автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Комплексное использование дацитовых пород при производстве легких заполнителей, вяжущих и бетонов на их основе

рГ Б ОД

■ '••'".и. '« ГОССТРОЙ РФ

ГШУДАГСГГВкшШ ОРДША ТЕЭДВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НЛУЧНО-ИССЛЭДО-ВАТЕДЬСКИЙ, ПГОИШО-КОШТРУКТОГСШ!! И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИЖБ)

На правах дукопиои

ЗСавдидат техшчеоких наук ГНАТУСЬ Николай Афанасьевич

УДК 666.974.2

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАЦИТШНХ ПОРОД ПШ ПРОИЗВОДСТВЕ ЛЕГКИХ ЗАЛ (МНИТЕЛЕН, 1ШУЩИЗС И БЕГ СНОВ НА I» ООНШЕ

Специальность 05.23.05 - Строительные матеряаш п наделяя

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

госстрой м

гссударствш!$ ордшл трудового красного знамени научно-исследовательский, пронятно-конструктокзгак! и ТШОЛОГИЧГОКИЙ институт бетона и железобетона (НИИЗКБ)

На правах рукописи

Кандидат техтеческих наук ГНАТУСЬ Николай Афанасьевич

УДК 666.974.2

кштгассноя использование дщггавых пород пга производств в

леши заполнителей, вянущих и бетонов на их основе

Специальность 05.23.05 - Строительные материала и изделия

Автореферат диссертации на.соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском и проектном институте гаэонефгепрошолового строительства "СиОНИИИ-газотрой" Минтопэнерго РФ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ -

Академик Российской Академии архитектура и строительных шук, член-корреспондент Академии транспорта России, доктор технических шук, почетный профессор, заслуженшй строитель России ССШШАТШ В.И.

Доктор технических наук, профессор ОРЕИГЛИХЕР Л.П. Доктор технических наук, профессор ЛАГОйДА. A.B.

штт организация -

Центральной ордена Трудового Красного Знамени научно-исследо-вательокий ц проектный институт типового и экспериментального проектирования жилища ЩШИЭПжилища).

Защита состоится 1994 г, д/^часов на

заседании специализированного совета Д-033.03.01'по защите диссертации на ооискише ученой степени доктора технических наук в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследо. ватольском, проектно-нонотрукторском и технологически.! институте йетона н келезобетона (ШШЬСВ) по адресу: 109420, г.Москва, 2-я Институтская ул., б.

О дисоертацией макно ознакомиться в библиотеке Ш111КБ.

Автореферат разоолан

Учешй секретарь опедаа) кандидат технических naj

- 3 -

СИНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Акт^лшссд^^цзойдещ, Проблема снижения массы, экономия онергоресурсоп яр? эксплуатации зданий и сооружений, сиинзние их стоимости является одной из актуальных в области индустриального строительства, При этом исключительное значение приобретает пош-гашш прочности, теплотехничбокой эщякгпвкооти я долговечности легких бетонов.

1Ь пратчте совершенствование легких бетонов достигается главным образом благодаря рациональному использованию высокоэффективных яориешх заполнителей» Однако, эти требования, гая пою зал анализ состояния в области яегкобетонного строительства, особенно в ректонах с низкими температурами, но выполняется. Вое это обусловило разработку повышенных требований к стандарту нилища и созда-шш ногах строительных материалов, в том числе легкие батонов -на высококачественных пористых заполнителях. Производство таких бетонов стимулируется жилищной и соцкультбытовой ш^раструкгурой о надетым обеспечением нормативного уровня бксплуатЕЦИокпш: Требований.

Проблем создания строительной базы из новых видов легких бетонов на высококачественных пористых заполните/их имеет ванное народнохозяйственное значение и особенно актуальна для Западной Сибири, где интенсивно наращиваются мощности базы домостроения, а запаси щиродного глинистого сырья, прэтодного для высококачественных. порютых заполнителей, распространены крайне неравномерно или вообще отсутствуют.

Цедь нос ледованид. Настоящая работа посвящена целенаправленному пшеку и изучению особенностей строения вулгеаногешшх образований Поляр1ого и Северюго Урала Тюменской области, разработке основ и практических методов комплексного та использования в создании местных смешанных вянущих, новых аффективных высококачест-

венных искусственных пористых заполнителей, легких бетонов ца их основа и конструкций из них для однослойных огравдающнх и несущих конструкций.

Для реализации поставленной дет потребовалось решить следующие задачи: - произвести теоретический и экспериментальный анализ различных физико-химических процессов, происходящих при использовании вулканогенных образований {дацитов) в качестве тонкодаспер-' снцх активных составля ид их в составе вяжущих; - разработать обоснованный критерий оценки эффективности применения прирсдшх дацитов в качестве сырья для получения нового искусственного гравиеподобног| пощстого заполнителя - дацизита; - последовать фцзико-хишческие процессы образования дацизита и его г]и зи к о -м ех а I ¡и ч ео ки е свойства;

- разработать технологию производства дацизита; - разработать и оптимизировать соотавы легкого бетона на основе дацизита - дацизито бетона; — исследовать основные зависимости его физико-механическга и физических свойств; - устанонить взаимосвязь в происходящих процессах ыезду составляющими дацизитсбетона с целью эффективного использования их. физико-химических особенностей для получения легких бетонов о улучшенными строительными свойствами; - определить технико-оконшнчес кую эффективность применения дацизитобетопа;

- разработать рекомендации и ортшшзовать внедрение в производство результатов иоолвдовашА.

ручная, новизна, работу: - создан искусственный пористый ш-тарнал замкнутой ячеистой структуры на основе обжига гранулированной порой ко образной иаоси из вулканической дацитовой породи, которая за счет содаршшя н созег-ания щелочных металлов, алюмоси-сиатов, оксидов келеза и хкьичгаки связанной води обеспечивает поропку адгезишцую способность еа счет его шгнетичеоких свойств, а при быстрой шзкогеипературнсы секите - получение согласованных процессов образования паропяасти'^БСкаго состояния и увеличения в объеие в результате образования парогазовой смеси, преодолевающей

напряжение сдвига расплавлепнсч) стекловидного вещества; - установлено, что при использовании дацизита представляется возмсясшм для легких бетонов применять известную зависимость подвижности смеси от ее водосодержашя благодаря плотной оболочке гранул да-цизита и его замкнутой ячеистой структуре; - разработанные на уровне изобретений и патентов сггггьеше смеси "для производства искусственного пористого заполнится, гидравлических пяяупдах и легких бетонов на основе дацктгазха образований Полярного и Северного Урала. '

ШМУДЧ^?. кое зда.чотщд pgffigff. Сфорлулирсваны научше оснйБК, базирующиеся на современных ггсспягенлях штарта доведения п бетоно-вед^ния, практически подтверждай результаты исследований п екод-рены в производство разработка го васокоэффектйвным легким бетонам на основе нового искусственного пористого заполнителя и агсгившх тонкодисперспых наполнителей» иоазгчепных из вулканогенных образований Полярного и Северного Урала, разрабсггаишев период многолетних исследований в Западной Сийгрп; - вперзяа ршена прутшя народ-нехозяйственная проблема коюшшетого использования местного, нетрадиционного, дешового сырья дан создания строительной базы легкобетонного строительства в Зшгадао-Сибирсксй нефтегазовом комплексе; - предлояенц рациональное гелюшличесгаго области применения новых материалов и конструкций из них. ; "

Результаты иооледованцй вивдрепи на Надымском заводекрупно-панельного домостроения, Оургутаим завсде строительнш: материн- -л ов,'Сургутском. заводе крунныпзывжьвого домостроения, Урайском ^ заводе моноблочного ддаостроеяет. Хшгш-Мансийогам заводе'крупно-блочного домостроения и Игримикп заводе блочного домостроения.

Основные положения настоящей работы использованы при составлении следупцих нормативных и рекомендательных документов : - "Рекомендации по технологам производства искусстеяяых попетых заполнителей на основе вулканитов ГЬлнриого Урала Тшешкогорегиога на.

- t". -

Сурхутоком заводе стройматериалов"; - "Рекомендации по технологии производства кошгрукционно-теплоизолйциошшх легких бетонов на основе вспученных гранулированных вулканитов Полярного Урала Тюменского региона Сургутслда« sáliGSC« крупнопанельного домостроения";

- "Рекомендации по технологии производства цементно-дацитовых вя-здих на Игримоком заводе блочного домостроения"; - "Рекомендации по технонсачш производства дацизита, конструкционно-^геплоизоляци-онных и конструкционных легких бетонов на Уродском заводе крупноблочного домостроения"; - технические условия ТУ 102-603-91 "Сцрьв дацотовое для производства дацизитового гравия к песка"; - технические условия ТУ IQ2-604-9I "Гравий искусственный порнстий (да-цнзит) яз вулканических пород (дацита) Полярного Урала Тюменской области"; - технические условия ТУ 102-605-91 "Панели стеновые однослойные дацизит обменные для живых блок-секций серии И-164-07";

- текнические условия ТУ 102-620-92 "Бетон легкий конструкционный на основе пористого гравия (дацизита) из вулканических пород (дацита) Полярного Урала Тюменской области"; - технические условия ТУ 102-619-92 "Бетон легкий конструкционно-теплоизоляционный на • основе пористого гравия <дацизита) из вулканических пород (дацита) Полярного Урала Тшенской области".

