автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Исследование влияния кремнеземосодержащих добавок на свойства бетона

На правах рукописи

Карамнова Елена Михайловна

ИССЛЕДОВАНИЕВЛИЯНИЯ КРЕМНЕЗЕМОСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА БЕТОНА

Специальность: 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Московском институте коммунального хозяйства и строительства

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кальгин Александр Анатольевич

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Величко Евгений Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Коровяков Василий Федорович

кандидат технических наук, доцент Леонтьев Евгений Николаевич

Ведущая организация:

ГУП НИИМОССТРОИ г. Москвы

Защита состоится апреле 2004 года в 11 & на заседании диссертационного Совета К 303.001.01 в ОАО ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова по адресу: 140050, Московская область, пос. Красково, ул. Карла Маркса, 117.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке института.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу диссертационного совета 140050, Московская область, пос. Красково, ул. Карла Маркса, 117.

Автореферат разослан марта 2004 года. Ученый секретарь

диссертационного совета Бурмистров В.Н.

ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы:

В планах экономического и социального развития Российской Федерации предусмотрено ускорить создание и внедрение прогрессивных технологий в строительном производстве, улучшить структуру применяемых строительных материалов, обеспечить значительное снижение их материало- и энергоемкости за счет широкого вовлечения в сферу производства материалов попутной добычи, вторичного сырья и отходов других отраслей промышленности.

Проблема экономного потребления материальных и энергетических ресурсов в строительной индустрии, а также интенсификации производства бетона и сборного железобетона при сохранении или улучшении их проектных свойств в изделиях и конструкциях на современном этапе может быть связана с использованием минеральных модификаторов индивидуально и в комплексе с химическими модификаторами.

Анализ проблемы использования минеральных модификаторов к вяжущим веществам для бетона показывает, что этот класс добавок, являющихся в основном вторичным сырьем (доменные гранулированные шлаки, золы и золошлаковые смеси ТЭС и др.), позволяет получать многокомпонентные системы с определенными эксплуатационными характеристиками, а также способствует созданию безотходных технологий и улучшению экологического состояния окружающей среды. Следует отметить, что многокомпонентные цементы обычно характеризуются пониженной прочностью, а это положение сдерживает использование минеральных модификаторов в производстве бетона и сборного железобетона, т.к. требует удлинения режимов ТВО, повышенных расходов цемента и т.д.

Кроме того, сдерживающим фактором является также отсутствие расчетно-экспериментального метода подбора состава бетона с минерально-химическими модификаторами и нестабильность их свойств. Поэтому разработка оптимального дисперсного состава бетона и методики подбора его состава, в т.ч. с химическими модификаторами, обеспечивающими массовое применение многокомпонентных цементных систем, является актуальной.

Цель работы:

Целью исследования является, разработка оптимальной технологии использования минеральных модификаторов к вяжущим веществам для бетона с целью повышения качества и снижения себестоимости, а также интенсификации производства бетона и сборного железобетона за счет оптимизации дисперсного состава многокомпонентных цементов при индивидуальном и комплексном использовании минеральных и химических модификаторов (суперпластификаторов) с оптимальными параметрами.

РОС. НЛЦ

Б11СЛ СП« 03

Задачи исследований:

Основной задачей, которая решается в диссертационной работе, является разработка рациональной технологии использования минеральных добавок к вяжущим веществам с целью экономного использования цемента в строительной индустрии, а также интенсификации производства бетона и сборного железобетона за счет оптимизации дисперсного состава многокомпонентных цементов при индивидуальном и комплексном использовании минеральных и пластифицирующих добавок с оптимальными параметрами (дисперсностью и количеством), решение которой предусматривает развитие следующих направлений:

1. Разработка физико-химических и методологических основ и общих закономерностей использования минеральных модификаторов к вяжущим веществам для бетона с целью повышения прочности многокомпонентных цементных систем за счет оптимизации их дисперсного состава. Установление целесообразности использования математических моделей.

2. Выявление особенностей использования различных видов минеральных модификаторов (пуццолановых и способных к самостоятельному гидратационному твердению) к вяжущим веществам для бетона в зависимости от их физико-химической активности и химико-минералогического состава клинкерного компонента.

3. Выявление особенностей влияния химических модификаторов (СП) на структурно-реологические свойства многокомпонентных систем с оптимизированным дисперсным составом с целью получения максимальных технического и экономического эффектов от их комплексного применения.

4. Разработка расчетно-экспериментального способа подбора состава тяжелого бетона с минерально-химическими модификаторами цементных систем/

5. Разработка эффективных режимов твердения тяжелых бетонов с оптимизированным дисперсным составом на основе многокомпонентного цемента с использованием химических модификаторов.

6. Исследование строительно-технических свойств тяжелых бетонов, приготовленных на основе многокомпонентного цемента с оптимизированным дисперсным составом, в том числе с использованием химических модификаторов.

7. Изучение возможности интенсификации производства сборных железобетонных изделий с СП С-3.

8. Опытно - промышленное внедрение результатов исследований в технологии производства сборных железобетонных изделий и их технико-экономическая оценка.

9. Разработка математической модели технологии производства бетонной смеси с минеральными и химическими модификаторами.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

- разработаны физико-химические и методологические положения, а также получены базовые зависимости по оптимизации дисперсного состава бетона, обеспечи-

вающие повышение эффективности использования минеральных модификаторов в цементных системах с целью повышения их качества и снижения себестоимости за счет эквивалентной замены цемента в количестве 20...80%;

- разработаны принципы и способы управления структурно-реологическими и строительно-техническими свойствами многокомпонентных цементных систем с оптимизированным дисперсным составом, в том числе с химическими модификаторами;

- установлены закономерности, определяющие оптимальные параметры использования тонкодисперсного доменного гранулированного шлака в бетоне в зависимости от технологии производства изделий и конструкций;

- разработаны расчетно-экспериментальная методика подбора состава тяжелого бетона с минерально-химическими модификаторами;

- проведен анализ эффективности использования минеральных и химических модификаторов по математическим моделям и опытно-промышленное внедрение результатов исследований в заводских условиях ООО «Стройдор Н» г. Москвы.

Практическое значение работы:

Внедрение рекомендаций по результатам исследований в зависимости от использования разработанных технологических приемов позволяет экономить от 10 до 70% цемента, в большинстве случаев сокращает водопотребность бетонной смеси на 5-7%, с одновременным сокращением продолжительности и температуры изотермического прогрева при ТВО бетона, при сохранении или улучшении его проектных свойств в изделиях и конструкциях.

Установлена возможность редуцирования водосодержания бетонной смеси на 57% при комплексном использовании минерально-химических модификаторов относительно составов бетона только с химическими модификаторами. Из опытных данных и данных из рекомендаций к ГОСТу 27006-86, разработана базовая таблица для определения водосодержания и методика для проектирования состава тяжелого бетона с минерально-химическими модификаторами.

Достоверность результатов диссертационных исследований обеспечивается использованием нормативных значений основных параметров, большим объемом выборок, использованных при статистической обработке исходных данных и результатами расчетно-экспериментального проектирования состава тяжелого бетона и подтверждается корреляцией расчетных и фактических расходов.

Реализация результатов работы:

Материалы работы использовались в ООО «Стройдор Н» г. Москвы для изготовления железобетонных изделий. Опытно-промышленный объем внедрения составил 336 тыс. м3 бетона в год.

Автор выноситна защиту:

в разработке теоретических основ и базовых зависимостей по оптимизации дисперсного состава тяжелого бетона и разработке расчетно-экспериментального метода проектирования его состава с минерально-химическими модификаторами;

- в подборе данных по рациональному использованию минеральных и химических модификаторов для статистической обработки;

- в разработке регрессионных уравнений;

- в опытно-промышленном внедрении результатов исследований с потенциально экономическим эффектом 700-800 млн. руб. в год.

Апробацияработы.

Результаты исследований доложены на научно-технической конференции студентов и аспирантов «МИКХиС - 2000» (г. Москва, 2000 г.); на «Юбилейной научно-технической конференции» (г. Москва, 30 мая 2001 г.) и на конференции творческой молодежи «Новые идеи развития бетона и железобетона конструкций» (г. Москва, 2002 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников (194 наименований), содержит_страниц машинописного текста,

81 рисунков, 52 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние вопроса.

В диссертационной работе представлен аналитический обзор изученной литературы по вопросу использования минеральных модификаторов индивидуально и в комплексе с химическими модификаторами в технологии бетона. Вопросы использования минеральных модификаторов в составе цементов с оптимальной дисперсностью, влияние минеральных модификаторов на свойства бетонной смеси, влияние химических модификаторов на свойства бетонов с минеральными модификаторами индивидуально и в комплексе

нашли отражение в работах Ю.М. Баженова, А.А. Байкова, А.В. Волженского, Е.Г. Величко, М. Даймона, Л А Малининой, Л.Н. Попова, СМ. Рояк, СВ. Шестоперова, З.Б. Энтина, В.А. Кинда, В.Н. Юнга, М. Кокобу, Д. Ямада, Чжоу Синго и др.

Обзор работ показывает, что на основе обобщения научного и практического опыта использования минеральных добавок к вяжущим веществам теоретическими и экспериментальными исследованиями разработаны физико-химические и методологические основы и получены базовые зависимости по оптимизации дисперсного состава многокомпонентных цементов для бетона с целью экономного их потребления в строительной индустрии.

Этот класс добавок, являющихся в основном вторичным сырьем (доменные гранулированные шлаки, золы и золошлаковые смеси ТЭС и др.), позволяет получать многокомпонентные системы с определенными эксплуатационными характеристиками, а также способствует созданию безотходных технологий и улучшению экологического состояния окружающей среды.

