автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Мелкозернистые бетоны различного функционального назначения на основе бесклинкерного вяжущего

На правах рукописи

Потапов Дмитрий Александрович

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ БЕСКЛИНКЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО

Специальность 05.23.05 «Строительные материалы и изделия»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2005

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Акчурин Тал гать Кядимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бондарев Борис Александрович

кандидат технических наук, доцент Доценко Светлана Алексеевна

Ведущая организация: Инженерный центр «Югстрой» филиал

ФГУП «КГБ ЖБ» Рострой Россия

Защита состоится 21 октября 2005 года в 12.00 часов на заседании диссертационного совета К212.026.02 при Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, Волгоград, ул. Академическая, д. 1, ауд.Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан «_

Ученый секретарь

диссертационного совета К212.026.02 кандидат технических наук

Казначеев С.Г.

аооб-4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время строительная индустрия базируется на применении цементного бетона (железобетона) и растворов. Технология цемента характеризуется высокими топливно-энергетическими затратами, связанными с необходимостью добычи, транспортировки и переработки огромного количества нерудных полезных ископаемых. Поэтому цементные бетон (железобетон) и растворы представляют собой дорогостоящий строительный материал.

Сократить расход цемента, а в некоторых случаях и полностью отказаться от него, поможет широкое вовлечение в производство местных вяжущих веществ техногенных отходов различных производств.

Значительным промышленным отходом, возможности переработки которого раскрыты еще не полностью, являются отвальные сталеплавильные шлаки.

Вовлечение в хозяйственный оборот отвальных сталеплавильных шлаков позволяет получать материал с высокими эксплуатационными и специальными свойствами, не уступающими, а иногда и превосходящими, свойства традиционно применяемых на основе портландцемента, решать экономические и экологические задачи

Технология изготовления мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего базируется на использовании существующих промышленных линий по производству бетона, что позволяет получить значительный экономический эффект в сфере промышленного производства.

Решение проблемы повышения эффективности вяжущих свойсгв тон-коизмельченного отвального сталеплавильного шлака и использование его как вяжущего может быть осуществлено путем комплексного использования потенциальных возможностей отходов стекла, алюмосодержащих отходов химической промышленности. Это позволит получить мелкозернистые бесклинкерные бетоны безавтоклавного твердения с прочностью до 15-20 МПа, морозостойкостью более 200 циклов, водопоглощением до 6% при минимальных трудовых, материальных и энергетических затратах.

В связи с вышеизложенным, исследования направленные на разработку составов и технологии мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего являются актуальными.

Цель работы является разработка составов и технологии мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего, приближающихся по своим эксплуатационным характеристикам бетонам на основе портландцемента.

Задачи исследований.

1. Разработать теоретических положений получения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного отвального сталеплавиль-

РОС НАЦИвНАЛЬНАЯ! БИБЛИОТЕКА ] С.Петер 09

ного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора.

2. Теоретически обосновать и практически подтвердить возможность использования бесклинкерного вяжущего для получения мелкозернистых бетонов и изделий на их основе.

3. Определить рациональные составы бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе.

4. Исследовать процессы структурообразования при твердении раствора синтезируемого вяжущего вещества и бетона.

5. Установить основные зависимости свойств бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе от технологических параметров.

6. Разработать технологию производства мелкозернистых бетонов на основе бесклинщшого вяжущего.

Научная новизна работы. Разработаны теоретические положения твердения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченно-го отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора. в условиях тепловлажно-стной обработки.

Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования бесклинкерного вяжущего для производства мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения.

Установлены основные зависимости свойств бесклинкерного вяжущего мелкозернистого бетона и изделий от технологических параметров.

Идентифицирован качественный состав новообразований контактного слоя бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора. после тепловлажностной обработки.

Разработана технология производства изделий из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего.

Практическое значение и реализация результатов работы. Определены рациональные составы бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора и мелкозернистого бетона на его основе.

Разработана технология, позволяющая изготавливать изделия из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего на существующих заводах по производству железобетонных изделий.

Определены рациональные области применения изделий из разработанного мелкозернистого бетона на смешанного бесклинкерного вяжущего, доказана эффективность производства и применения предложенной продукции.

Установлено, что использование бесклинкерного вяжущего при изготовлении мелкозернистого бетона позволяет снизить себестоимость 1 м2 из-

делий по сравнению с 1 м2 изделий из мелкозернистого бетона на основе портландцемента на 28,4 %.

Экологическая значимость. Экологическая значимость работы заключается в использовании крупнотоннажных отходов сталеплавильного производства, стеклобоя и отходов химической промышленности в технологии получения изделий различного функционального назначения из мелкозернистых бес клинкерных бетонов, что позволяет решать экологические проблемы, расширить сырьевую базу, обеспечить определенную экономию энергетических ресурсов.

Внедрение результатов исследований. Опытно-промышленное опробование результатов исследований осуществлялось на заводе АО "Фирма ЖБИ-6" г.Волгограда и ОАО «Управление Фасадремонт Волгоградгорграж-данстрой». Из разработанного мелкозернистого бесклинкерного бетона выпущена партия тротуарных плит.

Апробация работы. Диссертационная работа выполнялась в период с 2002-2005 гг. Основные положения диссертационной работы доложены на международных, всероссийских и внутривузовских научных конференциях и семинарах в том числе: III Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии" (Тула, 2002 г.); III Международной научно-технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций" (Волгоград, 2003 г.); научно-практической конференции "Стратегия развития архитектурно-строительной отрасли и ЖКХ, внедрение в практику наукоёмких и инновационных технологий" (Волгоград, 2003 г.); IV Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии" (Тула, 2003 г.); научно-технической конференции "Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области" (Волгоград, 2003 г.); V Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии" (Тула, 2004 г.); IV Международной научно- технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов" (Волгоград, 2005г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСУ (Волгоград, 2003-2005 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 185 страницах, включающего 39 таблицы, 22 рисунков и фотографий, список литературы из 154 наименований, 3 приложений.

На защиту выносятся:

- теоретическое обоснование возможности получения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного отвального сталеплавиль-

ного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора;

-теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности использования бесклинкерного вяжущего для получения мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения и изделий из него;

-результаты физико-химических исследований структурообразования при твердении раствора синтезируемого вяжущего вещества и бетона;

-результаты экспериментальных исследований по оптимизации технологических параметров приготовления бесклинкерного вяжущего вещества и мелкозернистого бетона на его основе;

-технология производства изделий из разработанного бетона; -результаты производственного опробования разработанной технологии при производстве тротуарных плит;

-проверенные данные о свойствах изделий из мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего.

-технико-экономическая целесообразность производства и применения строительных изделий (тротуарных плит) из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность проблемы и обосновывается необходимость проведения исследований по получению мелкозернистых бетонов различного функционального назначения на основе бесклинкерного вяжущего. Изложена новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ сырьевой базы производства бесклинкерных вяжущих и бетонов на их основе.

Рассмотрен отечественный и зарубежный опыт применения техногенных отходов различных производств при получении бесклинкерных вяжущих и бетонов на их основе.

Вопросам утилизации и переработки промышленных отходов посвящены работы: П.И.Боженова, В.Д.Глуховского, Ю.М.Баженова, Б.Н.Вино-v градова, А.В.Волженского, Ю.Г. Иващенко, B.C. Горшкова, В.И. Калашникова, П.Г. Комохова, А.Д. Корнеева, Ю.П. Горлова, Г.Н. Книгиной, А.П. Мер-кина, В.И. Соломатова, Б.А. Бондарева, Т.К.Акчурина и ряда других исследователей. На основании результатов этих исследований синтезирован ряд бесклинкерных вяжущих веществ и бетонов на их основе.

Одним из новых эффективных материалов, получаемых по безотходным технологиям, не требующим увеличения энергозатрат, способствующих с одной стороны ускорению развития и повышению уровня производства, а с другой - снижению загрязнения окружающей среды и сохранению природных богатств, являются щелочные и щелочноземельные вяжущие, разновидностью которых являются шлакощелочные вяжущие, алюмосиликатным компонентом в которых служат гранулированные металлургические, элек-

тротермофосфорные и топливные шлаки. Эти вяжущие как наиболее активные нашли наибольшее применение.

