автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Многокомпонентные вяжущие для бетонов, твердеющих в условиях сухого жаркого климата

УДК 666.943.666.945 На правах рукописи

•о

АТАБЕКОВ КУАНЫШ АТАБЕКОВИЧ

■"V

МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ДЛЯ БЕТОНОВ, ТВЕРДЕЮЩИХ В УСЛОВИЯХ СУХОГО ЖАРКОГО КЛИМАТА

05.17.11 - Технология керамических, силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы 1998

Работа выполнена в АО ОТ «Алматинский научно-исследовательский и проектный институт строительных материалов»

Научные руководители: доктор технических наук

Нурбатуров К. А.

кандидат технических наук, доцент Ергешев Р.Б.

Официальные оппоненты: член-корреспондент АН РК,

доктор технических наук, профессор Сулейменов Ж.Т.

кандидат технических наук Урлибаев Ж. С.

Ведущая организация: Казахская государственная архитектурно-

строительная Академия

Защита состоится 1998 г. на заседании диссертационного

совета Д 16.01.01 в АООТ «НИИстромпроект», г.Алматы, ул. Мориса Тореза, 152/6, & 1к 22-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АО ОТ «НИИстромпроект», 480057, г.Алматы, ул. Мориса Тореза, 152/6

Автореферат разослан «2С » о^Тй?^?^ ] 998 г.

Ученый секретарь

;ертационного совета /у • -

диссертационного совета Н.В.Бачилова

Общая характеристика работы

Актуальность. Наиболее распространенным в мировой практике способом снижения энергоемкости производства цемента является замена части клинкера минеральными добавками, представленными природными материалами и промышленными отходами. В числе последних менее изученными и более многотоннажными являются отходы цветной металлургии и горнодобывающей промышленности .

В Алматинском НИИстромпроекте разработаны многокомпонентные вяжущие, содержащие до 45 % отходов цветной металлургии, и бетоны на их основе. Вместе с тем, существуют рекомендации не применять портландцемент с минеральными добавками при производстве бетонных работ в сухую жаркую погоду, характерную для регионов с развитой цветной металлургией, что препятствует широкому использованию многокомпонентных вяжущих. Указанные рекомендации связаны с известными недостатками шлакопортландцемен-та, однако вовсе не обязательны для других цементов с минеральными добавками, особенно, если совершенствовать тешологические приемы обработки бетона

Следовательно, попытка вычленить условия, при которых появляются обоснованные рекомендации по применению многокомпонентных вяжущих с использованием отходов цветной металлургии при производстве бетонных изделий в условиях сухого жаркого климата, является актуальной задачей бетоноведения.

Работа выполнена в соответствии с заданиями отраслевых научно-исследовательских программ и научно-технической программой «Комплексное использование минерального сырья» по HAH PK (1995 - 2005 г.г.).

Цель работы. Разработка многокомпонентного вяжущего с использованием отходов цветной металлургии и технологии бетона с их применением в условиях сухого жаркого климата.

Основные задачи работы:

- выявить особенности гидратации и твердения многокомпонентного вяжущего ;

- регулировать пластическую усадку бетона на многокомпонентном вяжущем с помощью технологических факторов;

- установить связь между влагопотерями свежеуложенной бетонной смеси и прочностью затвердевшего бетона;

- апробировать в производственных условиях технологию бетона на многокомпонентном вяжущем.

Научная новизна работы:

1. Установлены особенности структурообразования в системе многокомпонентное вяжущее - вода:

- алюминаты кальция, содержащиеся в портландцементе, взаимодействуя с карбонатами кальция и магния, входящими в состав хвостов, образуют трудаорасгооримые гидрокарбоатоминаты (ЗСаО-А12Оз-СаСОз(М£СОз)'11Н20), которые представляют из себя сростки С3АНб на карбонатной подножке.

- снижение растворимости гипса в жидкой фазе под влиянием сильного пересыщения обусловливает ускорение связывания СаБС^ и образование первичной кристаллической структуры из пщросульфоалю-мшишого каркаса

2. Внутренний перенос влаги в системе вяжущее - вода характеризуется значительным отклонением от закона Дарси, обусловленным структурообразованием, и происходит лишь за счет сил капиллярного механизма, относительный вклад которого несопоставимо выше диффузионного механизма

3. Установлена возможность управления процессом пластической усадки бетона путем изменения в газовой среде твердения концентрации паров органических веществ, способных понижало» поверхностное натяжение воды в капиллярах;

4. Механизм действия паровлагопроницаемых пленок на поверхности бетона заключается в снижении давления насыщенного пара над пленкой и установлении динамического равновесия в процессе влагоудаления между потоком тепла к изделию и потоком пара от него при более высоких температурах материала. При этом появляется возможность установления благоприятного соотношения внутреннего и внешнего массообмена; минимальный темп пластической усадки имеют образцы в пленке 30 %-ного раствора С ДБ или образцы с добавкой 0.75 -1,0 % С-3 в дисперсионную среду.