Следует отметить, что многокомпонентные цементы обычно характеризуются пониженной прочностью, а это положение сдерживает их использование в производстве бетона и сборного железобетона, т.к. требует удлинения режимов ТВО, увеличения расходов цемента и т.д. Сократить расход многокомпонентных цементов в бетоне представляется целесообразным за счет изыскания путей повышения их собственной активности, а также за счет комплексного использования таких видов цементов с химическими добавками. Однако целенаправленных исследований по влиянию химических добавок на свойства многокомпонентных цементов (основная продукция цементной промышленности) и бетонов на их основе практически не проводилось.

В работе исследования и внедрение результатов исследований проводились с использованием следующих материалов:

- тонкомолотый шлак Липецкого, Череповецкого, Новотульского металлургических комбинатов;

- зола ТЭС №22 г. Москвы, Каширской ТЭС, Курской ТЭС №1;

- Белгородского, Воскресенского, Старооскольского заводов портландцемен-ты ПЦ400, ПЦ500;

- гранитный щебень Питкяранского месторождения (фракции 5... 10 и 10...20 мм, количестве 35 и 65 %);

- кварцевый песок Академического карьера (Мкр=2,33)

- суперпластификатор С-3. СП С-3 является сульфированным нафталинфор-мальдегидным соединением, относятся к категории анионактивных.

В соответствии с задачами исследований определялись оптимальные параметры минеральных добавок (дисперсность и количество) с целью выявления общей закономерности их использования к вяжущим веществам для бетона в том числе с химическими добавками, которая затем была подвергнута широкой экспериментальной проверке с использованием доменных гранулированных шлаков Новотульского, Липецкого и Череповецкого металлургических комбинатов, зол и золошлаковых отходов ТЭС №1 и 22 г. Москвы, Каширской ТЭС и Курской ТЭС.

Оптимальная дисперсность минеральных модификаторов определялась с использованием шлака и зол ТЭС которые, измельчались в интервале 300-700 м2/кг и вводились в состав цемента Белгородского, Воскресенского и Старооскольского заводов с дисперсностью 220-350 м2/кг. При использовании золы ТЭС №22 г. Москвы, Каширской и Курской ТЭС оптимальная дисперсность составляет 350-400 и 480-520 м2/кг.

Таким образом установлено что, оптимальная дисперсность минеральных модификаторов превышает дисперсность клинкерного цемента на 140-180 м2/кг, при которой прочность многокомпонентной системы находится на уровне или превышает прочность контрольного состава.

Затем определялось оптимальное содержание минеральных добавок к цементам ПЦ500 и ПЦ400 Белгородского, ПЦ500 Воскресенского и ПЦ500 и ПЦ400 Староос-кольского заводов, которые принимались с оптимальной дисперсностью.

Золу ТЭС вводили в состав цемента в количестве 5 - 40 %, с интервалом 5,10,15 и 20 %, а доменный гранулированный шлак в количестве 20,40,60 и 80 %.

Исследования по определению влияния различного содержания зол ТЭС №22 на прочность цемента ПЦ 500 Белгородского завода показало, что прочность многокомпонентного цемента только с 20 % золы ТЭС в возрасте 28 суток после твердения в НУ достигает прочности контрольного состава, а при другом ее содержании и условиях твердения ниже прочности цемента без добавки золы. Однако, при последующем твердении многокомпонентного цемента практически при всех исследованных содержаниях золы его прочность превышает прочность контрольного состава как для составов, твердеющих в НУ, так и для составов прошедших ТВО. Так, к возрасту 6 месяцев указанное превышение составляет 5...30 %, а к возрасту 2,5 года -19...26 %, что хорошо корреспондируется с имеющимися в литературе данными о положительном влиянии добавки золы на рост прочности бетона в поздние сроки твердения.

При использовании золы Каширской ТЭС прочность многокомпонентного цемента при всех исследованных режимах твердения в возрасте 28 суток ниже прочности контрольного состава, которая к возрасту 6 месяцев, превышает её на 7 % только при содержании золы в количестве 20%, а в возрасте 2,5 года при всех исследованных содержаниях золы превышает прочность контрольного состава (на З...33%). При этом следует отметить, что прочность многокомпонентных цементов с золой ТЭС 22 и Каширской ТЭС при их содержании в количестве 10... 15 % ниже прочности многокомпонентных цементов с золами, содержащимися в количестве 15...20 %.

Объясняется это тем, что содержание золы в многокомпонентном цементе в количестве 10... 15 % является недостаточным для заполнения межзерновых пустот в матрице частиц клинкера (исходного цемента), а это создает невыгодные сочетания зон концентрации напряжений в цементе и снижает его прочность.

При использовании ПЦ 500 Воскресенского завода оптимального содержания золы ТЭС 22 г. Москвы в составе многокомпонентного цемента составляет 18 % после ТВО, а при твердении в НУ - 22,5 %, т.е. такое содержание золы при котором прочность многокомпонентного цемента равна прочности контрольного состава.

При использовании золы Каширской ТЭС в составе ПЦ 500 Воскресенского завода максимально допустимое ее содержание составляет 22...24 % в зависимости от условий твердения (при НУ твердения - 24 %), а наибольшая прочность достигается при содержании золы в цементе в количестве 20 %. При таком её содержании прочность многокомпонентного цемента на 11,2 и 4 % превышает прочность контрольного состава в возрасте 1 и 28 суток после ТВО и в возрасте 28 суток после твердения в НУ.

Для ПЦ500 Старооскольского завода оптимальное содержание золы составляет 10...12 % при твердении в НУ и 20 % при твердении в условиях ТВО. При таком содержании золы прочность многокомпонентного цемента находится на уровне прочности контрольного состава.

Кроме того, исследованы реологические свойства с минеральными модификаторами по их влиянию на нормальную густоту (НГЦТ) и сроки схватывания цементного теста.

Золы ТЭС, доменные гранулированные шлаки и другие добавки с оптимальной дисперсностью и в оптимальном количестве или с различной дисперсностью при различном содержании вводились в ПЦ500 и ПЦ400 Белгородского и Старооскольского и ПЦ500 Воскресенского заводов индивидуально и в комплексе с химическими добавками с целью выявления закономерностей синтеза свойств многокомпонентных цементов.

Тонкодисперсный шлак Новотульского металлургического комбината вводился в ПЦ500 Белгородского завода с удельной поверхностью 288,323,350,375 и 400 м2/кг, а в цемент Воскресенского завода с дисперсностью 470,492 и 522 м2 /кг в количестве 20%.

Введение шлака в ПЦ500 Белгородского завода уменьшает НГЦТ на 0,25... 0,5 абс.%. Время начала и конца схватывания изменяется (увеличивается или уменьшается) на 10...30 мин и 10 мин...2 ч 20 мин. При этом наибольшее изменение времени соответствует сокращению начала и конца схватывания цементного теста.

Использование тонкомолотого шлака в цементе ПЦ500 Воскресенского завода также уменьшает его НГЦТ (на 0,75 абс.%). При этом время начала схватывания сокращается на 40 мин или увеличивается на 20 мин, а конец схватывания сокращается на 10...70 мин, т.е. сохраняются закономерности установленные при использовании цемента Белгородского завода.

Шлак Липецкого металлургического комбината вводился в цемент в количестве 20, 40, 60, 70 и 80%, а Череповецкого - 20, 40 и 60%. Удельная поверхность шлака соответствовала области оптимальной дисперсности его использования к исследуемому цементу. Введение в цемент шлака в количестве 20 % не изменяет НГЦТ исходного цемента, при 40% - НГЦТ увеличивается на 0.75...1 абс.%, а при 60% - на 1,25...1,5 абс.%. При этом минимальное увеличение НГЦТ характерно для многокомпонентного цемента, содержащего шлак с оптимальной дисперсностью.

Начало схватывания цементного теста при введении 20,40 и 60% шлака Липецкого металлургического комбината изменяется (увеличивается или уменьшается) в пределах 10...70 мин, а конец схватывания увеличивается на 50...115 мин.

Золы Каширской ТЭС и ТЭС №22 г.Москвы вводились в цементы ПЦ500 Белгородского и Воскресенского заводов в области оптимальной дисперсности их использования, а также применялись с исходной удельной поверхностью в количестве 20%. Зола Курской ТЭС №1 вводилась в цементы ПЦ400 Белгородского и ПЦ500 и ПЦ400 Старооскольского заводов с удельной поверхностью от 288 до 490 м2/кг с интервалом 20...30 м2/кг в количестве 20%.

Установлено, что введение золы Каширской ТЭС и ТЭС №22 г. Москвы в ПЦ 500 Белгородского завода с низкой нормальной густотой увеличивает эту его характеристику на 0.25...2.87 абс.%. При этом зависимость НГЦТ от дисперсности зол ТЭС имеет экстрема2льный характер с оптимальным ее значением при удельной поверхности 315...325 м2/кг. Зависимость нормальной густоты ПЦ500 Воскресенского завода от дисперсности исследуемых зол ТЭС, которая имеет минимальное значение с экстремальным интервалом 470...500 м2/кг. При оптимальной дисперсности зол ТЭС НГЦТ исследованных цементов превышает НГЦТ контрольного состава лишь на 0.25...0.5 абс.%, т.е. практически в пределах ошибки опыта (0,25 %).

Следует отметить, что НГЦТ цемента Белгородского завода, содержащего исходную золу ТЭС №22 с удельной поверхностью 328 м2/кг равна НГЦТ, содержащего золу ТЭС №22 измельченную до дисперсности 326 м2/кг, что подтверждает выдвинутое положение об оптимизации дисперсного состава многокомпонентных цементов при использовании минеральных добавок с оптимальной дисперсностью.

Влияние комплексных добавок (минеральных и химических модификаторов) на реологические свойства цементного теста оценивалось также как и при индивидуальном использовании минеральных добавок по его нормальной густоте и срокам схватывания.