Существенным резервом сырьевой базы шлакощелочных вяжущих веществ являются отвальные сталеплавильные шлаки.

Анализ химического и фазового отвальных сталеплавильных шлаков позволил сделать вывод о возможности и целесообразности применения последних для получения бесклинкерного вяжущего, при условии их дополнительной активации.

Теоретически обоснована возможность получения прочного мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, глиноземсодержащей добавки и щелочного активизатора при условии рационально подобранных составов бетонной смеси и оптимальных режимах тепловой обработки. Это положение явилось рабочей гипотезой, на которой основана диссертационная работа.

Во второй главе представлены характеристики исходных сырьевых материалов для приготовления бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе.

При постановке и проведении исследований использовались сырьевые материалы со следующими характеристиками.

1. Отвальный сталеплавильный шлак завода «Красный Октябрь», о го-бранный путем усреднения состава квартованием из экскаваторного ковша. Химический состав шлака (в % по массе): ЗЮ2-20,61; А1?0\- 4,79; ГеЮ} -2,18; ГеО - 15,31; СаО - 37,56; MqO - 10,56; К20 - 0,12; Ш20 - 0,22; МпО -5,08; Р205 - 2,93; БОз - 0,46. Мв = 1,9; М„ = 0,13; К = 2,1.

2. Несортированная смесь боя стекла. Химический состав стеклобоя (в % по массе): ЕЮ2 - 71,5-73,8; Л1203 -1,2-3,3; Ре20} -0,1-0,6; СаО -6,5-9,1; МцО -3,2-4,1; К20 + Ш20 -14,0-16,0; БОз -0,2-0,5. Мо=0ДЗ-0,17.

3. Глиноземсодержащая добавка. Химический состав алюмосодержа-щей добавки (в % по массе ): Л120} -69,18; Сг203 - 12,77; БЮг -7,9; ШО, - 4,9; Ре20з -1,72; СаО - 0,14; Н20 - 3,39.

4. Кварцевый песок с модулем крупности МкЮ,8-1,1 отвечающий требованиям ГОСТ 6139 " Заполнители песок нормальный для испытания цементов". Технические условия и ГОСТ 8Т36 "Песок для строительных работ. Общие требования".

5. Щелочной активизатор. В растворе применялся "Натр Едкий. Технический". ГОСТ 2263.

6. Вода. Использовалась водопроводная вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732 "Вода для бетонов и растворов. Технические условия."

Для изучения свойств бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе применены оборудование и методики как стандартные, регламентируемые нормативными документами, так и нестандартные, отвечающие современному уровню исследований и обеспечивающие необходимую точность измерений. Достоверность полученных результатов подтвер-

ждена математической обработкой большого количества экспериментальных данных.

Третья глава. Главной практической задачей исследований являлось получение долговечных строительных изделий из мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченных отвальных сталеплавильных шлаков и стеклобоя, модифицированного алюмосодержащей добавкой и активизированного щелочным компонентом.

Как показали исследования, отвальные сталеплавильные шлаки обладают незначительной активностью. Повышение активности щлаков осуществляется введением стекла такого состава, которое с учетом щелочного компонента, его количества и условий твердения обеспечивает протекание процессов структурообразования. Ускорению процесса структурообразования бесклинкерных вяжущих на основе отвальных сталеплавильных шлаков способствует также введение модифицирующей алюмосодержащей добавки.

Для получения мелкозернистых бетонов максимальной прочности был определён оптимальный вещественный состав бесклинкерного вяжущего, т.е. количество отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, алюмосодержащей добавкой и щелочного компонента.

Подбор состава смешанного бесклинкерного вяжущего осуществлённый методом математического планирования показал, что для получения смешанного бес клинкерного вяжущего безавтоклавного твердения максимальной активности необходимо, чтобы в нем содержалось: отвального сталеплавильного шлака -52 %; стеклобоя - 37 %; модифицирующей алюмосодержащей добавки - 11 %; щелочного активизатора - 7,4 % (от массы вяжущего), совместно измельченных до удельной поверхности 4500 см2 /г.

Особенностью разрабатываемого вяжущего является использование щелочного активизатора, способствующего повышению в поровой жидкости концентрации ОН ионов, которые вызывают поляризацию и разрыв прочных ковалентных связей 51 - О - 5г и 5/ - О - А1. При этом создаются все необходимые условия для образования апюмо- и кремнекислородных аквакомплек-сов, являющихся основными структурообразующими мотивами алюмосили-катного камня.

Присутствие катионов щелочных металлов в среде затворения оказывает существенное влияние на процесс структурообразования алюмосиликат-ного камня: они поддерживают высокое значение рН среды, участвуют в процессах катионно-обменных реакций в направлении образования более долговечных щелочных алюмосиликатных новообразований.

Следует учитывать, что повышению рН среды более 9 также способствуют ¡¡.¡О, находящиеся в составе стекла и переходящие в раствор в результате гидролиза.

В процессе исследований определен оптимальный режим тепловлаж-ностной обработки, позволяющий получать вяжущее активностью выше 25,0 МПа- подъем температуры - Зч; экзотермическая выдержка при температуре 90+5°С - 7 ч; снижение температуры -2 ч.

Структура и физико-механические свойства синтезированного вяжущего определяются видом и количеством кристаллической фазы новообразований, объемом содержания гелевидной фазы, скоростью образования фаз, структурой гюрового пространства.

С помощью рентгеноструктурного, термографического и электронно-микроскопического анализов изучена макро- и микроструктура исследуемого бесклинкерного вяжущего оптимального состава.

Анализ рентгенограмм исходного сырья (тонкоизмельченного с модифицирующим компонентом и добавкой отвального сталеплавильного шлака) показал, что оно состоит из минералов шлака (мервинита, гелинита, гаусма-нита и др.) и аморфного кремнезема.

Тепловлажностная обработка бесклинкерного вяжущего, затворенного водой и раствором щелочного активизатора приводит к изменению фазового состава. Рентгенофазовый анализ показал, что новообразования пропаренного бесклинкерного вяжущего представлены двумя фазами: аморфной и кристаллической.

В пропаренном бесклинкерном вяжущем, полученном без введения щелочного активизатора, присутствуют преимущественно соединения низкоосновных гидросиликатов кальция тоберморитовой группы (с1 = 1,85; 2,98; 3,07 А) и высокоосновных гидросиликатов типа С25Я (А) ( ¿= = 2,41; 2,52 А, а так же видны линии, относящиеся к исходному сырью.

Затворение бесклинкерного вяжущего раствором щелочного активизатора приводит к развитию процессов гидратации и кристаллизации, что выражается в увеличении интенсивности линий, относящихся к низкоосновным гидросиликатам кальция и уменьшении интенсивности линий, относящихся к минералам исходного вещества. Появляются дифракционные максимумы, подтверждающие образование гидрогеленига с <1= 1,67, 1,83; 2,87 А, ватери-тас 2,06; 2,73; 3,30; 3,58 А и кальцита с с/=3,04; 2,10; 1,87 А. Наряду с этим присутствуют линии (<1 = 3,59; 2,08; 1,57 А), относящиеся, по-видимому, к натриевокальциевому гидрогранату и линии (с/ = 2,82; 2,68; 1,75 А), характеризующие натриевокальциевой гидросиликат.

Проведенные электронномикроскопические исследования пропаренного бесклинкерного вяжущего показали, что связующая фаза почти полностью состоит из аморфных новообразований частично пронизанных субмикрокри-сталлами.

Исследованиями установлено, что бесклинкерное вяжущее, состоящее из совместноизмельченных отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного компонента, является гидравлическим вяжущим веществом.

Способность системы 8Ю2 - Л1гО - СаО - МдО, активизированной щелочным компонентом, к гидравлическому твердению устанавливали по кинетике связывания щелочей в труднорастворимые гидратные соединения.

