автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Мелкозернистые бетоны на композиционных вяжущих и техногенных песках

На правах рукописи

и«-"-

ЛЕСОВИК Руслан Валерьевич

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ И ТЕХНОГЕННЫХ ПЕСКАХ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Белгород - 2009 2 5 МДП ?прп

003471727

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Гридчин Анатолий Митрофанович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Комохов Павел Григорьевич

доктор технических наук, профессор Магдеев Усман Хасанович

_ доктор технических наук, профессор Логанина Валентина Ивановна

Ведущая организация - Брянская государственная инженерно-

технологическая академия ( БГИТА, г. Брянск)

Защита состоится "II" июня 2009 года в 14 40 часов на заседании диссертационного Совета Д.212.014.01 в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова по адресу: 308034, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова.

Автореферат разослан " 28 " апреля 2009 г.

Ученый секретарь _ ___

диссертационного Совета ^Г.А. Смоляго

Актуальность. Одна из актуальнейших проблем XXI века энергосбережение, особенно это касается промышленности строительных материалов. На одну единицу продукции затраты энергоносителей в 2-3 раза выше чем в развитых странах мира. Решение этой проблемы возможно за счет использования промышленных отходов.

В результате нерационального и некомплексного освоения недр в XX столетии образованы десятки тысяч техногенных месторождений рыхлого зернистого сырья, которые изменили геоморфологию земной поверхности, привели к нарушению гидрогеологического строения территорий, пылению и т.д. При добыче и переработке полезных ископаемых, дроблении пород на щебень образуются большие объемы техногенных песков, складирование которых требует отвода значительных площадей, что приводит к изменению рельефа, нарушению инженерно-геологических, гидрогеологических и эколого-геологических условий района размещения хранилища отходов.

Решение проблем реализации приоритетного национального проекта по жилищному строительству возможно за счет широкомасштабного применения мелкозернистых бетонов на основе композиционных вяжущих и техногенных песков.

Работа выполнялась в рамках тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимых по заданию Министерства образования и науки РФ и финансируемых из средств федерального бюджета на 2004-2008 гг.; НТП Минобрнауки РФ «Методологические основы рационального использования техногенного сырья в промышленности строительных материалов» (шифр 03.01.055) и НТП «Кристаллохимические основы оптимизации процессов структурообразования в строительном материаловедении при использовании техногенного сырья» (шифр 207.03.01.078), раздела 03 «Проблемы рационального использования минеральных ресурсов».

Цель работы. Повышение эффективности производства мелкозернистых бетонов за счет использования композиционных вяжущих и техногенных песков.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- построение классификации, исследование свойств и распространения техногенных песков;

- разработка принципов проектирования и технологий производства многокомпонентных вяжущих веществ и мелкозернистого бетона с учетом особенностей минералогического состава, строения и свойств техногенных песков;

- составление нормативных документов и внедрение результатов исследования.

Научная новизна. Разработаны принципы повышения эффективности мелкозернистых бетонов и композиционных вяжущих за счет рационального использования энергетики геологических и техногенных процессов, участвующих в формировании техногенных песков, заключающиеся в выборе кремнеземистых компонентов с повышенным содержанием газовоздушных включений, компонентов минералообразующей среды, дефектов кристаллической структуры и других, которые в техногенных условиях в процессе добычи и дезинтеграции сырья, воздействия физических полей при обогащении формируют активную поверхность, определяющую рациональные условия гидратации и создающую оптимальную структуру высококачественного композита. Многообразие размеров и форм частиц дезинтегрированного сырья приводит к разнообразию физико-химических условий синтеза новообразований и повышению эффективности мелкозернистых бетонов.

Установлен характер влияния состава и структурно-текстурных характеристик скальных пород различного генезиса на гранулометрию отсева дробления, размолоспособность, физико-механические характеристики, водо- и цементо-потребность техногенных песков в зависимости от положения в системе классификации. Высококачественный техногенный песок образуется при дроблении средне- и крупнозернистых магматических и метаморфических скальных пород равномерно-зернистой структуры и массивной текстуры. Существенно снижаются качественные показатели у техногенных песков, полученных из пород мелко- и тонкозернистой структуры особенно осадочного происхождения, и у пород анизотропной текстуры.

Выявлена зависимость распределения частиц композиционных вяжущих, полученных при помоле цемента с различными типами песков. Вяжущие вещества с использованием природного песка имеют одномодальный почти гауссов-ский характер распределения частиц. Композиционные вяжущие на техногенных кремнеземистых составляющих имеют непрерывистый характер с несколькими пиками. Это определяется различной размолоспособностью породообразующих минералов. При использовании мономинеральных техногенных песков такой характер распределения частиц обусловлен полигенетическим составом породообразующего минерала. Прерывистый характер гранулометрического состава оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры цементного камня и бетона вследствие более плотной пространственной укладки частиц и, следовательно, получения более плотного цементного камня.

Установлены закономерности изменения коллоидно-химических свойств цементных систем на основе композиционных вяжущих с использованием техногенных кремнеземистых компонентов и суперпластификаторов, заключающиеся в снижении прочности контактов в коагуляционных структурах за счет образования мономолекулярного адсорбционного слоя суперпластификатора на поверхности дисперсной фазы и позволяющие получить предельно агрегативно устойчивые суспензии с жидкообразным характером течения. Установлена оптимальная концентрация добавок различных суперпластификаторов при получении композиционных вяжущих. При переходе от цемента к композиционному вяжущему величина максимальной адсорбции снижается. При увеличении содержания клинкерных минералов и при переходе от токономолотых цементов (ТМЦ) к вяжущим низкой водопотребности (ВНВ) величина максимальной адсорбции увеличивается.

Установлен характер влияния вида и состава композиционных вяжущих на микроморфологические параметры цементного камня. Размер, форма, ориентация структурных элементов в пространстве, микропористость, удельная поверхность пор, коэффициент анизотропии, фактор формы и морфология новообразований матрицы обуславливают различие эксплуатационных показателей искусственного композита. Так, по сравнению с бетоном на крупном заполнителе при одинаковой прочности, модуль упругости мелкозернистых бетонов на 10-15 % ниже на всем интервале изменения водоцементного отношения (ВЦ). И лишь начиная с В/Ц 0,4 величина отклонения начинает уменьшаться и при значении 0,3 не превышает 5 %. Усадочные деформации на заполнителе с высокоплотной упаковкой по своим значениям приближаются к аналогичным показателям бетона на крупном заполнителе. Призменная прочность и модуль упругости мелкозернистых бетонов на композиционных вяжущих и заполнителях с высокоплотной упаковкой аналогична этим показателям бетона на крупном заполнителе.

Практическое значение. Разработана классификация техногенных песков в зависимости от состава, генезиса исходных пород и вида техногенных воздействий, а также принципы оценки их качества. Анализ строения и вещественного состава техногенных песков, а также закон соответствия генезиса тех-ногенезу при производстве строительных материалов с минимальными энергозатратами позволили определить рациональные области их использования при производстве композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов. Специфика использования техногенных песков по сравнению с природными в качестве кремнеземистых добавок композиционных вяжущих и заполнителей мелкозер-

нистых бетонов заключается в их полиминеральности, полигенетичности, специфике морфологии зерен и их поверхности. Положение в системе классификации позволяет прогнозировать запасы месторождений техногенных песков, объемы текущих отходов, технологию производства композиционных вяжущих и рациональные области применения мелкозернистого бетона и изделий на его основе.

На основании результатов теоретических исследований и промышленного внедрения разработаны методики определения:

- качества песков как мелкого заполнителя бетонов;

- качества песков как кремнеземсодержащих компонентов композиционных вяжущих.

Предложены составы мелкозернистых бетонов с использованием техногенных песков и композиционных вяжущих для строительства автомобильных дорог:

- оснований с применением укатываемых мелкозернистых бетонов высокопроникающих смесей для укрепления щебеночных оснований на основе отходов мокрой магнитной сепарации (ММС) железистых кварцитов, а также отходов алмазообогащения (ОАО);

- нижнего и верхнего слоя покрытий с использованием в качестве кремне-земсодержащего компонента композиционных вяжущих отходов обогащения железистых кварцитов, в качестве заполнителей - отсевов дробления кварцито-песчаников.

Разработаны составы мелкозернистых бетонов для производства изделий для промышленного и гражданского строительства:

- малых архитектурных форм с использованием отсевов дробления кварц-содержащих пород зеленосланцевой фации метаморфизма;

- железобетонных изделий для энергетического строительства и мостовых конструкций на основе отходов ММС в качестве компонента вяжущего;

- отсевов дробления кварцитопесчаников - в качестве мелкого заполнителя;

- мелкоштучных стеновых изделий с использованием отсевов дробления на щебень валунно-песчано-гравийных смесей (ВПГС).

Предложены составы высокопроникающих смесей для закладки выработанного пространства подземных рудников на основе отходов алмазообогащения и отходов ММС железистых кварцитов.

Практические результаты и научная новизна работы защищены 12 патентами РФ.

Внедрение результатов исследований. Результаты проведенных ис-

следований позволили апробировать и внедрить в производство технологии: композиционных вяжущих на основе техногенных песков различных генетических типов; стеновых камней цементных на основе отсева дробления (ВПГС); железобетонных элементов ограждений и изделий для энергетического комплекса на основе отсева дробления кварцитопесчаника; пескоцементных смесей и укатываемых высокопрочных бетонов для дорожного строительства с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов; закладочных смесей на основе отходов алмазообогащения.

Для широкомасштабного внедрения результатов работы при строительстве автомобильных дорог и производстве строительных материалов разработаны нормативные документы:

- специальный технический регламент РФ «О безопасности строительных материалов и изделий»;

- проекты национальных стандартов:

- «Кремнеземсодержащий компонент для производства композиционных вяжущих из техногенных песков»;

- «Мелкий заполнитель бетона из техногенных песков»;

- технические условия на «Кремнеземсодержащий компонент из отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов Лебединского горнообогатительного комбината». ТУ 5743-008-02066339-2002;

- технические условия на «Отходы алмазообогащения месторождения им. М.В. Ломоносова Архангельской алмазоносной провинции как компонент вяжущего низкой водопотребности». ТУ 5743-017-02066339-2004;

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

- технические условия на «Мелкий заполнитель бетона из отсева дробления кварцитопесчаника Лебединского горнообогатительного комбината».

ТУ 5711-001-02066339-2006;

- технические условия на «Заполнитель мелкий для бетона из отсева дробления Солдате-Александровского карьера». ТУ 5711 —005—10251714—2006;

- технические условия на «Стеновые камни цементные на основе мелкозернистого бетона с использованием отсева дробления Солдато-Александровского карьера». ТУ 5741-004-10251714-2006.

Апробация полученных результатов осуществлена на следующих предприятиях ООО «Стройкомплекс», ООО «Стройбетон» (Белгородская область, ООО «Югорскремстройгаз» (Тюменской области, ПСФ «Содружество-холдинг»

(Ставропольского края). Результаты работы использовались при реализации программы «Развитие дорожной сети в сельских населенных пунктах Белгородской области и их благоустройство». Планируется использовать Министерством регионального развития при строительстве олимпийских объектов в г. Сочи. При этом получен значительный экологический, социальный и экономический эффект.

Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и практического внедрения в промышленных условиях реализованы в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы», 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270105 «Городское строительство и хозяйство»; использованы в учебном пособии с грифом УМО «Строительное материаловедение. Бетоноведение», (2002); отражены в 7 монографиях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на 18 Международных и Всероссийских конференциях и симпозиумах, академических чтениях РАН и РААСН, в том числе таких, как: IX Международная конференция работников нерудной промышленности (Москва, 2000); VI Международный симпозиум «Вопросы осушения и экология, специальные горные работы и геомеханика» (Белгород, 2001); International congress «Challenges of concrete construction» (Scotland, 2002); Всероссийская научно-техническая конференция «Новые технологии, конструкции и материалы в строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог» (Краснодар, 2002); 1 и II Международная научная конференция «Фундаментальные проблемы комплексного использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных материалов» (Апатиты, 2003, Петрозаводск, 2005); Международная научно-практическая конференция «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура» (Омск, 2003); Восьмые академические чтения отделения строительных наук РААСН «Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения» (Самара, 2004); Международная конференция «Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса в XXI веке» (Москва, 2004); Академические чтения РААСН «Новые научные направления строительного материаловедения» (Белгород, 2005); II Международная конференция по бетону и железобетону (Москва, 2005); Международная научно-практическая конференция «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития» (Минск, 2005); Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2006).

Под руководством автора защищено пять диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 134 работах, в том числе 24 статьях научных журналов по списку ВАК России; отражены в 7 монографиях, учебном пособии под грифом УМО, защищены 12 патентами РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из восьми глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 463 страницах машинописного текста, включающих 373 рисунка и фотографии, 149 таблиц, список литературы из 383 наименований, 17 приложений.

На защиту выносятся. Классификация техногенных песков в зависимости от состава, генезиса исходных пород и вида техногенных воздействий, а также принципы оценки их качества.

Характер закономерности изменений размолоспособности, гранулометрии, физико-механических характеристик, водо- и цементопотребности техногенных песков в зависимости от положения в системе классификации.

Характер зависимости распределения частиц композиционных вяжущих, полученных при помоле цемента с различными типами техногенных песков.

Закономерности изменения коллоидно-химических свойств цементных систем на основе композиционных вяжущих с использованием техногенных кремнеземистых компонентов и суперпластификаторов.

Принципы повышения эффективности мелкозернистых бетонов и композиционных вяжущих за счет рационального использования энергетики геологических и техногенных процессов, оптимизации состава композиционного вяжущего, гранулометрии заполнителя, минеральных и органических добавок.

Характер влияния вида и состава композиционных вяжущих на микроморфологические параметры цементного камня.

Методики определения качества песков как мелкого заполнителя бетонов и кремнеземсодержащего компонента композиционных вяжущих.

Технологии производства композиционных вяжущих, эффективных дорожно-строительных материалов и изделий из мелкозернистых бетонов для промышленного и гражданского строительства

Результаты производственных испытаний и внедрения.

Содержание работы

Использование мелкозернистого бетона тормозится отсутствием сырьевой базы высококачественных природных песков. Кроме того, стоит задача увели-

чения объема выпуска вяжущих, щебня, песка и других строительных материалов в 2-3 раза.

В то же время во второй половине XX в. в России, как и во многих странах мира, образовались техногенные месторождения рыхлого зернистого сырья. Техногенные пески, в силу специфики генезиса и техногенеза, обладают повышенным запасом свободной внутренней энергией за счет наличия дислокаций, искажения кристаллической решетки, повышения ее дефектности или полного разрушения с переходом из кристаллического в псевдоаморфное состояние; имеют некоторое количество наноразмерных частиц. Все это позволяет рассматривать некоторые их разновидности как энергосберегающее сырье промышленности строительных материалов, особенно при производстве композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов.