Нормальная густота и сроки схватывания цементного теста определялись для ПЦ500 Белгородского и Воскресенского заводов, в которые СП С-3 вводился индивидуально и в комплексе с тонкомолотым шлаком Новотульского металлургического комбината. При использовании зол ТЭС - Каширской и №22 г. Москвы в цементы вводились индивидуально и в комплексе с пластифицирующей добавкой СП С-3.

Суперпластификатор С-3 вводился в низкоалюминатный ПЦ500 Белгородского завода в количестве 0,2...0,5%, а в среднеалюминатный Воскресенского завода в количестве 0,2... 1,3% с интервалом 0,1%. Цементы использовались с тонкомолотым шлаком Новотульского металлургического комбината с оптимальной дисперсностью в количестве 20,40 и 60%.

В цементе Белгородского завода его НГЦТ уменьшается на 0.95...1.7 абс.%, при введении 40% шлака и 0,3...0,4 % СП С-3, т.е. при комплексном использовании шлака и СП С-3 НГЦТ уменьшается на 0.2...1.45 абс.% больше, чем при использовании добавки С-3 индивидуально. Сроки схватывания цементного теста с тонкомолотым шлаком, используемым в комплексе с СП С-3, сокращается при всех исследованных его содержаниях в большей степени, чем при введении добавки С-3 индивидуально.

При использовании ПЦ500 Воскресенского завода НГЦТ уменьшается при оптимальном содержании СП С-3 -1,2% - на 5,75 абс.%.

Таким образом, анализ результатов позволяет сделать вывод, что исследования НГЦТ с СП С-3 показали более высокую эффективность его использования в многокомпонентных цементах с минеральными добавками, выражающуюся в большем пластифици-

рующем эффекте и большем сокращении времени начала и конца схватывания цементного теста при редуцированном водосодержании, что особо важно, т.к. повышенное содержание шлака в цементе значительно замедляет структурообразование в цементном тесте, требуя более продолжительного выдерживания бетона перед ТВО.

Добавка суперпластификатор С-3 вводилась в низкоалюминатный цемент Белгородского завода в количестве 0,2...0,5 %, а в среднеалюминатный цемент Воскресенского завода в количестве 0,6...1,2% с интервалом 0,05... 0,1% индивидуально и в комплексе с золами ТЭС 22 г.Москвы и Каширской ТЭС. СП в составе комплексной добавки вводился в количестве 1%, а золы ТЭС в количестве 20%.

При использовании в низкоалюминатном цементе Белгородского завода СП С-3 в оптимальном количестве (0,3...0,4%), оцениваемому по прочности бетона и минимальному времени конца схватывания, НГЦТ уменьшается на 1,6 абс.%, а время конца схватывания сокращается на 35... 50 мин. Для среднеалюминатного цемента оптимальное содержание СП С-3 принято 0,9%, при котором НГЦТ уменьшается на 4,85 абс.%, а время конца схватывания сокращается на 2 ч 55 мин.

При введении комплексных добавок на основе суперпластификаторов в среднеалю-минатный цемент Воскресенского завода его НГЦТ снижается на 1.45...1.65 абс.%, а конец схватывания сокращается на 1 ч 35 мин...З ч 35 мин относительно контрольного состава, причем лучшие показатели имеют место при использовании добавки на основе СП С-3.

Таким образом, исследования показали, что использование химических добавок в составе многокомпонентных цементов для редуцирования водосодержания может ускорить структурообразование в цементном тесте, снижая негативное действие минеральных добавок на эту характеристику многокомпонентных цементов.

Кроме того, выполнены исследования по определению оптимального содержания СП С-3 в бетоне на основе многокомпонентного цемента с тонкомолотым шлаком Череповецкого металлургического комбината.

Суперпластификатор С-3 в количестве 0,3; 0,4 и 0,5% вводился в бетонную смесь на основе низкоалюминатного ПЦ400 Белгородского завода, содержащую 40 и 60% шлака Череповецкого металлургического комбината.

Установлено, что пластифицирующий эффект СП С-3, оцениваемый по редуцированию водосодержания бетонной смеси, проявляется в большей степени для составов с тонкомолотым шлаком на (7...11 абс.%), а оптимальное с одержание СП в составе бетона составляет 0,4... 0,5;% при содержании 40% шлака и 0,5% - при 60% шлака. Оптимальное содержание СП в бетоне зависит также от условий твердения и увеличивается на 0,1... 0,2% при его твердении в НУ. Это связано с отсутствием деструктивных процессов, имеющих место при ТВО бетона, а повышенное содержание СП С-3 в большей мере уменьшает силы сцепления между его компонентами, способствуя получению более высокой степени уплотнения системы и повышению прочности цементного камня и бетона.

Результаты исследований по влиянию комплексного минерально-химического модификатора на реологические характеристики цементных систем использованы при разработке новой методики проектирования состава бетона. В частности разработана таблица по назначению водосодержания бетонной смеси, в составе которых осуществляется комплексное применение минеральных и химических модификаторов.

Суперпластификатор С-3 в количестве 0,3; 0,4 и 0,5% вводился в бетонную смесь ПЦ 400 Белгородского завода с содержанием 40 и 60% шлака Череповецкого металлургического комбината, а в контрольный состав в количестве 0,4 % для редуцирования водосодержания и определения его оптимального содержания в составе бетона. Удобоукладываемостъ бетонной смеси во всех случаях была принята постоянной (ОК = 8 см). Установлено, что пластифицирующий эффект СП С-3, оцениваемый по редуцированию водосодержания бетонной смеси проявляется в большей степени в многокомпонентной цементной системе.

Была разработана методика проектирования подбора состава бетона с минеральными и химическими модификаторами.

Учитывая, различные влияния зол ТЭС и наиболее применимого в составе многокомпонентных цементов тонкодисперсного доменного шлака на реологические свойства цементных систем получены индивидуальные таблицы водопотребности бетонной смеси при использовании каждого из обозначенных минеральных модификаторов, в том числе с химическими добавками.

Таблица 1

Сравнительная таблица водопотребности подвижных и литых бетонных смесей с использованием ПЦ 400 Воскресенского завода с 20% тонкомолотого шлака

Осадо! конуса б с, ОК. с» водопотребностъбс (рано иендации ■ ГОСТу 27006-86] Зодогютрвбность б с. для 20% шлам, ¡VII1 Водолотребность 6 с для 20% шлака, п/ш '(Среднеарифметическое зимние) Коэффициент вариации, %

1-4 185 182,63 182,63 0,48

5-9 205 202,63 202,63 0,43

10-15 215 212,63 212,63 0,41

16 20 213 210,63 210,63 0,406

21-25 240 237,63 237,63 0,38

Таблица 2

Сравнительная таблица водопотребности подвижных и литых бетонных смесей с использованием ПЦ 500 Белгородского и Воскресенского заводов с золой ТЭС.

Осадо! конуса 6с,ОК,с» Водопотребностъбс (рекомендации 1 ГОСТу 27006-86) Водолотребность 6 е. дл ТЭС, п/ы ' (Среднеари юлы ТЭС и Каижрскоя ^мвтическов значение) Коэффициент вариации, *

Белгородского завода Воскресенского завода Белгородского завода Воскресенского завода

1-4 185 182,5 183,6 0,47 0,095

5-9 205 202,5 203,6 0,42 0,085

10-15 215 212,5 213,6 0,4 0,08

16 20 213 210,5 211,6 0,404 0,082

21 25 240 237,5 238,6 0,36 0,073

Таблица3

Сравнительная таблица водопотребности подвижных и литых бетонных смесей с 2 0 % золы Курской ТЭС

Осадок конуса б с, ОК» Водолотребность б с (рекомендации к ГОСТу 27008-66) Водолотребность б с для 204 золы Курской ТЭС, л/и1 (среднеарифметическое значение) Коэффициент вариации, %

М400 Старооскогъ-ского завода №00 Белгородского завода М500 Старооскогъ-ского завода ШООСтароос- М400 Белго- РИ500 Староос-КОЛЬСКОГО РОДСКОГО КОЛЬСКОГО завода завода завода

1-4 185 182,75 182 184,3 0,52

5-9 205 202,75 202 204,3 0,47

10-15 215 212,75 212 214,3 0,45

16-20 213 210,75 210 212,3 0,455

21-25 240 237,75 237 239,3 0,4

Таблица 4

Сравнительная таблица водопотребности подвижных и литых бетонных смесей с СП С-3 для тонкомолотого шлака, Каширской и золы ТЭС 22

Осадок юиуса бетотой смеси, ОК, см Водопотребность б с (рекомендации к ГОСТу 27006-86) Водопотребность бетотой снеси, л/м1 Коэффициент вариации, %

шлак | Зола ТЭС шла| J Зола ТЭС

ПЦ 500 Белгородские и Воскресенского ааводов ПЦ 500 Белгородского и Воскресенского заводов

и • ■ - -

5-9 140-155 137-150 138-153 1,87-2,53 0,88 0,64

10-15 155-170 151-164 154-168 2-2,75 0,34-0,63

16-20 170-185 166-178 168-183 2,1-2,93 0,62-0,53

21-25 185-200 180-193 184-198 2,2-3,07 0,26-0,61

Из этих результатов определены среднеарифметическое значение по числу наблюдений и точность проводимых экспериментов от изменчивости, т.е. коэффициента вариации.

Состав бетона с учетом приведенных таблиц по водопотребности проектируют по рекомендациям ГОСТ 27006-86.

Водопотребность бетонной смеси при химико-минерального модификатора бетона меньше на 3-5 литров относительно их модификации СП С-3 (табл. 1...4), что окажет на синтез его свойств. Поэтому были исследованы структура и свойства бетона при комплексном использовании химико-минерального модификатора.

Установлено, что оптимальное содержание суперпластификаторов в бетоне на основе многокомпонентного цемента с тонкомолотым шлаком практически не изменяется при его содержании, а на каждые следующие 20% шлака увеличивается на 0,1%. Оптимальное содержание СП в бетоне зависит также от условий твердения и увеличивается на 0,1 ...0,2% при его твердении в НУ. Это связано с отсутствием деструктивных процессов, имеющих место при ТВО бетона, а повышенное содержание СП С-3 в большей мере уменьшает силы сцепления между его компонентами, способствуя получению более высокой степени уплотнения системы и повышению прочности цементного камня и бетона.