В результате проведенных исследований было отмечено, что наиболее активное связывание щелочи в нерастворимые соединения происходит в ранние сроки твердения, причем применение тепловлажностной обработки

ускоряет этот процесс по сравнению с твердением на воздухе (рис. 3.8). Так, если в первые сутки при твердении в естественных условиях количество связанной щелочи составляло около 3-4 %, то при тепловлажностной обработке количество связанной щелочи составило 24%.

С течением времени эти показатели выравниваются: через 28 суток количество связанной щелочи составило 31 % для составов, твердевших в естественных условиях и 33 % для составов, твердевших после тепловлажностной обработки. К одному году твердения на воздухе количество связанной щелочи в затвердевшем камне составило около 45-47 % (от МггОобц) независимо от условий твердения (рис.1).

Время, сутки

Рис. 1. Кинетика связывания щелочей в процессе твердения модифицированного бесклинкерного вяжущего после тепловлажностной обработки Изучение кинетики связывания щелочей в процессе тепловлажностной обработки показало, что при предварительной выдержки при комнатной температуре в течении 3 часов и пропаривании при 75°С количество связанной щелочи составило 12,0 %.

Подъем температуры до 95°С ускоряет этот процесс при прочих равных условиях. Однако увеличение времени предварительной выдержки более 3-х часов практически не оказывает влияние на этот процесс (табл.1).

Таблица 1

Влияние продолжительности предварительной выдержки при комнатной температуре и температуры тепловлажностной обработки на кинетику _связывания щелочи в бесклинкерном вяжущем_

8 Я Р. 5Г о « Время выдержки при комнатной температуре, ч. Температура тепловлажностной обработки, °С Режим тепловлажностной обработки, °С Содержание N»2008, %

1 3 75 2+3+7+2 12,0

2 3 95 2+3+7+2 20,5

3 4 95 4+3+7+2 25,1

4 6 95 6+3+7+2 25,6

В работе проводились исследования основных технологических параметров производства мелкозернистых бесклинкерных бетонов на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего

Исследование влияния расхода вяжущего и вида заполнителя (табл.2) на физико-механические свойства мелкозернистого бесклинкерного бетона показали, что наибольшой прочностью обладают мелкозернистые бетоны на смешанном заполнителе (рис.1), т.к. использование заполнителей, способных вступать в химическое взаимодействие со щелочами и продуктами гидратации вяжущего с образованием в контактной зоне гелевидных соединений, приводит к повышению плотности не только контактной зоны, но и всего цементного камня в бетоне за счет проявления эффекта самообжатия. Повышение плотности бетона способствует улучшению его физико-механических и эксплуатационных свойств.

Таблица 2

Влияние расхода вяжущего и вида заполнителя на прочность мелкозер-

нистого бесклинкерного бетона

№№ серии Состав заполнителя, % Прочность

Состав бетона песок шлак при сжатии, МПа

1 2 3 4 5

1 - 100 9,1

2 30 70 11,3

3 1:2 50 50 13,3

4 70 30 14,3

5 100 - 13,5

6 - 100 9,9

7 30 70 12,7

8 1:3 50 50 15,0

9 70 30 15,4

10 100 - 14,9

11 - 100 7,5

12 30 70 8Д

13 1:4 50 50 12,2

14 70 30 12,8

15 | 100 - 12,5

Содержание песка в заполнителе, %

Рис.2. Влияние заполнителя на прочность мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего: 1 - состав бетона 1 :2;

2 - состав бетона 1 : 3; 3 - состав бетона 1 : 4

Изучение влияния режима тепловлажностной обработки на прочностные характеристики мелкозернистого бесклинкерного бетона (табл. 3) показало, что продолжительность изотермической выдержки при тепловлажностной обработке можно ограничить 6 часами.

Таблица 3

Зависимость прочности мелкозернистых бесклинкерных бетонов на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего от продолжительности изотермической выдержки

№№ Продолжительность Прочность, МПа

се- изотермической выдержки, при сжатии, при изгибе,

рии ч Кок К-ИЗГ

1 4 12,1 2,2

2 5 14,2 2,4

3 6 15,1 3,8

4 7 15,3 3,9

5 8 15,3 3,9

6 9 15,6 4,1

7 10 15,5 4,5

Влияние водо-вяжущего отношения при изготовлении мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего становится еще более значительным, чем в производстве цементных бетонов, так как излишняя вода бесклинкерной бетонной смеси понижает рН среды, в результате этого интенсивность растворения аморфного крем-

незема резко падает, что в конечном итоге сказывается на прочностных характеристиках материала.

Как показали проведенные исследования, наиболее рациональным во-до-вяжущим отношением, обеспечивающим наибольшую прочность бесклинкерных мелкозернистых бетонов на основе модифицированного шлако-стекольного вяжущего, является водо-вяжущее отношение равное 0,33 (рис.3).

0,27 0,3 0,33 0,16 0,39 Водо-вяжущее отношение

3,25 |

0,42

Рис. 3. Зависимость прочности мелкозернистого бесклинкерного бетона от водо-вяжущего отношения Оптимальный состав мелкозернистого бетона марки не ниже М150: 25 % бесклинкерного вяжущего и 75 % смешанного заполнителя, состоящего из 35 % отвальных сталеплавильных шлаков и 65 % песка. При водо-вяжущем отношении 0,33.Присутствие щелочи в капиллярах и порах цементного камня, активизирует дальнейшие процессы гидратации и кристаллизации уже образовавшихся аморфных продуктов, что способствует непрерывному росту прочности бетонов с течением времени (табл.4).

Таблица 4

Свойства мелкозернистых бесклинкерных бетов_

NsHs серии Срок хранения, сутки Прочность, МПа Водопоглощение, %

после тепловлажностной обработки после хранения в естественных условиях

при сжатии при изгибе при сжатии при изгибе

1 - 15,5 4,1 - - 5,9

2 180 - - 15,8 4,2 5,86

3 360 - - 18,3 4,4 5,7

4 28 - - 10,2 1,1 18,2

5 180 - - 10,8 1,1 18,0

6 360 - - 12,7 1,3 17,8

Как показали проведенные исследования мелкозернистые бесклинкерные бетоны безавтоклавного твердения имеют высокие показатели: по механической прочности - 15-20 МПа, морозостойкости - более 200 циклов; водо-поглощению - не более 6%, обладают повышенной эксплуатационной стойкостью и стойкостью к коррозии в агрессивных средах.

Химический и фазовый состав модифицированного шлакостекольного вяжущего, характеризующегося значительным содержанием кремнезема, предопределяет его сульфатостойкость. Повышению сульфатостойкости способствует введение в состав бесклинкерного вяжущего щелочного активиза-тора и отсутствие в его составе свободной извести.

Классификационные испытания мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего на сульфатостойкость подтвердили, что он относится к сульфатостойким бетонам.

Исследование коррозионной стойкости арматуры в мелкозернистом бесклинкерном бетоне показало, что сталь в бетоне пассивна, т.к. в исследуемом затвердевшем камне сохраняется высокощелочная среда с рН бо-лееЮ, которая обеспечивает сохранность арматуры.

Многочисленными исследованиями макро- и микроструктуры щлако-щелочных бетонов установлено, что существенное влияние на их свойства оказывает структурообразование контактного слоя между вяжущим и заполнителем.

Для детального изучение контактного слоя между заполнителем и связующей фазой, а также особенностей микроструктуры новообразований с помощью микроструктурного анализа, были изготовлены образцы из мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего оптимального состава.

При исследовании поверхности излома образцов было установлено, что на поверхности модифицированного шлакостекольного вяжущего образуется плотный слой новообразований.

В результате химического взаимодействия поверхностный слой модифицированного шлакостекольного вяжущего корродирует в глубину до 6 мкм и более. Продукты гидратации представлены в основном полуаморфной фазой, образующей плотный слой на поверхности заполнителя. В гранулах модифицированного шлакостекольного вяжущего преобладают закрытые поры округлой формы в диаметре 50 мкм. Стенки пор покрыты пластинчатыми » и волокнистыми кристаллами. Гранулы заполнителя обладают хорошим сцеплением со связующей фазой. Сама связующая фаза достаточно плотная и плохо закристаллизованная, в ней присутствуют поры, покрытые также пластинчатыми и волокнистыми кристаллическими новообразованиями.

