автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Газобетоны на композиционных вяжущих для монолитного строительства

На правах рукописи

КАРА КАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ГАЗОБЕТОНЫ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 СЕН 2011

Белгород-2011

4853198

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Сулейманова Людмила Александровна

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Урханова Лариса Алексеевна

- кандидат технических наук

Аниканова Татьяна Викторовна

Ведущая организация - Брянская государственная

инженерно-технологическая академия

Защита состоится "6" октября 2011 года в 11-00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.014.01 в Белгородском государственном технологическом университете (БГТУ) им. В.Г. Шухова по адресу:

308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, главный корпус, ауд. 242.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова.

Отзывы на автореферат диссертации, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, БГТУ им. В. Г. Шухова, отдел аспирантуры, тел. (4722) 55-95-78, факс (4722) 55-95-78, e-mail: aspir@intbel.ru.

Автореферат разослан " 5 " сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Г. А. Смоляго

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Экономия топливно-энергетических ресурсов, повышение эффективности тепловой защиты зданий и сооружений, промышленных объектов, внедрение энергоэффективных технологий и материалов являются приоритетными направлениями в развитии как российской, так и мировой экономики.

В сравнении с панельным и кирпичным способами возведения жилья ограждающая конструкция из монолитного ячеистого бетона является одним из самых перспективных материалов по тепло- и энергосбережению. Монолитное стро1гтельство с применением ячеистых бетонов отличается универсальностью, многофункциональностью применения, простотой, высокой производительностью и экономичностью.

Развитие индивидуального домостроения делает

высокоприоритетным производство высококачественных и высокоэффективных строительных материалов, в том числе ячеистых бетонов, полученных по новым технологиям производства с использованием композиционных вяжущих (КВ) и техногенного сырья.

Работа выполнена в рамках задания Федерального агентства по образованию на проведение научных исследований п:о тематическому плану научно-исследовательских работ 1.01.05 «Управление процессами структурообразования цементного камня при синтезе высокоэффективных ячеистых бетонов».

Целью работы является получение энергоэффективного теплоизоляционного газобетона на композиционных вяжущих для монолитного строительства.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка композиционных вяжущих с учетом особенностей формирования структуры газобетона для производства энергоэффективного теплоизоляционного материала;

- оптимизация технологических параметров газобетона на разработанных вяжущих для монолитного строительства;

- разработка технологии производства теплоизоляционного газобетона на КВ для монолитного строительства;

- разработка нормативных документов на производство и применение теплоизоляционных газобетонов на КВ. Внедрение результатов исследований.

Научная новшна работы. Предложены принципы проектирования теплоизоляционного газобетона для монолитного возведения энергосберегающих ограждающих конструкций с учетом

использования композиционных вяжущих с отсевом дробления квархщтопесчаника (КВП) и мелом, заключающиеся в регулировании реологических свойств смеси с целью увеличения эффективной вязкости раствора и интенсификации процессов гидратации клинкерных минералов, что позволяет получать газобетон с улучшенными структурой и показателями качества.

Экспериментально установлено, что в составах гидратированных КВ с отсевом дробления КВП и мелом приведенная к бездобавочному цементу концентрация свободного портландита на всех сроках твердения меньше по сравнению с контрольным бездобавочным цементом, что объясняется его связыванием активным кремнеземистым компонентом отсевов дробления КВП и формированием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция.

Определены количественные параметры фазово-размерной гетерогенности кремнеземистого компонента (отсевов дробления КВП) композиционного вяжущего в виде концентраций полиморфных модификаций кварца, размеров их кристаллитов, а также концентрация аморфной (наноразмерной) фазы кремнезема, обеспечивающей его высокую реакционную активность.

Выявлены особенности реологических свойств суспензий от времени и вида вяжущего, заключающиеся в том, что газоцементные системы на КВ с отсевом дробления КВП и мелом имеют эффективную вязкость с оптимальными характеристиками для вспучивания газобетона и формирования пористой структуры за счет сравнительно быстрого возрастания вязкости смеси и предельного напряжения сдвига.

Получены математические модели зависимости физико-механических характеристик газобетона на основе КВ от технологических параметров (В/Т, количества газообразователя и мела), что позволяет управлять процессом производства теплоизоляционных газобетонов для монолитного строительства и оптимизировать технологический процесс.

Практическая значимость. Разработано специальное композиционное вяжущее с оптимальным содержанием клинкерной составляющей 70 % и прочностью на сжатие не менее 80 МПа, обладающее уникальными свойствами, обеспечивающими стабильность технологических процессов, протекающих на всех стадиях производства газобетона для монолитного строительства.

Разработаны составы газобетонов, позволяющие изготавливать газобетон со средней плотностью 270...300 кг/м3, прочностью на сжатие 1,5... 1,7 МПа, теплопроводностью 0,078.. .0,08 Вт/м°С и морозостойкостью Р15 с возможностью его применения в качестве теплоизоляционного

материала для монсшггного возведения ограждающих конструкций в энергосберегающем малоэтажном домостроении.

Разработаны технологии производства КВ и теплоизоляционных газобетонов на их основе.

Внедрение результатов исследования. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлялась на предприятиях ООО «Экспериментальный цех Экостройматериалы», ООО «СК ЖБК-1» Белгородской области. Теплоизоляционный газобетон на основе КВ применен при монолитном строительстве индивидуальных жилых домов по ул. Белгородской и Почтовой.

Для внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны нормативные и технические документы:

стандарт организации СТО 02066339-003-2011 «Композиционное вяжущее для газобетонов»;

- технологический регламент на производство теплоизоляционного газобетона на композиционном вяжущем для монолитного строительства на предприятии ООО «Экспериментальный цех Экостройматериалы» Белгородской области;

- рекомендации по производству газобетона на композиционных вяжущих для монолитного строительства.

Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению 270800.68 «Строительство» и инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих Международных конференциях: XVI Между народ, науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2009» (Москва, 2009); XI Международная научно-практическая конференция «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2010); XIX научные чтения «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (Белгород, 2010); 2-я Международная научно-практическая конференция «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (Брянск, 2010); Областная научно-практическая конференция «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее» (Белгород, 2010).