Пористость цементного камня, оказывающая основное влияние на синтез прочности бетона, изучалась с помощью световой микроскопии, ртутной порометрии, по методике насыщения смачивающей жидкостью (ГОСТ 12730.4-78), а также качественно оценивалось в растровом электронном микроскопе. Исследования проводились с цементным камнем, раствором и бетоном, в которые вводились тонкомолотые доменные гранулированные шлаки, золы ТЭС и часть тонкой фракции цемента. Исследования с наиболее эффективной минеральной добавкой - шлаком проводились при его использовании индивидуально и в комплексе с СП С-3.

Параметры поровой структуры цементного камня с тонкомолотыми шлаком Тульского металлургического комбината, золой ТЭС 22 г. Москвы и с частью цемента вводились в ПЦ500 Белгородского завода ^=197 м2/кг) с оптимальной дисперсностью в количестве 20%. На основе приготовленных многокомпонентных цементов изготавливалось тесто нормальной густоты, параметры поровой структуры и прочность которого определялись в возрасте 1 и 28 суток после твердения в НУ.

Оценка поровой структуры растворных образцов с 60% тонкомолотого шлака Новотульского металлургического комбината и СП С-3 осуществлялась с помощью световой микроскопии, ртутной порометрии и РЭМ, а при использовании методики ГОСТ

12730.4-78 шлак индивидуально и в комплексе с СП С-3 вводился в раствор стандартного состава (ГОСТ 310.4-81) в количестве 20,40 и 60%. Растворные смеси с СП С-3 для изучении пористости по методике ГОСТ 12730.4-78 изготавливались постоянного состава и изопластичные.

Интегральная пористость раствора с 60% тонкомолотого шлака уменьшалась на 3,88 и 12,1 % в возрасте 28 суток после твердения в НУ и в возрасте 1 сутки после ТВО. При этом содержание пор более 500мкм у раствора, прошедшего ТВО, уменьшается в 2,3 раза, что свидетельствует об улучшении поровой структуры цементного камня за счет интенсивного твердения минералов клинкера и шлака. Введение в состав раствора постоянного состава шлака в комплексе с СП С-3 уменьшило интегральную пористость относительно контрольного состава на 13,6 и 7,16 % в возрасте 28 суток после твердения в НУ и в возрасте 1 сутки после ТВО.

При твердении в НУ раствора с тонкомолотым шлаком, введенным индивидуально и в комплексе с СП С-3, содержание пор размером более 500 мкм увеличивается на 5,5 и 5,0 %. Однако интегральная пористость ниже, чем у контрольного состава, что подтверждает высокие прочностные показатели бетона с тонкомолотым шлаком

Параллельное испытание части образцов на прочность при сжатии показало, что в возрасте 1 сутки после ТВО прочность раствора с 60% тонкомолотого шлака превышала прочность контрольного состава на 27%, с 60% шлака и СП С-3 на 31%, а в возрасте 28 суток после твердения в НУ соответственно на 1 и 5%.

Таким образом, исследования поровой структуры свидетельствует о высокой прочности бетона с оптимизированным дисперсным составом по сравнению с контрольным.

Фазовый состав новообразований цементного камня с минеральной добавкой характеризуется повышенным содержанием низкоосновных гидросиликатов кальция CSH(I), а также отсутствием или незначительным содержанием гидроксида кальция, что подтверждает высокую прочность и долговечность бетона. Качественный состав новообразований незначительно изменяется при использовании в составе бетона суперпластификатора.

Исследования тепловыделения цементов с тонкодисперсными шлаками и активными минеральными добавками оптимальных параметров при различных начальных температурах (20, 50 и 90°С) подтвердили их высокую эффективность использования в бетонах индивидуально и в комплексе с суперпластификатором и особенно при их твердении в • условиях ТО.

ДТА и рентгенофазовый анализы цементного камня проводился с использованием многокомпонентных цементов с тонкомолотым доменным гранулированным шлаком Новотульского металлургического комбината, и золой ТЭС 22.

Для проведения исследований изготавливались растворные образцы (состав 1:3) на ПЦ500 Воскресенского завода, в состав которого вводился тонкомолотый шлак в количестве 60% индивидуально и в комплексе с СП С-3. Растворные смеси с СП С-3 изготавливались изопластичные и постоянного состава. ДТА и рентгенофазовый анализы исследуемых составов осуществлялись в возрасте 1 и 28 суток после ТВО, а также в возрасте 28 суток после твердения в НУ.

Анализ приведенных кривых ДТА показывает, что цемент без добавок в возрасте 28 суток после ТВО во всех случаях имеет по три эндоэффекта. Первый эндоэффект в интервале температур 140... 180 °С вызван удалением воды из гелеобразных гидросиликатов кальция, второй - при 500°С связан с дегидратацией Са(ОН)г, третий - при 780°С - с диссоциацией СаСОз.

Дифференциально-термическим анализом установлено, что при использовании тонкомолотого шлака в цементном камне в возрасте 28 и 1 сутки после ТВО в составе новообразований отсутствует гидроксид кальция. Однако при твердении цементного камня с тонкомолотым шлаком в течение 28 суток в НУ его наличие фиксируется в количестве 2,5% по сравнению с 8,2% в контрольном составе.

Рентгенофазовый анализ цементного камня с тонкомолотым шлаком и СП С-3 подтвердил результаты полученные при ДТА; На рентгенограммах контрольного состава в возрасте 1 и 28 суток после ТВО Са(ОН)г не отмечается.

При использовании шлака в комплексе с СП С-3 фазовый состав цементного камня аналогичен фазовому составу с тонкомолотым шлаком используемым индивидуально. При этом СП С-3 в 2 раза замедляет гидратацию алита в возрасте 1 сутки после ТВО в растворе постоянного состава, а при редуцированном водосодержании на 15 % относительно состава со шлаком используемым индивидуально, т.е. добавка значительно замедляет гидратацию алита в многокомпонентном цементе на ранней стадии твердения.

Таким образом, ДТА и рентгенофазовый анализы показали, что при использовании тонкомолотого шлака и СП С-3 в многокомпонентном цементе в составе новообразований после твердения в НУ содержание гидроксида кальция уменьшается в 3...10 раз, а после ТВО гидроксид кальция отсутствует полностью, при значительном увеличении содержания низкоосновных гидросиликатов кальция, вносящих основной вклад в синтез прочности цементного камня. При этом подтверждается высокая эффективность использования многокомпонентных цементов для строительной индустрии, т.е. для твердения в условиях" ТВО.

ДТА и рентгенофазовый анализы цементного камня с использованием минеральных добавок на основе золы ТЭС 2 проводились с целью изучения влияния добавок на гидратационные свойства вяжущих веществ при различных условиях твердения (НУ, ТВО).

Анализ кривых ДТА показывает, что цементный камень после твердения в НУ и условиях ТВО имеет по три эндоэффекта. Первый эндоэффект в интервале температур 100... 200 вС вызван удалением воды из гелеобразных гидросиликатов кальция, второй - при 500°С связан с дегидратацией Са(ОН)2, третий - при 750°С - с диссоциацией СаСОз. По величине эффекта можно заменить, что в цементном камне после твердения в НУ Са(ОН)2 больше, чем в других составах

Таким образом, ДТА и рентгенофазовый анализы показали, что использование минеральных добавок в многокомпонентном цементе увеличивает степень гидратации клинкерного компонента, приводит к образованию низкоосновных щцросиликатов кальция в составе новообразований и особенно при повышенной температуре, обеспечивая высокую прочность и долговечность бетона

Исследованы и разработаны оптимальные режимы ТВО тяжелых бетонов на основе многокомпонентных цементов с оптимизированным гранулометрическим составом, в т. ч. с химическими добавками.

Тонкомолотый шлак Череповецкого и Липецкого металлургических комбинатов с оптимальной дисперсностью вводился в бетон в количестве 20, 40 и 60% взамен эквивалентной части цемента. Осадка конуса (ОК) бетонных смесей была принята применительно к агрегатно-поточной технологии равной 1...3 см, конвейерной - 8... 10 см и кассетной-12.... 14 см.

При использовании исследуемых шлаков максимальный эффект от их применения получается в бетонах, изготовляемых применительно к агрегатно-поточной технологии (бетонная смесь с ОК = 3 см). При такой подвижности бетонной смеси представляется возможным сократить расход цемента в бетоне в количестве 60% за счет применения тонкомолотых шлаков оптимальной дисперсности с одновременным повышением его прочности на 61 и 35% в возрасте 1 и 28 суток при использовании шлака Череповецкого металлургического комбината, а при использовании шлака Липецкого металлургического комбината указанное превышение составляет 74 и 41%.

При использовании бетонной смеси применительно к конвейерной технологии (ОК = 8 см) в бетоне за счет исследуемых шлаков, возможно, снизить расход клинкерного цемента на 40% с одновременным повышением прочности при применении шлака Череповецкого металлургического комбината на 3 и 2% в возрасте 1 и 28 суток, а при использовании шлака Липецкого металлургического комбината указанное превышение составляет 8 и 7%.

В бетонной смеси (ОК = 12 см) применительно к кассетной технологии расход цемента за счет использования шлака возможно сократить на 20% при практически равной прочности бетона с тонкомолотым шлаком и контрольного состава.

Изучение морозостойкости бетонов с минеральными добавками проводилось по методике ГОСТ 10060 с использованием зол ТЭС и доменных гранулированных шлаков, которые применялись с оптимальной дисперсностью индивидуально или в комплексе с СП С-3. Во всех случаях испытания проводились на образцах-кубах с ребром 10 см.