Проведенные исследования полностью согласуются с работами по данному вопросу при изучении структуры шлакощелочных бетонов.

Обобщая результаты проведенных исследований, можно сделать окончательное заключение, что мелкозернистый бесклинкерный бетон на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего является долговечным

строительным материалом, который целесообразно использовать при производстве стеновых блоков для малоэтажного строительства, фасадных плиток, тротуарных плит и других изделий различного функционального назначения, том числе и армированных стальной арматурой.

В четвертой главе на основании проведенной работы разработана технология производства изделий из бесклинкерного мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего и определены рациональные области применения изделий из разработанного бесклинкерного мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

Проведенная в заводских условиях проверка возможности использования бесклинкерного вяжущего для изготовления изделий из мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения показала, что предложенная технология позволяет получать изделия с нормативными физико-механическими свойствами и повышенными показателями по морозостойкости, водостойкости и механической прочности на истираемость и снижает себестоимость 1 м2 изделий на 28,4 % по сравнению с портландцементом.

В результате проведенных исследований установлено, что долговечность изделий из бесклинкерного бетона выше долговечности бетонов на основе портландцемента, что позволяет также получить экономический эффект в период эксплуатации. Кроме того, использование отходов позволяет существенно расширить сырьевую базу для производства строительных материалов и позволяет решать экологические проблемы охраны окружающей среды.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ

1. Разработаны теоретические положения твердения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченных отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного компонента, твердеющего в условиях тепловлажностной обработки.

2. Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования бесклинкерного вяжущего для получения мелкозернистых бетонов и изделий на их основе, что открывает новый эффективный путь утилизации отходов сталеплавильного производства, боя искусственных стекол и алюмосодержащих отходов химической промышленности.

3. Определены рациональные составы бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе.

Оптимальный состав бесклинкерного вяжущего активностью 25,0 МПа: отвального сталеплавильного шлака -52 %; стеклобоя - 37 %; модифицирующей алюмосодержащей добавки -11%; щелочного активизатора -7,4 % (от массы вяжущего).

Установлено, что для получения мелкозернистого бетона марки не ниже М 150 необходимо: 25 % бесклинкерного вяжущего и 75 % смешанного за-

полнителя, состоящего из 35 % отвальных сталеплавильных шлаков и 65 % песка. При водо-вяжущем отношении 0,33.

4. Физико-химические исследования структурообразования при твердении раствора синтезируемого вяжущего вещества и бетона показали, что под воздействием температуры, щелочной среды и в присутствии алюмосо-держащей добавки происходит образование водостойких соединений в виде гидратных щелочно-щелочноземельных алюмосиликатных соединений.

5. Установлены основные зависимости свойств (прочности, плотности, водо-поглощения и т.д.) бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе от технологических параметров.

6. Определены рациональные области применения изделий из разработанного мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего.

7. Установлены главные технологические параметры, позволяющие получать мелкозернистый бетон марки не ниже М 150: удельная поверхность смешанного бесклинкерного вяжущего 4000-4500 смг/г; уплотнение бетонной смеси - вибрирование с пригрузом; режим тепловлажностной обработки:

- подъем температуры - 3 ч;

- экзотермическая выдержка при температуре 90 + 5°С -6 ч;

- снижение температуры -2 ч.

8. Разработана технология производства мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего и изделий из них на базе стандартного оборудования и проведено производственное опробование разработанной технологии при производстве тротуарных плш.

9. Определена технико-экономическая целесообразность производства и применения строительных изделий (тротуарных плит) из мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего. Использование бесклинкерного вяжущего для производства тротуарных плит позволяет снизить себестоимость 1 м2 на 28,4 % по сравнению с портландцементом.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Потапов Д.А. Возможность эффективного использования техногенных отходов при производстве местных строительных материалов // Материалы Международного студенческого форума : в 2 ч. - Белгород, 2002. - Ч.

2.-С.44. ф

2. Акчурин Т.К. Шлакощелочное вяжущее и возможные пути его эффективного использования / Т.К. Акчурин, Д.А. Потапов // Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии : материалы III Международной научно-технической конференции. - Тула, 2002. - С. 6-7.

3. Акчурин Т.К. Анализ возможного использования сталеплавильного шлака при производстве бесклинкерного вяжущего / Т.К. Акчурин, Д.А. Потапов, Т.К. Акинынина, O.K. Потапова // Надежность и долговечность строительных материалов : материалы III Международной научно-технической конференции: 4 ч.- Волгоград, 2003. - Ч. 3. - С. 31 -36.

4. Потапова O.K. Декоративные бетоны на основе смешанного бесклинкерного вяжущего / O.K. Потапова, Т.К. Акчурин, Т.К.Акиньшина, Д.А. Потапов // Надежность и долговечность строительных материалов : материалы III Международной научно-технической конференции- 4 ч.- Волгоград, 2003. - Ч. 3. - С. 37 -41.

5. Акчурин Т.К. Использование техногенных отходов металлургических производств г. Волгограда в технологии вяжущих бетонов / Т.К. Акчурин, Д.А. Потапов // Стратегия развития архитектурно-строительной отрасли и ЖКХ, внедрение в практику наукоемких и инновационных технологий : материалы научно-практической конференции. - Волгоград, 2003. -С.285-287.

6. Акчурин Т.К. Гидравлическое вяжущее на основе сталеплавильных шлаков / Т.К. Акчурин, Д.А. Потапов, Т.К. Акиньшина П Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии • материалы IV Международной научно-технической конференции. - Тула, 2003. - С 3.

7. Акчурин Т.К. Шлакощелочное вяжущее на основе сталеплавильного шлака / Т.К. Акчурин, Д.А. Потапов И Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области: материалы научно-технической конференции: 2 ч,-Волгоград, 2003. - Ч. 1. - С. 181 -184.

8. Потапов Д.А. Исследование отвальных сталеплавильных шлаков в бесклинкерных вяжущих безавтоклавного твердения / Д.А. Потапов, Т.К. Акчурин // Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии : материалы V Международной научно-технической конференции. -Тула, 2004 -С. 63.

9. Потапов Д.А. Исследование процессов гидратации и стуктурообразова-ния бесклинкерных вяжущих на основе отвальных сталеплавильных шлаков завода «Красный Октябрь» / Д.А. Потапов, Т.К. Акчурин // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов: материалы IV Международной научно-технической конференции: 4 ч. - Волгоград, 2005.-Ч. 1. - С. 106 -111.

10. Потапов Д.А. Кинетика структурообразования бесклинкерного вяжущего на основе стеклобоя / Д.А. Потапов, Т.К. Акчурин, Т.К. Цебоева // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов: материалы IV Международной научно-технической конференции: 4 ч. - Волгоград, 2005. - Ч. 1.-С. 117-121.

Потапов Дмитрий Александрович

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ БЕСКЛИНКЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО

Автореферат

Подписано в печать 5.09.2005 г. Формат 60х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Гарнитура Тайме. Уел печ л. 1,0. Уч изд. л 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет Информационно-издательский отдел Сектор оперативкой полиграфии ЦИТ 400074, г.Волгоград, ул. Академическая, 1

HS 1 б 9 5 в

РНБ Русский фонд

2006-4 13989

Введение.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи работы.

1.1. Анализ сырьевой базы производства бесклинкерных вяжущих и бетонов на их основе.

1.2. Теоретические основы твердения бесклинкерных вяжущих на основе техногенных отходов.

1.3. Теоретические предпосылки получения бесклинкерных вяжущих безавтоклавного твердения и бетонов на основе совместноиз-мельченных отвальных металлургических шлаков и стеклобоя.

Выводы и заключения по главе 1.

2. Сырьевые материалы. Методики исследований.

2.1. Характеристика сырьевых материалов.

2.2. Методики исследований.

