автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Конструкционно-теплоизоляционные дацизитобетоны на цементно-дацитовом вяжущем

На правах рукописи

ГНАТУСЬ Андрей Николаевич —

УДК 666.973.2

КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ДАЦИЗИТОБЕТОНЫ НА ЦЕМЕНТНО-ДАЦИТОВОМ ВЯЖУЩЕМ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

На прапз>: рукописи

ГНАТУСЬ Андрей Николаевич л .

УДК 660.973.2

КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ДАЦИЗИТОБЕТОНЫ НА ЦЕМЕНТНО-ДАЦИТОВОМ ВЯЖУЩЕМ

Специальность 05.23.05 - Строитольиыл материалы и изделия

Автореферат дисрортации на соисканио учшюй стспс,чи кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Государственном ордена Трудового Красного Знамени '

научно-нсследрвзтвльскои, проектно-ковдтрукторском и технологическом институте # ' * ■ *

• бетона и желеаобетона (НИИЖБ).

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ •

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ -

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ■

доктор.технических наук, профессор И.Е.ПУТЛЯЕВ

доктор технических наук, профессор А.В.ЛАГОЙДА; кандидат технических наук, . доцент Н.С.СТРОНГИН

Сибирский научно-исследовательский и проектный институт газопромыслового стрительства СибНИПИгазстрой

'Защита состоится

_часов на заседании

диссертационного совета К 033.03.02 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно;исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона: по адресу: 109428, г. Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЖБ.

Автореферат разослан '

.1995 г. .

Ученый секретарь . диссертационного совета кандидат технических наук

Г.П.Королёва

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Решающим источником удовлетворения прироста потребности производства страны в топливе, энергии, сырье,'«Атер^лах является ррсурсосбережение. В области строительства ресурсосбережение В »начительной степени достигается за счет экономии основных строительных Материалов, особенно цемента. •Наиболее эффективно достигается за счет Применения цементоз, . содержащих тонкомолотые минеральные добавки, включая добавки из Гордых пород. Перспективность их использования определяется возможностью снижения расхода цемента в лёгких бетонах, а также возможностью придания бетонам особых свойств. Недостаточность сведений о влиянии таких дабавок на процессы ' •

структурообразования.цемеитны* бетонов снижает эффективность их применения. Оптимизация составов конструкционно-теплоизоляционных дацизЛобетонов на основе цеметно-дацитовых вяжущих (ЦДБ) с использованием экспериментально-статистического моделирования, разработка предложений по технологии приготовления смешанных вяжущих н конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов на их основе должны способствовать решению актуальных проблем: экономии цемента, рациональному использованию материальных и эно ;,-етических ресурсов, получению новых материалов.

Решению наиблее важных вопросов этой проблемы и посвящена настоящая работа.

Диссертационная работа выполнена в лаборатории лёгких бетонов и . • конструкций НИИЖБ Минстроя РФ в соответсвни с планом научных исследований института, включенных в государственную научно-техническую программу "Стройпрогресс-2000".

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является иследование возможностей использования недефицитного месного сырья -вулканогенных образований Северного Урала Тюменской области в .качестве тонкодисперсной минеральной составляющей к портландцементному клинкеру и

содашк на их основе цзментно-дацитовых вяжущих, разработка на основе ЦЦВ крнструпцмошю-тевдмголяцнонных дацизитобетонов средней плотностью 700-900 КГ/м^кдоссси по прочности В3.5-В5 для изготовления ограждающих кострукций с улучшвшиши теплофизнчсскими свойствами.

Б сотвгтствин с поставленной целью решались следующие частные задачи:

- изученнг свойств исходных сырьевых материалов; - исследование возможности использования дацитов в качестве активной минеральной составляющей для экономии портландцзкептдога клинкера; - разработка составов для получения цеменпга-дацнтоЕсго вяжущих; • разработка технологии производства ЦЦВ; нсслодагние свойств ногих вяжущих на основе дацита; - разработка составов дацнзнто£етонэв на осноге ЦЦВ .ч установление рациональных областей их применения; • определении технико-вкономическон эффективности применения ЦЦВ и конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов на их основе;

- разработка рекомендации и организация внедрения в производство результатов исследовании.

Нлуччую новизну диссертационной работы составляют новые сведения о функциональней свали характеристик макро- и микроструктуры цементно-дацнговых ипжущих-при создании на их основе конструкционно-теплоизоляциснных дацизитобетонов средней плотности 7CO-SOO кг/м^ с улучшенными физико-техническн?.;:! свойствами.

1! результате исследовании были получена длннчг об особенностях формирования структуры цементного камня, гидравлической активности цемептно-дацитового BEiKymcrc, данные о шшяшш дисперсности смеси на процессы шдратации вяжущего п услзанмх гер.мообрайотхи; - оптимальные по наиболее важным свойствам (прочности при сжатии и топлопрог.одмосгн) соетави конструхционно-тгплонзолициоши« дацизитобетонов на ссночо цементпо-данитоЕого вяжущего плотной п порилосл.'шоЛ сгрухтуря со средней плотностью 7С0-СС0 кг/м^; - новые сгодг::;;;; с сссГгстгзх (теплопроводность и морозостойкость, паропроницаемось и сорбцноак;5 влажцость. прочное!;. пл сжатие :: ооосос растяжение, предельная

сжимаемость и растяжимость, усадка) дацизитобетона на основе цемеятно-дацитового вяжущего марок по прочности В3.5-В5 ; - создан некий вид цементнз-дацитового вяжущего и конструкционно-теплоизоляционный дацизнтобетон на его основе марок (классов) по прочности М50-М75 (В3.5-В5) и средней плотности ТОО-ООО кг/м3.