Arrporfa;iroij>aОсновные прлонения работы докладывались и получили одобрение на: - ученш совете института ЗапСибШШ! г.Тшень 1989 г., 1990 г., 1991 г.); - научно^гехническш совете специализированного строительного объединения "ЗапСибжилстрой" (г.Тшекь 1989 г., 1990 г.); - всесоюзной конференции "Применение эффективных полимерцементшх композ!щий и бетонов в строительстве" (г.Тюмень, 1990 г.); - всесоюзной конференции rio развитию производительных сил Сибири, капитальное строительство (г.Сургут, 1990г.);

- научно-техническом совете государственного концерна "Нефгегаз-строй" (г.Москва, 1990 г.); - научно-техничеоком совете 1ШКБ Госстроя СССР (г.Москва, 1990 г.); - международной конференции по

энергосбережению в строительстве (г.Тшень, 1992 г.); - первой межгосударственной конференции "Безопасность и ¿ззнедеятелыюсть в Сибири и Крайней Севера" (г.Тшень, 1992 г.); - ученом совете института ЦНИИЭПжилища (г.Москва, 1993 г.);.- научно-техническом совете АО "Роснефтегазстрой" (г.Москва, 1993 г.).

Основные результаты диссертации содержатся в пятидесяти публикациях, в т.ч. двух монографиях автора, учебном пособии для студентов вузов; пяти нормативных документах. Получено три авторских свидетельства и шесть патентов на изобретение. Результаты диссертации изложены в двенадцати отчетах по научно-исследовательским работам.

Результаты работы экспонировались на бывшей ВДНХ СССР и отмечены Дипломом первой степени.

Объем диссертации» Работа состоит из введения, 7 глав, оо-новных выводов, списка литературы (365 наименований) и приложения. Общий объем диссертации 465 страниц машинописного текста, в том числе 84 таблица 113 рисунков. В приложении приведены акты производственного внедрения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ эффективности применения легких бетонов в капитальном строительства и практическое отсутствие пористых заполнителей низкой энергоемкости ставит конкретные задачи перёд строительной наукой и практикой по обеспечению строительства высокоэффективными, надежными и долговечными конструкциями путем разработки высококачественных искусственных пористых заполнителей из недифицитно-го вулканического сырья, новых видов легких бетонов, полученных на их основе.

В основу теоретических и экспериментальных разработок по создании и применению легких бетонов на искусственных пористых заполнителях из дацитовых пород в Западной Сибири положена рабочая

- в -

гипотеза, сущность которой заключается и следующем: химический и минеральный составы дацктов Полярного и Северного Урала благодаря высокому содержанию отеклофазы, оксидов железа и щелочных металлов, а также химически связанной воды могут обеспечить в шихте с глиной или суглинками получение пиропластнческой массы, вспучивающейся при температура 1100-11204}, которая после соответствующей технологической переработки монет быть превращена в гравиеподобный пористый заполнитель низкой насыпной плотности и повышенной прочности.

Известно, что основным щдетерием качества легкого бетона, независимо от его назначения, является минимальная средгая плотность пр! заданной прочности. Средняя плотнооть бетона зависит от сродней насыпной плотности заполнителей и их расхода. Кроме того, значительный эффект снижения средней плотности бетона достигается за счет поризации его матцгцц.

Проблема совершенствования легких бетонов в работе рассматривается на пршере использования дацитов Западной Сибири. При этом обмечается, что производство легких бетонов на основе дацизи-та предлоаено авторш в конце 80-х годов.

В работо пота за но, что технический уровень действующих пред-П1шггнй по производству пористых заггатштелей и хшчество шпускае-мой ими продукции не отвечает требованиям современной строительной индустрии, что ставит под сомнение экономическую целесообразность и конкурентноспособность применение легких бетонов на их основе.

В технологии легких бетонов, как и вообще бетонов, нет обще-признаной единой теории прочности и деформативнооти, да базе которой могли бы обосновываться рекомендации по получению материала о требуешш свойствами, хотя научные ее основы были заложены более 40 лет тому назад. По этой причине мокно лишь отметить отдельные положения, которые необходимо учитывать пр! получешш легкого бетона с заданными свойствами. В частности, свойства порютых за-

_ о _

полгателей в значительной степени определяют сосебы подбора состава, методы приготовления и укладки бетонной смеси, а такне ха-рактерютшси затвердевших бетонов. Что касается выбора мелкого заполнителя, то предпочтение следует отдавать пористым пескам - они в большей степени определяют отличительные свойства лёгких бетонов.

Анализ состояния в области легких бетонов показывает таете, что недостаточно изучено влияние характера поверхности и структуры зерен пористых заполнителей на свойства легких бетонов, в частности, их шероховатость, способствует лучшему сцеплению о раствором. На свойства легкого бетона существенное влияние может оказать таете химический состав пористых заполнителей.. Например, в результате химического взаимодействия активных пористых заполнителей о продуктами гидратации цемента формируется более прочная контактная зона

Что касается физико-химической активности вспученшх зерен из вулканических пород, состоящих из кислых алюмосиликатных оте-кол, а также кристаллов кваща и полевых пшатов, то установлено, что активно реагирует с гидрокоидсм кальция только стекло й некоторые продукты его кристаллизация (кристобалит и тридимит).

Изучению контактной зоны цементного камня о активными вулка-, ническими заполнителями посвящено сравшггельно небольшое количество работ и, в основном, в них рассматривается влияние заполнителя на адгезионные свойства цементного камня. Существующие представ лонга о свойствах материалов контактных слоев носят характер противоречивых гипотез и требуют специального исследования.

Рассматривая основные пути совершенствования технологии легких бетонов, автор использовал собственные разработки по создашго и применению легких бетонов на основе искусственных пористых заполнителей из дацитовых пород.

В настоящее время исиопьэуется упрощенный подход к расчету прочностных и дефор.тативных паршлетров легких бетонов только в зависимости от марки бетона и его средней плотности. Однако из-

веогно, что о изменением состава бетона, его реологических свойств ц оптимизацией технопогаческих процессов можно получить конструкции из легких бетонов со свойствами, резко отличаюадамася от норли-руелах параметров. Такое состояние объясняется зависимостями свойств легких бетонов от перечисленных факторов.

Лдцитовые порода различного химико-минерального состава и генетического прок ох седо кия могу у служить сырьем для производства искуоствешшх пористых заполнителей. Дациты характер1зуются равными оредниш ц поздними стадияш орогенного развития геосек-лидшх областей, Ош участвуют в отроении как неправелышх, так и контра стшх сер!й и представлены в эффузивной и субьулкаш!чоской фациях» по текстуре дацитовыо порода делятся на порфировые и а([и-роше.'По структуре они - гнолодацкты, а по характеру залегания -интрузивы, з Зфузшш.. Реитгенофазовый анализ показал шли аде на рентгенограмме линий низкотемпературного кварца, полевых шпатов, цеолитов, гидр ос л»д, железистых хлоритов и стекла (рис. I).

Процесс вспучивания вулканического стекла дацитового состава во многом предопределяется формой связи его о кристаллизациои-кой водой и ее количествен. При попадают дацята в зону высоких температур образуется минеральный расплав, вязкость которого быстро снижается. Одновременно накапливается газовая фаза, давление которой интенсивно нарастает. Наступает момент, когла давление газовой фазы (паров вода) превооходат силы вязкого сопротивления и повацсносного ндтякения, в результате чего происходит вспучивание расплава. Для успешного хода процесса вспучивания необходимо совмещение по времени интенсивного выделения газовой фазы с переходом дацитовой породы в пироплаотическое состояние.

СЦенигь дацитовое сырье по каксыу-либо однену признак весьма затруднительно. Поэтому дацитовое сырье, используемое для производства порютнх заполнителей, оценивали: по генезису, химико-шнеральному и гранулометрическому составам, по огнеупорности,

Ш Ш Ш И В 0

Ш Ш ш ЕО Ц»3 Ш

* » « 9 (

Ш СЮ СО ЕП И' ШЗ

^ »1*9'

Ш Ш Ш ЕЛ И ЕЗ

Рис. I. Рентгенограммы пород месторождения Тоупугол а,б,в,г - соответственно породы Я 1,2,3 и 4; I - гидрослюд; 2 - цеолитов; 3 железистых хлоритов; 4 - низкотемпературного кварца; 5 - полевого штата; 6 - авгнтита .

интервалу вспучивания, содержанию свободного кремнезема, наличию' конституционной води, а тагсга структурно-шханическим свойствам.

Химический соотав природных дацитовшг горных пород приведен а табл. I.