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в девяти научных публикациях, в том числе в трех статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Подана заявка на патент per. № 2010110776, приоритет от 22.03.2010 г.

На защиту выносятся:

- принципы оптимизации монолитных теплоизоляционных газобетонов на композиционных вяжущих;

- параметры процесса помола кварцсодержащих добавок и композиционных вяжущих;

- особенности проектирования специальных композиционных вяя^щих для монолитных теплоизоляционных газобетонов;

- закономерности изменения реологических характеристик газоцементных систем в зависимости от вида вяжущего и времени;

- составы композиционных вяжущих и газобетонов на их основе для монолитного строительства;

- математические модели, позволяющие получать газобетон с заданными физико-механическими характеристиками;

- технологии производства композиционных вяжущих и теплоизоляционных ячеистых бетонов для монолитного строительства на их основе;

- результаты опытно-промышленной апробации.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 165 наименований и 7 приложений. Общий объем диссертации 203 страницы машинописного текста, включающих 79 рисунков, 41 таблицу, 10 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Решением проблемы энергосбережения, в том числе экономии топливно-энергетических ресурсов, является сокращение потерь тепловой энергии через ограждающие конструкции зданий и сооружений, вазкную роль в которой играет высокоэффективная строительная тепловая изоляция.

Теплоизо.тяционный неавтоклавный ячеистый бетон, обладающий уникальным сочетанием теплофизических свойств, позволит широко использовать его для утепления ограждающих конструкций и исключить основные недостатки, присущие многослойным системам утепления на основе минеральных и пенополистирольных изделий. К тому же монолитные ограждающие конструкции из >гчеистого бетона лишены недостатков мелкошгучных

изделий из него и позволяют исключить «мостики холода», значительно сократить транспортные расходы, сроки и стоимость строительства.

Основными путями получения газобетона с улучшенными структурой и показателями качества являются разработка алгоритма получения материалов с требуемыми характеристиками на специально разработанных КБ, формовочных смесей с эффективной вязкостью на их основе и приготовление высокопористых систем с использованием различных технологических приемов.

В работе использовали клинкер (ТУ 5739-002.0022284339-94), цемент ЦЕМ I 42,5 Н (ГОСТ 31108-2003) ЗАО «Белгородский цемент»; гипс ОАО «Кубанский гипс - Кнауф», Краснодарский край; мел технический "дисперсный МТД-2 (ТУ 5743-008-05120542-96) ОАО «Мелстром», Белгородская обл.; суперпластификатор «Полипласт П-1» производства ООО «Полипласт Новомосковск»; известь воздушную кальциевую негашеную производства ОАО «Стройматериалы') (ГОСТ 9179-77); газообразователь - пасту алюминиевую STAPA Ahipor производства фирмы ECKART, Германия.

В качестве кварцсодержащих добавок при производстве ЮЗ использовали кварцевые пески Нижне-ольшанского месторождения (Белгородская обл.), Вяземского месторождения (Смоленская обл.), Курского месторождения (Курская обл.), Привольского месторождения (Саратовская обл.), Безлюдовского месторождения (Харьковская обл , Украина) и отсевы дробления КВП ОАО «Лебединского ГОКаз (Белгородская обл.).

При выполнении работы применяли следующие методы исследований: РФА, электронную микроскопию (растровый ионно-электронный микроскоп Quanta 200 3D с рентгеновским эмиссионным микрозондом), гранулометрический анализ распределения частиц на лазерном анализаторе Microsizer. Исследование реолопиеских характеристик цементных растворов проводилось на ротационном вискозиметре «REOTEST-2.1», теплопроводность определялась электронным измерителем ИТП-МГ4, а также использовались метод математического планирования эксперимента со статистической обработкой результатов по разработанной программе и стандартные методы испытания вяжущих и ячеистых бетонов на их основе.

С целью повышения эффективности использования цемента применяли КБ на клинкерной основе (с добавлением 5 % гипса) и на основе портландцемента ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2003 производства ЗАО «Белгородский цемент».

Измельчение цемента составляет три четверти от общих затрат электроэнергии, поэтом}' снижение расхода электроэнергии на помол и повышение его эффективности является приоритетной тенденцией,

направленной на улучшение его качества, и достигается путем выбора вида ПАВ и его дозировки, избирательностью домола цемента, оптимальной энергонапряженностью процесса помола, применением принципиально нового оборудования для измельчения.

Подбор оптимального количества суперпластификатора «Полипласт П-1» (П-1), проведенный методом мини-конуса, показал, что необходимый расплыв конуса 170 мм достигается при содержании добавки в количестве 1 %, а дальнейшее увеличение экономически и технологически не целесообразно.

Помол КВ проводился с заменой клинкерной составляющей кварцсодержащими добавками до 30 % в новом оборудовании для измельчения в центробежном помольно-смесительном агрегате (ЦПСА). обеспечивающем снижение удельных энергозатрат на 35.. .40 %.

Анализ кинетики и кинетических констант помола кварцевых песков и отсевов дробления КВП (рис. 1) показал, что энергетически целесообразно использовать отсевы дробления КВП, частицы которых представлены агрегатами зерен с более развитой поверхностью, многочисленными сколами, заостренными и выщербленными местами в сравнении с кварцевыми песками, что и подгверджается наибольшей начальной скоростью помола II0 = 6,89... 7,3 м7(кг-мин) и малыми коэффициентами торможеиия /с, = 0,0003... 0,0004 кг/м".

Рис. 1. Зависимость прироста удельной поверхности кварцевых песков и отсевов дробления КВП от времени помола: —•— - нижне-ольшанский песок + П-1;

—"— - вяземский песок + П-1; -*--курский песок + П-1; —■— - Вольский песок + П-1;

- безлюдовский песок + П-1; —---нижне-ольшанский песок; —в--вяземский

песок; - курский песок; - Вольским песок; - безлюдовский песок;

—■— - отсевы дробления КВП; —*--отсевы дробления КВП + П-1

Анализ кинетики помола КВ (рис. 2) в ЦПСА позволил определить оптимальное время помола для каждого вида вяжущего по достижении эффективной удельной поверхности Sm = 500... 550 м2/кг.

