автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Использование золошлаковых смесей - отходов ТЭЦ в дорожном и инженерном строительстве

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАШШ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 62Ь.7:625.Об/.07

ЕВГЕНЬЕВ Глеб Икарович

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 30ЛШ111АК0ШХ СМЕСЕЙ - ОТХОДОВ ТЭЦ В ДОРОЖНОМ И ИНЖЕНЕРНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени „кандидата технических наук

МОСКВА - 1950

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте на кафедре дорожно -строительных материалов

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Л.А. Феднер

Официальные оппоненты - доктор химических наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР В.Б. Ратинов,

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник A.M. Шейнин

Ведущая организация - НПО Росдорнии

Защита состоится " 5 " д ^UCiSptj 19У0 г. в 4(3 часов на заседании специализированного Совета ВАК СССР К 053.30.13 при Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте по адресу: 12582У, Москва, A-3I9, Ленинградский проспект, 64, ауд. 4Z .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожного института. Отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в ученый Совет МАДИ. Телефон для справок 155-03-28.

Автореферат разослан " " _ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного Совета канд> техн. наук

Л.П. Бессонова

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Л

Актуальность -работы. В настоящее, время становится все более актуальным использование вторичных ресурсов в целях экономии природных строительных материалов и снижения стоимости строительства. Одним из основных направлений в решении , этих задач является расширение области применения зол и золошлановых смесей гидроудаления (ЗШС) - отходов ТЭЦ. Запася этих материалов чрезвычайно велики - до 3 млрд.т, а объем их использования составляет лишь 18% от годового выпуска.

Отвалы Ж! занимают больше земельные площади, как правило", городских или промышленных территорий, в значительной степени ухудшая экологическую обстановку.

В строительстве в основном используются лишь золы уноса сухого отбора, которые, в завис га оста от их состава, применяются либо как компонент вяжущего, либо как самостоятельное низкомарочное вяжудее.

ЗШС применяются взамен природного грунта при планировке территорий и возведении насыпей, при-производстве легких заполнителей. Широкому применении ЗШС в друтих отраслях строительства препятствует некоторые нерешенные научно-технические и технологические проблемы, основными из которых, на наш взгляд, являются: -

- недостаточно изученные физико-химические процессы, происходящие в цементных системах в присутствии Ж;

- колебания в свойствах саыих 2ВС, приводящие к излишне жестким ограничениям областей их использования;

-. неточности в терминологии, возникавшие из недостаточной четности классификации топливных отходов, в результате чего от ЗШС ожидаются аффекты, вы не свойственные, или проявляющиеся значительно слабее, чем у зол уноса сухого отбора;

- применение ЗЕС в строительной практике ведет я изменению традиционных технологических решений при производстве бетонных работ истребует .более высокой промышленной. культуры.

В работе предлагается дальнейшее развитие некоторых аспектов теории твердения цементных снстец в присутствии Ж па ранних стадиях, во многой определяпшх свойства бетона с

Г в качестве рабочей гипотезы привлечена положения о явлений ях эпитаксин в действия ЗШС как ыикронаполяителя при их введении з цементные сиотеын. В результате действия указанных эффектов углубляется гидратация цемента на ранних стадиях о ускорен-нш началом кристаллообразования. '

Привлечение атой гипотезы позволило выявить ряд особенностей при формировании структуры и строительно-технических свойств цементных систем на ЗШС, которые ымут быть использованы в дорожной-и~ инженерной строительстве.

Цель работы - выявление закономерностей твердения и струк-турообразования цементных систем в присутствии ЗЛС, определение возможностей использования этого вида окодсв в бетонах дня дорожного и инженерного строительства; изучение строительно-технических характеристик бетонов и бес цементных композиций с применением .ЗОС..

Научная новизна работы заключается в следующем:

- обоснована и экспериментально доказана гипотеза о характере реакций, протекающих на ранних стадиях гидратации различных цементов в присутствии SQC;

- изучены строительно-технические характеристики бетонов с частичной и полной заменой заполнителя наЗЮ. Экспериментально установлен оптимальный модуль крупности ЗИС, используемой в качестве мелкого заполнителя;

- выявлены особенности технологии бесцементных композиций на основе ЗШС, определена область их применения;

- предложены технические решения, обеспечивающие повышение однородности бетонной смеси на.ЗШС..