Результаты петрографического анализа показывают, что в породах отсутствует молодоз стекло. В большинстве случаев набдэдаются продукты измэнапия, характерные для гато.температурпых постмагма-тичеоких процессов. Порода шсторседения Тоупугол, например, согласно рентгенографическим исследованиям, относятся к вулканическим водосодерскагош стеклам, С помощью дифференциально-термического аналива и породе определены характеристики основной массы вулканического отекла и продуктов его изменения до 05 /', а тшшо содержание конституционной воды от 2,07 до 5,04

Фазошо превращения при обжиге гранул дацизита определяются химцко-мшюральшш составом дацитового сырья, его однородностью, отепоньв дисперсности минералов и параметрами термической обработки - температурой и скоростью ее подъема, составом парогазовой ореды. При етсм, чем выше дисперсность шихты, тем больше высвобождается из нео низкотемпературной парогазообразной фазы и тем больше шкропористость продукта обжига, и наоборот. Но мэре нагревания материала до 800-1000°С сую,ирная пористость при изменяющемся характера распределение пор по равмару непрерывно растет, затем при спекания резко падает. Общая пористость уменьшается за счет крупных пор при возрастающем количество мельчайших,

качение продшедствунцей пористости в образовании дацизита весьма велико, в них скапливается парогазообразная фаза и образует влементарные пузырьки, разрастающиеся под влиянием реологичео-ких параметров в ячейки, характерные для структуры дацизита. Его общая пористость равна 60-70 %,

Наилучшую способность к вспучиватш в сочетании с глиной

- :з -

проявляют ОСНОВНОЙ И средний ЕффуЗИЕЫ. КиСЛ'эЙ бффуЭВВ является относительно тугоплавкой породой. Стабильные вспучивавшие свойство обеспечиваются усреднением состава. Следувдей добавкой (вместо глины), влияющей ira уплотнение структуры, гранул » расширяющий интервал вспучивания, могут использоваться буровые пламн. Они представляю? собой отходы'оставшиеся при бурении нефтяных и газовых скваяин. Химический состав буровых планов показан в табл. 2.

Основными параметрами производства дациопта являются: тер-моподготоБка - 400°С, температура обяига - П20°С, темгшратуртШ интервал вспучивания - Б0°С, продолжительность термоподготозгга -20 мин, продолжительность обятга - 7-10 млн.

Ношй вспученный материал на основе дацитов Полярного Урала характеризуется замкнутей ячеистой структурой, плотной оболочкой (рас. 2)ь Основные физстко-мвханячесянз характеристики дацизпта. приведем в табл. 3.

Ва.тлейпюй характеристикой шшеральшх мнущих и вулканогенных топкодксперсшх наполнителей является их хямкчвская зктлв^ пость. '

Исследования показали, что прочность на сжатио через 28 сут из портлавдцементоз с добавкой токкодисперспого природного дацита в количестве 10 и 20 % не отличалась от прочности контрольных образцов, а с добавкой 30 % через 3 моо. соответствовала проч- . ности образцов цемента без добавок. Прочность па язгаб практически не уменьшилась при введения породы до 30 При содержании 20 % добавки прочность превышает прочность па изгиб яоптролышх обрззг цов. Это обусловлено тем, что ялямоаиикахи, содорлегдася d породе в видо стеклофаэы обесточивают ей высокую пуцношшческув активность. Дацитовая вулканогенная порода, взаимодействуя с гпд-рокслдом кальция, образует нйзкоосновные гидросиликятн кальция, повышает водостойкость и морозостойкость вяяущого. ¿щштопое сырье

Таблица I

Химический состаз природных вулканических стекол Полярного Урала (местсрсетенив Тоупугол)

Порода

Л I

& 2 Л 3 № 4

Солетсяниа,

! Пял Д£г0а Ре.Сд РеОСаО ИдО - МпО 1ОД •К»0-"^0г 58» ССг 1

3,05 72,19

1,62 69,00

3,94 52,40

.4,40 46,19

10,98 15,34 14,90 16,23

2,81 5,25 3,23 4,65

3,39 3,31 6,64 5,39

1,88 1,59 3,47 5,13

2,64 1,46 3,95 3,93

0,050 0,096 0,220 0,160

1,13 4,91 4,37 1,88

1,16 0,88 0,54 1,06

0,52 0,29 "0,80 1,01

ОД ОД ОД ОД

0^3 кислый

0,0 кислый

ОД средний

0,0 основной

Таблица 2

Химический состав буровых пяемоэ месторождения Федоровское (Сургутский район)

Т

I

Проба куста

Содержание, %

510г(оМЩе7МгВ3 ГегОй РеЙ: Т£02

ОйО МдО Шг

и

■п оргиям

II П. Г, нести к: _Ёец-а 1

Сумма

63 59,16 18,72 15,99 ЗД6 3,17 0,65 1,67 2,04 1,06 218 59,62 16,60 15,89 3,15 2,77 0,71 1,54 2,09 1,10 319 60,74 17,20 15,89 3,49 2,59 0,67 1,40 1,94 1,40

5,14 . 8,60 3,57 100,63 5,(В 8,65 2,37 100,55 4,78 7,66 3,50 100,56

рм

иг ' гъ-У-'ь

ч^/ ^у ***

шщ

ил * х?!

¡уд

'.4 »ч .

Рис. 2. Структура П'орксгого заполнителя на основе пихтового состава из дацитових пород месторождения Тоупугол: з.б, в,г,д - соответственно составы № 14,34,40,52 и 62 (:с4)

Полярного Урала содернкт до 30 % цеолитов и по существующей классификации откосится к цеолит ос од ер;;а идам материалам, что свидетельствует об их химической активности.

Взаимодействие портландцементного клинкера с тонкодиспер-С1шм пр! родным дацитш в работе оценивали с помощью снятия'рентгенограмм систем: цемент и 10,10,30,40,50 % тонкодисперсного наполнителя (рис. 3).

Таблица 3

Сизико-механические свойства дацизита

Наименование свойств

Показатели

Зерновой оостав, км

Средняя плотность, кг/м^

в т.ч. легких тяиелшс

Прочность гравия при сдавливашш в

цилиндре, МПа

в т.ч. легких тякелцх

.Коэффициент вспучивания Кц

Стойкость заполнителя против железистого

распада (массовая доля потери, %)

Морозостойкость, циклов

Водопоглощенив гравия, %

Состав шихты, %

дацитовой породы' глины .

5-10, 10-20

350-700

350-503 600-700

1,8-5,9

1,8-2,8 3 р2-5^ 9

3,5-4,2

более 200 3,8-6,0

75-85 15-25

Установлено, что тоберморитовый гель и гидроксид кальция-пе единственные продукты гидратации цемента. Из рю. 3 видно, что многие наблюдаемые дифракционные пики нельзя объяснить наличием этих продуктов. Помимо указанных наиболее интенсивными являитоя шиши гадросульфоалйшнатов ¡шльция. На рентгенограммах образцов гидратированного камня, эти дифракционные гики наблюдаются иногда отдельно, а иногда совместно. Рентгенограмма образцов гидратиро-шннш'0 цемента отражает сложность состава продуктов гидратации

i« иь щ i32 »г до ssa us tzs гз! ¡.« zsszsî 2JJ I3J m a.aî3tîui uiut ам îjs до шт îszwi s.54 5.31 mz vu 713 125 s ci imj

ЕЕ

E3 E

ш ш

^c* 3. Рентгенограг-аш систем: I - портландцеыентного камня; 2 - дацпта; 3 - состава из смеси портландцемента с дацитсл а соотнсасзии 50:50; 4 - точки пиков смешанного состава (цифрой показано количество тонкодисперского наполнителя, %) 5 - линия тоберморл-тоаого геля л СаССН^; б - линия зттрннгита; 7 - линия низкотемпературного кзарца; 8 - линия эосьмизодного двухкальциевого алюмосиликата и восьминодного двухкальциезого алюмината

в смешанном вянущем.

Химическая активность обожженных тонкодисперсных дацитовых пород в системе портландцемент + вода обусловлена в основном обезвоживанием вулканогенных образований. При нагревании дацитовых порея из них удаляется низкотемпературная форма связанной воды. Одновременно начинается разрушение дацитовых минералов. В интервале 100-300°С дацитовые минералы (мусковит, монтмориллонит и др.) теряют адсорбционную влагу и некоторое количество конституционной воды. Основная часть последней выделяется из кристаллических решеток водных алюмосиликатов при 400-600°С. Удаление воды вывивает разрыхление и расширение дацитовых минералов. В результате они активизируются и преобретают способность к взаимодействию с другими компонентами смеси. Потеря всей влаги сопровождается перестройкой и уплотнением кристаллических решеток.

Химический состав обожженных дацитовых пород представлен в табл. 4.

Для исследования активности тонкодисперсный порошок обож-кенной породы о удельной поверхностью 350 м /кг вводили в различные портлаадцементы в количестве 10,20 и 30 % от массы вяжущего. Изменением прочности образцов из такого вяжущего в зависимости от сроков твердения в воде показано на рис. 4. Добавка к цементу тонкодиспероного дацита оказывает влияние на прочность образцов в зависимости от состава вяжущего, жесткости смеси, возраста и условий твердения. При выдерживании образцов из жестких растворов в воде прочность их в возрасте 3 и 7 сут для всех составов смешанного вяжущего была ниже прочности образцов из чистого цемента. Но через 28 сут образцы из смешанных цементов с добавкой тонкомолотого обоженного дацита в количестве 20 % и через 3 и 6 нес с добавкой 30 % не отличались по прочности от контрольных образцов.