Анализ кинетических констант помола (табл. 1) показал, что наилучшей размолоспособностью обладает КВ на клинкерной основе с использованием отсевов дробления КВП, имеющее начальную скорость помола Uо = 9,13 м'/(кг-мин) и коэффициент торможения

к, - 0,0007 кг/лг. при этом тонкодисперсные отсевы дробления КВП

позволяют наиболее полно использовать энергетику кристаллической

решетки минералов, накопленную в результате геологических и

т^ногенных воздействий, к

550

| Ш

ч 150

§ 200

В 150

|[00

а 5« Я ^

" 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120130 140 150 0 1» » » ^ 50 « 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Время помола, мин Время помола, мни

Рис. 2. Зависимость прироста удельной поверхности КВ от времени помола:

—|---цемент + нижне-олыпанский песок + П-1 (1); —■— - цемент + вяземский песок +

+ П-1 (2); —*--цемент + курский песок + П-1 (3); —---цемент + Вольский песок +

+ П-1 (4); - цемент + безлюдовский песок + П-1 (5); —«--клинкер + гипс + нижне-

олыпанский песок + П-1 (6); —В— - клинкер + гипс + вяземский песок + П-1 (7);

- клинкер + гипс + курский песок + П-1 (8); - клинкер + гипс + Вольский

песок + П-1 (9); — клинкер + гипс + безлюдовский песок + П-1 (10); «— - цемент +

) отсевы дробления КВП + П-1 (11); — клинкер + гипс + отсевы дробления КВП + П-1 (12)

Таблица 1

Кинетические константы помола КВ

№ состава 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ь\ м"/(кг мин) 3,66 3,49 3,26 2.27 3,47 7,07 6,49 6,42 6,45 5,92 4,64 9,13

кь кг/м 9- 10й 12 КГ1 12-10'4 3-10" 8-10"4 8-10" 8 10"* 8-10"1 81Г1 7-104 11 ю-4 7-10"4

Коэффициент корреляции (кь*) 0,724 0.852 0.965 0.733 0,834 0,965 0,956 0,967 0,971 0,902 0,923 0,997

Гранулометрический анализ показал, что КВ на клинкерной основе имеют полимодальное распределение частиц. Кривые гранулометрического состава КВ на клинкерной основе по сравнению с КВ на основе цемента смещены в область мелких частиц с повышенным их содержанием (рис. 3). При этом КВ на основе клинкера имеют повышенное содержание мелкодисперсных частиц с выраженным максимумом в интервале 0,66...2,7 мкм по сравнению с КВ на основе цемента, что приводит к увеличению скорости гидратации, особенно в ранние сроки твердения, что является важным в технологии газобетонов.

Рис. 3. Распределение частиц КВ по размерам:

■ — 1 —■— — 2; —*--3; -—-4; -5; -6; -7; -8,—1—-%

-10; —*--11; —•--12; -цемент; ----- -клинкер + гипс + П-1

Введение мела в состав КВ приводит к увеличению содержания мельчайших частиц в диапазоне 0,54... 2,21 мкм (рис. 4), что обусловлено особенностями строения самого мела.

к

^-точч-^уо^-' о> г« ю ^■ а - и

О м V 1Л щ м а п -Т со "п'тОО.Ота-н^о" с » ' * и-" Щ « » ¡^ ^

О ООО □ О - - 43 Г- Г1 Г1 СП чэ

Размер частиц, мкм

Рис. 4. Распределение частиц КВ с мелом по размерам: —----11; — - цемент +

+ отсевы дробления КВП + П-1 + мел (13);---12;---клинкер + гипс + отсевы

дробления КВП + П-1 + мел (14)

Реологические кривые суспензий на основе цемента и клинкера имеют классический тиксотропный характер (рис. 5). Использование в системах кварцеодержащих добавок изменяет их тиксотропные свойства,

заключающиеся в снижении эффективной вязкости по сравнению с бездобавочными составами. При этом вязкость КВ. полученных помолом, клинкера больше, по сравнению с КВ. полученными домолом цемента, что можно объяснить ускорением процессов гидратации в ранние сроки.

8 8 а

£0

_ О

О 2 4 6 в 10 1: 1 14 16 18 Градиент сжоростн сдвига, с"

- цемент (Зуд = 300 м^кг);

- цемент (Буд = 500 м*/кг); —■—- цемент + П-1; --1,—--2;ч--V, —---4, :---5: -11

2 4 6 8 10 12 И 1« 18 Градиент скорости слэша, с

— клинкер + гипс; - >— клинкер ' гипс + П-1; --10;— -12

о -■-1---1 I-ч—---I |

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Градиент скорости сдвига, с" ---11; —--12; --13;---14

Рис. 5. Реологические кривые суспензий на основе цемента (а), клинкера (б) и КВ (в)

Изменение дисперсности КВ с добавлением мела и особенности строения его частиц оказывают влияние на реологические свойства ЮЗ (рис. 5, е), которое проявляется в увеличении вязкости суспензий, что объясняется повышением плотности упаковки частиц КВ за счет больше]"! их полидисперсности и подверженностью отсевов дробления КВП воздействию анионактивного суперпластификатора. Это позволило получить КВ, суспензия которого имеет оптимальную вязкость (12 Па с) для получения газобетона улучшенной структуры.

С учетом полученных данных гранулометрического состав;!, реологических характеристик и физико-механических испытания вяжущих предложены рациональные составы КВ (табл. 2) с клинкерной составляющей и суперпластификатором Полипласт П-1.

Таблица 2

Составы н физико-механические характеристики КВ

Состав вяжущего НГ, % Сроки схватывания, ч-мин Предел прочности, МПа, в возрасте, сут

при изгибе при сжатии

начало конец 3 7 28 3 7 28

Цемент + отсевы дробления КВП + П-1 23,3 1-30 3-05 6,9 8,1 9,63 44,3 55,4 69,3

Клинкер + гипс + отсевы дробления КВП + П-1 20,3 1-05 2-35 8,2 9,6 11,55 53,2 64,8 82.4

Цемент + отсевы дробления КВП + мел + П-1 23,8 1-20 2-50 7,2 9,4 11,03 47,8 61,3 75,5

Клинкер + гипс + отсевы дробления КВП + мел + П-1 20,0 0-50 2-30 8,5 10,6 12,26 62,4 74,0 87,7

Сроки схватывания КВ и реологические свойства суспензий, полученных на основе клинкера (табл. 2), позволяют совместить во времени период интенсивного структурообразования КВ с газовыделением при вспучивании газобетонной смеси, тем самым предотвратить прорывание газовых пор, стабилизировать их размеры и местоположение, уменьшить дефектность и получить газобетоны с повышенными прочностными характеристиками.

