автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Мелкозернистые бетоны для малых архитектурных форм на основе техногенных песков КМА

ГОЛИКОВ Василий Георгиевич

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ ДЛЯ МАЛЫХ АРХИТЕКТУРНЫХ ФОРМ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПЕСКОВ КМА

05.23.05-Строительныематериалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород-2005

Работа выполнена

в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Р.В. Лесовик

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, проф ессор У .X. М агдеев

- кандидат технических наук, доцент А.Н. Володченко

Ведущая организация - Воронежский государственный архи-

тектурно-строительный университет (г.Воронеж)

Защита состоится " 23 " декабря 2005 года в 15ю час. на заседании диссертационного совета Д. 212.014.01 в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

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

Автореферат разослан" 21 " ноября 2005 т.

Ученый секретарь диссертацио нного С овета

докт. техн. наук, доцент у* - Г.А.Смоляго

г,т1~А ШС4

Одной из актуальных проблем градостроительства является Художественная выразительность застройки, формирующая архитектуру, как мегаполисов, так и территорий индивидуального жилищного строительства. Монотонность и однообразие городов и поселков давно стали предметом критики не только специалистов, но и широких слоев населения. Одним из путей решения данной проблемы является создание архитектурных деталей и систем отделки зданий, к которым относятся малые архитектурные формы (МАФ).

На ряде предприятий, мобильно реагирующих на спрос, организовано производство МАФ из мелкозернистого бетона. Однако, использование высококачественных природных заполнителей и цемента существенно повышают их себестоимость.

Анализ месторождений региона КМА показал, что наиболее перспективным сырьем для получения МАФ являются крупнотоннажные мелкозернистые отходы - техногенные пески.

Недостатком применения полиминеральных, тонкодисперсных техногенных песков является перерасход вяжущего. Для снижения расхода цемента при производстве МАФ актуальной является разработка смешанных многокомпонентных вяжущих веществ - вяжущих низкой водопо-требности (ВНВ) и тонкомолотых цементов (ТМЦ).

Диссертационная работа выполнена в рамках «Исследований, выполняемых в рамках тематических планов» по заданию Агентства по образованию Российской Федерации на 2003-2006 гг.

Цель и задачи работы, Разработка эффективных мелкозернистых бетонов на основе многокомпонентных вяжущих для малых архитектурных форм с использованием техногенных песков КМА.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ состояния и выявление предпосылок расширения применения малых архитектурных форм в композиционно-планировочных решениях благоустройства градостроительных ансамблей;

- разработка составов, изучение свойств и микроструктуры многокомпонентных вяжущих с использованием техногенных песков КМА;

- разработка технологий мелкозернистых бетонов и малых архитектурных форм с использованием техногенных песков КМА;

- подготовка нормативных документов для реализации теоретиче-

ских и экспериментальных исследований.

Научная новизна. Установлен характер влияния на процессы структурообразования матрицы мелкозернистых бетонов кластогенных фаз систем ТМЦ и ВНВ. Показано отличие морфологии и шероховатости поверхности зерен природных и техногенных песков, что влияет на увеличение удельной поверхности последних при равных значения модуля крупности и, следовательно повышает цементо- и водопотребность многокомпонентных вяжущих на их основе. Основные минералы техногенных песков проранжированы по увеличению химической адгезии к цементному камню следующим образом: слюда магнетит полевой шпат амфибол -> кальцит —> кварц. Различие характера контактных зон обусловлено различием как химического, так и кристаллохимического сродства продуктов гидратации и кластогенных минералов каркаса.

Предложена модель формирования контактной зоны кластогенных минералов в микроструктуре ВНВ и ТМЦ при дефиците клинкерной составляющей, заключающаяся в растворение аморфизованного слоя кластогенных минералов неупорядоченной генерации, синтезе низкоосновных гидросиликатов кальция и осаждении в локальных зонах тонких пленок аморфного кремнезема на контакте между частицами, приводящее к аутогезии.

Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден характер зависимости размера новообразованных фаз, заполняющих анизометрич-ные поры, от вида многокомпонентного вяжущего, заключающийся в увеличении размера новообразований в следующем ряду: ВНВ -» ТМЦ+СБ-3 ->ТМЦ.

Получены математические модели, описывающие зависимости удельной поверхности ВНВ от времени диспергирования, а также водо- и цементопотребности техногенных песков от минералогического состава и размера фракций, которые позволяют решать задачи оптимизации состава многокомпонентных вяжущих мелкозернистых бетонов на основе полиминеральных техногенных песков КМА.

Установлено, что при одинаковых технологических показателях, характеризующих качество мелкозернистых бетонных смесей, полученных при различной последовательности введения сырьевых компонентов,

микроморфологические параметры неидентичны. Различие видов1 и размеров пор, морфологии и взаимного расположения новообразований и реликтовых фаз, их контактов обуславливает различие эксплуатационных показателей искусственного композита.

Практическое значение работы.

Разработаны многокомпонентные вяжущие и мелкозернистые бетоны с использованием техногенных песков региона КМА для малых архитектурных форм.

Разработана технология производства мелкозернистых бетонов на основе портландцемента, ВНВ и ТМЦ с использование техногенных песков региона КМА для производства МАФ.

Получены мелкозернистые бетоны на основе ВНВ и ТМЦ с кубико-вой прочностью 20-35 МПа, морозостойкостью до 200 циклов включительно с использованием техногенных песков.

Внедрение результатов исследований.

Результаты работы внедрены на предприятиях г. Белгорода, о чем имеется акт о внедрении получения мелкозернистого бетона для производства малых архитектурных форм с использованием вяжущих низкой водопотребности на основе техногенного песка для производства МАФ. Опытно-промышленная партия элементов ограждения территорий из мелкозернистого бетон в соответствии с планом освоения новых ввдов продукции, поиском экономически целесообразных строительных материалов и оптимизации производственного процесса была использована при возведении ограждений земельных участков, в частности, при обустройстве участков в пос. Ново-Садовый Белгородской области, что подтвер* ждено справкой о внедрении.

Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы при производстве МАФ из мелкозернистых бетонов на основе техногенных песков КМА разработаны следующие нормативные документы:

- технические условия на «Кремнеземсодержащий компонент из отсева дробления кварцитопесчаника Лебединского горнообогатительного комбината». ТУ 5743-009-02066339-2005;

— технологический регламент «На изготовление железобетонных элементов ограждений на основе мелкозернистого бетона из техногенных

песков КМА»;

- рекомендации по использованию отсева дробления кварцитопес-чаника КМА для производства малых архитектурных форм.

Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 290600 и 291000. Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены на: Региональной научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов «Современные проблемы развития строительной механики, методов расчета сооружений и совершенствования строительной техники» (г. Орел, 2000); II Международной научно-практической конференции «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (г. Ростов-на-Дону, 2002); VI Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (г. Пенза, 2004); II Международной научно-практической конференции РАН «Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов» (г. Петрозаводск, 2005); Международной научно-практической конференции «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития» (г. Минск, 2005).

Публикации.

Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 8 научных публикациях, в том числе в статье в центральном рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ России.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 210 страницах машинописного текста, включающего 33 таблицы, 43 рисунков и фотографий, списка литературы из 103 наименований, 6 приложений.