Отсутствие концепции использования техногенных песков, их классификации, принципов оценки качества и технологий рационального использования тормозит широкомасштабное использование этого сырья в промышленности строительных материалов в целом и при производстве бетонов в частности (рис. 1). Использование техногенных песков в качестве кремнеземистых добавок композиционных вяжущих веществ и заполнителей мелкозернистых бетонов имеет свою специфику, так как они отличаются от природных своей поли-минеральностью, полигенетичностью и, как следствие, формой зерен и морфологией поверхности. Для производства высококачественных мелкозернистых бетонов на основе техногенных песков необходима разработка методологии их проектирования, новое поколение композиционных вяжущих и органомине-ральных добавок, новое смесительное оборудование, специфические условия синтеза и т.д.

7-Ог

\ПР0ВПЕМЫ И ЗАДАЧИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Рис. 1. Трансформация вещества при техногенезе

и проблемы использования техногенных песков Проблему рационального использования техногенного сырья необходимо рассматривать с точки зрения трех уровней: проектируемые к освоению месторождения; текущие отходы; техногенные месторождения. Каждый уровень имеет свой методологический подход и инструментарий как с теоретической, так и с прикладной стороны. На нынешнем этапе наиболее актуальны два последних уровня, проблема реализации которых остро стоит во всех промышленных регионах мира.

Объемы как текущих отходов, так и техногенных месторождений несоизмеримо большие, чем потребности в сырье на предприятиях промышленности строительных материалов. Поэтому очень важно из всей массы выделить те, которые можно наиболее эффективно использовать для получения строительных материалов как при проектировании новых производств, так и на имеющихся в конкретных регионах промышленных мощностях.

В основу разделения совокупности исходных зернистых материалов на классы положены условия их образования. По этому критерию все пески подразделяются на природные и техногенные (рис. 2). Среди последних выделяются четыре класса Выделяются таксоны, которые образовались за счет механо-генного воздействия на исходные горные породы. Представители этого класса меньше всего отличаются от состава исходных пород. Они образовались в основном при дроблении горных пород на щебень и обогащении полезных ископаемых. При этом разрушаются текстура исходных пород, частично структура.

_.} отходы газоочистки

§ 2Г

I ■вО

и та

биогенные

пирогенные

хемогенные

отходы формовочных смесей

гранулированный шлак

; механогенные |

отсевы дробления

а>

-0

г 3

'О ___

О о

О. а»

? с

а.

с: ^__

_Гфлювиогляциальные)

аллювиальные

отходы обогащения

морские

3

_^озерно-ледниковые|

Рис. 2. Классификация песков

аллювиальные

деллювиальные^

„(проллювиальные)

Наиболее крупнотоннажными являются механогенные и пирогенные техногенные пески. В меньшей степени распространены хемогенные и сугубо теоретическое значение в настоящее время имеют и биогенные пески.

Источником формирования отсева дробления служат различные горные породы осадочного происхождения, чаще всего известняки, песчаники, гравийно-галечные смеси; магматического (граниты, базальты, порфиры и др.) и метаморфического (сланцы, гнейсы, кварциты, кварцитопесчанники (КВП), амфиболиты и др.) генезиса (рис. 3).

Г'

алевролитов

зс

I песчат^ков}

(^иуестнлкнв

гравинно-галечных •] ____смесей__ ^

осадочных горных порах

с.ыипен ] ^П1£1{сст ^ коарцигои*"] | амфибо.1июд П

мгтаморфогенных : горных пород

. Нм^,,--._—

_____J I.

^лиорпгов^ ^перлитон^

^^аиитов^ ^ бюальтовГ]

. магматогешшх: ; 1И{ПШХ пород :

(техногенные МЕХАНОГСНИЫЕ пески

^ ..................................'"""

огсоды мокрой мапишюи сепарации магпетитовых руд

грохочения

гравитации

мстаморфогеннмх

магмагогеиных

флотации

___ ''Ч'"*-. __„

н»кспевце^уд ы ^ ^(^мцотосодсржаши«: рудЫ;]

-[Г. зелсноеланисвая

( мслиолспсодсржашие

РУД" ': у : ^

одоАЯНице рулы ч

I

-Г?? шлот-амфкоолитки"]

Г

! [ _тита 11Содср жа ш и_е рушл 1

вольфрамовые н

[молиГиен-шиьфрамовыс руды] [х^У^^К1701^

("полимсталичгский руды | ¡¿^УЮЙЕ^Йа!

йгйр^ок. калИИИЬЙГ'рудь! {

с

. свшшовые

: Кимберлиты

Рис. 3. Классификация техногенных механогенных песков

Ежегодно отходов обогащения образуется на порядок больше, чем отсевов дробления. Техногенные пески данного класса являются продуктом мокрой магнитной сепарации магнетитовых пород, а также образуются при флотации,, гравитации и грохочении целого ряда различных полезных ископаемых.

На долю высокожелезистых техногенных песков, которые образуются при обогащении пород метаморфического и магматического происхождения приходится до 60-70 % объема данного класса отходов. В зависимости от генезиса исходных железистых пород отходы мокрой магнитной сепарации отличаются по гранулометрическому и минералогическому составу, цементо- и водопо-

требности и другим свойствам.

По направлению от зеленосланцевой к гранулитовой фации метаморфизма модуль крупности отходов ММС растет от 0,6 до 1,5. Значительно уменьшается дефектность минералов и количество включений газовоздушной и минералооб-разующей фазы, серицит замещается мусковитом, появляются биотит, полевые шпаты, гиперстен и актинолит. В целом уменьшается адгезия породообразующих минералов к цементному камню.

Породообразующими минералами техногенных песков, образующихся при обогащении магматогенных железистых пород, являются пироксены, оливин, амфиболы, кальцит и основные полевые шпаты, их модуль крупности 1,4-2.

Для промышленности строительных материалов менее качественными, являются отходы гравитации и флотации, которые образуются при обогащении цветных и драгоценных металлов, производстве удобрений.

Но непрерывное снижение содержания цветных металлов в добываемых рудах, постоянный рост их потребления и увеличение объема примерно в 2 раза через каждые 10 лет требуют разработки технологий комплексного обогащения и использования этих отходов в промышленности строительных материалов.

Установлено, что состав и свойства отходов, образующихся при обогащении цветных металлов, определяются их генезисом и технологическими схемами, которые включают измельчение, классификацию и флотацию. Техногенные пески и шламы, образующиеся на различных стадиях обогащения, могут использоваться для производства мелкозернистых бетонов, в дорожном строительстве, для получения клинкера, в качестве кремнеземистой добавки в композиционных вяжущих, керамике и т.д.

Существенное отличие техногенных песков от природных, обусловленное технологическими операциями, генезисом и составом исходных пород, влечет за собой ряд коренных изменений в параметрах (рис. 4), обусловливающих формирование техногенных песков как высокоактивных и энергонасыщенных компонентов твердеющих систем. Использование такого сырья в строительном материаловедении имеет свою специфику как в процессе приготовления сырьевой смеси, так и при синтезе композитов.

На примере исследования некоторых наиболее крупнотонннажных промышленных отходов и имеющих существенное значение для расширения сырьевой базы промышленности строительных материалов, приводится доказательство приведенной гипотезы.

Рис. 4. Факторы, обусловливающие специфику техногенных песков

Наряду с крупностью и минералогическим составом песков на технологические свойства бетона влияет морфология зерен песка, определяемая их формой и состоянием поверхности. Эти показатели в настоящее время не регламентируются нормативными документами; стандартные методы морфометрии и морфоскопии песка также пока не разработаны.

Форма, морфология поверхности, адгезия заполнителя из техногенных песков определяются генезисом и, как следствие, структурно-текстурными характеристиками, а также минералогическим составом и типоморфными особенностями материнских пород, подвергнутых дезинтеграции в процессе технологических переделов. При механогенном воздействии на породу разрушение происходит в первую очередь по наиболее ослабленным зонам. В общем случае последовательность зон разрушения выглядит следующим образом: генетические дефекты текстуры —> генетические дефекты структуры —> зоны минералов с весьма совершенной и совершенной спайностью -> контакты между минеральными агрегатами -> контактные зоны между отдельными зернами зоны остаточных напряжений -» дефекты кристаллической структуры.

Установлен характер влияния структурно-текстурных характеристик скальных пород различного генезиса на гранулометрию отсева дробления. Высококачественный техногенный песок образуется при дроблении средне- и крупнозернистых магматических и метаморфических скальных пород равномернозер-нистой структуры и массивной текстуры. Существенно снижаются качественные показатели у пород мелко- и тонкозернистой структуры, особенно осадоч-

ного генезиса, и у пород анизотропной текстуры.

Апробация результатов теоретических исследований осуществлена на примере наиболее крупнотоннажных представителей различных классов техногенных песков: механогенные представлены отсевами дробления метаморфоген-ных, осадочных и магматогенных пород, отходами обогащения магнетитовых руд и кимберлитов; пирогенные - шлаками.

Хвосты мокрой магнитной сепарации представляют собой полиминеральный техногенный песок, состоящий как из агрегатов, так и отдельных минералов кварца различного генезиса, полевых шпатов, амфиболов карбонатов, магнетита и гематита. Отдельные зерна кварца имеют остроугольные сколы с несовершенной спайностью, раковистым изломом. На некоторых гранях видны следы механического воздействия, но чаще встречаются моно- и полиминеральные агрегаты хвостов ММ С. Детальные исследования кварца отходов ММС позволили установить наличие нескольких генераций, беспорядочно распределенных по всей массе отходов (рис. 5). Мономинеральные зерна агрегатов состоят преимущественно из кварца остроугольной, несколько вытянутой формы с ярко выраженным раковистым изломом и шероховатой поверхностью.

зерно амфибола, окруженное различными типами кварца

Рис. 5. Морфология поверхности кварца различных генетических типов в отходах ММС

контактово-метаморфический кварца

диагенетический кварц и зерна амфибола

кварц-тектонита

Отсев дробления кварцитопесчаников - песчаный техногенный мономинеральный материал со сложной морфологией зерен и шероховатой поверхностью. Значительная часть крупных частиц является микроагрегатами класто-генных фаз.

Среди отсевов дробления осадочных горных пород можно выделить преимущественно моно- и полиминеральные техногенные пески. К первым относятся отсевы, формирующиеся при дроблении на щебень таких пород, как известняки, песчаники. Ко второй группе принадлежат отходы, образованные либо при искусственном смешении пород различного состава на территории дро-бильно-сортировочных фабрик (отсутствие селективного складирования отсевов), либо при дроблении природной смеси пород различного состава и генезиса (конгломераты, граувакки, ВПГС и их разновидности).

Спецификой техногенных механогенных песков, получаемых в процессе дробления на щебень рыхлых обломочных осадочных пород типа ВПГС, является то, что они состоят из различных горных пород.

Установлен характер распределения петрографического и минералогического состава по фракциям отсева дробления ВПГС, заключающийся в концентрации минеральных агрегатов: интрузивных (граниты) и метаморфогенных мономинеральных (кварциты) образований в крупных фракциях; эффузивных, осадочных (песчаники и алевролиты) и затронутых процессами выветривания пород-в более мелких фракциях (рис. 6). В мелких фракциях преобладают зерна отдельных минералов, а с увеличением крупности - обломки пород (агрегаты).

Рис. 6. Форма и морфология поверхности частиц отсева дробления ВПГС

Специфика формы и морфология поверхности отсевов дробления кимберлитов связаны с ультраосновным составом исходных пород и структуро-текстурными особенностями (рис. 7).

Таким образом, установлено, что техногенное сырье в зависимости от генезиса горных пород и воздействия комплекса факторов (взрыв при добыче, дробление, помол, физические, химические и термические воздействия при обогащении) отличается от природного рядом существенных свойств. Форма, морфология поверхности, адгезия заполнителя из техногенных песков определяются генезисом и, как следствие, структурно-текстурными характеристиками, а также минералогическим составом и типоморфными особенностями материнских пород, подвергнутых дезинтеграции в процессе технологических переделов. Так, например, в процессе измельчения полиминеральных горных пород (гранит, гнейс, диорит и т.д.) при разрушении по контактам минералов зерна первичных минералов сохраняют форму близкую к габитусу их кристаллов (призматическую, столбчатую, игловидную, чешуйчатую, изометричную и т.д.). При разрушении мономинеральной , породы (кварцит, известняк) форма зерен обусловлена структурно-текстурными особенностями (наличием либо отсутствием ориентации зерен в пространстве), минеральным составом (габитусом кристаллов, видом спайности), типоморфными особенностями (степенью дефектности минеральных агрегатов и др.). Это предопределяет особенности синтеза новообразований при получении композиционных вяжущих веществ и мелкозернистых бетонов. Изучение распределения центров адсорбции на поверхности песков различных генетических типов показало существенное отличие поверхности техногенных песков из кварцсодержащих пород зеленосланцевой фации метаморфизма от другого сырья: около 50 % составляют кислоты по Бренстеду, которые оказывают решающее влияние на гидратационную активность цементных материалов, 34-38 % составляют основания Бренстеда, улучшающие взаимодействие с 1 цементом и повышающие прочность сцепления цементного камня с минеральными материалами. Наибольшее количество бренстедовских активных кислотных центров имеют отходы ММС, обожженные при 600 °С. Что и предопределяет более высокую реакционную способность композиционных вяжущих. Ко-

I личество активных центров повышается у отходов ММС, обожженных при 600

[

Рис. 7. Форма и поверхность зерен отсева дробления кимберлитов

°С, на 401

. и у отходов ММС, обожженных при 900 °С, на 19 %.

Установлена зависимость активности поверхности кремнеземсодер-жащей добавки от времени экспозиции материала после помола. Показано, что с течением времени количество обменных центров на поверхности частиц снижается в 0,5-3 ч (после чего стабилизируется), за счёт активного взаимодействия поверхности с влагой воздуха с образованием водородных связей протонодонорных центров поверхности с молекулами воды, а также рекомбинации гидро-ксильных групп (рис. 8). В дальнейшем состояние поверхности изменяется незначительно.

Получено экспериментальное подтверждение теоретических пред-

ММ> 41И) 500 600 700

Удельная поверхность, м3/кг

—о— отходы мокрой магнитной сепарации —О— кваршггопесчаинк —о— песок Рис. 8. Зависимость концентрации обменных центров от величины удельной поверхности

минеральных материалов посылок относительно влияния природы поверхности заполнителей на взаимодействие с цементным камнем и прочность контактной зоны. Выявлено активное структурирующее действие заполнителей из техногенного сырья, которое заключается в сокращении периода формирования структуры, увеличении пластической прочности и скорости структурообразования. Высокая активность кремнеземсодержащих фаз техногенных механогенных песков, полученных при дроблении или обогащении метаморфогенных горных пород зеленосланце-вой фации метаморфизма, обусловлена наличием дефектов кристаллической структуры, минералообразующей среды, газо-воздушных включений. Это позволяет использовать данное сырье в качестве эффективных кремнеземсодержащих компонентов композиционных вяжущих и заполнителей мелкозернистых бетонов.