5. Определено, что свободная гравитационная вода в исследуемых системах составляет 30-35 % В^тв, которую необходимо удалить из системы в первые часы твердения, (переход через первый максимум концентрации СаО), когда наблюдается ускоренный переход в твердую фазу продуктов гидролиза алюмината кальция с увеличением удельных объемов;

6. Установлены особенности технологии бетона на основе многокомпонентного вяжущего с использованием отходов цветной металлургии в условиях сухого жаркого климата, заключающиеся во влаго-удалении из свежеуложенной бетонной смеси свободной гравитационной воды, разрушении повторным вибрированием первичной рыхлой структуры твердения с одновременным уплотнением смеси и дальнейшей тепловлажностной обработке изделия с использованием параметров естественной среды и одновременным регулированием структуры материала изменением дисперсионной среды и условий тепломассообмена на поверхности.

Практическая ценность. Разработаны составы многокомпонентных вяжущих с использованием отходов цветной металлургии, пригодных для бетонирования в условиях cyxûro жаркого климата, что расширяет область применения портландцемента с минеральными добавками.

Разработан способ изготовления бетонных изделий на многокомпонентном вяжущем в условиях сухого жаркого климата с использованием параметров естественной среды.

Апробация практических результатов. Разработанные составы вяжущих и бетонов, а также способы изготовления бетона были проверены в опытно-промышленных условиях научно - производственного предприятия «Техностроймат» г.Алматы. Гелиотермообработка бетона обеспечивает 66 % Были выпущены плиты переходных каналов и шлакобетонные стеновые изделия. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на пятой научно-технической конференции ученых и специалистов автомобильной дорожной отрасли Республики Казахстан (Алматы, 1995 г.)

Публикации, По результатам работы опубликованы 7 статей, получены 1 авторское свидетельство и 1 предпатент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы из 158 наименований, содержит 86 страниц машинописного текста, 24 таблицы, 16 рисунков, 7 приложений.

Содержание работы 1 Состояние вопроса и задачи исследования

Анализ литературных данных о твердении вяжущих систем на основе портландцемента и влиянии на процессы гидратации и структу-рообразования условий тепловлажностной обработки бетона показывает, что научно обоснованная разработка технологии бетона на многокомпонентном вяжущем с использованием отходов цветной металлургии в условиях сухого жаркого климата является важной прикладной задачей.

Представляется, что для выполнения поставленной задачи необходимо решить последовательной ряд вопросов:

- выявить особенности гидратации и твердения многокомпонентного вяжущего;

- регулировать пластическую усадку бетона на многокомпонентном вяжущем с помощью технологических факторов;

- установить связь между влагопотерями свежеуложенной бетонной смеси и прочностью затвердевшего бетона;

- апробировать в производственных условиях технологию бетона на многокомпонентном вяжущем.

Методика исследования и сырьевые материалы. В работе использованы стандартные методы исследования состава, свойств сырьевых материалов и полученных на их основе продуктов.

Для изучения вещественного состава сырьевых материалов, фазовых и структурных превращений был применен комплекс методов физико-химического анализа.

В работе также применены отдельные специальные методы исследования, описанные в соответствующих разделах.

В качестве сырьевых материалов использованы:

1. Портландцементный клинкер Шымкентского цементного завода со следующим минералогическим составом, % по массе : СзБ - 60; Сг8 -18; СзА - 6; СдАБ - 6; примеси до 11.

2. Шлак цинкового производства имеет следующий минералогический состав , % по массе : стекдофаза - 50 ... 63 ; кварц - 3 ... 5; гематит - 5...9;кшхьццг2...8;окерианиг-3 ...4,дюпсвд -2...4;аноршгдоЗД

3. Карбонатно-бариевые хвосты комбината «Ачполиметалл», являются сыпучим равномернозернистым материалом белого цвета, удельная поверхность - 180 ... 230 м2 /кг. Хвосты состоят из минералов, % по массе: карбоната - 80 ... 85; барита всшастониш-10... 15;при-месей-6 ...10, рудных минералов - 0,5... 1,5.

4. Кварцсодержащие хвосты обогащения полиметаллических руд состоят из следующих минералов , % по массе: кварц - 50 ... 60; пирит - 10 ... 15; (N44 ) (Са804 )2' Н20 - 15 ...16; лейхтенбергит - 5 ... 6; рудные минералы - доЗ.

Экспериментальное исследование и анализ физических и физико-химических процессов в свежеуложенном бетоне на основе многокомпонентного вяжущего с использованием отходов цветной металлургии. Ниже приведены основные физико-механические свойства многокомпонентного вяжущего на основе портландцементного клинкера с добавкой хвостов обогащения и шлака цинкового производства:

- тонкость помола - 89 %;

- нормальная густота - 27,5;

- при В/В = 0,45 - расплыв конуса -110 мм;

- равномерность изменения объема - выдержал.

Начало срока схватывания вяжущего наступает через 145 мин, а конец - 255 мин.

При нормальном твердении вяжущего через 3 и 28 сут временное сопротивление сжатию соответственно составляет 21,0 и 39,5 МПа. После тепловлажностной обработки вяжущее набирает 87 % марочной прочности.

Высокая прочность цементного камня на многокомпонентном вяжущем обусловлена составом и строением гидратных новообразований, представленных преимущественно длинноволокнистыми низкоосновными гидросиликатами кальция, отличающимися высокой плотностью при практическом отсутствии крупноблочных соединений и видимых дефектов структуры,.