Степень гидратации КВ оценивалась по снижению интенсивности отражений основных минералов 1,7бА (СзБ); 2,74 и 2,76 А (СзБ, С28) и увеличению интенсивности отражений портландита (4,92; 2,63 А), как продукта гидратации.

Количество образующегося портландита в начальный период твердения у КВ различно. Так, содержание портландита максимально у КВ с нижне-олынанским песком и КВ с отсевами дробления КВП, что подтверждается, в частности, и повышением прочности в ранние сроки твердения.

Степень гидратации алита в 28-суточном возрасте у КВ с отсевами дробления КВП значительно выше, по сравнению с КВ с остальными песками, что подтверждается интенсивностью его отражений. Этим и объясняется значительно больший предел прочности на сжатие КВ с отсевами дробления КВП. КВ с добавлением мела в первые сутки твердеет несколько медленнее, чем КВ без него, о чем свидетельствуют отражения портландита (рис. 6). К 3-м суткам твердения интенсивность отражений портландита у КВ с отсевом дробления КВП и мелом превышает интенсивность отражений портландита у КВ без мела. К 28-м суткам твердеши увеличение отражений у КВ с отсевами дробления КВП составило 210 %, а у КВ с отсевами дробления КВП и мела-305 %.

1 сут

13 3 сут

7 сут

28 сут

КВ с отсевами дробления КВП

100% 100% 115 % 81 Ч 175% 81% 210 °/о 46 с..

КВ с отсевами дробления КВП и мелом

100% 100% 160% 90% 240% 90% 305 % 75%

Я

V № №

Л

Рис. б. Дифракционные профили отражений алита и белита (2,7бА и 2,78А) и портландита (4,94А) в КВ с добавлением мела

Для оценки степени влияния количественных соотношений гидросиликатов кальция (С-Б-Н) на прочностные показатели КВ была применена модифицированная (внл тристандартная) методика РФ А на основе ритвельдовских (полнопрофильных) расчетных процедур (рис. 7).

Полученные на основе этого подхода количественные концентрационные параметры позволили построить графическое представление изменения концентрации портландита в прогидратированном КВ (рис. 8). Для корректного сравнения концентрации портландита в КВ с отсевами дробления КВП и в КВ с отсевами дробления КВП и мелом нормированы к концентрации портландита в гидратированном клинкере. Концентрация портландита в КВ с отсевами дробления КВП и в КВ с отсевами дробления КВП и мелом меньше, чем у бездобавочного цемента. Можно утверждать, что заметное уменьшение концентрации портландита объясняется его связыванием активным кремнеземистым компонентом отсевов дробления КВП и формированием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция, которое приводит к повышению прочностных характеристик КВ.

1 сут

! <

| 100

10 16 22 :>4 40 4о К

КВ с отсевами дробления КВП КВ с отсевами дробления КВП и мелом

28 сут

ч

| ю

1 и \т* 1 , :

I II II

4 10 1«

40 4Л 52 «

КВ с отсевами дробления КВП КВ с отсевами дробления КВП и мелом Рис. 7. Ритвельдовская диаграмма прогидратированного КВ на основе клинкера

Для получения количест-

55 §45-1

г40

о 35 изо §25 & О

1 3 7 28

Время, сут

Рис. 8. Изменение концентрации портландита в КВ в процессе гидратации

по результатам полнопрофильного РФ А:

--Са(ОН)г (КВ с КВП);

--Са(ОН)2 (КВ с КВП и мелом);

—■ -Са(ОН)2 (клинкер)

венной информации о степени кристалличности кремнеземистого компонента КВ (отсевов дробления КВП) проведено количественное рентгено-фазовое определение концентрации аморфной составляющей кварцитопесчаника.

Для диспергированного в ЦПСА до 5уд = 500 м:/кг кварцитопесчаника концентрация аморфной фазы составляет 45 вес. %.

Параметры фазово-размерной гетерогенности кристаллической компоненты кварцитопесчаника, определенные рентгенографическим

полнопрофильным количественным представлены в табл. 3.

Таблица 3

Параметры фазово-размерной гетерогенности

Полиморфные модификации Концентрация, вес. % Размер кристаллитов, нм

а-кварц 75 70

р-кварц 25 30

микроструктурным анализом,

Таким образом, в исходном (негидратированном) состоянии в КВ с отсевом дробления КВП и мелом содержится около 9 вес. % аморфного кремнезема.

На основании количественного РФА, концентрация кальцита в КВ

с отсевом дробления КВП и 10 % мела составляет около 7 вес. %. Следовательно, аморфная фаза в карбонатном компоненте КВ равна 3 вес. %. Таким образом, суммарное содержание аморфных фаз в этом КВ составляет 12 вес. %, что обеспечивает его высокую реакционную активность.

Исследования на РЭМ показали, что у образцов на основе КВ с различными песками в возрасте 1 сут (рис. 9, а, б, г, д) наблюдается рыхлая структура с порами и пустотами, у образцов КВ с курским песком и отсевами дробления КВП (рис. 9, в, е) наблюдается схожая однородная мелкозернистая землистая структура.

В КВ с Вольским песком (рис. 9, г) наблюдаются включения крупных частиц кварца, что обусловлено гранулометрическим составом этого песка.

Микроструктуры матриц КВ землистые. Практически полностью отсутствуют удлиненные, нитевидные кристаллы, в небольшом количестве наблюдаются новообразования с таблитчатым габитусом кристаллов.

В образцах в возрасте 1 сут наблюдается большее количество зерен кварца, непокрытых новообразованиями, чем в образцах в 28 сут, у которых количество этих зерен значительно меньше вследствие зарастания глобулярными новообразованиями.