Выявлен характер закономерности изменений размолоспособности, гранулометрии, физико-механических характеристик, водо- и цементопотребности (рис. 9) исходных пород и технологий производства композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов от положения техногенных песков в системе классификации.

1 л

0,97

0,95 -1 * °'9 ]

Й 0,85 -I

о ;

о

0,81

0,9

0,55- 0,51 0,5 ---------

5-2,5 2,5-1,25 1,25-0,63 0,63-0,314 0,314-0,16

Размер фракций, мм

■отсев дробления КВП И отсев дробления сланца —А— песок природный Нижне-Олынанский Рис. 9. Зависимость цементопотребности от размера фракций заполнителя

Предлагается методика определения качества песков для производства бетонов, заключающаяся в определении прочности образцов состава цемент-песок (1:4) с определенной подвижностью (осадка конуса 2-4 см). Коэффициент качества песка (ККП) рассчитывается по формуле

где Я„ - предел прочности при сжатии мелкозернистого бетона на изучаемом песке; Ивп - предел прочности при сжатии мелкозернистого бетона на песке Вольского месторождения.

Коэффициент качества песка (табл. 1) зависит от его положения в системе классификации. Он повышается по направлению от техногенных песков, полученных при дроблении осадочных горных пород к метаморфогенным, достигая максимальных значений, в целом, у магматических. Среди отсевов дробления магматических пород ККП понижается по направлению от интрузивных к эффузивным.

Вышеизложенные результаты теоретических и экспериментальных исследований были апробированы при разработке технологий производства изделий на основе мелких заполнителей бетонов и композиционных вяжущих.

Получение высокоэффективных вяжущих веществ сопровождается использованием сложных составов компонентов с целью получения высококачественных бетонов разного функционального назначения с улучшенными, а иногда и с принципиально новыми свойствами и определенной заранее заданной струк-

ККП=-^-,

(1)

турой. В основу создания таких вяжущих положен принцип целенаправленного управления технологией на всех ее этапах: использование активных компонентов, разработка оптимальных составов, применение химических модификаторов, использование механохимической активации компонентов и некоторых других приемов.

Таблица 1

Свойства техногенных и природных песков и мелкозернистого бетона в зависимости от вида песка

Наименование заполнителя Мкр Цементопот-ребность, % Водопотреб-ность, % К« МПа Коэффициент качества песка (ККП)

Отсев дробления кварци-топесчаника (КВП) фракции 0,315-5 мм 4,7 0,5 6,5 32,5 1,75

Отсев дробления гранита 3,3 0,71 7,8 30,6 1,6

Отсев дробления ВПГС Северного Кавказа 3,8 0,57 8,5 25,9 1,4

Отсев дробления КВП 3,7 0,95 8,5 23,6 1,27

Песок Вольского месторождения 2,5 0,49 4 18,6 1

Песок Нижне-Ольшанского месторождения 1,3 0,64 7,5 9,8 0,53

Отходы ММС 0,8 1,96 21 6,1 0,33

Отходы ОАО 2,93 0,96 10,85 4,83 0,26

Идея получения композиционных вяжущих не нова. Ранее были получены ТМЦ и ВНВ. Однако следует отметить, что зачастую в качестве кремнеземистого компонента ТМЦ и ВНВ использовались природные пески, содержание кварца в которых составляет примерно 95 %. В сложившейся ситуации острого дефицита не только вяжущих, но и качественных заполнителей, использование техногенных песков для получения композиционных вяжущих веществ приобретает существенную актуальность.

Для создания композитов нового поколения и внедрения наносистем при производстве строительных материалов необходим синтез такой матрицы, в которой количество контактов увеличивалось на несколько порядков при существенно возросшей адгезии гидратных новообразований и минеральных частиц. С учетом вышеизложенного можно записать (при определенном В/Ц и марке цемента):

Кк = ШК;-А)-п], (2)

где прочность композита; К, - контакт новообразований и минеральной со-

ставляющей; А - адгезия (прочность сцепления между минеральной составляющей и цементом); п - количество контактов на единицу объема композита.

Следовательно, для повышения качества матрицы необходим домол цемента и кремнеземистых компонентов с учетом определенных ранее факторов и органических добавок для регулирования реологических и некоторых других характеристик. Помимо этого существует ряд объективных предпосылок перехода на композиционные вяжущие вещества.

Исходя из наших данных, можно существенно расширить сырьевую базу кремнеземистого компонента для производства композиционных вяжущих веществ, особенно за счет использования механогенных и пирогенных техногенных песков. Из механогенных песков для этих целей рекомендуется, в первую очередь, применять отходы обогащения железистых кварцитов зеленосланце-вой фации метаморфизма, а также отсевы дробления на щебень некоторых эффузивных, метаморфогенных и осадочных пород (см. рис. 3).

Основные принципы повышения эффективности композиционных вяжущих за счет рационального использования техногенных песков заключаются в выборе кремнеземистых компонентов с повышенным содержанием минералооб-разующей среды, газовоздушных включений, дефектов кристаллической решетки и других, которые в техногенных условиях в процессе добычи и дезинтеграции сырья, воздействия физических полей при обогащении и при помоле совместно с клинкером и пластификаторами трансформируются в активные минеральные добавки. Последние интенсифицируют процессы гидратации клинкерных минералов и создают оптимальную структуру композита, связывая Са(ОН)2 в мелкокристаллические нерастворимые гидросиликаты кальция различной основности (рис. 10).

Установлен характер зависимости распределения частиц композиционных вяжущих, полученных при помоле цемента с различными типами техногенных песков. Вяжущие вещества с использованием природного песка имеют одномо-дальный почти гауссовский характер распределения частиц в отличие от техногенных песков, являющихся полиминеральным сырьем (рис. 11). Композиционные вяжущие на техногенных кремнеземистых составляющих имеют прерывистый характер с несколькими пиками. Это определяется различной размалы-ваемостью породообразующих минералов. При использовании мономинеральных техногенных песков такой характер распределения частиц обусловлен полигенетическим составом породообразующего минерала, например, кварца в отходах ММС. Прерывистый характер гранулометрического состава оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры цементного камня

вследствие более плотной пространственной укладки частиц и, следовательно, получения более плотного цементного камня.

ЦЕМ1 42,5 Н .

Рис. 10. Рентгенограммы цементного камня на основе: ЦЕМ 142,5 Н, ВНВ-50 (в качестве кремнеземсодержащего компонента - отсев дробления кварцитопесчаника) и теоретические

рентгенограммы портландита и низкотемпературного кварца. Шкала углов отражений - для излучения Си-анода. ♦ - обозначены основные отражения портландита

Полиминеральный состав техногенных песков приводит к снижению энергоемкости помола при производстве композиционных вяжущих (рис. 12). Это объясняется тем, что предел прочности контактной зоны между породообразующими минералами значительно меньше прочности самих минералов, а при помоле техногенных песков до удельной поверхности 500-600 м2/кг разрушение идет по контактам минералов. Следовательно, при производстве композиционных вяжущих наиболее эффективным является применение наполнителей из техногенных песков по сравнению с традиционно используемыми природными.

При фиксированном времени помола ВНВ на основе техногенных песков имеют более высокую удельную поверхность по сравнению с ТМЦ, что объясняется проявлением расклинивающего эффекта Ребиндера. Помол компонентов сопровождается образованием микротрещин, а молекулы суперпластификатора адсорбируются на вновь образованных поверхностях, препятствуют самозалечиванию микротрещин, интенсифицируя тем самым скорость дезинтеграции.

5

То 15 20 25 30 15 40 35 5В 55"

<4 Ч т. О 5 Ч «Ч Ч -г Ч <Л г-. оч* - Г< чэ о' «л г«* г-Г О* во <-* Ъ о 2 £ 2 Я

О а ОО > 1,1 П О.— - — — Г1 Г1 .—. -т I — — _ _. Г| {"-] -Т .г си . . , ....

Интервалы размеров частиц, мкм

Рис. 11. Распределение частац по размерам в зависимости от вида вяжущего: О, 600,900 "с - температура обработки кремнеземистого компонента композиционного вяжущего

0 12 3 4 5

—О— отсев дробления КВП -О—отходы ММС Время помола, ч

"т!У-песок природный -О-отсев дробления гранита

Рис. 12. Зависимость величины удельной поверхности наполнителей в зависимости от времени помола

Установлены закономерности изменения коллоидно-химических свойств цементных систем на основе ТМЦ с использованием техногенных песков и суперпластификаторов, заключающиеся в снижении прочности контактов в коа-гуляционных структурах за счет образования мономолекулярного адсорбционного слоя суперпластификатора на поверхности дисперсной фазы и позволяющие получить предельно агрегативно устойчивые суспензии с жидкообразным

характером течения. Установлена оптимальная концентрация добавок суперпластификаторов в зависимости от состава вяжущего (рис. 13). Их адсорбция на цементах носит мономолекулярный характер. При переходе от клинкера к композиционному вяжущему величина максимальной адсорбции несколько снижается. При увеличении содержания клинкерных минералов и при переходе от ТМЦ к ВНВ величина максимальной адсорбции увеличивается. Это связано с более низкой адсорбцией пластификатора на техногенных песках по сравнению с клинкерными минералами.

14 7

ЦЕМ I 42,5 Н

ЦЕМ 142,5 Н+0.3%СБ-3

ТМЦ-100

"ГМЦ-100+0,35% СБ-3 ТМЦ-50(ММС) ТМЦ-50(ММС)+0,35% СБ-3

15 20 25 Диаметр, мкм

Рис. 13. Дифференциальные кривые распределения частиц вяжущих на основе ЦЕМ 142,5 Н без добавок и с добавками СБ-3 по диаметрам С учетом результатов теоретических исследований разработаны композиционные вяжущие различного состава и свойств с использованием техногенных песков различных генетических видов (табл. 2).

В связи с необходимостью оценки пригодности того или иного песка и их ранжирования по эффективности была предложена методика определения качества техногенных песков как кремнеземистого компонента КВВ. Методика заключается в определении активности ТМЦ, приготовленных на различных песках, и сопоставлении ее с активностью контрольного ТМЦ на основе песка Вольского месторождения (табл. 3). Для испытаний готовились ТМЦ-50 с удельной поверхностью =500 м2/кг. В ТМЦ использовался цемент ЦЕМ 1 42,5Н.

Коэффициент качества кремнеземистого компонента (Кк) рассчитывается по следующей формуле:

где я" - активность на изучаемом песке, МПа; п ~ активность ТМЦ на песке Вольского месторождения, МПа.

Таблица 2

Свойства вяжущих на основе техногенных песков_

Вид вяжущего* Вид техногенного песка Количество крем-неземсодержащего компонента в % Предел прочности, МПа

при сжатии при изгибе

ЦЕМI 42,5 Н 49,0 4,8

ТМЦ песок Н.-О 50 37,7 3,8

внв песок Н.-О 50 54,2 5,9

ТМЦ ММС 70 20,9 2,5

ТМЦ ММС 50 40,6 3,4

ТМЦ ММС 30 63,8 7,6

внв ММС 70 38,1 4,1

внв ММС 50 58,3 5,6

внв ММС 30 71,9 7,7

внв ВПГС 70 15,3 2,6

внв ВПГС 50 34,7 3,7

внв ВПГС 30 51,3 5,9

внв песок С 50 46,5 5,2

внв песок С 30 62,3 6,1

внв КВП 50 61,5 6

внв ОАО 50 22,4 2,7

* Компоненты КВВ: песок Н.-О. - НижнеОльшанское месторождение Белгородской области; ММ с - отаоды мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов КМА; ВПГС - отсев в&лунио-песчано-гравийкых смесей Солдато-Александровского карьера С. Кавказа; песок С. - песок Стодеревского карьера Ставропольского края; ОАО - отходы алмазообогащения Архангельской алмазоносной провинции

Таблица 3

Активность ТМЦ на основе песков различного происхождения

Наименование кремнеземистого компонента ТМЦ нг,% МПа Коэффициент качества Кк

Отсев дробления КВП, фракции 0,315-5 мм 22,5 51,3 1,29

Отходы ММС 29,8 40,6 1,02

Песок Стодеревского карьера 23,8 40,5 1,02

Песок Вольского месторождения 23,0 39,8 1

Отсев дробления КВП 25,0 38,4 0,96

Песок Нижне-Ольшанского месторождения 24 37,7 0,95

Отсев Солдата-Александровского карьера 24,0 30,7 0,77

ОАО ЮАР 46 16,0 0,40

Отходы Архангельской алмазоносной провинции 31,5 12,5 0,31

По результатам испытаний можно сделать вывод, что техногенные пески значительно отличаются по качеству, как сырье для производства КВВ, что определяется, прежде всего, положением в системе классификации. Качество техногенных песков как кремнеземистого компонента КВВ возрастает по направлению от интрузивных пород к эффузивным, а у метаморфических кварцевых пород от гранулитовой к зеленосланцевой фации.

Предложена технология повышения эффективности композиционных вяжущих путем термообработки при I = 600 °С в течение 30 мин отходов ММС, полученных при обогащении железистых кварцитов. Рост активности у ВНВ на термообработанных техногенных песках происходит за счет полимодальности и смещения распределения частиц в сторону меньших значений, а также образования поверхности с нескомпенсированными зарядами при самопроизвольном разрушении в процессе термообработки и помола. При этом повышаются размолоспособность и активность вяжущего на 33 %, а при использовании лежалых цементов на 68 %.

Композиционные вяжущие - это шаг вперед по-сравнению с традиционным портландцементом. Их применение позволит не только в несколько раз расширить производство гидравлических вяжущих, но и снизить на 2,5-3 млрд т выброс в атмосферу С02 и пыли.

Представляется, что следующим шагом в строительном материаловедении является повышение эффективности гидравлических вяжущих за счет использования нанотехнологических подходов. Одними из основных направлений в нанотехнологиях являются два метода сборки наноразмерных частиц. Их принято называть технологиями «сверху-вниз» и «снизу-вверх».

На данном этапе развития строительного материаловедения более перспективным, как нам кажется, является дезинтеграция «специально подготовленных» геологическими процессами определенных пород или минералов до на-норазмерного уровня и оптимизация процессов структурообразования матрицы путем смешивания портландцемента и нанодисперсных материалов, т.е. раздельная технология производства композиционных вяжущих.

Получили нанодисперсный модификатор путем дезинтеграции техногенного песка из кварцитопесчаника и природного кварцевого песка в водной среде с различными добавками. Установлено, что введение нанодисперсного модификатора позволяет на 35-45% повысить активность вяжущего, при экономии до 45% клинкерной составляющей. Это объясняется тем, что нанодисперсные составляющие, способствующие более раннему связыванию Са(ОН)2, интенсифицируют процесс гидратации клинкерных минералов. Более крупные частицы нанодисперсного модификатора выступают в качестве центров кристаллизации, а также играют роль микронаполнителя, снижая усадочные деформации, при этом улучшаются эксплуатационные характеристики композита. Характерной чертой структуры цементного камня с оптимальным содержанием нанодисперсного модификатора является существенно меньшее количество порт-ландита, алита, капиллярных пор и микротрещин. Показано, что введение

НДМ существенно позволяет пожаростойкость композита. Предел прочности при сжатии образцов с нанодисперсным модификатором после термообработки при температуре 900° С в течение 30 минут в 3-4 раза выше, чем у композитов без НДМ подвергшихся термообработке при таких же параметрах.