2.2.1. Методика физико-механических исследований.

2.2.2. Методика физико-химических исследований.

2.2.3. Методика математического планирования эксперимента.

2.2.4. Методика статистической обработки эксперимента.

Выводы и заключения по главе 2.

3. Экспериментальная часть.

3.1. Изучение вяжущих свойств модифицированного бесклинкерного вяжущего.

3.1.1. Определение оптимального состава бесклинкерного вяжущего.

3.1.2. Оптимизация состава бесклинкерного вяжущего по технологическим параметрам.

3.1.3. Исследование процессов гидратации и структурообразования бесклинкерных вяжущих на основе отвальных сталеплавильных шлаков, стеклобоя и модифицирующей добавки.

3.1.4. Исследование влияния водо-вяжущего отношения на развитие микропористой структуры модифицированного бесклинкерного вяжущего.

3.2. Исследование основных технологических параметров производства мелкозернистых бесклинкерных бетонов на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего. ИЗ

3.2.1. Влияние расхода вяжущего и вида заполнителя на физико-механические свойства мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

3.2.2. Влияние режима тепловлажностной обработки на прочностные характеристики мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

3.2.3. Влияние водо-вяжущего отношения на физико-механические свойства мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе мо

I дифицированного шлакостекольного вяжущего.

3.2.4. Влияние способа уплотнения на физико-механические свойства мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

3.3. Долговечность мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

3.3.1. Прочностные свойства мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

3.3.2. Морозостойкость мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

3.3.3. Стойкость мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего к иститающим воздействиям.

3.3.4. Стойкость мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе мо-ф дифицированного шлакостекольного вяжущего к агрессивным средам.

3.4. Исследование коррозионной стойкости арматуры в мелкозернистом бесклинкерном бетоне на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

3.5. Исследование структуры мелкозернистого бесклинкерного бетона на основе модифицированного шлакостекольного вяжущего.

Выводы и заключения по главе 3.

Технология производства изделий из мелкозернистого бесклинкерного бетона безавтоклавного твердения. Технико-экономическое обоснование эффективности производства.

Основы технологии производства и применения мелкозернистых бесклинкерных бетонов безавтоклавного твердения.

Технико-экономическое обоснование эффективности производства.

Выводы и заключения по главе 4.

Выводы и заключения по работе.

Промышленность строительных материалов - одна из ресурсоемких подотраслей народного хозяйства. В настоящее время перехода к рыночным отношениям высокая ресурсоемкость является одним из важнейших факторов, сдерживающих развитие не только этой подотрасли, а и всего строительного комплекса. Находясь под влиянием требований строительства, промышленность строительных материалов в свою очередь воздействует на технический процесс в строительстве, активно преобразуя характер и темп строительного производства, влияя на стоимость строительных работ и всего строительного комплекса.

Известно [19,35], что затраты на материалы составляют более половины общей стоимости строительно-монтажных работ и около трети капитальных вложений в весь строительный комплекс страны. Поэтому с целью снижения затрат на капитальное строительство необходимо в первую очередь добиться существенного уменьшения затрат в производстве строительных материалов.

Решение этой задачи тесно связано с широким вовлечением в производство строительных материалов техногенных отходов и наиболее рациональном их использовании. Это, во-первых, позволяет достичь существенной экономии природного сырья и , во-вторых, благоприятно повлияет на экологическую обстановку в регионах накапливания техногенных отходов.

Весьма важным фактором в настоящее время, влияющим на экономику отрасли, является энергосбережение [35,123].

Эти два направления находятся под пристальным вниманием исследователей и всех специалистов промышленности строительных материалов. Приоритетными научно-исследовательскими работами являются те, которые направлены на всемерное ресурсосбережение и широкое внедрение промышленных отходов в производство строительных материалов [34,38-43,46-49,59,64,65]. При этом особую ценность представляют работы, выявляющие новые возможности тех или иных отходов по созданию местных вяжущих веществ и строительных материалов на их основе. Это не только приводит к экономии природных ресурсов и улучшению экологической обстановки, но и резко снижает объемы перевозок сырья и материалов, а следовательно, снижает производственные затраты предприятий, производящих строительные материалы, и самих строительных организаций.

В этом плане следует выделить работы, направленные на достижение глубокой переработки сырья, создание безотходных и экологически чистых технологий, а также обеспечивающих получение строительных материалов с высокими показателями общестроительных, функциональных и эксплуатационных свойств [4-8,19-21,26,46-49,62,6467,82,104,107, 139].

Актуальность. В настоящее время строительная индустрия базируется на применении цементного бетона (железобетона) и растворов. Технология цемента характеризуется высокими топливно-энергетическими затратами, связанными с необходимостью добычи, транспортировки и переработки огромного количества нерудных полезных ископаемых. Поэтому цементные бетон (железобетон) и растворы представляют собой дорогостоящий строительный материал.

Сократить расход цемента, а в некоторых случаях и полностью отказаться от него, поможет широкое вовлечение в производство местных вяжущих веществ техногенных отходов различных производств.

Значительным промышленным отходом, возможности переработки которого раскрыты еще не полностью, являются отвальные сталеплавильные шлаки.

Вовлечение в хозяйственный оборот отвальных сталеплавильных шлаков позволяет получать материал с высокими эксплуатационными и специальными свойствами, не уступающими, а иногда и превосходящими, свойства традиционно применяемых на основе портландцемента, решать экономические и экологические задачи.

Технология изготовления мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего базируется на использовании существующих промышленных линий по производству бетона, что позволяет получить значительный экономический эффект в сфере промышленного производства.

Решение проблемы повышения эффективности вяжущих свойств тонкоизмельченного отвального сталеплавильного шлака и использование его как вяжущего может быть осуществлено путем комплексного использования потенциальных возможностей отходов стекла, алюмосо-держащих отходов химической промышленности Это позволит получить мелкозернистые бесклинкерные бетоны безавтоклавного твердения с прочностью до 15-20 МПа, морозостойкостью более 200 циклов, водопо-глощением до 6% при минимальных трудовых, материальных и энергетических затратах.

В связи с вышеизложенным, исследования направленные на разработку составов и технологии мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего являются актуальными.

Цель работы является разработка составов и технологии мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего, приближающихся по своим эксплуатационным характеристикам бетонам на основе портландцемента.

Задачи исследований.

1. Разработать теоретические положения получения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора.

2. Теоретически обосновать и практически подтвердить возможность использования бесклинкерного вяжущего для получения мелкозернистых бетонов и изделий на их основе.

3. Определить рациональные составы бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе.

4. Исследовать процессы структурообразования при твердении раствора синтезируемого вяжущего вещества и бетона.

5. Установить основные зависимости свойств (прочности, плотности, водопоглощения и т.д.) бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе от технологических параметров.

6. Разработать технологию производства мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего.

Научная новизна работы. Разработаны теоретические положения твердения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноиз-мельченного отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора. в условиях тепловлажностной обработки.

Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования бесклинкерного вяжущего для производства мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения.

Установлены основные зависимости свойств бесклинкерного вяжущего мелкозернистого бетона и изделий от технологических параметров.

Идентифицирован качественный состав новообразований контактного слоя бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноиз-мельченного отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора после те-пловлажностной обработки.

Разработана технология производства изделий из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего.

Практическое значение и реализация результатов работы. Определены рациональные составы бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора и мелкозернистого бетона на его основе.

Разработана технология, позволяющая изготавливать изделия из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего на существующих заводах по производству железобетонных изделий.

Определены рациональные области применения изделий из разработанного мелкозернистого бетона на смешанного бесклинкерного вяжущего, доказана эффективность производства и применения предложенной продукции.

Установлено, что использование бесклинкерного вяжущего при изготовлении мелкозернистого бетона позволяет снизить себестоимость 1 м2 изделий по сравнению с 1 м2 изделий из мелкозернистого бетона на основе портландцемента на 28,4 %.