На защиту выносятся:

- характер влияния на процессы структурообразования матрицы мелкозернистых бетонов кластогенных фаз систем ТМЦ и ВНВ;

— модель формирования контактной зоны кластогенных минералов в микроструктуре ВНВ и ТМЦ при дефиците клинкерной составляющей;

— характер зависимости размера новообразованных фаз, заполняющих анизометричные поры, от вида многокомпонентного вяжущего;

— зависимость микроморфологические параметры цементного камня от последовательности введения сырьевых компонентов;

- технология производства многокомпонентных вяжущих с использованием техногенных песков региона КМА и суперпластификатора СБ-3;

- технология производства мелкозернистых бетонов на основе портландцемента, ВНВ и ТМЦ с использование техногенных песков региона КМА для выпуска МАФ;

- результаты внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Чтобы отойти от эстетического однообразия крупнопанельных зданий и промышленных объектов, необходимы не только усилия в области развития объемно-планировочных структур, но и обеспечение индивидуальности и образности решений в рамках массовых технологий. В отечественной практике, особенно в последние годы, главным образом из-за массового индивидуального жилищного строительства, появился спрос на малые архитектурные формы (МАФ). К малым архитектурным формам относится большое количество элементов благоустройства и оборудования улиц, дорог, площадей, бульваров, т.е. всей той промежуточной зоны, которая находится между объектами «объемной» архитектуры. Как правило, трактовка этих элементов - как малой архитектуры - достаточно широка. В их номенклатуру входят объекты, начиная от фонтанов, скамеек, ограждений и, заканчивая, арками входов, павильонами.

Основным материалом для производства МАФ являются металл и древесина, изделия из которых отличаются высокой стоимостью. Предлагается применять мелкозернистые бетоны, МАФ на основе которых отличаются не только архитектурной выразительностью, но и сравнительно низкой себестоимостью.

В настоящее время актуальным направлением в технологии мелкозернистых бетонов является применение многокомпонентных вяжущих

s

веществ с удельной поверхностью 400-550 м2/кг. Это позволяет обеспечить высокую плотность и качество цементного камня или твердой фазы, получаемой за счет гидратации цемента совместно с наполнителями структуры, и сохранить резерв непрогидратированного цемента для заживления случайных дефектов, которые возникают при воздействии внешних факторов. При этом природа и свойства наполнителя оказывают существенное влияние на качество смешанного вяжущего.

Большой вклад в решение проблем оптимизации технологии производства мелкозернистых бетонов внесли И.Н. Ахвердов, Ю.М. Баженов, П.И. Боженов, Г.И. Горчаков, A.M. Гридчин, И.А. Рыбьев, П.Г. Комохов, B.C. Лесовик, А.П. Прошин, В.И. Соломатов, А.Н. Хархардин, Е.М. Чернышев, С.В. Шестоперов и др.

Отличительной чертой мелкозернистых бетонов является повышенное абсолютное содержание цементного камня из-за значительной пус-тотности и водопотребности заполнителя, в качестве которого традиционно используется природный песок. Использование мелкозернистых бетонов на многокомпонентных вяжущих на основе техногенных песков для получения МАФ в значительной степени сможет решить проблему оптимизации структуры бетона и отказа от дорогостоящих кондиционных природных заполнителей.

Для решения проблемы эффективного использования ТП и мелкозернистых бетонов на их основе дня производства МАФ применялись современные методы исследования: РФА, ДТА, анализ гранулометрии частиц на лазерном анализаторе частиц «Микросайзер 201С», а также стандартные методы.

Микроструктурные исследования ТП и цементного камня проводились с помощью программно-аппаратного комплекса, включающего высокоразрешающий растровый электронный микроскоп (РЭМ) «Хитачи-S-800», совмещенный с персональным компьютером. Для анализа использовался специально разработанный пакет программ автоматической обработки РЭМ-изображений «STIMAN», позволяющий получать морфологические показатели микроструктуры. Изображение получено в режиме вторичной электронной эмиссии. Для получения качественного изображения в РЭМ применялась методика термического напыления образцов в вакууме. Напыление проводилось золотом, пленкой толщиной 10 нм.

Анализируя состояние современных строительных процессов°можно выделить ряд предпосылок расширения применения малых архитектурных форм в композиционно-планировочных решениях благоустройства градостроительных ансамблей (рис. 1).

Изобретение оригинальных, современных и эстетически

привлекательных объектов малой архитектуры

рйст массового коттеджного строительства

' Разработка и применение \ экономически эффективных методов I и материалов для производства I малых архитектурных форм I

Рис. 1. Предпосылки расширения применения МАФ

МАФ на основе мелкозернистых бетонов имеют широкий спектр эффективных областей использования как в виде сооружений, так и для декоративных объектов (рис. 2).

Рис. 2. Эффективные области использования МАФ

Техногенные пески образуются в основном в результате механического разрушения горных пород различного состава и строения при обогащении полезных ископаемых и получении щебня (отсев дробления). В меньшей степени распространены пирогенные и сугубо теоретическое значение в настоящее время имеют хемогенные и биогенные пески (рис. 3). Существенно отличие ТП, от природных по минеральному составу, происхождению, структуре и текстуре (рис. 4).

—( бИОГеННЫе ). _отходы формовочны:

*---' ' смооей

2 ¡й О СО

с ш 3 х х

£

0

X

1

гранулированный шлак

хемогенные

шеханогенные

сланца

нварцитопвсчанина

базальта

известняка

гранита

отсевы дробления

отходы обогащения

магнитного

флотационного

гравитационного

Рис. 3. Классификация техногенных песков

Рис. 4. Специфика техногенных песков

Они отличаются от традиционно применяемого песка полиминеральным составом, а также наличием кварца различных генетических типов, включая более реакционноспособные разновидности. Зерна техногенного происхождения имеют остроугольные сколы, видны следы механического воздействия, что приводит к отличию морфологии их поверхности - шероховатости - от природных аналогов (рис. 5). Использование такого сырья в строительном материаловедении имеет свою специфику, как в процессе приготовления сырьевой смеси, так и при синтезе композитов. Так полиминеральность ТП, обуславливающая различие реакционной способности минералов, обеспечивает стадийность процессов взаимодействия кластогенных минералов с продуктами гидратации клинкерной составляющей ВНВ.

При получении ВНВ важную роль играет размолоспособность компонентов вяжущего. На основе экспериментальных данных с использованием метод наименьших квадратов получены оценки коэффициентов, входящих в зависимости кинетики помола клинкера, песка и ММС от времени помола. Зависимость кинетики помола от времени для клинкера, песка и ММС аппроксимируется линейной зависимостью:

к ~ 4,671; п ~ 6(\ Зу^шс = 7,//, где К-клинкер, П — песок Вольский, ММС -отходы мокрой сепарации.

Рис. 5. Форма и морфология поверхности зерен кварца природного (а) и техногенного

(б) песков

Процесс кинетики помола ТМЦ и ВНВ аппроксимируется логарифмической зависимостью:

Буд ТМЦ-7О (ММС) = 135,051п(1+1); Буд ТМЦ-50 (ММС) = 138,491п(1+1); Буд ТМЦ-30 (ММС) = 147,021п(1+1); Буд ТМЦ-50 (песок) = 136,021п(1+1); Буд ВНВ-70 (ММС) = 141,О51п(1+0; Буд ВНВ-50 (ММС) = 146,451п( 1+1); Буд ВНВ-30 (ММС) = 154,161п(1+0; Зуд ВНВ-50 (песок) = 142,791п(1+1).

Исследования распределений частиц по размерам многокомпонентных вяжущих веществ позволяют нам расширить представления об изучаемых мелкодисперсных системах, прогнозируя свойства получаемых на их основе материалов и обеспечить наиболее оптимальный гранулометрический состав вяжущих с помощью введения различных наполнителей.

Характер развития кривых распределения частиц по размерам ВНВ на основе песка и отходах ММС значительно отличается (рис. 6). График ВНВ на основе Вольского песка одномо-дальный плавный с четким пиком в области частиц 16-23 мкм. Кривая же ВНВ на отходах ММС имеет более прерывистых характер с несколькими пиками. В интервале от 300 до 88 мкм происходит смещение кривой для ВНВ на ММС в сторону меньших значений, обусловленное разрушением агрегатов частиц отходов и более мелкодисперсным изначальным составом. Затем в интервале от 25,5 до 13,2 мкм происходит скачкообразное увеличение содержания фракций у описываемого вяжущего. Подобный скачок только с большим отличием от кривой ВНВ на Вольском песке повторяется и в интервалах от 13,2 до 7,3 мкм и от 7,3 до 4,1 мкм. Количество фракций у ВНВ на отходах ММС меняется скачкообразно и в первом интервале сначала поднимается от 4,9 % до 5,8 %, а затем снова опускается до 3,8 %. Во втором интервале также сначала происходит увеличение содержания фракций от 3,9 % до 5,3 %, а затем снижение до 3 %. Тогда как количество фракций у ВНВ на Вольском песке увеличивается плавно с первого по второй интервалы от 3 до 4,9 %. При этом у ВНВ на Вольском песке увеличивается содержание мелких частиц в интервале от 5,31 до 0,72. Количество же мельчайших частиц от 0,72 до 0,2 возрастает у ВНВ на отходах ММС. Очевидно, что такая особенность гранулометрического состава вяжущего на основе отходов

■15

А

О с!