* Форма, размер, морфология поверхности и степень агрегированности твердых структурных элементов

реликтовые! ( агрегаты \ ----------------------Г ассоциаиИи

(кластогенные)|у I реликтовых Г. {^новообразования^ I новообразован ^ частицы у частиц) ------

^матрица) Г^^Р^^]; и их обрат е~^е) Г ™Гпол"итсляГ

----------^^новообразованиями^

^................. ~ -

* Общая микропористость, удельная поверхность, геометрия и степень зарастания пор

* Изучение данных элементов микроструктуры искусственного композита позволяет определить их следующие характеристики:

Рис. 14. Элементы, определяющие микроструктуры и морфологические характеристики

Применение композиционных вяжущих и НДМ приводит к изменению микроструктуры искусственного композита. В связи с переходом от макро- на микроуровень при синтезе строительных материалов нового поколения необходима общая концепция целенаправленного синтеза новообразований и создания микроструктур, что невозможно без разработки методологии их изучения, описания и статистической обработки (рис.14).

С помощью планиметрического метода микроструктурных исследований дана количественная оценка основных морфометрических показателей, которые в основном и определяют свойства композита. В ходе анализа были получены сведения о размере и форме структурных элементов, оценена ориентация структурных элементов в пространстве, определена пористость, удельная поверхность пор, а также были рассчитаны интегральные параметры микроструктуры. Статистическая обработка результатов распределения структурных элементов по различным параметрам (эквивалентным диаметрам, площадям, суммарным площадям, периметрам, гидравлическим радиусам, коэффициенту формы) позволила получить зависимости коэффициента формы пор и частиц от их площади, выделить отдельные категории пор и определить их вклад в общую пористость изученного образца. В ряду портландцемент —* ТМЦ —»ТМЦ+ + пластификатор —»ВНВ при уменьшении общей пористости наблюдается рост

количества пор цементного камня.

Выполненный комплекс исследований состава и свойств композиционных вяжущих на основе техногенных песков позволил сделать вывод о возможности и целесообразности получения на их основе мелкозернистых бетонов для производства широкого спектра строительных материалов.

Предложенная структурная схема процесса оптимизации проектирования бетонной смеси, с использованием поискового метода идентификации с адаптивной моделью, и алгоритм оптимизации процесса проектирования позволили разработать составы композитов, удовлетворяющих требованиям для производства ряда видов изделий из мелкозернистого бетона.

Предложен способ повышения эффективности мелкозернистого бетона с использованием отходов ММС путем магнитной обработки бетонной смеси. При этом гидратация алита у бетона на отходах ММС после магнитной обработки проходит более интенсивно.

Проведенные поляризационные измерения образцов с целью определения степени анизотропии показали, что у образцов, прошедших магнитную обработку, снижается анизотропия по сравнению с контрольными образцами (рис. 16). Здесь важна роль железа, присутствующего в смеси на основе отходов ММС как возбудителя кристаллизации. Ферромагнитные оксиды железа, входящие в состав кристаллических частиц, могут проявлять стрикционный эффект, приводящий к дроблению зародыша, в результате которого увеличивается количество центров кристаллизации. При этом магнитное поле вызывает асимметрию гидратных оболочек ионов воды в смеси, приводящую к образованию ионных ассоциаций, которые и являются центрами кристаллизации. Поэтому, магнитное поле, не влияя на скорость гидратации, увеличивает количество центров кристаллизации, особенно при нали-

прочности бетона от свойств сырья и технологии:

Я - оптимальные свойства бетона; ВЦ - водоце-ментное отношение; А - совокупность свойств вяжущего; МУ - метод уплотнения; 3 - свойства заполнителя; М - минералогический состав, С -

структура; Т - текстура, Ш - шероховатость; ТП - типоморфные особенности заполнителя; МД - методы дезинтеграции заполнителя; Г - специфика генезиса природного заполнителя; У - ударное воздействие; Р -раздавливание; И - истирание в процессе техно-генеза

чии отходов ММС, в состав которых входят железосодержащие соединения, В результате этого образуется более мелкокристаллическая, малопористая структура, способствующая повышению эксплуатационных характеристик композита.

подвергшихся магнитной обработке без магнитной обработки

Рис. 16. Акустополяриграммы бетонных образцов

Установлен характер зависимости в системе «наполнитель - цемент - мелкий заполнитель», заключающийся в подборе плотнейшей упаковки минеральных составляющих для высокопрочного бетона, реализация которой позволяет повысить прочность бетона на композиционных вяжущих на 40-50 %. Разработаны составы мелкозернистых бетонов с использованием в качестве укрупняющей добавки отсевов дробления пород зеленосланцевой фации метаморфизма.

Для апробации результатов теоретических исследований были подобраны составы бетонов с использованием ВНВ-50 на основе отходов ММС и мелком заполнителе из отсева дробления кварцитопесчаников. Количество композиционного вяжущего составляло от 480 до 720 кг на 1 м3.

Установлено, что пористость исследуемых бетонов находится в пределах от 11 до 14,5%, что характерно для бетонов на мелком заполнителе. Предел прочности при сжатии колеблется от 33 до 53 МПа, при этом коэффициент приз-менной прочности составил 0,78-0,8. Установлен характер зависимости морозостойкости, значений нижней и верхней параметрических точек, модуля упругости, динамического модуля упругости, относительных поперечных и продольных деформаций, а также склонности композита к растрескиванию от состава мелкозернистого бетона на композиционных вяжущих.

"i н

Начальный модуль упругости, МПа 1 238065 252969 179707 290305 оо о tíos гч 225496

| Прочность при сжатии, МПа после испытаний на морозостойкость (200 циклов) 19,69 21,9 9,67 | 29,72 О о" ГО 18,61

в соле-насыщенном состоянии 22,8 24,2 32,6 rt; СЛ ГО 20,2

в состоянии естественной влажности 27,2 L 30,3 18,5 ! 38,7 ! 39,6 28,7

"s i: £ 5 О X н о е; С после испытаний на морозостойкость 2547,71 2560,96 2599,77 i 2349 ¡ 2377 2374

в соле-насыщенном состоянии го сч о см 2561,71 2573,47 (N 2396 [ 2391

в состоянии естественной влажности 1 2436,98 2446,73 2486,08 со го сч 2333 i 2347 i

Ср. плотность укрепленного основания, кг/м3 2350 i 2570 2405 о ON ГЦ ÍS о tO ГЧ o 00 ГЧ (N

Ориентир, расход высокопроникающей смеси на 1м2 основания <N Os о ON о го о Os Os 45 O

Водопоглощение по объему, % ■ 4,02 4,20 4,75 3,3! 3,47 3,95

Е. Ж O ОО с> .а- <N О 0,905 I ÍN еч о" 00 о" «о (N •Л О* |01б'0 | 00 \D о" О О* 00 m O r- o Os_ o* oo 3 o'

! [ Мр„ [ циклов 1 о о ! 200 \ о о о о о о О О <N о о о о 1 tt» J o o ГЧ o o o o r~l

В/Ц 0,34 0,36 0,36 0,35 1 0,37 i 1 0,37

СБ-3 ÍN о" IO о" 0,35 <о_ о" 0,35 0,35

Вид вяжущего ЦЕМ И 42,5 Б/АШ ТМЦ-80 (шлак) ТМЦ-40 (шлак+ММС) ЦЕМ 142,5 Н ТМЦ-100 ТМЦ-50 (MMC)

При одинаковой прочности модуль упругости мелкозернистых бетонов на 10—15 % ниже на всем интервале изменения водоцементного отношения. И лишь начиная с В/Ц 0,4 величина отклонения уменьшается и при значении 0,3 не превышает 5 %. Усадочные деформации на заполнителе с высокоплотной упаковкой по своим значениям приближаются к аналогичным показателям бетона на крупном заполнителе. Призменная прочность и модуль упругости предложенных мелкозернистых бетонов аналогична этим показателям на портландцементе.

Анализ представленных данных, а также информация о качестве техногенных песков как заполнителей бетонов и кремнеземсодержащих составляющих вяжущих позволяет сделать вывод о том, что мелкозернистые бетоны на композиционных вяжущих, у которых кремнеземсодержащий компонент имеет коэффициент качества выше 0,95 (см. табл. 1) и заполнителях с ККП от 1 и более (см. табл. 3) могут быть рекомендованы для широкомасштабного использования как в дорожном строительстве, так и при изготовлении широкой номенклатуры изделий для промышленного и гражданского строительства.

С учетом вышеизложенного были подобраны составы мелкозернистых бетонных смесей на основе отходов ММС железистых кварцитов и бетонных смесей с высокоплотной упаковкой заполнителя на основе кварцитопесчаника для строительства покрытий и оснований автомобильных дорог методом укатки П~1У категории.

Разработаны составы (табл. 4) высокопроникающих смесей с пределом прочности при сжатии 45-62 МПа, позволяющие производить устройство верхних слоев оснований автомобильных дорог с прочностью 16-25 МПа и морозостойкостью до 150 циклов.

Разработана математическая модель и методика определения проникающей способности составов высокопроникающих смесей, позволяющая определить степень проникновения смеси в каркас основания под действием собственной силы тяжести в зависимости от времени и реологических параметров смеси. Установлено, что полное проникновение смеси в каркас достигается при рас-плыве миниконуса более 170 мм, что соответствует значениям предельного напряжения сдвига менее 25 Па.

Широкий спектр предлагаемых составов позволяет дорожным организациям в зависимости от имеющегося в наличии оборудования и материалов выбирать необходимую технологию строительства укрепленных оснований.

Предложены составы мелкозернистого бетона классов В20-В35 с использованием отходов ММС и отсева дробления кварцитопесчаника для строитель-

ства покрытий и оснований автомобильных дорог 1Н\А категории по технологии скользящей опалубки и укатки, что позволяет уменьшить число технологических операций, выполняемых непосредственно на дороге, снизить суммарную толщину конструкций дорожных одежд, а следовательно, их материалоемкость, себестоимость и сроки строительства.

Разработаны принципы проектирования мелкозернистых бетонов для стеновых камней цементных (СКЦ) на основе нетрадиционных полиминеральных полигенетических отсевов дробления ВПГС, заключающиеся в корректировке составов с учетом характера минералогического распределения состава по фракциям, водо- и цементопотребности техногенного сырья, которое представляет собой сложноструктурированную систему, что объясняется флювиогляци-альным происхождением исходных осадочных пород.

Предложены составы мелкозернистого бетона (табл. 5) для производства стеновых камней цементных (СКЦ) с использованием ВНВ-50 на основе природного песка Стодеревского месторождения и пластифицирующей добавки Ме1теп1, и разработанного состава фракционированного заполнителя, на основе отсева дробления ВПГС Солдато-Александровского месторождения и песка Стодеревского карьера. Полученный бетон соответствует проектным значениям, предъявляемым к материалам при производстве СКЦ, и позволяет получать изделия марок М-25-М-100. В то же время переход на местное сырье позволит решить проблему с заполнителями в регионе и расширить базу строительных материалов.

Таблица 5

Составы и свойства бетона для СКЦ на основе ВНВ-50 в зависимости от типа изделия

Изделие Расход материалов, кг/м3 ВЦ Предел прочности при сжатии, МПа

Клинкерная составляющая Песок Отсев Вода

СКЦ-2 М-25 165 724 960 86 0,2 2,28

СКЦ-4 М-50 215 674 910 93 0,2 5,09

СКЦ-6 М-75 265 554 920 106 0,2 7,46

СКЦ-6 М-100 300 510 870 120 0,2 9,89

На основе разработанных составов с использованием ВНВ получены мелкозернистые бетоны для малых архитектурных форм с пределом прочности при сжатии 20-35 МПа и морозостойкостью Р100-Р200 (табл. 6).

Разработаны составы мелкозернистых бетонов для производства объектов энергетического строительства с использованием обогащенного отсева дробления кварцитопесчаника КМА фракции 2,5-0,315 (табл. 7).

Таблица 6

Свойства мелкозернистого бетона для малых архитектурных форм

Состав бетона Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии образцов, МПа МРЗ, циклов

ЦЕМ142,5 Н с Вольским песком 2175 28,4 150

ВНВ-50 с Вольским песком 2150 31,2 150

ВНВ-50 с высокоплотной упаковкой заполнителя 2210 38,7 200

ВНВ-50 с отсевом КВП 2187 35,1 200

ВНВ-50 с нижне-ольшанским песком 2110 25,3 150

Таблица 7

Свойства мелкозернистого бетона для энергетического строительства в зависимости от вида вяжущего*

Вид вяжущего Средняя-плотность, кг/м3 Водопо-глоще-ние, % Истираемость, см2/г Предел прочности при сжатии, МПа в возрасте, сут

3 7 28

ЦЕМ 142,5 Н 2320 6,25 0,41 17,3 24,5 35,1

ТМЦ-70 2320 5,48 0,38 24,4 28,5 40,7

ВНВ-70 2330 5,42 0,35 26,0 32,8 46,4

'вяжущее: отсев = 1:1,6; расход вяжущего - 420 кг/м ; морозостойкость Р150; марка смеси по удобоуклааываемости - П1.

Таким образом, комплекс теоретических и экспериментальных исследований позволил существенно расширить сырьевую базу промышленности строительных материалов и разработать принципы проектирования и технологии производства эффективных композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов на основе техногенных песков для производства изделий промышленного и гражданского строительства. Это будет способствовать реализации приоритетного национального проекта по жилищному строительству, особенно в регионах, где имеются месторождения техногенных песков, зернистых промышленных отходов текущей добычи, дробления и обогащения. Разработаны и внедрены в производство технологии: композиционных вяжущих на основе техногенных песков различных генетических типов; стеновых камней цементных; железобетонных элементов ограждений и изделий для энергетического комплекса; пескоцементных смесей и укатываемых бетонов для дорожного строительства; закладочных смесей. Реализация данной работы позволила получить значительный экономический, экологический и социальный эффект.

Основные выводы

1. Разработана классификация техногенных песков в зависимости от состава, генезиса исходных пород и вида техногенных воздействий, а также принципы оценки их качества. Анализ строения и вещественного состава техногенных песков, а также закон соответствия генезиса техногенезу при производстве строительных материалов с минимальными энергозатратами позволили определить рациональные области их использования при производстве композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов. Специфика использования техногенных песков по сравнению с природными в качестве кремнеземистых добавок композиционных вяжущих и заполнителей мелкозернистых бетонов заключается в их полиминеральносги, полигенетичности, специфике морфологии зерен и их поверхности. Положение в системе классификации позволяет прогнозировать запасы месторождений техногенных песков, объемы текущих отходов, технологию производства композиционных вяжущих и рациональные области применения мелкозернистого бетона и изделий на его основе.

