автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Эффективные золошлакобетоны с добавками водорастворимых полимеров

ВНУКОВ АЛЕКСЕИ 1ГЙ*к0Д*ЕВИЧ

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЗОЛОН1ЛАКОБЕТОИЫ С ДОБАВКАМИ ВОДОРАСТВОРИМЫX ПОЛII¡VIЕРОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и ичделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссеркшнп на соискание ученой степени кандила!» панических наук

Воронеж - 2005 1.

Работа выполнена в юс> ларе тонном образовшельмом учреждении нывшею профессиональною образования Воронежском военном авиационном инженерном пнепщю

Научный руководитель

кандидат технических' наук, доцент Барабаш Дмитрий Евгеньевич

Официальные оппоненты

док-юр технических наук, профессор Ярцев Виктор Петрович

кандидат технических наук, доцент Козодаев Сергей Петрович

Ведущая организация.

проектный институт «Воронежагропромпроекг»

Зашита состоится 1 июля 2005 г в 10 часов в аудитории 3020 на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу 394006, Воронеж, ул. ул 20-летия Октября, 84, тел факс (8-0732) "1-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГАСУ.

Автореферат разослан мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета " В В Власов

гоо^ч

1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные тенденции развития промышленного производства различной продукции характерны тем, что природные ресурсы истощаются, а отходы производства, как в мире, так и особенно в странах СНГ, наращиваются. Больше всего отходов образуют предприятия горнодобывающих, металлургических и теплоэнергетических отраслей. Огромные скопления этих отходов нарушают экологическое равновесие, являясь источником загрязнения окружающей среды. Зачастую под отвалы отчуждаются необходимые для народного хозяйства земли. Нагрузка на окружающую среду достигла такого уровня, при котором сама природа уже не в состоянии восстановить нарушенное экологическое равновесие.

Имеются данные, из которых следует, что большинство стран мира используют 55...90% зольного выхода, в том числе в строительстве от 35 до 70%. Страны СНГ занимают в этом, по существу, одно из последних мест (7% в целом и 4,4% в строительстве). В России использование золошлаковых отходов за период с 1995 года по настоящее время снизилось на 30% и более. В строительстве золошлаковые отходы применяются в основном при производстве бетонных и железобетонных изделий. В связи с этим, несмотря на наличие многочисленных работ отечественных и зарубежных исследователей и ученых-производственников, разработавших рекомендации, ГОСТы и технологии применения золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭЦ в бетонах, требуется комплексный подход к решению этой проблемы. Необходимы такие теоретические и практические разработки и предложения, которые позволят использовать твердые отходы каждого предприятия, золы и шлаки каждой электростанции и каждой котельной на 100%, сокращая применение в бетонах природных и искусственно созданных заполнителей, а также цемента, ликвидируя золошлакоотвалы как таковые. Это позволит решить триединую задачу: экологическую (ликвидацию отходов), экономическую (стоимость бетонов из вторичных ресурсов значительно дешевле) и социальную (увеличение строительства жилья и других объектов за счет утилизации отходов).

В связи с этим есть необходимость дальнейшего продолжения исследований в области разработки малоцементных бетонов, содержащих отходы топливной промышленности и обладающих комплексом благоприятных физико-механических свойств.

Целью работы является разработка рецептур эффективных золошлакобетонов с использованием в качестве затворителей 7% водного раствора поливинилового спирта (ПВС) и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП, исследование свойств полученных композитов, выяснение роли влияющих факторов в формировании структуры плотных и ячеистых золошлакобетонов с использованием в качестве затворителей указанных полимеров, выдача рекомендаций по их приготовлению и применению.

На защиту выносятся:

- новый строительный композиционный материал - золошлакобетон безавтоклавного твердения плотной и ячеистой структур с комплексом свойств, обеспечивающих его эффективность при использовании в несущих и ограждающих конструкциях, на основе крупнотоннажных отходов топливной промышленности - золошлака Воронежской ТЭЦ-1 с использованием в качестве затворителей 7% водного раствора ПВС и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП;

- предлагаемые составы золошлакобетонов безавтоклавного твердения плотной и ячеистой структур с добавками водорастворимых полимеров, полученные в результате исследования их деформационно-прочностных и технологических свойств;

- результаты исследования водо- и морозостойкости золошлакобетонов безавтоклавного твердения плотной и ячеистой структур;

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ •ИКЛИОТЕКА

М»>М(

- результаты исследования деформационно-прочностных свойств золошлакобетонов безавтоклавного твердения плотной и ячеистой структур и полученные аналитические зависимости указанных свойств от соотношения компонентов;

- рекомендации по технологии приготовления и применению разработанных рецептур золошлакобетонов безавтоклавного твердения в строительстве.

Научная новизна работы заключается в создании эффективных золошлакобетонов безавтоклавного твердения плотной и ячеистой структуры, с использованием в качестве затворителей 7% водного раствора ПВС и латекса СКС-30 ШХП и наполнением отходами топливной промышленности, отличающихся комплексом благоприятных физико-механических характеристик.

Комплексно изучено:

- влияние водорастворимых полимеров, используемых в качестве затворителей и не требующих отвердителей, на свойства разрабатываемых золошлакобетонов;

- влияние режимов безавтоклавной термообработки на физико-механические характеристики разрабатываемых золошлакобетонов плотной и ячеистой структур.

Разработаны составы морозостойкого мелкозернистого и ячеистого золошлакобетонов, затворяемых водорастворимыми полимерами, определены их прочностные характеристики.

Исследованы технологические параметры приготовления золошлакобетонов безавтоклавного твердения плотной и ячеистой структуры и их влияние на физико-механические характеристики указанных бетонов.

Предложены рекомендации по технологии приготовления и применению указанных золошлакобетонов в строительстве.

Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплексных методов исследований, включающих: патентно-информационный анализ; стандартные методики определения реологических и физико-механических свойств получаемых золошлакобетонов. Применены методы математической статистики и программные средства расчетов на ЭВМ.

Теоретическую основу исследований составили основные положения строительного материаловедения, физикохимии полимеров, а также технические решения задач по оптимизации составов композиционных материалов на основе золошлакобетонов с добавками водорастворимых полимеров.

Практическое значение. Разработан и исследован новый строительный композиционный материал с использованием в качестве затворителей водорастворимых полимеров, не требующих отвердителей, на основе отходов топливной промышленности ТЭЦ-1 г. Воронежа, позволяющий создавать бетонные и железобетонные изделия и конструкции высокой водо- и морозостойкости с улучшенными прочностными характеристиками, а также увеличить эффективность, долговечность и надежность строительных сооружений в целом. Определены рациональные области применения разработанных золошлакобетонов безавтоклавного твердения плотной и ячеистой структуры. Опытное внедрение разработанных материалов в производство доказало его высокую эффективность, а также экономическое и практическое превосходство над применяемыми в производстве аналогичными материалами. Использование отходов, не только снижает себестоимость золошлакобетона, но и способствует улучшению экологической ситуации в регионе.

Реализация работы. Разработанные составы плотных и ячеистых золошлакобетонов безавтоклавного твердения с добавками водорастворимых полимеров получили проверку в натурных условиях и при опытном внедрении. Результаты исследований использованы: при производстве тротуарных плиток из мелкозернистого золошлакобетона на ЗАО «Хохольский песчаный карьер»; при производстве мелких стеновых блоков из ячеистого золошлакобетона безавтоклавного твердения на базе строительных мощностей в/ч 55603

"V й- <

города Гатчина Ленинградской области; при чтении лекций курсантам Воронежского ВАИИ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

Достоверность полученных результатов и выводов по работе обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием современных средств исследований и измерений, применением математических методов планирования экспериментов и статистической обработкой их результатов, а также опытными испытаниями и их положительным практическим эффектом. Результаты работы нашли отражение в учебном процессе.

Личное участие автора состоит в разработке рекомендаций по приготовлению золошлакобетонных смесей, затворяемых 7% водным раствором ПВС и бутадиен-стирольным латексом СКС-30 ШХП, в проведении исследований свойств указанных золошлакобетонных смесей и основных физико-механических свойств полученных золошлакобетонов, а также в обработке и анализе экспериментальных данных.

I Публикации и апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные

в диссертации, опубликованы в 11 печатных работах.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технической конференции Пензенской ГАСА (г. Пенза, 2002 г.), научно-технической конференции ВГАСУ (г. Воронеж, 2002 г.), межвузовской научно-технической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» ВВАИИ (г. Воронеж, 2002 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» ВВАИИ (г. Воронеж, 2003 г.), двух международных научно-технических конференциях «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2004), XXIV Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 80-летию со дня рождения академика В.П. Макеева УрО РАН (г. Екатеринбург, 2004 г.), международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (г. Пенза, 2004 г.), трех конференциях ВВАИИ (г. Воронеж, 2004 г.).

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять глав, основные выводы, список использованных источников из 116 наименований и 3 приложений. Работа содержит 181 страницу сквозной нумерации, 18 рисунков и 29 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, отмечается ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведены характеристики отходов топливной промышленности г. Воронежа и обоснован выбор объекта исследований - золошлакобетоны безавтоклавного твердения плотной и ячеистой структур, затворяемые 7% водным раствором ПВС и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП.

Определены насыпная и истинная плотности, удельная поверхность, химический и гранулометрический составы, микропористость и гидравлическая активность золошлаков Воронежской ТЭЦ-1.

Золошлак Воронежской ТЭЦ-1 образован от сжигания донецких антрацитовых углей. В золоотвалах скопилось 7-105 т золошлака и ежегодный прирост составляет около 26 тысяч тонн. Все золы, шлаки и их смеси (в гидроотвалах) низкокальциевые кислые (содержание оксида кальция колеблется от 1,7 до 6%) с крайне незначительным количеством свободного оксида кальция. Основными оксидами являются оксид кремния (41—62%) и алюминия (18... 19%). Потери при прокаливании у шлаков отсутствуют, а у зол колеблются от 3 до 26%. Преимуществом зол ТЭЦ-1 является незначительное содержание в них сернистых соединений в пересчете на БО,. По степени воздействия на организм человека золошлак является умеренно опасным и относится к 4-му классу опасности в соответствии с нормами. Проведенный контроль радиационного качества золошлака позволяет использовать его во всех отраслях строительства.

Обосновано применение водорастворимых полимеров для повышения физико-механических характеристик композиций на основе золошлаковых отходов топливной промышленности, что позволяет полнее утилизировать указанные отходы, и расширить номенклатуру строительных изделий с использованием этих отходов.

На основе анализа основных тенденций использования золошлаковых отходов в производстве бетонов и железобетонов и перспектив повышения физико-механических свойств последних, сформулированы цель, научная гипотеза и основные задачи диссертационных исследований, включающие:

- научно-практическое обоснование возможности получения плотных и ячеистых золошлакобетонов при использовании в качестве затворителей 7% водного раствора ПВС и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП;

- выяснение роли влияющих факторов в формировании структуры плотных и ячеистых золошлакобетонов при использовании в качестве затворителей 7% водного раствора ПВС и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП;

- исследование влияния вида и дозировки пластифицирующих добавок на реологические свойства золошлако-цементных смесей, установление зависимостей основных физико-механических характеристик золошлакобетонных композиций от вида и количества указанных добавок, исследование морозостойкости;

- исследование влияния режимов перемешивания, вида и количества пенообразователей, режимов тепловой обработки на процесс структурообразования ячеистых золошлакобетонов при использовании указанных водорастворимых полимеров;

- разработка рациональных составов плотного и ячеистого золошлакобетона, при использовании в качестве затворителей 7% водного раствора ПВС и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП, исследование их основных физико-механических характеристик по стандартным методикам;

- разработка рекомендаций по результатам исследований золошлакобетона и их опытное внедрение в производство;

- оценка технико-экономического эффекта результатов внедрения.