Автор защищает: составы, технологию приготовления и свойства цементно-дацитовых вяжущих, особенности гидравлической активности смешзнных вяжущих;

- составы конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетоноз на основе цементно-дацитовых вяжущих поризованной и плотной структуры, оптимизированные математико-статистическим методом по средней плотности, прочности гчя сжатии и теплопроводности; - результаты экспериментально-теоретических исследований структуры, гидрофизических и теплофизических свойств дацизитобетона на ЦДВ в зависимости от объёмной концентрации цементно-дацитовых вяжущих и заполнителя, водоцементного отношения, вовлечения воздуха; - рекомендации для норм по технологии производства цементно-дацитовых вяжущих, сборных и монолитных конструкции из конструкционно-теплоизоляционного дацизитобетона на основе ЦДВ плотной структуры и поризованной структуры сре.£чей плотностью 700900 кг/м3; - технологию изготовления ограждающих конструкций иь дацизиобетоиа на основе ЦДВ; - результаты технико-экономического анализа эффективности применения конструкционно-тепроизоляционных дацизитобетонов на основе ЦДВ со средней плотностью 700-900 кг/м3 в блоках наружных стен жилых зданий и результаты их опытно-промышленного внедрения в практику строительства.

Практическое значение работы состоит в том, что разработаны предложения по применению дацитовых пород Северного Урала в качестве, тонкодисперсных активных минеральных составов для получения цементно-дацитовых вяжущих;

- оптимизированы составы конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетоноз на основе ЦДВ по средней плотности, прочности при сжатии и теплопроводности; -получен комплекс данных, необходимых для разработки рекомендаций по проектированию технологии и изготЬвлению ограждающих конструкций из лёгких

дацнгитобгтонов на основе ЦЦВ со средней плотностью 700-900 кг/м^; - выполнен технико^консыический расчет по применению ЦДВ при производстве лёгких дацизитобетоиов в строительстве и организовано его производственное внедрение; предложены рациональные технологические области применения новых материалов 1! конструкции нз них.

Результат» исследований внедрены на Игримском заводе блочного домостроения. Экономический эффект составил от применения дацитов в качестве составляющих при производстве ЦДВ на Игримском заводе блочного домостроении -398.7 тыс. руб. с год (в ценах 1591 г.), от внедрения конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетснов на основе ЦЦВ и конструкции их них - 395.2 тыс. руб. п год (в ценах 1391 г.).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на: ученом совете Тюменского инженерно-строительного института (г.Тюмень, 1302 г.); ученой совете института ЗапСибНИГНИ (г.Тюмень, 1992, 1994 г.г.); научно-исследовательском созете производственной строительной акционерной компании (ПАСК) (г.Игрим, 1993, 1994 г.г.); научно-техническом совете НИИЖБ (г.Москва, 1393, 1935 г.г.); ученом совете института СибНИПИгазстрой (г.Тюмень, 1592, 1995 г.г.).

.Основные положения работы содержатся в семи публикациях в т.ч. одной монографии, учебном пособии для студентов вузов; двух рекомендательных документах. Результаты диссертации изложены в трех отчетах по научно-техническим работам.

Объём работу, Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка литературы, приложения. Общий объем диссертации: 236 страниц машинописного текста, в том числе 44 таблицы, 67 рисунков. В приложении приведены акты производственного внедрения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одной из важнейших задач капитального строительства на современном этапе является ресурсосбережение, снижение энергозатрат, снижений стоимости цгмента и бетонов на его основе.

Решением этой задачи является массовое применение многокомпонентных пяжуших на основе вулканогенных образований. Разработка технологии и организации производства таких вяжущих на региональных помольных установках позволяет повысить содержание тонкодисперсных активных минеральных добавок рядовой дисперсности до 40-50 %.

В основу развития новых видов лёгких бетонов положены фундаментальные труды отечественных и зарубежных исследователей, особенно в области производства вяжущих. В настоящее время болшое внимание удеЛкется исследованиям расширения видов смешанных вяжущих за счет варьирования их вещественного состава, а также повышения их дисперсности. В последние годы разработаны принципиально новые виды вяжущих, основанных на тонком измельчении портландцементных клинкероз с дополнительным вводом активных тонкодисперсных минеральных добавок (ТМД). Использование таких ояжушнх позволяет экономить до 15 % дефицитного природного сырья и 17-20 % топлива.

При оценке эффективности различных схем и способов измельчения разного вещественного состава, мнения исследователай расходятся. Как показал опыт развития строительной индустрии, ТМД в цементах представляют составляющую, которая способна создавать многообразие и специфичность строительных и технологических свойств смешанных н многокомпонентных вяжущих. Недостаточность сведений о влиянии природы н количества добавок на строительно-технологические свойства цемента снижает эффективность их использования. В связи с этим возникла необходимость систематического исследования свойств и разработки составов компонентов, нх влияние на основные стритглько-техкнчр-ские свойства вяжущего, вида и количества ТМД, минералогического состава

портлзндцеыентцого клинкера, дисперсности вяжущего, содержания гипса, а также разработка составов конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов на основе нового вяжущего и комплексное исследование свойств бетона.