В процессе гидратации к 28-сут у КВ на основе отсевов дробления КВП происходит упрочнение структуры в результате переплетения отдельных сростков кристаллогидратов, прорастания массы геля кристаллическими сростками (рис. 9, е, м).

В 1 сут гидратации в КВ с отсевом дробления КВП наблюдаются зародыши кристаллов гидросиликатов кальция, при этом его структура более рыхлая по сравнению с КВ с отсевом дробления КВП и мелом.

Рис. 9. Микрофотографии КБ с кварцсодержащими добавками (увеличение х5000): а, ж — нижне-олыпанский песок; б, з - вяземский песок; в, и - курский песок; г, к- Вольский песок; д, л — безлюдовский песок; е, м - отсевы дробления КВП (Исследования микроструктуры проведено в Центре коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» национального исследовательского университета «БелГУ»)

Как в 1-е. так и на 28-е еут твердения в КВ наблюдается достаточное количество зерен кварца, по морфологии типичных для обломочных структур, не покрытых продуктами реакций гидратации.

У образцов КВ с отсевом дробления КВП и мелом струкгура монолитная. Отмечается большая степень покрытая зерен кварца продуктами новообразований, что связано с увеличением количества центров кристаллизации, которыми выступают частицы мела (рис. 10).

х5000

Рис. 10. Микрофотографии КВ с отсевами дробления КВП и мелом: а - 1 сут; б- 28 с

В КВ с отсевом дробления КВП и мелом наблюдаются плоские гексагональные пластинки моносульфоалюмината кальция размером 10...20 мкм, которые не наблюдаются в КВ с отсевом дробления КВП. Фиксируется замоноличенность вяжущим частиц кварца, играющих скелетообразующую роль.

На зернах кварца имеются псевдокристаллические новообразования гидросиликатов кальция, при этом наблюдаются реакционные зоны на поверхности зерен кварца, что не наблюдается в КВ без мела. Видна сетка из гидросиликатов кальция с достаточной степенью взаимодействия между вяжущим и скелетной фазой.

При гидратации в 1-суточном возрасте наблюдаются мелко глобулярные новообразования, поверхность которых покрыта

гидросиликатами кальция. При увеличении х 10000 наблюдаются реакционные зоны меяеду частицами кварца и матрицей КВ.

Наблюдаются фрагменты поверхности растворения на частицах кварца, что может указывать на реализацию процессов растворения отсевов дробления КВП что свидетельствует о начале пуццолановых реакции.

Таким образом, разработано специальное КВ с прочностью на сжатие не менее 80 МПа, обладающее уникальными свойствами, обеспечивающими стабильность технологических процессов, протекающих на всех стадиях производства газобетона для монолитного строительства. Минералогический состав и связанное с ним тепловыделение при гидратации клинкерных минералов, дисперсность, водоцементное отношение, сроки схватывания разработанного КВ позволили получить газобетон с улучшенными показателями качества = 270.. .300 кг/м3, Rcm = 1,5... 1,7 МПа, Я = 0,078.. .0.08 Вт/(м-°С) и F15).

Для оценки кинетики реологических свойств КВ с кварцсодержащими добавками, а также с добавлением мела было изучено изменение их предельного напряжения сдвига (т0) во времени (рис. 11), равном периоду вспучивания (0... 15 мин).

0 15 Ю 45 60 75 90 105,131 135 150 0 » 3« 45 60 75 90 105; 120 135 190

Грпдиеит скорости сдвига, с Градиент скорости сдвига, с

Рис. 11. Реологические кривые газоцементных смесей: а - цемент; б - КВ (песок); в - КВ (отсевы дробления КВП); г - КВ (отсевы дробления КВП + мел) —0 мин; —•—5 мин; —»—-10 мин; —- 15 мин Процесс вспучивания газобетонной смеси должен протекать

таким образом, чтобы в момент интенсивного газообразования смесь обладала оптимальными для вспучивания характеристиками, а к концу газообразования и формирования пористой структуры последняя должна

30 45 60 75 90 105 120 135 150 ГрадНекг скорости сдвига, с

0 15 30 45 60 75 90 105.( 120 135 150 Градиент скорости сдвиги, с

фиксироваться за счет сравнительно быстрого возрастания вязкости смеси и предельного напряжения сдвига.

Результаты исследований показали, что в первые 5... 10 мин наблюдается резкое увеличение значений т0, после чего наступает их стабилизация. Установлено, что КВ с отсевом дробления КВП и мелом имеют оптимальные реологические характеристики для получения газобетона высокопоризованной структуры, позволяющие сочетать процессы поро- и структурообразования материала.

Разработка оптимальных составов газобетонов на КВ для монолитного строительства и исследование влияния отдельных компонентов на технологические и физико-механические свойства газобетонов производились методом математического планирования эксперимента. Варьировались основные факторы: В/Г (Л'^ в пределах от 0,45 до 0,65 с интервалом варьирования 0,1, количество алюминиевой

пасты БТАРА А1ирог (Х2) в диапазоне от 0,4 до 0,8 % от массы КВ с интервалом варьирования 0,2 и количество мела (АУ от 0 до 20 % с интервалом варьирования 10. Факторы, не вошедшие в план эксперимента, приняты постоянными.

В результате статистической обработки полученных данных (табл. 4) выявлены оптимальные дозировки компонентов и получены математические модели:

- средней плотности У] = 252,46 - 18-Х/ - 31 X? -

- 22,3-Х; + 171,02-X/ +136,02-X/ + + 49,52-X/ + 100-Х; Хг + + 25-Х;Аз +7,5 Х2Х3;

- прочности на сжатие У2= 1,43 -0,85-Х/ - 0,395-Х;,-

- 0.256Хз + 0,49- Х/+ 0,26- Х22 + + 0,066-Х/ + 0,3 IX; Х2 + + 0,18-Х; Х3 + 0,063 Х2 Х3,

анализ которых представлен на рис. 12.