Практическое значение и реализация результатов диссертации состоит в расширении области применения ЗШС в дорожном и инженерном строительстве,, в частности, для бетонов низких и средних классов (до В 25), и в бесцементных композициях. Результаты работы послужили основой для внесения предложений о дополнении ГОСТ 25t>92-83 в. части использования ЕИСв бетонах, работающих в условиях попеременного замораживания - оттаивания. С использованием ЗПС в качестве заполнителя построен участок основания площадью 3 тыс.ы^; при прокладке трубопровода использовано 5 тыс.ы3 мелкозернистого бетона в качестве забутовочной смеси

'на основе ЗШС. С применением аливитового цемента построена стоянка большегрузных автомобилей в г.Клин;. Московской области (500 г?). Составлены "Методические рекомендации по. строительству. оснований автомобильных дорог, из укатанных бетонов с использованием золошлаковых смесей ТЭЦ Мосэнерго (для опытно-производственных. работ)"-для.ПСО Ыосинжстрой.

. . Апробация работы и публикации. Основные результаты работы, выводы и рекомендации докладывались на Л1 Всесоюзном совещании по химии и. технологии цемента (Черкесск, 1586); Всесоюзном семинаре ''Применение золы и золошлаковых отходов ТЭС в транспортном строительстве" (Москва,-1938); У Республиканской конференции. "Ресурсосберегающие технологии. Структура и свойства бетонов" (Харьков, 1989); Региональной научно-технической конференции. "Использование отходов промышленности при строительстве ж эксплуатации автомобильных дорог" (Суздаль, 1989); Всесоюзной, конференции "Бетоны на основе золы и шлака ТЭС и комплексное их использование.в строительстве" (Новокузнецк, 1990); Республиканской научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и технологии строительных материалов" (Атаа-Ата, 1990); .. 47-й и 48-й. научно-методических.конференциях МАДИ (1989, 1990).

По теме-работы-опубдиковано-7-. статей......... ............-

. Структура и- объем работы.. Диссертация-состоит из. введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы (141 работа советских и зарубежных авторов) и 2 приложений, изложена на 156 страницах, включая 23 рисунка и 53 таблицы.

На зашиту выносятся:

- результаты теоретических я экспериментальных исследований характера гидратации портландцементных вякуших в присутствии ЗПС;

- результаты, экспериментальных исследований влияния введения ЗШС в состав бетона в качестве компонента смешанного вянущего или заполнителя на строительно-технические свойства бетона;

- предлогения по использованию бёсцементных композиций на основе 2ШС-в гнгенернон строительстве;"

- результаты производственного внедрения бетонов в дорожном и инженерном строительстве.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Анализ литературных источников показывает, что вопросам применения топливных отходов в бетонах посвящены работы многих ученых, в.том.числе А.А.Байкова, Ю.М.Баженова, А.В.Волженского, И.М.Групшо, В.В.Кинда, Т.Ю.1юбимовой, В.И.Сатарина, А.М.Сергеева, В.В.Столышнова, Г.Бабачева, Р.Брауна, П.Меты, Т.Пауэрса, А.Самарина. Приведенные в различных исследованиях данные свидетельствуют о значительных.расхождениях во взглядах на (физико-химические процесса, происходящие.лри гидратации цементных систем в присутствии 311С.И на строительно-технические свойства бетонов при замене части заполнителя-на.этот вид отходов. Наибольшие расховдешш вызывает, вопрос, о роли ЗШС на ранних стадиях структурообразования, о составе и очередности возникновения

продуктов реакпдй. ...... ..

. . В.последние годы многими.учеными, в том. числе И.Н.Ахвердо-вым, И.Г.Гранковским, И.М.Красным,.Ю.С.Малининым, О.П.Мч'едло-вым-Петросяном, В.Б.Ратинолыы,•П.А.Ребиндером. с сотрудниками, А.М.Сергеевым, Б.Э.Ддовичем, М.Кокубу, Д.Скални, Д.Ямадо. создана .теория эпитаксвального, твердения и влияния различных видов микронаполвителя. на гидратапию.цементных систем. .Однако, .учиты-вая.высокую степень сложности.таких систем и невозможность мо-. делирования. всех протекающих в ней процессов, значительное-число исследований било посвящено различным аспектам гидратации мономинеральных вяжущих. В последние годы опубликованы работы, посвяшенные гидратации полиминеральных вяжущих в присутствии микронаполнителя, в том числе и зольного компонента ЗШС, с экспериментальным подтверждением выдвинутых теоретических предположений.

Несмотря на широкий опыт использования топливных отходов в гидротехническом строительстве, существующие нормативные документы в значительной мере ограничивают область применения ЗШС, в том числе в дорожном и инженерном строительстве.

Анализ литературных данных показывает, что расширение области применения НЮ требует уточнения некоторых теоретических вопросов, связанных с особенностями твердения системы "цемент-ЗШС", формирования ее структуры на различных стадиях, а также

.Л

проведения лабораторных исследований и опытно-промышленных ра-' бот, направленных на изучение строительно-технических свойств бетонов на ¡Ж) и бесцементных композиций. Применение Ж в качестве заполнителя, компонента вяжущего или в бесцементных композициях дает существенный экономический и экологический эффект.