Большой темп начального твердения многокомпонентного вяжущего связан с повышенным содержанием фракций 0-5 и 5-10 мкм, снижением растворимости гипса в жидкой фазе, что под влиянием сильного пересыщения обуславливает ускорение связывания СаБС^ и образования первичной кристаллической структуры из гидросульфоа-люминатного каркаса.

Рабочая гипотеза о применимости многокомпонентных вяжущих с использованием отходов цветной металлург™ для приготовления бетонов в условиях сухого жаркого климата. Как видно из представленных выше данных, многокомпонентные вяжущие с использованием отходов цветной металлургии удовлетворяют требованиям, предъявляемым к цементам, используемым в условиях сухого жаркого климата. Примененные в них минеральные добавки не замедляют как обычно, а ускоряют темп твердения, не повышают нормальную густоту теста. В сочетании с применением пластифицирующих добавок указанное вяжущее, при оптимальных параметрах ухода за твердеющим бетоном, может быть использовано для приготовления бетонной смеси, укладываемой в дело в сухую жаркую погоду.

С технологической точки зрения оптимальные параметры ухода за твердеющим бетоном могут быть созданы с использованием параметров естественной среды - сухой жаркой погоды.

Исходя из этих предпосылок , к вяжущему предъявляются дополнительные требования - уменьшение температуры и продолжительности термообработки при сохранении высокой прочности.

Нами разработано вяжущее, удовлетворяющее комплексным требованиям : состав вяжущего включает (в % по массе) портландце-ментный клинкер 64 - 84,5; карбонатно-бариевые хвосты 5 - 15; кварцсодержащие хвосты 10 - 20; суперпластификатор С-3 0,5 - 1,0. Вяжущее готовят совместным помолом ингредиентов до удельной поверхности 300 - 330 м2/кг. Тепловлажностная обработка производится по режиму 2+4+1 ч при максимальной температуре 65 °С. При этом максимальная температура обработки снижена на 20 °С против обычного, а продолжительность изотермической выдержки сокращена на Зчаса

Результаты испытаний показывают, что временное сопротивление сжатию после тепловлажностной обработки составляет 61 - 70 МПа, коэффициент сульфатостойкости 0,95 - 1,00. Преимущество разработанного вяжущего заключается в том, что при гидратации алюминаты

кальция, взаимодействуя с карбонатами кальция и магния, входящими в состав карбонатно-бариевых хвостов, образуют труднорастворимые гидрокарбоалюминаты (ЗСаО.А12 03.СаС0т (М§С03) •1]Н20). Образование указанных стабильных гидратов способствует активизации твердения цемента и повышению коэффициента сульфато-стойкости вяжущего.

Влагопотери и внутренний перенос в свежеуложенном тесте на многокомпонентном вяжущем. Особое место среди физических процессов занимает интенсивное обезвоживание свежеуложенного бетона в условиях сухого жаркого климата. Вопросы внешнего массообмена с окружающей средой в сухую жаркую погоду подробно исследованы И.Б.Заседателевым, показавшим, что характер внешнего массообмена несколько отклоняется от классических закономерностей процессов сушки капиллярнопористых тел, разработанных школой А.В.Лыкова. Однако исследования кинетики внешнего массообмена не могут претендовать на полноту картины физических процессов без изучения их динамики.

Поле влагосодержаний (физическое) в образце определяли послойным разрезанием образцов и обработкой полученных результатов методом наименьших квадратов. Из уравнения кривых распределения влаги по толщине образца дифференцированием определяли градиент влагосодержания на поверхности.

Экспериментальные результаты обнаружили отклонение от закона Дарси, что можно объяснить двумя причинами. Во-первых, закон Дар-си установлен в стационарном процессе, когда материал рассматривается как среда, через которую переносится влага, в то время когда свежеуложенный раствор сам является источником влаги, т.е. процесс влагопотери является нестационарным. Во-вторых, влагоудаление из раствора сопровождается структурообразованием, усиливающимся гидратообразованием, т.е. характеристика внутреннего массоПереноса меняется с течением времени. Внешним проявлением указанного структурообразования является пластическая усадка раствора. При этом объем пластической усадки практически соответствует объему удаленной влаги (особенно в начальный период ) и перенос влаги происходит в условиях полного водонаоыщения. Отсюда логично предположить, что при прекращении внешнего массообмена перераспределение влаги возможно только за счет диффузии, поскольку капиллярный перенос исключен.

Обезвоживанию подвергались два образца в одинаковых условиях в течение 0,5 часа. Затем в одном образце определялось поле влагосодержания, а другой образец полностью влагоизолировался с помощью коллодия и фольги. Этот образец затем выдерживался в эксикаторе в течение суток, после чего также определялось поле влагосодержаний. На этот раз, учитывая значительную погрешность, вноси-

мую химически связанной влагой, содержание воды определялось прокаливанием материала при 600 °С (рисунок 1).