В настоящей работе были использованы следующие материалы: дацитовые вулхакогенныз образования месторолщения Люлья Северного Урала Тюменского региона, портлацдцементный клинкер марки 4С0 Сухоложского цементного завода, дацизит Сургутского завода стройматериалов, кварцевый песок Игримского Песчаного карьера. Химический состав компонентов ЦЦВ характеризуется следующим содержанием оксидов: клшжер Сухоложского цементного завода ЭЮ2 -25.2 %; СаО - 57.5 %; М^ - 2.95 %; РеО - 0.40 % РегОз - 3.45 %; А12О3 - 4.60 %; ТЮо - 0.25 %; МпО - 0.13 % Ыа20 - К2О - 0.36 %; БОз • 0.73%; Р0О5 - 0.04

СО2 - 2.20 %; дацитовой породы месторождения Люлья 5Ю2 - 74.4 %; СаО -2.23 %• МеО - 0.С4 % РеО - 1.01 %; Ге20з - 5.53 %; А12О3 - 17.00 %; ТЮо - 1.32 %; МпО - 0.25 %; N320 - КгО - 8.63 %; Р205 - 0.71 %.

В основу теоретических и экспериментальных разработок конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов на цементно-дацитовом вяжущем положена рабочая гипотеза, сущность которой заключается а следующем: активность цеыгнтно-дацитових вяжущих обусловлена наличием в цеолитосодержащих ддцитовых породах активного кремнезема и глинозема. Эти оксиды поглощают из водного раствора твердеющего цемента ноны щелочных металлов, что приводит к росту концентрации в нём сксида кальция. Следствием этого является снижение растворимости эттрингита и увеличение его содержания в твердой фазе, что обеспечивает повышение прочности цемента. Дополнительно образующиеся гндросшшкати кальция уплотняют цементный камень.

В соответствии с рабочей гипотезой был выполнен комплекс исследований, результаты которого положены в технологические разработки нового вида сиешанного вяжущего (ЦЦВ) и бетонов на их основе. Для получения ЦДВ применился смешанный и раздельный способ помола составов и разработан

- о ■

комплексный способ их производства, выпуск которого был организован по модернизированной действующей технологии.

Активность ТМД определяли с помощью математической статистики сравнением двух выборок (совокупностей данных) результатов -стандартны?: физико-механических испытаний. Результаты исследований физнко-мйханических характеристик смесей раздельного помола представлены в табл. !. Результаты исследования физико-механических характеристик смесей совместного помола представлены в табл. 2. Обработка результатов испытаний смесей раздельного ч совместного помола приведены в табл. 3 и 1.

Таблица 1

Результаты физико-механических испытании смесей раздельного помола

1омер Добавка, Расплыв Водо- Предел прочности Предел прочности

остава % конуса, цементное при изгибе, МПа при сжатии, МПа

мм отношение после термообработки 28 сут после термообработки 23 сут

Р1 0 112 0.35 4 Г, 0 5.50 37.00 44.30

Р2 10 112 0 35 4.70 5.30 34.50 42.50

РЗ 20 110 0 35 4.СО 5 30 34.00 41.30

Р1 30 105 0 35 3.80 5 20 26.30 37.10

Р5 -10 111 0 35 З.ЕО 5.10 24.90 35.50

Р6 50 ПО 0 35 4.20 5.00 23.СО 32.40

Таблица 2

Результаты физико-механических испытаний смесей совместного помола

Номер Добавка, Расплыв Водо- Предел прочности Предел прочности

состава /» конуса, цементное при изгибе, МЛа при сжатии МПа

мм отношение после термообработки 28 сут после термообработки 28 сут

СО 0 111 0 35 4.60 5.10 31.00 39 90

С1 К) 107 0 35 3.60 4.90 24 10 37 10

С2 20 109 0 35 3.10 500 17.20 34.40

СЗ 30 103 0 36 3.10 5 10 16.00 30 20

04 40 109 0.30 2.90 4.20 15 40 25 50

С5 50 109 0 36 2 80 3 90 14.20 22 10

Таблица 3

Результаты испытаний смесей раздельного помола

Номер Добавка, Отношение- Коэффициент Отношение

состава % (X) Rg/Rj. % эффективности ЙН/Й 1

К, - Ri /к;(1-Х)

после термо- 23 сут после термо- 28 сут после термо- 28 сут

обработки обработки обработки

Р1 0 - - 0.13 0.131

Р2 10 93.24 05 94 1.036 1.066 0.136 0 124

РЗ 20 91.89 93.45 1.149 1 168 0.135 0.128

Р4 30 71.03 83.75 1.015 1.136 0.144 0.14

Р5 40 67.30 80.14 1.122 1.336 0.158 0.143

Р6 50 63.78 73.14 1.276 1.44 0.178 0.154

Таблица 4

Результаты испытаний смесей совместного помола

Номер Добавка, Отношение Коэффициент Отношение

состава % (X) Rt/RÎ. % эффективности Кэ = Rj/R{(l-X) RÎi/Ri

после термо- 28 сут после термо- 28 сут после термо- 28 сут

'обработки обработки обработки

СО 0 - 0.148 -

Cl 10 77.7 - 0.863 0.149

С2 20 55 4 - 0.692 0.18

сз 30 . 51.6 - 0.737 0 19

С4 40 49.6 - 0.827 0.188

С5 50 46.1 . - 0.902 0.196

На рис. 1-4 приведены зависимости коэффициента эффективности (Кэ) и отношения прочности образцов дацита при изгибе и сжатии соответственно при раздельном и совместном помоле.

Результаты исследований показывают (см. табл. 1-4), что при раздельном и

совместном помоле добавка дацита ведет себя как гидравлически активная, т.к. Кэ>1.

Гидравлические свойства тонкодисперсного дацита подтверждают данные термограмм, полученные при исследовании образцов из теста на ЦДВ и чистом цементе (рис. 5).