2. Составлена схема распространения месторождений техногенных песков РФ и отходов текущей добычи. Техногенная сырьевая база промышленности строительных материалов существенно отличается от традиционной как методами разведки полезных ископаемых, так и особенностями технологий производства продукции. Показано, что специфика добычи и складирования отходов приводит к формированию месторождений техногенных песков, аналогов которых по минеральному составу в природе, как правило, не существует. Это определяет их специфику как сырья для получения строительных материалов и необходимость индивидуального подхода при разработке составов композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов с оптимальной структурой. Объемы отходов текущей добычи в настоящее время, как правило, значительно превышают потребности традиционных предприятий стройиндустрии. Поэтому предлагается рассмотреть вопрос о строительстве крупных заводов в местах сосредоточения промышленного и гражданского строительства по производству строительных смесей для выпуска эффективных строительных материалов.

3. Установлен характер зависимости распределения частиц композиционных вяжущих, полученных при помоле цемента с различными типами песков. Вяжущие вещества с использованием природного песка имеют одномодальный почти Гауссовский характер распределения частиц. Композиционные вяжущие на техногенных кремнеземистых составляющих имеют прерывистый полимодальный характер с несколькими пиками. Это определяется различной размо-лоспособностью породообразующих минералов. При использовании мономи-

неральных техногенных песков такой характер распределения частиц обусловлен полигенетическим составом породообразующего минерала. Полимодальный характер распределения частиц композиционных вяжущих и специфика кремнезема из рекомендуемых техногенных песков оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры цементного камня и бетона вследствие более плотной пространственной укладки новообразований и, следовательно, получения более плотного цементного камня.

4. С помощью полнопрофильной методики определения концентраций минеральных составляющих кварца и их областей конгерентного рассеивания доказан различный размер и количество кристаллитов у кварца различного генезиса. Установлен характер влияния кремнеземсодержащих компонентов композиционных вяжущих из рекомендуемых к использованию техногенных песков на процессы структурообразования матрицы. Специфика поверхности кремне-земсодержащего компонента, наличие разупорядоченного кварца с различной морфологией и размером частиц и другие приводит к снижению энергии заро-дышеобразования, последовательному росту новообразований во времени и уменьшению кристаллизационного давления. Это приводит к синтезу гетеро-зернистой микроструктуры, снижению количества микротрещин, повышению эксплуатационных показателей.

5. Предложены способы активации процессов твердых композитных вяжущих методом термической подготовки техногенных песков и магнитной обработки бетонных смесей. При термическом воздействии возрастает дефективность кристаллической решетки породообразующих минералов, увеличивается площадь поверхности с некомпенсированными зарядами. При этом снижается энергоемкость помола и на 30-35% повышается прочность вяжущего.

Магнитная обработка бетонных смесей способствует стрикционному эффекту ферромагнитных оксидов железа, входящих в состав отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, что приводит к дроблению зародышей. При этом увеличивается количества центров кристаллизации, растет количество новообразований, уменьшается их размер, изменяется морфология, что приводит к росту предела прочности при сжатии на 35% и снижению анизотропии композитов.

6. С помощью полнопрофильной методики определения концентраций минеральных составляющих кварца и их областей конгерентного рассеивания доказан разный размер и количество кристаллитов у кварца различного генезиса.

Показано, что нанодисперсные модификаторы имеют полифракционный состав, при этом добавка на основе кварцитопесчаника содержит наибольшее

количество наночастиц. Данный факт подтверждается результатами рентгенографического анализа и содержанием коллоидного компонента, определяется методом центрифугирования.

Нанодисперсные составляющие способствуют более раннему связыванию Са(ОН)2, интенсифицируют процесс гидратации клинкерных минералов. При этом изменяется состав, свойства и характер новообразований, о чем свидетельствуют данные РФА, ЭТА и РЭМ. В цементном камне с нанодисперсным модификатором уменьшается количество портландита и алита, увеличивается количество мелких кристаллогидратов.

7. На основании результатов теоретических исследований и промышленных испытаний составлены проекты национальных стандартов на техногенные пески, как новую сырьевую базу промышленности строительных материалов. Предложены методики определения качества песков как мелкого заполнителя бетонов и как компонентов композиционных вяжущих. Согласно рассчитанному коэффициенту качества изученные типы природных и техногенных песков проранжированы по повышению качества как мелкого заполнителя в следующей последовательности: отходы алмазообогащения Архангельской алмазоносной провинции, отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов,песок Нижне-Ольшанского месторождения, песок Вольского месторождения, отсев дробления кварцитопесчаника, отсев дробления валунно-песчано-гравийных смесей Северного Кавказа, отсев дробления гранита, отсев дробления кварцитопесчаника обогащенный (фракции 0,315-5 мм); как компонентов композиционных вяжущих: отходы алмазообогащения Архангельской алмазоносной провинции, отсев дробления валунно-песчано-гравийных смесей Северного Кавказа, песок Нижне-Ольшанского месторождения, отсев дробления кварцитопесчаника, песок Вольского месторождения, песок Стодеревского месторождения, отходы мокрой магнитной сепарации, отсев дробления кварцитопесчаника обогащенный (фракции 0,315-5 мм).

8. Предложены составы мелкозернистого бетона с использованием отходов мокрой магнитной сепарации и отсева дробления кварцитопесчаника для строительства покрытий и оснований автомобильных дорог П-1У категории по технологии скользящей опалубки и укатки, позволяющей уменьшить число технологических операций, выполняемых непосредственно на дороге, снизить суммарную толщину конструкций дорожных одежд, следовательно, их материалоемкость, себестоимость и сроки строительства. Разработана технология получения и состав смесей с высокой проникающей способностью для строительства укрепленных оснований автомобильных дорог, заключающаяся в получении

композиционных вяжущих с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и суперпластификатора СБ-3.

9. Разработаны оптимальные составы мелкозернистых бетонов на основе композиционных вяжущих и техногенных песков для производства изделий промышленного и гражданского строительства. В производство внедрены технологии: композиционных вяжущих на основе техногенных песков различных генетических типов; стеновых камней цементных на основе отсева дробления Солдато-Александровского карьера; железобетонных элементов ограждений и изделий для энергетического комплекса на основе отсева дробления кварцито-песчаника; пескоцементных смесей и укатываемых высокопрочных бетонов для дорожного строительства с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов; закладочных смесей на основе отходов алмазообо-гащения Архангельской алмазоносной провинции. Практические результаты и научная новизна работы защищены 12 патентами РФ.

10. Для широкомасштабного внедрения результатов работы при производстве строительных материалов и строительстве автомобильных дорог разработаны нормативные документы: проект специального технического регламента РФ «О безопасности строительных материалов и изделий», согласованный и переданный в Министерство регионального развития для рассмотрения и принятия в качестве Федерального закона; два проекта национальных стандарта, шесть технических условий, пять технологических регламентов прилагаются в диссертации. Внедрение полученных результатов осуществлено на предприятиях ООО «Стройкомплекс» и ООО «Стройбетон» (Белгородская область), ООО «Югорскремстройгаз» (Тюменской области), ПСФ «Содружество-холдинг» (Ставропольского края). Результаты работы использовались при реализации программы «Развитие дорожной сети в сельских населенных пунктах Белгородской области и их благоустройство». Планируется использовать Министерством регионального развития при строительстве олимпийских объектов в г. Сочи. Экономический эффект за счет реализации диссертационной работы составил сотни миллионов рублей. При этом было выпущено свыше 20 тыс. тонн композиционных вяжущих, около 100 тыс. шт. мелкоштучных изделий, свыше 2 тыс. м3 бетона и железобетонных изделий, с использованием мелкозернистого бетона и техногенных песков построено, реконструировано и отремонтировано около 97 км автомобильных дорог.

Основные публикации по теме диссертации

1. Лесовик, Р. В. Дефектность кристаллов - как критерий оценки энергосберегающего сырья / В.В. Строкова, Р.В. Лесовик // Передовые технологии в

промышленности и строительстве на пороге XXI века: сб. докл. материалов междунар. науч.-практ. конф. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1998. - Ч. II. -С. 430-435.

2. Лесовик, Р.В. Комплексное использование коры выветривания кварцевых порфиров КМА / Р.В. Лесовик, В.В. Строкова // XVII Региональная научно-техническая конференция. - Красноярск: Изд-во КрасГАСА, 1999. - С. 128-129.

3. Лесовик, Р.В. Сухие минеральные смеси для дорожного строительства / В.В. Строкова, Р.В. Лесовик // Проблемы научно-технического прогресса в строительстве в преддверии нового тысячелетия: Материалы международной научно-технической конференции.- Пенза, 1999.-С. 145-146.

4. Лесовик, Р.В. Отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов КМА для строительства укрепленных оснований автомобильных дорог / Р.В. Лесовик, A.M. Гридчин // Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов: сб. докл. IX Межд. конф. работников нерудной промышл. - М., 2000. - С. 82-85.

5. Лесовик, Р.В. Вяжущие низкой водопотребности с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов / Р.В. Лесовик, Ю.М. Баженов, A.M. Гридчин, В.В. Строкова // Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях: материалы шестого Международного симпозиума «Вопросы осушения и экология специальные горные работы и геомеханика». - Белгород: Изд-во ФГУП ВИОГЕМ, 2001. - Ч. 2. - С. 557-561.

6. Лесовик, Р.В. Технология устройства основания с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов / Р.В. Лесовик // Современные проблемы строительного материаловедения: материалы докл. III Международной научно-практической конференции. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 4.1. - С. 48-54.

7. Лесовик, Р. В. Особенности производства ВНВ и бетона на его основе с использованием техногенного полиминерального песка' / Р.В. Лесовик, A.M. Гридчин // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. -№ 1.-С. 36-37.

8. Лесовик, Р.В. Вяжущие низкой водопотребности в дорожном строительстве / Р.В. Лесовик, A.M. Гридчин, В.В. Строкова // Challenges of concrete construction. University of Dundee. International congress - Scotland, 2002 - С. 172176.

9. Лесовик, P. В. Укатываемый бетон для дорожного строительства с использованием отходов КМА / Р.В. Лесовик, Г.А. Федоренко, М.С. Ворсина

// Новые технологии, конструкции и материалы в строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог: материалы Всероссийской научно-технической конференции. — Краснодар: Изд-во Технического университета КубГТУ, 2002.-С. 348-351.

10. Лесовик, Р.В. К проблеме использования техногенных месторождений. Фундаментальные проблемы комплексного использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных материалов: материалы Международной научной конференции / Р.В. Лесовик Н Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева.

- Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2003. - С. 123-125.

11. Лесовик, Р.В. Отходы КМА для строительства автомобильных дорог из укатываемого бетона / Р.В. Лесовик, М.С. Ворсина // Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура: материалы международной научно-практической конференции. - Омск, 2003.-С. 166-168.

12. Лесовик, Р.В. К проблеме комплексного использования отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов / Р.В. Лесовик // Труды международного Форума по проблемам науки, техники и образования. Т. 2.; под ред. В.П. Савиных, В.В. Вишневского. - М.: Академия наук о Земле, 2003. С. 46—48.

13. Лесовик, Р.В. Мелкозернистый бетон для дорожного строительства / Р.В. Лесовик // Известия вузов. Строительство,- № 11.-2003 - С. 92-95.

14. Lesovik, R.V. Materials for the device of the antifiltering screen on the basis of the waste of kursk magnetic anomaly / R.V. Lesovik // Mikrozanieczyszczenia w srodowisku czlowieka. Politechnika Czestochowska Konferencje, 2003 .-C. 445-447.

15. Лесовик, Р.В. Минеральные бетоны для щебеночных оснований

/ Р.В. Лесовик, A.M. Гридчин, А.Н. Хархардин, С.А. Шаповалов // Строительные материалы. - № 3. - 2004. - С. 18 -19.

16. Лесовик, Р.В. Комплексное использование хвостов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов / Р.В. Лесовик // Горный журнал. -№ 1.-2004.

- С. 76-77.

17. Лесовик, Р.В. Состояние и перспективы использования сырьевой базы КМА в стройиндустрии / Р.В. Лесовик, A.M. Гридчин, В.В. Строкова // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.-№ 3.-2004.-С. 22-24.

18. Лесовик, Р.В. Закладочные смеси на основе отходов алмазообогащения / Р.В. Лесовик // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения: Восьмые академические чтения отделения строительных наук PA ACH - Самара: Изд-во Самарского государственного архитектурно-строительного университета, 2004. - С. 301-303.

19. Лесовик, Р.В. Мелкозернистый укатываемый бетон для покрытий автомобильных дорог на основе отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов КМА / Р.В. Лесовик, М.С. Ворсина // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения: Восьмые академические чтения отделения строительных наук РААСН. - Самара: Изд-во Самарского государственного архитектурно-строительного университета, 2004. - С. 304-306.

20. Лесовик, Р.В. Разработка укатываемого бетона на техногенном сырье для дорожного строительства / Р.В. Лесовик, В.В. Строкова, М.С. Ворсина И Строительные материалы. - № 9. - 2004. - С. 8-9.

21 .Лесовик, Р.В. Технологический комплекс для производства активированных композиционных смесей и сформованных материалов / Р.В. Лесовик, A.M. Гридчин, B.C. Севостьянов и др. // Строительные материалы - № 9,- 2004. -С. 10-11.

22. Лесовик, Р.В. Проблема утилизации техногенных песков. Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса в XXI веке / Р.В. Лесовик // Материалы Международной конференции. М.: Изд-во РУДН, 2004. - С. 266-268.

23. Лесовик, Р.В. К проблеме широкомасштабного использования техногенных песков в стройиндустрии / Р.В. Лесовик // Новые научные направления строительного материаловедения: материалы докладов Академических чтений РААСН, посвященных 75-летию со дня рождения Ю.М. Баженова. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005. - Ч. II. - С. 10-8.

24. Лесовик, Р.В. К проблеме оптимизации структуры бетона / Р.В. Лесовик, А.Н. Хархардин, В.В. Строкова // Бетон и железобетон - пути развития: научные труды 2 Всероссийской (Международной) конф. по бетону и железобетону: в 5 т. - М., 2005. - Т. 3. - С. 198-202.

25. Лесовик, Р.В. Высокопрочный бетон для покрытий автомобильных дорог на основе техногенного сырья / Р.В. Лесовик, М.С. Ворсина // Строительные материалы. № 5. - 2005. - С. 46-47.

26. Лесовик, Р.В. Вяжущие низкой водопотребности с использованием активированного наполнителя / Р.В. Лесовик, М.С. Ворсина, В.Г. Голиков // 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. 178-180

27. Лесовик, Р.В. Мелкозернистый бетон на основе техногенного песка для малых архитектурных форм / Р.В. Лесовик, В.В. Строкова, В.Г. Голиков, Ю.Н. Черкашин // Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития: материалы докладов Международной научн.-практ.

конф. - Минск: БГТУ, 2005. - С. 157-159.