Морозостойкость бетона с 20% золы Курской ТЭС, вводимой индивидуально и с 15 золы в комплексе с СП С-3 определялась с использованием ПЦ400 Белгородского завода. Образцы бетона изготавливались из изопластичной бетонной смеси с осадкой конуса 2 см и подвергались ТВО по режиму 2+3+5+1 ч при температуре изотермического прогрева 8О...85°С.

Коэффициент морозостойкости бетона с 20% золы до 150 циклов попеременного замораживания и опаивания выше этого показателя для контрольного состава, а к 200 циклам снижается на 0,03 и имеет значение на 0,36 меньше, чем у контрольного состава, но при этом удовлетворяет требованиям ГОСТ 10060, предъявляемым к бетону с маркой по морозостойкости Р 200.

При комплексном использовании золы ТЭС с СП С-3 коэффициент морозостойкости возрастает к 200 циклам попеременного замораживания и оттаивания до 1,27, что несколько выше, чем у состава с 20% золы и ниже контрольного состава. Однако повышение этого показателя бетона с добавкой СП С-3 к 200 циклам свидетельствует о

её благоприятном влиянии на морозостойкость бетона, что связано с воздухововле-чением бетонной смеси и образованием замкнутой пористости при ее использования.

Испытания образцов показали, что все исследуемые составы бетонов выдержали 200 циклов попеременного замораживания к оттаивания, т.е. имеют марку по морозостойкости F 200.

Коэффициент морозостойкости бетона с 60% тонкомолотого шлака Череповецкого металлургического комбината при 150 циклах попеременного замораживания и опаивания на 0,21 меньше, чем у бетона с 60% шлака и 0,5% СП С-3, которые к 200 циклам попеременного замораживания и опаивания имеют приблизительно равные значения, на 0,22...0,25 меньше, чем у контрольного состава.

Таким образом, исследования морозостойкости бетонов с минеральными добавками показали, что эта характеристика бетона не ухудшается или незначительно снижается при их использовании с оптимальными параметрами (дисперсностью и количеством), а при изменении дисперсности добавки или ее не оптимальном содержании в бетоне его морозостойкость может значительно снизиться. Поэтому при приготовлении бетонов, на основе многокомпонентных цементов, к которым предъявляются требования по морозостойкости, необходимо проверить специальные исследования и по возможности использовать воздухововлекающие добавки.

Обработка результатов исследований предоставлена уравнениями регрессии 3,4,5 и 6 порядка для определения: оптимальной дисперсности минеральных добавок и оптимального содержания шлаков и зол в составе многокомпонентных цементных систем. Также получены результаты для определения реологических характеристик цементного теста с золой и определения оптимального содержания СП в составе бетона и оценки его влияния на реологические свойства бетонной смеси, получены уравнения регрессии. Получены такие уравнения впервые.

В результате получены математические модели, связывающие эти параметры с влияющими на них факторами: прочность оптимальная дисперсность Б, содержание, нормальная густота.

Полученные математические модели имеют следующий вид:

1. Зависимость прочности цемента от оптимальной дисперсности золы Курской ТЭС (ПЦ 400 Белгородского завода)

У(Х) = -(1,353065* 10-') *Х4 + (2,18219* 10*) * ХЗ-0,13061 Г Х2 + 34,35614 * X-3341,11895

2.3ависимость прочности цемента от содержания золы ТЭС 22 (ПЦ 500 Белгородского завода)

У(Х) = 0,0014533 * Х4 - 0,08573 * ХЗ + 1,5996 * Х2 -10,0766 * X + 73

3.Влияние НЩТ ПЦ400 Белгородского завода с шлаком Липецкого и Череповецкого металлургических комбинатов

У(х) = - (1.6233625 * 10А(—18))* хА3 + (1.9105829 * 10"(-15)) * хА2 - (7.4727265 * 10л(-13))*х + 23.5

4. Влияние СП С-3 на НГЦТ с 0,20% шлаком Новотульского металлургического комбината (ПЦ500 Воскресенского завода)

У(х) = -125.3227218 * хА7 + 663.9203539 * хл6 -1390.4346454 * хА5 +1464.7757132 • хл4 - 815.6920734 * хл3 + 230.2533507 * хл2 - 32.7950708' х + 27.2506429

Полученные математические модели и построенные на их основе графики, что позволили описать изменения исследуемых свойств при одновременном действии на них нескольких взаимодействующих между собой факторов и, в результате, управлять свойствами многокомпонентного цемента.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически и экспериментально установлена возможность получения композиционных систем, состоящих из минеральных добавок разной активности и клинкерного компонента, по прочности не уступающих бездобавочным цементам.

2. Получены физико-химические и методологические основы и базовые зависимости оптимизации состава многокомпонентных систем имеющее важное народнохозяйственное значение.

3. Определены зависимости оптимальной дисперсности для многокомпонентных цементов, содержание и физико-химической активности микронаполнителя к дисперсности и содержанию клинкерного компонента. Выявлено, что оптимальная дисперсность минеральных добавок должна превышать дисперсность клинкерного компонента в 1,15...2,1 раза.

4. Экспериментально установлено, что для каждой минеральной добавки в зависимости от её физико-химической активности имеется пороговая дисперсность клинкерного компонента, при которой прочность многокомпонентной системы находится на уровне прочности клинкерного вяжущего. Количественной характеристикой пороговой дисперсности может быть величина агрегатов в многокомпонентном цементе.

5. При производстве высокопрочных бездобавочных цементов могут быть использованы закономерности оптимизации дисперсного состава многокомпонентных цементов с целью повышения их активности на 1...2 марки, что эквивалентно экономии цемента в бетоне на 10...25%, они могут распространятся и на другие, в том числе и на грубодисперсные системы.

6. Зависимость изменения, как определено структурно-реологическими исследованиями, водопотребности многокомпонентных цементов от дисперсности минеральных добавок, носит экстремальный характер, а её минимальное значение соответствует системам с оптимизированным гранулометрическим составом. Ускоряет структурообразование в цементном тесте использование суперпластификаторов СП С-3 индивидуально и в комплексе для редуцирования водосодержания снижая негативное действие минеральных добавок на эту характеристику.

7. Высокую однородность распределения частиц цемента и минеральных добавок многокомпонентной системе определили исследования ДТА и в растровом электронном микроскопе с микроанализом, выявлено также наличие в них агрегатов размером 100... 150 мкм, состоящих в основном из частиц размером 1...15 мкм и частиц 50...60 мкм, при этом наблюдается сокращение объема на 0,6...7,4%.

8. Определено, что структура цементного камня и бетона содержит меньше трещин, фазовый состав новообразований характеризуется увеличенным содержанием низкоосновных гидросиликатов кальция типа CSH (I) и незначительным содержанием гидроксида кальция.

9. Проведенными экспериментами тепловыделения, определена высокая эффективность применения индивидуально и в комплексе с химическими добавками в строительной индустрии цементов с тонкомолотым шлаком и активными минеральными добавками.

10. Из смеси различной удобоукладываемости выявлены технологические особенности использования многокомпонентных цементов с тонкомолотыми доменными гранулированными шлаками в составе бетонов: Определено, что для жестких и умеренно-подвижных смесей при введении в состав бетона до 60% шлака увеличивается его прочность на 35...74%, а высокоподвижных и литых смесях-20...40% шлака увеличивает прочность бетона на 2...7%. На основании выдвинутой гипотезы о проявлении «эффекта упорядочения структуры» при твердении многокомпонентных систем с тонкомолотым шлаком позволяет рекомендовать использование шлакопортландцементов в умеренно-подвижных и жестких смесях.

11. Установлено, что продолжительность изометрического прогрева железобетонных изделий из тяжелых бетонов с микронаполнителями может быть сокращена на 2...4 ч, а с использованием минеральных и пластифицирующих добавок эффект может быть еще более значительным, при этом продолжительность предварительного выдерживания бетона перед ТВО имеет экстремальный характер и должна составлять 1...3 ч при их индивидуальном использовании и 3...4 ч с пластифицирующими добавками.

12. Бетоны на основе многокомпонентных цементов имеют морозостойкость и деформа-тивные свойства на уровне обычных портландцементных бетонов. Экспериментами показана также высокая прочность сцепления арматуры с бетоном на основе многокомпонентных цементов и её коррозионная стойкость.

13. Разработана методика проектирования состава бетона с комплексным использованием минерально-химическим модификатором (в качестве минерального модификатора рассмотрены тонкодисперсные шлаки и золы ТЭС).

14. Осуществлено внедрение опытно-промышленной партии бетонов на шлакоцемент-ном вяжущем индивидуально и в комплексе с суперпластификатором С-3 в производственных условиях. Показана технико-экономическая эффективность применения СП С-3 в многокомпонентных цементных системах. Экономический эффект от опытно-промышленного внедрения составил 700 тыс. руб. при объеме производства размере 336 тыс. м3 бетона в год.