I 30

I 20

I 00

20 30 40 Е | Количество добавки, %

Рис. 1. Зависимость коэффициента эффективности (Кэ) и отношения прочности при сжатии (П{(/[?{) от количества добавки при раздельном помоле через 3 ч после термообработки с - коэффициент эффективности; о - отношение прочности Г!{{/1!<

Рис. 2. Зависимость коэффициента эффективности (К9) и отношения прочности при сжатии (¡^/Я б) от количества добавки при раздельном помоле через 28 сут нормального твердения о - коэффициент эффективности; о - отношение прочности ¡^/Иб

0.90 0 85 0 80 0 75 0.70 0 65

¡О г........... .А 1 /

/ у

Л ^ ......... ; \ ' ; V ✓ > .....

п'1 [!]

10

20

30

40

Рис. 3. Зависимость коэф-

0.16 фициента ?ффе|. нвностн (Кэ) и

¡0.18 отношения прочности при сжатии 0.17 от количества добавки

0.16 при совместном помоле через 3 ч

0,15 после термообработки

0.14 о - коэффициент эффективности;

50 о - отношение прочности

Количество добавки, %

Добавка дацита обеспечивает полное связывание Са(ОН>2 (исчезает эффект диссоциации С.а(ОН)2 при 485°С). Увеличивается экзотермический эффект при

900°С, что можно объяснить либо образованием С5Н(В) с основностью 1.33, либо образованием тоберморита, в котором часть БЮз замешена А12О3.

По результатам исследований^ методом электронной микроскопии, можно

ш Рис. 4. Зависимость коэф-

1.09 о 0.18 фициента эффективности (Ка) и '

¡.03 0.17 отношения прочности при сжатии

1.07 0 16 ) от количества добавки

1.06 шэ о / 0.15 при совместном помоле через

1.05 0.14 28 сут нормального твердения

1.04 0.13 о - коэффициент эффективности;

1.03 0.12 □ - отношение прочности К^/Я^

10 20 30 40 50

| Количество добавки. % [

заключить, что процесс структурообразсвання в нормальных условиях протекает непрерывно и структура цементно-дацитового камня начинает формироваться в самые ранние сроки. Однако, еще в трехмесячном возрасте процессы гидратации не завершены, хотя уже в семисуточном возрасте имеются участки, которые полностью оформлены и их, по-видимому, можно считать окончательной структурой.

В пропаренных образцах встречаются участки, аналогичные по структуре со стадийным формированием цементно-даиитоаого камня, начиная с трехсуточного . возраста. Наличие подобных участков в образцах различных сроков нормального

Рис. 5. Термограмма образцов цементно-дацитового вяжущего после термообработки а - на смешанном вяжущем соста ва цемент 70 % + дацит 30 %; 6 - на бездобавочном цементе

твердения объясняется неравномерностью процесса гидратации, протекающего по всему объему образца.

На основании выполненных исследований можно констатировать, что истинная плотность 1ДДВ колеблется в пределах 2.6-2.9 г/см-*, уменьшается с увеличением содержания в цементе гидравлической добавки. Насыпная плотность

5во° а

• и •

11ДВ в рыхлонасыпном состоянии - 800-1000 кг/м^, а в уплотненном - 1200-1400 кг/м1' Зависит она от химического состава дацита.

Водопотребность ЦДВ несколько выше, чем водопотребность портландцемента. Поэтому бетоны и растворы на ЦЦВ при перемешивании, транспортировании и укладке меньше расслаиваются, легче обрабатываются (пластичны) и имеют небольшую усадку при схватывании.

Сроки схватывания ЦЦВ в основном определяются качеством \ ггортландцементного клинкера и количеством добавляемого гипса. Начало схватывания вяжущего наступает не ранее 45 мин, а конец - не позднее 10 ч от начала затворения. Сроки схватывания ЦЦВ с увеличением тонкости его помола сокращается. ЦЦВ характерезуются равномерным изменением объема. Даже при использовании клинкера с повышенным содержанием СаОсвод цементно-дацитовые

вяжущие изменяются в объёме, как правило, равномерно. Показатели усадки и набухания бетонов па цементно-дацитовых вяжущих аналогичны показателям усадки и набухания на портландцементах.

По прочности цементно-дацитовые вяжущие делятся на марки 300-350. Марочная прочность рассматриваемых вяжущих,,как и портландцемента,-зависит от минерального состава клинкера, тонкости помола и водоцементного отношения, от активности добавки и соотношения между клинкером и добавкой. Существенное значение имеет и степень измельчения добавки. При повышенных температурах ЦДВ схватываются и твердеют более интенсивно, чем портландцемент, поэтому изделия из бетонов на этом цементе целесообразно подвергать тепловой обработке с помощью пара или электричества при 85-95 °С.

Цементно-дацитовые вяжущие характеризуются удовлетворительной водостойкостью. ЦЦВ о этом отношении мало отличаются от портландцементов.

Связывание гидроксида кальция активной добавкой дацита в гидросиликаты, а также образование в ЦДВ гидросиликатов и гидроалюмйнатов кальция низкой основности обеспечивают их стойкость в водной среде при более низких концентрациях СаО по сравнению с тем, что происходит в цементном камне из

• и -

портландцемента. Поэтому в камне из ЦДВ новобразования могут разлагаться на первичные оксиды при выщелачивании Са(ОН)2 лишь в мягких водах и в условиях

интенсивной фильтрации через бетон.

ЦДВ более стойки в сульфатных средах- Повышенная еульфатостойкость цементно-дацитовых вяжущих с добавками вулканического происхождения обусловлена содержанием в них активного глинозема. В процессе твердения они могут способствовать образованию в увеличенных количествах гидроалюминаюв кальция v снижать сульфатостойкость ЦДВ.

