автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Мелкозернистый жаростойкий бетон на вяжущем низкрй водопотребности и отходах металлургической промышленности Казахстана

ОД

(¡¡01/ 1^МАТИНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НИИСТРОМПРОЕКТ

На правах рукописи УДК 691.327:666.974.2

КАЖЕВА ГУЛЬНАЗ МАНАРБЕКОВНА

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ ЖАРОСТОЙКИЙ БЕТОН НА ВЯЖУЩЕМ НИЗКОЙ ВОДОПОТРЕБНОСТИ И ОТХОДАХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ КАЗАХСТАНА

Специальность 05.17.11 - Технология силикатных и

огнеупорных материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматы, 1996

Работа выполнена в Республиканском институте повышения к лификации руководящих работников и специалистов строительства

Научный руководитель: кандидат технических наук

Р.Б.Ергешев

Официальные оппоненты: доктор технических наук

А.Ш.Чердабаев, кандидат технических наук Ж.С.Урлибаев

Ведущая организация: Казахский институт минеральн

сырья НПО "Казнедра"

Защита состоится " 21" шня_1996 г. в "_" часов

заседании специализированного совета Д16.01.01 Алматинского учно-исследовательского и проектного института строительных териалов по адресу: 480060, г.Алматы, ул.Джандосова, 60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АлматинсК' НИИстромпроекта (г.Алматы, ул.Джандосова, 60).

Автореферат разослан " ^ " шя_ 1996 г.

Ученый секретарь л

специализированного совета оуи^'-'^р И.М.Де

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Рациональное использование топлива, сырья и других материальных ресурсов в промышленности строительных материалов, одной из самых материалоемких отраслей народного хозяйства, становится решающим фактором ее устойчивого развития в условиях проводимой экономической реформы. Поэтому проблема производства эффективных и экономичных строительных материалов с широким использованием промышленных отходов, а также снижение трудоемкости и повышение производительности труда при изготовлении строительных конструкций и сооружений различного назначения приобретают особую актуальность.

В последние годы при изготовлении разнообразных защитных покрытий, сооружении футеровок тепловых агрегатов и строительных конструкций, работающих в условиях воздействия высоких температур, получают распространение жаростойкие бетоны. Использование жаростойких бетонов взамен штучных огнеупорных материалов обеспечивает ускорение темпов строительства на 20-40%, уменьшение трудовых затрат в 2-3 раза, повышение срока службы и производительности тепловых агрегатов, уменьшение денежных затрат на текущий и капитальный ремонт.

Наибольший интерес для производства жаростойкого бетона по физико-механическим и экономическим показателям представляют портландцемент и шлакопортландцемент. Однако жаростойкий бетон на гидравлических вяжущих требует ограничения расхода воды для предотвращения термической усадки, что затрудняет укладку бетонной смеси. В связи с этим представляется перспективным изучить возможность применения в жаростойких бетонах вяжущего низкой во-допотребности (ВНВ) с эффективными водопонизителями, например.

суперпластификатором С-3. Для снижения усадки и улучшения жар тонких свойств бетона применяют специальные модифицирующие бавки.

Анализ имеющихся сведений показал, что для получения жар тойкого бетона с улучшенными физико-механическими характерно' ками и низкой себестоимостью целесообразно максимально исполь: вать отходы металлургической промышленности в качестве напол! теля вяжущего и заполнителя бетона. Наиболее перспективными , этой цели являются феррохромовые шлаки - саморассыпающийся ф( рошлак как минеральный компонент вяжущего и шлак высокоуглеродистого феррохрома как заполнитель бетона. В качестве модифш рующих добавок для связывания свободной извести, оптимизации I ристой структуры цементного камня и бетона, улучшения дефор!* тивно-прочностных свойств и снижения усадки представляется I лезным использовать микрокремнезем - пыль газоочистки феррос лавного производства - и техническую кальцинированную соду (кг бонат натрия).

Цель работы. Разработка эффективных составов мелкозернист го жаростойкого бетона на вяжущем низкой водопотребности с коь лексным использованием побочных продуктов ферросплавного про>: водства. Для этого было необходимо:

- установить оптимальные составы и технологические параме ры получения вяжущего низкой водопотребности на основе портлап цемента и саморассыпающегося феррошлака;

- исследовать влияние модифицирующих добавок микрокремнез ма и карбоната натрия на кинетику твердения, пористую структу и основные свойства цементного камня и жаростойкого бетона и о ределить оптимальное количество добавок;

- оптимизировать составы жаростойкого бетона на феррошлак

вом песке и вяжущем низкой водопотребности с модифицирующими добавками:

- изучить реологические свойства бетонных смесей, термические показатели и другие физико-механические свойства полученного жаростойкого бетона и определить область его применения.

