автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Быстротвердеющие малогипсовые портландцементные композиции для бетонов, подлежащих тепловой обработке

vio ^

, -л " " i ДЕРЖАВНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ "ЛЬВ1ВСЬКА П0Л1ТЕХН1КА"

На правах рукопису

МЕЛЬНИК Володимир Мирославович

УДК 691.327:666.942

вшвдк0твнрднуч1 мал0ппс0в1 портлащщешшн шаюзюц! wh бегошв, що шдяягахггь теовов1й оеробц1

05.17.11. Х1м1я та технолоНя сшИкатних та

тугоплавких неметал1чних матер!ал1в 05.23.05. Буд1ведьн1 матер!али та вироби

АВТОРЕФЕРАТ дисертацД 'i на здоСуття наукового ступеня кандидата гехн!чних наук

ЛЬВ1В - 1996

Дисертени ею е рукопис Росота виконана

в Державному ун!верситет! "Льв1вська пся1техн1ка"

Наукрвий кер!вник академик Академ11 буд1вництва

Укра1ни, доктор техн!чних наук, професор Саницький «.А.

0ф1ц1йн1 опоненти:

- академХк Укра1нсько'1 технолог!чно1 АкадемП, доктор техн!чних наук, професор емельянов Б.М,

- кандидаг техн!чних наук, с.н.с. Паламар З.С.

Пров1дна орган!зац!я в!дкрите акц!онерне товариство

"Калушзад1зобетон" Захист дисергацП в!дбудеться 20 травня 1996 року о^год. на зас!данн1 спец1ад1вовано! ради К 04.06.12 при Державному ун1верситет1 "Льв1Еська полхтехнхка" за адресою: 290646, м. Львхв-Ю, вул. С.Бандери, 12, учбовий корпус 9.

3 дисертац1ею можна ознайомитись в С1бл1отец1 ДУ "Льв1вська пол1 техника".

Автореферат роз!слано КВ1ТНЯ 1996 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано1 ради кандидат технгчних наук

Я.I.Вахула

- г -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОЯЛЯ

Актуалън1сть роботи. 0дн1яо в найважлив1вих пробоем У Суд!велън!й !ндустр!1 е скороченвя теплоенергетичних витрет при виготовленн! вб1рного вал18О0етону, що в эначв1й ы1р1 досягаеться за рахунов використання спец1альних швидкотверд-нучмх цеыент!в. Проте так1 фактори, як обйежен1стъ сировян-ао1 баги для отрималня спец!альних кл1нкео1в, особдивост1 технолог!! !х виготовлення, кеобх1дн!сть надтовкого помелу, суттеве Шдвицення вартост1 стримують масовий випуск Сага-тьох вид!в швидкотверднучих цемент!в.

Узагальнення результат!в досл1даекь в облает! х!м11 та технологи цементу сЫдчить , п,о одним в найб1льш радикаль-них шях!в Шдвищення ефективносИ зв'явних систем е х!м1чна активац!я !х комплекенкми дедаткачи под!функц1йно! д!1, вр складгються з пластиф!катора та прискорювача тверднення. При дьому в!дкриваються реадьн! мохливост! для створевна ввидкотверднучих композита на основ! портландцемент®« кл1нкер1в проыислово! тонини помелу. Разом з тим, б1льш!сть х1м!чних додатк1в е де<$1цитяиии та мають високу варт1сть, а деяк! з них суттево спов!дьню»гь тверднення бетону в раа-н!й пер1од, ср обмежуе !х використання при тешюв!й обробд1. В зв'зку з тим, актуальниыи з теоретично! та практично! то-чок зору е досл1дхення, направлен! на' створення ефектквиих ввидкотверднучих лортландцементних композитй для пропарюва-них бетон!в, що м!стятъ в якост! пластиф!катора та првекорю-вача тверднення поб!чн! продукта хШчних виробництв.

Дана робота виконувалась у в!дпов1дност! до науково-техн!чно! программ М!нвузу У>фа1ни "Економ1я матер!альних та енергетичних ресурс!в у буд!вництв1".

Мета роботи. Розробка швидкотверднучих портландцемент-них композиц1й для вб!ряого вад1вобетону з п1двиш.еною ефек-тивн1сяо при теплов1й обробц!, тр м1стять в якост1 пол1функ-ц1йних комплексних х1м!чних додатк!в поб!чн1 лродукти вироб-нидтв, а також дослдаення ix структуроутворення та будЬ вельно-техн1чних властивостей бетону на ix ochobI.

OchobhI методи наукових досл!джень. При виконанн! робота використаний комплекс метод!в ф1зико-х1м1чного анал!зу: рентгенофазовий, диференц1йно-терм1чний, растрова електронна wiKpocKoniH, ртугна порометр!я.

Рентгенофазовий анал!а виконаний на дкфрактометр! ДР0Н-2.0 при СиКа-вииром1нюванн1. ДиференЩйно-терм1чн1 до-сд1дхешш проведен1 на дериватограф! Ф. Паул!к. й. Паул1г, Л. Ерде1 is вшвдк1стю иагр!ву КХград/хв, електронно-м1крос-коп1чн1 досл!даення - на растровому електронному мжроскогп "TESLA BS-ЗОО". При постанови! эксперименту використаний метод ыатематичного планування, обробку результатов 1 розра-хунки проводили на ЕОМ "IBM РС-386".