-«• ВНВ50(ШС) —ВНВ 50 (ш пек гео») Г« 7 и

» (А 5\ 11 1 а

»Г II Л 1 1 * \ м

■5&1 0 \ о" 1

ОЛ

от

2Я> 7.75 16,2

63,7

Рис. 6. Сравнение распределения частиц по размерам в ВНВ-50 на отходах ММС и на Вольском песке

ММС оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры цементного камня вследствие более плотной пространственной укладки частиц и, следовательно, получения более плотного камня.

Физический фактор достижения высокой плотности и прочности вяжущего обусловлен особенностями зернового состава и разной размоло-способностью цемента и отходов ММС железистых кварцитов полиминерального состава. Модуль крупности последних значительно меньше - 1, около 80-85 % частичек - меньше 0,074 мм, средневзвешенный диаметр 0,08-0,13 мм. В результате более высокой размолоспособности отходов ММС железистых кварцитов продукт совместного помола компонентов вяжущего характеризуется более прерывистым характером гранулометрического состава. Это позволяет обеспечить высокую плотность и качество цементного камня, а, следовательно, и бетонов на их основе и снизить себестоимость последних.

Для сравнительной оценки качества техногенных песков как компонента ВНВ и ТМЦ были определены' основные характеристики много-компонентых вяжущих с расходом клинкерной составляющей 50 % (табл. 1). Установлено, что активность по пределу прочности при сжатии и растяжении у ВНВ на основе техногенных песков сравнимы с композитами на основе природного песка, который отличается более низким водопо-глощением и на 95 % состоит из кварца, адгезия которого к цементному камню значительно выше, чем у магнетита, гематита и силикатов, содержание которых в техногенном песке доходит до 30 %.

Таблица 1

Свойства многокомпонентных вяжущих_

Наименование вяжущего Компонент вяжущего нг, % Начало схватывания, мин Конец схватывания, мин Активность при НИИ твердении в тече-МПа

7 С! П. 28 сут.

R,„r Rc4 R„„ Ro,

ВНВ-50 ММС 23,87 130 310 4,77 30,7 5,96 51,3

ВП 18,75 135 300 5,9 34,9 7,1 51,9

тмц- 50 ММС 29,87 160 320 2,77 34,7 5,4 40,6

ВП 26,75 155 310 2,3 34,2 3,8 42,7

ПЦ 500 ДО ПЦ500 до 24,75 160 220 6,8 36,0 8,0 51,0

С использованием техногенных песков получены ВНВ и ТМЦ с активностью от 50 МПа, что позволило разработать составы бетонных смесей для использования при производстве МАФ. Учитывая высокую водо-потребность техногенных песков, была установлена дозировка суперпластификатора, позволяющая получить мелкозернистые бетоны оптимизированной структуры, при этом прочность композитов возросла в 1,4-1,8 раза.

При изучении микростроения строительного материала большое значение имеет рассмотрение структурных особенностей его отдельных элементов. Под твердыми структурными элементами необходимо понимать элементарные минеральные частицы, зерна и их ассоциации, определяющие дисперсность материала и формирующие его структурный скелет.

Поровое пространство строительных материалов является одной из важнейших характеристик их микростроения. Нами предлагается различать изометричные, анизометричные и щелевидные виды пор. Данные виды пор отличаются как по своей природе, так и по характеру заполнения новообразованиями, т.е. типу цементации стенок пор. Основными характеристиками порового пространства и твердых структурных элементов, формирующих микроструктурный скелет искусственного композита, являются их размер, форма, морфология поверхности, а для твердых структурных элементов, в том числе, химико-минералогический состав и степень агрегированности.

С помощью РЭМ-изображений нами впервые осуществлен анализ изменения микроструктурных характеристик матрицы, являющейся основой мелкозернистых бетонов, в зависимости от состава ТМЦ и ВНВ. По данным растровой электронной микроскопии основные минералы ММС -кластогенные фазы систем ВНВ и ТМЦ - проранжированы по увеличению химической адгезии к цементному камню следующим образом: слюда -» магнетит -> полевой шпат -» амфибол —> кальцит -> кварц. Размер новообразований (рис. 7), синтезированных образцов на основе ВНВ и ТМЦ, увеличивается в следующем ряду: ВНВ -> ТМЦ+СБ-3 ТМЦ. Практически все поровое пространство ВНВ заполнено псевдокристаллами, т.е. упорядоченно расположенными глобулами новообразований, в отличие от разветвленных сеток из развитых кристаллов в ТМЦ.

Предложена модель формирования контактной зоны кластбгенных минералов в микроструктуре ВНВ и ТМЦ при дефиците клинкерной составляющей, заключающаяся в растворение аморфизованного слоя кла-стогенных минералов неупорядоченной генерации, синтезе низкоосновных гидросиликатов кальция и осаждении в локальных зонах тонких пленок аморфного кремнезема на контакте между частицами, приводящее к аутогезии.

ВНВ ТМЦ+СБ-3 ТМЦ

Рис. 7. Структура цементного камня с 70 % клинкерной составляющей в зависимости

от состава вяжущего

Проведенные микроморфологические исследования затвердевших вяжущих, используемых для получения современных видов мелкозернистых бетонов, свидетельствуют о том, что при одинаковых технологических показателях, характеризующих качество бетонных смесей, полученных при различной последовательности введения сырьевых материалов, микроморфологические параметры будут неидентичны. Различие видов и размеров пор, морфологии и взаимного расположения новообразований и реликтовых фаз, их контактов обуславливает различие эксплуатационных показателей искусственного композита.

С целью обоснования возможности использования техногенных песков КМА в качестве заполнителя при получении мелкозернистых бетонов были изучены физико-механические свойства продуктов дробления пород, попадающих в зону горных работ и являющихся источником вещества для техногенных образований (табл. 2). Анализ полученных результатов показал, что модуль крупности техногенных песков колеблется от 4,00 у амфиболитов, до 4,78 у кварцевых порфиров. Выход фракций закономерно снижается от 34-51 % у фракций 2-5 мм, до 25 % у фракций менее 0,63 мм.

Таблица 2

Физико-механические свойства продуктов дробления _

Тип пород Модуль крупности Размер зерен, мм Выход от обшей массы отсева, % Насыпная плотность, кг/м' Пусгот-ность, %

Сланцы 3,41 2...5 0.63...2 Менее 0.63 45 27 25 1342 1342 1696. 51,90 51,90 39,21

Кварцнтопесчаннк 3,52 2...5 0.63...2 Менее 0,63 44 26 30 1332 1344 1668 48,77 48,31 35,85

Кварцевые порфиры 3,42 2...5 0.63...2 Менее 0,63 46 25 29 1308 1328 1642 50,64 49,89 38,04

Амфиболиты 3,03 2...5 0.63...2 Менее 0,63 39 25 31 1460 1506 1843 51,82 50,03 39,19

Диоритовые порфирита 3,14 2...5 0.63...2 Менее 0,63 46 23 31 1300 1390 1648 53,12 49,87 40,57

Существующие стандартные испытания дают в основном лишь качественную оценку заполнителя и отвечают на вопрос, пригоден ли данный заполнитель для бетона заданной марки (класса). Для количественной оценки влияния заполнителя на свойства и экономичность бетона (не касаясь частных случаев, таких, как влияние заполнителя на морозостойкость, усадку и т.д.) необходимо знать влияние данного заполнителя на водо- и цементопотребность бетонной смеси.