Научная гипотеза работы состоит в том, что полимеризация водорастворимых полимеров в составе золошлакоцементных смесей будет протекать на активных «зародышевых» центрах, в том числе и на частицах золы. В связи с тем, что часть воды затворения золошлаковых смесей будет присутствовать в составе раствора полимера, то процессы гидратации цемента будут протекать в более благоприятных условиях и будут сопровождаться одновременной полимеризацией водорастворимых полимеров, что даст возможность гидратации цемента и образования тонких полимерных прослоек, выполняющих роль микроарматуры. Кроме того, макромолекулы применяемых водорастворимых полимеров имеют полярность, что определяет их пластифицирующий эффект в золошлакоцементных смесях. Наличие полярности будет способствовать снижению седиментации частиц золы и цемента при приготовлении золошлакоцементной смеси. Образовавшиеся в процессе полимеризации тонкие прослойки полимера будут способствовать более полной гидратации частиц цемента и золы в условиях теплового воздействия, за счет препятствования ми фации влаги в верхние слои изделия. В готовых изделиях на основе такого золошлакобетона развитие трещинообразования будет тормозиться за счет увеличения энергии разрушения, затраченной на преодоление межмолекулярных связей в полимере.

Во второй главе представлены характеристики сырьевых материалов, и методики исследования свойств золошлакобетонной смеси и основных физико-механических свойств золошлакобетонов, а также статистическая обработка результатов исследований. На основании литературных данных и результатов предварительных экспериментов, а также в соответствии с задачами были определены содержание, объем и методы выполнения работы.

Изучали условия получения и свойства безавтоклавных ячеистых бетонов средней плотностью от 800 до 1100 кг/м3, плотных морозостойких мелкозернистых бетонов и бетонов для несущих конструкций на основе золошлаков. Все указанные виды бетонов затворяли 7% водным раствором ПВС и бутадиен-стирольным латексом СКС-30 ШХП (с сухим остатком 30%). Варьирование видов исходных материалов специально не предусматривалось. Сырьевые материалы выбирались из расчета положительного их влияния на физико-механические свойства золошлакобетонов, определяющие их морозостойкость, трещиностойкость и прочность.

Для проведения исследований использовали золошлаковые отходы ТЭЦ-1 г. Воронежа отобранные в различных местах гидроотвалов на различных глубинах. Точки отбора проб назначали на удалениях от выпускной трубы системы гидроудаления 50,100 и 150 метров. Указанные расстояния связаны с различной скоростью осаждения мелких и крупных фракций золы. Отобранные смеси смешивали между собой до получения однородной массы в смесителе принудительного действия. Средняя влажность полученной смеси составляла 27.. .30%.

Для затворения золошлакобетонной смеси использовали 7% водный раствор ПВС, т.к. при указанной концентрации раствор стабилен длительное время. ПВС растворяли в горячей воде при температуре 80...90°С при постоянном перемешивании. При этом исследовали стабильность растворов поливинилового спирта различной концентрации -начиная с 1%, постепенно увеличивая концентрацию. В условиях непрерывного производства работ, связанных с экстренным вводом в эксплуатацию сооружений, возможно использование и 9% водного раствора ПВС. Также в качестве затворителя бетонной смеси использовали латекс бутадиен-стирольный синтетический СКС-30 ШХП с сухим остатком полимера 30%. Соотношение бутадиен : стирол составляло 70:30. рН=10.

В работе использовали портландцементы Старооскольского цементного завода марок 400 и 500. Для проведения исследований по улучшению удобоукладываемости золошлакобетонных смесей применяли следующие пластифицирующие добавки: ЛСТ (лигносульфонат технический) по ГОСТ 81-79-74-М; суперпласгификатор С-3 по ТУ 6-14625-80; суперпластификатор СБ-3 (ас. № 1047863 СССР).

Ввиду того, что в качестве затворителя золошлакобетона применяли водорастворимые полимеры - ПВС и латекс СКС-30 ШХП, сами обладающие поверхностно-активными свойствами в связи с наличием гидроксильных групп, в качестве основных порообразующих добавок были выбраны: продукт СНВ, ОП-7и тринатрийфосфат. Указанные добавки были выбраны в связи с наивысшей степенью активности по отношению к различным группам указанных водорастворимых полимеров. Выбранные добавки могут образовывать достаточно устойчивую пену при смешении с водой при различной степени рН, что особенно важно при смешении слабокислого золошлака и щелочной среды - цемента.

Основные физико-механические и реологические характеристики разрабатываемых золошлаковых композиций с водорастворимыми полимерами определяли при помощи стандартных методик, предусмотренных для обычных бетонов.

В третьей главе нами ставилась задача получения золошлакобетона на основе водорастворимых полимеров с высокими показателями по прочности, морозостойкости и износостойкости для строительства дорог, изготовления тротуарных плит и аэродромных покрытий, находящихся в неблагоприятных атмосферных и эксплуатационных условиях.

Проводили исследования с целью получения математических зависимостей прочностных свойств мелкозернистого золошлакобетона от зернового состава золошлакового заполнителя для нахождения по ним оптимального гранулометрического состава заполнителя. В соответствии с методом «трех фракций» И.А. Иванова готовили составы золошлака при различных в нем соотношениях фракций: крупная фракция - зерна размером более 0,6 мм (0,6...5 мм), средняя - 0,6...0,16 мм и мелкая - менее 0,16 мм.

Было проведено 3 серии опытов: 9 составов золошлакового бетона при постоянной подвижности смеси (ОК=Ю...12 см) и отношении массы заполнителя к цементу 3/Ц=3:1; 9 составов золошлакового бетона при ОК=Ю...12 см и отношении массы заполнителя к цементу 3/Ц=3,5:1; 9 составов золошлакового бетона при ОК=Ю...12 см и отношении массы заполнителя к цементу 3/Ц=4:1.

Для каждой серии опытов изготавливали в качестве эталона контрольные образцы золошлакобетона, с применением технической воды. Контрольные образцы изготовляли с соотношением фракций, соответствующих наилучшим показателям по прочности на сжатие в возрасте 28 и 180 суток.

Заполнитель составляли из смеси золы и нефракционированного шлакового песка. Для получения необходимого соотношения фракций в смесь вводили шлак с размером более 0,6 мм или шлак с размером зерен менее 0,6 мм. В результате получали заполнитель с различным содержанием трех фракций.

Определяли влияние зернового состава заполнителя на водопотребность мелкозернистой золошлакобетонной смеси при постоянной ее подвижности (осадке конуса), причем, учитывался тот фактор, что смесь затворяли не технической водой, а 7% водным раствором ПВС и раствором латекса СКС-30 ШХП, а также определяли предел прочности на сжатие в возрасте 28 и 180 суток. Эксперименты выполнялись с применением активного метода планирования эксперимента. В результате обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов определяли математические зависимости свойств золошлакобетона от процентного содержания трех фракций, используя стандартное уравнение регрессии:

Y=ao + а^ + а2с + а3ш + 84k2 + а5с2 + а^гп2 (1)

где Y - значение водотвердого отношения золошлакобетонной смеси (предела прочности на сжатие), к, с, m - процентное содержание соответственно крупной, средней и мелкой фракций золошлаковой смеси; ао...^- эмпирические коэффициенты.

По полученным экспериментальным зависимостям прочности золошлакобетонных образцов от процентного содержания фракций золошлаковой смеси находили оптимум по содержанию фракций в составе смеси и на оптимальных составах золошлакобетона 'i

проводили исследования его морозостойкости и водонепроницаемости.

Прослеживалась четкая зависимость повышения значений физико-механических характеристик разработанных композиций от введения полимерных добавок. Особенно это заметно при увеличении отношения 3/Ц. Так, введение в качестве затворяющего компонента 7% водного раствора ПВС при отношении 3/Ц=3:1 позволило повысить значение прочности на сжатие золошлакобетона в 28 суточном возрасте с 24 до 28 МПа, тогда как для отношения 3/Ц=4:1 это увеличение составило 20 МПа (с 19 МПа до 39 МПа).

Применение водорастворимых полимеров способствовало снижению водопотребности и увеличению показателей прочности на сжатие золошлакобетона одновременно с увеличением плотности образцов (в соответствии с законом «створа»). Решение регрессионных уравнений относительно нахождения максимальных значений прочности на сжатие позволило установить следующее: использование золошлаковых смесей с отношением 3/Ц=3:1 и менее нецелесообразно; при отношении 3/Ц=3,5:1 локальный оптимум свойств находится в области, соответствующей следующим концентрациям различных фракций: мелкая до 10%, средняя - 5...20%, крупная 60...80%; при отношении 3/Ц=4:1 локальный оптимум соответствует следующим концентрациям фракций: мелкая-Ю.,.20%, средняя-0.,.5%, крупная-60.„80%

Морозостойкость и водостойкость цементного бетона зависят, прежде всего, от объема и характера пористости цементного камня. Для решения задачи снижения объема капиллярных пор в золошлакобетоне, и в то же время, создания мелких равномерно распределенных замкнутых воздушных пор с их объемом не более 5% применяли

пластифицирующие добавки в золошлакоцементных смесях. Исследовали влияние пластифицирующих добавок на предельное напряжение сдвига и изменение пластической вязкости золошлако-цементных паст, приготовленных на портландцементе М400. Состав паст соответствовал оптимальному, а именно: отношение 3/Ц=4:1, содержание мелкой фракции - 10%, средней фракции - 5%, крупной фракции - 85%.

Пластифицирующие добавки вводили в золошлакоцементную смесь в количестве до 1% от массы цемента с шагом 0,25%. Для контроля изменения исследуемых характеристик параллельно испытывали золошлакоцементные пасты, затворенные водой технической, с введением указанных пластификаторов. Результаты испытаний приведены на рис. 1 и 2.

Для кривых, описывающих зависимость пластической вязкости от вида и количества соответствующих пластификаторов, были получены аппроксимирующие уравнения, позволяющие регулировать потребное количество пластификаторов для достижения нужной вязкости растворов.

1 - 7 * распор ЛВС + СБЭ

2 - 7 * распор ЛВС + СЭ

3 - 7 % распор ПВС + ЛСТ

Дояироака пластификатора, % 4-СКС-ЗОШ»! ♦ ЛСТ 7 • ввда + СЭ 5 - СКС-ЭО1ЮТ + СБЗ В - аода + СБЭ

6-СКС-ЭОШЯИ-СЭ 9 - вода ♦ ЛСТ

Рисунок 1

Зависимость пластической вязкости золошлакоцементной смеси от вида и дозировки пластифицирующей добавки

Дозировка лласпификягора, %

1-7% распор ПВС + СБЗ * - СКС-30 ШХЛ +ЛСТ 7-вода + СЗ

2-7% распор ПВС +СЗ 5 - СКС-30 ШХП+СЗ В-»ода + СБЗ

3-7% распор ПВС ♦ ПСТ 6-СКС-30 ШХП+СБЗ 9-вода+ЛСТ

Рисунок 2 - Зависимость напряжения сдвига золошлакоцементной смеси от вида и дозировки пластифицирующей добавки

Из выбранных нами для исследований пластификаторов максимальный пластифицирующий эффект в золошлакоцементных смесях достигается при использовании СБ-3 совместно с 7% водным раствором ПВС и С-3 совместно с латексом СКС-30 ШХП. Для указанных составов смесей уравнения зависимости пластической вязкости от дозировки пластификатора имеют вид:

- при использовании пластификатора СБ-3 с ПВС:

г|=128х3-114,Зх2-101,7х+181 (2)

- при использовании пластификатора С-3 с СКС-30 ШХП:

т)=96х3-123,4х2-58,6х+187 (3)

где х - дозировка пластификатора.