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обосновано применение новых минеральных вяжущих систем низкой водопотребности на основе портландцемента и саморассыпающегося феррошлака с модифицирующими добавками микрокремнезема и карбоната натрия для получения жаростойкого бетона, в том числе:

- получены данные о кинетике гидратации, структурообразова-ния и твердения модифицированных цементных систем низкой водопотребности применительно к технологии жаростойкого бетона. Выявлено замедленное структурообразование модифицированного ВНВ. предопределяющее пролонгированный эффект сохранения подвижности бетонной смеси в процессе производства работ, и интенсивное твердение после схватывания, обеспечивающее необходимую прочность в короткие сроки при мягких режимах тепловлажностной обработки и в условиях нормального твердения;

- установлено положительное влияние модифицирующих добавок микрокремнезема и карбоната натрия на структурообразование и структурную пористость цементного камня и бетона на ВНВ и связанное с этим снижение усадки, улучшение деформативно-прочност-ных и термических свойств жаростойкого бетона;

- разработаны оптимальные составы и изучены основные технологические. Физико-механические и термические свойства малоклинкерных жаростойких бетонных смесей и бетонов на модифицированном вяжущем низкой водопотребности. Показано, что ВНВ, приготовленное с использованием в качестве минерального компонента саморас-

сыпающегося феррошлака, обеспечивает получение жаростойкого í тона с наилучшими термическими характеристиками по сравнению бетоном на ВНВ с минеральной добавкой гранулированного доменнс шлака и на глиноземистом цементе.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Ра работай мелкозернистый жаростойкий бетон с использованием отх дов ферросплавного производства в составе вяжущего низкой вод потребности и в качестве мелкого заполнителя бетона со знач тельной экономией клинкерной составляющей - портландцемент Технология разработанного мелкозернистого жаростойкого бето опробована в условиях АУ комбината строительных материалов конструкций, где выпущена опытно-промышленная партия аэродромн плит из модифицированного жаростойкого мелкозернистого бетона феррошлаковом песке и ВНВ-50 с феррошлаковым наполнителем, счет использования промышленных отходов себестоимость предлага мого бетона по сравнению с жаростойким бетоном на глиноземист цементе и природных заполнителях снизилась на 30% при одновр менном улучшении эксплуатационных свойств.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложе и обсуждены на Республиканской конференции Государственного к митета Казахской ССР "Основные пути ресурсосбережения в стро тельстве" (Джамбул, 1988г.); на межвузовской научно-теоретиче кой конференции молодых ученых (Алматы, 1993г.); научно-практ; ческой конференции профессорско-преподавательского состава, а пирантов и соискателей КазГАУ (Алматы, 1993г.)

Публикации. По результатам работы опубликовано 7 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, за' лючения, списка литературы из 95 наименований, содержит 13: страниц машинописного текста, 21 таблицу, 13 рисунков и пр:

ложения.

На защиту выносятся:

- результаты исследований влияния модифицирующих добавок микрокремнезема и карбоната натрия на структурообразование и твердение систем на основе ВНВ с минеральными добавками саморассыпающегося феррошлака и гранулированного доменного шлака, а также на структурную пористость, деформативно-прочностные и термические свойства мелкозернистого жаростойкого цементного камня и бетона;

- оптимальные составы модифицированного ВНВ и мелкозернистого жаростойкого бетона на его основе;

- результаты внедрения и технико-экономическое обоснование разработанного жаростойкого бетона.

1. Состояние вопроса

Выполненные в последние десятилетия обширные исследования по основным вопросам теории и технологии жаростойких бетонов нашли отражение в трудах К.Д.Некрасова, Т.В.Абызова. Т.В.Кузнецовой, Е.В.Зализовского, Г.Д. Саламатова, О.Я.Завьялова, И.А.Фомичева, Н.И.Федынина, А.И.Горшкова, А.А.Сильченко, В.В.Колтунова и других исследователей. Исследованы физико-химические процессы, протекающие в бетонах при повышенных температурах, и разработаны составы жаростойких бетонов на различных вяжущих и заполнителях, показана целесообразность применения для их производства металлургических шлаков.

Особое внимание привлекает мелкозернистый жаростойкий бетон, который обладает улучшенной удобоукладываемостью и формуе-мостью, что очень важно при изготовлении тонкостенных и густоар-мированных конструкций, а также высокой сопротивляемостью растягивающим напряжениям. Однако повышенная водопотребность мелко-

зернистого бетона из-за высокой удельной поверхности мелкого полнителя вызывает повышенный расход цемента, что увеличив усадку бетона, снижает его трещиностойкость, ухудшает дефор тивные свойства. Эти недостатки устраняются при использова минеральных добавок и суперпластификаторов, позволяющих получ мелкозернистый бетон с высокими прочностными свойствами при э номически оправданном расходе цемента.

Работы, проведенные ведущими научно-исследовательскими и титутами в области бетона и железобетона, показали возможно существенного улучшения технологических и строительно-технич ких характеристик бетона при помоле клинкера или собственно мента совместно с суперпластификатором или другими высокоэфф тивными водопонизителями. Совместный помол клинкера, минераль добавок и суперпластификатора позволяет получить вяжущее низ водопотребности с широким диапазоном прочностных и деформатив показателей. В зависимости от химико-минералогического сост минеральных добавок и их количества марка вяжущего получен пределах 50-80 МПа.