Таблица 4

Химический состав обожженных дациговых пород

: Содержание оксидов» %

Порода : ! ' 1 " —"""" ""

: Пп.п SiOj . Gao щй FeO Fea0o Tt0fc Мпв Р80ь На,0 Кг0 S04

JS I 0,20 76,10 0,62 1,11 3,01 0,76 13,SO 0,90 0,05 0,04 1,44 1,90 0,1

¡i 2 0,08 76,80 0,39 0,89 2,44 2,29 12,90 0,75 0,05 0,04 1,44 1,54 0,1

В 3 0,09 76,73 0,52 1,05 0,46 - 4,02 I2S70 0,78 0,05 0,04 0,77 1,84 0,1

Я 4 0,21 76,59 0,56 I,0S 0,50 3,95 12,94 0,83 0,05 0,04 1,01 I,8S 0,1

Я 5 0,18 76,00 0,48 1,54 1,22 3,64 13,70 0,67 0,05 0,04 0,68 1,48 0,1

>s 6 0,12 77,33 0,48 1,16 0,40 4,25 12,83 0,78 0£05 0,04 0,77 1,78 0,1

Я 7 0,10 77,20 0,48 1,20 0,50 4,27 12,80 0,79 0,05 0,04 0,78 1,90 0,1

га аа 1за гео Время, схт

МПа

0 3 7 28 90 130 380

Время, слт

Рио. 4. Изменение прочности образцов из раствора (1:3) на смешанном вяжущем в зависимости от сроков твердения в воде и содержания тонкодисперсного обожженного дацита а) иа раствора жесткой консистенции (В/Ц=0,35); б) пластической консистенции (В/Ц=0,57); I - цемент без добавок; 2 - цемент(90 #)■» обожженный дацит (10 %); 3 - то же, 30 % + 20 %; 4 - то же, 70 % 30 %

Таким образом, для цементно-дацитовых вяжущих, как и для пуццоланового портландцемента, характерно замедление роста прочности в раннем возрасте.

¿ормгрование микроструктуры цементного камня с активны.».® иниералышыи наполнителями было исследовано на образцах, твердев-

- ?! -

них в нормальных условиях в течении двух лет и -пропаренных.

Процесс гидратации к 7 сут возрасту характеризовался узе-личоншм количеством новообразований, уменьшением размеров не-гидратированных клинкерных зерен, а также Заметным образованием кристаллических фаз. Развитие этого процесса продолжается и к 28-сут возрасту. К шести и двенадцати месяцам твердения новообразования представлены хорошо закристаллизованными фазами, создающими у 12-мес возрасту блочную структуру.

При тепловлажностной обработке гидратация протекаот более интенсивно и по качеству новообразований, сразу после ее окончания приближается к образцам 28-сут нормального твердения.

В зоне контакта цементного камня с искусственным пористым заполнителем возникают собственные внутренние напряжения, обусловленные различными видами деформаций контактирующих материалов. Наг,га для снижения внутренних напряжений рекомендовано применять добавки к клинкерному цементу из вулканогенных тонкодисперсшх дацитовых пород.

Исследования сцеплении цементного камня с заполнителями показали, что тонкодисперсные наполнители повышают прочность сцепления цементного камня с дацизитоу, начиная с трех суток. Поело 14 сут тр-эрдения прочность сцепления цементного камня с заполнителем была выше прочности заполнителя на разрыв.

Результаты исследований показали также, что состав новообразований контактных зон на границе с исследуемыми пористыми заполнителями подобен гидрзтным новообразованиям затвердевшего портландцемента и отличается только количеством гидратных фаз.

Структурно-текстурные и фазово-минеральных особенности контактных зон цементный камень - пористый заполнитель представляют определенный интерес для объяснения механизма срастания компонентов, обуелввливапцего прочность и другие физико-механические

характеристики бетона. При этом как показали исследования, хими-. чески актившм компонентом, взаимодействуюцим с гидроксвдом кальция, наряду с кремнеземом, является также А1.>03. Наибольшая химическая активность указанных оксвдов была установлена при теп-ловлажностной обработке.

При разработке конструкционно-теплоизоляционных дацизито-бетонов и исследованию их свойств, особенностью оптимизации составов легких бетонов является их многовариантность. Задача оптимизации ооставов конструкционно-теплоизоляционных дациаитобатонов о учетом целого ряда требований в работе решалась с помощью метода математического планирования эксперимента. Решение большинства' оптимизационных эадач было связано с использованием полиномов второго порядка. Как видно из рис. 5, в равноподвижных легкобетонных смесях значение В/Ц уменьшается с ростом расхода портландцемента и крупного заполнителя. При этом наблюдается снижение остаточной влажности бетона после тепловой обработки в результате уменьшения начального водосодержания за счет применения менее водопотребного дацизита.

Анализ зависимости средней плотности и марочной прочности дацизитобетона от расхода портландцемента и крупного заполнителя (рис. 6) свидетельствует о том, что для получения конструкционно-теплоизоляционного дацизитобетона плотней структуры минимальной средней плотности необходимо стремиться к максимальному насыщению бетона крупным заполнителем. При расходе портландцемента

з

в пределах 150-170 кг/м может быть получен дацизитобетон классе (марки) по прочности В5 (1,175). Однако в железобетонных изделиях и конструкциях исходя из условий обеспечения защити арматуры от коррозии, норма расхода цемента должна быть но ниже 200 кг/м"'.

Количественное у, качественное влияние расхода цемента я дацизита на среднкв плотность и прочность дацизитобетона не иди-

накс -1. На прочность бетона больше? й-.тмние оказывает расход неме!н та.. Расход крупного ч-шолнятеля менее значим. При оценке средней плотности бетона влияние рассматриваемых факторов различно.

11а основании результатов исследований мокно констатировать, что на дацизите средней плотностью 400 кг/м и дробленном дедизито-

о

вом песке средней насыпной плотности 800 кг/м мо:шо получать лада-

го 145 ПО £15

£ С0О

Рис. 5. Влияние расхода цемента и крупного заполнителя на водецементное отношение легкобетонной смеси- а влажность да-цизэтоботона после термообработки при жесткости бетонной смеси 10-15 с

--- _ педецемзнтнее отношение;

----влага«ость бетеля поело

лропариваши

Рис. 6. Влияние расхода цемента и крупного заполнителя на прочность и средней плотность дацг-ептобетона

-- прочность на сжатие

через 28 сут нормального твердения, Ша;----средняя'

плотность в высушенном до л постоянной массы состоянии, кг/м0

С5 ПО 1S3

120 24S «70 100 Расход цемеита^гfr?

эитобетон плотной структуры класса (марки) В3.5-В5 (М50-М75) средней плотностью 1)00 кг/м3 при расходе крупного заполнителя не меноа 1050 л

з

па I м батона.

М'я полу мент конструюсионно-геплоизолщиотгаго дчцизитобэтоя.а юр?и но средней плотности Д800 необходимо применить крупш/й ышопни-

тель средней насыпной плотноотя 300-350 кг/м° и мелкий заполнк-тель - не более 700 кг/м3.

Исследованию! подтверздено, что наиболее эффективным способом уменьшения средней плотности дацяаитобетона является пори-ваго'я растворной части с.помоцью порообразушдих добавок. При этом баю установлено, что ври использовании добавки из тонкоыолотой дпцитовой породы (ТВД) в конструкционно-теплоизоляционном даци-зптобетоне можно сократить расход цемента на 20-25 % (табл. 5).

11а основании выполненных исследований и проведенного анализа были подобраны оптимальные составы различных видов конструк-дзонно-теплопголяцпошшх дацизитобетонов по средней плотности и прочности на сжатие (табл. 5).

Таблица 5

Составы конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов . различной структуры на дацизите марки по насыпной плотности Д400'

! Марка бетона ¡Расход материалов на I м бетонной ! по ¡смеси

i-\-

•сред- 'проч-Бдд ботона 1ней !кости !плот- !на сжа-!ности,!тие, 1кг/мЗ 1Ш1а I ! ! ' !

1 це-11ВД,'дацизитовый,!вода,'порооб-| мент,]кг !л !л ¡разова-

! кг ! ! !

!

!_

!гра-!вий i

Í

песок-

!тель,кг !(в пере-!счете на ¡сухое вещество)

Дацизитоб£• 900 5,0

тон плотной 1000 7,5

структуры II00 10,0

Даинзитога- 900 5,0

зобетон 900 7,Ь

1000 10,0

•Дацизитопено- 800 5,0

бетон 800 7,5

900 ' 10 О

180 200 220

1100 1100 1100

350 160 -370 170 -360 180 -

200 100 1000

210 120 1000

230 140 1000

220 80 «1100

230 100 1100

250 120 1100

150 150 150

140 140 {60

120 130 140

0,70 0,65 0,55

4,20 3,50 2 70

Соотнорение между призменной и кубиковой прочностью (коэффициент Кд^) составляет для испытанных серий дацизитобетонз

плотной структуры от 0,82 до 0,87, для дацизитогазобатона -0,84-0,88, а для дацизитолоноСотоиа - 0,78-0,87 (рис. 7). Зг* результаты исследований позволяют сделать прздварптелыый мпзсд

0 возможности нормирования Кц п для дацизитобетона по рзкег.йзда-¡XV.ru.- СПиП 2.03.01-81.

Прочность дацизитобетона плотной структуры при осевом растяяении близка или несколько высе нормируемых значений для легких бетснсз (рис. 7). Прочность при растяяении дацивито-бетонов пориэованной структуры характеризуется пошшешшм разбросом. Вместо с то:.: зта характеристика з ряде случаев может превосходить нормируемые значения для легких бзточов плотной' структуры до 20 %, но быть шгага нормируемых показателей для по-рззозанкых легких бетонов.

Предельная растяжимость для дацизктобетопоз' плотной структуры прочностью 8-15 МПа составила 0,27-0,47 мм/м, для дацпЕ'лто-гааобетона прочностью 4,1-3,8 МПа - 0,51-0,85 ми/и, а для даци-зптопенобэтона прочностью 3,7-7,8 МПа - 0,39-0,62 мм/м, В целом предельная растяжимость лорпзозанкых дацизитобетонов з 1,7-2,1 раза выше, чем у дацизитобетонов плотной структуры тех же марок.