Нами были исследованы режимы термообработки разработанных высокоподвижных мелкозернистых золошлакобетонов в лабораторных условиях. Установлено, что мелкозернистый золошлакобетон с водорастворимыми полимерами при температуре Ю...20°С набирает заданную марочную прочность 28 МПа только в возрасте 30 суток (в возрасте 28 сут. - 70...75% от марочной). Причем, вид вводимого водорастворимого полимера не оказывал существенного влияния на процесс набора прочности мелкозернистого золошлакобетона.

При применении термообработки золошлакобетона при 40, 60 и 80°С его максимальная прочность достигалась соответственно через 27, 18, и 6 ч. Причем, при 80°С продолжение термообработки свыше 6 ч приводило к деструктивным процессам у всех образцов золошлакобетона. При 60°С прирост прочности у образцов золошлакобетона с ПВС прекращался после 21 ч, а у образцов золошлакобетона с латексом значения прочности на сжатие снижались после 18 часов обработки. При 40°С у образцов с ПВС прирост прочности прекращался после 27 часов термообработки, а у образцов золошлакобетона с латексом происходило снижение значений прочности на сжатие. Это свидетельствовало о происходящей вулканизации латекса СКС-30ШХП при 80°С и дальнейшей его деструкции при указанной температуре. Тем не менее, при использовании обоих исследованных полимеров, время набора максимальной прочности мелкозернистого золошлакобетона удалось сократить за счет его термообработки. Установлен температурный режим приготовления образцов из золошлакобетона: температура раствора полимеров - +30°С; выдержка образцов при комнатной температуре - 4...6 часов; термообработка в сушильном шкафу при температуре +75...80°С в течение 9 часов (2 часа - подъем температуры, 5 - часов изотермическая выдержка и 2 часа - остывание).

На вышеуказанных оптимальных составах и при вышеприведенном температурном режиме изготовляли образцы-кубы размером 15x15x15 см для изучения изменения во времени прочности бетона и для исследований его морозостойкости.

Лучшие результаты по морозостойкости (до 150 циклов) получены у образцов золошлакобетона на портландцементе М500, затворенных водным раствором ПВС с введением в смесь 0,3% ЛСТ. Данные эксперимента свидетельствуют о приблизительно одинаковой морозостойкости золошлакобетона (при отношении 3/Ц=4:1), содержащего различное количество мелкой фракции золы.

Образцы золошлакобетона, содержащие в качестве затворителя латекс СКС-30 ШХП, имели более низкие показатели по морозостойкости, что впрочем, хорошо согласуется с данными по прочностным характеристикам. Установлено, что при испытаниях на морозостойкость у золошлакобетона с латексом СКС-30 ШХП практически не происходит упрочнения, и падение прочности на сжатие носит достаточно резкий характер, особенно после 100 циклов замораживания - оттаивания. Анализ данных позволил сделать вывод о том, что применение в качестве затворителя 7% водного раствора ПВС способствовало повышению морозостойкости образцов мелкозернистого золошлакобетона по сравнению с аналогичными образцами, но содержащими в качестве затворителя латекс СКС-30 ШХП.

Водонепроницаемость бетона исследовали на образцах-цилиндрах золошлакобетона высотой и диаметром 150 мм в 28-ми суточном возрасте после термообработки и в соответствии со стандартной методикой. Марки золошлакобетона по водонепроницаемости колебались от W6 до W12 и согласовываются в основном с показателями по морозостойкости.

Из исследованных восьми составов золошлакобетонов были выбраны 2 лучших состава по прочности на сжатие и морозостойкости (составы № 1 и № 2 табл. 1), на которых в течение года были продолжены исследования всех основных физико-механических и деформативных характеристик, коррозии арматуры, водопоглощения, и повторено исследование морозостойкости по обычному (а не ускоренному) методу при насыщении образцов не только водой, но и 5% раствором NaCI. Причем каждый из 2-х составов золошлакобетона готовился как с термообработкой в сушильном шкафу, так и при естественном твердении. Результаты исследований приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Физико-механические характеристики золошлакобетонов (на основе ПВС).

,, 1Термообр Характеристики 1 , ^ \ аботка Срок испытаний, сутки 28 [ 60 | 90 1 180 | 360

Прочность на сжатие, МПа Г Да/нет Состав №1 44/32 4909 51/43 : 54/49 j 54/52

Прочность на растяжение при ^ Да/нет изгибе, МПа | 3#3,1 4,2/3,6 4,6/4,1 4,64,1 4,7/4,2 1 1 j |

Модуль упругости, Е-10'3, МПа | Да/нет 31,9/29,1 32£31£ 33/32,4 | 33,802$ . 33,8/33

Усадка, мм/м \ Да/нет 0,09/0,11 0,1Л),12 0,11/0,13 j 0,1 №,13 1 ОДМДЗ

Состав №2

Прочность на сжатие, МПа | Да/нет 42/28 4&39 49/42 49/43 , 49/44

Прочность на растяжение при ] Да/нет изгибе, МПа I зт$ зда 32,601,9 4,3/3,8 4,4/4,1 4,4/4,2 1 ! 32&32Д * 32,8/32,6 , 32302,7

Модуль упругости, Е-10'3, МПа | Да/нет 31,8/28,9

Усадка, мм/м 1 Да/нет 0,11/0,15 0,12/0,16 0,12/0,16 10,12/0,16; 0,12/0,16

В четвертой главе исследованы возможности получения бетонов для изготовления ограждающих конструкций (сборных и монолитных) из тех же отходов ТЭЦ, но с прочностными и теплофизическими характеристиками, значительно превышающими широко распространенный керамзитобегон и другие легкие бетоны, а именно: бетонов безавтоклавной обработки (для сборных конструкций), высокоподвижных (литой консистенции), имеющих лучшие показатели по теплофизическим свойствам и по средней плотности при одинаковых прочностных показателях по сравнению с широко применяющимся керамзитобетоном.

Экспериментальные исследования по разработке составов ячеистых золошлакобетонов проводили на тех же материалах, что и для плотных золошлакобетонов, только изменяя соотношение этих материалов и применяя воздухововлекающие (пенообразующие) добавки. Лучшие показатели по снижению средней плотности ячеистого золошлакобетона получены с тринатрийфосфатом. На рис. 3 представлены данные, полученные при оценке изменения средней плотности золошлакобетона, затворенного 7% водным раствором ПВС и латексом СКС-30 ШХП. Максимальное снижение средней плотности наблюдалось у образцов ячеистого золошлакобетона на основе ПВС, причем наиболее интенсивно процесс снижения средней плотности протекал при использовании ТНФ (от 2 до 4%) - с 1380 кг/м3 до 990 кг/м3. Аналогично изменялась средняя плотность и у образцов ячеистого золошлакобетона на основе латекса СКС-30 ШХП с указанным поризатором, причем здесь средняя плотность снизилась с 1580 до 1050 кг/м3.

Исследовали влияние количества вводимого поризатора на прочностные характеристики ячеистого золошлакобетона при постоянных расходе портландцемента и подвижности смеси (ОК). На рис. 4 представлены зависимости прочности на сжатие образцов ячеистого золошлакобетона от дозировки порообразователя. Ячеистые золошлакобетонные смеси готовили высокоподвижные (литой консистенции) при ОК=20...22 см. Образцы ячеистого золошлакобетона подвергали тепловой обработке по режиму 2+5+2 ч при температуре +75°С. Указанный режим термообработки назначили по результатам проведенных ранее исследований плотных золошлакобетонов. Выдержка ячеистого золошлакобетона перед термообработкой составляла 3 часа. Установлено, что оптимальным количеством вводимого порообразователя можно считать интервал дозирования 1 - 3% от массы цемента в зависимости от требуемых класса по прочности на сжатие ячеистого золошлакобетона и марки по средней плотности. При этом его прочность на сжатие составила 8,8...9,2 МПа.

1 - ПВС + ТНФ 4 - СКС-30 ШХЛ + ОП-7 Д^ровка порообразователя. %

2-ПВС+ОП-7 5- СКС-30 ШХП + ТНФ

3-ГВС+СНВ 6-СКС-30 ШХП +СНВ

Рисунок 3 - Изменение средней плотности ячеистой золошлакобетонной смеси в зависимости от дозировки порообразователя.

1 - ПВС + ТНФ 4 - СКС +■ ТИФ Дозировка порообразователя, %

2- ПВС + ОП-7 5 - СКС * ОП-7

3-ПВС + СНВ в - СКС + СНВ

Рисунок 4 - Зависимость прочности на сжатие образцов ячеистого золошлакобетона от дозировки порообразователя.

Режимы приготовления ячеистых золошлакобетонных смесей приняты на основании разработок Помазкова В.В. и Первушина И.И. для мелкозернистых цементных бетонов. Для перемешивания смеси применяли одновальный лопастной смеситель, снабженный редуктором переменного шага, позволяющим изменять частоту оборотов вала в интервале 60... 320 об/мин. Были проведены исследования по определению оптимальной продолжительности перемешивания ячеистой золошлакобетонной смеси (с наименьшими энергетическими затратами) в целях получения ячеистого золошлакобетона с рациональными физико-механическими и теплофизическими характеристиками.

Установлено, наилучшие показатели средней плотности и прочности на сжатие ячеистого золошлакобетона соответствуют содержанию в золошлакобетонной смеси порообразователя ТНФ в количестве 3% от массы цемента, при этом, продолжительность перемешивания составляет 10... 15 мин.

Приготовление пенозолошлакобетонной смеси производили на 7% водном растворе ПВС и латексе СКС-30 ШХП, имеющих температуру 35...40°С. Повышение температуры смеси свыше 45°С приводило к частичному разрушению пены, в то время как указанная температура позволяла сократить сроки схватывания портландцемента и выдержку перед тепловой обработкой, повысить реакционную способность золы-уноса без существенного разрушения пены.

Тепловую обработку отформованных образцов ячеистого золошлакобетона производили в сушильном шкафу, оборудованном системами контроля и регулирования температуры. Скорость подъема температуры ячеистого золошлакобетона 20°С/час, что при применении горячей воды затворения позволило осуществлять подъем температуры до требуемой за 2 часа.

Проведены исследования в двух направлениях: возможность сушки ячеистого золошлакобетона с добавками водорастворимых полимеров и определение его деформативных свойств в высушенном состоянии; определение скорости испарения влаги из ячеистого золошлакобетона, содержащего водорастворимый полимер.

Исследование процессов сушки проводили на экспериментальной установке, в состав которой входили: вентилятор, электрокалорифер, металлическая камера с теплоизоляцией для сушки бетона. Сушку ячеистого золошлакобетона осуществляли нагретым до 80°С воздухом, который поступал в камеру сразу после окончания изотермического выдерживания при постоянной влажности.

Испытание образцов ячеистого золошлакобетона на прочность при сжатии производили спустя 10 часов после тепловой обработки. Параллельно испытывали контрольные образцы в возрасте 28 суток естественного твердения в воздушно-сухих условиях.

Результаты испытаний свидетельствуют о наличии максимума прочностных характеристик ячеистого золошлакобетона в интервале 60...80°С.