Добавки, применяемые в бетонах, обычно обладают полифунк ональным действием и наряду с приданием или усилением основн положительного эффекта изменяют, иногда с ухудшением, некото: другие важные строительно-технические свойства бетонной смеси бетона. Поэтому изыскиваются комплексные добавки для одноврем' ного улучшения свойств бетонной смеси, ускорения твердения, вышения прочности и долговечности бетона, улучшения его дефор] тивных свойств.

Основная задача, которую приходится решать при использо] нии высокоподвижных бетонных смесей - обеспечение их нерассл; ваемости и снижение усадки бетона. Для повышения седиментаци(

ной устойчивости подвижных смесей рекомендуется вводить естественные и искусственные тонкодисперсные добавки. Особенно эффективно использование ультрадисперсных кремнеземистых отходов ферросплавного производства - микрокремнезема. Эффективным противо-усадочным действием обладают щелочные карбонаты, улучшающие пористую структуру и деформатиЕно-прочностные свойства цементного камня и бетона.

Выполненный анализ литературных данных показал целесообразность исследований по получению мелкозернистого жаростойкого бетона с комплексным использованием шлаков ферросплавного производства - как заполнителя бетона и в составе вяжущего низкой во-допотребности с суперпластификатором С-3 и модифицирующими добавками аморфного микрокремнезема и карбоната натрия. При научном обосновании применения многокомпонентного вяжущего низкой водопотребности для жаростойкого бетона использованы работы В.Г.Батракова, Ш.Т.Бабаева. Н.Н.Долгополова и других ученых.

2. Характеристика исходных материалов и методы исследования

Вяжущее низкой водопотребности получали на портландцементе марки 400 Карагандинского цементного завода, содержащем 15% гранулированного доменного шлака, с использованием в качестве минерального наполнителя низкоуглеродистого саморассыпающегося шлака Актюбинского завода ферросплавов и, для сравнения, доменного гранулированного шлака Карагандинского металлургического комбината. В качестве контрольного вяжущего принят глиноземистый цемент марки 400. Заполнителем мелкозернистого бетона служил дробленый песок из шлака высокоуглеродистого феррохрома Актюбинского завода ферросплавов.

Использованный как минеральный компонент ВНВ актюбинский

саморассыпающийся Феррошлак представляет собой порошкообраз материал с размерами частиц преимущественно менее 0,08 Удельная поверхность саморассыпающегося феррошлака - 257 мг/ истинная плотность - 3,08 г/см3, насыпная плотность - 730 кг/ По химическому составу шлак относится к основным, модуль осн ности М0=1,85, модуль активности Ма=0,22. Показатели шлаков песка: истинная плотность - 2,98 г/см3, насыпная плотност 1480 кг/м3, пустотность - 50%. водопоглощение - 8%, модуль кр ности - 2, 88.

Минеральный состав саморассыпающегося низкоуглеродист феррошлака включает в основном двухкальциевый силикат у-формы также гелеобразную массу (гидросиликаты кальция и кремнезе. геленит, идиоморфные зерна шпинели, частички стекла, единич: зерна гипса. Шлак высокоуглеродистого феррохрома имеет прей; щественно форстеритовый состав. Кроме форстерита (Mg2Si04), ш. содержит около 20% шпинели и 20% стекла.

3. Исследование влияния модифицирующих добавок на свойс вяжущего низкой водопотребности и бетонов на его основе

Составы вяжущего низкой водопотребности оптимизированы i тодом математической статистики. Уровень варьирования техноло1 ческих факторов: содержание суперпластификатора С-3 - от 1 до от массы цемента, содержание саморассыпающегося феррошлак; составе вяжущего - от 30 до 70%, удельная поверхность вяжущегс от 500 до 650 м2/кг. После обработки результатов на микро-ЭВМ 1800 были получены уравнения, выражающие зависимость активное вяжущего в различном возрасте и при различных условиях твердев от исследуемых факторов.

Наибольшее влияние на активность вяжущего оказывает ко; чество вводимого шлака, с увеличением которого активность вял

щего снижается. Добавка суперпластификатора С-3 свыше 2% от массы цементной составляющей незначительно повышает активность вяжущего. С увеличением продолжительности твердения вяжущего влияние количества вводимого шлакового наполнителя несколько нивелируется.

В условиях нормального твердения при введении в состав ВНВ 70% саморассыпающегося феррошлака можно получить вяжущее марки 500, а при введении 30-50% шлака - марок 600-700. Снижение активности вяжущего с увеличением содержания в нем шлака до 50% носит замедленный характер, а с дальнейшим увеличением количества шлака ускоряется. Активность вяжущего в 28-суточном возрасте после тепловой обработки на 5-20% ниже, чем при твердении в нормальных условиях. С увеличением сроков нормального твердения до 90 сут. нарастание прочности при сжатии вяжущего по отношению к 28-суточной прочности составляет 10-20%. Прочность ВНВ при изгибе в целом изменяется пропорционально прочности при сжатии.