Установлена высокая водо- (24 %) и цементопотребность (0,56 %) отходов ММС, что объясняется спецификой минералогического состава и шероховатостью их поверхности. Наиболее низкая водопотребность у песка Вольского месторождения (4 %).

Исходя из анализа влияния размера частиц заполнителя мелкозернистого бетона на водо- (В„) и цементопотребность (Д„) смеси полученную зависимость можно аппроксимировать кусочно-линейной кривой: 0,66/7 +4, ] ^ < 5; _ \0.0135Fj + 0,49,4;

п ~ \29Щ+17, бйР,<Ир, Ц"~ \0J988Fj + 0,613,

где И/- количество фракций, Т7/ - порядковый номер фракции.

С учетом полученных данных на основе многокомпонентных вяжущих предложены составы мелкозернистого бетона для производства малых архитектурных форм (табл. 3), что позволило получить на основе ВНВ и ТМЦ мелкозернистые бетоны для МАФ с кубиковой прочностью

20-35 МПа и морозостойкостью F100-F200.

Таблица 3

Составов и свойства мелкозернистого бетона

Наименование состава Расход материалов на 1 м"1 смеси, кг плотность, кг/м'' предел прочности при сжатии, МПа моро-зосгой ко ста, циклов

Вялящее мелкий заполнитель вода

ПЦ 500 ДО с Вольским песком 411 1600 241 2175 28,4 150

ВНВ-50 с Вольским песком 406 1624 231,6 2210 31,2 150

ВНВ-50 с отсевом дробления кварцн-топссчаника фракции 5+0,314 408 1632 232,5 2187 35,1 200

ВНВ-50 с отсевом дробления кварци-топесчаника с высокоплотной упаковкой заполнителя 310 1916, вт. ч.: 1095 (фр. 5,.,2,5 мм) 383 (фр. 2,5... 1,25 мм) 274 (фр. 1,25... 0,63 мм) 165 (фр. 0,63...0,314 мм) 160 2350 38,7 200

ВНВ-50 с Нижне-ольшанским песком 441 1543,5 251 2110 25,3 150

Для оценки эксплуатационной пригодности элементов ограждения были выполнены их расчеты в соответствии с требованиями новой редакции СНиП 2.01.07.-85* «Нагрузки и воздействия» и СП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры».

Из всех расчетных требований при оценке пригодности к эксплуатации элементы ограждений должны, прежде всего, обеспечивать достаточную прочность и устойчивость и трещиностойкость на стадиях изготовления, складирования, транспортировки и монтажа. Результаты расчетов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты расчетной оценки элементов ограждений

Элемент Стадия эксплуатации Стадия транспортировки и др.

Вид расчетов Результат Вид расчетов Результат

Столб прочность норм, сечен. достат. прочность норм, сечен. достат.

прочность накл. сечен. достат. прочность накл. сечен достат

устойчивость полож. достат, - -

Панель прочность норм, сечений недостат. прочность норм, сечен. достат.

прочность накл. сечен. достат прочность накл. сечен. недостат.

Анализ существующего конструктивного решения панелей ограждения и возможных вариантов обеспечения их прочности на стадии эксплуатации и трещиностойкости на стадиях транспортировки и складирования позволяет сделать следующие рекомендации: продольная арматура панелей должна располагаться посредине толщины панели для одинакового сопротивления ветровой нагрузке; оптимальные места опирания панелей на прокладки при складировании и транспортировке должны находится на расстоянии 41 см от их торцов; решетчатые сквозные панели для обеспечения их трещиностойкости при транспортировке необходимо изготавливать из бетона класса В20.

Внедрение результатов диссертационной работы осуществлено на ОАО «Энергомашкорпорация». С использованием техногенного песка выпущено 2500 м2 МАФ. Наблюдения за ограждениями в течение полутора лет позволило сделать вывод об их высоком качестве.

Оценка прочности при сжатии производилась на открытых и ровных поверхностях строительных конструкций ударно-импульсным методом прибором

«ОНИКС-2.3» в соответствии с ГОСТ 22690-88. Исследования показали (табл. 5), что мелкозернистый бетон для МАФ на основе разработанного ВНВ увеличивает эксплуатационные характеристики с течением времени. Это предопределяет возможность эксплуатации малых архитектурных форм в течение длительного периода.

Для широкомасштабной реализации результатов диссертационной работы разработаны технические условия, технологический регламент и рекомендации.

Экономический эффект от внедрения результатов работы за счет замены дефицитных природных песков техногенными региона КМА, при-

Таблица 5

Свойства ограждающих конструкций в эависи-мости от срока эксплуатации_

№ зоны Расположение зон измерения Прочность бетона в зоне (марка бетона), МПа Коэффициент вариации прочности в зоне, %

1 24,5 11,4

Л 28,9 12,2

2,5 МСС. 3 22,3 11.2

4 22,2 7,4

5 20,2 7,1

2 1 27,4 11,5

2 30,4 11.3

3 28,2 11,0

мес. 4 24,5 11,8

5 28,6 10,1

1 33,3 8,5

2 30,8 8,5

1,2 года 3 37,8 9,6

4 30,3 8,1

5 30,1 9,6

менения мелкозернистых бетонов для производства МАФ составшъб млн. руб. Производство современных, экономичных, эстетически привлекательных элементов ограждения территорий из мелкозернистого бетона на основе техногенных песков позволит повысить качество реализации программы по возведению индивидуального жилья, проводимой на основании постановления губернатора Белгородской области «О стратегии развития жилищного строительства на территории Белгородской области до 2010 года», которая предусматривает возведение ограждений земельных участков, общей протяженностью, по предварительным подсчетам 5500 км, в том числе 2000 км ограждений фасадных сторон участков.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ состояния современных строительных процессов позволил выявить предпосылки расширения применения малых архитектурных форм в композиционно-планировочных решениях благоустройства градостроительных ансамблей. Выявлен спектр эффективных областей использования МАФ на основе мелкозернистых бетонов, как для легких сооружений, так и для утилитарных и декоративных объектов.

2. Исследование микростроения и свойств техногенных песков КМА, позволило установить характер влияния на процессы структурообразова-ния матрицы мелкозернистых бетонов кластогенных фаз в системах ТМЦ и ВНВ. Показано отличие морфологии поверхности зерен природных и техногенных песков характером шероховатости, что влияет на увеличение удельной поверхности последних при равных значения модуля крупности и, следовательно повышает цементе- и водопотребность многокомпонентных вяжущих на их основе. Основные минералы техногенных песков проранжированы по увеличению химической адгезии к цементному камню следующим образом: слюда —> магнетит —> полевой шпат —> амфибол

кальцит -> кварц. Различие характера контактных зон обусловлено различием как химического, так и кристаплохимического сродства продуктов гидратации и кластогенных минералов каркаса.

3. Изучение микроструктурных особенностей цементного камня в зависимости от состава ВНВ и ТМЦ позволило предложить модель формирования контактной зоны кластогенных минералов в микроструктуре ВНВ и ТМЦ при дефиците клинкерной составляющей, заключающаяся в

растворение аморфизованного слоя кластогенных минералов неупорядоченной генерации, синтезе низкоосновных гидросиликатов кальция и осаждении в локальных зонах тонких пленок аморфного кремнезема на контакте между частицами, приводящее к аугогезии.

4. Теоретически обоснован- и экспериментально подтвержден характер зависимости размера новообразованных фаз, заполняющих анизомет-ричные поры, от вида многокомпонентного вяжущего, заключающийся в увеличении размера новообразований в следующем ряду: ВНВ ТМЦ+СБ-3 ТМЦ. Это позволило объяснить влияние последовательности введения компонентов смеси на качество многокомпонентного вяжущего и мелкозернистых бетонов на их основе.