Изменение влагосодержания в растворе (1:3; В/В=0,45) из многокомпонентного вяжущего

о

2 из С5 ОЭ

/2

а

¿о

<р

1 N ч ; Т —о

у \ 2

У / /

/

о

90

Ю ¿5 20 25 20 Толщина образца, мм 1- после сушки с открытой поверхностью; 2 - после сушки по п.1 и последующем выдерживании в эксикаторе в течение суток во влаго-изолированном состоянии

Рисунок 1

Установлено, что перенос влаги в бетоне происходит лишь за счет сил, возникающих у поверхности раздела системы "активная среда -бетон" и связан с гидравлическим сопротивлением структуры процессу фильтрации и пластической усадкой материала. Следовательно, появляется возможность регулирования капиллярного давления с тем, чтобы обеспечить благоприятное течение пластической усадки и внутреннего переноса в свежеуложенном бетоне, находящемся в условиях сухого жаркого климата.

Ре1улирование пластической усадки теста го многокомпонентного вяжущего при обезвоживании путем изменения капиллярного давления. В связи с повышенным относительным содержанием мик-ропор в образцах из многокомпонентного вяжущего, удаление воды из которых при высыхании сопровождается развитием сил капиллярного обжатия, исследовалось влияние капиллярных сил на пластическую усадку теста из многокомпонентного вяжущего. При этом изыскивалась возможность управления струюурой материала путем изменения капиллярного давления. Влагопотеря сформованных образцов (4x4x16см) осуществлялась в присутствии паров веществ, способных

понижать поверхностное натяжение воды в диапазоне температуры соответствующих упругостей паров.

Влияние температуры (упругости пара) органических веществ на пластическую усадку образцов из теста на многокомпонентном вяжущем нормальной густоты

.Я 2

и

еГ

о >ч

О

й>

¿3

и

/2

\

и

\ \ р /

/

55 ЯГ 75

Температура, С

1- ацетон; 2 - толуол; 3 - этанол; 4 - воздух. Рисунок 2

Как видно из рисунка 2, сушка образцов в парах органических веществ в интервале температур 20-70 °С дает меньшую усадку, чем сушка в воздухе при той же температуре. С ростом упругости паров применяемых веществ усадка уменьшается. Применяемые вещества уменьшают пластическую усадку независимо от того, растворяются они в воде (этанол) или нет (толуол).

При дальнейшем возрастании упругости пара и приближении к температуре кипения вещества усадка увеличивается, оставаясь в то же время меньше, чем усадка на воздухе при той же температуре. Так, для ацетона уже при температуре 50 °С й упругости пара соответственно 612 мм рт. ст. усадка образца увеличивается до 6,4 мм/м по сравнению 5,3 мм/м при температуре 38 °С. Для других веществ увеличение усадки происходит при более высокой температуре (70-75°С).

Следует предположить, что пары органического вещества конденсируются в капиллярах образца, образуя либо жидкую пленку (для веществ, не растворяющихся в воде), либо раствор. И в том, и в дру-

и

гом случае поверхностное натяжение жидкости уменьшается. При этом падает капиллярное давление, что в свою очередь, приводит к уменьшению пластической усадки при сушке образцов.

Кинетика пластической усадки теста из многокомпонентного вяжущего в зависимости от дисперсионной среды. Для снижения напряженного состояния обезвоживаемой поверхности свежеуложен-ного бетона необходимо изменить соотношение внешнего и внутреннего массообмена таким образом, чтобы увеличить интенсивность подвода влаги к поверхности. При граничных условиях тепло- и массообмена Ш рода, характерных для естественных условий начального твердения бетона в районах сухого жаркого климата, поставленная выше задача невыполнима. Внутренний массоперенос можно интенсифицировать только повышением температуры материала. Внешний подвод тепла этому не помогает : интенсифицируется только испарение влаги на поверхности, а температура материала не изменяется (остается равной температуре мокрого термометра). В результате достигается обратный эффект - напряженное состояние обезвоживаемой поверхности свежеуложенного бетона ухудшается.

Таким образом, при внешнем подводе тепла необходимо добиться торможения внешнего массообмена, корректируя его изменение с ростом внутреннего массообмена. Практическое решение этой задачи впервые предложил М.Хигерович, который поместил между активной средой и обезвоживаемой поверхностью влагозадерживающую пленку. Впоследствии выяснилось, что такие методы не только изменяют механизм тепломассообмена изделий с окружающей средой, но и влияет на структурно-реологические свойства поверхностного слоя материала.

Кинетику обезвоживания обработанных изделий можно представить следующим образом. В начале процесса сушки происходит испарение влаги с поверхности пленки. При этом давление насыщенного пара растворителя (воды) над пленкой, определяющее интенсивность переноса влаги с поверхности материала в окружающую среду, меньше, чем над чистым растворителем, в связи с чем динамическое равновесие в процессе сушки между потоком тепла к изделию и потоком пара от него устанавливается при более высоких температурах материала. При этом в связи с уменьшением температурного напора падает интенсивность обезвоживания материала.

Применяемые для образования влагозадерживающих пленок вещества должны создавать на поверхности изделия пленку, способствующую повышению температуры материала в периоде постоянной скорости обезвоживания, улучшать связанность и пластичность поверхностного слоя, уменьшать темп пластической усадки.