Увеличение удельной поверхности ВНВ с 500 до 650 мг/кг незначительно изменяет его активность. Учитывая прогрессирующее повышение расхода электроэнергии при тонком измельчении, оптимальной можно считать удельную поверхность вяжущего 500-550 мг/кг.

Для повышения прочности и снижения деформаций усадки ВНВ использовались добавки-модификаторы: микрокремнезем и карбонат натрия. Содержание саморассыпающегося феррошлака в составе вяжущего принято в количестве 30. 50 и 70%, содержание суперпластификатора С-3 в вяжущем - 2% от массы цементной составляющей, удельная поверхность вяжущего - 500-550 м2/кг. Количество микрокремнезема изменялось в пределах от 2 до 8%, технической соды - от 0,5 до 1,5% от массы вяжущего.

Полученные данные показывают, что вяжущее низкой водопот-

ребности имеет нормальную густоту теста на 30-40% ниже, чем л] нятый за эталон глиноземистый цемент. С увеличением содержа] шлака водопотребность вяжущего возрастает, схватывание замед. ется. Модифицированное ВНВ характеризуется повышенной водош ребностью и замедленными сроками схватывания по сравнению с 1 жущим без модифицирующих добавок. Все составы вяжущего выдерз вают испытания на равномерность изменения объема.

Высокая активность вяжущего с пониженным содержанием кл!

керного компонента обеспечивается введением добавки микрокрем!

зема. Уже 2%-ная добавка микрокремнезема от массы вяжущего пот

шает прочность при изгибе на 35-50% и при сжатии на 8-10%. Г

добавке 5% микрокремнезема прирост прочности ВНВ при изгибе

/

сжатии в зависимости от содержания шлака получен соответствен 30-60 и 12-15 %. Дальнейшее увеличение добавки микрокремнезе до 8% и более нецелесообразно, так как прирост прочности практ чески нивелируется из-за роста водопотребности вяжущего.

Развитие усадочных деформаций при твердении ВНВ обуслов; вается содержанием в нем клинкерной составляющей (цемента): увеличением ее доли в составе вяжущего с 30 до 70 % усадка вс растает на 25-30 %. При введении в состав вяжущего для компенс ции усадочных деформаций добавки карбоната натрия в количест 0,5-1,5 % от массы вяжущего проявляется четкая закономерное снижения деформаций усадки на 30-65% в зависимости от содержав добавки. Добавка в количестве 1% от массы вяжущего представляе ся достаточной для получения практически безусадочного материа достигается величина усадки 0,15 мм/м.

Вяжущее с 50%-ным содержанием саморассыпающегося феррошла при оптимальном количестве модифицирующих добавок - 5% микро ремнезема и 1% соды - через 28 сут. нормального твердения име

- 13 -

прочность при сжатии 62,3 МПа.

Состав мелкозернистого жаростойкого бетона на феррошлаковом песке и модифицированном вяжущем низкой водопотребности оптимизирован по критериям удобоукладываемости, прочности и минимальной усадки. Осуществлен четырехфакторный эксперимент с уровнями варьирования переменных: соотношение "вяжущее:мелкий заполнитель" - от 1:42 до 1:25 (0.24-0.4), расход воды затворения - от 170 до 190 л/м3, содержание добавки соды - от 0,5 до 1.5% от массы вяжущего, доля клинкерного компонента в составе вяжущего -от 30 до 70%. На основании полученных уравнений регрессии построены графические зависимости и установлены зоны оптимального сочетания варьируемых параметров по удобоукладываемости, прочности и усадке бетона. Полученные зависимости могут быть использованы для инженерного расчета оптимальных составов бетона в широком диапазоне удобоукладываемости бетонной смеси - от 25 с жесткости до 22 см осадки стандартного конуса - с прочностью при сжатии в марочном возрасте (28 сут. нормального твердения) от 30 до 80 МПа. Результаты оптимизации состава мелкозернистого бетона на феррошлаковом песке и модифицированном ВНВ с минеральной добавкой феррошлака диктуют выполнение следующих условий: отношение вяжущее:мелкий заполнитель (феррошлаковый песок) в пределах 0,31-0,34 или 1:3,22-1:2,94 по массе, расход воды затворения 175-180 л/м3 бетона, расход соды 1-1,5% от массы вяжущего, содержание клинкерного компонента в составе вяжущего до 50% (остальные 50% - минеральный наполнитель). При изменении исследуемых параметров в таких пределах осадка конуса бетонной смеси составляет 5-7 см. прочность при сжатии через 28 сут. нормального твердения - 50-60 МПа. усадка - 0,2-0,3 мм/м.

Реологическими и контрактометрическими исследованиями выяв-

лено замедленное структурообразование в бетонах на модифицщ ванном ВНВ, что диктует необходимость применения мягких режш твердения (предпочтительны нормальные условия).