При выполнении работы решены следующие задачи:

1. Исследован характер физико-химических процессов,происходящих на ранних стадиях структурообразования цементного камня в присутствии ЗШС. Это дает возможность управления этими процессами в целях.получения структуры цементного камня с заданными свойствами. .......

2. Определен химико-ыинералогический состав ЗШС и рассмотрено его влияние на свойства смесей ж бетонов.

.. 3. Обоснованы области применения-НЮ в цементобетонных и бесцементных композициях для дороаного и. инженерного строительства и. изучены основные строительно-технические свойства этих материалов.......... -...... ................

4. Проведена производственная проверка предлагаемых решений и оценена.их техническая, экономическая и экологическая эффективность..... . . ... ..... - ... - ■• -

Для сопоставления полученных результатов исследований с литературными данными и нормативными требованиями в работе использовались, стандартные методики. Для изучения физико-химических процессов, структурообразования в работе применены методы дифференциальной контрактомегрии, седамеятационный анализ с дополнениями, учитывающими особенности ЗШС, измерения пластической, прочности цементных систем, определение микротвердости. Фазовый состав исходных материалов и продуктов реакций определялся о помошыо дифференциальной термогравимезрии, рент-генофазового анализа, микрофотографий.

В исследованиях использованы ? видов цементов, которые охватывают основной диапазон применяемых в строительстве порт-ландцеыентов и 3 типа алинитового цемента, добавки С-3, ЛСТ, СаСЬ> и ННК. Определен химико-минералогический состав 2 типов кислых ЗВС - от4сжигания каменного угля Кузнецкого бассейна на ТЭЦ-22 л тощего антрацита Донецкого бассейна на ТЭЦ-20 Мосэнерго, как наиболее распространенных видов твердого топлива в Ев. к

¡ропейской чаоти с граны. Идентифицировано 8 разновидностей тлако1 вых стекол переменного состава с преобладанием соединений кремния, алшиния, железа и примесями оксидов титана, магния, щелочных металлов..Минералогический состав зольной фракции представлен в основном л - кварцем, муллитом, карбонатами, кальция и магния, остатками несгоревшего угля, Неаморфизированных. глинистых соединений в составе зольного компонента. 333 идентифицировано' не было, что позволило предположить возможность получения морозостойких бетонов с использованием этого вида топливных отходов.

При изучении теоретических аспектов твердения цементных систем в присутствии ЗШ и в результате экспериментальных исследований начальной стадии соруктурообразования нами оыла. выдвинута гипотеза о некоторых особенностях начальных стадий впитакси-ального твердения гидратируемого цемента в присутствии мелкой фракции ЗОС. Высказано предположение, что оболочки, возникающие при гидратации трехкальциевого алюмината вокруг частиц ЗИЮ, при определенных концентрациях минронаполнителя не разрушаются полностью, а служат первичной подложкой при осаждении продуктов гидратации а ли та. Отмечена значительная разница в кинетике гидратации и составе новообразований при введении 10 и 20% ЗЛЮ в состав вяжущего на основе бездобавочного портландцемента;

В таблице I приведены сравнительные данные по степени гидратации вяжущего, полученные при помощи контрактометрии, ДТА и рентгенойазового анализа в течение первых 24 часов гидратации.

Данные рентгенофазового анализа подтвердили правильность идентификации новообразований.по результатам ДТА. Отмечено, что наиболее разнообразные по составу соединения установлены для цементного камня с заменой ^1055 цемента на ЗШС.

Полученные результаты подтвердили достоверность высказанной гипотезы об изменении сроков структурообразоваяия на .начальных стадиях гидратации вяжущего при введении ЗШЗ за счет более ргшней кристаллизации продуктов гидратации СдА вокруг поверхности зерен ЗИС и значительно более раннему вступлению в реакцию с осавдением продуктов реакций на первичные оболочки новообразований. Не исключается возможность создания плотных, неразрушаеиых оболочек вокруг зерен ЗШС, в результате чего, с_

Таблица-!

" 1 Г'" .........1 Вид вяжущего; Время от за- 1 ( творения, ? -•-■- ¡-час;г мин | ; { Химически | Са (ОН Ь» связанная вот от'вя-| %' жущего ; 1Эттрингит г ! »

ПЦ600-Д0 0-20 нет данных 0 отсутству-

0-35. 4,20 0 . ет

начало схваты- 4,87 следа (до присутст-

вания , -2-40 0,3) вует

конец схваты- 5,63 следа (до

вания, 6-00 0,38) -

24-00 9,26 1,30

90ДПЦ600-Д0+ 0-18 нет данных 0 п

+ 10$ ЗШС 0-35 - - 3,60 0,1

начало схваты- 3,96 0,1

вания, 1-35 .