Среднее значение начального модуля упругости исследуемых легких бетонов з интервале величин Р~Ь? от 2 до 3 отличается

3 5

от нормируемых показателей значительно, а в интервале р-ш от

1 до 2 - ниже нормируемых на 20 %. Все ото позволяет считать, что начальный модуль упругости дацизитобетона средней плотности 900

о

кг/м ,(до накопления опытных данных), может определятся по нормам с коэффициентом 0,85.

Среднее значение предельной сжимаемости дацизитобетона плотной структуры прочность 8-15,5 МПа находится в продолах 0,87-1,42 мм/м, а дацизитобетона порлзозанной структуры прочностью-3,7-0,8 МПа - 1,31-2,10 мм/м.

а

к -

к V—

' ^ к

в 0 / о в

о с

1

61Г.

8.«

1 1

0 &

004 —В 1 В "■ — X к —» —

А ^

О

У >* а

¿5

10 12 МЛПй

а ш «г • Рчк,МПа

Б 8 И 12

Кк,МПа

1,2 -

Рис. 7. Зависимость относительной прочности на сжатие (а), относительной прочности на растяжение (б) и прочности на осзвоа растяжение (в) конструкционно-теплоизоляционных да-цзвитобэтонов от их кублкоьой прочности соответственно по СНиЦ 2.03-01-64 дацизитобетона плотной структуры; 3 - по СНпП 2.03.01-84 для поризованного легкого бето-нэ; ° - опытные Данные по дацпзитобетону, дацизитогазобетону и дацпзитопенобетону

Ползучость дацизитобетона' -плотной структуры соответствует нормируешь! величинам, а поризованных - превышает их.

Сопоставление экспериментальных данных с величинами, рекомендуемыми нормами для легкого' бетона, показало, что усадка пропаренных образцов из дацизлтобатонов плотной структуры в возрасте 250 сут ниже нормируемой. Усадка образцов из дацизитобетонов поризован-ной структуры в этом не возрасте выше нормируемой.

Прочность сцепления стержневой арматуры класса А-Ш с дацизк-тобетоном плотной структуры выше, чем с керамзктсбетоном. Прочность сцепления такой арматуры с поризованным дацизитобетоном близка или ниже опытных данных дли керамзитобетона. Это можно объяснить тем, что прочность растворной части дацизитобетонов плотно!; структуры вьше, чем у. бетонов поризованной структуры.

Водопоглощение конструкционно-теплоизоляционных дацизитобе-

■ >в т'же епалопгпшх зидоз ивра.м^.'тс&тонов благодаря иаличкп замкнутей ячеистой структуры, плотной и прочной оболочке децизи-та. Водопоглощение снижается.с увел1гчением расхода дакота.

Коэффициент теплопроводности различных видов дацизтггобето-;юз на 10-15 $ ниже аналогичных показателей для керамзитобэтонов. Сн в большей степени ьазиспт от расхода цемента, а также с* во-допоглогсння и сообциопкой влажности дацизптового з^полинтэ-'я» показатели которого существенно ниже, чем для керамзитового гравия.

Морозостойкость дацизитобетонов, как показали исследования (табл. 6) отвечает норматтаным требованиям по морозостойкости, которые предъявляются к панелям наружных стен. С узеличешгем расхода цемента морозостойкость повышается.

Результаты электрохимических испытаний показали, что во всех исследуемых составах дацизито ,-г>тсна сразу после термообработки сталь пассивна, рН жидкой фазы беточа находится в пределах 11,84-11,96, что соответствует условиям создания пассивной пленки на поверхности арматуры.

В диссертационной работе рассмотрены основные характеристики, касающиеся конструкоонных дацизитобетонов, включат подбор и оптимизацию их составов. В частности, разработаны дацизитобето-ны. марок по прочности Ы150-М500 и исследованы их физико-механические, физико-химические и деформативные характеристики.

Зависимость прочности конструкционных дацизитобетонов от прочности растворной части и дациэита приведен? на рис. 8, из которого видно, что при увеличении содержания дацизита прочность конструкционного легкого бетона при- одной и той же прочнооти раствора растет.

При разработке составов конструкционного дацизитобетона учитывалось и то, что прочность его функционально связана также

C3

3

E-<

t-i

8

«

o

t">

B

n o

cu o

o.r

s

8

E

!• ra

I

y

s

s

ta o

a

B fj t-l tq k

fe o

JP P>H

;i o «>

HOO » I (UPJS I X[

é'BOtoliC X ai

KSPIO^K pe

W&SCJB « A ra

« d(

oo e^o frl

0801» w ce

ori

ss

b< .

0 « pía c p

«s

0) o tí

&S,

la ta

1

« !

ni s 0) oift k ota

8 MÍ

t! ra te

ao "s

í-icc

to « I

o o CiO a:, a jss o e-> ¡s . S3EOH

P ra gb

CiS

o

oj 0 >=j n

(d co di« t¡ o

ea ss

¡«a

o a <d w scjo:

) 1

CJ OJ

o m g§

o 8(« : oo3 j E¡ afijen

V "lo '»..... y 0 c g. f oB.'s^^b S&iSB .

& ti. 11 es,

p SiO

o 0 Sea 8ü £s«tí „ 0 3 CJ * « 3 e>cc 1 \

fflS tte» 0 ra es ra ra CO R . gg 0 ; 0 0 3 * c sSa

1 1 1

6! I n I o 1 ra « ra¿g o ra kk 1 sis n b)r

t=[í?-' a troocj. O O R ss o M B P<«=! Oí«

©e&gsl&ssii

ra

t8

• a o

O to co ai

w to CO 10 t> 10 ■sl; H hl O W

O O O W

H M M M

t-tl>ojooocnwa>M

C^OTll-^t.OCO'íl'-ei'CO H 1—t

t--00MMi>mi>!>M

BílNlOWD'íttlO M M M

tOOtjlCOCVJCO^r-cn mOtniofHcvfi1

CÍmomumui-TM

a>c\íc£>c*-0>oococr>io U>OCOCOIOCOOO''4,C»

IDNCOW^COC^WW m w M

w <sf' <t> co m' r- c» "d1 hololco'ím'h'tfn

MOOMMMMMM

c^ototor-omirtM iDCT>có'cotnaocOTÍ't>

mioioiowinHiflW ^ocoooof-í-tf'tocn

l>CONC-lDt-HroifiC\J

ujcdocolococo-^C^

m

oí n -í n p) ■«í

m<DC--MM........

h h h i ,1

k « l=t

«-1 1-' r—I r-l I—1

óéóáéé

а расходом цчмэнта, сродноплотностью бетона и гранулометрией дацноита.

Как отмечалось, плотность легкого бетона, его прсчьмсгпь'о дефоркативннч свойства зависят от фиэико-мехаиячзсхкх сясЗосз пористого ввполаитпл? н ого отаосэтадтого содорглт'Л п бв-гэча, Стопон.'ч »л!шг:1 зтах факторов на прочностью и дефогчлтгташ свойства бетона кгкенлится а аавнспкости от расхода цемента п г.ост.чсоти

ЕЗ

'.а :э

7.3 Я

о о го го <о (о

Г!р,МПа

Рис. 0. Зависимость прочности дацизитобетона от прочности

его растворной составляющей, прочности дацизита (Кцц) ¡1 его расхода (V )

I - Едц - 2 ГЯ1а. Уд = 0,9 м3/м3; 2 - Н^ = 2 МПа, V,, = 0,5 г/у(д3;

3 - Ещ, - 4 МПа. Уд - 0,9 м3/м3; 4 - » 4 МПа, = 0,5 м3Д,3; 5 - Ецц = 6 ГДПа, Уд = 0,9 м3/м3; 6 - = 6 МПа, 7Д = 0,5 м3/м3

бетонной смеси. Эти вопроси били исследована в донной работе с кс-

I

пользованием матемзтичоского метода планирования эксперимента.

Результата ¡экспериментальных данных показали, что ботонн марок (,1150-1,1200 можно получать на дацизите с 2цц ■■= 2 {."Ла, а батон: 1 марок М500-М350 - На дацизито с Ецц - 4 ("Ла. При стад расход 'цсмзи-, та но прешаюет расхода цемента в тяжелых бетонах тек и:: .-,'0 марок по прочности.

Снееоннв расхода цемента при увеличении содерканяя даци-аита разной прочности неоднозначно: оно составляет 25-40 кг для - 2 МПа и 50-70 кг душ ЕдЦ .= 4 МПа. Расход цемента в наших експериментах оказался ниже рекомендуемых нормами на 15-20 % в бетоне с содержанием дацизита Уд = 0,9 м3/м3 и на 5-^10 % при Уд = 0,5 м3/м3.

Основываясь на результатах экспериментальных данных, можно

выделить границы использования прочности дацизита. Так бетоны

1Я50-М200 мояно получать на дацизите с ЕдЦ = 2 Ша, а бетоны

прочностью 30-35 Ша - на дацизите с - 4 Ша к выше, М400-М500

- на дацизите с Б„Т1 = 6 Ша. дд

Исследованы физико-механические свойства конструкционных дацизитобетонов в зависимости от их рецептурного состава. При атом физико-механические'свойства конструкционных дацизитобетонов изучали по отдельным многофакторным матрицам с включением в план всех существенных рецептурных факторов для бетонной смеси с удобоукладываемость», охватывающей основной производственный диапазон. Показано, что при расходах цемента, нв превышащьх нормативных требований, на дацизите можно получать бетоны марок по прочности М150-М500 средней плотности в сухом состоянии 1300-1500 кг/м3.