5. Получены эмпирические математические модели, описывающие зависимости удельной поверхности ВНВ от времени диспергирования, а также водо- и цементопотребности техногенных песков от минералогического состава и размера фракций, которые позволяют решать задачи оптимизации состава многокомпонентных вяжущих мелкозернистых бетонов на основе полиминеральных техногенных песков КМА.

6. Установлено, что при одинаковых технологических показателях, характеризующих качество мелкозернистых бетонных смесей, полученных при различной последовательности введения сырьевых компонентов, микроморфологические параметры неидентичны. Различие видов и размеров пор, морфологии и взаимного расположения новообразований и реликтовых фаз, их контактов обуславливает различие эксплуатационных показателей искусственного композита.

6. Разработаны составы многокомпонентных вяжущих - ВНВ и ТМЦ с использованием техногенных песков региона КМА и суперпластификатора СБ-3. Доказана важная структурообразующая роль техногенного полиминерального песка, в частности, морфологии поверхности частиц, прошедших техногенные трансформации, что стало основанием для использования нетрадиционного сырья при производстве МАФ.

7. Предложены составы мелкозернистого бетона на основе многокомпонентных вяжущих, что позволило получить на основе ВНВ и ТМЦ мелкозернистые бетоны для МАФ с кубиковой прочностью 20-35 МПа и морозостойкостью Р100-Р200.

8. Для широкомасштабного внедрения результатов диссертационной

работы при производстве многокомпонентных вяжухцих и мелкозерных бетонов на основе техногенных песков КМА для получения МАФ разработан пакет нормативных документов:

- Технические условия на «Кремнеземсодержащий компонент из отсева дробления кварцитопесчаника Лебединского горнообогатительного комбината». ТУ 5743-009-02066339-2005;

- Технологический регламент «На изготовление железобетонных элементов ограждений на основе мелкозернистого бетона из техногенных песков КМА»;

- Рекомендации по использованию отсева дробления кварцитопесчаника КМА для производства малых архитектурных форм.

9. Экономический эффект от внедрения результатов работы за счет замены дефицитных природных песков техногенными региона КМА, применения мелкозернистых бетонов для производства МАФ составил 6 млн. руб. Производство современных, экономичных, эстетически привлекательных элементов ограждения территорий из мелкозернистого бетона на основе техногенных песков позволит повысить качество реализации программы по возведению индивидуального жилья, проводимой на основании постановления губернатора Белгородской области «О стратегии развития жилищного строительства на территории Белгородской области до 2010 года», которая предусматривает возведение ограждений земельных участков, общей протяженностью, по предварительным подсчетам 5500 км, в том числе 2000 км ограждений фасадных сторон участков.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Голиков В.Г. Современные проблемы устройства и расчета фундаментов при реконструкции зданий (Губкин В.А., Соловьев Н.Б. Соловьев А.Н.) Ч Современные проблемы развития строительной механики, методов расчета сооружений и совершенствования строительной техники: Материалы региональной научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов Черноземья. / Орл. Гос. Техн. Ун-т. - Орел, 2000. - С. 65-67.

2. Голиков В.Г. Некоторые проблемы и аспекты развития строительной экологии (Губкин В.А., Губкина Д.А. Мазанов К.В.) И Духовное возрождение: сборник научных трудов. Вып. VI / БелГТАСМ. - Белго-

род,2000.-С. 227-236.

3. Голиков В.Г. Городское пространство (Губкин В.А., Губкин И.В.) // Духовное возрождение: сборник научных трудов. Вып. V / Бел-ГТАСМ. - Белгород, 2000. - С. 67-71.

4. Голиков В.Г. Бетоны для реконструкции с использованием отходов курской магнитной аномалии (Лесовик Р.В., Черкашин Ю.Н.) // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Материалы второй Международной научно-практической конференции / Рост. Гос. Строит. Ун-т. - Ростов-на-Дону, 2002. - С. 167-168.

5. Голиков В.Г. Особенности использования малых архитектурных форм (Лесовик Р.В., Курбатов В.Л., Черкашин Ю.Н.) // Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии: Сборник материалов VI Международной научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2004. - С. 3943.

6. Голиков В.Г. Вяжущие низкой водопотребности с использованием активированного наполнителя (Строкова В.В., Лесовик Р.В., Ворсина' М.С.) // Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов. Матер. II Междунар. научн.-практ. конф. РАН. - Петрозаводск, 2005. - С. 1,78-180.

7. Голиков В.Г. Мелкозернистый бетон на основе техногенного песка для малых архитектурных форм (Строкова В.В., Лесовик Р.В., Черкашин IO.H.) // Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития: Материалы докладов Международной научн.-практ. конф. - Минск: БГТУ, 2005. — С. 157-159.

8. Голиков В.Г. Мелкозернистый бетон для малых архитектурных форм (Лесовик Р.В., Ворсина М.С., Фоменко Ю.В.) // Строительные материалы / Ежемесячный научно-технический и производственный йсурнал. - М., 2005. -№11.-С. 40-41.

Автор выражает благодарность научному консультанту д.т.н., доценту Строковой В. В. за оказанную помощь в обсуждении результатов работы.

ГОЛИКОВ Василий Георгиевич

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ ДЛЯ МАЛЫХ АРХИТЕКТУРНЫХ ФОРМ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПЕСКОВ КМА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Подписано в печать 16.11.05 Формат 60x84 1/16

Объем 1,0 Уч.-изд. л. ' Тираж 100

Заказ 138

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова. 308012, г. ¡Белгород, ул. Костюкова 46.

РНБ Русский фонд

2007-4 11164

-) * л

ВВЕДЕНИЕ.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Малые архитектурные формы в строительстве .,,.

1.2. Материалы для малых архитектурных форм.,.

U. Сырьевые материалы КМ А для мелкозернистых бетонов

1.4. Технологии изготовления малых архитектурных форм.

1.5. Опыт использования добавок для управления процессами структурообразовамня в мелкозернистых бетонах.

1.6. Выводы.

2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

2.1. Методы исследований.

2.2, Применяемые материалы.

2.Х Методика получения вяжущих.

2,4. Выволы.

3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ МАТРИЦЫ 11РИ СИНТЕЗЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ.

3.1. Многокомпонентн ме вяжущие вещества для получен ия МАФ с использованием техногенного песка.

3.2. Свойства цементного камня на ВИВ и ТМЦ в зависимости от нх состава.

3.3. Общая характеристика микростроенкя композитов на основе ВИВ н ТМЦ.8)

3.4. Анализ изменения микроструктурныч характеристик матрицы вяжуших в зависимости от состава ТМЦ и ВНВ.

3.5. Выводы

4. СОСТАВ И СВОЙСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА НА ОТСЕВЕ ДРОЫ 1ЕНИЯ KB АРЦИГОП ЕС ЧАН ИКА.

4.1, Свойства техногенных песков в зависимости от состава и строения скальных пород.

4.2. Водо- и цементопотребность в зависимости от свойств мелкого заполнителя. Ill

4.3. Свойства бетонной смеси и бетона а зависимости от гранулометрии техногенного песка,.

4.4. Подбор состава мелкозернистого бетона для МАФ с использованием расчета плотнейикй упаковки мелкого заполнителя,.

4.5. Расчет конструкций для малых архитектурных форм

4.6. Исследование прочности строительных конструкций для малых архитектурных форм.

4.7. Выволы.

5. ВНЕДРЕНИЯ И ТЭО ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МАЛЫХ

АРХИТЕКТУРНЫХ ФОРМ.

5.1. Технолопм производства злежшв огращеннй.

5.2. Эффективность производства элементов ограждений.

5,3- Выводы.

Одной Hit актуальных проблем градостроительства является художественная выразительность застройки, формирующая архитектуру„ как мегаполисов, так и территорий индивидуального жилищного строительства. Монотонность и однообразие городов и поселков давно стали предметом критики не только специалистов, но и широких слоев населения. Одним из путей решения данной проблемы является создание архитектурных детален и систем отделки зданий, к которым относятся малые архитектурные формы (МАФ).