конец схваты- 5,04 0,2

вания, 6-00

........ ......24-00 " " ' 9,33 0,6 П . . _

80%ПЦ600-Д0+ 0-15 нет данных до 0,1

+ 20% ЗЛЮ . . 0-35 . - 4,0 0,1

начало схваты- 4,48 0,15 __гт

вания , 2-00

. конец, схваты- 5,51 . 0,15 и

вания, 6-30

- 24-00" " - 9,41 ■ ■ 0,50 * —п—

одной стороны, будут практически полностью исключены некоторые негативные последствия пуццолановых реакпай, о другой - более полно использован эффект ьшкронаполнителя. Введение -повышенного количества ЗШС вызывает действие, аналогичное действию Мелкодисперсных порошков" а раздвижкой гвдратируемых зерен- цемента.

Проведение^исследований.физико-механических свойств цементных систем на основе алинитового цемента и ЗПС показало, что присутствие аоноз хлора в норовой жидкости несколько активирует

!_ А

[поверхность зерен ЗШС. За счет этого дополнительно увеличивает^ ся прочность цементного каыня и бетона в ранние (до 7 суток) -сроки твердения. Установлено, что для алинитового цемента и ЗШС характерны эффекты, аналогичные эффектам, возникающим в порт-ландцементах. Выдвинуто предположение, что содержание хлора в алинитовом цементе для более полного выявления всех эффектов в присутствии ЗНС кокет быть увеличено до 5-6$.

Для облегчения обработки информации, получаемой в результате измерении контракции, ДТА, пластической прочности бнли разработаны оригинальные программы для ПЭВМ, работающие в диалоговом режиме, с выдачей результатов как в графической, так и в цифровой форме. _ .

Влияние введения ЗШС в состав сметанных вяжущих и в цементобетоны в качестве заполнителя на строительно-технические свойства материала наиболее заметно дая бездобавочных портландцеиея-тов и для портл'андцементов с количестве«! минеральных добавок не превышающий 5%, однако в результате экспериментов установлены некоторые зависимости, характерные для всех основных типов порт-ландцементов общестроительного назначения.

В частности, установлена зависимость, позволяющая ориентировочно определять нормальную густоту цементного теста (косвенный показатель водоудерживанцей способности и пластичности бетонной смеси) при замене до 20,% клинкерной части вяжущего на ЗШС:

НГсм = А'НГц + В-НГзтс, (I)

где НГсм - нормальная хустота сметанного вяжущего при.замене до 20? клинкерной части на ЕШС, %;

НГц - нормальная густота исходного портландцемента, %', НГзшс - нормальная :рустота ЗНС применённой фракции, %\ А; В - коэффициенты массовых долей цемента и ЗЛЕ в смешанном вяжущем.

Формирование структуры цементного камня в процессе гидрата ции происходит ступенчато. Введение ЗЛЕ изменяет характер реакций и оказывает значительное влияние, в частности, на кинетику изменения пластической прочности.

На рис. I представлены изменения пластической прочности • цементного теста при введении в соотав вяжущего 10 и 20$ ЗШС. „

1_ _

г

■ *

Рис. -.': I. Изменения пластической прочности- для.цементного теста: А - ВД6ОО-Д0 Беагородского. завода; В.- 90£ ПЦ600-Д0 +• Ю$ -30С; С - 80% ПЦ600-Д0 + 20? ЗШС. Ж фракции менее бЭикы

Точками I;. -отмечены окончания-1-й-стадии структурообра-зования цементного.камня.. Сдвиг-соответствувдих пиков-по-оси... времени, влево при..увеличивающемся.колачестве-ШС..в составе вя-г нущего..объясняется, изменениями, в кинетике гидратации». Обращает ' на себя-вЕшаняе общее-понижение.значений пластической-прочности.и "сглаживание".пиков,соответствующих появлении различных новообразований в.-структуре, что подтверждается данными ДТА,

РФА ^конзрактометрии. ...................... ..............

. . Определение сроков схватывания, сметанных вяжущих, показало, что. введение .10% ЭЮ для чистоклинкерных портландцементе® сокращает .срок начала схватывания (рас. I,. точки с индексами "н с.."}, причем>чВ. соответствии с данными ДШ, СаЩ)^ появляется ухе через 25 мин от момента затворения, в то время как при

1_ J

"гидратации чистоклинкерного вяЕущего гидроксид кальция не идентифицируется. При введении 20% Ж в состав вяжущего гидроксид кальция идентифицнруетвя уже через 15 мин от момента затворе-ния. Появление, эзтрингкта в смешанном вяжущем отмечается уже .. через 15-18.минут при полном исчезновении гипса, при гидратации чистоклинкерного цемента, это соединение, появляется через 35 мин. Измерения контракции цементного камня показали, что начало схватывания отмечено при уменьшенном количестве химически связанной воды, особенно это характерно для вяжушего с 10% ЗШС. В момент начала схватывания смешанного вяжущего (рис.-I) система харак-. теризуется пониженными значениями пластической прочности. К концу схватывания показатели химически связанной воды и пластической прочности выравниваются. Рентгенофазовнй анализ образцов в. возрасте.I сут. показал,-что наиболее разнообразными по составу соединениями обладает образец с 10% 31Ю, что также подтверждает

правильность выдвинутой .гипотезы.............