Экологическая значимость. Экологическая значимость работы заключается в использовании крупнотоннажных отходов сталеплавильного производства, стеклобоя и отходов химической промышленности в технологии получения изделий различного функционального назначения из мелкозернистых бесклинкерных бетонов, что позволяет решать экологические проблемы, расширить сырьевую базу, обеспечить определенную экономию энергетических ресурсов. и

Внедрение результатов исследований. Опытно-промышленное опробование результатов исследований осуществлялось на заводе АО "Фирма ЖБИ-6" г.Волгограда и ОАО «Управление Фасадремонт Волго-градгоргражданстрой». Из разработанного мелкозернистого бесклинкерного бетона выпущена партия тротуарных плит.

Апробация работы. Диссертационная работа выполнялась в период с 2002-2005 гг. Основные положения диссертационной работы доложены на международных, всероссийских и внутривузовских научных конференциях и семинарах в том числе: III Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии" (Тула, 2002 г.); III Международной научно-технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций" (Волгоград, 2003 г.); научно-практической конференции "Стратегия развития архитектурно-строительной отрасли и ЖКХ, внедрение в практику наукоёмких и инновационных технологий" (Волгоград, 2003 г.); IV Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии" (Тула, 2003 г.); научно-технической конференции "Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области" (Волгоград, 2003 г.); V Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии" (Тула, 2004 г.); IV Международной научно- технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов" (Волгоград, 2005 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСУ (Волгоград, 2003-2005 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 185 страницах, включающего 39 таблицы, 22 рисунков и фотографий, список литературы из 154 наименований, 3 приложений. На защиту выносятся:

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ

1. Разработаны теоретические положения твердения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченных отвального сталеплавильного шлака, стеклобоя, модифицирующей алюмосодержащей добавки и щелочного компонента, твердеющего в условиях тепловлаж-ностной обработки.

2. Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования бесклинкерного вяжущего для получения мелкозернистых бетонов и изделий на их основе, что открывает новый эффек

• тивный путь утилизации отходов сталеплавильного производства, боя искусственных стекол и алюмосодержащих отходов химической промышленности.

3. Определены рациональные составы бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе.

Оптимальный состав бесклинкерного вяжущего активностью 25,0 МПа: отвального сталеплавильного шлака -52 %; стеклобоя - 37 %; модифицирующей алюмосодержащей добавки -11%; щелочного активи затора - 7,4 % (от массы вяжущего).

Установлено, что для получения мелкозернистого бетона марки не ниже М 150 необходимо: 25 % бесклинкерного вяжущего и 75 % смешанного заполнителя, состоящего из 35 % отвальных сталеплавильных шлаков и 65 % песка. При водо-вяжущем отношении 0,33.

4. Физико-химические исследования структурообразования при твердении раствора синтезируемого вяжущего вещества и бетона показали, что под воздействием температуры, щелочной среды и в присутствии алюмосодержащей добавки происходит образование водостойких т соединений в виде гидратных щелочно-щелочноземельных алюмосили-катных соединений.

5. Установлены основные зависимости свойств (прочности, плотности, водопоглощения и т.д.) бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе от технологических параметров.

6. Определены рациональные области применения изделий из разработанного мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего.

7. Установлены главные технологические параметры, позволяющие получать мелкозернистый бетон марки не ниже М 150: удельная поверхность смешанного бесклинкерного вяжущего 4000-4500 см /г; уплотнение бетонной смеси - вибрирование с пригрузом; режим тепловлажност-ной обработки:

- подъем температуры - 3 ч;

- экзотермическая выдержка при температуре 90 + 5°С -6 ч;

- снижение температуры -2 ч.

8. Разработана технология производства мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего и изделий из них на базе стандартного оборудования и проведено производственное опробование разработанной технологии при производстве тротуарных плит.

9. Определена технико-экономическая целесообразность производства и применения строительных изделий (тротуарных плит) из мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного вяжущего. Использование бесклинкерного вяжущего для производства тротуарных плит позволяет снизить себестоимость 1 м2 на 28,4 % по сравнению с портландцементом.

1. Аваков В А. Сравнительная растворимость некоторых модификаций кремнезема //Строительные материалы. - 1972. - № 11.- С.7-8.

2. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969. - 159 с.

3. Айлер Р. Химия кремнезема /Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 4.1 -421 е.; 4.П-67 с.

4. Аппен A.A. Химия стекла.- JI.:. Химия,1974.- 315 с.

5. Аппен A.A., Глушакова В.В. и Коялова С.С. Неорганические материалы, т.1, № 4, с. 576-582, 1965.

6. Астреева О.М. Петрография вяжущий материалов. М.: Гос-стройиздат, 1959. - 320 с.

7. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. М.: Стройиздат, 1981.- 464 с.

8. Бабушкин В.И. Физико-химические процессы коррозии бетонаи железобетона. М.: Госсройиздат, 1968. 187 с.

9. Бабушкин В.И.,Матвеев Г.М.,Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов. М.: Стройиздат, 1986. - 408 с.

10. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высшая школа, 1978. -445 с.

11. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий.-М.: Стройиздат, 1984.- 672 с.

12. Безбородое М.А. Синтез и строение силикатных стекол. -Минск : Наука и техника, 1968. 450 с.

13. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. М.: Стройиздат, 1978.- 367 с.

14. Буров В.Ю. Отделочные материалы на основе природного вулканического стекла перлита (технология и свойства). Дисс. . канд.техн.наук. - М. : МИСИ, 1979. - 156 с.

15. Буров Ю.С. Технология строительных материалов и изделий. -М.: Высшая школа, 1972. 464 с.

16. Бутт Ю.М., Окороков С.Д., Сычев М.М., Тимашев В.В. Технология вяжущих веществ. М.: Высшая школа, 1965. - 619 с.

17. Бутт Ю.М., Рашкович Л.Н. Твердение вяжущих при повышенных температурах. М.: Стройиздат, 1965. - 223 с.

18. Будников П.П., Значко-Яворский И.Л. Гранулированные доменные шлаки и шлаковые цементы.- М.: Промстройиздат, 1953.- 223 с.Щ

19. Власов B.B.Безавтоклавные изделия на перлито-известково-гипсовом вяжущем. Дисс. . канд. техн. наук. М. : МИСИ, 1983. - 190 с.

20. Вознесенский В.А.Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследований. М. : Финансы и статистика, 1981. - 263 с.

21. Волженский A.B. Автоклавные материалы и изделия. М. : Госстройиздат, 1956. - 128 с.

22. Волженский A.B. Водотермическая обработка строительных материалов в автоклавах. М. : АН СССР, 1944. - 55 с.

23. Волженский A.B. Об условиях образования и структуры цементирующих веществ в автоклавных материалах // Доклады межвузовской конференции по изучению автоклавных материалов и применению в строительстве. JI. : ЛИСИ, 1959. - С. 93-97.

24. Волженский A.B., Буров Ю.С., Виноградов Б.Н., Гладких К.В. Бетоны и изделия из шлаковых и зольных материалов. М. : Стройиздат, 1969. - 392 с.

25. Волженский A.B., Буров Ю.С., Колокольников B.C. Минеральные вяжущие вещества. М. : Стройиздат, 1979. - 479 с.

26. Волконский Б.В., Мякишев С.Д., Штейерт H.H. Технологические физико-механические и физико-химические исследования цементных минералов. Л. : Стройиздат, 1972. - 361 с.

27. Волочиенко Л.И. Гранулированное пеностекло из стеклобоя. Автореф. дис. канд. техн. наук. М. : 1985. - 19 с.

28. Воробьев Х.С. Состояние и перспективы использования вторичных продуктов и отходов промышленности в производстве строительных материалов // Строительные материалы. 1985. -№ 10. - С. 6-8.

29. Выход и переработка доменных и сталеплавильных шлаков по заводам СССР за 1982 г. М. : Гипромез, 1982. - 117 с.

30. Гершберг O.A. Технология бетонных и железобетонных изделий. М.: Стройиздат, 1971. 359 с.

31. Глуховский В.Д. Грунтосиликаты. Киев : Госстройиздат, 1959.- 187 с.