На ряде предприятий. мобильно реагирующих на спрос, организовано производство МАФ из мелкозернистого бе гона. Однако, использование высококачественных природных -заполнителей и немента существенно повышают их себестоимость.

Анализ месторождений региона КМА показал, что наиболее перспективным сырьем дня получения МАФ являются крупнотоннажные мелкозернистые отходы - техногенные пески.

Недостатком применения гюлиминеральных, тонкодисперсных техногенных песков является перерасход вяжущего. Для снижения расхода цемента при производстве МЛФ актуальной является разработка смешанных много-компонеитных вяжущих веществ - вяжущих нюкон водолотребмостн (ВИВ) и тонкомолотых цементов (ТМЦ).

Диссертационная работа выполнена в рамках «Исследований, выполняемых в рамках тематических планов» по заданию Агентства по образованию Российской Федерации на 2003-2006 гг.

Цель и задачи работы. Разработка эффективных мелкозернистых бетонов на основе многокомпонентных вяжущих для малых архитектурных форм с использованием техногенных песков КМА.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - анализ состояния и выявление предпосылок расширения применения малых архитектурных форм в композиционно-планировочных решениях бла-•w vT-оойства грялостроительных ансамблей; разработка составов, изучение свойств и микроструктуры мм^тч-очпоискi пых вяжущих с исгюльюваинсм техногенных песков КМ А;

- разработка технологий мелкозернистых бетонов н малых архитектурных форм с использован нем техногенных песков КМЛ;

- подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна. Установлен характер влияния на процессы структу-рообраэования матрицы мелкозернистых бетонов кластогенных фаз систем ТМЦ и ВНВ. Показано отличие морфологии и шероховатости поверхности зерен природных и техногенных песков, что влияет на увеличение удельной поверхности последних при равных значения модуля крупности н, следовательно повышает цементе- и водопотребиость многокомпонентных вяжущих на их основе. Основные минералы техногенных песков проранжнрованы по увеличению химической адгезии к цементному камню следующим образом: слюда —► магнетит полевой шпат -» амфибол -> кальцит кварц. Различие характера контактных зон обусловлено различием как химического, так и крнеталлохимнческого сродства продуктов гидратации и кластогенных минералов каркаса.

Предложена модель формирования контактной юны кластогенных минералов в микроструктуре ВНВ и ТМЦ при дефиците клинкерной составляющей, заключающаяся в растворение аморфизованного слоя кластогенных минералов неупорядоченной генерации, синтезе низкоосновных гндросиликатов кальция и осаждении в локальных зонах тонких пленок аморфного кремнезема на контакте между частицами, приводящее к аутоге-Зии.

Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден характер зависимости размера новообразованных фаз, заполняющих лннзометричные поры, от вида многокомпонентного вяжущего, заключающийся в увеличении размера новообразований в следующем ряду; ВНВ ТМЦ+СБ-З —>ТМЦ,

Получены математические модели, описывающие зависимости удельной «^-■■чкипсти ВИВ от времени диспергирован ня, а также вод о- и цементопотпебностн техногенных песков от минералогического состава и размера фикций. которые позволяют решать залами оптимизации состава многокомпонентных вяжущих мелкозернистых бетонов на основе нол ими нереальных техногенных песков КМА.

Установлено» что при одинаковых технологических показателях, характеризующих качество мелкозернистых бетонных смесей, полученных при различной последовательности введения сырьевых компонентов, мнкроморфо-логические параметры ненденгичны, Различие видов и размере и пор. морфологи н н взаимного расположения новообразований н реликтовых фаз. их контактов обуславливает различие эксплуатационных показателей искусственного композита.

Практическое значение работы.

Разработаны многокомпонентные вяжущие и мелкозернистые бетоны с использованием техногенных песков региона КМА для малых архитектурных форм.

Разработана технология производства мелкозернистых бетонов на основе портландцемента. BIIB и ТМЦс использование техногенных песков региона КМА дня производства МАФ.

Получены мелкозернистые бетоны на основе ВНВ к ТМЦ с кубиковой прочностью 20-35 МПа, морозостойкостью до 200 циклов включительно с использованием техногенных песков.

Внедрение результатов исследований.

Результаты работы внедрены на предприятиях г. Белгорода, о чем имеется акт о внедрении получения мелкозернистого бетона для производства малых архитектурных форм с использованием вяжущих низкой водопотребности на основе техногенного песка для производства МАФ Опытно-цромьипленная партия элементов ограждения территорий из мелкозернистое бетон и соответствии с планом освоения новых видов продукции, поиском экономически целесообразных строительных материалов и оптимизации производственного процесса была использована при возведении ограждений земельных участков. в частно ,. при обустройстве участков в нос. Ново-садовый Белгородской области, что подтверждено справкой о внедрении,

Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы при производстве МЛФ из мелкозернистых бетонов на основе техногенных песков КМА разработаны следующие нормативные документы:

- технические условия на кКремнеземсодсржащнй компонент из отсева дробления кнарннгапесчаннка Лебединского горнообогатигсльного комбината». ТУ 5743-009-02066339-2005;

- технологический регламент «На изготовление железобетонных элементов ограждении на основе мелкозернистого бетона из техногенных песков КМА»; рекомендации но использованию о тсс на дробления кварцитопес чаинка КМ Л для производства малых архнтектурны х форм.

Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 290600 и 291000.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены на: Региональной научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов «Современные проблемы развития строительной механики, методов расчета сооружений и совершенствования строительной техники» (г. Орел, 2000); II Международной научно-практической конференции «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (г. Роетов-на-Дону, 2002); VI Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» {г, Пенза, 2004); II Международной научно-практической конференции РАН «Проблемы рационального использования природного н техногенного сырья Баренцева региона в Te\i ологни строительных и технических материалов» (г. Петротаволск, аридной научно-практической конференции «Наука и техно-• I ия строительных материалов: состояние н перспективы развития» (г, Минск, 2005).

На защиту выносятся: характер влияния на процессы структурообразовання матрицы мелкозернистых бетонов кластогенных фаз сисгем ТМЦ н ВНВ; модель формирования контактной зоны кластогенных минералов н микроструктуре ВНВ н ТМЦ при дефиците клинкерной составляющей; характер зависимости размера новообразованных фаз, заполняющих анизометрнчные норм, от вида многокомпонентного вяжущего;

- зависимость мнкроморфологнческне параметры цементного камня от последовательности введения сырьевых компонентов;

- технология производства многокомпонентных вяжущих с использованием техногенных песков региона КМЛ и суперпластификатора СБ-3;

- технология производства мелкозернистых бетонов на основе портландцемента. ВНВ и ТМЦ с использование техногенных несков региона КМЛ для выпуска МАФ;

- результаты внедрения.

Публикации.

Результаты исследований t отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 9 научных публикациях, в том числе в двух статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ России.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложении. Работа наложена на 212 страницах машинописного текста, включающего таблицы, 43 рисунков и фотографии, списка литературы из 103 наименований, 6 приложений.

ОСНОВНЫЕ выводы

I Анализ состояния современных строительных процессов позволил выявить предпосылки расшнрення применения малых архитектурных форм в компот иинонко-пданиротючных решениях благоустройства градостроители! ы х ансамблей- Выявлен спектр эффективных областей использования МАФ на основе мелкозернистых бетонов, как для легких сооружений, так и для утилитарных н декоративных обьектов.