Автор захишае:

- теоретично обгрунтовану та експериментально доказану мож-див1с-ь одержання швидкотверднучих зв'язних композиц1й для бетон!в, що п!ддаються теплов1й обробц!, на основ! мало-rincoeoro портландцементу та комплексного х1м!чного додат-ку пол!функц!йно1 д11, шр мостить пластиф!катор формаат-но-спиртовий ШС (В1дх1д виробництва пентаеритриту) i сульфатпродукт СН ( поб!чний продукт виробництва синтетич-них масних кислот);

- оптим!зац1ю склад!в швидкотверднучих портландцементних композита для енергоощадних режим 1 в тепловоЧ обробки з врахуванняи приросту мЩност! бетону при подальшому тверд-

ненн! в р1зних температурит умовах;

- встановлен! законом1рност1 структуроутворешя малог!псово-го портландцементу з додатками ГНС та СН в процес1 тепловоз обробки 1 при наступному твердненн1 в р1вних темпера-турних ууовах;

- результат« досл1дження основних буд!вельно-техн1чних влас-тивостей бетон!в на швидкотверднучих портландцементних композитях п1сля теплово! обробки за енергоощадними режимами.

Наукова новизна роботи. Виявлено пол!функц1йний характер д1Л комплексного додатку на основ1 таких поб1чних продукт! в х1м!чних виробництв як пласгиф1катор форм1атно-спкр-товий 1 сульфатпродукт на технолог!чн1 властивост1 бетонно! сумш1 та 1нтенсиф1кац1ю тверднення бетону при теплов!й об-роби!.

дослцджено вплив сп1вв1дношення додатк1в г1псу та СН, '¡х эагально! к1лькост! в перерахунку на БОз в склад! портландцементних композиц!й на процеси !х раннього структуроут-ворення га к!нетику набору м1цност! в нормальних умовах тверднення 1 п1сля ТВО. Розроблено склади швидкотверднучих малогйпсових портландцементних композиц!й з додатками ШС 1 СН, як! характеризуются п1двищеною ефективШстю при теплово обробЩ, та показана можлив1сть скорочення циклу ТВО при виробництв1 зб!рного зал!зобетону.Досл1джено процеси раннього структуроутворення портландцементних композитй 1 вста-новлен1 законом1рност1 формування фазового складу та м!к-роструктури цементного камеио п1д час ТВО та при подальшсиу твердненн! в р1зних температурних умовах.

Встановлена мохлив1сть зниження в1дпускно! м1цност1 бетону на швидкотверднучих портландцементних компоаиц1ях

- - Б -

П1СДП ТБО 8 врахуванням к1нетики подальшого тверднення в исуыагмшх умовах 1 при в1д'емних температурах. Визначено основа! буд1вельно-техн1чн1 властивост! бетону на основ! розроблених компо8иц1й при обробц! його по скороченому режиму ТВО. Показана доц1льн1сть викориотання електротермооброб-ки методом теплових 1мпульс1в бетону на основ! розробдевих швндкотверднучих компогиЩй для енергоощадних технолог!й ви-готовлення ваИвобетону.

Новивна розробок Шдтверджуеться патентом УкраТни та патентом Рос1йсько1 ФедерацП.

Практична ц!нн1сть роботи:

На основ1 отриманих реэультат1в розроблен! та науково обгрунтован! рекоиендац11 по вниженню теплоенергетичних вит-рат при виробництв! вб1рного вал!зобетону в врахуванням приросту, м!цност1 бетон1в п!сля теплово! обробки в р!зних тем-перагурних умовах.

Промислова апробац!я швндкотверднучих портландцементних композиц!й при виготовленн! зб!рного зал1зобетону проведена в ПВО "1вано-Франк1вськбуд", ВО "Р!внезад!зобетон", ДБК-2 м.Львова. Показана можлив1сть скорочення циклу тепловолого! обробки 1в зниженням тривалост! 1зотерм1чного прогр!ву виро-б1в на 2-4 год, економП при цьому 0,05-0,15 Гкал/м3, а та-кож можливЮть эменшення витрати цементу на 15-20 мас.Х на 1 м3 бетону.

Апробац!я роботи. Основы! положения дисертац1йно! роботи допов1дались на Щжнародних, загальносоюзних, реопубл1-канських та рег1ональних конференц1ях, у тому числ!: всесоюзна конференцП "Економ1ка паливно-енергетичних ресурс!в в промисловосИ 8б1рного зал1зобетону " (Челяб!нськ, 1989); всесоюзн1й науково-практичн!й нарад! "ЕколоПчн! проблеми

- в -

переробки ресурс1в в буд!вельн1 матер!али 1 вироби" (Чимкент, 1990 ); республ!канськ1й конференцП "Шлаколужн1 цемента, бетони 1 конструкцИ"(Ки!в, 1989); Перш!й М!жварсдн!й конференцП "Лужк1 цементи та бетони" (Ки!в, 1994); IV М!я-народному сем!нар! по цементах 1 буд1вельних матер1алах (Нью-Дел1,1нд1я, 1994); м!вдержавному сем!нар! "Прийняття рецептурно-технолог1чних р1шень по експериментально-статис-тичних моделях" (Одеса, 1994); М1хнародн1й конференцП та виставц1 "СопсЬет" (Брюсель. 1995); науково-техв!чних конфе-ренц1ях професорсько-викладацького складу Льв1вського лол1-техн1чного 1нстигуту 1989-1995 рр.

Публ1кацП. За результатами виконаних досд1джень опубл! ковало 14 наукових праць, в тому числ! патент УкраЧни та Рос!йсько! федерацП на винахХд.

Особистий внесок дисертанта подягае в проведенн! експе-риментальних досИджень, обробц1 отриманих результата, впровадженн! результата роботи у виробництво, в формулюван-н1 осноених полодень та висновк1в. Структура 1 об" ем рсботи. Дисергац1йна робота склада-еться 1з вступу, п'яти глав, загальних висновйв, списку ви-користаяо! л!тератури (130 найменуванъ) та Z додатк!в. Робота викладена на стор1нках машинописного тексту, як! ы!с-тять 28 таблиць, 25 малюнк!в.

Матергали дисертац!йно! роботи, представлен! в глав! 4, виконан! при науковому консультуванн! к.т.н., с.н.с. Ших-ненко 1.В.