В кислых и, в частности, углекислых водах ЦДВ, как и поргландцементы недостаточно стойки. Это обусловлено тем, что органические и минеральные кислоты интесивно воздействуют не только с гидроксидом кальция, но и с гидросиликатами и гидроалюминатами кальция, полностью разрушая цементный камень.

Оптимизацию составов конструкционно-теплоизоляционных лёгких бетонов пя цементно-дацитовом вяжущем с учетом необходимых требований решали с помощью методов математического планирования эксперимента (МПЭ).

На основании выполненных исследований можно сделать вывод, что на дацизите марки по насыпной плотности 350 кг/м3 и дробленом дацизнтовом песке марки по насыпной плотности 800 кг/м3 можно получить дацизитобетон класса (марки) по прочности В5 (М75) средней плотностью 900 кг/м3 при расходе крупного заполнителя не менее 1000 л/м3.

Составы и некоторые физико-механические свойства дацизитобетона поризованной структуры представлены в табл. 5. На рис. 6 приведены зависимости средней плотности и прочности на сжатие поризованного дацизитобетона от расхода ЦДВ.

Благодаря поризации растворной части существенно снижается средняя плотность дацизитобетона по сравнению с бетоном плотной структуры. На дацизите насыпной плотности

300-350 кг/м3 получен беспесчаный дацизитобетон класса (марки) В3.5-В5 (М50-М75) средней плотностью 700-800 кг/м3 при расходе ЦДВ

Таблица 5

Составы и свойства дацитобетонов на основе цементно-дацитовых вяжущих, используемые для экспериментальных исследований

Вид бетона Шифр состава Расход матгрналоя на \ ы Л Стм>дчг.я г.лотяость. ьг/ч5 Влажность после пропариаання по массе » ГЪо-иость на сжати'.' МПй

цементно-дацитовое вяжущее дацизит фракции 5-20 мм. л даиизнтоБьы дробленый песок химдобаБКа (СДО. ПАП-1) в пересчете на сухое ье- L1PCT30, кг вода, л снежеуложсн-ной бетонной смеси бетона а сухом состоянии через 12 ч после про-парнзання через 23 сут нормального твердения

Даиизито-

бетон Д-15 220 1080 490 200 950 860 S.10 7 10 7.90

плотной Д-16 230 1050 460 150 1032 875 10.30 7.80 800

'структуры Д-17 280 1050 450 150 1100 895 9.20 9 60 10 ео

Даиизито- ДГ-1 240 1000 200 0 77 150 920 810 9 SO 3.30 4.10

газобетон ДГ-2 290 1000 200 0 63 155 935 830 8 10 5 00 6 30

ДГ-3 340 1000 200 0 52 165 1045 S60 7.40 6 40 8 ьО

Дацизито- ДП1 260 1100 ' 4 20 ISO 8S0 700 10 30 2 20 3.70

пенобетон ДП-5 290 1100 3 50 170 930 750 10 10 4.10 500

ДП-6 340 1100 2 80 160 960 "00 9.70 5.60 7.60

Рис. 6. Зависимость средней плотности и прочности поризованного дацизнтобетона от расхода ЦДВ » - беспесчанный дацизитобетон; 4 - дацизитобетон

230-330 кг/м3. Введение алюминиевой пудры совместно с дробленым дацизиговым песком позволило на 30-50 кг снизить расход вяжущего в равнопрочных бетонах с одновременным повышением средней плотности бетона на 50-100 кг/'м3. Однако и в этом случае расход смешанного вяжущего оставался выше, чем в дацизитобетоне плотной структуры.

При расходе ЩШ М350 не более 240 кг/м3 получен дацизитобетон плотностью в сухом состоянии от 800 до 900 кг/м3 с отпускной влажностью после пропаривания 8-10 %.

Па основании выполненных исследований и анализа результатов исследований были определены оптимальные составы различных видов конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов на ЦДВ по средней плотности и прочности на сжатие, которые приведены в табл. 6.

Как следует из табл. 6, прочность дацизитобетонов плотной структуры на ЦДВ при осевом растяжении близка или несколько выше нормируемых значений для лёгких бетонов. Прочность при растяжении дайизитобетонов поризованной структуры на ЦДВ имеет повышенный разброс показателей Г?^ Вместе с тем эта

величина в ряде случаев на 15-20 % выше нормируемых значений для лёгких бетонов плотной структуры, но несколько ниже нормируемых показателей для

Прочностные характерно! дацизитобетонов на oc¡:o;