- . . Применение ЗШС-в.качестве заполнителя в.бетонных смесях показало,-что ихудобоукладываемость нельзя оценивать статическим методом по осадке-конуса.. Удобоукладываемость. бетонной смеси на .ЗШС необходимо- устанавливать- только при внешнем' воздействии, например, вибрации. При этом проявляется тиксотронность системы "цеыеяг-вода-Ж", аналогично смесям на пуццолановых цементах.

Исследование прочностных показателей бетонов на ЗШС прово-далось по двум направлениям: оценке изменения прочности бетона при замене части цемента на мелкую .фракцию ЗШС и при замене природного' заполнителя. Кинетика набора прочности мелкозернистых стандартных бетонов на 3-х видах цементов приведена на рис. 2; 3.. Обращает на себя внимание рост сопротивления растяжению при изгибе бетона на ПД400-Д5 с заменой 10$ цемента на ЗШС. Уже на первые сутки этот показатель выие (по сравнению с контрольным образцом) на 30?, что объясняется интенсификацией процессов струнзурообразования и особенностями морфологии продуктов реакций, в частности, наличием значительного количества низкоосновных гидросиликатов. В поздние сроки эта разница снижается, но все еае заметна и на 120 сутки. Видимо, это количество ЗШС недостаточно для развитая "поздних" пуццолааовых ре-

L J

а)

и

10 -

I 2

Возраст - I сутки

г—I 5 г 7

Возраст - 7 суток

4 * в ?•— 31—I

I - Щ600-Д0; г. - 90£ ПЦ600-Д0 + Щ ЗШС; 3 - ПЦ400-Д5; 4-90% ПЦ400-Д5 + Щ ЗШС; 5 - 8<$ ПЦ400-Д5 + ЗШС;

6 - ПЦ400-Д20; 7 - 9($ПЦ400-Д20 + Ж ЗШС; 8 - 8(# ПЦ600-Д0.. + ЗШС; 9 - 80$ Щ400-Д20 + 2($ ЗШС.

Возраст - I

Ч

сутки'

Возраст - 7 суток

св €

05

4-12

•в 7

в 7Э

Рис* . 2. Зависимость прочностных показателей стандартных растворов от вида вяжущего: а - прочность на сжатие; '6 - прочность на изгиб

1__1

. II,

1

з

а)

а

§

К

30-

Возраст - 28 суток

1 2 МП»

А г-1

Возраст - 120 суток

?

Возраст - 28

2

1-4

суток 2 з 4

зрас1

¿0 спи

01:

Рис,- .к 3. Зависимость прочностных показателей стандартных растворов от вида вяжущего: а - прочность на сжатие; б - прочность на изгиб

и J

Ексдй, характерных для. этого материала,о заметным эффектом, но"! монет, способствовать интенсификации, процессов на начальных стадиях за счет.эффекта микронаполнителя. ...............

.. Неоднородность £ШЗ во гранулометрическому. составу заметно сказывается на прочностных характеристиках, бетонов, при замене заполнителя.. Для. определения влияния. к ол ебаяий - модуля крупности. ЗШС, применяемой в.качестве мелкого заполнителя, нами была поставлена серия .опытов. .Два состава г-.контрольный-и. с. 2ИС. Мкр = 1,2..были подвергнуты тепловлажностяой'обработке. по. режиму. 31-5+3 при изотермической- выдержке Т =. 80°С.с .предварительной выдержкой при. комнатной., температуре. 2-часа.- Составы бетонных смесей., условия твердения и модуль крупности ЗШС приведены в

таблице 2. .. ______

——. •............. ...... ...........................Табляпй "2 *"

^-состава-! 1 ^Цемент. !Вода. ЩебеньШесск! ! 1 ! -ЗШС- I-Условия--!Мкр---!. твердения !ЗШС

I 400 • 180 1150 650 - нормальные

2 п « • и И - зво.... -.....

3 300 510 нормальные до-0,5

4 190 п 620 нормальные 1,1

5 190 1» 620 ТВО. - 1,2

.6 Т1 190 630 нормальные 1-,8

7 « 210 630 нормальные 2,1

Примечание. В составе 7 был использован шлаковый песок подобранного" по фракциям оптимального гранулометрического состава в соответствии с ГОСТ 10268-80. В составах использован ПЦ400-Д20 Себряковского цементного завода.