- 7 -

ОСГОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

В результат! багаточисельних досл!даень в облает! xlMi'i та технолог!! зв'явних речовин у 50-х роках в СНД для про-мисловост! зб!рного зал1зобегону були розроблен! швидкотвер-днуч! цементи. ix виообництво базуеться на Шдбор! в!дпо-в!дного м1нералог1чного складу клинкеру, Мльш тонкому помел! цементу (до 350-400 м2/кг) i введенн1 меншо! к!дькост! агсгивних м1неральних додатк!в. При цьому властивост! швидкотверднучих портландцемент^ визначаються при нормальних умовах тверднення, хоча практично весь зб!рний зал!зобетон п!длягае тепловолог!й оброц!. Разом з тим, зг!дно даних НД13В (м.Москва), швидкотверднуч! портландцементи ц!лого ряду цеменгних завод1в при тепловолог1й обробЩ не запади ма-ють переваги в пор!внянн! г звичайними портландцементами.

Сл1д в!дм1тити, цо погенд!йн1 можливост! портландцементу розкрит! ще не повн1стю. Так, в роботах С.М.Рояка, Л.Г. Шпиново1, 0.0. Пащенко, 0.0. МясниковоЗ, В.В.Чистякова, Ф.Шквари та 1н. показана доц!льн!сть використання для пропа-рюваних бетонiв тонкомелених безг1псових портландцемент!в з комплексной х!м!чними додатками. Так1 цементи характеризу-ються л1двщеною (б!лыю 500 м2/кг) тониною помелу, високим bmIctom л1гносульфонат1в (1,0...1,5 мае.?.), при незначнай к!лькост! (до 1 мас.%) карбонату або сульфату натр!ю. Разом з тим, при промислов1й тонин! помелу дан! портландцемента! композицП втрачають свою ефективнхеть.

Тому виникае необх!дн!сть розробки швидкотверднучих цементов для зб1рного зал!зобетону на основ! звичайних порт-ландцементних кл1нкер!в промислово! тонини помелу, то дося-гаеться sa рахунок 1х активацП з допомогою комплексних xi-

- в -

м!чних додатк1в пол1функц1йно! д11, як1 складаються 8 плас-тиф1катора та прискорювача твердения.

Розробка швидкотверднучих портландцементних коштозиц1й проводилась на кл1нкерах Микола1вського, Здолбун1вського та 1вано-Фравк1вського цементних завод1в. 3 метою вам1ни ЛОТ в якост1 пластиф1куючого додатку було вибрано пластиф1катор форм1атно-спиртовий ШС (ТУ 84-1067-85) - поб1чний продукт виробництва пентаеритриту, що являе собов водний розчин фор-,, м1ату натр!ю 1 пол1спирт1в (м. Ру01хне, Лугансько! обл.). Активатором тверднення служив твердий продукт сульфатних вод виробництва синтетичних жирних кисхлот (ТУ 98.10742-84) - по-б1чний продукт Надв1рнянського нафтопереробного заводу, основу якого складае N8^204 ( 88 нас.7.).

На в1дм1ну в1д ЛСТ пластиф1катор ПК мае пластиф1куюче-прискоргаючу д1п 1 в комплекс! з СН не дозЕолпе отркмати ре-гульован1 терм1ни тукав!ння безг1псових псртландцек;ент!а. Для портлелцеленту з понижении бм!стом деоводного г1псу (1...2 мас.7. ЭОз), тобто малог1псового портландцементу, при введены! комплексного додатку терм1ни тужав1ння в!дтягуютьса в 61л1ш1й м1р! 1 в1др1зняиться скороченим до 20...30 хв 1н-тервадом М1Ж ,початком 1 к!нцем туаав1ння. При введенн! О,5...о,8 мас.Х ПФС досягаеться максимадьний прир1ст пдас-тично'1 н1цкост1 цементного т!ста , а 1ндукц1йиий пер!од г!д-ратацП с клад аз 1...2 год. Для стандартного цементно-п!щано-го розчину (В/Д-0,4) розплив конуса при введении! комплексного додатку ПФС+СН зростае в1д 110 до 135 мм. тобто проявляемся явище синерг!зму. При цьому, на в1дм1ну в1д авичай-ного портланцементу, створюеться мохливЮть використання в п1двгацен1й к!лькост! додатку СН. який е ефективюм прискорю-вачем тверднення бетону.

Для розробки склад1в швидкогв ерднучих портландцементних кокпозицШ проведено стандарта! ф1зико-механ!чн1 випробуван-ня цемент1в з р!зним вм1стом двоводного г1псу та сульфатпро-дукгу. Встановлено, ир м1цн1сть цементних композиц1й зростае з Шдвиценням вм1сту БОз до 3.5 мас.Х. Вплив активатора СИ найб1лыае проявляеться в ранн!й пер!од тверднення (мал.1).

Вимогам до швидкотверднучого портландцементу М400 в!д-пов!дають склади зв'ябних на основ! звичайного портландцементу (1,5...2,5 мае.2 г!псу в перерахунку на 50з) при вм!с-т! сульфатпродукту 1...2 мае.! ЭЭз. Дня швидкотверднучих ма-лог1псових портландцементних коыпозиШй. цо м!стять понижену к1льк!сть г!псу (0,5-1,5 мае.7. БОз) необх1дна к!льк1сть сульфатпродукту .складае в1д 2,0 до 3,0 мас.Х в перерахунку на Я)з. При цьому сумарна к1льк!сть БОз в склад1 зв'язного не перевшцуе 3,5 мае.7., що обмезхуе вшшв деструктивних явит в цементному камен1 з в!ком тверднення. Склади пвидкотверд-нучих малоПпсових портландцементних композиц!й в!др1зняють-ся п1двиценсю м1цн!ст» на згин, яка в б!льш структурно-чут-ливою характеристикою, що св1дчить про форму вання Щльного камеио з покращениыи експлуатац1йниыи властивостями.