Наиболее полно удовлетворяет перечисленным выше требованиям СДБ, которая была принята в качестве дисперсионного вещества для

создания пленки на поверхности свежеуложенного бетона. Впервые модификацию поверхностного слоя свежесформованного бетона нанесением на него раствора пластифицирующей поверхностно-активной добавки, например, сульфитно-дрожжевой бражки предложил В.И.Ганжара. На наш взгляд, указанный способ наиболее удачен для технологии бетона в условиях сухого жаркого климата, и поэтому требует подробного изучения его влияния на пластическую усадку.

Заметно меняется характер зависимости пластической усадки от влагопотерь в начальный период обезвоживания (рисунок 3).

Темп пластической усадки (относительно влагопотерь) образцов покрытых пленкой

2

К §

«

о

:5

а

и

<и

Ц И

е £

N. 1

— А

3 4- у\

ч \\

\

/г

45

Влагопотери, %

1 - образец без пленки; 2 - образец в пленке 10 %-ного раствора С ДБ; 3 - то же 30 %; 4 - то же 60 %. Рисунок 3

Как видно из рисунка 3, для контрольного образца (без пленки) темп пластической усадки в начальный период очень высок - 0,48. При дальнейшем обезвоживании темп пластической усадки уменьшается. Высокий темп пластической усадки в начальный период приводит к развитию опасных напряжений в материале и, как следствие, к образованию трещин. У образцов в пленках 10 % и 30 %-ной концентрации раствора СДБ темп пластической усадки в начальный период минимален (0,18 и 0,22). При дальнейшем обезвоживании темп пластической усадки увеличивается, достигая в максимуме величины 0,32

и 0,29 для образцов в пленках 10 % и 30 %-ной концентрации раствора СДБ соответственно. Такой характер изменения темпа пластической усадки в процессе обезвоживания не оказывает отрицательного воздействия на качество материала, т.к. с уменьшением влажности происходит некоторое упрочнение структуры материала.

Для выяснения кинетики усадки поверхностного слоя с пленкой СДБ проведены опыты на образцах с добавкой С-3 в дисперсионную среду: самый низкий темп пластической усадки имеют образцы с добавкой 0,75-1,0% С-3.

Кинетика избыточного давления в системе в зависимости от условий твердения. Прочность затвердевшего бетона пропорциональна вяжущеводному отношению (при известных ограничениях). Известно также, что стехиометрически потребное количество воды составляет в среднем 25 %, после тепловлажностной обработки в химическую связь вступает около 10 % воды, а к 28-и суточному возрасту -15 % воды от массы вяжущего. В то же время, технологические бетонные смеси имеют водовяжущее отношение 0,4. В этой связи многие исследователи, в основном безуспешно, обращались к вопросу о безопасном изъятии избыточной воды затворения. При этом, отдельные авторы все же находили оптимальную картину влагоудаления из твердеющего бетона. Актуальность этого вопроса для технологии бетона в условиях сухого жаркого климата очевидна.

Приверженцы безвредного для бетона изъятия избыточной воды затворения (А.Счастный, А.Нехорошев, В.Ганжара) сходятся во мнении, что эта операция полезна только в начальной стадии твердения бетона. Однако при этом называются различные пределы оптимального влагоудаления. Из этого можно заключить, что в настоящее время отсутствуют общепринятые рекомендации по этому вопросу. Поэтому для бетона на многокомпонентном вяжущем из отходов цветной металлургии, твердеющего в условиях сухого жаркого климата, необходим индивидуальный подход к оптимальному влагоудалению, обеспечивающему ускорение бездефектного структурообразования.

В свежеприготовленном бетоне с точки зрения макросостояния системы цемент - вода твердая фаза дискретна, а жидкая - непрерывна; структурное состояние можно характеризовать как слабоструктуи-рованную коллоидную дисперсию.. В таком состоянии цементного теста производится формование и виброуплотнение бетонной смеси. Естественно, непрерывность жидкой фазы обеспечивается наличием свободной гравитационной воды, обладающей сплошностью. Как известно, начало схватывания наступает, когда го бетона полностью удаляется свободная гравитационная вода.

Вынужденное удаление свободной гравитационной воды, например, при максимально безопасной интенсивности испарения, конечно, ускорило бы момент схватывания.

Количество свободной гравитационнрй влаги, определенное по методике Рижского политехнического института, оказалось равным около 15 % воды затворения. Этот вывод хорошо согласуется с результатами экспериментов по измерению деформаций материала, где уровень влагопотерь в 15% соответствует максимальному темпу пластической усадки. Соответственно в этом периоде наблюдается интенсивное струкгурообразование материала.

Следует отметить, что искусственное удаление свободной гравитационной воды хотя и ускоряет момент схватывания, но является недостаточной мерой, т.к. крупные капилляры и поры, освободившиеся от указанной воды, являются основным дефектами бетона, снижающими его прочность, морозостойкость и повышающие водопроницаемость. Чтобы устранить крупные поры необходима переупаковка твердых частиц сразу после образования этих пор, т.е. освобождения их от свободной гравитационной воды. Практически переупаковку твердых частиц после образования пор можно достичь повторным вибрированием (рисунок 4).