Основные результаты исследований опубликованы в работах:

1. Карамнова Е.М., Кальгин АА К вопросу о проблеме использования золошлаковых отходов на предприятиях строительной индустрии, - Материалы научно-технической конференции студентов и аспирантов «МИКХиС - 2000», М, МИКХиС, 2000 г., с. 143

2. Карамнова Е.М., Кальгин АА Исследования морозостойкости и водонепроницаемости бетонов на золоцементных вяжущих, - Материалы Юбилейной научно-технической конференции МИКХиС. М., МИКХиС, 2001 г., с. 148

3. Карамнова Е.М., Кальгин АА Определение минимального расхода цемента в бетоне на золе ТЭС из условий обеспечения длительной сохранности арматурной стали. - Материалы Юбилейной научно-технической конференции МИКХиС. М., МИКХиС, 2001 г., с. 149

4. Карамнова Е.М. Оптимальная дисперсность использования зол ТЭС к вяжущим веществам для бетона, - Материалы конференции творческой молодежи в НИИЖБ «Новые идеи развития бетона и железобетонных конструкций». М., НИИЖБ, 2002 г., с. 163

5. Карамнова Е.М. Оптимальное содержание минеральных добавок в составе многокомпонентных цементов, - Материалы конференции творческой молодежи в НИИЖБ «Новые идеи развития бетона и железобетонных конструкций». М., НИИЖБ, 2002 г., с. 166

IP -6 39 2

Подписано в печать25.03.2004. Формат60x841 /16. Объем 1,25 п.л. Изд. №130. Тираж100 экз. Riso печать. Заказ № 2108

ИПЦ МИКХиС 109029, Москва, Средняя Калитниковская ул., д. 30

ВВЕДЕНИЕб

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ

1.2. Применение минеральных модификаторов к вяжущим веществам для бетона

1.2.1. Использование активных минеральных модификаторов для бетона

1.2.1.1. Проблемы использования минеральных модификаторов для бетона

1.2.2. Использование доменных гранулированных шлаков для бетона

1.3. Перспективы использования химических модификаторов в бетоне

1.4. Цели и задачи исследований

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Материалы, применяемые в работе

2.1.1. Вяжущие вещества.

2.1.2. Заполшггелн для тяжелого бетона.

2.1.3. Минеральные модификаторы к вяжущим веществам для бетона.

2.1.4. Химические модификаторы для бетона.

2.2. Методика проведения исследовании

3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ БЕТОНА

3.1 Исследование оптимальных параметров использования различных видов минеральных модификаторов

3.1.1 Исследование оптимальной дисперсности тонкомолотых доменных гранулированных шлаков

3.1.2 Прочность многокомпонентного цемента в зависимости от содержания шлака в его составе

3.1.3 Исследование оптимальной дисперсности тонкомолотого шлака в зависимости от его содержания в составе многокомпонентного цемента

3.1.3.1 Исследование оптимальной дисперсности шлака Липецкого металлургического комбината

3.1.3.2 Исследование оптимальной дисперсности использования тонкомолотого шлака Череповецкого металлургического комбината в составе многокомпонентного цемента

3.1.3.3 Исследование оптимальной дисперсности использования тонкомолотого шлака Новотульского металлургического комбината

3.1.4 Исследование оггтимальной дисперсности использования золТЭС в качестве добавки к вяжущим веществам для бетона

3.1.4.1 Исследование оптимальной дисперсности использования золы ТЭС 22 в составе многокомпонентного цемента

3.1.4.2 Исследование оптимальной дисперсности использования золы Каширской ТЭС в составе многокомпонентного цемента

3.1.4.3 Исследование оптимальной днспсрсности использования золы К>рской ТЭС в составе многокомпонентного HCMCirra

3.1.5 Исследование оптимального содержания минеральных модификаторов в составе многокомпонентных цементов

3.1.5.1 Исследование оптимального содержания золы Каширской ТЭС и ТЭС 22 г. Москвы

3.1.5.2 Исследование оптимального содержания золы Курской ТЭС в составе цементов ПЦ 400 Белгородского и ПЦ 500,400 Старооскольского заводов

3.1.5.3 Исследование оптимального содержания золы Курской ТЭС в бетоне с учетом мс/юсрновои пустотности цемента

Выводы по главе

4 ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНО-РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИНЕРАЛЬНЫХ II ХИМИЧЕСКИХ МОДИФИКАТОРОВ

4.1 Реологические характеристики цементного теста с литеральными модификатора.«!^

4.2 Исследование нормальной гу стоты и сроков схватывания многокомпонентных цементов с минеральными добавками различной дисперсности

4.2.1 Исследование нормальной густоты и сроков схватывания цементов ПЦ500 Белгородского н Воскресенского заводов с тонкомолотым шлаком Новотульского металлургического комбината

4.2.2 Исслслоанше нормальной гу стоты и сроков схватывания ncucirm П11400 Белгородского завала с тонкомолотыми шлаками Липецкого н Череповецкого металлургических комбинатов

4.2.3 Исследование нормальной густоты и сроков схватывания цемагтов ПЦ500 Белгородского и Воскресенского завалов с залами Каширской ТЭС и ТЭС.N»22 г. Москвы

4.2.4 Исследование нормальной густоты и сроков схватывания цементов ПЦ400 Белгородского н ПЦ500 и ПЦ400 Старооскольского заводов с золой Курской ТЭС

4.3 Пластическая прочность многокомпонентных цементов с тонкомолотым шлаком

4.4 Реологические характеристики цементного теста с минеральными н химическими модификаторами 17S

4.4.1 Исследование нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста с СП С-3 и тонкомолотым шлаком

4.4.2 Исследование нормальной гу стоты и сроков схватывания цементного теста с суперпласгификаторами и золами ТЭС

4.5 Исследование структурных характеристик многокомпонентных систем с использованием минеральных и химических модификаторов

4.5.1 Втанморзсттрсделсннс частиц клинкера и тонкомолотых минеральных модификаторов в многокомпонентном цементе

4.5.2 Объем цемагткого теста с минеральными модификаторами рахлнчной дисперсности

4.5.3 Исследование поровой структуры цементного камня с минеральными модификаторами

4.5.3.1 Параметры поровой структуры цементного камня с тонкомолотымн шлаками, золой ТЭС

4.5.3.2 Исследование поровои структуры цементного камня с тонкомолотым доменным гранулированным шлаком и супер пластификатором С

4.5.4 Исследование структуры цементного камня с минеральными модификаторами (исследования в РЭМ)

4.5.5 Диффсрснцнально-тсрмнческнй и ренттснофазовый анализы цементного камня с минеральными и химическими модификаторами.

4.5.5.1 Диф<1>срснцнально-тсрмическнн и рентгенофазовый анализы цементного камня с тонкомолотым шлаком и СП С

4.5.5.2 Диф(|>срснцнально-тсрмнческин и рснтгсно<|>азовый анализы цемс1гтного камня с активными минеральными модификаторами

4.5.6 Исследование активности минеральных модификаторов

Выводы по главе

5. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И БЕТОНА С МИНЕРАЛЬНЫМИ II ХИМИЧЕСКИМИ МОДИФИКАТОРАМИ

5.1 Химические добавки в бетонах н растворах на основе многокомпонентных цементов 223 5.1.1 Исследование оптимального содержания супер пластификаторов в бетонах на основе многокомпонентных цементов с упорядоченным гранулометрическим составом и тонкомолотыми шлаками

5.1.1.1 Исследование оптимального содержания СП С-3 в бетоне на основе многокомпонентного исмс1гта с тонкомолотым шлаком

5.2 Реологические свойства бетонных смесей с минеральными п химическими модификаторами

5.2.1 Реологические свойства бетонных смесей с тоикомолотым шлаком и СП С

5.3 Прочность раствора с минеральными и химическими модификаторами

5.3.1 Прочность раствора с тонкомолотым шлаком н СП С

5.4 Влияние расхода цемента на прочность бетона с тонкомолотым шлаком

5.5 Влияние тонкомолотого шлака на прочность бетона, изготавливаемого по различным технологическим схемам

5.6 Влияние режимов тепловлажностной обработки на прочность бетона с минеральными и химическими модификаторами

5.6.1 Влияние продолж1гтсльности предварительного выдерживания бетона с минеральными и химическими модификаторами на синтез его прочности

5.6.1.1 Влияние продолжительности предварительного выдерживания бетона с тоикомолотым шлаком перед ТОО на сшгтсз его прочности

5.6.1.2 Влияние продолжительности пред вар>гтслыюго выдерживания бетона с тонкомолотым шлаком и СП С-3 перед ТВО на синтез его прочности

5.6.2 Влияние продолжтгтельности изотермического прогрева ТВО на прочность бетона с минеральными и химическими модификаторами

5.6.2.1 Влияние продолжительности изотермического прогрева ТВО на прочность бетона с золой ТЭС

5.6.2.2 Влияние продолжительности изотермического прогрева ТВО на прочность бетона с тонкомолотым шлаком

5.6.2.3 Влияние продолжительности изотермического прогрева ТВО на прочность бетона с тонкомолотым шлаком и СП С

5.7 Деформативные свойства бетонов с минеральными п химическими модификаторами

5.7.1 Де<1>ормативныс свойства бетона с золой ТЭС

5.7.2 Да]юрматив11ыс свойства бетонов с тонкомолотым шлаком и СП С

5.7.2.1 Влияние тонкомолотого шлака и СП С-3 на деформативные свойства бетона

5.8 Морозостойкость бетона с минеральными н химическими модификаторами

5.8.1 Морозостойкость бетона с золой ТЭС к суперпластификатором СП С

5.8.2 Морозостойкость бетона с тонкомолотым шлаком и СП С

Выводы по главе

6 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

В планах экономического и социального развития Российской Федерации, предусмотрено ускорить создание и внедрение прогрессивных технологий в строительном производстве, улучшить структуру применяемых строительных материалов, обеспечить значительное снижение их материало- и энергоемкости за счет широкого вовлечения в сферу производства материалов попутной добычи, вторичного сырья и отходов других отраслей промышленности.

Бетон и железобетон, — основные строительные материалы. Главным компонентом, во многом определяющим свойства бетона, является вяжущее, в качестве которого широко применяется портландцемент.

Увеличить объем изготовляемого бетона можно путем уменьшения расхода цемента, что и реализуется на практике за счет применения различных цементосберегающих технологий. Они предполагают использование химических (суперпластификатор) и минеральных добавок, интенсивных методов приготовления бетонных смесей.

Среди многочисленных отходов и побочных продуктов наибольший интерес представляет использование (доменные гранулированные шлаки, золы ТЭС) обладающих сравнительно высокой гидравлической активностью.

В отвалах ТЭС находится без малого 1,5 миллиарда тонн золошлаков. Кроме того, ежегодно электростанции производят до 30 миллионов тонн отходов, из которых используется лишь 3 миллиона (10 процентов). А в строительстве и промышленности строительных материалов - всего 3-5 процентов. В 2000 году по сравнению с 1995 годом применение золошлаковых отходов в качестве добавки в бетоны в России сократилось в 50 раз.