Для уточнения рациональных температурных параметров, обеспечивающих благоприятные условия формирования структуры образцов ячеистого золошлакобетона, нами были проведены дополнительные исследования с применением тепловой обработки при температурах 65, 70 и 75°С по режимам 2+10+2 ч и 2+12+2 ч. Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Результаты исследований, уточняющие рациональные режимы тепловой обработки образцов ячеистого золошлакобетона

I Режим ) тепловой обработки, ч Предел прочности 65 °С при сжатии, МПа при темпе 70 °С >атуре прогрева 75 °С

ПВС/СКС-30 ШХП ПВС/СКС-30 ШХП ПВС/СКС-30 ШХП

| 2+10+2 12,5/10,5 12,0/10,0 11,0/8,8

| 2+12+2 11,9/10,0 11,3/9,2 10,0/8,2

Таким образом, при изотермическом выдерживании готовых образцов ячеистого золошлакобетона в течение 10 часов при температуре 65°С удается достичь максимальных прочностных характеристик с 7% водным раствором ПВС. Образцы, затворенные латексом СКС-30 ШХП, имели предел прочности на сжатие ниже на 2 МПа, причем на образцах отмечались трещины, свидетельствующие о вспучивании продуктов вулканизации латекса В связи с этим, дальнейшие исследования технологических параметров сушки ячеистого золошлакобетона проводили только при использовании поливинилового спирта. Результаты испытаний теплопроводности приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Зависимость теплопроводности образцов ячеистого золошлакобетона от влажности _при температуре +20 °С_

Средняя плотность 1 ячеистого ' ^( золошлакобетона, кг/м3 1 " Зт/м °С) щ 5 >и влажное 10 ти ячеистого золошл 15 1 20 акобетона, 25 % 30

1000 (затворен 7 % 1 0,18 водным раствором ! ПВС) 1 1000 (затворен водой ■ 0,18 технической) , 0,22 0,28 0,27 0,31 0,32 0,36 0,35 0,41 0,39 ~ 0,44 0,42 0,56

Результаты исследования морозостойкости составов ячеистого золошлакобетона, представленные в табл. 4, свидетельствуют о том, что образцы с отношением 3/Ц=4:1 после 45 циклов испытаний теряют в прочности 16%; у образцов с отношением 3/Ц=3,5:1 после 65 циклов потеря прочности составила 18%; у образцов с отношением 3/Ц=3:1 потеря прочности аналогична; у образцов с отношением 3/Ц=2,5 потеря прочности после 65 циклов составило уже 23%.

При отношении 3/Ц=3,5:1 удалось получить ячеистый золошлакобетон, выдерживающий 75 циклов замораживания и оттаивания, при этом потери в массе составили около 5%, что нормируется ГОСТом после 15 циклов, а по показателям прочности указанные образцы превышают нормативные требования.

Таблица 4 - Результаты испытаний образцов ячеистого золошлакобетона на морозостойкость.

Количество циклов замораживания-оттаивания

Предел прочности на сжатие, МПа

3/Ц = 2,5

12,0

з/ц=з

12,3

3/Ц = 3,5 12,5

3/Ц = 4

11,8

10

12,4

12,6

12,8

Н.9

15

20

12Д 12,2

12,5 12,5

12,6 12,6

11,8 11,8

25

12,1

12,5

12,6

11,8

30 35

11,9 11,8

12,2 12,1

12,2 12,0

11^6 11,0

40

11,4

11,9

11,9

10,8

45

10,9

11,6

11,8

10,2

50 55

10,6 10,2

11.4

10.5

11,6 10,9

9,9 8,4

60

10,0

10,9

10,5

7,1

65

9,6

10,0

10,2

6,3

70 75

8,5

9^3 8,8

9,5 8,2

5.2

3.3

80

8,2

8,0

7,4

85

7,6

7,2

6,8

Кроме того, нами было исследовано адсорбционное влагопоглощение разработанного ячеистого золошлакобетона в сравнении с керамзитобетоном примерно с одинаковой средней плотностью при различной относительной влажности наружного воздуха (от 0 до

100%). Установлено, что разработанный ячеистый золошлакобетон имеет значительно лучшие показатели по адсорбционному влагопоглощению (при 100% относительной влажности воздуха - в 1,5... 1,6 раза лучше по сравнению с керамзитобетоном), а значит и теплофизические свойства при эксплуатации. Причем это отмечается у всех составов ячеистого золошлакобетона. Это можно объяснить образованием тонких полимерных пленок на поверхности открытых и закрытых пор ячеистого золошлакобетона.

В пятой главе представлены рекомендации по изготовлению изделий плотной и ячеистой структуры из золошлакобетона, затворяемого водорастворимым полимером и показано опытное внедрение результатов диссертационных исследований

В соответствии с требованиями Государственного заказа на научно-исследовательскую работу «Композиция-2» были проведены мероприятия по внедрению результатов диссертационных исследований на реальных объектах. В связи с тем, что параллельно исследовались два направления использования полимерной добавки (ПВС) -в качестве пластифицирующего и гидрофобизирующего компонента морозостойких золошлаковых бетонов и порообразующих добавок в ячеистых золошлаковых бетонах, результаты диссертационных исследований внедрялись в двух организациях - войсковой части 55603, имеющей лицензии на право производства бетонных изделий и строительства объектов; в производственном объединении ЗАО «Хохольский песчаный карьер», также имеющем лицензию на право производства бетонных изделий различного назначения.

В войсковой части 55603 на основании результатов диссертационных исследований были разработаны технологические карты производства ячеистых золошлакобетонов для возведения хозяйственного блока указанной войсковой части. На момент укладки блоков их средняя прочность на сжатие составляла 9...9,5 МПа. За период проведенных работ было изготовлено около 130 м3 ячеистых золошлакоблоков. Экономический эффект при этом составил 23 тыс. рублей, по сравнению с использованием силикатного кирпича. Расчеты производились бухгалтерией войсковой части 55603 в ценах 2003 года.

Внедрение рецептур мелкозернистого морозостойкого золошлакобетона производили на базе ЗАО «Хохольский песчаный карьер». В стандартную технологию производства тротуарной плитки были внесены следующие изменения: дополнительно был оборудован пост приготовления 7% раствора ПВС, пост подготовки и пост термообработки золошлака.

Проведены испытания полученных тротуарных плиток на морозостойкость, водопоглощение и истираемость в сравнении с ранее производившимися тротуарными плитками. Результаты испытаний представлены в табл. 5.

Расход сырьевых материалов на 1 м3 золошлакобетонной смеси средней плотностью 1900... 1950 кг/м3 использовавшийся при изготовлении указанных плиток, составил: золошлаковая смесь - 1330 кг; портландцемент М400 - 380 кг; пластификатор ЛСТ - 1,6 кг; 7% водный раствор ПВС - 218 кг.

Таблица^ - Физико-механические показатели тротуарных плиток.

г 1 № I Показатель Состав №1 (без ПВС) Состав №2 (на ПВС)

Средняя плотность, кг/м3 1935 1950

Морозостойкость, количество циклов 80 150

! з Водопоглощение, % 12,5 8,1

1 4 Предел прочности на сжатие, МПа 38...40 44...45

Расчет себестоимости и ориентировочной стоимости тротуарной плитки произведен финансово-экономическим отделом ЗАО «Хохольский песчаный карьер». Стоимость 1 м2 тротуарной плитки предложенного состава - 274 рубля, тогда как традиционно выпускающаяся плитка имеет цену 284 рубля за 1 м2.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены различные направления использования золошлаковых отходов тепловых электростанций и выделены наиболее перспективные с точки зрения полной утилизации золошлаковых отходов как таковых. Выделено направление, которое обосновывает применение водорастворимых полимеров в качестве затворяющей субстанции для повышения физико-механических характеристик цементных композиций на основе золошлаковых отходов топливной промышленности.

2. На основе анализа основных характеристик ПВС и синтетического латекса СКС-30 ШХП и результатов проведенных исследований, установлено, что введение указанных полимеров повышает значения физико-механических характеристик золошлакобетона. Показано, что в качестве затворителя золошлакобетонных смесей целесообразно использовать раствор синтетического латекса СКС-30 ШХП с сухим остатком 30% и 7% водный раствор ПВС.

3. На основании проведенных исследований гранулометрического состава золошлаковых смесей Воронежской ТЭЦ-1 установлено, что преобладают фракции размером 0,16 и 0,315 мм, что указывает на возможность использования указанных смесей без домола. По результатам проведенных экспериментальных исследований по отысканию оптимума компонентного состава золошлаковых смесей были получены регрессионные уравнения, решение которых позволило установить следующее: использование золошлаковых смесей с отношением 3/Ц=3:1 и менее нецелесообразно; при отношении 3/Ц=3,5:1 локальный оптимум свойств находится в области, соответствующей следующим концентрациям различных фракций: мелкая до 10%, средняя - 5...20%, крупная - 60...80%; при отношении 3/Ц=4:1 локальный оптимум соответствует следующим концентрациям фракций: мелкая - 10...20%, средняя - 0...5%, крупная - 60...80%.

4. Установлено, что введение пластификаторов свыше 0,5% от массы цемента в золошлаковые смеси, затворяемые водорастворимыми полимерами экономически нецелесообразно. Максимальный пластифицирующий эффект достигается при использовании пластификаторов СБ-3 совместно с 7% водным раствором ПВС и С-3 совместно с латексом СКС-30 ШХП. При этом вязкость указанных смесей снижается в 2 раза.

5. Определен оптимальный режим выдержки и термообработки образцов из мелкозернистого плотного золошлакобетона затворяемого 7% водным раствором ПВС и латексом СКС-30 ШХП. Лучшие результаты получены при следующих режимах: выдержка образцов при комнатной температуре - 4...6 часов; термообработка при температуре +75...80°С в течение 9 часов (2 часа подъем температуры, 5 часов изотермическая выдержка и 2 часа остывание).

6. В результате проведенных исследований на морозостойкость оптимальных составов композиций установлено, что наиболее морозостойки образцы мелкозернистого золошлакобетона, содержащие ПВС, при этом они выдерживают более 150 циклов замораживания и оттаивания без снижения прочности и массы ниже нормативных характеристик. Для образцов оптимальной рецептуры были определены основные физико-механические характеристики. Установлено, что для указанных образцов максимальные значения прочностных характеристик достигаются на 180 сутки, а именно: прочность на сжатие - 54 МПа, прочность на растяжение при изгибе - 4,6 МПа.

7. Установлено, что для ячеистых золошлакобетонов затворяемых 7% водным раствором ПВС или латексом СКС-30 ШХП, оптимальная концентрация порообразователей с позиций воздухововлечения, средней плотности и прочности составляет 3% от массы цемента. При указанной концентрации ТНФ средняя плотность ячеистых золошлакобетонов составила 1000... 1110 кг/м3, у ячеистых золошлакобетонов с ОП-7 - 1100... 1175 кг/м3, у ячеистых золошлакобетонов с СНВ - 1185... 1220 кг/м3, причем, наиболее эффективно применение порообразователя ТНФ для ячеистого

золошлакобетона, содержащего ПВС. Для ячеистых золошлакобетонов, содержащих латекс СКС-30 ШХП, действие всех порообразователей ингибируется стирольными группами, которые входят в состав указанного латекса, поэтому снижение средней плотности у этих образцов происходит менее интенсивно. Установлены зависимости показателей прочности, средней плотности и воздухововлечения золошлакобетона от количества и вида вводимого поризатора при различных соотношениях золы и шлакового песка и различных режимах перемешивания в смесителях принудительного действия.

8. Разработаны новые составы и технология высокоподвижного ячеистого золошлакобетона для ограждающих конструкций. Установлено, что введение пенообразователя ТНФ в 7% водный раствор ПВС увеличивает степень пенной поризации и подвижность смеси за счет комплексного эффекта снижения поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз и стабилизации воздушных пузырьков в смеси.