..... Кинетика набора прочности бетонов, коэффициент вариации

прогости.на 28 сутки и морозостойкость показаны в.таблице 3.

На основании, повученных данных был. сделан вывод, что для ЗШС кислого состава, .используемых в.качестве мелкого.заполнителя, область предпочтительных, значений модуля крупности сменена к меньшим.величинам.и находится, в пределах.1,1 - 1,8, что ниже, аналогичного показателя для природных.песков. В исследованиях не ограничивалось содержание пвлеватых частиц в ЗШС, -

Пган.нак.по. нашему мнению,оылеватая фракция г- ■ значительную-1 роль в струнзурообразовании цементного камня., ¿^пользование в ... качестве мелкого, заполнителя золы, гидроудаления., (состав. 3) ведет к. повышению водопотребности бетона .и, как - следствие, к ухудшению прочностных характеристик и морозостойк

...............................................Таблица'З"*

к „„„ ! Беж, МПа, в возрасте, суток I Уп Г Морозо- "

-----.........ли!......! стойкость,! I! 3 17 ! 28 ! 360 ! % 'циклов

I 13,8 21,7 . 35,8 42,0 3,84 250

2 24,0 31,8 35,6 41,0 4,52 230

3 т 9,0 29,2 34-, 2 1,62 170

4 - .16,5 28г8 34,6 44,3 7,02 270

5 35,0 " .-г 40,0 46',3 49*8 9*00 210

6 - 13,2 20,3 35,6 41,3 4,70 240

7-' —14;6" -20Т1— "41Т? -1Т63"- """190"

.1. . Колебания гранулометрического.состава ЭОС в-пределах-одной нартии-учитывались-.лутем.раочета..коз®й1циента-вариации...прочно^ с ти беаона..в. марочном, возрасте на. составах, с. одинаковым. расходом. цемента, и.воды; переменным.-фак тором, .служил процент.замены природного .леска-на-ЗШС. как- в. .мелкозернистых бетонах,..так. и в бетонах.с-крупным..заполнителем* Установлено,.что-бетоны на ЗОЕ.. имеют более выоокие коэффициент .вариации (до 12,4$.в одной.-се-рии из 15). Однако,-учитывая значительный прирост, прочности в дальние.сроки твердения (60-360 суток),можно предположить, что для монолитных.дорожных и инженерных конструкций.изменения гранулометрического состава ЗЕЮ в пределах одной партии не ведут

• к снижению класса бетона при условии неизменного расхода вязу' щего. ........................................

. .-.Строительноттехнические.характеристики.мелкозернистых бетонов, для .дорожного и инженерного строительства, улучшаются при замене.природного кварцевого песка Мкр 1,8-2,0 на нефракциояи-

рованную ЗШС (табл. 4). — .....................

Несмотря.на пониженные прочностные показатели для бетона . последнего состава, в марочном возрасте, на 180-е сутки он

Л

!__1

шел прочность на сжатие 45 МПа, сопротивление растяжению при изгибе - до 12,4 МПа, что соответствует бетонам нласса В 35-40.

........................... - -. . . .. Таблица 4.

Coo тав-бетонной „смеси, ......•• Л Требования к. бе-.. ¡Полученные .. кг/м |Тону t характеристики

Ц В аго С-З ,класс ,моро-,водо- ,-р _ t , ННК ¡по- ,{30- {про— Г0*'} г ',»./ ¡проч-|стой-!ница-~ ¡МПа ; f j ,v_ ¡ности|костЬ(емо^ть"| i i

270 230 1510 1,35 - 7,5 50 2 12,0 50 2

385 250 1480 1,92 15 100 4 25,8 114 5

285 240 1600 1,43 17,2 7,5 50 2 15,6 70 2

405 260 1430 2,0 27,0 15 100 4 22,6 115 5

520 300 1340- -2,6- -31;2- -25--- -150 - ■-6" --24,0 178--

Исследования коррозионной стойкости бетонов с заменой природного мелкого заполнителя на ЗЯЮ проводились путем испытания образцов на прочность после 180 суток хранения в Ъ% растворе сульфата магния. В результате установлено, что для бетона на природном песке потери прочности.по сравнению с образцами, хранившимися в воде, составили. 35-40/?, для образцов на ЗШС потери составили 5-ЗОД при росте сопротивления разрушению при изгибе на 5-7%. В результате проведенных экспериментов сделан вывод о возможности применения бетонов на ЗШС для конструкций, работающих в условиях сульфатной коррозии с расширенными по химико-минералогическому составу диапазоном цементов.