28. Лесовик, Р.В. Мелкозернистые бетоны для малых архитектурных форм / Р.В. Лесовик, М.С. Агеева, В.Г. Голиков, Ю.В. Фоменко // Строительные материалы. № 11. 2005. С. 40-41.

29. Лесовик, Р.В. Характеристика матрицы вяжущих в зависимости от состава ТМЦ и ВНВ / Р.В. Лесовик, В.В. Строкова, Ю.Н. Черкашин // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - № 1. - 2006. - С. 26-28.

30. Лесовик, Р.В. Многокомпонентные вяжущие на основе цеолитсодержа-щих пород / Р.В. Лесовик, A.M. Гридчин, A.M. Степанов, С.И. Лещев // Сборник статей XIV научно-практического семинара «Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь». Минск: БИТУ, 2006. - Т. 1. - С. 100-104.

31. Лесовик, Р.В. Активация бетона магнитным полем / Р.В. Лесовик, В.В. Строкова, М.С. Ворсина, Ю.Н. Черкашин // Бетон и железобетон в Украине.-2006.-№ 2. - С. 7-9.

32. Лесовик, Р.В. Стеновые блоки из мелкозернистого бетона на основе техногенного песка Северного Кавказа / Р.В. Лесовик, В.Л. Курбатов, Н.Д. Комарова и др. // Строительные материалы. - 2006. -№ 11 / Наука. № 8. С. 10-11.

33. Лесовик, Р.В. Влияние компонентов ВНВ на их свойства / Р.В. Лесовик, В.В. Строкова, Л.Н. Соловьева, А.П. Гринев // Актуальные вопросы строительства: материалы Всерос. науч.-техн. конф.; редкол.: В. Т. Ерофеев (отв. ред.) [и др.]. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. - С. 324-326.

34. Лесовик, Р.В. Комплексная переработка и использование техногенного сырья региона Курской магнитной аномалии / Р.В. Лесовик, Е.И. Евтушенко, Н.В. Ряпухин // Рециклинг отходов. - 2006. - № 4. - С. 20-21

35. Лесовик, Р.В. Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон с использованием техногенного песка / Р.В. Лесовик, А.Г. Юрьев, Л.А. Панченко // Бетон и железобетон. - № 6. - 2006. - С. 2 -3.

36. Лесовик, Р.В. Количественный анализ микроструктуры композитов ВНВ и ТМЦ по РЭМ-изображениям / Р.В. Лесовик, В.В. Строкова // Строительные материалы. - № 7. - 2007. - С. 65-67.

37. Лесовик, Р.В. К вопросу о влиянии генетических особенностей сырья и технологии на морфологию продуктов дробления / Р.В. Лесовик, Е.И. Ходыкин, Д.М. Сопин, Н.В. Ряпухин // Промышленное и гражданское строительство. -№ 8. - 2007. - С. 22-24.

38. Лесовик, Р.В. Использование техногенных песков в дорожном строительстве / Р.В. Лесовик, М.В. Кафтаева, С.М. Шаповалов, С.А. Белоброва

// Строительные материалы. - № 8. - 2007. - С. 58-59.

39. Лесовик, Р.В. К проблеме утилизации отходов алмазообогащения ЮАР / Р.В. Лесовик, М.Н. Ковтун, Н.И. Алфимова. // Промышленное и гражданское строительство. - № 8. - 2007. - С. 30-31.

40. Лесовик, Р.В. Применение минеральных добавок в мелкозернистых прессованных бетонах / Р.В. Лесовик, М.В. Кафтаева, A.B. Черноусое // Строительные материалы. 8. - 2007. - С. 44-45.

41. Лесовик, Р.В. К проблеме использования техногенных песков для производства мелкозернистых бетонов и изделий на их основе / Р.В. Лесовик // Строительные материалы. - 2007. -№ 9 / Наука. № 10. С. 13-15.

42. Лесовик, Р.В. Элементы мощения с использованием отсевов дробления флювиогляциальных горных пород / В Л. Курбатов, Р.В. Лесовик, Ю.В. Литвинова, А.П. Гринев // Известия вузов. Строительство. -№ 9. - 2007. - С. 58-61.

43. Лесовик, Р.В. Высокопрочный мелкозернистый бетон с использованием техногенного песка в конструкциях зданий повышенной этажности из монолитного железобетона / Р.В. Лесовик, Н.В. Ряпухин, Е.С. Глаголев, Д.М. Сопин // Здоровье населения - стратегия развития среды жизнедеятельности: в 2 т.: сб. к Общему собранию РААСН / Белгородский государственный технологический университет им.В.Г. Шухова. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2008.-Т.2-С.256-259.

44. Лесовик, Р.В. Использование техногенных песков в мелкозернистых бетонах / Р.В. Лесовик, E.H. Авилова, Д.М. Сопин, А.Н. Ластовецкий // Композиционные строительные материалы, теория и практика: сборник статей Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Пензенского государственного университета архитектуры и строительства. - Пенза, 2008.-С. 11-16.

45. Лесовик, Р.В. К проблеме выбора кремнесодержащего компонента композиционных вяжущих / Р.В, Лесовик, И.В. Жерновский // Строительные материалы. - 2008. - №8. - С. 78 - 79.

46. Лесовик, Р.В. К проблеме повышения эффективности композиционных вяжущих. / Р.В. Лесовик, Н.И. Алфимова, Е.А. Яковлев, М.С. Шейченко // НТЖ «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова», № 1. - Белгород: изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2009. - С. 30-33.

47. Лесовик, Р.В. Активация наполнителей композиционных вяжущих. / Р.В. Лесовик // НТЖ «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова». № 1. - Белгород: изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2009. - С. 87-89.

ЛЕСОВИК Руслан Валерьевич

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ И ТЕХНОГЕННЫХ ПЕСКАХ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Подписано в печать 20.04.2009. Формат 60x84/16 Тираж ЮОэкз. 3ак.371

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

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Специфика свойств и применения мелкозернистых бетонов.

1.2. Традиционная сырьевая база мелкого заполнителя бетонов.

1.2.1. Состояние и перспективы развития сырьевой базы природных песков.

1.2.2. Генетические особенности месторождения природных песков.

1.2.3. Форма зерен песков в зависимости от генезиса.

1.3. Опыт исследования и применения мелкозернистых промышленных отходов как заполнителей бетонов.

1.4. Особенности синтеза матрицы с использованием техногенных песков.

1.5. Повышение эффективности производства мелкозернистого бетона.

1.5.1. Ин тенсифи к а г / и я процессов синтеза цементного камня.

1.5.2. Оптимизация структуры бетона за счет высокоплотных составов зернистого сырья.

1.6. Выводы.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА ТЕХНОГЕННЫХ ПЕСКОВ.

2.1. К проблеме использования техногенных песков при производстве композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов.

2.2. Классификация техногенных песков как сырьевой базы промышленности строительных материалов.;

2.3. Влияние техногенного воздействия на свойства механогенных песков в зависимости от генетических типов исходных пород

2.3.1. Состав и свойства отходов мокрой магнитной сепарации.

2.3.2. Особенности отсевов дробления скальных пород в зависимости от га состава.

2.3.3. Состав и свойства отсевов дробления валунно-песчано-гравийных смесей.

2.3.4. Свойства отходов алмазообогащения.

2.4. Морфология зерен и поверхность частиц техногенных песков в зависимости от состава.

2.5. Активность поверхности техногенных песков, как компонентов вяжущих и бетонов.

2.5.1. Активные центры на поверхности заполнителей.

2.5.2. Размолоспособностъ техногенных песков различных генетических типов.

2.5.3. Влияние термообработки техногенных песков на размолоспособностъ.

2.6. Водо- и цементопотребность техногенных песков в зависимости от генетических типов исходных пород.

2.7. Выводы.

3. ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ И ПРОЦЕССОВ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ в ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА КОМПОНЕНТОВ.

3.1. Особенности синтеза композиционных вяжущих.

3.2. Энергоемкость помола компонентов при производстве композиционных вяжущих в зависимости от вида компонентов ВНВиТМЦ.'.

3.3. Процессы взаимодействия в контактной зоне.

3.3.1. Сцепление между минеральными компонентами и цементным камнем.

3.3.2. Пластическая прочность системы тонкодисперсная минеральная добавка — вяжущее».

3.3.3. Адгезия цементного камня в зависимости от состава заполнителя.

3.4. Зависимость реологических свойств и агрегативной устойчивости композиционных вяжущих от вида минеральной составляющей

3.4.1. Выбор пластифицирующих добавок для получения композиционных вяжущих.

3.4.2. Подбор оптимального содержания добавок в зависимости от типа техногенного песка и состава ТМЦ и ВНВ.

3.4.3. Предельные напряжения сдвига и пластическая вязкость вяжущих с использованием техногенного сырья.

3.4.4. Седиментационная и агрегативная устойчивость ТМЦ и

3.4.5. Влияние суперпластификаторов на электрокинетический потенциал композиционных вяэ/сущих.

3.4.6. Адсорбция суперпластификатора в композиционных вяжущих в зависимости от метода введения.

3.5. Состав и свойства композиционных вяжущих.

3.5.1. Свойства композиционных вяжущих в зависимости от состава.

3.5.2. Использование термообработанных техногенных песков как компонента ВНВ.

3.5.3. Особенности твердения композиционных вяжущих с использованием в качестве кремнеземистого компонента техногенных песков.

3.6. Выводы.

4. РАЗДЕЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ

4.1. Выбор кремнесодержащего компонента для получения нанодисперсного модификатора.

4.1.1. Теоретические предпосылки методики определения характеристик кварца, как кремнесодержащего компонента вяжущих.

4.1.2. Влияние микроструктурных характеристик кварца различного генезиса на его реакционную активность композиционных вяжущих.

4.2. Технология производства нанодисперсного модификатора.

4.2.1. Теоретические предпосылки получения нанодисперсного модификатора.

4.2.2. Свойства добавки в зависимости от характеристик кварца

4.3. Свойства композиционных вяжущих в зависимости от вида и количества добавки.

4.3.1. Методика подбора состава композиционных вяжущих.

4.3.2. Свойства композиционных вяжущих в зависимости от вида нанодисперсного модификатора.

4.4. Влияние нанодисперсных модификаторов на структуру новообразований.

4.5. Влияние нанодисперсных модификаторов на пожаростойкость цементного камня.

4.6. Выводы.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ МЕЖОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА

5.1. Алгоритм оптимизации процесса проектирования состава мелкозернистого бетона.

5.2. К проблеме исследования микроструктурных характеристик матрицы.

5.2.1. Микростроение композитов в зависимости от состава.

5.2.2. Анализ изменения микроструктурных характеристик матрицы вяжущих в зависимости от состава ТМЦ и ВНВ.

5.2.3. Количественный анализ микроструктуры композитов на основе ВНВ и ТМЦ по их изображениям в растровом электронном микроскопе.

5.3. Повышение эффективности мелкозернистого бетона за счет оптимизации гранулометрии техногенного песка.

5.3.1. Определение предельной плотности упаковки зерен моно- и полидисперсного заполнителя.

5.3.2. Зависимость свойств бетонов от системы распределения зерен в смеси.

5.3.3. Расчет плотнейшей упаковки мелкого заполнителя на основе отсева дробления кварцитопесчаника.

5.3.4. Расчет состава фракций для получения высокоплотной упаковки обогащенных песков.

5.4. Расчетно-теоретическое обоснование получения композиционных материалов каркасной структуры с использованием высоко-проникшощих смесей.

5.4.1. Структурные особенности формирования каркасных композитов.

5.4.2. Гидравлические аспекты получения каркасных композитов.

5.4.3. Обоснование использования модельной системы для определения проникающей способности пропиточных композиций.

5.5. Управление структурообразованием с использованием магнитной обработки бетонных смесей.

5.6. Выводы.

6. МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН ДЛЯ ДОРОЖНОГО

СТРОИТЕЛЬСТВА НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПЕСКОВ.

6.1. Свойства мелкозернистых бетонов в зависимости от состава минеральных добавок.

6.2. Повышение эффективности мелкозернистого бетона для строительства оснований автомобильных дорог за счет применения композиционных вяжущих.

6.2.1. Укатываемый мелкозернистый бетон для устройства оснований.

6.2.2. Высокопроникающие смеси для укрепления щебеночных' оснований.

6.3. Мелкозернистый бетон для строительства покрытий автомобильных дорог с применением композиционных вяжущих.

6.3.1. Разработка составов для нижнего слоя покрытий.

6.3.2. Высокопрочный бетон для верхнего слоя покрытий.

6.4. Выводы.

7. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА.

7.1. Малые архитектурные формы на основе мелкозернистых бетонов.

7.1.1. Роль функционально-художественных элементов благоустройства.

7.1.2. Разработка составов мелкозернистого бетона для производства малых архитектурных форм.

7.1.3. Исследование прочности строительных конструкций для малых архитектурных форм.

7.2. Железобетонные конструкции на основе мелкозернистого бетона

7.2.1. Мелкозернистые бетоны для энергетического строительства.

7.2.2. Мелкозернистые бетоны для мостовых конструкций.

7.3. Разработка составов для производства мелкоштучных изделий на основе отсева дробления валунно-песчано-гравийных смесей.

7.3.1. Требования, предъявляемые к стеновым камням цементным .•

7.3.2. Состав и свойства бетонных смесей в зависимости от модификации стеновых камней цементных.

7.3.3. Особенности структурообразования мелкозернистого бетона на основе полиминеральных техногенных песков.

7.4. Выводы.

8. ВНЕДРЕНИЕ И ТЭО ПРИМЕНЕНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПЕСКОВ.

8.1. | Внедрение результатов диссертации.

8.1.1. Внедрение при составлении специального Технического

Регламента.

8.1.2. Внедрение при составлении проектов национального стандарта.

8.2. Технология производства композиционных вяжущих с использованием техногенных песков.

8.3. Апробация теоретических и экспериментальных исследований в дорожном строительстве.

8.3.1. Технология устройства укрепленного щебеночного основания с применением пескоцементноii смеси.

8.3.2. Устройство укрепленного основания автомобильной дороги с использованием высокопроникаюгцих смесей.

8.3.3. Сравнительная характеристика энергоемкости производства дорожно-строительных материалов с использованием отходов ММС.'

8.3.4. Экономическая эффективность перехода на строительство укрепленных оснований с использованием отходов ММС железистых кварцитов.

8.4. Расчетно-теоретическое обоснование получения покрытий автомобильных дорог из укатываемого бетона.

8.4.1. Технология устройства оснований и покрытий автомобильных дорог с использованием укатываемого бетона.

8.4.2. Расчет вариантов дорожной одежды и экономии материальных затрат при использовании укатываемого бетона на основе техногенных песков.

8.5. Использование мелкозернистого бетона при производстве малых архитектурных форм.

8.6. Применение мелкозернистого бетона для производства железобетонных конструкций.

8.6.1. Мелкозернистые бетоны для производства лотков теплотрасс.

8.6.2. Мелкозернистый бетон для гидротехнического строительства.

8.7. Внедрение мелкозернистого бетона при получении мелкоштучных стеновых изделий.

8.7.1. Технология производства стеновых камней цементных.