Процессы нарастания пластической прочности паст на оснс немодифицированного ВНВ с саморассыпающимся феррошлаком прохо; в режиме, близком к режиму контрольного глиноземистого цемент с некоторым опережением в период формирования структуры. Систс на модифицированном вяжущем характеризуется незначительным от таванием процессов структурообразования. из-за повышенной boj потребности в результате добавки микрокремнезема. Контракция i модифицированного ВНВ при нормальном твердении носит равномер? характер и легко аппроксимируется прямой зависимостью с точь роста новообразований в суточном возрасте значительно ниже. 1 при тепловлажностной обработке (40°С), в то время как контрага. модифицированного вяжущего при нормальном твердении, несмотря значительную индукционную площадку в зоне 4-8 ч. выше, чем г тепловом воздействии. Твердение вяжущего с модифицирующими i бавками в нормальных условиях, видимо, способствует образовав менее плотных гидратных оболочек на поверхности взаимодейств!* щих с водой частиц вяжущего и сопровождается после начальнс периода замедленного структурообразования равномерным развита процесса с выходом на максимальную точку по изменению контракт онного объема, следовательно, по объему гидратных новообразоЕ ний и прочностным показателям проектируемого бетона.

4. Исследование высокотемпературных деформаций и определ ние структурных характеристик жаростойкого бетона

Высокотемпературные дилатометрические исследования с поп ременным нагревом до 700°С и равномерным остыванием в воздушн сухих условиях показали, что по относительным деформациям ц

ментный камень на модифицированном ВНВ-50 имеет условную термическую стойкость в 4-5 раз более высокую, чем контрольный камень на глиноземистом цементе. При этом конечная термическая усадка модифицированного цементного камня в 2 раза ниже, чем контрольного. Минеральная добавка феррошлака обеспечивает более высокие термические показатели цементного камня на модифицированном ВНВ, чем добавка гранулированного доменного шлака.

Согласно полученным данным (табл.1) практически все характеристики материала на модифицированных ВНВ при термических испытаниях изменяются в зависимости от температурно-влажностного состояния образцов. Сухие и нормально влажные образцы имеют близкие термические показатели. Образцы, подвергнутые попеременному замораживанию и нагреву, характеризуются 10-15%-ным снижением остаточной прочности и в 1,5-2 раза более низкой термостойкостью. Такая тенденция справедлива и для контрольного бетона на глиноземистом цементе, который, однако, обладает значительно более низкими показателями термостойкости, чем модифицированные системы. Наиболее высокие показатели термостойкости имеет бетон на модифицированном ВНВ-50 с минеральной добавкой феррошлака -от 10 до 20 Твд при 500°С против 5-10 Твд для бетона на ВНВ-50 с добавкой доменного шлака (в зависимости от исходного состояния образца).

В отличие от бетона на глиноземистом цементе, у бетонов на модифицированном вяжущем низкой водопотребности после нагрева наблюдается прирост прочности на сжатие (до 30%) при потере прочности на растяжение при изгибе на 20-30%. Вместе с тем значения остаточной прочности при изгибе значительно превышают требуемые СНиП 3.06.06-88, в связи с чем максимальная температура

Термические характеристики мелкозернистого жаростойкого бетона

Таблица 1

Температурно- Термостой- Термостой- Прочность Остаточная Прочность Остаточная Температур-

влажностное кость кость на сжатие прочность на изгиб прочность ная усадка,

состояние Кн. т. /0

у4 0 0 ° С 1*5 0 0 ° С Кн . т рюо ° с (^4 0 0 0 С

образца вд В д сж . 28 с ж . о с т . ' 'и 3 Г . 2 8 ' и з г . о с т . '

СН 156-79 прямой МПа МПа МПа МПа

контакт

сухой

нормально влажный

увлажненный с замораживанием

40 40

30

Модифицированное ВНВ-50 с феррошлаком 20 68.5 81.9 10.2

20 68,5 81.2 10.2

10

68.5

70.3

10,2

7,7 7,9

7, 0

0,20 0,25

0, 35

сл

I

сухой

нормально влажный

увлажнен-с замораживанием

40 30

Глиноземистый цемент 5 37.3 25,0

5 37.3 25.2

37.3

19.6

3.5 3,5

3,5

1.5 1.5

1.3

0,55 0.65

0.80

5

эксплуатации может быть установлена по предельной температуре испытания - 500°С. Температурная усадка бетонов на вяжущем низкой водопотребности с добавками микрокремнезема и технической соды в среднем в 2 раза ниже, чем у контрольного бетона.

Таким образом, марка проектируемого мелкозернистого жаростойкого бетона на феррошлаковом песке и модифицированном ВНВ-50 по термостойкости при самых жестких условиях испытания находится на уровне не ниже 20 Твд.

Высокая термостойкость проектируемого жаростойкого бетона связывается прежде всего с пористой структурой цементного камня.

