автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Мелкозернистый бетон безавтоклавного твердения на основе смешанного бесклинкерного вяжущего



З-ЪНЮб-с

Волгоградская государственная архитектурно-строительная

академия

На правах рукописи Потапова Ольга Кирилловна

МЕЛКОЗЕРНИСТЫМ БЕТОН БЕЗАВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ НА ОСНОВЕ СМЕШАННОГО БЕСКЛИНКЕРНОГО

ВЯЖУЩЕГО

Специальность 05,23.05 - Строительные материалы и изделия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители : доктор технич.наук, профессор

Горлов Ю.П.

кандидат техн.наук, профессор Акчурин Т.К.

Волгоград, 1998 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ современного использования техногенных отходов

в строительной индустрии................................11

1.2. Т еоретические основы твердения бесклинкерных вяжущих .. 24

1.3. Теоретическое обоснование возможности получения смешанного бесклинкерного вяжущего,.......................36

Выводы и заключения по главе 1.............................50

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Характеристика сырьевых материалов......................50

2.2. Методики исследований

2.2.1.Методика физико-механических исследований.............51

2.2.2. Методика физико-химических исследований ...............59

2.2.3. Методика математического планирования .................61

2.2.4. Методика статистической обработки эксперимента......... 65

Выводы и заключения по главе 2......................................67

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Активность смешанного бесклинкерного вяжущего ...........68

3.2. Физико-химические исследования формирования микрострук-

П Г—'

туры вяжущего вещества ................................./5

3.3. Подбор состава мелкозернистого бесклинкерного бетона и его оптимизация по технолог ическим параметрам ................87

3.4. Долговечность мелкозернистых бесклинкерных бетонов ..... 104

Выводы и заключения по главе 3............................116

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕЛКО ~

ЗЕРНИСТОГО БЕТОНА БЕЗАВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕК -ТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА 4.1. Основы технологии производства и применения мелкозернистых бесклинкерных бетонов безавтоклавного твердения.....119

4.2. Опытно-промышленное опробование изделий..............127

4.3. Технико-экономическое обоснование эффективности производства................................................... 124

Выводы и заключения по главе 4 .............................128

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ ................................129

ЛИТЕРАТУРА ................................................... ЛЗТ

ПРИЛОЖЕНИЯ .........................................................146

ВВЕДЕНИЕ

Промышленность строительных материалов - одна из ресурсоемких отраслей народного хозяйства. В настоящее время перехода к рыночным отношениям высокая ресурсоемкость является одним из важнейших факторов, сдерживающих развитие этой отрасли, следовательно всего строительного комплекса. Поэтому» 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 [23,82], 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 [63,150].

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 [40,43-46,5154,64,97-99]. 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 [4-6,10-14,26,36,39,43-46,52,68,94,114-122,153].

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, является бой щелочных искусственных стекол (строительного, гарного, электролампового, кинескопного и т.п.).

Вовлечение в хозяйственный оборот стеклобоя 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 бесцементного бетона на основе стеклобоя 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 тонко-измельченного стеклобоя и использование его как вяжущего может быть осуществлено путем комплексного использования потенциальных возможностей многотоннажных отходов строительного, электролампового и стекольного производства. Это позволить получить мелкозернистые бесклинкерные бетоны бекзавтоклавного твердения с прочностью до 15-20 МПа, морозостойкостью более 150 циклов, водопоглощением до 9% при минимальных трудовых, материальных и энергетических затратах.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с "Целевой комплексной программой Минэнерго СССР по использованию отходов на 198690 годы и на период до 2000 года" и с федеральной программой "Переработка отходов электростанций и промышленности" (Постановление СМРФ от 6 декабря 1993 года № 1265).

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

Задачи исследований.

1. Разработка теоретических положений получения смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом.

2. Разработка технологии производства мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе смешанного бесклинкерного вяжущего.

Научная новизна работы. Разработаны теоретические положения твердения смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом в условиях тепловлажностной обработки.

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

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

Идентифицирован качественный состав новообразований контактного слоя смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмель-ченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом после тепловлажностной обработки.

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

Практическое значение и реализация результатов работы. Определены рациональные составы смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом и мелкозернистого бетона на его основе.

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

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

Установлено, что использование смешанного бесклинкерного вяжущего при изготовлении мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения позволяет снизить себестоимость 1 м2 изделий по сравнению с 1 м2 изделий | из мелкозернистого бетона на основе портландцемента на 25-30%.

Внедрение результатов исследований. Опытно-промышленное опробование результатов исследований осуществлялось на заводе А.О."Фирма ЖБИ-6" г.Волгограда. Из разработанного бетона выпущена партия фасад-I ных плит.

Для предприятия Минэлектронпрома разработан и внедрен технологический проект цеха по производству изделий из бесклинкерного бетона производительностью 180 тыс.м2 в год элементов мощения.