2- Исследован не мнкростроення и свойств техногенных песков КМ А, позволило установить характер влияния на процессы структурообразования матрицы мелкозернистых бетонов кластогенных фаз в системах ТМЦ н ВНВ. Показано отличие морфологии поверхности зерен природных и техногенных песков характером шероховатости, что влияет на увеличение удельной поверхности последних при равных значения модуля крупности и. следовательно повышает цементе- и водопотребноеть многокомпонентных вяжущих на нх основе. Основные минералы техногенных песков проранжированы по увеличению химической адгезии к цементному камню следующим образом: слюда -* магнетит полевой шпат —» амфибол —» кальцит -> кварц. Различие характера контактных зон обусловлено различием как химического, так и крнсталлохнмнческого сродства продуктов гидратации и кластогенных минералов каркаса.

3. Изучение мнкроструктурных особенностей цементного камня в 'зависимости от состава ВНВ и ТМЦ позволило предложить модель формирования контактной зоны кластогенных минералов в микроструктуре ВИВ и ТМЦ прн дефиците клинкерной составляющей, заключающаяся в растворение аморфизованного слоя кластогенных минералов неупорядоченной генерации, синтезе ннзкоосновных гндросиликатов кальция н осаждении в локальных зонах тонких пленок аморфного кремнезема на контакте между частицами, приводящее к аутогезнн.

4, Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден характер зависимости размера новообразованных фаз. заполняющих ашгзометрнчные лори, от вида многокомпонентного вяжущего, заключающийся в увеличении размера новообразований в следующем ряду: ВНВ —> ТМЦ+СБ-3 —► ТМЦ, Это позволило объяснить влияние последовательности введения компонентов смеси на качество многокомпонентного вяжущего и мелкозернистых бетонов на их основе.

5, Напучены эмпирические математические модели, описывающие зависимости удельной поверхности ВНВ от времени диспергирования, а также воде- и цсментопотребностн техногенных песков от минералогического состава и размера фракций, которые позволяют решать задачи оптимизации состава многокомпонентных вяжущих мелкозернистых бетонов на основе гюлиминеральных техногенных песков КМА,

6. Установлено, что при одинаковых технологических показателях, характеризующих качество мелкозернистых бетонных смесей, полученных при различной последовательности введения сырьевых компонентов, микроморфологнческне параметры неидентнчны. Различие видов и размеров пор, морфологии н взаимного расположения новообразований и реликтовых фаз, их контактов обуславливает различие эксплуатационных показателей искусственного композита.

6. Разработаны составы многокомпонентных вяжущих - ВНВ и ТМЦ с использованием техногенных песков региона КМА и сунерпластификатора СБ-3. Доказана важная структурообразующая роаь техногенного пат и минерального песка, в частности, морфологии поверхности частиц, прошедших техногенные трансформации, что стало основанием для использования нетрадиционного сырья при производстве МАФ.

7. Предложены составы мелкозернистого бетона на основе многокомпонентных вяжущих, что позволило получить на основе ВНВ н ТМЦ мелкозернистые бетоны для МАФ с кубиковой прочностью 20-35 МПа и морозостой костью Г100 F200. в. Для широкомасштабного внедрения результатов диссертационной

• п.1 при производстве многокомпонентных вяжущих и мелкозерных лiii- на основе техногенных песков КМА дня получения МАФ разработан пакет нормативных документов:

Технические условия на «(Кремнеземсодержащий компонент из отсева дробления кварцнюпесчаника Лебединского горнообогатктел иного комбината»- ТУ 5743-009-02066339-2005;

-Технологический регламент «На изготовление железобетонных элементов ограждений на основе мелкозернистого бетона из техногенных песков КМА»;

-Рекомендации по использованию о г сева дробления кварпнтопесчаннка КМА для производства малых архитектурных форм.

9. Экономический эффект от внедрения результатов работы та счет замены дефинитных природных песков техногенными региона КМА. применения мелкозернистых бетонов для производства МАФ составил 6 млн. руб. Производство современных, экономичных, эстетически привлекательных элементов ограждения территорий нз мелкозернистого бетона на основе техногенных песков позволит повысить качество реализации программы по возведению индивидуального жилья, проводимой на основании постановления 1убернатора Белгородской области «О стратегии развития жилищного строительства на территории Белгородской области до 2010 года», которая предусматривает возведение ограждении земельных участков, обшей протяженностью, по предварительным подсчетам 5500 км. в том числе 2000 км ограждений фасадных сторон участков.

1. Дубяго Г.Г>. Русские регулярные сады и парки. Л.: Изд. яит-ры по арх., стр-ву н строит, мат-м, 1%3 -342 с.

2. Николаевская И.А. Благоустройство территории. М.: Академия: Мастерство, 2002,- 268 с,

3. Суздаль не ва А.Я. Бетон в архитекту ре XX века М.: СтроЙнздот, 1981. -208 с.

4. Г'аркави М.С., Волоков А С, Использование песков из отсевов дробления J при изготовлении мелкоштучных элементов мощения // Строительные материалы ,-2003. -К?б.-с.З 8.

5. В Н.Соло,матов, В.Н.Выровой, С.М.Чудновский,- Киев. Булнвильнык, 1991,-136 с.

6. Venum Michel La praiique des cimerHs et des betons. Le moniieur des9. intvaux publics el du batinieni. 1976.- 415 с. {Цементы и бетоны в строительстве)

7. Ьаженов Ю.М, и др. Способы определения состава бетона различных видов М,г Стройнздат. 1975. 268 с.

8. Вознесенский В.А. Улучшение свойств мелкозернистого бетона, Дисс. „,Х,т.н. М- 1962.

9. Гольдснберг Л.Б. Влияние добавок юл ТЭС на основные свойства14песчаных бетонов. Дисс. к.т.и. М, 1977. 204 с.

10. Лаиге Ю.Г. Применение очень мелких и мелких песков в дорожном бетоне, Дисс.,. к.т.н., М, 1986. - 233 с.

11. Десов А.Е. Некоторые вопросы структуры прочности и деформации бетонов. В кнСб. докл, ННИЖЕ, М, 1966.

12. Шейнин A.M., Рвачев А.Н. Применение мелкозернистых бетонов в 18, дорожном строительстве. В кн.: Мелкозернистые бетоны и конструкции нз них. М-, I9B5,

13. Чистов Ю.Д. Неавтоклавные бетоны плотной и ячеистой структуры на9.основе мелких песков, Дисс.,., д.т.н., М, 1995, - 411 с

14. Зоткнн А.Г. Защемление воздуха в «емснтопесчаны.ч смесях. В кн.:20.

15. Мелкозернистые бетоны и конструкции из них. М., 1985.

16. Алтунов В. Д Исследование процесса усталостного разрушения22, цементных бетонов при растяжении, Днсс. ™ к.т.н., Харьков, 1973, - 156 с,

17. Рыбьев И.А. Строительные материалы М.: Стройиздат, 1999, 376 с. Хрулев В.М., Шибаева Г.Н., Тимченко 13.М Отделочные композиции для24 выравнивания поверхности бетона. Абакан: Хакасе к. кн. над-во, 1997. 48 с.

18. Кузнецова Т.В„ Эйтин З.Б., Альбин З.С. и лр. Активные минеральные 25. добавки и нх приме№нне//Цеменс, I ftS 1 № 10. - С. 6-S.

19. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технологии бетонных и железобетонных ' изделмй ■ М.: Стройиздат, 1984,- 672 с.

20. Башлей К.И. и др. Бетонные и железобетонные работы, М: Строй и адат, 27 1987. -320 с.

21. Н.Д, Кузнецов А. В. Рекомендации по производству и применению литых асфальтобетонных смесей на основе сырья КМ А. // Белгород. 2001. 35 с

22. Морозов А.И. Опыт повышения качества щебня из вскрышных пород КМА и органоминеральных смесей на его основе в Белгородавтодоре//

23. Автомобильные дороги Отечественный н ироизводственый опыт: Экспресс-информация № 7. М.: ЦЬНТН Мниавтодора РСФСР. 198729 с.

24. Лесовик B.C. Снижение энергоемкости производства строительных36. материалов с учетом генезиса горных пород. Днсс . докт техн. наук. -Белгород, 1997, -461 с.