В прежние годы в стране вопросами утилизации золошлаковых материалов занимались свыше 400 научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций. Было разработано около 300 различных технологий переработки золошлакоотходов по 23 направлениям, соответствующим мировому уровню. Например, технология, разрешающая вводить 100-200 кг активной золы на кубометр бетона, дает возможность экономить до 100 килограммов цемента.

Впрочем, продукты на основе золошлаков могут стать и источником инвестиций на техническое перевооружение ТЭС и покрытия экологических платежей на содержание золоотвапов. На площадях или вблизи ТЭС можно и нужно производить многопередельные сухие продукты на основе золошлаков ^ (бесклинкерные и малоклинкерные вяжущие, шлаковый песок, щебень, сухие строительные смеси и т.д.) с использованием технологий перемешивания, дробления, помола и расфасовки.

В результате доля транспортных расходов по доставке многопередельного золошлакового продукта на месте его потребления должна снизиться в 20 - 40 раз по сравнению с долей транспортных затрат в цене ЗШО франко - ТЭС. Рентабельность предлагаемых технологий производства многопередельных продуктов из золошлаков на ТЭС значительно превысит рентабельность производства самой электроэнергии. Многопередельные продукты на основе зол по своей конкурентоспособности позволяют ориентироваться на рынки всей России, стран СНГ и дальнего зарубежья, а не быть привязанными только к потребителю в радиусе максимум 100 километров.

Расфасованные многопередельные продукты на основе золошлаков могут быть подвержены длительному хранению в складских помещениях на ТЭС без снижения своих потребительских свойств.

Перечень сухих золошлакопродуктов высокой потребительской стоимости для производства из отходов на многопередельных модульных заводах, устанавливаемых на площадках или вблизи ТЭС, представлен:

1-й продукт - сухие золоклинкерные вяжущие на основе кислых, ультракислых и высокоосновных зол ТЭС;

2-й продукт - сухие бесклинкерные вяжущие на основе высокоосновных зол КАТЭКа;

3-й продукт - мелкодисперсный песок на основе рассева золы из форкамер;

4-й продукт - мелко-, средне- и крупнозернистый песок на основе дробленого шлака;

5-й продукт - многофракционный щебень на основе дробленого шлака;

6-й продукт - сухие строительные смеси для растворов различного назначения (кладочные, штукатурные, шпаклевочные, клеевые, гидрофобные, наливные и т.д.) на основе 1 - 4 продуктов;

7-й продукт - сухие бетонные смеси различного назначения на основе 1 -5 продуктов;

8-й продукт - удобрения для сельского хозяйства;

9-й продукт - раскислители кислых почв, особенно Нечерноземья, на основе высоко-кальциевых зол углей КАТЭКа;

10-й продукт - под покрытия автомобильных дорог из монолитного бетона подстилающие сухие подсыпки из высококальциевых зол КАТЭКа, обладающих мощной гидратационной теплоемкостью с I = 80 - 90°С, высокоэффективных при строительстве дорог в условиях относительно низких положительных температур;

11-й продукт - на принципах 10-го продукта изготовление одноразовых нагревателей различного назначения для бытовых, производственных и нужд МЧС, использующих мощную гидратационную энергию при затворении водой;

12-й продукт - зольная микросфера многоцелевого использования;

13-й продукт - усредненная по физико-химическим характеристикам за счет смешивания сухая зола для добавки в бетоны, растворы, для производства шлакопортландцемента на цементных заводах.

Объемы производства многопередельных продуктов на основе золошлаков ТЭС позволят в 2005 году довести производство цемента в России до 40 миллионов тонн. От замены хотя бы на 10 процентов цемента смешанного малоклинкерного вяжущего на смешанное бесклинкерное вяжущее можно получить ежегодную прибыль до двух миллиардов рублей, ежегодно экономить 500 тысяч тонн жидкого топлива. В Германии добавки зол ТЭС при производстве цемента обеспечивают 35 - 37 процентов клинкерной его части.

Короче, ежегодная прибыль от производства и использования многопередельных золошлакопродуктов в строительстве может составить в 2005 - 2007 годах около 12 миллиардов рублей /1/.

Проблема экономного потребления материальных и энергетических ресурсов в строительной индустрии, а также интенсификации производства бетона и сборного железобетона при сохранении или улучшении их проектных свойств в изделиях и конструкциях на современном этапе может быть связана с использованием минеральных модификаторов индивидуально и в комплексе с химическими добавками.

Анализ проблемы использования минеральных добавок к вяжущим веществам для бетона показывает, что этот класс добавок, являющихся в основном вторичным сырьем (доменные гранулированные шлаки, золы и золошлаковые смеси ТЭС и др.), позволяет получать многокомпонентные системы с определенными эксплуатационными характеристиками, а также способствует созданию безотходных технологий и улучшению экологического состояния окружающей среды. Следует отметить, что многокомпонентные цементы обычно характеризуются пониженной прочностью, а это положение сдерживает использование минеральных модификаторов в производстве бетона и сборного железобетона, т.к. требует удлинения режимов ТВО, повышенных расходов цемента и т.д.

Кроме того, сдерживающим фактором является также отсутствие расчетно-экспериментального метода подбора состава бетона с минерально-химическими модификаторами и нестабильность их свойств. Поэтому разработка оптимального дисперсного состава бетона и методики подбора его состава, в т.ч. с химическими добавками, обеспечивающими массовое применение многокомпонентных цементных систем является актуальной.

Цель диссертационной работы:

Целью исследования является, разработка оптимальной технологии использования минеральных модификаторов к вяжущим веществам для бетона с целью повышения качества и снижения себестоимости, а также интенсификации производства бетона и сборного железобетона за счет оптимизации дисперсного состава многокомпонентных цементов при индивидуальном и комплексном использовании минеральных и химических модификаторов (суперпластификаторов) с оптимальными параметрами.

Сократить расходы многокомпонентных цементов в бетоне представляется целесообразным за счет изыскания путей повышения их собственной активности, а также за счет комплексного использования таких видов цементов с химическими добавками. Однако целенаправленных исследований по влиянию химических добавок на свойства многокомпонентных цементов (основная продукция цементной промышленности) и бетонов на их основе практически не проводилось.

В диссертационной работе на основе обобщения научного и практического опыта использования минеральных добавок к вяжущим веществам теоретическими и экспериментальными исследованиями определено новое научное направление, а также разработаны физико-химические и методологические основы и получены базовые зависимости по оптимизации гранулометрического состава многокомпонентных цементов для бетона с целью экономного их потребления в строительной индустрии. Показано, что при использовании минеральных модификаторов в составе многокомпонентных цементов с оптимальной дисперсностью, имеющей функциональную связь с дисперсностью клинкерного компонента и только в оптимальном количестве, зависящем от собственной физико-химической активности добавки и дисперсности клинкерного компонента, прочность таких композиционных систем может находиться на уровне прочности бездобавочного цемента.

Оптимальная дисперсность использования минеральных добавок к вяжущим веществам для бетона должна превышать дисперсность клинкерного компонента в цементе в 1,15. 2,1 раза.

Рассмотрены вопросы с позиций физико-химической механики высококонцентрированных дисперсных систем в агрегируемости и распределения частиц клинкера и добавки в многокомпонентных цементных системах, а также вопросы управления структурообразованием и синтезом свойств многокомпонентных цементных систем и бетонов на их основе, в т. ч. с химическими добавками (суперпластификаторами).

В зависимости от физико-химической активности минеральных добавок, введено понятие пороговой дисперсности клинкерного компонента для многокомпонентных цементов, при котором не происходит снижение их прочности относительно бездобавочных портландцементов и разработана количественная оценка такой дисперсности клинкерного компонента.

В процессе научно-исследовательских работ выявлены специфические особенности использования минеральных модификаторов к вяжущим веществам для бетона; определено оптимальное содержание суперпластификаторов в многокомпонентных системах с оптимизированным гранулометрическим составом тонкомолотыми доменными гранулированными шлаками; исследованы технологические особенности использования многокомпонентных цементов с тонкомолотыми доменными гранулированными шлаками в бетонах, изготавливаемых из бетонных смесей различной удобоукладываемости и разработана гипотеза о проявлении "эффекта упорядочения структуры", характерного для дисперсных силикатных частиц аморфной и нестабильной кристаллической структуры, при твердении многокомпонентных цементов с тонкомолотым шлаком, позволившая рекомендовать использование шлакопортландцементов (изготавливаемых в настоящее время цементной промышленностью) в умеренно-подвижных и жестких смесях и особенно с химическими добавками с целью получения максимального технико-экономического эффекта в строительной индустрии; разработаны составы высокопрочных бетонов ПЦ700.ПЦ800 с низким содержанием клинкерного компонента (220.330 мкг/м3) на основе комплексного использования тонкомолотых шлаков с суперпластификаторами; исследованы и разработаны оптимальные режимы ТВО тяжелых бетонов на основе многокомпонентных цементов с оптимизированным гранулометрическим составом, в т.ч. с химической добавкой; исследована возможность использования закономерностей оптимизации гранулометрического состава многокомпонентных микрогетерогенных систем для грубодисперсных (на примере с золами и золошлаковыми смесями ТЭС) с целью повышения физико-механических свойств и экономного потребления цемента при их производстве; исследована и разработана рациональная технология приготовления бетонной смеси, в т.ч. с химической добавкой, заключающаяся в изменении схемы введения компонентов в бетоносмеситель и режима их перемешивания, позволяющая получить экономию цемента в бетоне в количестве 5. 10%.

Внедрение рекомендаций по результатам исследований в зависимости от использовании разработанных технологических приемов позволяет экономить от 10 до 70 % цемента.