Таким чином, регулюючи вм!ст в портландцементних компо-зиц!ях пластиф1катора, г1псу та сульфату натр!^ можливе отрицания швидкотверднучих . композицДй на основ! звичайних портландцементних кл!нкер1в промислово! тонини помелу.

Для оптим1зацП складу ввидкотверднучкх портландцементних композиц1й для бетон!в, що п1длягають тепловолог1й об-робц1. проведено . багатофакторне моделювання експерименту. Математичний опис залежност! м1цност! на стиск др!бнозернис-того бетону через 1; 3.! 28 д!б в нормальних умовах 1 п1сля ТВО (температура ! час 1зотерм!чно1 витримки складають в1д-

to «

- м

° g

»

g E

£ Щ

1 8

о H

0

1

g о

H

s о ?t

g

a» л

ÍD

S

to CO ta

S

Сувьфатпродукт, мае %

ъ а ^

§

о о а

Ig

s ts s»

• 1 g s

6-Çp

a5

£

Сульфатпродукт, мае %

AS.

/ / " \ N 4 \n \

/ / /\ ч Y

1 / СУ]

"OI"

пов1дво при короткому режим! 80°С 1 3 год та при тривалому pesml 60°С ! б год) в!д к!дькост1 додатк1в двоводного rincy та СИ виконано з використанням центрального ротатабельного плану . На основ! експериментадьних даних у заданому 1нтер-вал! 8uimi к!льк1сного сп!вв!днопення додатк1в двоводного rincy (1,0; 3,5 1 6,0 мае.*) та СН (0; 3,0 i 6,0 мас.Г) при заданому вм!ст! 0,6 uac.Z ШС з допомогою математично! об-робки на ЕОМ "IBM-PC 386" одержан! регрес!йн! р!вняння м1ц-ност! др!бнозернистого бетону для р!зних умов тверднення. Анал1з отриманих математичних залежностей зд1йснювався методом двохм!рних nepepieiB поверхонь в!дгуку, заданих р!внян-нями perpecli.

Встановлено, що при тривалому режим! ТВО б!льш рац1о-нальним е використання портлаадцементних композиц!й з п!дви-ценою до 6,0 мас.% к1льк!стю двоводного rincy та пониженим до 1,0-1,5 мае.7. BMicTOM сульфатпродукту. Для режим!в ТВО, як! характеризуются коротким терм!ном 1зотерм1чноЗ витриши в температурою 80°С, склад композиц!1, яка ефективна при пропарюванн!, повинен м!стити 2,5-5,0 мае.7. двоводного rincy та 2,0-4,0 мас-Z СН. При цьому мЩн1сть др!бнозернистого бетону на ochobI малог!псовоЗ портландцементноЗ композиц!! пЗсля ТВО через 1 ! 28 д1б склаДае в!дпов!дно 28 ! 45 МПа, в той час як для бетону, що тверднув г!льки в нормальних умо-вах, через 28 д!б досягаеться 34 МПа.

Розроблен1 склади малог!псових портландцементних компо-зиц1й в1дпов!дають вимогам ГОСТ 10178-85 подо терм1н!в тужа-в!ння. При цьому вони характеризуемся невеликим !нтервалом часу м1ж початком 1 к!нцем тужав1ння, а також прискореним набором м1цност1. Так, через 2 та 3 доби м1цн1сть на стиск вПдно ГОСТ 310.4-81 складае в!дпов!дно 20 i 27 МПа. • щр пе-

ревишуе нормативну м1цн1сть для швидкотверднучого портландцементу М400 эПдно ГОСТ 10178-85 (1?з-25 МПа) та проекту ДЕСТ Укра1ни (1*2-15 МПа).

Для выявления особливостей структуроутворення малоПп-сових портландцементних композиц1й в процес1 ТЮ 1 при твердненн1 в нормальних умовах доел1джувались м1цн1сть, фа-зовий склад та м1кроструктура цементного каменю на 1х осно-в1. Паралельно визначалась м1цн1сть бетону проектного класу В25 на основ1 ризроблених композиц1й та портландцементу.

Встановлено, що в перш! 2 год 1зотерм1чного прогр1ву м!цн!сть цементного камеио на основ! малог1псового портландцементу з комплексна додатком 1ИС+СН дещо поступавться мШ-ност! каменю на портландцемент!, проте вже через 3 год м1ц-н!сть швидкотверднучих композиц1й перевицуе еталонну 1 зали-шаеться б1льш високою при подальшому твердненн!.

Ефективн!сть малоПпсово] портландцементно1 композиц11 в процес1 ТВО в б!лыл1й м1р1 проявляеться при випрсбуванн! бетону (табл.1). Так, бетон на основ! швидкотверднучого зв'язного вже через '3 год 1зотерм1чного прогр!ву досягае 50Х проектно! м1цност! бетону 1 його м1цн1сть в 2 рази перевищуе м!цн1сть бетону на портландцемент! без додатк!в. Характерно, що п1сля ТВО при подальшому твердненн1 в нормальних умовах через 28 д1б м1цн!сть бетону на основ! малог!псового портландцементу з КХД перевищуе м1цн!сть бетону, що тверднув в нормальних умовах. Шдвицений прир1ст м1цност! бетону п1сля ТВО в пор!внянн1 з цементита каменем викликаний фермувалням бальш пЦльноК структури бетону за рахунок понижено! водопот-реби та активац!ею заповгаовач!в лужиим компонентом. *

Таблица 1

М1цн!сть бетону на основ1 малог!псового портландцементу Шсля ТВО та при твердненн! в нормальних умовах

1 -.....— Вид 1 1 1 1 - -■' ■ 1 - ......... ' 1 М1цн1сть гразк!в на стиск, МПа, через

