими свойствами бездобавочшЛ'бетонов нормального хранения (водонепроницаемость - i 1,7 разе, ыороаоогойкоо» - в 2,5 раза, линейная усадке - в'1,3 раза);

ынгибируодве воздействие полученных модификаторов на стельную ' арматуру в seso батона, что подтверждает возможность применения ЛНХ-I и ЛНО-I в липа бетонных омеоях для изготовления гуотоарми-ровавных тонноотешщх конструкций без опасения коррозии арматуры.

6. Выявлены оптимальные режимы мрмо-влажноотной обработки бетонов о полученными добавками so сокращенным режимам, оо сниже-

ниен температуры изотершш на 20°С - с 80°С до 60°С.

7. Выпущены опыгно-проуыылошшо партии изделий и конструкций различного назначения - ограждения лодкий, сваи, - показавшие эффективность бетонов с добавкой ЛН&-1. Производственные составы бетонов о добавками изготавливались со снивешцш на 1053 расходом цемента по сокращенному режиму ТВО и отличались повышенной прочностью (в 1,15* 1,25 раза) при снижении водопотребнооти на 18*25/», повышенной морозостойкостью (на 3 ступени), что свидетельствует о более высокой эффективности комплексного модификатора ЛШ-1 в местных условиях

по сравнению с суперпластификатором С-3.

Использование добавки ЛН2-1 в басонных смесях для изготовления тонкоотенных конструкций по кассетной технологии подтвердило рациональность применения ЛШС-1 для литых бетонов взамен суперпластификатора С-3.

8. Комплексны!' противоыорозный модификатор ЛНО-1 применен для монолитного домостроения в районах республики Армения, пострадавших от землетрясения 1988 года. Опыт применения свидетельствует об эффективности бетонов с комплексной противоыорозной добавкой ЛНО-1 в условиях отрицательных температур при использовании местных заполнителей низкого качества и дальних расстояний транспортирования. Контрольные испытания показали, что бетонные смеси с ЛНО-1 сохраняют требуемую подвижность в течение 1,5*2,0 часов, практически ее расслаиваются. При этом водопотребнооть бетонкой смеси с ЛНО-1 снижается на 22*28/5 при сохранении равной подвижности с контрольными составами, прочность бетона при -15°С в 2В-суточноы возрасте достигает 50;э и выше от проектной, что превышает показатели известных иротиьоморозных добавок.

9. При производстве изделий и конструкций с полученными комплексными модификаторами экономия затрат составляет от снижения себе-стоиаосги изготовления и от удлинения сроков эксплуатации изделий

- ¿т -

при 1,3*2,0-кратнон повышении долговечности от 1/4 до 1/2 себестоимости единицы продукции.

IÜ. Объем промышленного внедрения бетонов с добавкой лНЖ-1 составил IÜ4U ы3 сборного келезобетона, с добавкой ЛНО-1 - I6TO и3 монолитного бетона. Составлены и зарегистрированы в Госстрое Республики Коми Технические условия и Технические инструкции на получение и применение комплексной порошкообразной добавки ЛНЖ-Х и комплексной противоморозной порошкообразной добавки ДНО-1.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. A.c. (СССР) по заявке № 4792041/33, ИКИ С 04 В 24/36. Бетонная спесь./ В.Д. Попов, В .П. Цай (СССР) - Заявл. 11.12.89

2. Попов В.Л., Цай Е.П. Применение отходов нефтедобычи для производства бетона с улучшенными свойствами. Труды УФ ВНИИПКспецстрой-конструкция "Применение строительных материалов и ресурсосберегающих технологий в нефтегазовой отрасли Севэра", 1990, о.8, пл. I.

3. A.c. й 1770308 (СССР). Комплексная добавка для бетонной смеси. / Б.Л. Попов (СССР) - Опубл. в Бй, 1992, Ш 39.

4. Попов В.Л. Комплексная противоморозная добавка для густоар-мироввшшх аелезобетонных конструкций. Труды УФ ВНИИПКспецстройконст-рукция "Строительство в сложных природно-климатических и грунтовых условиях Крайнего Северр", 1991, о.8, пл. 2.

5. Попов В.Л. Комплексная порошкообразная добавка для монолитного домостроения в условиях отрицательных температур. // Материалы-ХХШ Мевдународной конференции в области бетона и железобетона. -И.: Стройиэдат, 1991, о. 150-152.

б. Попов В.Л. Эффективный комплексный кодификатор для бетонных конструкций с повышенными эксплуатационными требованиями. // Строительство трубопроводов, 1991, й 5, о. 35-3?.

?. Попов ВЛ. Эффективный модификатор бетонов для густоар-мированных конструкций. // Материалы ХХ1У Международной конференции по батону и железобетону. - Стройиздат, 1992, с. 155-157.

Подписано к печати 15.10,93 г* Бесплатно Усл.пл. 1,62. Печать офсетвая. Бумага для шшкат. апп. Формат 60x84 1/16 ' Тяраае 100 экз. Заказ й ум

Тяп. ПГУПС 190031 С-Петербург, Московский, 9