По данным выполненных ртутнопорометрических исследований после воздействия высоких температур суммарная пористость в образце на контрольном глиноземистом цементе увеличивается в 2,3 раза, практически вдвое увеличивается количество пор радиусом 1-10 мкм, эффективный радиус пор сдвигается в сторону более крупных пор (0,1-1 мкм). увеличивается их количество. Это объясняется деструктивными процессами, происходящими при нагревании, т. к. вода и воздух, содержащиеся в крупных порах и капиллярах, сильно расширяются и вызывают микротрещины в материале.

Низкотемпературные дилатометрические исследования показали, что для образцов контрольного бетона характерен большой разброс показателей пористости - от мелкопористой структуры до крупнопористой, что свидетельствуют о его неоднородности и высокой подверженности отрицательному влиянию внешних эксплуатационных факторов.

Анализ дилатометрических кривых водонасыщенных бетонных образцов на модифицированном ВНВ показал, что при 0.К.=15 см (В/Ц=0,38) бетон имеет крупнопористое строение с максимумом деформаций в области крупной капиллярной пористости. Уменьшение

подвижности бетонной смеси до О.К.=0 (жесткость б-7с, В/Ц=0,. приводит к организации иной структуры бетона. Бетон имеет мак мумы деформаций при температуре ниже -30°С, свидетельствующи' его мелкопористом строении. Такая структура бетона с преобла, нием мелкой пористости подобно пружине приводит к релакса] напряжений и предопределяет высокие эксплуатационные возможно! материала.

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) i дифицированного жаростойкого бетона литой и жесткой консистеш при температуре 20°С составляет (6,6-8,0)х10"6 "С"1, т.е. на; дится в тех же пределах, в которые вписывается КЛТР контрольш бетона - (7, з*7. 4)хЮ~6 "С"1.

5. Исследование физико-механических свойств жаростойкс бетона

Исследование прочностных и деформативных свойств жаростс кого бетона проводилось на образцах нормального твердения от мизированного состава при расходе вяжущего 500 кг/м3 и O.K. £ тонной смеси 4-5 см. Использовались вяжущие низкой водопотре ности с 50%-ным содержанием минерального наполнителя (саморасс пающийся феррошлак и доменный граншлак) без добавок и с. модаз цирующими добавками микрокремнезема и карбоната натрия (сос ветственно 5 и 1% от массы вяжущего) и феррошлаковый песок в у честве мелкого заполнителя.

Экспериментально установлено (табл.2), что прочностные s рактеристики бетонов на ВНВ, независимо от вида минерально компонента (шлака), значительно выше, чем у контрольного матер ала на основе глиноземистого цемента. Отмечается стабильное уе личение прочности на сжатие и растяжение при изгибе всех модиф цированных составов.

Таблица 2

Деформативно-прочностные характеристики мелкозернистого жаростойкого бетона на феррошлаковом песке

Вид вяжущего, наполнитель Возраст, сут. КкУб- МПа И . пр МПа И И 3 г мпа И пр куб И И 3 г к „ куб Е6Х104, МПа V Уровни трещинообразования в долях от И пр С^ХЮ5, МПа"1 Усадка, мм/м

И4 т

ВНВ-50, 28 54,9 45. 0 5,3 0,82 0.097 2. 59 0,176 0,42 0.79 1,68 0. 42

феррошлак 360 60,4 49,8 5,8 0,825 0,096 3,91 0,79

ВНВ-50. домен- 28 59,4 49,7 5,7 0,84 0,096 3,21 0, 181 0, 52 0,82 2,52 0,51

ный шлак 360 65,9 54, 0 6, 1 0,82 0, 093 7,01 0. 87

МВНВ-50, 28 68,5 56,9 10,2 0,83 0, 150 2,58 0, 178 0,45 0,80 1,65 0, 13

феррошлак 360 74. 0 59,9 11.0 0,81 0.148 3,49 0. 41

МВНВ-50, домен - 28 73,7 61,4 10,9 0,835 0,147 3,29 0,181 0,54 0,83 2.24 0.20

ный шлак 360 78,8 66,2 11.8 0, 84 0. 149 6,52 0.50

Глиноземистый 28 37,3 29,8 3.5 0. 80 0.094 2,32 0, 190 0. 32 0, 68 3, 63 1. 10

цемент 360 41,0 32,8 4,0 0, 80 0,098 8,43 1,84

Примечание: МВНВ - модифицированное ВНВ с добавкой технической соды (1%) и микрокремнезема (55?); Е6- модуль упругости бетона; у - коэффициент Пуассона;

и К* - уровни начала трещинообразования и при v=0,5; С = мера ползучести.

- 20 -

Модифицирующие добавки микрокремнезема и карбоната натри увеличивая прочность при сжатии бетона на ВНВ на 22-26%, практ чески не изменяют его модуль упругости, который с повышени прочности обычно возрастает. Повышенная деформативность и выс кий уровень трещинообразования предопределяют выносливость ж ростойкого бетона к температурным, влажностным, динамическим другим видам воздействий. Коэффициент Пуассона модифицированы бетонов в области упругих деформаций (при б=0,ЗИпр ) находится пределах 0,17-0.19, что отвечает строительным нормам СН: 2. 03. 01. 84.