9. При изотермической выдержке с температурой +65°С в течение 10 часов удается достичь максимальной прочности на сжатие (12,5 МПа) у образцов ячеистого золошлакобетона затворенных 7% водным раствором ПВС. Установлено, что оптимальным, с точки зрения экономичности и достижения максимальных прочностных характеристик, является режим термообработки образцов ячеистого золошлакобетона по схеме 2+10+2 ч, при температуре изотермической выдержки образцов ячеистого золошлакобетона +65 С.

10. Проведены исследования теплопроводности ячеистого золошлакобетона, содержащего водорастворимые полимеры и установлено, что при увеличении влажности до 30% показатель его теплопроводности возрастает. Однако он значительно меньше, чем у ячеистого золошлакобетона с такой же средней плотностью, но не содержащих полимерных добавок. Ячеистый золошлакобетон средней плотностью 1000 кг/м3 при отношении 3/Ц в пределах 3:1...3,5:1 выдержал более 75 циклов замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения. Коэффициент морозостойкости (Ям / Я*) ячеистого золошлакобетона при отношении 3/Ц=3,5:1 составил 0,92.

11. Исследованиями адсорбционного влагопоглощения разработанного ячеистого золошлакобетона по сравнению с керамзитобетоном одинаковой средней плотности при различной относительной влажности наружного воздуха (от 0 до 100%) установлено, что разработанный ячеистый золошлакобетон имеет значительно лучшие показатели по влагопоглощению (при 100% относительной влажности воздуха в 1,5... 1,6 раза).

12. Разработаны рекомендации по технологии приготовления плотных и ячеистых золошлакобетоннных смесей и изготовления изделий из указанных смесей, затворяемых водорастворимыми полимерами. Проведено опытное внедрение результатов диссертационных исследований по двум направлениям: организовано производство морозостойкой тротуарной плитки на базе ЗАО «Хохольский песчаный карьер», при этом стоимость 1м2 плитки из предложенного материала составила 274 рубля, тогда как традиционно выпускающаяся плитка имела цену 284 рубля за 1 м2, составы ячеистого золошлакобетона нашли применение при производстве мелких стеновых блоков для возведения хозяйственных построек в войсковой части 55603. За период проведенных работ было изготовлено около 130 м3 ячеистых золошлакоблоков. Экономический эффект составил 23 тыс. рублей, по сравнению с использованием силикатного кирпича. За счет улучшенных теплотехнических характеристик и повышенния прочности на сжатие ячеистого золошлакобетона удалось уменьшить толщину несущих стен.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Внуков А.Н. К вопросу получения вяжущих для каутонов на основе жидких дивиниловых каучуков с концевыми функциональными группами / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш, Д.Н. Внуков // Сборник научно-методических статей Пензенская ГАСА Выпуск 19. - Пенза, 2002. - С. 51 - 52. Лично автором выполнена 1 стр.

2. Внуков А.Н. Механизм передачи напряжения от матрицы к наполнителю / А.Н. Внуков, B.C. Сухий // Совершенствование наземного обеспечения авиации / Межвузовский сборник научно-методических трудов (часть-I) - Воронеж: ВВАИИ, 2002. -С. 24-29. Лично автором выполнено 5 стр.

3. Внуков А.Н. К вопросу использования жидких бутадиеновых каучуков в строительстве / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш, Д.Н. Внуков // Сборник статей 56 Научно-технической конференции. - Воронеж: ВГАСУ, 2002. - С. 34 - 36. Лично автором выполнена 1 стр.

4. Внуков А.Н. Влияние режимов термообработки мелкозернистых бетонов на их прочностные характеристики / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш, Ю.А. Боровлев, Ю.А. Попов // Совершенствование наземного обеспечения авиации. Материалы Всероссийской научно-практической конференции (22-23 октября 2003 года). МО РФ, Управление военного образования МО РФ, Комитет по образованию администрации Воронежской области. Воронеж: Воронежский ВАИИ, 2003. - С. 108. Лично автором выполнено 0,5 стр.

5. Внуков А.Н. Золошлаковые смеси - эффективный наполнитель для бетонополимеров / А.Н. Внуков // Материалы и технологии XXI века: Сборник статей II Международной научно-технической конференции. - Пенза, 2004. - С. 43-45. Лично автором выполнено 3 стр.

6. Внуков А.Н. Режимы термообработки мелкозернистых бетонов и их прочностные характеристики / А.Н. Внуков // Материалы и технологии XXI века: Сборник статей II Международной научно-технической конференции. - Пенза, 2004. - С. 48-49. Лично автором выполнено 2 стр.

7. Внуков А.Н. Влияние пластификаторов на подвижность шлакозолобетонной смеси / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш // XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 80-летию со дня рождения академика В.П. Макеева. Краткие сообщения. -Екатеринбург: УрО РАН, 2004. - С. 67-69. Лично автором выполнено 2 стр.

8. Внуков А.Н. Повышение водо- и морозостойкости шлакозолобетонов введением водорастворимых полимеров / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции. - Пенза, 2004. - С. 47-49. Лично автором выполнено 2 стр.

9. Внуков А.Н. Пенообразователи в производстве ячеистых золобетонов / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш, М.В. Смышляев // Сборник научно-методических материалов. Выпуск № 27. - Воронеж: Воронежский ВАИИ. 2004. - С. 37 - 41. Лично автором выполнено 3 стр.

10. Внуков А.Н. Основные свойства зол ТЭЦ-1 г.Воронежа / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш, P.A. Пилюгин // Сборник научно-методических материалов. Выпуск № 27. -Воронеж: Воронежский ВАИИ. 2004. - С. 119 - 123. Лично автором выполнено 3 стр.

11. Внуков А.Н Технические требования к золам и вяжущим, применяемым для изготовления ячеистого золобетона / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш, М.А. Игонин // Сборник научно-методических материалов. Выпуск № 27. - Воронеж: Воронежский ВАИИ. 2004.-С. 32-36. Лично автором выполнено 3 стр.

Лицензия Серия А №000858 от 10.06 2003 г. Подписано в печать 16 05.2005 г. Формат 60*84/16 Изд л 1,0 Бумага для множительных аппаратов Тираж 100 экз. Заказ №382 Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище 394064, г. Воронеж, ул Ст. Большевиков, 54 «а»

*

1

ï

I

I í í

!

Г

1

!

>

! %

í

)

Ii

РНБ Русский фонд

2005-4 29990

i з am 20С5

f,t/

1694

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. 4 1.1 Общая характеристика отходов топливной промышленности и их применение в строительстве.

1.2 Основные физические характеристики зол и шлаков топливной промышленности г. Воронежа.

1.3 Химический и фазово-минералогический состав зол и шлаков ТЭЦ-1 г. Воронежа.

1.4 Влияние золошлаков ТЭЦ на свойства бетонной смеси и структуру затвердевшего бетона.

1.5 Повышение физико-механических характеристик золошлако-бетонов путем применения водорастворимых полимеров.

1.6 Цель и задачи исследований, научная гипотеза работы.

Выводы по главе.

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ИССЛЕДОВАНИЯХ.

2.1 Характеристика сырьевых материалов.

2.1.1 Зола, шлак и их смеси.

2.1.2 Поливиниловый спирт.

2.1.3 Латекс синтетический СКС-3О ШХП.

2.1.4 Цементы.

2.1.5 Пластификаторы.

2.1.6 Поверхностно-активные вещества.

2.2 Методики исследования реологических свойств золошлакобе-тонной смеси и основных физико-механических свойств зо-лошлакобетонов.

2.2.1 Определение удобоукладываемости золошлакобетонной смеси.

2.2.2 Определение средней плотности золошлакобетона.

2.2.3 Определение водопоглощения золошлакобетона.

2.2.4 Определение морозостойкости золошлакобетона.

2.2.5 Определение пористости золошлакобетона.

2.2.6 Определение прочности на сжатие золошлакобетона. 2.2.7 Определение прочности на поперечный изгиб.

2.2.8 Определение истираемости золошлакобетона.

Выводы по главе.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СОСТАВОВ МОРОЗОСТОЙКО ГО МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ЗОЛОШЛАКОБЕТОНА С ДОБАВКАМИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ.

3.1 Исследование влияния гранулометрического состава золошла-ковой смеси на водопотребность и прочность мелкозернистого золошлакобетона.

3.2 Исследования влияния пластификаторов на удобоукладывае-мость золошлакобетонной смеси.'.

3.3 Особенности тепловой обработки изделий из золошлакобетонной смеси подвижной консистенции.

3.4 Исследование морозостойкости и водонепроницаемости мелкозернистого золошлакобетона с добавками водорастворимых полимеров.

Выводы по главе.

4 РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СОСТАВЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО ЗОЛОШЛАКОБЕТОНА БЕЗАВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ С ДОБАВКАМИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ.

4.1 Свойства ячеистого золошлакобетона.

4.1.1 Общие сведения и классификация.

4.1.2 Основные физико-технические свойства ячеистого золошлакобетона.

4.2 Исследования по разработке и назначению рациональных составов ячеистых золошлакобетонов.

4.3 Исследование влияния режимов перемешивания на воздухо-вовлечение в золошлакобетонную смесь.

4.4 Исследование режимов термообработки ячеистого золошлако-бетона.

4.5 Изучение процессов влагопереноса в исследуемых ячеистых золошлакобетонах. ц 4.6 Исследование теплопроводности и морозостойкости разработанного ячеистого золошлакобетона.

Выводы по главе.

5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЗОЛОШЛАКОБЕТОНА, ЗАТВОРЯЕМОГО ВОДОРАСТВОРИ-* МЫМ ПОЛИМЕРОМ. ОПЫТНОЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 Рекомендации по изготовлению изделий плотной и ячеистой структуры из золошлакобетона, затворяемого водорастворимым полимером.

5.1.1 Испытание и подготовка сырья.

4 5.1.2 Приготовление плотной и ячеистой золошлакобетонной смеси.

5.1.3 Формование изделий из плотной и ячеистой золошлакобетонной смеси.

5.1.4 Термообработка изделий, распалубка, складирование, хранение и транспортирование изделий из плотного и ячеистого золошлакобетона.

5.2 Внедрение результатов диссертационных исследований.

Выводы по главе.

Актуальность работы. Современные тенденции развития промышленного производства различной продукции характерны тем, что природные ресурсы истощаются, а отходы производства, как в мире, так и особенно в странах СНГ, наращиваются. Больше всего отходов образуют предприятия горнодобывающих, металлургических и теплоэнергетических отраслей. Огромные скопления этих отходов нарушают экологическое равновесие в природе, являются источником загрязнения окружающей среды, зачастую под отвалы занимаются необходимые для народного хозяйства земли. Нагрузка на окружающую среду достигла такого уровня, при котором сама природа уже не в состоянии восстановить нарушенное экологическое равновесие.

На 11-ом международном симпозиуме в Орландо (1995 год) приводились данные о выходе и использовании золы тепловых электростанций, из которых видно, что большинство стран мира используют 55.90 % зольного выхода, в том числе в строительстве от 35 до 70 % [85]. Страны СНГ зани-, мают в этом по существу одно из последних мест (7 % в целом и 4,4 % в строительстве). В России использование золошлаковых отходов за период с 1995 года по настоящее время снизилось на 30 % и более. В строительстве золошлаковые отходы применяются в основном при производстве железобетонных и бетонных изделий. В связи с этим, несмотря на наличие многочисленных работ отечественных и зарубежных исследователей и ученых-производственников, разработавших рекомендации, ГОСТы и технологии применения золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭЦ в бетонах, требуется комплексный подход к решению этой проблемы. Необходимы такие теоретиче-' ские и практические разработки и предложения, которые позволят использовать твердые отходы каждого предприятия, золы и шлаки каждой электростанции и каждой котельной на 100 %, сокращая применение в бетонах природных и искусственно созданных заполнителей, а также цемента, ликвидируя золошлакоотвалы как таковые. Это позволит решить триединую задачу: экологическую (ликвидацию отходов), экономическую (стоимость бетонов из вторичных ресурсов значительно дешевле) и социальную (увеличение строительства жилья и других объектов за счет утилизации отходов).