зв'язного| В/Ц |3 год !80тер-| 1 д | 3 д | 28 д

1 |м!чного прогр.1 1 1

Шсля ТВО (2+3+4+3 год, Ъ-80°С)

б/д 0,61 8,0 16,0 20,0 28,0

КХД 0,57 15,0 25,5 27,0 36^0

Нормальн! умови тверднення

б/д 0,61 2.5 12,5 30,0

ОД 0,57 4.0 21,0 32,0

Методом к1льк1Сного рентгенофазового анал1зу проводилось визначення ступени НдратацП рядового портландцементу та мадоПпсовоЗ портландцементно! композшШ п!сля формовки через 2 год, в процес! ГВО та при подальшому твердненн! в нормальних умовах. Встановлено, що в початковий перЮд тверднення внасл!док дП додатку 1ЮС у склад! малоПпсово! портдандцементно'1 композицИ процес г!дрол!зу ал!тово! фази - дещо сповШнюеться (СГ-6%) в пор!внянн1 з портландцементом (СГ-15%). Прото вже в процес1 1зотерм1чно! витринки ТВО спостер1гаеться перевивдння ступеня ПдратацП малоПпсово! портландцементно! композицИ: на початку, через 1 та 3 год !зотерм!чно1 витримки ступ!нь г!дратацН портландцементав малоПпсового з комплексним додатком МС+СН та без додатк!в в!дпов1дно складае 43 ! 28Х. 47 ! Э7Х. 58 ! 507.. Шсля ТВО при твердненн! в нормальних умовах ступ!нь г1дратац11 вказа-

них цемент!в в1др1зняеться незначно (через 28 д1б в1дпов1дно 73 1 712).

Фазовий склад кристал!чних продукт1в г1дратац11 мало-г1псового портландцементу з комплексним додаткам 1ВС+СН представлений в основному г1дроксидом кальЩю та етринПтом. Разом з тим, на дифрактограмах цементного каменю п1д час ТВО проявляються л1н11 натр!йм!сткого г1дросульфоалюм1нату каль-щю (с1/п - 1,05; 0,51 нм). Встановлено, шр внасл1док обидно! реакцИ м!ж ЫагБОд ! Са(0Н)г спочатку утворюеться дво-еодний г1пс, який п1зн!ше зв'язуеться в етринг1т. НаявнЮть у р!дк1й фаз! цементного каменю ИаОН та ан!он1в 3042" сприяе викристал!зовуванню також натр!йм!сткого г1дросульфоалим!на-ту кальЩю 4Са0• 0,9 А12О3 • 1,1530з • О, БЫагО • 16Н2О, схожого по складу з мошг 1 дросульфоалом 1 натом кальЩю. Така АГт-фаза е структурно-активним компонентом кристального каркасу цементного каменю, але при тривалих режимах ГВО е нест!йкои 1 розмадаетъея, ¡цо приводить до деструктивних явищ.

Методом терм1чного анал!зу встановлено, цо цементяий кам1нь на основ1 малог1псово"! портландцементно! коыпозицП характеризуемся б!льш низьким вм!сгом г1дроксиду кальц1ю. В умовах ГВО понижена к1льк!сть крупних б.}ок!в портландиту сприяе зб1льиенню м!цност! цементного каменю. При цьому, як видно з дан"х растрово! електронно'1 м1кроскоп!1, формуеться б1льш др1бнокристал1чна структура цементного каменю, пори кольматуються гексагональними кристалачи г!дроксиду кальд1ю та АПи-фаз,

Зг1дно даних Лж.Бенстеда, в рядовому портландцемент! близько 75% 30з з двоводного г!псу не встигае зв'язатись в етринПт до к!нця тужав!нйя. Це приводить до того, ар в про-цес1 ТВО виникають деструктивн! явиша, пов'язан! з утворен-

- IS -

няы етринг1ту в 8атверд1лому цементному камен1 та переходом Ёого подовяено-призматичних кристал!в в гексагональний моно-г1дросульфоалюм1нат кальц1ю на п18н!ших стад!ях !зотерм!чно! витримки. В . результат! к!нетика наростання м!цност! Сетону при "ВО спов1льнюеться до тих nip, поки суттевий вклад в м!цн!сть не почнуть вносити сил!катн! фази, що приводить до необх!дност! вибору тривалих режим!в ТВО.

Зам!на частини двоводного rlncy С!льш розчинним сульфатом натр!ю, тобто використання малоПпсових портландцемент!в в комплекс! з п1двищеною к1льк!стю сульфату натр1ю, який е ефективюш активатором тверднення бетону, в!дкривае шлях для суттевого скорочення тривалост! тегшово! обробки. Бри цьому наявн1сть поверхнево-активних речовин типу IMC. крхм знижен-ня водопотреби цемент!в, приводить до стаб1л1зац!1 AFm-фаз, що мае вахливе значения в процес1 ТВО. Так! шввдкотверднуч1 калог!псов! портландцемента! композицП характеризуются ви-сокою технолог1чн1стю i незначним 1нтервалом Mix початком та к!нцем тукавШм за рахукок прискореного зв'язування сульфатного ан!ону в етринг!т га AFm-фази цементного каменю.

Для визначення ефективност1 розроблених швидкотвердну-чих портландцементних композиц!й в бетонах, що п1длягають скороченим режимам ТВО, досл1ддувались буд1вельно-техн!чн! властивост1 крупнозернистого бетону класу В20 на основ! зви-чайного та малог1лсового портландцемент1в з додатками IMC+CH. Бетон тверднуbn у норыальних умовах та при телловоло-г1й обробц1 по скороченому редиму. Встановлено, що «иттез-датн1сть бетонних сум1вей на ochobI малог1псового портландцементу в комлдексним додатком ие суттево в1др!зняеться В1Д етаюнноТ.а водопотреба зменшуеться на 15J. во мае важдиве значения ди йетон1в. як! п!длягають ТВО. ' Показано, що для

бетону на основ! розроблених композиц1й при подапаому твердненн! в умовах в1д'емких температур (до -15°С) створю-еться можлив1сть зменшення в!дпускноЗ м1цност1 в1д 100Х до 80...902 за рахунок протиморозноЗ д13 ГОС.