Шифр Нормальные Прочность на осевое Rj/R*

состава класс (марка) марка бетон сжатие МПа

(см. бетона при по средней кубиковая. призмги-

табл. 5) прочности на плотности, R«. пая, R 1

сжатие, МПа кг/м1

Д-15 В3.5 (50) 850 8.00 6.70 0.84

Д-16 В5 (75) 875 10.80 8.20 0.22

Д-17 В7.5 (100) 895 14.50 12.Е0 0.87

ДГ-1 В2.5 (35) 810 4.10 3.60' 0.S8

ДГ-2 В3.5 (50) 830 6.30 5.40 " 0.86

дг-з В5(75) 860 8.80 7.40 0.84

ДП-1 В&.5 (35) 7С0 3.70 2.90 0.78

ДП-5 В3.5 (50) 750 5.00 3.90 0.73

ДП-6 • В5 (75) S00 7.S0 6X0 0.S7

1ао;;пца й

па сссцое с;хатие и растяжение ПДВ при кратковременном загружешш

= Прочность Коэф- Модуль Коэффициент

на осевое фициент упругости пластичнее¡и

растя- Пуассоьа Е МПа при при

жение, При О.ЗК 6= 0.5Е б= 0.5К З1

МПа Им б = О.Зк

0.62 0.03 0.25 8400 7800 0.07 0.14

0.83 0.03 0.22 9840 9480 0.05 0.12

1.25 0.03 0.21 10550 9450 0.06 0.14

0.31 0.08 0.19 2850 2530 0.05 0.14

0.53 0.09 0.21 4850 4450 0.05 0.18

0.75 О.ОЭ 0.22 7630 7290 0.04 0.18

0.23 0.06 0.23 2490 2340 0.05 0.15

0.33 0.03 0.18 3860 3650 0.04 0.16

0.55 0.07 0.25 51-10 49Е0 0.С5 0.16

поризованных легких бетонов. Различие для дацизитобетонов поризованной структуры на цементно-дацитовом вяжущем в отношении их сопротивления растяжению арматуры может быть объяснено повышенной усадкой таких бетонов, приводящей к более значительным собственным напряжениям в сечениях образцов и соответствующему снижению прочности при осевом растяжении. В то же время исследования свидетельствуют о том, что прочность на осевое растяжение поризованных дацизитобетонов может приниматься по СНиП 2.03.01-84 с коэффициентом 0.85 вместо нормируемого коэффициента 0.7.

Растяжимость исследуемых бетонов при испытании призм на осевое растяжение определяли по показателям приборов за этап до разрыва призм. Среднее значение растяжимости по призмам для дацизитобетонов плотной структуры на ЦДВ прочностью 8.0-15.5 МПа составила 0.27-0.47 мм/м, для дацизитобетона на ЦДВ прочностью 4.1-8.8 МПа она колебалась от 0.51 до 0.85 мм/м, а для дацизитобетона на цементно-дацитовом вяжущем прочностью 3.7-3.8 МПа - соотвественно от 0.39 до 0.62 мм/м. В целом предельная растяжимость поризованных дацизитобетонов в 172.1 раза выше, чем у дацизитобетонов йлотной структуры тех же марок.

Предельная сжимаемость исследуемых видов бетонов получена при испытании призм на сжатие. Предельная сжимаемость (есжпР) лёгких бетонов примернов 1.5-2

раза больше предельной сжимаемости равнопрочных тяжелых бетонов и колеблется в пределах 0.3-0.15 мм/м (в среднем 1 мм/м). Среднее значение предельной сжимаемости дацизитобетона на цементно-дацитовом вяжущем плотной структуры прочностью 8-15.5 МПа находилось в пределах 0.87-1.42 мм/м, а у дацизитобетона на ЦДВ поризованной структуры прочностью 3.7-8.8 МПа - 1.31-2.10 мм/м.

При равных условиях предельная сжимаемость дацизитобетонов на ЦДВ плотной структуры меньше, чем поризованных, табл. 7.

Относительные деформации усадки (еуС) и ползучести (еп0ЛЗ)

дацизитобетонов на ЦДВ, замеренные на призмах, приняты как средние значения усадки и ползучести по результатам испытаний трех призм. Относительные деформации ползучести определены в соответствии с ГОСТ 24544-81.

Та блица 7

Деформативиые характеристики конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов на ЦДВ

Шифр Предельная сжимаемость Предельная сжимаемость

состава па мм/ м Ь р , мм/ м

(см. упругая пласти- полная упругая пласти- полная

табл. 5) ческая ческая

Д-15 0.78 0.09 0.37 0.21 0.С6 0.27

Д-16 0 81 0.14 0.95 0.26 0.07 0.33

Д-17 0.19 0.23 1.42 0.36 0.11 0.47

ЛГ-1 0.32 0.21 1.53 0.42 0.09 0.51

ДГ-2 0.56 0.21 1.77 0.51 0.11 0.62.

ДГ-3 0.82 0.28 2.10 0.67 0.13 0.85

ДП-1 0.18 0.13 1.31 0.33 0.06 0.39

ДП-5 0.49 0.24 1.73 0.32 0.08 0.40

ДП-6 0.76 0.25 2 02 0.51 0.11 0.62

Сопоставление опытных данных с рекомендуемыми для лёгкого бетсиа. показало, что усадка пропаренных образцов из д,-)цизитобетона на ЦДВ плотной структуры в возрасте 100 сут несколько ниженормируемой.

Нормируемая ползучесть принята как соответствующая величина сжимающих напряжений в араматуре, возникающих вследствие ползучести лёгкого бетона (потери от ползучести) и определяемых в зависимости от уровня обжатия н условий твердения по формуле п.9 табл.5 СНиП 2.03.01-84. В соответствии с нормами в возрасте более 100 сут потери от ползучести приняты постоянными.

Оценка экспериментальных результатов ползучести рассматриваема видов легкого бетона в возрасте 100 сут путем сопоставления их с данными норм показала, что ползучесть дацизитобетонов на ЦДВ плотной структуры соответствует или ниже, а поризованных на этом вяжущем превышает нормируемые значения..

Прочность сцепления стержневой арматуры класса Л-Ш с дацизитобетоном плотной структуры выше, чем с керамзитобетоном. Прочность сцепления

дацизитобетона плотной структуры на ЦДВ соответствует величинам сцеплении арматуры с дацизитобетоном плотной структуры на бездобавочном цементе. Прочность сцепления такой же арматуры с поризованным дацизитобетоном на ЦДВ близка или ниже опытных данных для дацизитобетона на цементе без добавок. Это объясняется тем, что прочность растворной части дацизитобетонов плотной структуры на ЦЦВ выше, чем у бетонов поризованной структуры на цементно-дацитовом вяжущем.

Не смотря на разброс показателей, можно отметить общую тенденцию снижения водопоглощения конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов с увеличением расхода ЦДВ.

Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что коэффициент теплопроводности различных видов дацизитобетона равен или на 5-10 % ниже аналогичных показателей для плотного керамзитобетона соответствующей средней плотности в сухом состоянии и поэтому может быть принят по СНиП П-3-79** (табл.8).

Для изучения морозостойкости были использованы различные составы дацизитобетонов, отличающиеся структурой, средней плотностью и прочностью. Из анализа данных следует, что морозостойкость дацизитобетонов на ЦДВ ниже чем у дацизитобетонов поризованной структуры. Так дацизитобетои плотной структуры при расходе ЦДВ 200 кг/мЗ выдержал 150 циклов замораживания и оттаивания. С увеличением расхода ЦЦВ морозостойкость повышается.

Анализ опытных данных и технико-экономический расчет позволили рекомендовать разработанные конструкционно-теплоизоляционные дацизктобетоны на основе ЦДВ средней плдотностью 700-900 кг/мЗ для изготовления однослойных ограждающих конструкций. Изготовление таких конструкций налажено на Игримском заводе блочного дамостроения. Эти бетоны по сравнению с керамзитобетоном одинаковой средней плотности характерезуются пониженными теплопроводностью и расходом вяжущего. Такой-эффект обусловлен спецификой структуры нового пористого заполнителя и применения ЦДВ. К тому же

Таблица 8

Теплопроводность конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов на основе ЦДВ

Шифр Средняя плотность Коэффициент Приращение

состава дацизитобетона в теплопроводности коэффициента тепло-

высушенном до пос- дацизитобетона проводности на 1 %

тоянной массы в сухом сотоянии, влажности по массе,

состоянии, кг/мЗ Вт/ (м °С) Вт/(м-'С)

(So) (Щ (Щ

Д-15 850 0.20 0.012

Л-16 875 0.21 0.013

Д-17 895 0.23 0.0 U

ДГ-1 810 0.13 ' 0.011

ДГ-2 830 0.19 0.013

ДГ-3 860 0.19 0.014

ДП-1 700 0.17 0.012

ДП-5 750 0.18 0.012

ДИ-6 800 0.13 0.014

в виду повышенной прочности дацизитобетона представляется возможность поризацни его растворной чйсгн. В качестге пористого заполнителя в таком бгтонз использован пористый гравии из дацнтопих пород Северного Урала марки по насыпной плотности 350 кг/цЗ, выпускаемый Игримским заводом блочного домостроения.

Дацизитобетоны в блоках имели следующие характеристики через 4 ч поело твердения: средняя плотность дацизитобетона плотной структуры составляла 850 ;<г/мЗ, прочность при сжатии - 0.30 МПа, влажность - 7.2 %;'средняя плотность дацизитобетона порпзованной структуры - 750 кг/м^, прочность при сжатии - 5.50 МПа, влажность - 7.5 %; средняя плотность дацизнтобетсна с перизозаииой растворной частью - 7С0 кг/мЗ, прочность при сжатии8- 5.35 МПп, влажность -7,1 %.

Легкие бетоны марок по средней плотности О 700-900 можно получать, заменяя керамзит дацизитом. При атом кварцевый песок заменяется искусственным, получаемым с помощью помола крупной фракции (20-40 мм) дацизитового песка Кроме этого необходимы поризация растворной части порообразующими добавками, замена чистого Йемена ЦДВ. Термическое сопротивление стеновых блоков из таких бетонов по сравнению с керамзитобетоном плотной структуры марки по плотности 1200 и прочности при сжатии М50 превышает в 1.5-2 раза и достигает 1 9

М2.ос/Вт.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность получения новых видов цементно-дацитовых вяжущих на основе портландцементного клинкера и цеолитосодержащих вулканогенных образований (дацитов) Северного Урала Тюменской области. Подтверждена рабочая гипотеза, сущностью которой является то, что дациты, характерезующиеся высоким содержанием цеолита,

обеспечивают в даухкомпонентном составе с портландцементом клинкере

*

высокоосновное вяжущее.

2. Подобран Состав, исследованы физические и механические свойства цементно-дацитового вяжущего. Установлен физический и минералогический состав смешанного, вяжущего, особенности его гидравлической активности. Изучены процессы формирования микроструктуры ЦДВ. Определены основные технологические параметры ЦДВ.

3. Цементно-дацитовые вяжущие отличаются улучшенными гидравлическими и физико-механическими свойствами по сравнению с такими цементами как шлакопортландцемент, пуццолановый цемент. Цементно-дацитовые вяжущие характерезуются равномерным изменением объема. Показатели усадки и набухания на ЦДВ аналогичны показателям усадки и набухания на портландцементе. Цементно-дацитовые вяжущие делятся на марки по прочности 300 и 350. Тепловыделение при твердении вяжущего меньше, чем при твердении

■ портландцемента Бетоны на ЦДВ обладают высокой водостойкостью, ■зо^духостойкостью и морозостойкостью.

<1 Методом вероятностно-статической обработки экспериментальных данных получены'двухфакторные модели, выражающие завасимости водоцементного отношения, средней плотности, прочности на^жатие и влажности после тепловой обработки конструкционно-теплоизоляционных дацизит'обетонов на основе ЦДВ'. Реализация спланированных экспериментов и анализ полученных на их основе . математических моделей прочности и средней плотности позволили определить оптимальные составы дацизитобетона на основе цементно-дацитовых вяжущих.