Минтопэнерго разработан «Каталог технологий по утилизации золош-лаковых отходов ТЭЦ», в котором приведена классификация 6-ти направлений использования ЗШО. В каталоге только в разделах «Строительный комплекс» и «Промышленность стройматериалов», собрано свыше 350 известных технологий и разработок, которые могут быть использованы для ресурсосбережения и охраны природы. Однако, несмотря на достаточную технологическую проработанность проблемы, она требует своего дальнейшего изучения и углубления. Проблема использования в строительстве твердых отходов ТЭЦ имеет две стороны: теоретическую и практическую.

Теоретическая заключается в том, что из этих отходов еще не были разработаны составы и технологии безавтоклавных бетонов с добавками водорастворимых полимеров обладающих такими качествами, как: высокой подвижностью для исключения виброобработки при формовании изделий; высокой морозостойкостью; создание малоцементных бетонов на основе низкокальциевых зол и исследование процесса их структурообразования. .

Практическая сторона проблемы упирается в отсутствие: эффективных проектов и специального оборудования; инвестиций и экономической заинтересованности ТЭЦ и потребителей в увеличении использования ЗШО; налоговых и штрафных санкций к ТЭЦ, игнорирующих природоохранные требования, и льгот для экологически чистых предприятий.

В связи с этим есть необходимость дальнейшего продолжения исследований в области разработки малоцементных бетонов, содержащих отходы топливной промышленности и обладающих комплексом благоприятных физико-механических свойств.

Целью работы является разработка рецептур эффективных золошла-кобетонов с использованием в качестве затворителя 7 % водного раствора поливинилового спирта и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП, исследование свойств полученных композитов, выяснение роли влияющих факторов в формировании структуры плотных и ячеистых золошлакобетонов с использованием в качестве затворителей указанных полимеров, выдача рекомендаций по их приготовлению и применению.

Задачи исследования:

- научно-практическое обоснование возможности получения плотных и ячеистых золошлакобетонов при использовании в качестве затворителей 7 % водного раствора поливинилового спирта и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП;

- выяснение роли влияющих факторов в формировании структуры плотных и ячеистых золошлакобетонов при использовании в качестве затворителей 7 % водного раствора поливинилового спирта и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП;

- исследование влияния вида и количества пластифицирующих добавок на реологические свойства золошлако-цементных смесей, установление зависимостей основных физико-механических характеристик золошлакобе-тонных композиций от вида и количества указанных добавок, исследование морозостойкости золошлакобетонов;

- исследование влияния режимов перемешивания, вида и количества пенообразователей, режимов тепловой обработки на процесс структурообра-зования ячеистых золошлакобетонов при использовании указанных водорастворимых полимеров;

- разработка рациональных составов плотного и ячеистого золошлако-бетона, при использовании в качестве затворителей 7 % водного раствора поливинилового спирта и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП, исследование их основных физико-механических характеристик по существующим методикам;

- оценка технико-экономического эффекта результатов внедрения;

- разработка рекомендаций по результатам исследований и их опытное внедрение в производство.

На защиту выносятся:

- новый строительный композиционный материал - золошлакобетон плотной и ячеистой структуры безавтоклавного твердения, на основе крупнотоннажных отходов топливной промышленности - золошлака Воронежской ТЭЦ-1 с использованием в качестве затворителей 7 % водного раствора поливинилового спирта и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП, с комплексом свойств, обеспечивающих его эффективность при использовании в несущих и ограждающих конструкциях;

- предлагаемые составы золошлакобетонов плотной и ячеистой структуры безавтоклавного твердения с добавками водорастворимых полимеров, полученные в результате оптимизации его деформационно-прочностных и технологических свойств;

- результаты исследования водо- и морозостойкости золошлакобетонов плотной и ячеистой структуры;

- результаты исследования деформационно-прочностных свойств золошлакобетонов плотной и ячеистой структуры и полученные аналитические, зависимости для определения его характеристик;

- результаты исследования технологических параметров, позволяющих получать золошлакобетоны плотной и ячеистой структуры с заданными показателями прочности, плотности, пористости, водо- и морозостойкости;

- рекомендации по технологии приготовления и применению разработанных рецептур золошлакобетонов в строительстве;

- показатели экономической эффективности.

Научная новизна работы заключается в создании эффективных золошлакобетонов плотной структуры и ячеистых безавтоклавного твердения, с использованием в качестве затворителя 7 % водного раствора поливинилового спирта и латекса СКС-30 ШХП с использованием крупнотоннажных отходов топливной промышленности, отличающихся комплексом благоприятных физико-механических характеристик.

Впервые изучено влияние водорастворимых полимеров, не требующих отвердителей, используемых в качестве затворителей, режимов безавтоклавной термообработки на прочность, плотность, водо- и морозостойкость разрабатываемых золошлакобетонов плотной и ячеистой структуры.

На основе сравнительного анализа доказана эффективность использования в качестве затворителей 7 % водного раствора поливинилового спирта и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП.

Разработаны составы морозостойкого мелкозернистого и ячеистого золошлакобетонов, затворяемых водорастворимыми полимерами, определены их нормативные прочностные характеристики.

Исследованы технологические параметры приготовления золошлакобетонов плотной и ячеистой структуры безавтоклавного твердения и их влияние на физико-механические характеристики разработанных бетонов.

Разработаны рекомендации по технологии приготовления и применению указанных золошлакобетонов в строительстве.

Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплексных методов исследований, включающих: патентно-информационный анализ; стандартные методики определения реологических и физико-механических свойств получаемых золошлакобетонов. Использованы методы математической статистики и программные средства расчетов на ЭВМ.

Теоретическую основу исследования составили основы положения физикохимии полимеров, а также технические решения задач по оптимизации составов композиционных материалов на основе золошлакобетонов с добавками водорастворимых полимеров.

Практическое значение. Разработан и исследован новый строитель-. ный композиционный материал с использованием в качестве затворителей водорастворимых полимеров не требующих отвердителей, на основе крупнотоннажных отходов топливной промышленности ТЭЦ-1 города Воронежа, позволяющий создавать строительные изделия и конструкции высокой водо-и морозостойкости с улучшенными прочностными характеристиками, а также увеличить эффективность, долговечность и надежность строительных сооружений в целом.

Определены рациональные области применения разработанных золош-лакобетонов плотной и ячеистой структуры безавтоклавного твердения.

Опытное внедрение данного материала в производство доказало его высокую эффективность, долговечность, а также экономическое и практическое превосходство перед применяемыми в производстве аналогичных материалами.

Использование местных сырьевых материалов, в том числе крупнотоннажных техногенных отходов, не только снижает себестоимость золошлако-бетона, но и способствует улучшению экологической ситуации в регионе.

Реализация работы. Выявленные зависимости и разработанные составы плотных и ячеистых золошлакобетонов безавтоклавного твердения с добавками водорастворимых полимеров получили проверку в натурных условиях и опытном внедрении. Результаты исследований использованы:

- при производстве тротуарных плиток из мелкозернистого золошла-кобетона на ЗАО «Хохольский песчаный карьер»;

- при производстве мелких стеновых блоков из ячеистого золошлако-бетона безавтоклавного твердения на базе строительных мощностей в/ч 55603 города Гатчина Ленинградской области;

- при чтении лекций курсантам Воронежского ВАИИ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

Достоверность полученных результатов и выводов по работе обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием современных средств исследований и измерений, применением математических методов планирования экспериментов и статистической обработкой результатов, а также опытными испытаниями и их положительным практическим эффектом. Результаты работы нашли отражение в учебном процессе.

Личное участие автора состоит в разработке рекомендаций по приготовления золошлакобетонной смеси с добавками 7 % водного раствора поливинилового спирта и бутадиен-стирольного латекса СКС-30 ШХП, проведении исследований реологических свойств золошлакобетонной смеси и основных физико-механических свойств золошлакобетонов, а также в обработке и анализе опытных данных.

Публикации и апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 11 печатных работах.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технической конференции Пензенской ГАСА (г. Пенза, 2002 г.), научно-технической конференции ВГАСУ (г. Воронеж, 2002 г.), межвузовской научно-технической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» ВВАИИ (г. Воронеж, 2002 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» ВВАИИ (г. Воронеж, 2003 г.), двух международных научно-технических конференциях «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2004), XXIV Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 80-летию со дня рождения академика В.П. Макеева УрО РАН (г. Екатеринбург, 2004 г.), международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (г. Пенза, 2004 г.), трех конференциях ВВАИИ (г. Воронеж, 2004 г.).

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять разделов, основные выводы, список использованных источников из 116 наименований и 3 приложений. Работа содержит 181 страниц сквозной нумерации, включая 18 рисунков, 29 таблиц и 3 приложения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены основные направления использования золошлаковых отходов тепловых электростанций и выделены наиболее перспективные с точки зрения полной утилизации золошлаковых отходов как таковых, одним из которых обосновано применение водорастворимых полимеров в качестве затворяющей субстанции для повышения физико-механических характеристик композиций на основе золошлаковых отходов топливной промышленности.

2. Вид водорастворимого полимера оказывает влияние на физико-механические характеристики получаемых изделий. На основе анализа основных характеристик поливинилового спирта и синтетического латекса СКС-30 ШХП и результатов проведенных исследований, установлено, что введение указанных полимеров повышает значения физико-механических характеристик золошлакобетона. Показано, что в качестве воды затворения целесообразно использовать раствор синтетического латекса СКС-30 ШХП с сухим остатком 30 % и 7 % водный раствор поливинилового спирта.

3. На основании проведенных исследований гранулометрического состава золошлаковых смесей Воронежской ТЭЦ-1 установлено, что преобладают фракции размером 0,16 и 0,315 мм, что указывает на возможность использования указанных смесей без домола. В результате проведения исследований по отысканию оптимума компонентного состава золошлаковых смесей были получены регрессионные уравнения, анализ которых позволило установить следующее:

- использование золошлаковых смесей с отношением 3/Ц = 3,0 и менее нецелесообразно;

- при отношении 3/Ц = 3,5 локальный оптимум свойств находится в области, соответствующей следующим концентрациям различных фракций: мелкая до 10 %, средняя - 5.20 %, крупная 60.80 %; - при отношении 3/Ц = 4,0 локальный оптимум соответствует следующим концентрациям фракций: мелкая - 10.20 %, средняя 0.5 %, крупная 60.80 %.

4. Установлено, что введение пластификаторов свыше 0,5 % по массе в золошлаковые смеси, затворяемые водорастворимыми полимерами экономически нецелесообразно. Максимальный пластифицирующий эффект достигается при использовании пластификаторов СБ-3 совместно с 7 % водным раствором ПВС и С-3 совместно с латексом СКС-30 ШХП. При этом вязкость указанных смесей снижается в 2 раза.

5. Отработан оптимальный режим выдержки и термообработки образцов из мелкозернистого плотного золошлакобетона затворяемого 7 % водным раствором ПВС и латексом СКС-30 ШХП в лабораторном сушильном шкафу. Лучшие результаты получены при следующих режимах: выдержка образцов при комнатной температуре -4.6 часов; термообработка в сушильном шкафу при температуре +75.80 °С в течение 9 часов (2 часа подъем температуры, 5 часов изотермическая выдержка и 2 часа остывание).