Апробация работы. Диссертационная работа выполнялась в период с 1984-1997 гг. Основные положения диссертационной работы доложены на международных, Всесоюзных, республиканских и институтских научных конференциях в 1987-1998гг., в том числе: III научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Молодые ученые - отрасли строительных материалов и строительству. Перспективное развитие промышленности строительных материалов в XII пятилетке" (Белгород, 1987г.) ; научно - технической конференции молодых ученых и специалистов Минстройматериалов СССР и Минвуза РСФСР " Актуальные

проблемы строительства" (Воронеж, 1987г.); Региональной научно-практической конференции "Использование отходов промышленности в производстве строительных материалов" (Волгоград, 1989г.); научно-технической конференции к 40-летию Волгоградского инженерно-строительного института (Волгоград, 1992г.); на I межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области "Экология и охрана окружающей среды, строительство" (Волгоград, 1994г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСА (Волгоград, 1987-1997 гг.); международном научном Симпозиуме "Глобальные проблемы экологии. Энергосбережение, энергоэффективность и экологическая безопасность" в рамках международного Конгресса "Экология, жизнь, здоровье" (Волгоград, 1996 г.); международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительного материаловедения" Вторые Академические чтения РААСН (Казань, 1996 г.); международной научно-практической конференции "Комплексные проблемы строительной экологии и охраны окружающей Среды" (Кемер, Турция, 1996 г.); международной технической конференции Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций" (Волгоград, 1998 г.). Основное содержание диссертации опубликовано в 16 работах и подана заявка на получение патента .

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 154 страница-машинописного текста, включающего 29 таблиц , 18 рисунков и фотографий, список литературы из 168 наименований, 6 приложений.

На защиту выносится:

-теоретическое обоснование возможности получения смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом;

-теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности использования смешанного бесклинкерного вяжущего для гюлуче-

г*

ния мелкозернистого бетона оезавтоклавного твердения и изделии из него;

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

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

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

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

-технико-экономическая целесообразность производства и применения строительных изделий (фасадных плит) из мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе смешанного бесклинкерного вяжущего

В диссертационной работе все названия и расценки приведены по состоянию на 1.01.1991 год.

Автор диссертации выражает глубокую благодарность научным руководителям доктору технических наук, профессору 1 Горлову Ю.п) (МГСУ) и профессору Акчурину Т.К. (ВолгГАСА), доктору технических наук, профессо-

ру

Бурову В.Ю] (МГСУ), академику АИН Украины, доктору технических

наук, профессору Козлову Ю.Д., оказавших большую помощь при работе над диссертацией.

ГЛАВА 1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Комплексная переработка многотоннажных энергетических предприятий, металлургических. химических и других производств в ценные строительные материалы и изделия позволяет высвободить дефицитные угодья, отводимые под отвалы, существенно уменьшить загрязнение окружающей среды и повысить степень обеспеченности народного хозяйства страны строительными материалами при минимальных издержка производства [40,82].

Широкое вовлечение техногенных отходов в производство строительных материалов и изделий расширяет сырьевую базу этой отрасли, а в случае применения технологий, обеспечивающих глубокую переработку сырья, позволяет в ряде отраслей ( например, металлургии,нефтехимии, энергетике и др.) наряду с основным продуктом получать строительные материалы различного назначения. При этом достигается экономия сырьевых , материальных и энергетических ресурсов, т.к. существенно повышается эффективность капиталовложений [23,40,41,64].

1.1, Анализ современного использования техногенных отходов в строительной индустрии В стране скопилось огромное количество отходов различных отраслей промышленности , которые являются потенциальными источниками сырья для строительной индустрии [41,135].

К настоящему времени в отвалах накоплены десятки миллиардов тонн различных отходов ( горные выработки, горелые породы, шлаки и золы, вторичные продукты лесопиления и деревообработки и др.) [23,40,41,64,82,123,135].

В нашей стране и за рубежом накоплен большой опыт использования отходов различных производств в строительной индустрии.

Вопросам утилизации и переработки промышленных отходов посвящены исследования известных ученых:П.П.Будникова,П.И.Боженова, Г.И .Горчакова,КЗ,Горяйнова,В-Д Хлуховского,Г.В.Д иброва, 10 .М.Баженова, А.В.Волженского,Х.С.Воробьева, ЮЛ.Горлова, Г.Н.Книгиной, А.П.Меркина и ряда других исследователей [19,20,22,23,33,36,37,40,43-48,51-57,96-98]. На основании результатов этих исследований синтезирован ряд бесклинкерных вяжущих веществ, тепло- и звукоизоляционных, жаростойких бетонов и др. [6,9-14,31,44-46.51,65,70,112,115-122].

В Проблемной научно-исследовательской лаборатории грунтосиликатов Киевского инженерно-строительного института разработаны шлакощелочные вяжущие гидратационного твердения [44-46,125,140], для получения которых применяются гранулированные шлаки различного химического и �