Как видно на рисунке 4 после повторного вибрирования в материале вновь появилось гидростатическое давление, что, как мы знаем, является следствием наличия в герметичной системе свободной гравитационной воды. Следует отметить, что при иммобилизации воды в системе, содержащей ПАВ, может произойти «высаливание» последних, как это установлено В.И. Соловьевым, что увеличит концентрацию ПАВ в жидкой фазе и подвижность структуры. Последняя появилась в результате освобождения иммобилизованной воды при повторном вибрировании и переходе ее в разряд свободной гравитационной воды, составляющей, как показали измерения, еще 10 % воды затворения. Предполагая, что каждое последующее вибрирование смеси в тот момент, когда из нее уходила очередная доза свободной гравитационной воды, вызовет дополнительный, но убывающий приток последней, можно прогнозировать количество искусственно удаляемой влаги в пределах 30-35 % (для данного материала).

Не менее половины этой воды должно быть удалено не позднее первого часа твердения, т.к. в многокомпонентном вяжущем, именно в это время наблюдается первый максимум концентрации СаО (1,58 г/л) в жидкой фазе и быстрое последующее ее уменьшение, обусловленные ускорением гидролиза алюминатных фаз с образованием гидро-сульфоалюминатов кальция. Появление последних необходимо предупредить созданием резервных объемов за счет удаления избыточной воды, чтобы не усугублять околокритическое напряженно - деформированное состояние бетона начального твердения.

Возможность ликвидации отрицательных последствий развития пластической усадки путем повторного вибрирования рассматривалась С. А. Мироновым и E.H. Малинским й другими исследователями.

В этой связи становится понятным физический смысл отмеченного выше повышения темпа пластической усадки материала, поскольку только после появления экранирующих пленок, препятствующих дальнейшей гидратации, процесс структурообразования набирает силу. Появляется возможность удаления новой порции свободной гравитационной воды, образованной после повторного вибрирования.

Кинетика избыточного давления в вяжуще-песчаном 5 растворе при повторном вибрировании

и"

305 .

-¡гоо- Время, ч

1- твердение в нормальных условиях; 2 - твердение при температуре +35 °С и относительной влажности 50 %; 3 - то же, что и 2, но с обдувом вентилятором.

Рисунок 4

Особенности технологии бетона на основе многокомпонентного вяжущего с использованием отходов цветной металлургии в условиях сухого жаркого климата. Влияние уровня влагопотерь свеже-уложенной бетонной смеси и повторного вибрирования на прочность бетона. Составы бетонных смесей, на которых производились эксперименты, указаны в таблице 1.

Эксперименты проводились в следующих условиях:

а) при твердении бетона в нормальных воздушно-влажных условиях («в-в», температура 1 = 20+2 "С, относительная влажность 94±4 %) и в воздушно-сухих условиях («в-с», температура I = 30±5 СС, относительная влажность 50±10%);

б) после предварительного обдува сформованного бетона в течение 1,2 и 3 ч горячим воздухом (ОГВ);

в)после однократного вибрирования (о.в. в течение 30 с) и многокрашого повторного вибрирования (МЛВ. 5 и 10 раз по 30 с интервалами 15 мин) бегонией смеси.

Таблица 1

Составы бетонных смесей

Класс Расход материалов, кг/м3

бетона по Многокомпонент-

прочности ное вяжущее * песок щебень вода В/В

№1 №2

В20 290 910 1020 126 0,43

В25 350 790 |120 139 0,39

ВЗО 395 680 1145 148 0,37

В20 245 990 1020 113 0,46 ;

В25 300 815 1100 126 0,42

ВЗО 335 750 1200 131 0,39

Примечание: №1- портландцемент -50 % + хвосты обогащения полиметаллических руд - 50 % + С-3 - 0,75 %; № 2 - портландцемент - 64 % + карбонатно-бариевые хвосты -15 % + кварцеодержащие хвосты - 20 %+С-3 -1 %

Усредненные результаты испытаний отражены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, прочность однократно вибрированных бетонов составов 1-3, твердевших в воздушно-сухих условиях, характерных для сухого жаркого климата, составляет 63-78 % от их прочности при твердении в нормальных воздушно влажных условиях.

Многократное повторное вибрирование вносит существенные коррективы в значения прочности бетона. Наблюдается увеличение прочности бетона независимо от условий твердения. При этом если прочность образцов, твердевших в нормальны^: условиях, в 1,2-1,5 раза превышает прочность контрольных образцов, то в воздушно-сухих условиях прочность образцов практически равна прочности контрольных образцов. Увеличение количества портерного вибрирования с 5 до 10 отвечает адекватным эффектом: увеличением прочности бетона на 20 % в нормальных условиях твердения и 7 % в воздушно-сухих условиях.

Начальные влагопотери отрицательно сказались на прочности бетона нормального твердения. При этом влагопотеря 7 % снизила прочность бетона на 5-10 %, влагопотеря 18 % - на 14-25 %, влагопотеря 32 % -на 25-31 %. Влияние начальных влагопотерь на прочность бетона,

твердевшего в воздушно-сухих условиях, носит экстремальный характер. Если прочность бетона с начальной влагопотерей 7 % несколько выше, чем у бетона без влагопотери (в 1,05-1,17 раза), то после начальной влагопотери 18% прочность бетона увеличивается в 1,6 раза, а с дальнейшем увеличением влагопотерь до 32 % прочность бетона снижается.