' Прочность на сжатие бетона на дацизитовом гравии прочность!) 2-4 МПа в зависимости от расхода цемента и состава бетона колеблется в пределах от 10 до 40 Ша. Средняя плотность бетона такой прочности в сухом состоянии изменялась в пределах 1200-1800

о *

кг/м . В табл. 7 приведены основные характеристики дацизитобетонов в зависимости "от расхода цемента.

Кинетика роста кубиковой и призменноп прочности конструкционного дацизитобетона приведена на рис. 9. Отношение призмен-ной прочности к кубиковой является более высоким, чем у тяжелых

- 3t -

R, МПа

Rg,МПа

i.

6q во ido 120 140 too ica Время, cít

Ю0 130 500 «3 an ьоа

Водя,от

Fue. 9. Кинетика роста прочности на сжатие конструкционного дацизлтобетсна, приготовленного из смесей шзсткостнэ 25 о а) - кубиковач прочность: I - Ц = 350 кг/м3; 2 - же, 420 кг/г;3: 3 - то ко, 550 кг/м3; б) - призмеиная прочность: I - Ц --- 320 2 - то re, 400 кг/м3

бетонов, и в среднем составляет Ü,8. Образцы кубоя и призм, длительное времл находящиеся под слшшцйй нагрузкой, равной 50 % от разрушапцей, показали, что с течением времена прочность конструкционного ботона на дацизитэ зозргстдет.

Таблица 7

Характеристики дацизитсбатопа в зависимости от расхода • цемента

Вид круп-!Марка !Вид мелкого !Расход !Средняя•плотность ного за- !ботона [заполнителя ¡цемента, ¡бетона в оурсом сос-

полнителя!по проч-!

¡ности !

iwoivjiia a wjyvv

!кг/мЗ ! тоянии, кг/м:

Двцизпт MI 50

М200 <4250

дацизит дробленный 250

то же ' ЗШ

смесь дробленного дацизита и кварцевого леска 360

»1250 1450

1600

Примечание: Состав смеси дробленного дацизита и кварцевого песка соответственно 225/265 кгД;3

Зависимость коэффициента признанной прочности от комплекса

о

3

факторов, вклкчзвдих: морочнузз прочность, жесткость смеси и прочность дадкзнта в далшщрз, приведены на рис. 10. Из пего видно, что значение казЗф.'циснта призмеиной прочности для каждого вида дацпзптобетона различно. Наиболее нрочшй запол!штель обеспечивает и больвуп призменкуи прочность. В целом значение коэффициента праакенной прочности колеблется от 0,73 до 0,93.

Сспоставленво значений Кдр двцизитобетонов с данными, нор-маруешка С1М1 для аналогичных бетонов, показывает, что К^ да-вдзитобётсна значительно выше. .

Изучены модуль' упругости, косффициент Пуассона, усадка и •ползучесть конструкционного дадизитобетона. Показано, что для незагруженное образцов снижение модуля упругости во времени составило в среднем 29 %, а для образцов, находящихся под длительной сяякащей нагрузкой - около 20 Причина такого явлош:я еще недостаточно яст* Кооффкциоит Пуассона, определенный при нагрузках, рзвгплх 0,3 разрушающей, в среднем бал равен 0,17, что на 13 % шго значений для тякелото батона.

Усодо! конструкционного дацизитоботсна на пористом песке несколько вниз усодни дадизитобетона на кварцевом песке.

." Удельные-деформации ползучести бетона на дацизито резко йейшзтся с -повышением Едр. Так, у бетона с = 36,7 МПа пол-зучеоть в два раза, по сравнению с полвучестьп бетона с £ пп « 24,9 №. Полоучость конструкционного дадизитобетона наиболее интенсивно развивается в первый период (300 сут) после заг-руженш' образцов. Затухание ползучести не прекращается и после двух лет щдертавашя образцов под нагрузкой.

В работе наследована прочность сцепления (Есц) стальной арматуры с конструкционным дацизитобетоноы. Показано, что прочность сцепланш ариатда с конструкционным дацизитобетоном марок Ы200-М400 незначительно отличаотся от таковой для тяжелого бетона.

- -

0,8

0,75

Я" 0,7

C.G

Д /

' А

ч. (1 *

г- .т. '

-з г-j со icj

МЗР0ЧЯ?.П riFC'litJCTb, R

Pric. 10. Зависимость коэффициента K^ от карай дсайситойе-тона при актгвности цемента^« 60 i.'.Iin п содержании дацп-зита в бетоне V = 0,9 м3/м3

4оо;«-^ц = 2 Ша?

I - а = 10 с; 2 - К = 25 с; 3 -в - йвд = 4 МПа; л - З^ц = 6 Ша

Исследование морозостойкости конструкционных дзцизптсбото-нов марок по прочности Ш50--1.И00 свидетельствует о том, что ош: выдержали 400 циклов пспэрсмэшюго заморзжпвпття и оттагазпич прп незначительном снижении прочности (!С,^р3 = 0,94-1,0).

В диссертации приведены результат исследовании оскогмпгх вопросов сохранности стальной арматуры в конструкционном дацпгп-тобэтоне. Методом ускоренных испытаний диффузионной пропицззмостп бетона для углекислого газа показано, что минимальной допустимой проницаемостью, как и следовало ожидать, обладая? бетоны о расходом цемента не менее 250 кг на I м бетона. Результаты зтпх исследований позволят.сделать runод о том,,что при расходе цпмзито

о

не менее 300 кг/м арматура в конструкционном децизитоботспэ находится в пассивном состоянии.

В работе содержатся результаты разработок составов" бэтсноз

на основе растворимого силиката натрия и дацитового наполнителя и заполнителя, а также исследование их свойств.

Химическая активность дацитового сырья обусловлена аморфной модификацией кремнеземистой составляющей, вступающей во взаимодействие с 'растворимым силикатом натрия в процессе гидротермально]! обработки. Дацитосиликатное связующее состоит из определенного соотношения жидкого стекла и тонкодисперсной дацитовой породы. Било оценено влияние тонкости помола дацита, плотности растворимого силиката натрия на соотношение дацит - жидкое стекло.

Дациты Полярного Урала, измельченные до 300 м^/кг, при введении в натриевое жидкое стекло в виде порошка и при последующей, гидротермальной обработке при 160-190°С образуют алюмосиликаты щелочных металлов структуры типа морденитов или цеолитов, флзг:о-кеханические свойства которых соизмеримы с требованиями, . прадъявлегшыми к ^конструкционным материалам.

Разработанные составы вяжущего на основе натриевого годного стскла и тонкоднсперсного дадита, а также бетонов на этом саязукздем с использованием дацизктового заполнителя на основании исследованных основных физико-механических и гидрофизических свойств бетонов, рекомендовано применять в качестве конструкционные материалов.

На основе дацизита освоено производство на Сургутском заводе крупнопанельного домостроения стеновых наружных однослойных панелей я плит перекрытий для жилых блок-секций серии И-164.07 п серии 125. Строительство объектов жилищной и соцкультбытовой

инфраструктуры ведется в городах Сургуте, Нефтеюганске, Ноябрьске,

#

К,Уренгое, Нижневартовске и Когалыме, а также в поселках «¿одоров-ский и Лянторский.

. Из дацизитобетона освоен выпуск крупных легкобетошшх блоков, внутренних панелей и плит перекрытия для строительства жилья

к '.^ъектоз соцкультбыта серии 123 на заводе крупноблочного домостроения треста Урайнефте.чилстрой. Строительство из конструкций серка 123 осуществляется в городах У рае, Ханты-Мансийске, Пятен:!, Советском и поселке Кандынское.

Осуществляется проектирование и ведется строительство промышленных предприятий по производству блоков, паполей, плит ¡:е-рекрыскя и других конструкций из дацизитойетона в городах Ханта-Маисийске и Игриме.

Создание в Западной Сибири строительной бази на основа да-цкзнтобзтсна позволило снизить средняя плотность бегкого бетона

о

до 900 кг/м , повысить теплозащитные ссойства огрзгдавдих стоповых панелей и блоков, а таки» повысить однородность и иорозоотой-кость бетона, используемого для изготовления таких конструкций. Замена тяжелого бетона дацизнтобэтоном позволит снизить средчкэ шютность вдпое, улучшить теплоизоляционные свойства и звукоизоляцию. Применение нетрадиционного сырья Полярного и Северного Урала позволит создать богатую оырьеву базу для производства да-цизита и легких бетонов на их основе, а также обеспечит снизанпо расхода цемента и энергоемких пористых заполнителей. ,

Рациональными областями применения новых видов легких бетонов являются: аилпцнсэ, соцкультбытовоо, промышленное и другие виды строительства. Из дацизитобетонов можно изготавливать невр-мировашше и армированные изделия и конструкции.