Викорисгання швндкотверднучих портландцементних компо-зиц1й приводить до росту абсолютних значень призмово1 м1ц-ност1 №Пр-31,5 МПа), м1цност! на розтяг (йр-З.Э МПа) та по-чаткового модуля прудност1 бетону (Е-33440 МПа) .В ревульта-т! довготривалих випробувань встановлено параметричн1 точки Берта, що описують стан структури бетону 1 дозволяють зроби-ти висновок щодо витривалост! 1 довготривалоЗ м1цност1 бетону ( 0,5 1 0,75 в1д 1?пр). Встановлено, що бетони на основ! розроблених композиц!й характеризуются пЗдвищеною граничною деформативн1стю при стиску та розтягу (2.8...3.7 10"э та 1,4,..2,0 10~4).

ДослЗдосення морозост!йкост1 бетону на основ! розробле-. них швндкотверднучих композиц1й зг!дно ГОСТ 10060-85 показали його достатньо високу сг1йк1сть при позм!нному замороду-ванн1 та розмерзанн! (Г200). Висолоутворення в бетон! на ма-лог!псовому портландцемент! з комплексним додагком 1НС+СН Шсля тепловолого! обробки не спостер1галось.

Разом з тим, пропарювання в одним !з найб1льш енерго-м1стких процес!в в технолог!']' виробництва зб1рних зал!зобе-тонних вироб1в: його питома вага в тепловому баланс! завод!в складае близько 707.. При цьому для досягнення бетоном необ-х1дно1 м1цност1 теоретично потр1бно 250 тис. кДх/м3 , що складае всього 15...207,' в1д загальнозаводськоЗ витрати тепловоз енергЛ 1з-за низького енергетичного коефЗЩенту ко-рисноЗ д!3 б1льшост! агрегат1в для тепловолого! обробки за-л!зобетонних конструкц!й.

- IV -

Суттевого зниження енергозатрат на термообробку вироб!в мояна досягнути при зам!н! паропрогр!ву на електротермооб-робку. В цьому план1 значний практичний !нтерес при прове-денн! бетонних po6iT викликае комплексне використання елект-ponporpiey i швидкотверднучих портландцементних композиц!й. 3 ц1ею метою в робот! використовувалась розроблена НД1БВ (м.Шв) розб!рно переставна термоактивна опалубка, гр1ючий елемент яко! виготовлений способом термопресування s смуг вуг!льно-граф1тово! тканини, розм!щено! м!ж двома шарами склотканини.

Теплова об робка бетону проводилась методом 1мпульсного прогр1ву на протяз! 6 год при температур! 60°С, щр забезпе-чувало найб1лыву економ!ю електроенергП. Збер1гання зразк!в та 1х випробування проводились таким чином, щрб показати вплив х!м1чних додатк!в на к!нетику тверднення бетону в нор-мальних умовах, а такса п!сля теплово'1 обробки i подальшого тверднення на морозi (-10°С) та в умсвах знакозм!нних температур.

Анал!з отриманих результат1в показуе, що електротермо-обробка бетону сприяе 1нтенсиф1кацП його тверднення, причо-му бетон на малог!псов!й портландцементн!й композитï п1сля теплово! обробки набирае в 1,5 раза б i льет/ -м!цн1сть, н1х на рядовому портландцемент!. При цьому вже через 1 добу досяга-еться 707.' марочно! м!цност1 бетону (Кгв)- Для бетону на ма-лог1псов1й портландцементн1й композиш ï п1сля тепловоз обробки характерний також б!лывий прирост м1цност1 в умовах в1д"емних та внакозм!нних температур: через 7 д1б досягаеть-ся в1дпов1дно 50 ! 701 R28, в той час як бетон на рядовому портландцемент набирае в!дпов1дно 30 i 607. R28.

Методом низькотемпературно! дилатометр!! встановлено.

шр додатки 1ЮС та СН в незначн1й м!р1 знихують температуру замерзания р!дко! фази (до -5°С) 1 деформацП розширення св1жозамороженого бетону. Зг1дно даних кШк1 оного рентгено-фазового анал1зу, ступ1нь ПдратацИ ад!тово1 фази налог!п-сово! портландцементно! композицП- п1сля теплово! обробки складае 552, тод1 як для рядового портландцементу - 352.0с-новними кристал!чними г!дратними фазами е г1дроксид кальЩю та етринг1т.3а даними ртутно! порометрЛ, для рядового портландцементу та малоПпсово! композицИ п!сля 1мпульсного прогр1ву загальна порист!сть складае в1дпов1дно 12,62 1 5,662. При цьому кам!нь на основ! малоПпсово! портландце-ментно! композит! характеризуемся др!бнопористою структурою за рахунок його ущШнення б1льшои к1льк1стю продукт1в ПдратацИ.

Таким чином, на основ! розроблених портлачдцементних ксмпозиц!й мозгаа отримати бетони, як1 гпсля електротермосб-робки методом 1мпульсного прогреву игаенсивно набирають м1ц-н!сть в нормальних умовах, а також на мороз! та при зн&чо-зм!нних температурах.