32. Глуховский В.Д. Шлако-щелочные вяжущие и мелкозернистые бетоны на их основе. Ташкент : Узбекистан, 1980. - 483 с.

33. Глуховский В.Д. и др. Щелочные и щелочно-щелочноземельные гидравлические вяжущие и бетоны. Киев: Вища школа, 1979. - 231 с.

34. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. Киев: Буд1вельник, 1978. - 184 с.

35. Глуховский В.Д., Ростовская Г.С., Панкратов В.Л. О свойствах шлакощелочных вяжущих //Строительные материалы и конструкции. 1981. - № 4. - С. 24-25.

36. Глуховський В.Д. Грунтосшпкатш вироби i конструкцп. Кшв, "Буд1вельник", 1967.

37. Говоров A.A. Процессы гидротермального твердения шлаковых дисперсий. Киев, Наукова думка, 1976. -30 с.

38. Горбатый Е.Ю., Мартынова К.А. Вяжущие свойства некоторых шлаковых стекол. В сб. : Металлургические шлаки и применение их в строительстве, М., 1962, - С. 127-134.

39. Горлов Ю.П., Буров В.Ю. отделочные изделия из перлитобе-тона //Тезисы докладов научной Всесоюзной конференции "Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции. Киев: КИСИ, 1979.-С. 115-117.

40. Горлов Ю.П., Капитонов Г.В., Волочиенко Л.Н., Потапова O.K. Пути эффективного использования стеклобоя. Сб. тр. / МИСИ им. В.В.Куйбышева, М. : МИСИ, 1989. - 240 с.

41. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Буров В.Ю. Авторское свидетельство № 718408. Б.И., 1980, № 7.

42. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Буров В.Ю. Отделочные бесцементные материалы на основе кислых вулканических стекол //Строительные материалы. 1980. - № 9. - С. 9-10.

43. Горчаков Г.И. Строительные материалы. М. : Стройиздат, 1981.-412 с.

44. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М. : Стройиздат, 1986. - 688 с.

45. Горшков B.C. Гидратационные и вяжущие свойства шлаков, составляющих их материалов и стекла. Автореф. дисс. . докт. техн. наук. М., 1971.-51 с.

46. Горшков B.C. Термография строительных материалов. М. : Стройиздат, 1968. - 238 с.

47. Горшков B.C., Тимашев В.В., Савельева В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М. : Высшая школа, 1981.- 335 с.

48. Горшков B.C. и др. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений. М., Высшая школа, 1988. - 400 с.

49. Григорьев П.Н., Дороненко И.М. Защита строительных конструкций от коррозии. М. : Госхимиздат, 1955. - 360 с.

50. ДворкинЛ.И., ПашковИ.А. Строительные материалы из промышленных отходов.-Киев: Вища школа, 1980.-144 с.

51. Использование отходов в цементной промышленности //Тр. Ин-та НИИцемент. М., 1982. - 142 с.

52. Зверков Б.А. Легкий жаростойкий керамзитобетон на перлито-щелочной вяжущей композиции. Дисс. . канд. техн. наук.-М. : МИСИ, 1984. 183 с.

53. Зегенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем.- М. : Наука, 1976. 390 с.

54. Зосин А.П.,Гуревич Б.И., Залкинд O.A. Химия и технология силикатных материалов.- Л., 1971. 65 с.

55. Иванова Н.М. Бетоны повышенной атмосферостойкости на основе отходов минераловатного производства. Дисс. . канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1986. - 199 с.

56. Иванов Ф.М. Защита железобетонных транспортных сооружений от коррозии.-М.: Транспорт.- 175 с.

57. Глиношлаковые строительные материалы /В.И.Калашников, В.Ю. Нестеров, В.Л. Хвастунов и др.; Под общ. ред В.И.Калашникова. Пенза, 2000. - 207 с.

58. Строительные композиционные материалы на основе шлаковых отходов / А.Д. Корнеев, М.А. Гончарова, Б.А. Бондарев; Под общ. ред. А.Д.Корнеева. Липецк, 2002. -120 с.

59. Кантор B.C., Слабышев Г.М. Стеклокерамические облицовочные плитки на базе местных глин. //Строительные материалы.-1976. -№ 1.-С.17.

60. Капитонов Г.В. Коррозионностойкие бетоны на перлитовом связующем / Технология и свойства. Дисс. . канд.техн.наук.-М.,1982. 156 с.

61. Кино В.В. Коррозия цементов и бетонов в гидротехнических сооружениях.-М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955.- 320 с.

62. Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. - 775 с.

63. Киреев В.А. Краткий курс физической химии.- М.: Химия, 1978.-620 с.

64. Кирилишин В.П. Исследование возможности получения искусственного песчаника, как химически стойкого материала для строительства. Автореф. дисс. . канд.техн.наук. Одесса: ОСИ, 1969.-21 с.

65. Кирилишин В.П. Кремнебетон.-Киев: Буд1вельник, 1975.-110 с.

66. Крамер В. Доменные шлаки и шлаковые цементы. IV Международный конгресс по химии цемента.-М.: Стройиздат, 1964.- С.33-36.74. 78. Ковба Л.К., Трунов В.К. Рентгенофазовый анализ.-М.: Изд. МГУ, 1976.-232 с.

67. Курепа Р.Н. и др. Тепловая обработка бетона из шлакощелочных вяжущих.-Бетон и железобетон, № 12, 1976,-с. 21-22.

68. Курбатова И.И. Современные методы химического анализа строительных материалов.-М.: Стройиздат, 1972.-161 с.

69. Ларионова В.М., Никитина Л.В., Гарашин В.П. Фазовый состав, микроструктура и прочность цементного камня и бетона.-М.: Стройиздат, !(??.-264 с.

70. Ласкорин Б.И., Громов Б.В. и др. Проблемы развития безотходных производств. М. : Стройиздат, 1981. - 207 с.

71. Ли Ф.М. Химия цемента и бетона. М. : Госстройиздат, 1961. -645 с.

72. Лыков A.B. Тепломассообмен / Справочник. -М.: Энергия, 1978.-480 с.

73. Лыков A.B. Тепло- и массообмен к процессах сушки. М.-Л. : Госстройиздат, 1966. - 464 с.

74. Лохер Ф.В. Гидравлические свойства и гидратация стекол в системе СаО-ЗЮг-А^Оз. IV Международный конгресс по химии цемента.-М.: Стройиздат, 1964.

75. Макеева Н.В. Структурообразование в вяжущем на основе кислого вулканического стекла. Дисс. . канд.техн.наук. М. : МИСИ, 1984.- 140 с.

76. Малинина Л.А. Тепловлажностная обработка тяжелого бетона. М. : Стройиздат, 1977. - 159 с.

77. Матвеев М.А Влияние продолжительности растворения и температуры воды на растворимость гидратированных стекловидных силикатов натрия //Труды по химии и технологии силикатов. М. : Госстройиздат, 1956. - С. 364-370.

78. Матвеев М.А. О строении щелочных силикатов, гидратированных в стеклообразном состоянии // Труды по химии и технологии силикатов. М.: Госстройиздат, 1957. - С. 373-390.

79. Матвеев М.А. Определение растворимости и кремнеземистого модуля стекловидных щелочных силикатов. // Труды по химии и технологии силикатов. М.: Госстройиздат, 1956.-С. 333-338.

80. Матвеев М.А. Растворимость стеклообразных силикатов натрия. М. : Промстройиздат, 1957. - 96 с.

81. Матвеев М.А. Расчеты по химии и технологии стекла // Справочное пособие. М. : Стройиздат, 1972. - 239 с.

82. Матвеенко В.А. Исследование шлакощелочных вяжущих и бетонов с использованием щелочных отходов промышленных производств. Автореф. дисс.канд.техн.наук.-Киев, 1979.-23 с.

83. Меркин А.П.,Горлов Ю.П., Седунов Б.У., Сычев Ю.В., Сорокина К.Г. Авт. свидетельство № 693566. Сырьевая смесь для приготовления высокоогнеупорного бетона.