Таблица 2

Зависимость прочности бетона от технологии и условий твердения

Началь- Потеря Уплот- Временное сопротивление сжатию в возрасте 28 суг.,

ные ус- воды нение МПа (%) при твердении в условиях

ловия затворе

твер ния "в - в" в - с

дения после № № составов № № составов

ОГВ, % 1 2 3 1 2 3

О.В. 26,4 33,1 39,5 20,6 22,8 24,9

(100) (100) (100) (78) (69) (63)

Без 0 М.П.В. 34,8 42,4 47,8 25,1 30,5 34,8

О.Г.В. 5 раз (132) (128) (121) (95) (92) (88)

М.П.В. 40,1 49,0 56,4 27,2 33,0 37,5

10 раз (155) (148) (142) (ЮЗ) (99) (95)

О.В. 25,1 30,5 35,6 21,6 25,5 29,2

(95) (92) (90) (82) (77) (74)

с О.Г.В. 7 М.П.В. 33,0 40,7 47,7 28,5 34,8 39,5

в 5 раз (125) (123) (120) (108) (105) (100)

течение М.П.В. 35,4 43,4 51,4 30,1 37,1 43,0

1 ч. 10 раз (134) (131) (129) (114) (112) (109)

О.В. 22,7 26,5 29,6 18,2 21,8 24,5

(86) (80) (75) (69) (66) (62)

с О.Г.В. 18 М.П.В. 31,7 39,1 46,2 33,5 41,4 47,4

в 5 раз (120) (118) (117) (127) (125) (120)

течение М.П.В. 34,1 41,4 47,7 35,1 43,0 49,4

2 ч. 10 раз (129) (125) (120) (133) (130) (125)

ОВ. 19,8 24,2 27,7 14,3 16,6 18,6

(75) (73) (70) (54) (50) (47)

с О.Г.В. 32 М.П.В. 30,1 37,1 43,4 23,8 28,8 33,6

в 5 раз (114) (112) (ПО) (90) (87) (85)

течение М.П.В 31,9 39,7 46,2 25,1 30,1 34,8

3 ч. 10 раз (121) (120) (117) (95) (91) (88)

Наиболее качественное структурообразование при твердении бетона в воздушно-сухих условиях обеспечивает многократное повторное вибрирование. ;

При этом в данном случае решающую роль играет не количество циклов повторного вибрирования, а уровень начальных влагопотерь. И

здесь вновь определяющим фактором становится соотношение между влагопотерями и количеством свободной гравитационной влаги. При оптимальном уровне начальной влагопотери (15-20 %) прочность многократного повторно вибрированного бетона возрастает почти в два раза. Обращает на себя внимание сравнительно низкая эффективность многократного повторного вибрирования, .твердевшего в воздушно-влажных условиях, практически исключающих испарение влаги. Следовательно, повторное вибрирование, как суть высвобождение свободной изолированной влаги с переводом ее в разряд свободной гравитационной влаги, наиболее эффективно ъ сочетании с параллельно протекающей физической сушкой бетона в оптимальных пределах.

Однако, если повторное вибрирование с трудом, но вписывается в традиционную технологию, то такой технологической операции как предварительная сушка бетона не существует. Но этот процесс (сушка бетона), как показывают исследования Л.Циммерманиса, В.Ганжара можно "встроить" в режим тепловлажностной обработки бетона с извлечением тех выгод, которые теоретически обоснованы и практически подтверждены, в т.ч. в настоящей работе.

Влияние параметров среды твердения на становление прочности бетона. Определялось изменение во времени прочности бетона, твердевшего без тепловлажностной обработки (ТВО-О) в воздушно-влажных ("в-в") и воздушно-сухих ("в-с") условиях, а также после ТВО по двум режимам:

TBO-I (2+6+2ч при t=85°C для составов бетона 1-3 и 2+4+1 ч при t=65 °С для составов бетона 4-6) и ТВО- И, предусматривающий перед TBO-I подсушку сформированного бетона обдувом калсрифером в течение 2ч.

Для режима ТВО- П предусматривалось повторное вибрирование после подсушки бетона продолжительностью 1 мин.

В нормальных условиях твердения бетоны на многокомпонентных вяжущих с использованием отходов цветной металлургии отличаются высокой ранней прочностью, превосходящей набор прочности бетона на чистом портландцементе. Коэффициент вариации и образцов нормального твердения составляет 3,6-4,9 %, что свидетельствует об удовлетворительном качестве подбора состава бетона и изготовления образцов.

В воздушно-сухих условиях твердения бетон не добирает марочной прочности на 11-33 % и к 180- суточному возрасту. О неблагоприятных условиях воздушно-сухого твердения свидетельствует и коэффициент вариации прочности бетона, составляющий 8,5 -10,5%.