Деформации усадки и ползучести имеют тенденцию к нарастай: от бетонов на вяжущем с феррошлаковым минеральным компонентом бетонам на вяжущем с добавкой доменного гранулированного шлака достигают максимальной величины у контрольного бетона на глин земистом цементе. При сжимающих напряжениях 6=0.3Кпр мера по, зучести нарастает во времени нелинейно, причем наибольшее откЛ' нение от линейности наблюдается в ранние сроки после загружени. С течением времени ползучесть проявляет тенденцию к затуханш Мера ползучести исследуемых бетонов, как бездобавочных, так модифицированных добавками микрокремнезема и карбоната натри: изменяется в относительно узком диапазоне и близка по абсолюта] величинам, следовательно, не налагает специальных ограничений : сфере эксплуатации. При добавке микрокремнезема и карбоната на' рия усадка бетона снижается в среднем на 80%.

Таким образом, полученные данные подтверждают возможное получения на феррошлаковом песке и модифицированном ВНВ 50%-ным содержанием феррошлака мелкозернистого жаростойкого м; лоусадочного бетона с улучшенными прочностными и деформативньн свойствами.

6. Опытно-промышленные испытания мелкозернистого жаростойкого бетона

Внедрение результатов работы осуществлено на АУ комбината строительных материалов и конструкций. Изготовлена опытная партия железобетонных аэродромных плит ПАГ12-К общим объемом 943 м3. В предложенном варианте при прочностных показателях, практически равных с показателями эталонного заводского состава бетона, помимо выигрыша в расходе клинкерного компонента вяжущего (250 кг/м3) и в замене природного крупного заполнителя феррошла-ковым песком (общий расход утилизируемого шлака в составе ВНВ и в виде мелкого заполнителя составляет 1900 кг на 1 м3 бетона), достигнуто значительное улучшение деформативных характеристик бетона и термостойкости. Получены аэродромные плиты с маркой бетона при сжатии М600, усадкой 0.15 мм/м и термостойкостью 40 Т . Следовательно, результаты экспериментов полностью подтверж-

В Д

дены на практике при производстве ответственных конструкций.

Себестоимость предлагаемого мелкозернистого жаростойкого бетона на феррошлаковом песке и модифицированном ВНВ-50 с минеральной добавкой саморассыпающегося феррошлака по сравнению с базовым бетоном на глиноземистом цементе снижается на 30%.

Выводы

1. Разработан мелкозернистый жаростойкий бетон с комплексным использованием отходов Актюбинского завода ферросплавов: саморассыпающегося шлака низкоуглеродистого феррохрома как минерального компонента вяжущего низкой водопотребности. аморфного микрокремнезема, улавливаемого системой печной газоочистки, как модифицирующей добавки, и дробленого песка из шлака высокоуглеродистого феррохрома как мелкого заполнителя жаростойкого бетона.

- 22 -

2. Методом математического планирования эксперимента ус новлены оптимальные параметры получения ВНВ - концентрация < перпластификатора С-3, равная 2% от массы цемента, и уделы поверхность вяжущего, равная 500-550 м2/кг.

3. Установлены пределы изменений соотношения вяжущее:заш нитель (0,31-0,34), расхода воды (175-180 л/м3) и содержа! клинкерного компонента в составе вяжущего (до 50%. остальное минеральный наполнитель), обеспечивающие получение бетонной сг си с осадкой конуса 5-7 см и бетона с прочностью при ежа: 50-60 МПа и усадкой 0,2-0,3 мм/м через 28 сут. нормального тви дения. В бетонах с добавкой микрокремнезема и карбоната натр усадка снижается в среднем на 80%.

4. Установлено, что минеральная добавка феррошлака в сост ве модифицированного вяжущего низкой водопотребности обеспечиЕ ет более высокие термические показатели цементного камня, L добавка гранулированного доменного шлака. Условная стойкость l ментного камня на модицифированном ВНВ-50 с феррошлаковым нале нителем в 4-5 раз выше по сравнению с термостойкостью цементне камня на контрольном глиноземистом цементе.

5. Исследования поровой структуры жаростойкого материз подтверждают значительное снижение деструктивных процессов в и ментных системах на ВНВ с добавками микрокремнезема и карбона натрия при высокотемпературном нагреве. Снижение подвижности б тонной смеси приводит к улучшению поровой структуры бетона модифицированном ВНВ, которая характеризуется преобладанием ме ких пор. способствующих релаксации возникающих напряжений и пр допределяющих высокие эксплуатационные возможности материал Малоподвижная бетонная смесь на модифицированном ВНВ ввиду пон женной вязкости обладает высокой удобоукладываемостью под дей

твием минимальной вибрации и не вызывает затруднений при производстве работ.

6. Полученный мелкозернистый жаростойкий бетон на модифицированном ВНВ-50 характеризуется высокими прочностными показателями при сжатии и изгибе, улучшенными деформативными свойствами и повышенным уровнем трещинообразования под нагрузкой, что обусловливает его выносливость к температурным, влажностным, динамическим и другим видам воздействий.