84. Меркин А.П., Зейфман М.И. Бетоны и изделия на основе кислых вулканических стекол // Тезисы докладов научной Всесоюзной конференции : Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции. Киев: КИСИ, 1979. - С. 15-16.

85. Меркин А.П., Зейфман М.И., Иванова Н.М. Местное вяжущее на основе стекольного боя . М. : ВНИИЭСМ. - 1981. Серия 8. - Вып. 5. - С. 8-9.

86. Методические указания по определению экономической эффективности использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в промышленности строительных материалов //Пр. МПСМ СССР. 1984. № 284. - 37 с.

87. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М., 1961. - 863 с.

88. Миронов С.А. и др. Бетоны автоклавного твердения. М. : Госстройиздат, 1958. - 92 с.

89. Москвин В.Н. Коррозия бетона в агрессивных средах. М., 1971.-219с.

90. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.П., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. М.: Строй-издат, 1980. - 636 с.

91. Мощанский H.A. Повышение стойкости строительных материалов и конструкций, работающих в условиях агрессивных сред. М.: Госстройиздат, 1962. -235 с.

92. Невиль A.M. Свойства бетона / Пер. с англ. М. : Стройиздат, 1972. - 344 с.

93. Ниллендер Ю.А. Поверхностная прочность бетона и связи ее появления с появлением трещин. Коррозия бетона. Труды конференции М.-Л. : АН СССР, 1937.

94. Окомото Г., Окура Т., Гото К. Свойства кремнезема в воде. В сб.: "Геохимия литогенеза". - М.: Ил, 1963.

95. Окороков С.Л. К вопросу о механизме "коллоидации" по А.А.Байкову при твердении вяжущих веществ //Труды совещания по химии цемента.-М.:Промстройиздат,1956.-С.173-182.

96. Пашков И.А. Исследование грунтосиликатных бетонов на основе грунтов, шлаков и созданий щелочных металлов. Авто-реф. дисс. докт.техн.наук. Киев, 1966. - 46 с.

97. Пащенко A.A. Новые цементы.-Киев: Буд1вельник, 1978.-220 с.

98. Порай-Кошиц Е.А. Кристаллохимические аспекты строения неорганических стекол.- В кн.: Стеклообразное состояние. -М.-Л.: Наука, 1965. С. 7-13.

99. Потапов Д.А. Возможность эффективного использования техногенных отходов при производстве местных строительных материалов // Материалы Международного студенческого форума : в 2 ч. Белгород, 2002. - Ч. 2. - С.44.

100. Пушкарева Е.К. Роль кристаллохимического фактора в синтезе прочности щелочно-щелочноземельного камня. В сб.: Шла-кощелочные цементы, бетоны и конструкции. - Киев, 1984.-С.21-23.

101. Ракша В.А. Исследование влияния химического состава шлаков на свойства шлакощелочных вяжущих и бетонов. Автореф. дисс. . канд.техн.наук. Киев, 21975, - 21 с.

102. Рамачандран B.C. Применение дифференциально-термического анализа в химии цементов. М. : Стройиздат, 1977.-408 с.

103. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. М. : АН СССР, 1966. - 400 с.

104. Ребиндер А.П. Физико-химические представления механизма схватывания и твердения минеральных вяжущих веществ // Труды совещания по химии цемента. М. : Промстройиздат, 1966.-С. 125-137.

105. Рояк С.М.,Школьник Я.Ш., Ориниский И.В. Взаимосвязь структуры доменных шлаков с их вяжущими свойствами.-Цемент, №10, 1970.- С.11-12.

106. Руцков А.П. Краткий курс коллоидной химии. Л. : Химия, 1958.-280 с.

107. Саталкин A.B. и др. Технология изделий из силикатных бетонов.-М. : Стройиздат, 1972.- 344 с.

108. Сатарин В.И. Современные цементные заводы.- М. : Стройиздат, 1967. 196 с.

109. Себер Дж. Линейный регрессивный анализ. М. : Мир, 1980.456 с.

110. Сизов В.Н. и др. Технология бетонных железобетонных изделий. -0 М. : Высшая школа. 1972. 520 с.

111. Составление доклада о техническом уровне и наиболее важных отечественных и зарубежных достижений в области использования основных видов вторичного сырья. М.: ВиВР, отчет, 1977.

112. Справочник по производству цемента / Под ред. И.И.Холина. -М. : Госстройиздат, 1963. 851 с.

113. Субботкин М.И., Курицына Ю.С. Кислотоупорные бетоны и растворы. М. : Стройиздат, 1967.

114. Сычев М.М. Неорганические клеи. М. : Химия, 1986. - 152 с.

115. Тимашев В.В., Никонова Н.С. Роль щелочных катионов в процессах образования волокнистых форм кристаллов гидросиликатов кальция. В кн. : Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции. Киев, 1979. - с. 19-21.

116. Торопов H.A., Сычев М.М. Исследование вяжущих свойств стекол системы СаО SiC>2 - AI2O3 - РегОз. - Тр. Ленинградского технологического института, вып. 29, 1954. - с. 44-51.

117. Тринкер Б.Д., Егоров Л.П. Коррозия и защита железобетонных промышленных труб. М. : Стройиздат, 1969. - 127 с.

118. Химия цемента / Под ред. Х.Р.Тейлора. -М.: Стройиздат, 1969.- 501 с.

119. Хинт И.А. О режимах рационального запаривания //Докл. межвузовской конференции по изучению автоклавных материалов и их применение в строительстве. Л. : ЛИСИ, 1959. -С. 35-41.

120. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М. : Наука, 1972. - 307 с.

121. Шестоперов C.B. Долговечность бетона. М. : Автотрансиз-дат,1960. - 512 с.

122. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях /Под ред. В.Д.Глуховского. Киев : Вища школа, 1982. - 224 с.

123. Шпынова Л.Г. Формирование и генезис микроструктуры цементного камня. Электронная стереомикроскопия цементного камня. Львов 6 Вища школа, 1975. - 157 с.

124. Шумков А.И. Местные вяжущие, получаемые по энергосберегающим технологиям // Изв. вузов. Строительство. — 1993. -№ 11-12.

125. Эйтель В. Физическая химия силикатов.- М.: ИЛ, 1962.-1055 с.

126. Юдина Л.В., Юдин A.B. Металлургические и топливные шлаки в строительстве. Ижевск, 1995. - 160 с.

127. Юнг В.Н. Основы технологии вяжущих веществ. М. : Пром-стройиздат, 1951. - 548 с.

128. Юнг В.Н., Бутт Ю.М. Местные вяжущие строительные материалы // Труды по химии и технологии силикатов. М. : Гос-стройиздат, 1956. - С. 77-86.

129. Medquesi J., Amrich L. A beton korrozio kutatas uj vis sgalati rendszere es az eiert eredmenyck // Eptioanyag. -1977.-№ 12. 29.

130. Reclamation Industries International. 1974. - № 6. - P. 27.

131. Resourse Recovery and Waste Reduction // First Report to Con-qress. Wash., 1974. - PP. 6-7.

132. Other uses for recovered waste qlass // Glass. 1977. - Vol. 54. -№4. - P. 151,154.

133. Stavehni Hmota s obeshem odpadniho acta // Stavivo. 1973. - V. 51.-№7.-P. 273.

134. Varmylen M. Glass-recyching in Europa Glass Technol, 1979, 20, №3, 80-86.

135. Polinelli G.A. Large scale glass-recyclingresely in Switzerland. -Class, 1977,54, № 4, 146-149.

136. Stirling H. Elektro-opycal sorting. Glass, 1977,54, № 4, 128-137.

137. Glass Recycling. - Glass, 1974, 51, № 3, 118-1200.

138. Glass Recycling in USA. - Rense / Recycle, 1973, 3, № 6, 6.

139. Pack A.E. Cullet handling eguipment. Glass, 1979, 56, № 11, 438-442.

140. Glass Recucling. - Glass, 1976, 53, № 1, 7-8.

141. Frondel C., The System of Mineralogy of DANA, 7 th ed., Vol. 3, Silica Vinerals, Wiley,New York, 1962.