6. В результате проведенных исследований оптимальных составов композиций на морозостойкость установлено, что наиболее морозостойки образцы мелкозернистого золошлакобетона, содержащие поливиниловый спирт, при этом они выдерживают более 150 циклов замораживания и оттаивания без снижения прочности ниже нормативных характеристик. Для образцов оптимальной рецептуры были определены основные физико-механические характеристики. Установлено, что для указанных образцов максимальные значения прочностных характеристик достигаются на 180 сутки, а именно: прочность на сжатие - 54 МПа, прочность на растяжение при изгибе-4,6 МПа.

7. Установлено, что для ячеистых золошлакобетонов затворяемых 7 % водным раствором ПВС или латексом СКС-30 ШХП, оптимальная концентрация порообразователей с позиций воздухововлечения, плотности и прочности составляет 3 % по массе. При указанной концентрации ТНФ плотность образцов составила 1000. 1110 кг/м3, у образцов с ОП-7 - 1100. 1175 кг/м3, у образцов с СНВ -1185. 1220 кг/м , причем, наиболее эффективно применение поро-образователя ТНФ для образцов, содержащих поливиниловый спирт. Для образцов, содержащих латекс СКС-30 ШХП, действие всех порообразователей ингибируется стирольными группами, которые входят в состав указанного латекса, поэтому снижение средней плотности у этих образцов происходит менее интенсивно. Установлены зависимости показателей прочности, плотности и воздухововлечения золошлакобетона от количества и вида вводимого по-ризатора при различных соотношениях золы и шлакового песка и различных режимах перемешивания в смесителях принудительного действия.

8. Разработаны новые составы и технология высокоподвижного ячеистого золошлакобетона для ограждающих конструкций. Установлено, что введение пенообразователя ТНФ в 7 % водный раствор ПВС увеличивает степень пенной поризации и подвижность смеси за счет комплексного эффекта снижения поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз (воздух и поверхностно-активное вещество) и стабилизации воздушных пузырьков в смеси.

9. При изотермическом выдерживании в течение 10 часов при температуре +65 °С удается достичь максимальной прочности на сжатие (12,5 МПа) у образцов ячеистого золошлакобетона затворенных 7 % водным раствором поливинилового спирта. Образцы, затворенные латексом СКС-30 ШХП, имели прочность на сжатие ниже на 2 МПа, причем на образцах отмечались трещины, свидетельствующие о вспучивании продуктов вулканизации латекса. Установлено, что оптимальным, с точки зрения экономичности и достижения максимальных прочностных характеристик, является режим термообработки образцов ячеистого золошлакобетона по режиму 2+10+2 ч, при температуре изотермической выдержки образцов ячеистого золошлакобетона +65 °С.

10. Проведены исследования теплопроводности образцов ячеистого золошлакобетона, содержащих водорастворимые полимеры, при этом установлено, что при увеличении влажности до 30 % показатель теплопроводности возрастает. Однако он значительно меньше, чем у образцов с такой же средней плотностью, но не содержащих полимерных добавок. Образцы ячеистого золошлакобетона средней л плотностью 1000 кг/м при отношении 3/Ц в пределах 3.3,5 выдержали более 75 циклов замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения. Коэффициент морозостойкости для образцов из ячеистого золошлакобетона при отношении 3/Ц = 3,5 составил Км / Ик = 0,92.

11. Исследованиями адсорбционного влагопоглощения разработанного ячеистого золошлакобетона в сравнении с керамзитобетоном одинаковой средней плотности при различной относительной влажности наружного воздуха (от 0 до 100 %) установлено, что разработанный ячеистый золошлакобетон имеет значительно лучшие показатели по влагопоглощению (при 100 % относительной влажности воздуха в 1,5. 1,6 раза).

12. Разработаны рекомендации по технологии приготовления плотных и ячеистых золошлакобетоннных смесей и изготовления изделий из указанных смесей, затворяемых водорастворимыми полимерами. Проведено опытное внедрение результатов диссертационных исследований по двум направлениям: организовано производство морозостойкой тротуарной плитки на базе ЗАО «Хохольский песчаный карьер», при этом стоимость 1м2 плитки из предложенного материала составила 274 рубля, тогда как традиционно выпускающаяся плитка имела цену 284 за 1 м2, составы ячеистого золошлакобе-тона нашли применение при производстве строительных блоков в войсковой части 55603. За период проведенных работ было изготовлено около 130 м3 ячеистых золошлакоблоков. Экономический эффект составил 23 тыс. рублей, в сравнении с использованием силикатного кирпича. За счет улучшенных теплотехнических характеристик и повышенной прочности на сжатие удалось уменьшить толщину несущих стен.

1. Алехин Ю.А. Экономическая эффективность использования вторичных ресурсов в производстве строительных материалов Текст. / Ю.А. Алехин, А.Н. Люсов. М.: Стройиздат, 1988. - 342 с.

2. Ахматов М.А. Эффективность применения местных строительных материалов и бетона Текст. / М.А. Ахматов. Нальчик: Эльбрус, 1986. -159 с.

3. Бабачев Г.И. Золы и шлаки в производстве строительных материалов Текст. / Г.И. Бабачев. Киев.: Буд1вельник, 1987. - 133 с.

4. Баженов Ю.М. Технология бетона. Текст.: учебное пособие для ВУЗов. Издание второе, переработанное / Ю.М. Баженов. М.: "Высшая школа", 1987.-416 с.

5. Баранов А.Т. Золобетон ячеистый и плотный Текст. / А.Т. Баранов, Г.А. Бужевич. М.: Госстройиздат, 1960. - 223 с.

6. Бененсон O.E. Использование пылевидной золы ТЭЦ для производства строительных материалов. (Опыт строителей Ангарска) Текст. / O.E. Бененсон, Н.Г. Киселев. М.: Госстройиздат, 1961. - 86 с.

7. Болдырев A.C. Строительные материалы Текст. / A.C. Болдырев, П.П. Золотов, А.Н. Люсов и др. // Справочник. М.: Стройиздат, 1989. - 567 с.

8. Болдырев A.C. Использование отходов в промышленности строительных материалов Текст. / A.C. Болдырев, А.Н. Люсов, Ю.А. Алехин. -М.: Знание, 1983.-64 с.

9. Бондарь Я.П. Применение местных материалов в строительстве Текст. / Я.П. Бондарь. М.: 1972. - 39 с.

10. Бужевич Г.А. Легкие бетоны на пористых заполнителях Текст. / Г.А. Бужевич. М.: Стройиздат, 1970. - 272 с.

11. Вдовенко М.И. Минеральная часть энергетических углей (физико-химическое исследование) Текст. / М.И. Вдовенко. — Алма-Ата: Наука, 1973.-256 с.

12. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве Текст. / М. Венюа. -М.: Стройиздат, 1980.-415 с.

13. Виноградов Б.Н. Влияние заполнителей на свойства бетона Текст. / Б.Н. Виноградов. М.: Стройиздат, 1979. - 223 с.

14. Внуков А.Н. Золошлаковые смеси — эффективный наполнитель для бетонополимеров Текст. / А.Н. Внуков // Материалы и технологии XXI века: Сборник статей II Международной научно-технической конференции. Пенза, 2004. - С. 43^5.

15. Внуков А.Н. Режимы термообработки мелкозернистых бетонов и их прочностные характеристики Текст. / А.Н. Внуков // Материалы итехнологии XXI века: Сборник статей II Международной научно-технической конференции. Пенза, 2004. - С. 48-49.

16. Внуков А.Н. Основные свойства зол ТЭЦ-1 г. Воронежа Текст. / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш, P.A. Пилюгин // Сборник научно-методических материалов. Выпуск № 27. Воронеж: Воронежский ВАИИ, 2004. - С. 119-123.

17. Внуков А.Н. Пенообразователи в производстве ячеистых золобетонов Текст. / А.Н. Внуков, Д.Е. Барабаш, М.В. Смышляев // Сборник научно-методических материалов. Выпуск № 27. Воронеж: Воронежский ВАИИ, 2004. - С. 37 - 41.

18. Волженский A.B. Бетоны и изделия из шлаковых и зольных материалов Текст. / A.B. Волженский, Ю.С. Буров, Б.Н. Виноградов, К.В. Гладких. М.: Стройиздат, 1969. - 392 с.

19. Волженский A.B. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов Текст. / A.B. Волженский, И.А. Иванов, Б.Н. Виноградов. -М.: Стройиздат, 1984.-255 с.

20. Гладких К.В. Изделия из ячеистых бетонов на основе шлаков и зол Текст. / К.В. Гладких. М.: Стойиздат, 1976. - 256 с.

21. Горчаков Г.И. Строительные материалы Текст.: учебник для вузов /

22. Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов. -М.: Стройиздат, 1986. 688 с.

23. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и методы испытаний. .Текст. М.: Издательство стандартов, 1986. - 38 с.

24. ГОСТ 166-80. Штангенциркуль. Текст. М.: Издательство стандартов, 1980.-6 с.

25. ГОСТ 215-73. Термометры ртутные стеклянные лабораторные. Текст. — М.: Издательство стандартов, 1976. 4 с.

26. ГОСТ 427-75. Линейки измерительные металлические. Текст. М.: Издательство стандартов, 1976. - 9 с.

27. ГОСТ 23732-79. Вода техническая. Текст. М.: Издательство стандартов, 1983.-3 с.

28. ГОСТ 3479-85. Бумага папиросная. Текст. М.: Издательство стандартов, 1986.-3 с. ■

29. ГОСТ 3647-80. Шлифзерно № 16. Текст. М.: Издательство стандартов, 1981.-2 с.

30. ГОСТ 5382-91. Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа. Текст. М.: Издательство стандартов, 1989.-22 с.

31. ГОСТ 6613-86. Сито металлическое с сеткой № 07. Текст. М.: Издательство стандартов, 1987. - 2 с.

32. ГОСТ 8735-88*. Песок для строительных работ. Методы испытаний. Текст. М.: Издательство стандартов, 1989. - 22 с.

33. ГОСТ 10060-87. Методы контроля морозостойкости. Введен с 1.01.88. Текст. — М.: Издательство стандартов, 1987. — 13 с.

34. ГОСТ 10060.0-95. Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования. Текст. М.: Издательство стандартов, 1978. - 7 с. - М.: Издательство стандартов, 1996. - 40 с.

35. ГОСТ 10060.1-95. Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости. Текст. -М.: Издательство стандартов, 1996.-3 с.

36. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. Текст. — М.: Издательство стандартов.

37. ГОСТ 10181.1-80. Смеси бетонные. Методы определения жесткости смеси. Текст. М.: Издательство стандартов, 1983. - 12 с.

38. ГОСТ 10181.0-81. Смеси бетонные. Общие требования к методам испытаний. Текст. М.: Издательство стандартов, 1982. - 2 с.

39. ГОСТ 10181.1-81. Смеси бетонные. Методы определения удобоукла-дываемости. Текст. — М.: Издательство стандартов, 1982. — 7 с.

40. ГОСТ 10181.2-81. Смеси бетонные. Методы определения плотности. Текст. М.: Издательство стандартов, 1982. - 2 с.

41. ГОСТ 12730.0-78. Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости. Текст. М.: Издательство стандартов, 1980. - 2 е.

42. ГОСТ 12730.1-78. Бетоны. Методы определения плотности. Введен с 01.01.80. Текст. — М.: Издательство стандартов, 1978.— 4 с.

43. ГОСТ 12730.2-78. Бетоны. Метод определения влажности. Введен с 01.01.80. Текст. -М.: Издательство стандартов, 1987. 3 с.

44. ГОСТ 12730.3-78. Бетоны. Метод определения водопоглощения. Введен с 01.01.80. Текст. М.: Издательство стандартов, 1987. - 9 с.