К неармировашшм легкоботогошм изделиям относятся стеновые камни и крупные блоки. Наиболее прогрессивным направлением при-

I

менения новнх видов лепсих батонов в индивидуальном строительстве являются крупноразмерные панели наруяшх'н внутренних стен, плиты перекрытия, а также объемные элементы,

Дацизитобетонн намечено широко применять для возведения сборно-монолитных малоатамшх и высотных о^остватшх и нилих

зданий, объектов соцкультбытовой инфраструктура.

Стеновые панели из новых легких бетонов длиной 6 м целесообразно использовать как в одноэтажных, так и в многоэтажных промышленных зданиях, а длиной 12 - только в одноэтажзшх.

Новый легкий бетон найдет применение также в.качестве звукопоглощающего материала в судостроении для каркасов речных и морских судов, палубных надстроек металлических судов и доков.

Экономически целесообразно применять дацизитобетсн марок по прочности на сжатие 1Я50-М500 в несущих конструкциях взамен тяжелого бетона. Особенно эффективно комплексное применение да-цпзитобетона во всех конструкцих здания.

Расчетные данные и последуедая проверка их на практике свидетельствует о том, что можно получать ограздаадие конструкции ста:: из различных видов.дацизитобетонов общей толщиной ограждений 320-350 мм.

Анализом технико-экономических показателей однослойных стеновых панелей установлено, что замена керамзитобетона плотной

о

структуры средней плотности 1200 кг/м дацизитобетоном средней

о

платности 900 кг/м позволяет снизить толщину ограждений до 25 %,

онергоемкость производства I м2 конструкций - на 4,4 кг у.т.,

р

приведенные затраты - на 1,73 руб/м за счет снижения стоимости

о

конструкций в деле на 2,05 руб/м (в ценах 1991 г.).

Установлено также, что поризация растворной части позволяет заменить дацизитобетон плотной структуры на длцизитобетон со снижением средней плотности на марку. При этом толщина ограждения

О

снижается более чем на 5 %, приведенные затраты - на -3,4 руб/м ,

* о

затраты на отопление за срок службы - на 0,34-0,44 руб/м , стоимость конструкций в деле уменьшается на 3,15-2,96 руб/м^, энергоемкость производства снижается на 20,4-19,8 кг у.т./м2, трудозатраты - на 0,04-0,06 чел. час/м2 (в цетх 1991 г.).

- О I-

Наиболее эффективными ограядавдима конструкциями являются панели из даплзитобэтона плотной структуры марок по средней плотности Д900 и из дацизитобетона поризованной структуры - Д800.

Таким образом,' технико-экономические расчета показывают, что все предполагаемые пути повышения теплозащитных свойств однослойных ограждающих конструкций из легких бетонов (замена тяжелого керамзита более легким дацизитсм с поризацией растворной чести) экономически целесообразны. Анализ технико-экономических показателей таких конструкций выявил пути достижения экономическое зЭДюкта: снижение толглш огрялщений при сконокпи затрат на производство конструкций, пклвчая расход сырьошх материалов и ботснп или экономии затрат на отоплешю при сохранении толщины огратдаз-иия по сравнению с эталоном и одинаковой начальной стоимостью конструкций.

Анализ экспериментальных данных и технико-эяономтгчеишэ расчеты позволили рекомендовать разработанный кснструкционный да-цизнтоботон марок, по прочности М1БО-М500 для ивготовлонгл плит перекрытия, внутренних несуцих стон и порегородск.

В качество пористого заполнителя в таком бетоне пр:.'мензя дзцияит насыпной плотности 500-700 кг/м3, прочностью 2-5,9 !.ЗТа, выпускаемый Сургутским заводом строительных материалов г Урпйскш цехом пористых заполнителей. Плиты перекрытия н внутренние стол?: изготовлены по кошзеерной и кассетной технологиям.

Легкий конструкционный дацнзитобетон в плитах перекрытия имел следующие характеристики через 4 ч после тепловой обработки: средняя плотность 1500-1600 кг/м3, прочность на сжатие 30,5 М11а, влажность ботона 4,0 %. Средняя плотность стеновых панелей составила 1500 кг/м3, прочность на сжатие 30,0 1,"Па, вл&чность 3,7.%.

- 38 -ОБЩИЕ ВЫВОДИ

Т предложена и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности получения нового пористого заполнителя для легкого бетона из вулканической дацитовой породы Полярного и Северного Урала, в результате чего создан исскуственный пористый материал замкнутой ячеистой структуры на основе обжига дацитовой породы, подготовленной в виде гранулированной порошкообразной массы в составе с добавкой глины или суглинка.

При этом возможность получения гравиеподобного пористого заполнителя, названного автором дацизитом, определяется согласованностью процессов образования пиропластического состояния материала, появления в нем расширяющейся в объеме парогазовой фазы, преодолевавдей напряжения сдвига расплавленного стекловидного вещества бэв существенного уменьшения своего объема.

Согласованность указанных процессов обеспечивается химико-югаералогическим составом дацитового сырья, его однородностью, степенью дисперсности, а также температурным режимом процесса.

2. На уровне изобретений разработаны состава сырьевых смесей для производства дацизита на основе определения влияния окси- ' дов и образующих породу минералов на процессы плавления шихты и перехода ее в пиропластическое состояние, образование парогааовой фазы и «формирование пористой структуры материала.

При атом установлено, что оксиды щелочей и железа определяют температуру плавления шихты, состав и количество расплава, оксиды ёлшиния я кремния - прочность и ячеистую структуру материала, окоид эакиси железа - количество образующегося газа, а кристаллизационная вода - количество образующегося пара.

На этой основе разработаны способы оценки пригодности дацитового сырья и пути корректировки состава шихты для производства дацизита. .

3. Разработан температурный регим обжига шихты дпцита для получения дацизитя, основными параметрам которого является: тер-мспсдготовка шихты в течение.20 мин при температурах от 400 до

II00°С и обжиг шихты в течение 7-10 мин при температурах 1100-1120°С и к-шературкш интервалом вспучивания 50°С.

4. Установлено, что из дацитов Полярного Урала и Сонорного Урала может бить получен дацизит для конструкционно-теплоизоля-

О

ционных децизитобзтонов насыпной плотности до 350-450 кг/м°, с прочностью гравия при сдавливании в цилиндре 1,0-2,8 !.Ша, для конструкционных дацнэитоботснов насыпной плотности 500-700 юУн" с прочностью 3,2-5,9 МПа и годополгощением его 3,8-6,0 55. Подученный заполнитель з виде грянул с плотной оболочкой имеет замкнутую ячеистую структуру, общей пористостью 60-70 % с размером пор в пределах 1-3 мм, что позволит при проектировании состава бетона применять известную зависимость подвижности смеси от ого водосодеркания.

Заполнитель стоек против жолезистого распада,

5. Показано, что на дацизите.марки по насыпной плотности 400 кг/м3 могут бить получены конструюдеошю-теплоизолягаснннэ бетоны классов (марки) В3.5 - В7,5 (М50-М100) плотной и пор:-~о~ ванной структуры со следующими характеристиками: средняя плотность - 800-900 кг/м3, коэффициент призменпой прочности - 0,70 -- 0,88; прочность на осевое растяжение - 0,2 - 1,25 МПа; модуль упругости - 5035 - 10560 Ша; коэффициент Пуассона - 0,18 - 0,25; предельная сжимаемость - 0,07 - 1,3 мм/м.

Указанные показатели, а также усадка и ползучесть, близки к нормируемым значениям для кершзитобетона, в то время как морозостойкость полученного материала выше, а теплопроводность ена-чительно нижа. '

6. Установлено, что конструкционные дпцитоботош марок

1.1150 - М400 по морозостойкости соответствуют маркам Р400 и шше, о по водонепроницаемости - № 12. Ползучесть их находится на уровне нормативных значений для керамзитобетона, а арматурная сталь остается в пассивном состоянии в бетоне с расходом цемента не менее 300 кг/м3 после 3-месячного попеременного увлажнения и высушивания .

7. На основании исследований контактной зоны легкого бетоне, на дацизите установлено, что прочность сцепления цементного камня с заполнителем выше прочности последнего и обусловлена в большей мере его"химической активностью.

В результате взаимодействия дацизита с гвдроксидом кальция образуются гидросиликаты и гидроалюминаты.кальция, идентичные об-рааувдимся при гидратации портландцемента, причем их состав и копгчество зависит от содержания стеклофазы в дацизите.

В наборе прочности сцепления, наряду с химической активностью ^слнотеля,- ваашув роль играет .и микромофология контакта.

в. Установлено, что дациты Полярного и Северного Урала, как в другие разновидности вулканических водосодеряащих стекол, содержат в своем , составе оксиды кремния и алюминия в активной фэрцб. Благодаря этому, тонкомолотые дациты могут применяться в * качестве минеральной' добавки к цементу в количестве 20-30 % либо в сочетании с жидкими стеклами использоваться для получения при гидротермальной обработке при 160-190°С алюмосиликатов щелочных металлов структуры типа морденитов или цеолитов, физико-механические свойства которых соизмеримы'с требованиями, предъявляемыми к конструкционным материалам.

9. Результаты. .. работы использованы при организации производства дацяаита-на Сургутском заводе стройматериалов (производи-., тельностью 300 тыо.м3/год) и на заводе крупноблочного домостроения треста Урайнефтекйлстрой(50 тыо.м 3/год), что позволило освоить

соответственно производство наружных однослойных стеновых панелей из конструкциошю-теплоизоляциошюго дацизитоботона марок M50-MI00, внутрешшх стен и плит перекрытия из конструкционного дацитобетона марок M200-M300, Комплексное использование днцизи-тобатоиса позволило снизить приведенные затраты на I i? площади на 7,02

Содержание диссертации опубликовано более чем в 50 работах основными из которых являются:

1. Гнатусь H.A. Новое сырье для легких бетонов //Строительство трубопроводов. 1930, й 7. - С.25-28.