Изучение деформативных характеристик бетонов показало.,что максимальную усадку имеют бетоны с заменой заполнителя на золу гидроудаления и фракционированный шлак. При определении ползучести укатываемого бетона, применяемого для устройства оснований автомобильных дорог с полной заменой заполнителя на ЗШС,установлено, что в течение первых 1,5 лет ползучесть бетонов на ЗШС виае, чем у образцов на природном заполнителе, однако, судя по характеру развития деформаций, максимальные показатели ползучести бетона на Ж! могут достигать 200$ по отношению к бетонам на природном заполнителе. Исходя из полученных данных еде-

.J • l.I5J

[лан вывод о перспективности использовав НА: . качестве заполнителя. при строительстве оснований.стоянок и городских улиц..

.. Определение вариантов, использования ЗП1С в сборных конструкциях подтвердило данные других исследователей, об ускоренном наборе прочности бетонами на.ЗШС при тепл :лаяноотной обработке. Однако.высокая ползучесть таких бетонов ограничивает.применение данного, материала для изготовления напрягаемых аелезобетонных

конструкций. .... - -.......-......•.................... ..................

. Значительное.количество. низкомарочных, мелкозернистых бетонов используется в-инкенерном. сироительстве.в.качестве.забуто^. еочных.ра створоз при-заполнении. различных пустот, причем-в. эш случаях к * бетону не. предъявляются прочностные, требования, а. в -качестве, основной"характеристики..применяется, показатель удобо-укладаваеыости. смеси и..ее. водоудеряивающая.способность. В.ре-зультате.проведенных. экспериментов нами-было-преддокено ис-- .. -пользовать: мелкозернистые-ЭШ- в комплексе, о .химическими, добав-ками-для получения-бес цементных забутовочных смесей. Введение в. состав, смеси-хлорида кальция в количестве-^ от массы.Ж -.обеспечивает получение, незначительной структурной прочности образцов в-месячном возрасте-.. .......—................_.......—

Ъ.результате, проведенных опытногпроыыпленшхработ-при реконструкции. завода-по.производству, товарной бетонной смеси Щ "Мосшш5атон?-цри строительстве -основания - в .качестве..заполнителя использована ЗШС-ТЭЦ-22 Мосэнерго.. Состав..бетона:- цемент ПЦ400-Д5 завода "Гигант"--Л00 кг;. вода -.120.л; ЗШС фракции— . менее.-ЗО.мм -г-1820 кг- Объем-улоаеннога-бетона - 600 м3; . вконсн мая .за счет-замены природного заполнителя на ЗШС г 4 руб/м3 бетонной смеси..... -...............:... ......................

. .... В качестве, забутовочной. смеси.при. реконструкции .трубопровода, в.районе Бережковской, наб. (г.Москва) для.заполнения за-'трубного пространства, уложено. 5 тно.м3 мелкозернистого бетона состава:-цемент ПЦ400-Д20 Михайловского.завода.т.285.кг; ЗШС. . ТЭЦ-20-1430 кг; ЕНК - 1?,1.кг..Укладка смеси..проводилась, бето-. нонасосом "Швинг" (©Г). Экономия за.счет замены природного песка на.ЗШС составила- 2,71-руб/м?. бетонной смеси.— .... —

Кроме .прямого экономического эффекта были проведены расче-• ты экономической эффективности утилизации ЗШС дня охраны окру-

Л

\

5ающей среды. Установлено,.что.только утилизация.годового выходе? ЗШС. московских ТЭЦ дает эколого-экономический эффект 5 млн. рублей/год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. . B результате комплексных, исследований, определен качественный химико-минералогический состав ЗШС. Установлено, что. шлаковый компонент. ЗЛЮ-состоит из. различных стекол полиминерального состава, в. значитёльной. мере, различающихся. по. активности, проч-.. ности-и.. другим.свойствам. Сопоставление полученных данных, о другими-работами свидетельствует об относительной.стабильности.хи-мико-тминералогического состава. ЗШС. крупных ТЭЦ. Анализ.минералогического..состава-.зольного компонента показал отсутствие не~. аморфазированных.глинистых частиц, озрицательно влияющее на морозостойкость бетонов................... .......... ... ... . . . ... .......

— -2..Исследование.физиког-химических процессов,-происходящих при.гидратации, цемента.в .присутствии. ЗШС, показало, что .замена • • части-клинкерного-материала. на- мелкую, фракции. ШЮ. снижает, пластическую прочность-системы-и способствует ускоренной, гидратации вянущего за-счет .эпи'таксиальных явлений и-эффекта микронаполнителя. Показано г--что при.определенных концентрациях..ЗШС-после.-. гидратации- трехкальциевого алкмината..остатки..штенок: новообразог-ваний-вокруг-зерен-ЗШС-служат центрами.кристаллизации-продуктов гидратации-трехкальциевого силиката, что. объяснявт."пониженную" пуццолановую.активность.SlID^.Отмечены, изменения состава-продуктов реакций-.гидратации цемента- в. присутствии .®- Высказано., предположение, что.при-определенных концентрациях ЗШС. вокруг-зольных частиц возможно образование-непроницаемых-пленок-продуктов гидратации. В. этом.случае существует вероятность того, .что -ЗШС.будет изолирована от внешней среды и ее частицы будут играть роль нейтрального центра- кристаллизации поздних продуктов реакций гидратации,. .