45. ГОСТ 12730.4-78. Бетоны. Метод определения показателей пористости. Введен с 01.01.80. Текст. М.: Издательство стандартов, 1987. -8 с.

46. ГОСТ 12730.5-84. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. Введен с 01.01.85. Текст. М.: Издательство стандартов, 1987. —9 с.

47. ГОСТ 13087-81. Бетоны. Методы определения истираемости. Введен с 01.01.82. Текст. -М.: Издательство стандартов, 1981. 10 с.

48. ГОСТ 13474-79. Шкаф сушильный. Текст. М.: Издательство стандартов, 1981.-2 с.

49. ГОСТ 14919-83Е. Электроплиты, электроплитки и жарочные электрошкафы бытовые. Текст. М.: Издательство стандартов. 1988. - 20 с.

50. ГОСТ 18105-86*. Бетоны. Правила контроля прочности. Текст. М.: Стройиздат, 1986. — 10 с.

51. ГОСТ 22685-89. Формы для изготовления контрольных образцов бетона. Технические условия. Текст. М.: Издательство стандартов,1990.-8 с.

52. ГОСТ 22783-77. Бетоны. Метод ускоренного определения прочности на сжатие. Текст. М.: Издательство стандартов, 1978. - 7 с.

53. ГОСТ 24104-80. Весы технические. Текст. М.: Издательство стандартов, 1980.-12 с.

54. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы испытаний. Текст. М.: Издательство стандартов, 1982. - 12 с.

55. ГОСТ 25192-82. Бетоны. Классификация и общие технические требования. Текст. М.: Издательство стандартов, 1983. — 8 с.

56. ГОСТ 25485-89. Бетоны ячеистые. Технические условия. Текст. — М.: Издательство стандартов, 1990. 19 с.

57. ГОСТ 25592-91. Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. Технические условия. Текст. М.: Издательство стандартов,1991.-10 с.

58. ГОСТ 25818-91. Золы-уноса тепловых станций для бетонов. Технические условия. Текст. М.: Издательство стандартов, 1991. - 9 с.

59. ГОСТ 27677-88. Бетоны. Общие требования к проведению испытаний. Текст. -М.: Издательство стандартов, 1988. 5 с.

60. Данилович И.Ю. Использование топливных шлаков и зол для производства строительных материалов Текст. / И.Ю. Данилович, H.A. Сканави. М.: Высшая школа, 1988. — 72 с.

61. Дворкин Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности Текст. / Л.И. Дворкин, И.А. Пашков. — Киев.: Выща школа, 1989. -207 с.

62. Долгарев A.B. Вторичные сырьевые ресурсы в производстве строительных материалов Текст.: справочное пособие / A.B. Долгарев //. -М.: Стройиздат, 1990.-455, 1. с.

63. Зазимко В.Г. Оптимизация свойств строительных материалов Текст. /

64. B.Г. Зазимко.-М.: Транспорт, 1981.- 103 с.

65. Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушения Текст. / Ю.В. Зайцев. — М.: Стройиздат, 1982.- 196 с.

66. Зоткин А.Г. Обеспечение морозостойкости бетонов Текст. / А.Г. Зот-кин // Лекция. Иркутск: Издательство иркутского политехнического института, 1983.— 49 с. , :

67. Иванов И.А. Легкие бетоны с применением зол электростанций Текст. / И.А. Иванов // 2-е издание переработанное и дополненное. -М.: Стройиздат, 1986. 132 с.

68. Козлова В.К. Использование зол тепловых электростанций в производстве строительных материалов Текст. / В.К. Козлова. Барнаул: Алтайское книжное издательство, 1975. — 143 с.

69. Красный И.М. О механизме повышения прочности бетона при введении микронаполнителя Текст. / И.М. Красный // Бетон и железобетон. -М.: Стройиздат, 1987. №5. С. 10-11.

70. Кривицкий М.Я. Ячеистые бетоны. (Технология, свойства и применение) Текст. / М.Я. Кривицкий и.др. М.: Госстройиздат, 1972. - 137 с.

71. Кудрявцев A.A. Бетоны на крупных заполнителях из золы ТЭС Текст. / A.A. Кудрявцев, Ю.М. Романов. — Бетон и железобетон. 1983, №4, С. 15-20.

72. Кудряшев И.Т. Ячеистые бетоны. (Виды, свойства и применение) Текст. / И.Т. Кудряшев, В.П. Куприянов. — М.: Госстройиздат, 1959. — 182 с. ?

73. Лещинский М.Ю. Бетоны и растворы с применением золы ТЭС. (Опыт Украины) Текст. / М.Ю. Лещинский. М.: Знание, 1988. - 62 с.

74. Микульский В.Г. Строительные материалы (материаловедение и технология) Текст.: учебное пособие / В.Г. Микульский. М.: ИАСВ, 2002. - 536 с.

75. Миронов С.А. Бетоны автоклавного твердения Текст. / С.А. Миронов, М.Я. Кривицкий, JI.A. Малинина, E.H. Малинский, А.Н. Счаст-ный. М.: Стройиздат, 1968. - 279 с.

76. НИИ бетона и железобетона. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций. Текст. -М.: Стройиздат, 1986. 80, [2] с.

77. НИИЖБ. Методические рекомендации по определению прочностных и структурных характеристик бетонов при кратковременном и длительном нагружении. Текст. Р-10-76 // М.: 1976.

78. Павленко С.И. Мелкозернистые бетоны из отходов промышленности Текст.: учебное пособие / С.И. Павленко. М.: АСВ, 1997. - 176 с.

79. Павленко С.И. Легкий бетон для наружных стен из золы и шлака ТЭС Текст. / С.И. Павленко, О.Л. Середкин // Известия ВУЗов "Строительство и Архитектура". Новосибирск, 1989. № 2. С. 125 - 128.

80. Пантелеев В.Г. Состав и свойства золы и шлака ТЭС Текст. / В.Г. Пантелеев, Э.А. Ларина, В.А. Мелентьев // Справочное пособие / Энергоатомиздат, Ленинградское отделение Ленинград, 1985, С. 6 -7.

81. Попов H.A. Подбор состава легких бетонов на искусственных пористых заполнителях Текст. / H.A. Попов и др. М.: Госстройиздат, 1962.-83 с.

82. Первушин И.И. Определение эффективности перемешивания мелкозернистых бетонов Текст. / И.И. Первушин //Тр. Проблемной лаборатории силикатных материалов и конструкций / Исследования по цементным и силикатным бетонам. Воронеж: ВГУ, 1966.

83. Помазков В.В. Исследование процессов перемешивания в одноваль-ном лопастном смесителе Текст. / В.В. Помазков, И.И. Первушин //Тр. Проблемной лаборатории силикатных материалов и конструкций / Исследования по цементным бетонам. Воронеж: ВГУ, 1964.

84. Потапов Ю.Б. Отходы ТЭС эффективный наполнитель для поли-мербетонов Текст. / Ю.Б. Потапов, Д.Е. Барабаш // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Современные строительные технологии». - Воронеж.: ВГАСА, 2000, С. 25 - 27.

85. Ратинов В.Б. Химия в строительстве Текст. / В.Б. Ратинов, Ф.М. Иванов. М.: Стройиздат, 1969. С. 92 - 95.

86. Рекитар Я.А. Эффективность использования промышленных отходов в строительстве Текст. / Я.А. Рекитар, И.Я. Стебакова, М.Н. Ромашина. — М.: Стройиздат, 1975. — 184 с.

87. Ренский A.B. Испытания строительных конструкций с применением электротензометрического метода измерения деформаций Текст. / A.B. Ренский, Н.С. Стрижевский. М.: Стройиздат, 1970. - 45 с.

88. Рыбьев И.А. Общий курс строительных материалов Текст.: учебное пособие для строительных вузов / И.А. Рыбьев и др. — М.: Высшая школа, 1987. 584 с.

89. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение Текст.: учеб. пособие для строит, спец. Вузов / И.А. Рыбьев. М.: Высшая школа, 2003. -701 с.

90. Самерсова A.B. Использование золошлаковых отходов ТЭС в СССР и за рубежом Текст. / A.B. Самерсова. Л.: ВНИИГ, 1978. - 136 с.

91. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности Текст. / A.M. Сергеев. Киев: Буд1вельник, 1984. — 119 с.

92. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. Утв. 21.07.82. Госстрой СССР. Текст. -М.: Стройиздат, 1983 г. с. 136.

93. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Госстрой СССР. Текст. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985 г. с. 79.

94. Спивак Н.Я. Применение зол и зольных материалов в индустриальном жилищном строительстве Текст. / Н.Я. Спивак // В сб.: Использование новых легких материалов и отходов производства в строительстве. М.: Стройиздат, 1972. С. 113 - 118.

95. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Машина для испытания на сжатие МС-100. Текст. М.: Министерство приборостроения, 1984. - 143 с.

96. ТУ 21-31 -2-71. Зола теплоэлектростанций как сырье для производства аглопоритового гравия, ячеистого бетона, глинянного и силикатного. Текст.-Введ. 1.01.1972.-М.: 1972.-18 с.

97. ТУ 34-4014-74. Зола-унос тепловых электростанций как добавка в бетоны. Текст. Введ. 1.07.1973. -JL: 1974. - 14 с.

98. Хигерович М.Н. Физико-химические и физические методы исследования строительных материалов Текст. / М.Н. Хигерович, А.Н. Мер-кин. М.: Высшая школа, 1968. С. 134.

99. Химический энциклопедический словарь Текст. / Гл. ред. И.Л. Кнунянц. М.: Советская энциклопедия, 1983. - 792 с.

100. Элинзон М.П. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов Текст. / М.П. Элинзон, С.Г. Васильков. М.: Стройиздат, 1980. - 223 с.

101. Энциклопедия полимеров. Текст. М.: Советская энциклопедия, 1974.-с 787-792.

102. Янов Н.К. Использование промышленных отходов в строительстве Текст. / Н.К. Янов. Киев.: Буд1вельник, 1981. — 61 с.

103. Khayat K.H., and Aitcin, Silica fume in Concrete an Overview // Proceeding fourth International Conference "Fly Ash, Silica Fume, Slag, and Natural Pozzolons in Concrete", Volume 2, Istanbul, Turkey, May, 1992, pp. 835.872. ACI SP 132-46.

104. Luther V.D., and Hansen W., Comporison of creep and shrinkage of high-strength silica fume concretes with fly ash concretes of similar strength //if* Proceeding third CANMET / ACI International conference "Fly Ash, Silica

105. Fume, Slag, and Natural Pozzolons in Concrete", Volume 1, Trondheim, Norway, 1989, ACI SP-124.

106. Malhotra V.M., Fly Ash, Silica Fume, Slag, and other suplementary cementing nateriols for Concrete // Proceeding International Symposiumft "Use of Fly Ash, Silica Fume, Slag, and other by-products in Concrete and

107. Construction Materials" // Miwaukee, Wiskonsin, USA, November, 1992, pp. I.34, University of Wiskonsin, Milwaukee.

108. Pavlenko, S.I. Air-entrained fine-grained ash slag concrete containing waste from TPP for external wall members of civil and industrial buildings.

109. Second International Symposium "Ash a Valuable Resource", Vol. 2, 21i

110. February 1994. Eskom Conference Centre // Halway House.'South Africa, pp. 575 598.

111. Papayianny, J. Concrete with high-calcium fly ash. CANMET/ACI International Conference on Advances in Concrete Technology. May 11-13. 1992. Athens, Greece, pp. 261-284.

112. Zapotoczna Sytek Genowefa. Vliv prdvoznifh podminek v elektrarnach na jakost a vhodnost popilku pro pyrodu porobetonu. "Stavivo" 1977, 55 3.