2. Гнатусь H.A. Искусственные пористые заполнители для легких бетонов и вялущих на основе вулканитов Тюменского Урала //Сб. тез. докл. Всесоюз. -конф. Применение эффективных полимер-цементных композиций и бетонов в строительстве /Госстрой СССР, ТюмНСИ, ССО Залсибжилстрой, Тш. c;'i. правд. НТО: - Тюмень: 1990. - С.67-71.

3. Гнатусь H.A. Использование вулканических стекол Тшенс-кого региона для производстБа пористых заполнителей //Сб. Строительный комплекс Сибири на новом этапе развития. Капитальное строительство. Всесоюз. конф. по развитко производственных сил Сибири, 17-20 апреля 1990 г, - Новосибирск: СО АН СССР ИЗиОПП, 1990. - C.II3-II6.

4. Гнатусь H.A. Вулканические породы в качестве минеральных добавок в цементах и бетонах //Строительство трубопроводов. 1990. й I - 0.24-26.

5. Гнатусь H.A., Гнатусь А.Н. Конструкционно-теплопзодяцп-огаше легкие бетоны на искусственных пористых заполнителях из минерального сырья Тюменского региона //Сб, докл. на конф. Полщгори. и цементы в строительстве. - Тюмень: НТО, 1990. - С.230-243,

6. Гнатуоь H.A., Грлгорчук Д.И., Огороднов Б.Е. Рекомендации по технологии производства искусственных пористых заполните-, лей на основе вулканитов Полярного Урала, Тймзнского региона па Сургутском заводе строительных материалов.' - 1.1.: МНГС. 1990,-8 с.

7. Путляев U.E., Савин В.И., Гнатусь H.A. Рекомендация по технологаи производства, конструкциошю-топлонзоллшюшшх лияих бетонов на основе вспученных гранулированных вулканитов Полярного

Урана Тюменского региона на Сургутском ВКГЩ. - М.: НЛЙЕБ, ШГС, 1990. - 16 с.

0. Гнатусь H.A. Новые легкие бетоны и конструкции на их основе //Строительство трубопроводов. 1991, В 7. - С.25-27.

9. Иштусь H.A. Улучшение свойств пористых заполнителей и легких бетонов //Строительство трубопроводов. 1991. Ii I.

. 10. Гнатусь H.A. Дацизитобетон; Иод род. И.Е'.Путляева. - М.: Недра, 1991. - 125 с.

II, Гнатусь H.A. Новые эффективные легкие ботош на основе гранулированных вулканитов Полярного Урала //Сб. науч. тр. Ноше б^йчг.стпвныо легкие бетоны и конструкции из них /ШМ бетона к железобетона. - М.: ШИН, 1991. - С.38-44.

.12. Itorycb H.A., Костюк Б.й>., Нефедов H.A. Сырье дацитовое для производства дацизитового гравия и песка //Технические усло-ь«я ТУ 102-608-SIr - Тшонь; 1991. - 9 с.

13. Гнатусь H.A., Сорых Р.Л. Панели стеновые наружные однослойные дацизитобатошше для килах блок-секций серии K-I64-G7 //Технические условия ТУ 102-605-91. - Н.: 1991. - 22 с.

'14. Иттусь H.A., Григорчук Д.II., Огороднов Б.Е. Гравий искусственный пористый (дацизит) из вулканических пород (доцит) Полярного Урала Тюменской области //Технические условия ТУ 102-004-91. - М.г 1991. - 17 с.

15, Гнатусь H.A. Подбор составов поризованного дацизито-бетела класса (марки) по прочности на сжатие В3,5-В5 (М50-М75) сродней плотности менее 1000 кг/м3 //Строительство трубопроводов. 1992. Ц 10. - С. 6-8.

16«, Гнатусь H.A., Гнатусь А.Н. Производство новых строительных материалов на основе сырьевых ресурсов Западной Сибири. Учеб.пособие для студ. вузов. - Тшень: ТшШ, 1992. - 110 с.

17. Гнатусь H.A. Теплофизичеокпе свойства дацизитобетона • //Строительство трубопроводов. 1992. И 4. - С.25-27.

18. Шалвмова Н.И., Гнатусь H.A., Гюннер Т.В. Новые виды та:.шона1шых цементов для буровых скважин северного региона Тку-мэнской области //Сб. науч. тр. Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере. - С-П.:'ТгалИСИ, НТО "Искер", 1992. - С.67-68.-

19. Гнатусь H.A. Прочностные и деформативние свойства легких бетонов на основе пористых заполнителей из дацитошх пород //Строительство трубопроводов. 1992. Je 2. - С.22-24.

20. Гнатусь H.A. Е^аулооть, ^одспоглощение и пористость легких бетонов на основе пористих ааподиптилой не даинтозых пород //Строительство трубопроводов. 1092. ¡1 II. - C.I0--T2.

21. Гнатусь H.A. Усадка и ползучесть» прочность сцоплоннл дацизитобетона со стальной арматурой //Строительство трубопропо-дов. .1992. Ü 12. - С.9-13.

22. Гнатусь H.A., Cspnx P.JI., Огороднов Б.Е. Eert.ii легкий конструвдионный на основе пористого гравия (дацизнта) но вулканических пород (дацитоп) Полярного Урала Тюменской области //Технические условия ТУ 102-620-92, - Тюмень: 1Ш2. - 12 с.

23. Гнатусь H.A., Cspux Р Л,, Огороднов Б.Е. Еэтсн легкий конструкционно-теплоизоляционный на основе пористого гравия (да-цизита) из вулканических пород (дацнта) Полярного Урала Тшеисг.сй области //Технические условия ТУ 102-619-32. - Тшзнь: 1992. - 21 с.

24. Гнатусь H.A. Дацизитобетон ~ новый материал для легкобетонного строительства //Строительство трубопроводов. 1992. >з 3,

- С.24-27.

25. Гнатусь H.A. Оптимизация составов конструкциснно-тр-п-лоизоляциошшх дацизитобетонов плотной структуры математика-статистическим методом //Строительство трубопроводов. 1992. 15 9.

- С. 9-12.

26. Гнатусь H.A. Подбор и оптимизация составов конструкционный дацизитобетонов //Строительство трубопроводов. 1993.

Ii I0-II. - С.40-44.

27. Иштусь H.A. Рациональные области применения и тохшь ко-экономичиская эффективность новых легких дацизитобетонов //Строительство трубопроводов. 1993. № 5. - С,36-39.

28. Гнатусь H.A. Модернизация технологии промышленного производства нового вида пористого заполнителя на основе дацито-вых пород Полярного Урала //Механизация строительства. 1993,

]!> 10. - С Л 8-20,

29. Гнатусь H.A. Легкие бетоны на дацизитовом гравии; Под рзд, U.E. Путляева. - М.: Недра. 1994. - 226 о.

30. Нефедов В,А., Гнатусь H.A., Гачинский P.C., Петрикова A.II. Сырьевая смесь Для производства легкого заполнителя //Авторское свидетельство Ii 1742249,

31. Гнатуоь H.A., Нефедов В.А., Гачииокий P.C. Сырьевая смесь для производства легкого пористого заполнителя //Pemetme экспертизы по выдаче авторского свидетельства на изобретение

№ 4876965/33(78766).

32. Блинов Б.М., Щербин U.E., Нефедов В.А,, Пономарев В.Л., Гнатусь H.A. Облегченный тампснажный раствор //Авторское свидетельство й 1735572.

33. Гнатусь H.A., Нефедов В.А., Шмаль Г.И. Сырьевая смесь для приготовления конструкционных и конструкциошю-теплоизоля-циошшх легких бетонов //Pememie патентной экспертизы по выдаче патента на изобретение & 4949004/33(052365).

34. Нефедов В.А., Гнатусь H.A., Гкишер Т.В. Облегченный тампонашый раствор //Решение патентной экспертизы по выдаче патента на изобретение Л 50I474I.

35. Нефедов В.А., Гнатусь H.A., Шмаль Г.П. Сырьевая смесь для.производства поризованного легкого бетона //Решение патентной окспертизы по выдаче патента на изобретонио & 4879850/33.

36. Нефедов В.А., Нестеров И.И., Гнатусь H.A. Сырьевая смесь для производства легкого гранулированного заполнителя //Решение патентной экспертизы по выдаче патента на изобретение Ii 93-021376/33(020308).

37. Нефедов В.А.,'Гнатусь H.A., Нестеров И.И., Фролов Ю.А,, Телегин В.А. Гидравлические вянущие //Решение патентной экспертизы по выдаче патента не изобретение Je 5041961/05(023159).

33. Кривоносов В.Ф., Свиитицкая Л.Е., Подборнова Н.И., Неудов'В.А., Гнатусь H.A., Пономарев В.А. Сырьевая смесь для производства легкого гранулированного заполнителя //Патент. Ох-pairnoe свидетельство № 16559930.

. Подписано к печати 04.00.94г., 2.0 п.л Заказ 283, тираж 100

Ротапринт ТюмГНГУ,

625000, Тюмень, Володарского,38