Виробнич! випробування бетон!в на основ! шввдкотвердну-чих портландцемента® композиц1й при виготовленн1 зС1рного зал1зобетону проведен! в ПВО 'Чвано-Франювськбуд", ВО "Р!в-. незал^зобегон".: Показана }.(омив1сть скорочення циклу тепло-., волого! обробки !з зниженням трязалост! 1зотерм!чкого г.ро-гр!ву виро5!в на 2-4 год, економ!1 при цьому 0,05...О,15 Гкал/м3, а також можлив1сть змениення витрати цементу на 15.. .20 мае.7. на 1 м3 бетону.

- 19 -ЗАГАЛЬН! ВИСНОВКИ:

1. Розроблено ефективний комплексний х1м!чний додаток пол!функц!йно! дИ для пропарюваних бетон!в на основ1 плас-тнф1кагора форм! атно- спиртового (в1дпадок виробництва пента-вритриту) та сульфатпродукту (поб!чний продукт виробництва синтетичних жирних кислот). Встановлено, що внасл1док явища синерг1зму комплексний додаток проявляв властивост! супер-пластиф!катора, дозволяв скоротити !ндукц!йпий пер1од г!дра-тац11 портландцементу та сприяе значн1й 1нтенсиф1кац11 тверднення бетону при теплов!й обробц1.

2. Показано вплив к1лькойт! та сп!вв1дношення додатк!в г!псу та сульфатпродукту в склад! портландцементних компози-Ц1й на 1х .ф18юсо-механ1чн1 властивост1 та к!нетику набору м1цност1. Встановлено, що облает! склад!в швидкотверднучих цемент!в (Рстз-25 МПа) досягаються при використанн1 малог!п-совйх портландцемент1в з гпдвищексю до 2...4 мае.7. к1льк1стю сульфатпродукту при сумарнсму ш!ст! 20э«3,0.. .3,5 мае. 7. ! характеризуются в ранньому в1вд гЛдвиценими значениями м!ц-ност! на згин (ЯвгЗ-5,5.. .6,3 Ша), яка е б1льш структурно-чутливою характеристикою цементного камено та бетону.

3. За допомого» методу математичного планування експе-рименту проведено прогнозування м!цност! др!бнозернистого бетону в нормальних умовах 1 при р!зних режимах ТВО. На основ! регрес!йних р!внянъ м1цност1 портландцемент1в з р1зною к!льк!стю г1псу та сульфату натрию виявлен! оптимальн1 скла-ди швидкотверднучих портландцементних композиц!й, що характеризуються п1двищеною ефективн!стю при ТВО !з скороченою тривал1сто 1зотерм!чно! витримки (1-1,5 год, Т-80°С).

4. Методами Ф1зико-х!м1чного анал1зу вивчено процеси фоймування м1 кроструктури ! фазового складу малог!псового

- со -

портландцемент/ з комплексяим х1м1чним додатком 1МС+СН в процес1 ТЮ та при подальшому твердненн1 в нормально умо-вах. Встановлено, до за рахунок прискорення процес!в раяньо-го структуроутворення п!д час ТВО в1дбуваеться зростання

»

г1дрол!зу аЛ1тово'1 фази та б1лып 1нтенсивне утворення етрин-г!ту ] гексагонально! АГщ-фази - натр1йм1сткого Пдросуль-фоалюм!нату кальц1ю - при пояихеному вм!ст! крупнокристал1ч-них блок1в портландиту, що приводить до створення пЦльно! мШмально напружено! структури цементного каыеню.

5. Розроблено та науково обгрунтовано енергоощадн! ре-жими тепловолого! обробки бетону на основ! малог!псових портландцементних композиц1й в отриманням в!дпускно! м!цнос-т! (70-902 в!д Яге) при скорочен!й на 2-4 год тривалост1 !зоТерм1чно! витримки ! врахуванням його подалыюго тверд-нення при додатн!х ! в!д'емних температурах для досягнення проектно! м1цност!.

6. Показано, що використання розроблених швидкотвердну-чих портландцементних композиц!й приводить до росту абсолют-них значень призмово"! м1цност1 (1?Пр-31,5 МПа), м1цност! на розтяг (1?р-3,9 МПа) та лочаткового модуля пружност! бетону (Е-33440 МПа), що тверднув в умовах тепловолого! обробки. Встановлено, що так! бетони характеризуются п1двищеною граничною деформативШстю при сгиску та розтягу.

7.Для бетону класу В20 морозост1йк!сть в1дпов1дае Г200. Корозшна ст!йк!сть теля збер1гання в агресивному середови-щ1 карнал1тових розчин!в на прогяз1 18 м1с складае К -1,15.

8. Показана доц1льн1сть зам1ни паропрогр1ву бетону на основ I швидкотверднучих портландцементних композишй ел^кт-ротермообробкою методом ¡мпульсного прогреву термоактивною о'папубкою з досягненням технолог 1чно"! 140-507. в!д йге) м!ц-

ноет! Сетону та врахуванням подальшого П приросту до в1д-пускно! 1 проектно! в р!зних температурних умовах.

9. Виробнич1 випробування бетон1в на основ! Микола!всь-кого (15...20 мас.Х м1неральних додатк1в) та Здолоуйвського (20...40 мае.7. доменного гранульованого шлаку) малог!псових портландцемент1в з комплексниы додатком ПФС+СН проведен! в " 1вано-Франк1вськбуд" та ВО "Р!внозаз!зобетон" ! показали мсаиив!сть на 4...6 год скорочення циклу тепловолого! об-робки вироб!в та економ1! при цьому 0,1-0.15 Гкал/м3.

Основн! положения дисертацП викладен! в роботах:

1. Боднар Ю.В., Петрук М.П., Мельник В.М. Интенсификация твердения Сетона комплексными химическими добавками // Тез. Всесоюз. конф. "Экономика топливно-энергетических ресурсов в промышленности сборного железобетона".- Челябинск,

1989.- С.40.

2. Боднар Ю.В., Шевчук Г.Я., Мельник В.М. Активация твердения портландцемента добавками щелочесодерзкаддах отходов // Тез. докл. республ. конф. "Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции", - Киев, 1989. - Т.1. - С.126-127.