7. Опытно-промышленное внедрение результатов исследования подтвердило эффективность применения мелкозернистого бетона на феррошлаковом песке и модифицированном ВНВ-50 с феррошлаковым наполнителем. При общем расходе утилизируемых феррошлаков 1900 кг/м3 (минеральный компонент в составе ВНВ-50 и мелкий заполнитель бетона) и расходе клинкерной составляющей (портландцемент) 250 кг/м3 получены аэродромные железобетонные плиты с маркой жаростойкого мелкозернистого бетона при нормальном твердении М600, усадкой 0,15 мм/м и термостойкостью 40 Твд. За счет использования промышленных отходов в составе ВНВ и вместо природных заполнителей себестоимость полученного жаростойкого бетона снизилась на 30.0%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лореттова Р.Н., Кажиева Г. М. Исследование долговечности термостойкого бетона на ВНВ//Информационный листок КазЦНТИС.-Алма-Ата, 1993.-Зс.

2. Кажиева Г. М. Реологические свойства термостойких бетонов на ВНВ//Информационный листок КазЦНТИС.- Алма-Ата, 1993.-Зс.

3. Кажиева Г.М. Экономичный жаростойкий бетон на ВНВ//Деп-

■рессионно-переходное состояние экономики Казахстана: осно: тенденции и ближайшие ориентиры: Тез. докл. межвуз. научно-' рет. конф. молодых ученых.-Алматы. КазГАУ. 1993.- С.79-80.

4. Кажиева Г.М. Исследование структуры термостойкого бе' на ВНВ//Организационно-экономические условия становления и фективного действия рыночного хозяйства: Тез. докл. н< но-практ. конф. ППС, аспирантов и соискателей КазГАУ. - Алм; 1993. - С. 128.

5. Кажиева Г.М.. Ергешев Р.Б. Влияние модифицирующих Д( вок на свойства вяжущего низкой водопотребности. - Алматы, 1!

- 4с. - Деп. в КазгосИНТИ 29.03.96, N 6839-Ка96.

6. Кажиева Г.М., Ергешев Р.Б. Мелкозернистый жаросто! бетон с использованием отходов металлургической промышленно<

- Алматы, 1996,- 5с. - Деп. в КазгосИНТИ 29.03.96, N 6840-Ка!

7. Кажиева Г.М., Родионова A.A., Ергешев Р.Б. Опыт пол: ния мелкозернистого жаростойкого бетона на модифицированном жущем низкой водопотребности//Экспресс-информация "Новости н; Казахстана",- 1996.- Вып.3,- С.25-28.

Т у й i н i

Кажиева Гулназ Манарбеккызы

Суды аз кажетсанепн туткыргыш пек Казакстан металлургия енеркэсШн1ц калдыктар нег1з1нде алынган кызуга тез1мд1 усак киыршыкты бетон.

05.17.11.- "Силикатты жэне отка тез1мд1 материалдардын, тех-нологиясы"

Бул гылыми ецбекте цемент тасы мен металлургиялык енеркэс!п калдыктарын жэне суды аз кажетс1нет1н туткыргыш затты пайдалану аркылы алынатын усак; киыршыкты. кызуга тез1мд1 бетонныц Herisri Касиеттер1не, сацылаулы курылымы мен катаю кинетикасаны модифи-кациялык, (турленд1ргш) косымшалардын acepi зерттелген. Эр! кызуга тэз1мд1 бетонныц курамындагы модификациялык, (турленд1рг1ш) косымшалар мен феррошлак кумыныц ара катынасы уйлест1р1лген.

Сонымен катар бетондык коспалардьщ реологиялык касиет!, кызуга тез1мд1 бетонныц термиялык (жылулык) керсетк1штер1 мен физика-механикалык; касиеттер! зерттел1п, оны кандай салаларга колдануга болатыны аныкталган.

Жург1з1лген зерттеу жумысынын, нэтижес1 металлургиялык енеркас!п кдлдыктарын кэне суды аз кажетс!нет1н туткыргыш затты пайдалану аркылы усак киыршыкты. кызуга тез1мд1 бетон алу мумын екенд1г1н керсет1п отыр.

Summary Gulnaz М.Kazhieva

"Fine retractory concrete on binder low and water demand and wastes of Kazakstans' metallurgy industry"

05.17.11,- "Technology of silicate and retractory materials"

Gulnaz M.Kazhieva has investigated the effect of modifying additives to the kinetics of solidification, porosive structure and main features of cement rock and refractory concrete (FRC) on binder low and water demand (BLWD) metall wastes.

FRC composition with modifying additives and slay sand have been optimized.

Rheological characteristics of concrete mix. thermical indications and physical and FRC mechanical features have been under thorough investigation. Sphere of its application has been also defined.

These investigations have given possibility to receive fine retractory concrete on BLWD alongside with utilization of metal wastes.