8.7.2. Реализация результатов исследований при производстве стеновых камней цементных.

8.7.3. Технико-экономическое обоснование внедрения результатов исследований.

8.8. Внедрение в учебный процесс и при подготовке кадров высшей квалификации.

8.9. Выводы.

Для реализации национального приоритетного проекта по жилищному строительству необходимо в ближайшие годы удвоить производство цемента, щебня, песка и других строительных материалов. Это невозможно осуществить из-за отсутствия традиционной сырьевой базы промышленности строительных материалов.

В результате нерационального и некомплексного освоения недр в XX столетии образованы десятки тысяч техногенных месторождений рыхлого зернистого сырья, которые изменили геоморфологию земной поверхности, привели к нарушению гидрогеологического строения территорий, пылению и т.д. При добыче и переработке полезных ископаемых, дроблении пород на щебень образуются большие объемы техногенных песков, складирование которых требует отвода значительных площадей, приводит к изменению рельефа, нарушению инженерно-геологических, гидрогеологических и эколого-геологических условий района размещения хранилища отходов.

Решение проблем реализации приоритетного национального проекта по жилищному строительству возможно за счет широкомасштабного применения мелкозернистых бетонов на основе композиционных вяжущих и техногенных песков.

Работа выполнялась в рамках тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию, проводимых по заданию Министерства образования и науки РФ и финансируемых из средств федерального бюджета на 2004-2008 гг.; НТП Минобрнауки РФ «Методологические основы рационального использования техногенного сырья в промышленности строительных материалов» (шифр 03.01.055) и НТП «Кристаллохимические основы оптимизации процессов структурообразования в строительном материаловедении при использовании техногенного сырья» (шифр 207.03.01.078), раздела 03 «Проблемы рационального использования минеральных ресурсов».

Цель работы. Повышение эффективности производства мелкозернистых бетонов за счет использования композиционных вяжущих и техногенных песков.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- построение классификации, исследование свойств и распространения техногенных песков;

- разработка принципов проектирования и технологий производства многокомпонентных вяжущих веществ и мелкозернистого бетона с учетом особенностей минералогического состава, строения и свойств техногенных песков;

- составление нормативных документов и внедрение результатов исследования.

Научная новизна. Разработаны принципы повышения эффективности композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов за счет рационального использования энергетики геологических и техногенных процессов, участвующих в формировании техногенных песков, заключающиеся в выборе кремнеземистых компонентов с повышенным содержанием газовоздушных включений, компонентов минералообразующей среды, дефектов кристаллической структуры и другие, которые в техногенных условиях в процессе добычи и дезинтеграции сырья, воздействия физических полей при обогащении формируют активную поверхность, определяющую рациональные условия гидратации и создающую оптимальную структуру высококачественного композита, в том числе с использованием нанодисперсных модификаторов. Многообразие размеров и форм частиц дезинтегрированного сырья приводит к разнообразию физико-химических условий синтеза новообразований и повышения эффективности композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов на их основе.

Установлен характер влияния состава и структурно-текстурных характеристик скальных пород различного генезиса на гранулометрию отсева дробления, размолоспособность, физико-механические характеристики, водо- и це-ментопотребность техногенных песков в зависимости от положения в системе классификации. Высококачественный техногенный песок образуется при дроблении средне- и крупнозернистых магматических и метаморфических скальных пород равномернозернистой структуры и массивной текстуры. Существенно снижаются качественные показатели у техногенных песков, полученных из пород мелко- и тонкозернистой структуры, особенно осадочного происхождения и у пород анизотропной текстуры.

Установлен характер зависимости распределения частиц композиционных вяжущих, полученных при помоле цемента с различными типами песков. Вяжущие вещества с использованием природного песка имеют одномодальный почти гауссовский характер распределения частиц. Композиционные вяжущие на техногенных кремнеземистых составляющих имеют прерывистый характер с несколькими пиками. Это определяется различной размолоспособностью минералов. При использовании мономинеральных техногенных песков такой характер распределения частиц обусловлен полигенетическим составом породообразующего минерала. Прерывистый характер гранулометрического состава оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры цементного камня и бетона вследствие более плотной пространственной укладки частиц и, следовательно, получения более плотного цементного камня.

Установлены закономерности изменения коллоидно-химических свойств цементных систем на основе композиционных вяжущих с использованием техногенных кремнеземистых компонентов и суперпластификаторов, заключающиеся в снижении прочности контактов в коагуляционных структурах за счет образования мономолекулярного адсорбционного слоя суперпластификатора на поверхности дисперсной фазы и позволяющие получить предельно агрега-тивно устойчивые суспензии с жидкообразным характером течения. Установлена оптимальная концентрация добавок различных суперпластификаторов при получении композиционных вяжущих. При переходе от клинкера к композиционному вяжущему величина максимальной адсорбции снижается. При увеличении содержания клинкерных минералов и при переходе от тонкомолотого цемента к вяжущим низкой водопотребности величина максимальной адсорбции увеличивается.

Установлен характер влияния вида и состава композиционных вяжущих на микроморфологические параметры цементного камня. Размер, форма, ориентация структурных элементов в пространстве, микропористость, удельная поверхность пор, коэффициент анизотропии, фактор формы и морфология новообразований матрицы обусловливают различие эксплуатационных показателей искусственного композита. Так, по сравнению с бетоном на крупном заполнителе при одинаковой прочности, модуль упругости мелкозернистых бетонов на 10-15 % ниже на всем интервале изменения водоцементного отношения (В/Ц). И лишь начиная с В/Ц 0,4 величина отклонения начинает уменьшаться и при значении 0,3 не превышает 5 %. Усадочные деформации на заполнителе с высокоплотной упаковкой по своим значениям приближаются к аналогичным показателям бетона на крупном заполнителе. Призменная прочность и модуль упругости мелкозернистых бетонов на композиционных вяжущих аналогичны этим показателям на портландцементе. Практическое значение. Разработана классификация техногенных песков в зависимости от состава, генезиса исходных пород и вида техногенных воздействий, а также принципы оценки их качества. Анализ строения и вещественного состава техногенных песков, а также закон соответствия генезиса техногенезу при производстве строительных материалов с минимальными энергозатратами позволили определить рациональные области их использования при производстве композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов. Специфика использования техногенных песков по сравнению с природными в качестве кремнеземистых добавок композиционных вяжущих и заполнителей мелкозернистых бетонов заключается в их полиминеральности, полигенетич-ности, специфике морфологии зерен и их поверхности. Положение в системе классификации позволяет прогнозировать запасы месторождений техногенных песков, объемы текущих отходов, технологию производства композиционных вяжущих и рациональные области применения мелкозернистого бетона и изделий на его основе.

На основании результатов теоретических исследований и промышленного внедрения составлены проекты:

• специального технического регламента РФ «О безопасности строительных материалов и изделий»;

• национальных стандартов:

- «Кремнеземсодержащий компонент для производства композиционных вяжущих из техногенных песков»;

- «Мелкий заполнитель бетона из техногенных песков».

Разработаны методики определения:

- качества песков как мелкого заполнителя бетонов;

- качества песков как кремнеземсодержащих компонентов композиционных вяжущих.

Разработана технология производства композиционных вяжущих в том числе с применением нанодисперсного модификатора.

Предложены составы мелкозернистых бетонов с использованием техногенных песков и композиционных вяжущих для строительства автомобильных дорог:

- оснований - с применением укатываемых мелкозернистых бетонов и высокопроникающих смесей для укрепления щебеночных оснований на основе отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, а также отходов алмазообогащения (ОАО);

- нижнего и верхнего слоя покрытий с использованием в качестве крем-неземсодержащего компонента композиционных вяжущих отходов обогащения железистых кварцитов, в качестве заполнителей - отсевов дробления кварцитопесчапиков.

Разработаны составы мелкозернистых бетонов для производства изделий для промышленного и гражданского строительства:

- малых архитектурных форм с использованием отсевов дробления кварц-содержащих пород зеленосланцевой фации метаморфизма;

- железобетонных изделий для энергетического строительства и мостовых конструкций на основе отходов ММС в качестве компонента вяжущего; отсевов дробления кварцитопесчаников - в качестве мелкого заполнителя;

- мелкоштучных стеновых изделий с использованием отсевов дробления на щебень валунно-песчано-гравийных смесей (ВПГС).

Предложены составы высокопроникающих смесей для закладки выработанного пространства подземных рудников на основе ОАО и отходов ММС железистых кварцитов.

Практические результаты и научная новизна работы защищены 8 патентами РФ.

Внедрение результатов исследований. Результаты проведенных исследований позволили апробировать и внедрить в производство технологии: композиционных вяжущих на основе техногенных песков различных генетических типов; стеновых камней цементных на основе отсева дробления ВПГС; железобетонных элементов ограждений и изделий для энергетического комплекса на основе отсева дробления кварцитопесчаника; пескоцементных смесей и укатываемых высокопрочных бетонов для дорожного строительства с использованием отходов ММС железистых кварцитов; закладочных смесей на основе отходов алмазообогащения.

Для широкомасштабного внедрения результатов работы при строительстве автомобильных дорог и производстве строительных материалов разработаны нормативные документы:

- технические условия на «Кремнеземсодержащий компонент из отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов Лебединского горнообогатительного комбината». ТУ 57.43-008-02066339-2002;

- технические условия на «Отходы алмазообогащения месторождения им. М.В. Ломоносова Архангельской алмазоносной провинции как компонент вяжущего низкой водопотребности». ТУ 5743-017-02066339-2004;

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

- технические условия на «Мелкий заполнитель бетона из отсева дробления кварцитопесчаника Лебединского горно-обогатительного комбината». ТУ 571 1-001-02066339-2006;

- технические условия на «Заполнитель мелкий для бетона из отсева дробления Солдато-Александровского карьера». ТУ 5711-005-10251714-2006;

- технические условия на «Стеновые камни цементные на основе мелкозернистого бетона с использованием отсева дробления Солдато-Александровского карьера». ТУ 5741-004-10251714-2006.

Апробация полученных результатов осуществлена на предприятии ООО «Строй комплекс», ООО «Стройбетон» (Белгородская область), ООО «Югорскремстройгаз» (Тюменская область), ПСФ «Содружество-холдинг» (Ставропольский край). Результаты работы использовались при реализации программы «Развитие дорожной сети в сельских населенных пунктах Белгородской области и их благоустройство». При этом получен значительный экологический, социальный и экономический эффект.

Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и практического внедрения в промышленных условиях реализованы в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы», 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270105 «Городское строительство и хозяйство»; использованы в учебном пособии с грифом УМО «Строительное материаловедение. Бетоноведение», (2002); отражены в 7 монографиях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на 18 Международных и.Всероссийских конференциях и симпозиумах, академических чтениях РАН и РААСН, в том числе: IX Международной конференции работников нерудной промышленности (Москва, 2000); VI Международном симпозиуме «Вопросы осушения и экология специальные горные работы и геомеханика» (Белгород, 2001); International congress «Challenges of concrete construction» (Scotland, 2002); Всероссийской научно-технической конференции «Новые технологии, конструкции и материалы в строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог» (Краснодар, 2002); I и II Международной научной конференции «Фундаментальные проблемы комплексного использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных материалов» (Апатиты, 2003, Петрозаводск, 2005); Международной научно-практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура» (Омск, 2003); Восьмые академические чтения отделения строительных наук РААСН «Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения» (Самара, 2004); Международной конференции «Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса в XXI веке» (Москва, 2004); Академических чтений РААСН «Новые научные направления строительного материаловедения» (Белгород, 2005); II Международной конференции по бетону и железобетону (Москва, 2005); Международной научно-практической конференции «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития» (Минск, 2005); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2006).

Под руководством автора защищено пять диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.

На защиту выносятся. Классификация техногенных песков в зависимости от состава, генезиса исходных пород и вида техногенных воздействий, а также принципы оценки их качества.

Характер закономерности изменений размолоспособности, гранулометрии, физико-механических характеристик, водо- и цементопотребности техногенных песков в зависимости от положения в системе классификации.

Характер зависимости распределения частиц композиционных вяжущих, полученных при помоле цемента с различными типами техногенных песков.

Закономерности изменения коллоидно-химических свойств цементных систем на основе композиционных вяжущих с использованием техногенных кремнеземистых компонентов и суперпластификаторов.

Принципы повышения эффективности мелкозернистых бетонов и композиционных вяжущих за счет рационального использования энергетики геологических и техногенных процессов, оптимизации состава композиционного вяжущего, гранулометрии заполнителя, минеральных и органических добавок.

Характер влияния вида и состава композиционных вяжущих на микроморфологические параметры цементного камня.

Методики определения качества песков как мелкого заполнителя бетонов и кремнеземсодержащего компонента композиционных вяжущих.

Технологии производства композиционных вяжущих, эффективных дорожно-строительных материалов и изделий из мелкозернистых бетонов для промышленного и гражданского строительства.

Результаты производственных испытаний и внедрения.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 134 работах, в том числе в 24 статьях в научных журналах по списку ВАК России; отражены в 7 монографиях, учебном пособии под грифом УМО, защищены 12 патентами РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из семи глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 463 страницах машинописного текста, включающих 373 рисунков и фотографий, 149 таблиц, список литературы из 383 наименований, приложений.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

8.9. Выводы

1. Внедрение результатов диссертационной работы было осуществлено при составлении национального стандарта по техногенным пескам.

2. Для внедрения результатов научно-исследовательской работы при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог, производстве малых архитектурных форм, при строительстве объектов энергетического комплекса, производстве стеновых камней цемедтых из мелкозернистых бетонов на основе техногенных песков, разработаны следующие нормативные документы:

- технические условия на «Кремнеземсодержащий компонент из отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов Лебединского горнообогатительного комбината». ТУ 5743-008-02066339-2002;

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

- технические условия на «Мелкий заполнитель бетона из отсева дробления кварцитопесчаника Лебединского горно-обогатительного комбината» ТУ 5711-002-02066339-2006;

- технологический регламент на «Изготовление вяжущих низкой водопотребности с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов Лебединского горно-обогатительного комбината в качестве кремне-земсодержащего компонента»;

- рекомендации по производству и применению литых асфальтобетонных смесей на основе сырья КМА;

- рекомендации по использованию отсева дробления кварцитопесчаника КМА для производства малых архитектурных форм;

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

- рекомендации по использованию обогащенного отсева дробления кварцитопесчаника КМА для производства железобетонных изделий для энергетического комплекса;

- технологический регламент на "Производство лотков теплотрасс из мелкозернистого, бетона на основе техногенного песка КМА";

- технические условия на «Стеновые камни цементные на основе мелкозернистого бетона с использованием отсева дробления Солдато-Александровского карьера» ТУ 5741-004-10251714-06;

- технологический регламент на «Изготовление камней стеновых бетонных методом полусухого вибропрессования».

3. Предложены технологии производства ВНВ и ТМЦ с использованием техногенных песков различных генетических типов, а также мелкозернистых бетонов на их основе для дорожного строительства и производства широкого спектра изделий для промышленного и гражданского строительства.