Установлена возможность редуцирования водосодержания бетонной смеси на 5 — 7 % при комплексном использовании минерально - химических модификаторов относительно составов бетона только с химическими модификаторами. Разработана базовая таблица для определения водосодержания и методика для проектирования состава тяжелого бетона с минерально — химическими модификаторами.

Кроме того, разработка математической модели технологии производства бетонной смеси с минеральными и химическими модификаторами.

Фактический экономический эффект от реализации научных положений, разработанных в диссертации, составляет около 700 - 800 млн. руб., а ожидаемый — более 2 млр. руб. в год.

Научная новизна диссертационной работе, заключается в следующем: разработаны физико-химические и методологические положения, а также получены базовые зависимости по оптимизации дисперсного состава бетона, обеспечивающие повышение эффективности использования минеральных модификаторов в цементных системах с целью повышения их качества и снижения себестоимости за счет эквивалентной замены цемента в количестве 20.80%; разработаны принципы и способы управления структурно-реологическими и строительно-техническими свойствами многокомпонентных цементных систем с оптимизированным дисперсным составом, в т.ч. с химическими модификаторами; установлены закономерности, определяющие оптимальные параметры использования тонкодисперсного доменного гранулированного шлака в бетоне в зависимости от технологии производства изделий и конструкций; разработаны расчетно-экспериментальная методика подбора состава тяжелого бетона с минерально-химическими модификаторами.

Практическое значение работы:

Внедрение рекомендаций по результатам исследований в зависимости от использования разработанных технологических приемов позволяет экономить от 10 до 70% цемента, в большинстве случаев сокращает водопотребность бетонной смеси на 5-7%, с одновременным сокращением продолжительности и температуры изотермического прогрева ТВО бетона при сохранении или улучшении его проектных свойств в изделиях и конструкциях.

Установлена возможность редуцирования водосодержания бетонной смеси на 5-7% при комплексном использовании минерально-химических модификаторов относительно составов бетона только с химическими модификаторами. Из опытных данных и данных из рекомендаций разработана базовая таблица для определения водосодержания и методика для проектирования состава тяжелого бетона с минерально-химическими модификаторами.

Апробация работы:

Результаты исследований доложены на научно-технической конференции студентов и аспирантов «МИКХиС - 2000» (г. Москва, 2000 г.); на «Юбилейной научно-технической конференции» (г. Москва, 30 мая 2001 г.) и на конференции творческой молодежи «Новые идеи развития бетона и железобетонных конструкций» (г. Москва, 2002 г.). Публикации:

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически и экспериментально установлена возможность получения композиционных систем, состоящих из минеральных добавок разной активности и клинкерного компонента, по прочности не уступающих бездобавочным цементам.

2. Получены физико-химические и методологические основы и базовые зависимости оптимизации состава многокомпонентных систем, дающие новое научное направление, имеющее важное народнохозяйственное значение.

3. Определены зависимости оптимальной дисперсности для многокомпонентных цементов, содержание и физико-химической активности микронаполнителя к дисперсности и содержанию клинкерного компонента. Выявлено, что оптимальная дисперсность минеральных добавок должна превышать дисперсность клинкерного компонента в 1,15.2,1 раза.

4. Экспериментально установлено, что для каждой минеральной добавки в зависимости от её физико-химической активности имеется пороговая дисперсность клинкерного компонента, при которой прочность многокомпонентной системы находится на уровне прочности клинкерного вяжущего. Количественной характеристикой пороговой дисперсности может быть величина агрегатов в многокомпонентном цементе.

5. При производстве высокопрочных бездобавочных цементов могут быть использованы закономерности оптимизации гранулометрического состава многокомпонентных цементов с целью повышения их активности на 1.2 марки, что эквивалентно экономии цемента в бетоне на 10.25%, они могут распространятся и на другие, в том числе и на грубодисперсные системы.

6. Зависимость изменения, как определено структурно-реологическими исследованиями, водопотребности многокомпонентных цементов от дисперсности минеральных добавок, носит экстремальный характер, а её минимальное значение соответствует системам с оптимизированным гранулометрическим составом. Ускоряет структурообразование в цементном тесте использование суперпластификаторов СП С-3 индивидуально и в комплексе для редуцирования водосодержания, снижая негативное действие минеральных добавок на эту характеристику.

7. Высокую однородность распределения частиц цемента и минеральных добавок многокомпонентной системе определили исследования ДТА в растровом электронном микроскопе с микроанализом, выявлено также наличие в них агрегатов размером 100.Л50 мкм, состоящих в основном из частиц размером 1.15 мкм и частиц 50.60 мкм, при этом наблюдается сокращение объема на 0,6.7,4%.

8. Определено, что структура цементного камня и бетона содержит меньше трещин, фазовый состав новообразования характеризуется увеличенным содержанием низкоосновных гидросиликатов кальция типа СБН (I) и незначительным содержанием гидроксида кальция.

9. Выявлены технологические особенности использования многокомпонентных цементов с тонкомолотыми доменными гранулированными шлаками в бетонных смесях различной удобоукладываемости. Определено, что для жестких и умеренно-подвижных смесей при введении в состав бетона до 60% шлака увеличивается его прочность на 35.74%, а высокоподвижных и литых смесях-20.40% шлака увеличивает прочность бетона на 2.7%. Подтверждена научная гипотеза о проявлении «эффекта упорядочения структуры» при твердении многокомпонентных систем с тонкомолотым шлаком и это позволило рекомендовать использование шлакопортландцементов в умеренно-подвижных и жестких смесях.

Ю.Установлено, что продолжительность изотермического прогрева железобетонных изделий из тяжелых бетонов с микронаполнителями может быть сокращена на 2.4 ч, а с использованием минеральных и пластифицирующих добавок эффект может быть еще более значительным. Продолжительность предварительного выдерживания бетона перед ТВО имеет экстремальный характер и должна составлять 1.3 ч при индивидуальном использовании микронаполнителей и 3.4 ч с пластифицирующими добавками.

11.Бетоны на основе многокомпонентных цементов имеют морозостойкость и деформативные свойства на уровне обычных портлапдцементных бетонов.

12.Разработана методика проектирования состава бетона с комплексным использованием минерально-химических модификаторов (в качестве минеральных модификаторов приняты тонкодисперсные шлаки и золы ТЭС).

13.В производственных условиях выпущены опытно-промышленные партии бетонов на шлакоцементном вяжущем индивидуально и в комплексе с суперпластификатором С-3. Экономический эффект от опытно-промышленного внедрения составил 700 тыс. руб. при объеме производства размере 336 тыс. м3 бетона в год.

1. Денисов Г. Использование безотходных технологий. М.: Строительная газета, 2002г., №23. с .11.

2. Чумаков Ю.М., Левин Л.И., Пискарев В.А., Воронов Ю.И. Экономия теплоэнергетических и материальных ресурсов в промышленности сборного железобетона В сб. научных трудов ВНИИжелезобетона.-М.:1982. с. 3.13.

3. Болдырев А.С., Добужинский В.И., Рекитар Я.А. Технический прогресс в промышленности строительных материалов. -М.: Стройиздат, 1980. 480 с.

4. Дмитриев A.M. Пути повышения качества цемента для бетона. В сб. "Повышение эффективности и качества бетона и железобетона". Тезисы докладов IX Всесоюзной конференции по бетону и железобетону. - М.: Стройиздат, 1983, с. 19.26.

5. Шлайн И.Б. Перспективы повышения качества заполнителя для бетона. В сб." Повышение эффективности и качества бетона и железобетона". Тезисы IX Всесоюзной конференции по бетону и железобетону. - М.: Стройиздат, 1983, С.27.30.

6. Болдырев A.C. Основные направления научно-технического прогресса цементной промышленности. Цемент, 1978, №9, с. 1.3.

7. Дмитриев A.M., Энтин З.Б. .Никифоров Ю.В. Цементы с минеральными добавками.-Цемент, 1980, №12,с. 12. 14.

8. Величко Е.Г., Лукьянович В.М., Пискарев В. А. Об оптимальной технологии изготовления вяжущих материалов с минеральными добавками. Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева, № 3, 1984, c.l 11.113.

9. Кузнецова Т.В., Энтин З.Б. Альбец Б.С., Гольдштейн Л.Я., Соколова H.A., Яшина Е.Т. Активные минеральные добавки и их применение. -Цемент, 1981, № 10, с. 6. 8.

10. Долгополов H.H., Башлыков Н.Ф., Бабаев Ш.Т., Сытник Н.И. Высокопрочный бетон. В сб. "Повышение эффективности и качествабетона и железобетона". Тезисы докладов IX Всесоюзной конференции по бетону и железобетону. М: Стройиздат, 1983, с. 140.144.

11. Батраков В.Г., Иванов Ф.М., Силина Г.С., Феликман В.Р. Применение суперпластификаторов в бетоне. Обзор. - М.: ВНИИЭС Госстроя СССР, -60с.

12. Рояк С.М., Рояк Г.С. Специальные цементы. -М.: Стройиздат, 1983. -279 с.

13. Бетон и железобетонные конструкции. Состояние и перспективы применения в промышленном и гражданском строительстве. /Под редакцией К.В. Михайлова и Ю.С. Волкова/.-М.: Стройиздат, 1983. -360 с.

14. Михайлов К.В. Перспективы развития бетона и железобетона в СССР. -Бетон и железобетон, 1976, М, С.3.11.

15. Волженский A.B., Буров Ю.С., Колокольников B.C. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1979. -476с.

16. Коломиец В.А., Орининский Н.В., Голов Г.В. Переработка доменных шлаков. В сб. Окружающая среда и золошлаковые отходы". Тезисы докладов Международного симпозиума ЮНЕП / СССР. - М.:1983, ч. 1, с. 10.11.

17. Довгопол В.И., Макаджиева P.A. Экономика переработки и использования шлаков черной металлургии. В сб. "Окружающая среда и золошлаковые26