25. Лесовик B.C. Строительные материалы из отходов горнорудного ^ производства КМА /В.С Лесовик,- М.; АС В, 1996 155 с,

26. Зощук Н.И., Боровский ATI. Карпов Г.Н- Свойства кристаллическихсланцев Стврооскольского железорудного района // Комплекс-нос использование нерудных порол КМЛ в строительстве. М : МИСИ, БТИСМ, 1975. Вы п. 13. - Т. I. - С. 25- 35.

27. Грндчнн A.M. Дорожно-строительные материалы из отходов39. промышленности. Учебное пособие. Белгород: Над-во БелГТАСМ, 1997. 204 с.

28. Гридчин A.M. Вскрышные горные породы КМА в дорожном строительстве /А.М.Грндчнн, И.В.Королев, В.Н.Шухов.- Воронеж; Центрально-Черноземное кн. изд., I9S3.- 95 с.

29. Строкова В.В. Лесовик И.В. Комплексное использование коры выветривания кварцевых норфиров КМА Н XVII Региональная научно-техническая конференция./ Изд-во КрасГАСЛ, Красноярск, 1999. С.128.129,

30. Баженов Ю.М. Новому веку новые бетоны И Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - М,. 2000. - J&2- - с. 10-11. Сивко В.И. Основы механики визируемой бетонной смеси. Киев: Выша школа, 1987, -168 с,

31. Dusdonf Wolfgang bskardt Pdcr Hcnnek Yubertuv Hofmann Vans Vctfahren 51 гиг Herstellung von Zuschlagstoffcn. мат. ГДР, СОИВ 31/44, Jfe 118777, Способ приготовления заполнителей.

32. Bodcnsiabilisierung // Ticfbau Tiefbau-Berufsgenoss. 1997. 109. №12. -C. 703-794,

33. Verfahren und BiJidcnnnUcl хит Verbesserung und / oder Verfesiigung von 60. Boden I Заявка 19706498 Германия. МПК6 E 01 С 21 / 00 Rohbach G. № 1970698/ Заявл. 19.2,97;Опубл.I.I2.97.

34. Bcton de ciment с» bcton de cimenl mince colle. L'experience americainc Col63.

35. WЛ Revne Generate des Rouie* 1999 № 769 Г 28-32 Neucmngcn bei Fahrbahnticcken aus Beton. Teil I- Grundlagen untl

36. Herzog A., Mitchell J.K. Reafciions Acconipaning Stabilization of Clay With 66 Cement. "Cement-Tread Soil Mixtures 10 Reports". Highway Re-iearch

37. Bodcnstabilisiening mil hydrauhschcn Btndcmtttelh im Erd und Strahenbau69 /Neumann A. ii Tietbau (Tielbau-Berursgenoss. 1997 109. X? 12. С 759-767.

38. Иващснко С И,. Комар А,Г, и лр, Исследование влияния минеральных и70 органических добавок на свойства иементов н бетонов//Изв. вузов, Строительство, 1993.9.-С 16-19.

39. Шлакощелочные вяжущие и мелкозернистые бетоны на нх основе/Под71.ред. проф. Глухоеского В.Д, Ташкент; Узбекистан, 1980. - 484 с.

40. V.S.Ramachandran Concrete admixtures handbook Park Ridue, N.J., 1988,72.570 с. (Добавки в бетон. Справочное пособие)

41. Афанасьев И.В. Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. Киев: Будивзльнык. 1989.- 127 с.

42. Гаврилов А.Н., Попов М.А . Попов А,Я, Слециальни добавки нъм бетона74.н строителиите разтворн София: Техн нка 1980 24 7 с.

43. Коропкин М.О., Власов И Б, Новый пластификатор из отходов прои>75, водства антибиотика if Теория и практика применения сунерндастнфикаторов в бетоне; Тез. докл, к зон. конф. Пенза, 19901. С. 67- 68,

44. Осипов В.И., Соколов ВЛ,. Румянцева Н.А Микроструктура глинистых78,пород, М-: Недра. - Г 989, - 211 с.

45. АС, 1118624 СССР, МКИ С 04 В 13/24 Способ получения 79 пластификатора для бетонной смссн/ Груз А.Э., Даева В-А„ Малошиикнй

46. Париж В.З. Механика разрушения. От теории к практике. М.: Наука,1990,-240 с.

47. Лесовик Р-В. Мелкозернистые бетоны для дорожного строительства с 92. использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов. Дисс., к.т.н. Белгород, 2002,- 207 с.

48. Ханнашн Я. Исаченко Е.И. Эффективность бетона на основе тонкомолотых цементов и вяжущих низкой надопотребности // Сб, докл.93международной научно-практической конференции. Белгород; изд-во БелГТАСМ, 2002, 4-2 с. 101-105

49. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. Л.: Сгройнздат, Леиннгр. отд- нне, 1983. 160с., нл.

50. Рахнмбаен Ш.М-, Тарарни В.К.Каушанскнн В.Е. Панкратов 8.Л-. Шслудько ВТК, Ежова С.Н-, Мосьпан В.И Производство цемента с использованием отходов железнорудных предприятий Курской гюппггной аномалии // Цемент AV8 J987j\ с, 16-17.

51. За польский А,К,. Юдовнч Б.Э-. Дмитриева В.А., Надел Л.Г., Павлова Н.А, Гидратация четырех- кальциевого адючоферрита а присутствии крентов И Цемент № 8,1987.- С. 14-15 .

52. Строкова В-В. Повышение эффективности производства строительных102. материалов с учетом тнноморфнзма сырья: Дне. . докт. техн. наук: 05,23.05. Белгород, 2005. - 440 с.

53. Грндчнн A.M. Строительное материаловедение. Бстоиовсденнс: 103 Лабораторный практикум/ А.М Гридчин, М.М. Косухнн. Р-В. Лесовик. Белгород: Иэд-во БелГТАСМ. 2002-31 ОС.

54. Федеральное агенютпе ни обрамим н» ррееийскод Федерации

55. Белгородский государственный ГСХНОЛО! МЧССМИ! университет им. В Г. Шухова1. Гругим Ж J J

56. УТВЕРЖДАЮ Ректор БГТУ нм. в Г Шухова1. Д.М. Гридчин 05

57. КРЕМIIЕЗЕМСОДЕРЖАЩИЙ КОМ IIOil ЕИ Г 111 ОТ( К НА ДРОЁЛЕ ННЯ КВА РЦ11ТОП ЕСЧ АIIНКА ЛЕБЕДИ НСКОГО ГОРМООБОГАТИТО ЬН ОГО КОМБИНАТА1. Технические у словив

58. ТУ S743 0W - 020663J9 -2005

59. Введены оперные Дятз bbluj в действие с 0J 06. 2005гyptinrrpшш;У-—11. Ж (i Mi. ^fxT1. СОДЕРЖАНИЕ

60. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕКОВ АНИЯ.™.3

61. Основные параметры и еноиства „„—.—.— 312 ': i•, . ■■.3.3 Упакиыи ----------------------------.3

62. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ —,53 ПРАВИЛА ПРИЕМКИS1. J МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ . fi

63. S ГРАНСПОРТИ РОВА. ШЕИ ХРАНЕНИЕ.7

64. ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ.— Ч

65. ТУ 5743 004 02066319 -2005

66. Кремнеземсодержащнй компонент из техногенного сырья для производства В1 IB может быть получен сухим способом -из отсева дробления КВП в состоянии естественной влажности (2-3%).

67. Пример обозначения продукции при заказе:

68. К рем 11 еземсодержащн й компонент из отсева дробления КВП, 'ГУ 5743 -008 02066339 2005,

69. Требования разделов 1,2, 4 настоящих ТУ. являются обязательными.1.ЕХНИЧЕС КИЕ ТРЕ КО ВАНИ Я

70. Кремнеземсодержащнй компонент из отсева дробления КВП ЛГОК А должен соответствовать требованиям настоящих технических условии, ГОСТ 8736-93 и технологическому регламенту, утвержденном в установленном порядке,