3. Соболь Х.С.. Петрук М.П., Мельник В.М. Резервы еко-номии цемента // Строительные материалы и конструкции. -

1990. Z. - С.27

4. Энергосберегающая технология производства железобетона с использованием побочных продуктов промышленности / М.А.Саницкий, Ю.В.Боднар. В.М.Мельник, М.Н.Чемерис // Тез. Всесоюз. научно-практ. совет. - "Экологические проблемы переработки ресурсов в строительные материалы и изделия". -Чимкент. 1990. - Ч.11. - с. 156.

5. Многофункшюнагьная комплексная добавка в бетоны на

- es -

основе побочных продуктов промышленности /М. А. Санжгзй, X.С.Соболь, В.М.Мельник и др. // Информ. листок ЦНТИ, Львов, 1990. - 3 с.

6. Мельник В.М., БоднарЮ.В., Маслак о.Л. П1двицення MiUHOCTl та швидкост! тверд1ння бетону комплексними х1м1чни-ми добавками U В1сн. Льв1в. пол1техн. 1н-ту, N 250 "Х1ы1я. технолог1я речовин та 1х застосування", 1990,- с. 104-105. •

7. Местные цементы с использованием отходов проювлея-Í ности. / М.А.Саницкий, Ю.В.Боднар, В.М.Мельник и др. // Ян-

форм. листок ДНГИ, Львов, 1991. - 4 с.

8. Саницкий М.А., КостюкП.И.. Мельник В. М. Выстротвер-деющий безгипсовый портландцемент с минеральными добавками // Строительные материалы и конструкции, - 1993. - N 1. -С. 4-5.

9. Саницкий М.А., Мельник В,М., Лоза М.З. Оптимизация составов портландцементных композиций для производства бетона в зимних условиях // Тез. докл. Межгосуд. семинара "Принятие рецептурно-технологических решений по експерименталь-но-статистическим моделям". - Одесса, 1994. - С.19.

10. В'яжуче для бетон1в У М.А.Саницький, Ю.В.Боднар, В.М.Мельник та 1н. - Патент Укра1ни N 3398 в!д 15.05.94.

11. Вяжущее для бетонов / М.А.Саницкий, Ю.В.Боднар, В.М.Мельник и др. - Патент Российской Федерации N 2023595 от 30.11.94, Вюл. N 22.

12. Sanitsky М.А., Shlchnenko I.V., Shllko O.Ya.. Melnlk V.M. Properties of concrete with alkali-containing additives hardening under sub-zero temperatures //Pros, of the First Intern. Conference "Alkaline Cements and Concretes", Kiev. -1994. - V.2. - P. 1070-1073.

13. Sanitsky M.A., Melnyk V.M. • Rapid-hardenin? blended

- £Э -

cements with alkaline activation //Forth NCB International Seminar on Cement and Building Materials.- New Delphi, India. - 1994. - V 3. - P. VI 1-49 - P. VII-55.

14. Саницький M.A., Шихненко I.B., ХабаП.М., Мельник В.М. Енергозбереження при виготовленн1 бетонних та зал1зобе-тонних конструкц!й / Юв1лейна науково-техн. конф., присвяче-на 1сО-р1ччю Льв1всько1 пол1техн1ки "Проблеми Teopi'i та практики Суд1в(?ицтва". - Льв1в, 1994 - Т. 1. - С 264-266.

Мельник В.М. Быстротвердеющие малогипсовые портландце-ментные композиции для бетонов, подлежащих тепловой обработке.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальностям 05.17.11 "Химия и технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов" и 05.23.05 "Строительные материалы и изделия". Государственный университет "Львивська политехника". Львов, 1996.

Защищается 15 научных работ, в числе которых патент Украины и патент Российской федерации, которые содержат результаты исследований по разработке быстро-твердеющих порт-ландцементных композиций с комплексными полифункциональными добавками на основе побочных продуктов химических производств для бетонов, подлежащих тепловой обработке. Выполнены теоретически е и экспериментальные исследования по выявлению особенностей механизма структурообразования в цементном камне, а также установлены строительно-технические свойства бетона на основе разработанных вяжущих. Осуществлено промышленное внедрение предложенных технических решений, приводятся данные об экономической эффективности.

Melnyk V.M. Rapid-hardening Gypsum-low Portland cement compositions for heart-treated concrete.

Theses for gaining the Decree of Candidate of sciences (Engineering) on Specialities 05. 17.11 "Chemistry and technology of silicate and refrectory nonmetallic materials" and 05.23.05 "Building materials and products" State University "Lviv Politechnlcs", Lviv, 1-996.

15 scientific papers are defended among which there are a Patent of Ukraine and a Patent of Russian Federation, containing investigation results on creation of rapidhardening Portland cement compositions with complex polyfynctional additives on the basis chemichal industry waste products for heattreated concretes. Theoretical and experimental investigations were conducted to reveal the peculiarities of the mechanism of structure formation In cement stone. The main structural and technical properties of concrete on the basis of the created binders have been also establisted.The proposed designs were implemented into Industry. The data on economic efficiency are presented..

Ключов! слова: шввдкотверднуч1 композит'i, малог 1лсовий портландцемент,поб!чн! продукти, теплова обробка бетону, структуроутворення, властивост!, енергоощадн! технологи.

Пгдп. до друку 8.04,96. Формат 60х841/1б ITanip друк. Р 2. Офс.дпук. Умовн.друк.арк.1,5 Умовн.фарб.-Biдб.1,5. Умовно-видав,арк. 1,37 _Тираж 100 ггрим. Зам. 329. Безплатно

ДУЛП 290646 Львхв-13. Ст.Бандери. 12

Дмьниця оперативного друку ДУЛП Львгв, вул. Городоцька, 296