4. Разработанные составы пескоцементных смесей с использованием отходов ММС железистых кварцитов и технология устройства укрепленного щебеночного основания с использованием анизотропных пород уменьшают количество технологических операций, выполняемых на дороге, на 150 проходов, сокращается укатка щебня, не требуется дополнительного приобретения дорожно-строительной техники. При этом увеличивается модуль упругости основания с 450 МПа до 1200-1500 МПа, снижается материалоемкость конструкций, повышаются транспортно-эксплуатационные характеристики автомобильных дорог в целом.

5. Разработана технология укрепления щебеночных оснований автомобильных дорог I—IV категории с использованием высокопроникающих смесей, которые позволяют уменьшить число технологических операций, выполняемых непосредственно на дороге, существенно повысить модуль упругости основания, снизить суммарную толщину конструкций дорожных одежд, а следовательно, их материалоемкость, себестоимость и сроки строительства. При этом на 1 км дорожного основания используется около 2200 м3 отходов ММС.

6. Экономический эффект от внедрения результатов работы при устройстве оснований автомобильных дорог за счет замены природного песка на техногенный, применения мелкозернистого бетона, уменьшения материалоемкости дорожных конструкций, улучшения транспортно-эксплуатационных характеристик и долговечности транспортной сети, а также снижения экологического прессинга при реализации программы «Развитие дорожной сети в сельских населенных пунктах Белгородской области и их благоустройство» составил около 37 млн руб.

7. Показано, что при строительстве цементобетонных покрытий автомобильных дорог применение бетонов из жестких смесей, уплотненных методом укатки, по сравнению с равнопрочным обычным бетоном, позволить снизить расход цемента на 10-30 %, трудозатраты более чем в 1,5-2 раза и использовать общестроительную технику. Экономическая эффективность от применения для покрытий дорог II категории отсева дробления кварцитопесчаника, высокоплотных составов заполнителя в бетоне и использования отходов ММС в качестве кремнеземистого компонента в ВНВ составляет до 15 %, что соответствует около 441 тыс. руб/км строящейся дороги. Экономическая эффективность от применения для двухслойных покрытий дорог Ш категории разработанных составов составляет 27 %, что соответствует около 570,704 тыс. руб/км строящейся дороги.

8. Результаты исследований внедрены при производстве малых архитектурных форм с использованием вяжущих низкой водопотребности на основе техногенного песка на предприятиях Белгорода. Опытно-промышленная партия элементов ограждения территорий из мелкозернистого бетона в соответствии с планом освоения новых видов 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 подтверждено справкой о внедрении.

9. Экономический эффект от внедрения результатов работы за счет замены дефицитных природных песков техногенными региона КМА, применения мелкозернистых бетонов для производства малых архитектурных форм 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.

10. Мелкозернистый бетон для производства лотков теплотрасс с использованием ВНВ и обогащенного отсева дробления кварцитопесчаника Лебединского ГОКа внедрен при производстве изделий для энергетического комплекса в г. Ше-бекино Белгородской области на предприятии ООО «Стройбетон». Экономический эффект при широкомасштабном использовании данной технологии составит 15,655 млн руб.

11. Мелкозернистый бетон для производства переходных и укрепительных плит и свай с использованием композиционного вяжущего и отсева дробления кварцитопесчаника внедрен на производственной площадке ООО «Мостострой-инвест» в г. Белгороде при производстве изделий для мостовых конструкций. Экономический эффект при широкомасштабном использовании данной технологии составит 26,97 млн руб.

12. Предложена технология производства стеновых камней цементных с использованием обогащенных техногенных песков. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлена на ПСФ «Содружество-холдинг» при выпуске стеновых камней цементных были использованы при строительстве ряда гражданских объектов Ставропольского края. Экономический эффект от применения разработанных стеновых камней цементных взамен традиционно используемых стеновых материалов заключается в сокращении расходов на транспортировку материалов, увеличении темпов строительства, снижении расхода кладочного раствора и составляет более 6 млн руб. в год.

13. Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы, а также практического внедрения в промышленных условиях, были реализованы в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы», 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270105 «Городское строительство и хозяйство». При этом защищено 12 дипломных проектов студентов, 5 диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.

1. Разработана классификация техногенных песков в зависимости от состава, генезиса исходных пород и вида техногенных воздействий, а также принципы оценки их качества. Анализ строения и вещественного состава техногенных песков, а также закон соответствия генезиса техногенезу при производстве строительных материалов с минимальными энергозатратами позволили определить рациональные области их использования при производстве композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов. Специфика использования техногенных песков по сравнению с природными в качестве кремнеземистых добавок композиционных вяжущих и заполнителей мелкозернистых бетонов заключается в их полиминеральности, полигенетичности, специфике морфологии зерен и их поверхности. Положение в системе классификации позволяет прогнозировать запасы месторождений техногенных песков, объемы текущих отходов, технологию производства композиционных вяжущих и рациональные области применения мелкозернистого бетона и изделий на его основе.

2. Составлена схема распространения месторождений техногенных песков РФ и отходов текущей добычи. Техногенная сырьевая база промышленности строительных материалов существенно отличается от традиционной как методами разведки полезных ископаемых, так и особенностями технологий производства продукции. Показано, что специфика добычи и складирования отходов приводит к формированию месторождений техногенных песков, аналогов которых по минеральному составу в природе, как правило, не существует. Это определяет их специфику как сырья для получения строительных материалов и необходимость индивидуального подхода при разработке составов композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов с оптимальной структурой. Объемы отходов текущей добычи, в настоящее время, как правило, значительно превышают потребности традиционных предприятий стройиндустрии. Поэтому предлагается рассмотреть вопрос о строительстве крупных заводов в местах сосредоточения промышленного и гражданского строительства по производству строительных смесей для выпуска эффективных строительных материалов.

3. Установлен характер зависимости распределения частиц композиционных вяжущих, полученных при помоле цемента с различными типами песков. Вяжущие вещества с использованием природного песка имеют одномодальный почти гауссовский характер распределения частиц. Композиционные вяжущие на техногенных кремнеземистых составляющих имеют непрерывистый полимодальный характер с несколькими пиками. Это определяется различной размолоспособно-стью породообразующих минералов. При использовании полиминеральных техногенных песков такой характер распределения частиц обусловлен полигенетическим составом породообразующего минерала. Полимодальный характер распределения частиц композиционных вяжущих и специфика кремнезема из рекомендуемых техногенных песков оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры цементного камня и бетона вследствие более плотной пространственной укладки новообразований и, следовательно, получения более плотного цементного камня.

4. Установлен характер влияния.кремнеземсодержащих компонентов композиционных вяжущих из рекомендуемых к использованию техногенных песков на процессы структурообразования матрицы. Специфика поверхности кремнеземсо-держащего компонента, наличие разупорядоченного кварца с различной морфологией и размером частиц и другое приводит к снижению энергии зародышеобра-зования, последовательному росту новообразований во времени и уменьшению кристаллизационного давления. Это приводит к синтезу гетерозернистой микроструктуры, снижению количества микротрещин, повышению эксплуатационных показателей.

5. Предложены способы активации процессов твердых композитных вяжущих методом термической подготовки техногенных песков и магнитной обработки бетонных смесей. При термическом воздействии возрастает дефективность кристаллической решетки породообразующих минералов, увеличивается площадь поверхности с некомпенсированными зарядами. При этом снижается энергоемкость помола и на 30-35% повышается прочность вяжущего.

Магнитная обработка бетонных смесей способствует стрикционному эффекту ферромагнитных оксидов железа, входящих в состав отходов ММС железистых кварцитов, что приводит к дроблению зародышей. При этом увеличивается количества центров кристаллизации, растет количество новообразований, уменьшается их размер, изменяется морфология, что приводит к росту предела прочности при сжатии на 35% и снижению анизотропии композитов.

6. С помощью полнопрофильной методики определения концентраций минеральных составляющих кварца и их областей когерентного рассеивания доказан различный размер и количество кристаллитов у кварца различного генезиса.

Показано, что нанодисперсные модификаторы, разработанные лично автором, имеют полифракционный состав, при этом добавка на основе кварцитопесчаника содержит наибольшее количество наночастиц. Данный факт подтверждается результатами рентгенографического анализа и содержание коллоидного компонента определяется методом центрифугирования. <

Нанодисперсные составляющие • способствуют более раннему связыванию Са(ОН)2, интенсифицируют процесс гидратации клинкерных минералов. При этом изменяется состав, свойства и характер новообразований, о чем свидетельствуют данные РФА, DTA и РЭМ. В цементном камне с нанодисперсным модификатором уменьшается количество портландита и алита, увеличивается количество мелких кристаллогидратов.

7. На основании результатов теоретических исследований и промышленных испытаний составлены проекты национальных стандартов на техногенные пески, как новую сырьевую базу промышленности строительных материалов. Предложены методики определения качества песков как мелкого заполнителя бетонов и как компонентов композиционных вяжущих. Согласно рассчитанному коэффициенту качества изученные типы природных и техногенных песков проранжиро-ваны по повышению качества как мелкого заполнителя в следующей последовательности: отходы алмазообогащения Архангельской алмазоносной провинции, отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, песок Нижне-Ольшанского месторождения, песок Вольского месторождения, отсев дробления кварцитопесчаника, отсев дробления валунно-песчано-гравийных смесей Северного Кавказа, отсев дробления гранита, отсев дробления кварцитопесчаника обогащенный (фракции 0,315—5 мм); как компонентов композиционных вяжущих: отходы алмазообогащения Архангельской алмазоносной провинции, отсев дробления валунно-песчано-гравийных смесей Северного Кавказа, песок Нижне-Ольшанского месторождения, отсев дробления кварцитопесчаника, песок Вольского месторождения, Песок Стодеревского месторождения, отходы мокрой магнитной сепарации, отсев дробления кварцитопесчаника обогащенный (фракции 0,315-5 мм).

8. Предложены составы мелкозернистого бетона с использованием отходов мокрой магнитной сепарации и отсева дробления кварцитопесчаника для строительства покрытий и оснований автомобильных дорог II—IV категории по технологии скользящей опалубки и укатки, позволяющей уменьшить число технологических операций, выполняемых непосредственно на дороге, снизить суммарную толщину конструкций дорожных одежд, следовательно, их материалоемкость, себестоимость и сроки строительства. Разработана технология получения и состав смесей с высокой проникающей способностью для строительства укрепленных оснований автомобильных дорог. Она заключается в получении композиционных вяжущих с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и супер пластификатора СБ-3.

9. Разработаны оптимальные составы мелкозернистых бетонов на основе композиционных вяжущих и техногенных песков для производства изделий промышленного и гражданского строительства. В производство внедрены технологии: композиционных вяжущих на основе техногенных песков различных генетических типов; стеновых камней цементных на основе отсева дробления Солдато-Александровского карьера; железобетонных элементов ограждений и изделий для энергетического комплекса на основе отсева дробления кварцитопесчаника; пескоцементных смесей и укатываемых высокопрочных бетонов для дорожного строительства с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов; закладочных смесей на основе отходов алмазообо-гащения Архангельской алмазоносной провинции. Научная новизна работы защищена 12 патентами РФ.

10. Разработаны нормативные документы для широкомасштабного внедрения результатов работы при производстве строительных материалов и строительстве автомобильных дорог: проект специального технического регламента РФ «О безопасности строительных материалов и изделий» согласованный и переданный в министерство регионального развития для рассмотрения и принятия в качестве Федерального закона; два проекта национальных стандартов, шесть технических условий и пять технологических регламентов прилагаются в диссертации. Внедрение полученных результатов осуществлено на предприятиях ООО «Стройкомплекс» и ООО «Стройбетон» (Белгородская область) ООО «Югорскремстройгаз» (Тюменская область), ПСФ «Содружество-холдинг» (Ставропольский край). Результаты работы использовались при реализации программы «Развитие дорожной сети в сельских населенных пунктах Белгородской области и их благоустройство». Планируется использовать Министерством регионального развития при строительстве олимпийских объектов в г. Сочи. Экономический эффект за счет реализации диссертационной работы составил сотни миллионов рублей. При этом было выпущено свыше 20 тыс.т композиционных вяжущих, около 100 тыс. шт. мелкоштучных изделий, свыше 2 тыс. м3 бетона и железобетонных изделий, с использованием мелкозернистого бетона и техногенных песков построено, реконструировано и отремонтировано около 97 км автомобильных дорог.

1. Технология и свойства мелкозернистых бетонов: учебное пособие / Ю.М. Баженов, Л.А. Алимов, В.В. Воронин, Р.Б. Ергешев — Алматы: КазГосИНТИ, 2000.- 195 с.

2. Рыбьев, И. А. Строительное материаловедение /И.А. Рыбьев.— М.: Высшая школа, 2002 701 с.

3. Steven H.Kozmatka; Beatrix Kerkhoff; William С Panarese / Design and control of concrete mixtures // Skokie,III.: Portland Cement Association — 2002.

4. Гаркави, M.C. Использование песков из отсевов дробления при изготовлении мелкоштучных элементов мощения // Строительные материалы 2003. -№6. - С.3'8.

5. Технология бетона, строительных изделий и конструкций: учебник /Ю.М. Баженов, Л.А. Алимов, В.В. Воронин, У.Х. Магдеев. М.: Изд-во АСВ, 2004.-236 с.

6. Баженов, Ю.М. Технология бетона /Ю.М. Баженов.— М., 2003 — 500 с.

7. Баженов, Ю.М. Модифицированные высокопрочные бетоны. Баженов,Ю.М., Демьянова, B.C., Калашников, В.И.-М.: АСВ, 2007 368 с.

8. Flyash replaces sand in a specialty concrete // Chemical engineering 105 — 1998.-№6,-p. 28.

9. Petkova V.J./An Accelerated Method for Evaluating the Frost Resistance of Fine Grained Slag Concrete with Combined of Industrial By-products // N.Ribalsky, V. Nenov Editors.XII Intem.Symp // Ecology 2003 Sunny Beach.2003— p. 191-198

10. Petkova V.J, R. Krastev ON SOME MECHANICAL PROPERTIES OF FINE- GRAINED SLAG CONCRETE WITH SECONDURY INDUSTRIAL RAW MATERIALS // 10-th international conference on MTCM. -2003. p. 195-200.

11. Боженов, П.И. Комплексное использование минерального сырья и экология. -М.: Изд-во АСВ, 1994. 264 с.

12. Лесовик, B.C. Снижение энергоемкости производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород: дис. . д-ра техн. наук. Лесовик, B.C.-Белгород, 1997.-461 с.

13. Neuerungen bei Fahrbahndecken aus Beton. Teil I. Grundlagen und Fortschritten / Fleischer W., Grossmfnn D., Moschwitzer H.// Beton. - 2000. -№ 7. - S. 376-380.

14. Исследование влияния минеральных и органических добавок на свойства цементов и бетонов Иващенко, С.И., Комар, А.Г., и др. //Изв. вузов.1617,18,19,20.