Таблица 4 Матрица планирования

н экспериментальные данные

№ опыта Фактор Рср, кгАг ^ сжср? МПа

X] X,

1 +1 +1 +1 680 и

2 +1 +1 -1 660 1,1

3 +1 -1 +1 540 1,1

4 +1 -1 -1 550 1,6

5 -1 +1 +1 440 1,8

6 -1 +1 -1 520 2,8

7 -1 -1 +1 700 3,3

8 -1 -1 -1 810 4Д

9 +1 0 0 340 1Д

10 -1 0 0 480 2,6

11 0 +1 0 370 1,35

12 0 -1 0 380 2,0

13 0 0 +1 267 1,21

14 0 0 -1 310 1,47

15 0 0 0 270 1,51

16 0 0 0 265 1,47

17 0 0 0 270 1,41

Рис. 12. Номограммы зависимостей средней плотности и прочности на с® газобетона на КВ от В/Т, количества алюминиевой пасты и мела:

1 - В/Т = 0.45; 2 - В/'Т = 0,55; 3 - В/Т = 0,65 В результате анализа экспериментальных данных был предложен оптимальный состав газобетона на основе КВ для монолитного строительства, содержащий: клинкерную составляющею - 70 % (в том числе гипс - 5 %, П-1 - 1 %), отсевы дробления КВП - 20 %, мел - 10 %, известь - 4 % от массы КВ, газообразователь - алюминиевую пасту БТАРА А1ирог - 0,6 % от массы КВ.

Расчет пористости газобетона, проведенный со статистической обработкой результатов по разработанной программе, позволил оценить средний диаметр и эллиптичность пор (табл. 5).

Таблица 5

Характеристика пор газобетона в зависимости от вида вяжущего

Газобетон Характеристика пористости

общая пористость, % средний диаметр пор, мм размах варьирования, мм среднеквадратичное отклонение эллиптичность

на цементе 61,2 0,94 2,8 0,257 1,59

на разработанном КВ 78,97 0,3 0,8 0,095 1,2

Снижение показателя эллиптичности свидетельствует о более правильной и однородной структуре газобетона на КВ. Наблюдается уменьшение разброса в распределении пор по размерам (рис. 13) и повышение прочностных характеристик газобетонов. Повышенное значение эллиптичности газобетона на цементе объясняется наличием сообщающихся рваных пор, что негативно сказывается на свойствах композитов.

—I I 1 I I I I I I I I I I I I

о 02 о.4 ол 0.8 I и м К и : и ии и )

Рис. 13. Характер распределения пор по размерам газобетонов в зависимости от вида вяжущего: — - цемент, — - КВ

Газобетон для монолитного строительства на основе КВ с отсевами дробления КВП и мелом по эксплуатационным свойствам (табл. 6) превосходит характеристики традиционных неавтоклавных газобетонов, что объясняется оптимизацией его структуры за счет использования разработанного КВ.

Таблица 6

Эксплуатационные характеристики оптимального состава газобетона

Показатель Значение

Средняя плотность, кг/м3 270... 300

Прочность на сжатие, МПа 1,5..1,7

Теплопроводность, Вт/(м-°С) 0,078.. .0,08

Морозостойкость П5

Предложена технологическая схема производства газобетона для монолитного строительства на основе КВ. Для про мьпшге нного внедрения предложенных составов разработаны стандарт организации на композиционное вяжущее для газобетонов, рекомендации и технологический регламент на производство теплоизоляционного газобетона на композиционном вяжущем для монолитного строительства.

Результаты исследований внедрены на предприятия* ООО «Экспериментальный цех Экостройматериалы», ООО «Строительная компания ЖБК-1» Белгородской области при монолитном строительстве индивидуальных домов по ул. Белгородской и Почтовой (рис. 14).

Экономический эффект от создания и использования газобетона на КВ по предложенной технологии заключается в использовании отсевов дробления КВП и мела, снижении расхода вяжущего, сокращении затрат на электроэнергию, газ, транспорт и амортизацию оборудования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложены принципы проектирования теплоизоляционного газобетона для монолитного возведения энергосберегающих ограждающих конструкций с учетом использования КВ с отсевом дробления КВП и мелом, заключающиеся в регулировании реологических свойств смеси с целью увеличения эффективной вязкости раствора и интенсификации процессов гидратации клинкерных минералов, что позволяет полу чать газобетон с улучшенными структурой и показателями качества.

2. Экспериментально установлено, что в составах гидратированных КВ с отсевом дробления КВП и мелом приведенная к бездобавочному цементу концентрация свободного портландита на всех сроках твердения меньше по сравнению с контрольным бездобавочным цементом, что объясняется его связыванием активным кремнеземистым компонентом отсевов дробления КВП и формированием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция.

3. Определены количественные параметры фазово-размерной гетерогенности кремнеземистого компонента (отсевов дробления КВП) КВ в виде концентраций полиморфных модификаций кварца, размеров их кристаллитов, а также концентрация аморфной (наноразмерной) фазы кремнезема, обеспечивающей его высокую реакционную активность.

4. Выявлены особенности реологических свойств суспензий от времени и вида вяжущего, заключающиеся в том, что газоцементные системы на КВ с отсевом дробления КВП и мелом имеют эффективную вязкость с оптимальными характеристикам для вспучивания газобетона и формирования пористой структуры за счет сравнительно быстрого возрастания вязкости смеси и предельного напряжения сдвига.

5. Получены математические модели зависимости физико-механических характеристик газобетона на основе КВ от технологических параметров (В/Т, количества газообразователя и мела), что позволяет управлять процессом производства теплоизоляционных газобетонов для монолитного строительства и оптимизировать технологический процесс.

6. Разработано специальное КВ с оптимальным содержанием клинкерной составляющей 70 % и прочностью на сжатие не менее 80 МПа, обладающее уникальными свойствами, обеспечивающими стабильность технологических процессов, протекающих на всех стадиях производства газобетона для монолитного строительства.

7. Разработаны составы газобетонов, позволяющие изготавливать газобетон со средней плотностью 270...300 кг/м3, прочностью на сжатие 1,5... 1,7 МПа, теплопроводностью 0,078...0,08 Вт/м-°С и морозостойкостью F15 с возможностью его применения в качестве теплоизоляционного материала для монолитного возведения ограждающих конструкций в энергосберегающем малоэтажном домостроении.

8. Разработаны технологии производства КВ и газобетонов на их основе для монолитного строительства.

9. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлялась на предприятиях ООО «Экспериментальный цех Экостройматериалы», ООО «СК ЖБК-1» Белгородской области. Теплоизоляционный газобетон на основе КВ применен при монолитном строительстве индивидуальных жилых домов по ул. Белгородской и Почтовой.

10. Для внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны нормативные и технические документы: стандарт организации СТО 02066339-003-2011 «Композиционное вяжущее для газобетонов», технологический регламент на производство теплоизоляционного газобетона на композиционном вяжущем для монолитного строительства на предприятии ООО «Экспериментальный цех Экостройматериалы» Белгородской области, рекомендации по производству газобетона на композиционных вяжущих для монолитного строительства.

12. Экономический эффект от создания и использования газобетонов на КВ по предложенной технологии заключается в использовании отсевов дробления КВП и мела, снижении расхода вяжущего, сокращении затрат на электроэнергию, газ, транспорт и амортизацию оборудования.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Кара, К.А. Влияние В/Ц на структурообразующие элементы ячеистого бетона [Текст] / К.А. Кара, E.H. Пузанова, A.A. Кобзев // Между народ, научно-практ. конфер. студентов, аспирантов и молодых ученых «Повышение качества, долговечности, энерго- и ресурсосбережение в производстве строительных материалов, изделий и конструкций». - Губкин, 2009. - С. 182-185.

2. Погорелова, И.А. Энергосберегающие материалы для ограждающих конструкций зданий [Текст] / И.А. Погорелова, К.А. Кара [и др.] // XI Междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах». - Пенза, 2010. - С. 180-181.

3. Сулейманова, JI.A. Закономерности изменения объема газовоздухосодержащих композиций при воздействии на них вакуума и вибрации [Текст] / JI.A. Сулейманова, К.А. Кара // XIX научные чтения «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов»: сб. докладов. - Белгород, 2010. - С. 253-255.

4. Сулейманова, JI.A. Выбор оптимального водотвердого отношения ячеистобетонных смесей при различных способах изготовления газобетонов [Текст] / JI.A. Сулейманова, К.А. Кара, НЕ. Красникова // XIX научные чтения «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов»: сб. докладов. - Белгород, 2010. - С. 321-326.

5. Сулейманова, JI.A. Регулирование свойств газобетонной смеси и бетона с помощью введения различных добавок [Текст] / JI.A. Сулейманова, КА. Кара // Материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах». - Брянск, 2010. - С. 258-262.

6. Сулейманова, Л.А. Энергосберегающие технологии высокопоризованных бетонов [Текст] / Л.А. Сулейманова, К.А. Кара // Материалы обл. науч.-практ. конф. «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее». - Белгород, 2010. - Ч. 3. - С. 98-102.

7. Лесовик, B.C. Неавтоклавные газобетоны на композиционных вяжущих для энергоэффективного строительства [Текст] / B.C. Лесовик, Л.А. Сулейманова, К.А. Кара [и др.] // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2010,-№4,- С. 47-52.

8. Сулейманова, Л.А. К вопросу о подборе газообразователей для ячеистых бетонов [Текст] / Л.А. Сулейманова, К.А. Кара [и др.] // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2011. - № 1. - С. 20-23.

9. Сулейманова, Л.А. Влияние формы, размера пор и внешнего давления на среднюю плотность и прочность неавтоклавного ячеистого бетона [Текст] / Л.А. Сулейманова, К.А. Кара // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2011. -№ 2. - С. 71-73.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность доктору технических наук, профессору Лесовику Валерию Станиславовичу за консультации при проведении экспериментов и обсуждении результатов работы.

КАРА КАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ГАЗОБЕТОНЫ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Подписано в печать 01.09.11. Формат 60x84/16. Усл.- печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 220 Отпечатано в БГТУ им. В. Г. Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова 46.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Ячеистые бетоны в современном строительстве.

1.2. Эффективность тепловой защиты ограждающих конструкций.

1.3. Вяжущие для неавтоклавных ячеистых бетонов.

1.4. Общие принципы получения газобетона с заданными характеристиками для монолитного строительства.

1.5. Выводы.

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

2.1. Методы исследования.

2.1.1. Методы изучения состава и структуры сырьевых компонентов и газобетонов.

2.1.2. Методика получения лабораторных образцов и определение физико-механических и теплотехнических характеристик вяжущих и газобетонов на их основе.

2.2. Характеристика применяемых материалов.

2.3. Выводы.

3. КОМПОЗИЦИОННЫЕ ВЯЖУЩИЕ ДЛЯ ГАЗОБЕТОНОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МОНОЛИТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

3.1. Помол композиционных вяжущих, их компонентов и его анализ.

3.2. Гранулометрия композиционных вяжущих и ее анализ.

3.3. Реологические свойства суспензий композиционных вяжущих.

3.4. Физико-механические свойства композиционных вяжущих.

3.5. Гидратация клинкерных минералов с кварцсодержащими добавками.

3.6. Рентгенографическое изучение динамики гидратации композиционного вяжущего.

3.7. Оценка фазово-размерной гетерогенности минеральных компонентов.

3.8. Структура композиционных вяжущих в зависимости от кварцсодержащих добавок.

3.9. Выводы.

4. ГАЗОБЕТОНЫ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ

ДЛЯ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА.

4.1. Подбор газообразующей добавки.

4.2. Анализ реологических свойств газобетонных смесей на композиционных вяжущих.

4.3. Регулирование свойств газобетонной смеси и бетона с помощью введения различных добавок.

4.4. Проектирование состава газобетона для монолитного строительства методом математического планирования эксперимента.

4.5. Выводы.

5. СВОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОБЕТОНА

НА КОМПОЗИЦИОННОМ ВЯЖУЩЕМ ДЛЯ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА.

5.1. Физико-механические свойства газобетона на композиционном вяжущем.

5.1.1. Средняя плотность и предел прочности при сжатии.

5.1.2. Усадка газобетона при высыхании.

5.1.3. Морозостойкость.

5.1.4. Теплопроводность.

5.2. Изучение пористой структуры газобетона на композиционном вяжущем.

5.3. Разработка технологической схемы производства газобетона на композиционном вяжущем для монолитного строительства.