..3. На основе.полученных данных проведена, экспериментальная работа по-выбору областей применения бетонов на ЗШС в дорожном и инженерном строительстве. Установлено влияние гранулометрического, состава ЗЛЕ. на строительно-технические свойства бетона. -Показано, что за .счет значительного прироста прочности в поздние (80-360 суток на 30-40$) сроки тверденш бетоны на ЗШС мо-

1__1

гут иметь колебания в марочной прочности болк. по сравнению о бетонами-на природном заполнителе. Определение коррозионной стойкости бетонов, на ЗЛЮ показало, что после. 180 суток хранения в Ъ% растворе сульфата'магния сброс прочности в 1,3-6 раз меньше, чем у бетонов на природном заполнителе. В результате исследований предложено применять ЗШС в укатываемых бетонах оснований автомобильных дорог, допускать полную замену природного заполнителя в мелкозернистых.бетонах для инженерного строительства и, в.сочетании с химическими добавками,, как медаеннотверде-ющие бесцементные или малоцементные композиции при заполнении подземных пустот. ...

-.4. Результаты исследований нашли отражение в "Методичео-. них рекомендациях по строительству оснований автомобильных дорог из укатанных бетонов с использованием золошлаковых смесей

ТЭЦ Мосэнерго (для-опытно-производственных работ)"...........

..... Проведенная промышленная проверка показала, что использование ЗШС в качестве заполнителя в укатанных.бетонах дает экономию 4 руб/м3. бетонной смеси,-в мелкозернистых-бетонах -2,71 руб/м?^-Определено, что утилизация годового выброса. ЗШС • ТЭЦ Мосэнерго-предотвратит прямые экологические потери, начисляемые'^ млн.руб.в^год...............*........ . ------ ------ -

По теме.диссертации опубликованы следующие работы: — .

1.-Евгеньев Г.И., Феднер Л.А., Васильев Ю.Э..Использование золошлаковых смесей--.отходов-ТЭЦ в цементах.и бетонах/. . тр. НИКцемента, вып. 95, тезисы докладов УП Всесоюзного научно-технического совещания по химии и технологии цемента. Наука -производству. - Черкесск, 26-27 апреля 1988 г. - М., НШцемент, 1983. - С. 195-196.

2. Евгеньев Г.И., Федаер Л.А., Полонский A.JL. Использование ЗШС - отходов ТЭЦ в дорожных бассейнах. - МТС СССР, ВПТЙ-трансстрой. Всесоюзный семинар "Применение золы и ЗШотходов ТЗС в транспортном строительстве". Тезисы докладов. -0.27-29.

3. Евгеньев Г.И., Федаер Л.А., Полонский А.Л. Применение золошлаковых. смесей - отходов гидроудаления ТЭЦ в бетонах для дорожного строительства. - Сб. "Ресурсосберегающие технологии. Структура и.свойства бетонов". Тез.докл. 5-й республиканской конференции. - Харьков, 1989. - С. 190-192.

L J

4. Евгеньев. Г.И., Феднер Л.А. Применение золошлаковых смесей гидроудаления в качестве заполнителя в цементобетонных основаниях дорог. Тез.докл. Региональной научно-технической конференции "Использование.отходов промышленности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог". - Суздаль, 1989.

- С. 72-73. ...

5. Евгеньев Г.И., Феднер I.A., Полонский А.Л. Применение золошлаковых смесей в-качестве материала для цементобетона . /Сб.тр. СовздорНИИ."Применение новых материалов и побочных продуктов промышленности.в технологии приготовления дорожного бетона". -. Москва, 1989. - С..139-146.......

6. Евгеньев-Г.И., Феднер I.A., Полонский А.Л. Золошлаковые смеси гидроудаления в укатываемых бетонах. Автомобильные дороги. -.1990,--Л 5. - С. 15-16. . . ........

. 7. Евгеньев Г.И., Феднер Л.А. Использование шлаков.и золошлаковых смесей ТЭЦ для изготовления вяжущих и бетонов. - Республиканская научно-техническая конференция."Научно-техничес-■ кий прогресс в технологии строительных материалов",-Алма-Ата, 1990.-Тезисы докладов—Секция.2 .."Использование.минерального древесного.сырья.и вторичных.ресурсов.в производстве строительных материалов и изделий", Алма-Ата, 1990. - С. 66.

L J