5 На цементно-дацитовом вяжущем марки 350 и дацизите насыпной плотностью 350 кг/м^ получены конструкционно-теплоизоляционные лёгкие бетоны классов (марок) по прочности В3.5-В5 (М50-М75) со следующими значениями

средней плотности, кг/м^, 900 - в бетонах плотной структуры; 700-800 - при

«

поризации растворной части.

6 Изучены прочностные характеристики бетонов на ЦДВ. Показано, что кубиковая прочность дацнзитобетонов при средней плотности 700-900 кг/м^ составляет от 3 5 до 7.5 МПа. Коэффициент призренной прочности дацизитобетона на основе ЦДВ различной структуры соответствует различным значениям. Прочность дацнзитобетонов на ЦДВ плотной структуры при осевом растяжении находится на уровне нормативных" значений и составляет в зависимости от средней плотности от 0.22 до 1.08 МПа. Прочность поризованных дацнзитобетонов на основе ЦДВ на осевое растяжение может приниматься по СПип 2.03.01-84 с коэффициентом 0 85 вместо нормируемого 0.7.

7 Исследованы деформативные свойства дацизитобетона. Установлено, что предельная сжимаемость их плотной структуры в 1.5-1.8 раза больше предельной сжимаемости равнопрочных тяжелых бетонов. Модуль упругости лёгких бетонов на основе ЦДВ при прочности на сжатие 3.5-7.5 МПа находится в пределах 2520-6080 МПа, а коэффициент Пуассона -0.16-0.20. Усадка и ползучесть дацизитобетона на , ЦДВ 'плотной структуры, близки к нормируемой для керамзитобетона па чистом

портландцементе. При проектировании эти характеристики могут быть приняты по СНиП 2.03.01-84.

8. Исследовано влияние расхода ЦЦВ и способа поризации на показатели

/ * пористости, водопоглощення и морозостойкости дацизитобетонов плотной и

поризоваиной структуры. Установлено, что поризация растворной части является

5ффективным способом улучшения теплофизических свойств и повышения

морозостойкости легкого бетона на основе ЦДВ.

9. Ускоренными и длительными коррозионными испытиниями показано, что конструкционно-теплоизоляционный дацизитобетон на основе ЦДВ способен пассивировать сталь в своем исходном состоянии. рН находится в пределах 11.7911.95, что соответствует условиям создания пленки на поверхности арматуры. Пассивное состояние арматуры в бетоне плотной структуры обеспечивается при расходе ЦДВ не менее 250 кг/

10. На Игримском заводе блочного домостроения мощностью 50 тыс. м3 сборного железобетона в год запроектирована и находится в стадии строительства комплексная промышленная установка по производству цементно-дацитовых вяжущих при совместном и раздельном помоле составов из портландцементного клинкера и цеолитосодержащих пород Северного Урала мощностью 80 тыс. тонн вяжущего в год. В основу промышленного производства нового вяжущего положен . высокоэффективный раздельный способ.

11. На Игримском заводе блочного домостроения осваивается производство однослойных стеновых блоков из дацизитобетона на цементно-дацитовом ёяжущем. Показано, чй) при производстве однослойных стеновых блоков на полуконвейернон линии с термообработкой в среде сгорания природного газа отпускная влажность изделий снижается на 3-5 %, теплопроводность дацизитобетона - до 20 %. Расход портландцементного клинкера снижается на 25-45 %.

12. Выполнен технико-экономический расчет. Установлено, что в следствие снижения расхода цемента на 25-45 %, снижения энергоёмкости на 1 м^ конструкции до 5.1 кг ус. топл., приведенные затраты снижаются на 6.4 %.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1 Гнатусь Л 11. Особенности гидравлической активности цементно-дацитовых вяжущих для лёгких бетонов // Бетон и железобетон. 1995. № б. - С. 12-14.

2 Гнатусь Л 11 Структура, физико-механические свойства и основные технологии производства цементно-дацитовых вяжущих// Бетон и железобетон. 1995. № 6 - С. 18-21.

3 Гнатусь H.A., Гнатусь А Н Дацизнтобетон на цементно-дацитовом вяжущем. - М.: Недра, 1995. - 127 с.

4. Гнатусь 11 А., Гнатусь А.Н. Конструкционно-теплоизоляционные дацизитобетоны на пористых заполнителях из минерального сырья Тюменского региона // Сб докл. на конф.: "Полимеры и цементы в строительстве; Под ред. 10 С.Черкинского, Л.Я Лаврега / ССО ЗапСибжилстрой, ТюмИСИ, ДНиТ обл. правл. СНиО СССР. - Тюмень: 1990. - С. 230-243.

5. Гнатусь Н А , Гнагусь А Н. Новые технологии и новые материалы на основе вулканогенных образований Полярного Урала. Учебное пособие ТюмИСИ. -Тюмень- 1992. - 197 с.

6 Путлиев И.Е , Гнатусь А Н., Некрасов А.Л. Рекомендации по технологии производства цементно-дацитовых вяжущих на основе портландцементного клинкера и дацитов Северного Урала Тюменского региона месторождения Люлья на Игримском заводе блочного домостроения Промышленной акционерной строительной компании (ПАСК). - Москва-Тюмень: ТюмГНГУ, 1995. - 11 с.

7. Путляев И Е., Гнатусь А Н., Некрасов АЛ. Рекомендации по технологии производства конструкционно- теплоизоляционных легких бетонов на основе цементно-дацитовых вяжущих Северного Урала Тюменского региона в Промышленной акционерной строительной компании (ПАСК) г. Игрим. • Москва-Тюмень: ТюмГНГУ, 1995. - 26 с

Подписано к печати 27.11.95 объем 1.0 п.л. заказ 3ÜI

Ротапринт ТюмГНГУ G25UUU, г.Тюмень,ул.Володарского,30