5.4. Теплотехническое проектирование тепловой защиты ограждающих конструкций из газобетонов на композиционном вяжущем.

5.5. Выводы.

6. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГАЗОБЕТОНОВ НА КОМПОЗИЦИОННОМ ВЯЖУЩЕМ ДЛЯ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА.

6.1. Опытно-промышленные испытания.

6.2. Экономическая эффективность газобетона на композиционном вяжущем для монолитного строительства.

6.3. Технико-экономическая оптимизация уровня теплозащиты ограждающих конструкций.

6.4. Технико-экономическая оценка потенциальной эффективности газобетона на композиционном вяжущем с учетом его долговечности.

6.5. Выводы.

Актуальность. Экономия топливно-энергетических ресурсов, повышение эффективности тепловой защиты зданий и сооружений, промышленных объектов, внедрение энергоэффективных технологий и материалов являются приоритетными направлениями в развитии как российской, так и мировой экономики.

В сравнении с панельным и кирпичным способами возведения жилья ограждающая конструкция из монолитного ячеистого бетона является одним из самых перспективных материалов по тепло- и энергосбережению. Монолитное строительство с применением ячеистых бетонов отличается универсальностью, многофункциональностью применения, простотой, высокой производительностью и экономичностью.

Развитие индивидуального домостроения делает высокоприоритетным производство высококачественных и высокоэффективных строительных материалов, в том числе ячеистых бетонов, полученных по новым технологиям производства с использованием композиционных вяжущих (КВ) и техногенного сырья.

Работа выполнена в рамках задания Федерального агентства по образованию на проведение научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ 1.01.05 «Управление процессами структурообразования цементного камня при синтезе высокоэффективных ячеистых бетонов».

Целью работы является получение энергоэффективного теплоизоляционного газобетона на композиционных вяжущих для монолитного строительства.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка композиционных вяжущих с учетом особенностей формирования структуры газобетона для производства энергоэффективного теплоизоляционного материала;

- оптимизация технологических параметров газобетона на разработанных вяжущих для монолитного строительства;

- разработка технологии производства теплоизоляционного газобетона на КВ для монолитного строительства;

- разработка нормативных документов на производство и применение теплоизоляционных газобетонов на КВ. Внедрение результатов исследований.

Научная новизна работы. Предложены принципы проектирования теплоизоляционного газобетона для ' монолитного возведения энергосберегающих ограждающих конструкций с учетом использования композиционных вяжущих с отсевом дробления кварцитопесчаника (КВП) и мелом, заключающиеся в регулировании реологических свойств смеси с целью увеличения эффективной вязкости раствора и интенсификации процессов гидратации клинкерных минералов, что позволяет получать газобетон с улучшенными структурой и показателями качества.

Экспериментально установлено, что в составах гидратированных КВ с отсевом дробления КВП и мелом приведенная к бездобавочному цементу концентрация свободного портландита на всех сроках твердения меньше по сравнению с контрольным бездобавочным цементом, что объясняется его связыванием активным кремнеземистым компонентом отсевов дробления КВП и формированием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция.

Определены количественные параметры фазово-размерной гетерогенности кремнеземистого компонента (отсевов дробления КВП) композиционного вяжущего в виде концентраций полиморфных модификаций кварца, размеров их кристаллитов, а также концентрация аморфной (наноразмерной) фазы кремнезема, обеспечивающей его высокую реакционную активность.

Выявлены особенности реологических свойств суспензий от времени и вида вяжущего, заключающиеся в том, что газоцементные системы на

КВ с отсевом дробления КВП и мелом имеют эффективную вязкость с оптимальными характеристиками для вспучивания газобетона и формирования пористой структуры за счет сравнительно быстрого возрастания вязкости смеси и предельного напряжения сдвига.

Получены математические модели зависимости физико-механических характеристик газобетона на основе КВ от технологических параметров (В/Т, количества газообразователя и мела), что позволяет управлять процессом производства теплоизоляционных газобетонов для монолитного строительства и оптимизировать технологический процесс.

Практическая значимость. Разработано специальное композиционное вяжущее с оптимальным содержанием клинкерной составляющей 70 % и прочностью на сжатие не менее 80 МПа, обладающее уникальными свойствами, обеспечивающими стабильность технологических процессов, протекающих на всех стадиях производства газобетона для монолитного строительства.

Разработаны составы газобетонов, позволяющие изготавливать газобетон со средней плотностью 270.300 кг/м , прочностью на сжатие 1,5. 1,7 МПа, теплопроводностью 0,078.0,08 Вт/м-°С и морозостойкостью F15 с возможностью его применения в качестве теплоизоляционного материала для монолитного возведения ограждающих конструкций в энергосберегающем малоэтажном домостроении.

Разработаны технологии производства КВ и теплоизоляционных газобетонов на их основе.

Внедрение результатов исследования. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлялась на предприятиях ООО «Экспериментальный цех Экостройматериалы», ООО «СК ЖБК-1» Белгородской области. Теплоизоляционный газобетон на основе КВ применен при монолитном строительстве индивидуальных жилых домов по ул. Белгородской и Почтовой.

Для внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны нормативные и технические документы:

- стандарт организации СТО 02066339-003-2011 «Композиционное вяжущее для газобетонов»;

- технологический регламент на производство теплоизоляционного газобетона на композиционном вяжущем для монолитного строительства на предприятии ООО «Экспериментальный цех Экостройматериалы» Белгородской области;

- рекомендации по производству газобетона на композиционных вяжущих для монолитного строительства.

Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению 270800.68 «Строительство» и инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих Международных конференциях: XVI Международ, науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2009» (Москва, 2009); XI Международная научно-практическая конференция «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2010); XIX научные чтения «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (Белгород, 2010); 2-я Международная научно-практическая конференция «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (Брянск, 2010); Областная научно-практическая конференция «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее» (Белгород, 2010).

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в девяти научных публикациях, в том числе в трех статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Подана заявка на патент per. № 2010110776, приоритет от 22.03.2010 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 165 наименований и 7 приложений. Общий объем диссертации 203 страницы машинописного текста, включающих 79 рисунков, 41 таблицу, 10 страниц приложений.