Коэффициент ускорения твердения бетона составов 1-3 после ТВО по режиму 2+6+2 ч составляет 0,61-0,70, а бетона составов 4-6 после ТВО по режиму 2+4+1 ч - 0,62-0,74. Коэффициент ускорения твердения по отношению к классу по прочности на сжатие составляет

для всех составов 0.8-0,94 (выше 0,7), т.е. они могут применяться для предварительно напряженного железобетона.

Бетоны после ТВО 10 ч имеют коэффициент вариации прочности 10,2-11,6 %, после ТВО 7 ч - 9,5-10,7 %, т.е. свидетельствуют о неблагоприятных условиях ТВО.

Однородность термообработанных образцов после 27 сут нормального твердения повышается (снижение и до 7,9 -9,4 %).

Вследствие нестабильных условий структурообразования бетонов, вызванных неблагоприятным воздействием параметров ТВО, имеет место недобор прочности бетонов после ТВО до И.",, Диапазон изменения и при различных режимах ТВО показывает, что наиболее ответственной является начальная стадия ТВО. Этот факт особенно важен для бетонов, твердеющих в условиях сухого жаркого климата, когда опасные деформации развиваются в начале твердения. Установленные значения коэффициента вариации прочности бетона обуславливают необходимость завышения расхода вяжущего, чтобы обеспечить нижнюю доверительную границу прочности. Поэтому возникает потребность в оптимизации режима ТВО бетона.

В таблице 3 приведены результаты испытаний бетона, предварительно подсушенного перед ТВО.

Таблица 3

Становление прочности бетона в условиях твердения с предварительной подсушкой перед тепловлажностной обработкой (ТВО-П)

Составы Временное сопротивление бетона сжатию, МПа и коэффициент вариации прочности (и) Коэффициент ускорения твердения по отношению Коэффициент относительной прочности по отношению

После Через 27 к марке к классу к марке к классу

ТВО суг твер- К-з бетона бетона бетона бетона

дения по-

сле ТВО

1 2 3 4 5 6 19,5(6,1) 26,1(7,1) 28,8(7,8) 19,6(7,6) 23,7(6,5) 32,1(7,1) 26,7(6,0) 34,1 (,70) 39,1(7,5) 24,7(7,2) 31,8(6,3) 40,1(6,9) 26,4(3,9) 33,1(4,2) 39,5(4,4) 24,5(4,3) 32,5(4,7) 38,2(4,9) 0,74 0,79 0,73 0,80 0,73 0,84 0,98 1,04 0,96 0,98 0,95 1,07 1,01 1,03 0,99 1,01 0,98 1,05 1.33 1,36 1,3 1,23 1,27 1.34

На наш взгляд, условия твердения с предварительной подсушкой изделия при повторном вибрировании перед тепловлажностной обработкой (ТВО-П), наиболее полно соответствует модели гибкой технологии тепловлажностной обработки, предусматривающей оптималь-

ную картину изменения влагосодержания бетонной смеси и бетона, с одной стороны, и рациональной технологии бетона, твердеющего в условиях сухого жаркого климата, - с другой.

Согласно таблице 3, коэффициент ускорения твердения для составов бетона, твердеющих 10 ч, составил 0,73 - 0,79, для составов, твердеющих 7ч- 0,73 - 0,84. Коэффициент относительной прочности бетонов после тепловой обработки для всех составов, кроме состава 5, больше единицы. Предложенный режим обеспечивает более качественную термообработку бетона. Коэффициент вариации прочности после ТВО составляет 6,1-7,8 %; после 27 сут твердения 6,0-7,5 %.

Таким образом, тепловая обработка с предварительной подсушкой и повторным вибрированием бетонной смеси перед ТВО обеспечивает более стабильное струкгурообразование, чем во всех других рассмотренных выше режимах твердения.

Разработка рационального способа изготовления и тепловлаж-ностной обработки бетона. Полученные результаты позволили рекомендовать следующий рациональный способ изготовления и тепло-влажностной обработки бетона на многокомпонентном вяжущем с использованием отходов цветной металлургии в условиях сухого жаркого климата.

После уплотнения бетонной смеси, уложенной в форму, изделие предварительно выдерживают в течение 1,5-2 ч. В процессе предварительного выдерживания над поверхностью изделия создают условия для конвективного тепломассообмена продолжительностью 3/4 общего времени предварительного выдерживания.

После удаления 25 % воды затворения изделие прекращают обдувать и оставляют в спокойной среде в течение 0,3-0,5 ч для выравнивания влагосодержания по сечению, затем подвергают повторному вибрированию.

После повторного уплотнения бетонной смеси на поверхность изделия наносят 30 %-ньш раствор СДБ (ИСТ) ю расчета 0,2 % от массы вяжущего.

Обработанное СДБ изделие далее подвергают тепловлажностной обработке по режимам 2+6+2 при 1= 85 °С (составы бетона 1-3) или 2+4+1 при 1=65 °С (составы бетона 4-6). В сухую жаркую погоду бетоны можно подвергнуть гелиотермообработке под СВИТАП. Суточная прочность бетонов при применении покрьпия СВИТАП составляет 55-60% от проектной марки.

В разработанном способе изготовления и тепловлажностной обработки изделий на многокомпонентном вяжущем реализуется оптимальная картина структурообразования в бетоне, которая теоретически и экспериментально обосновывалась в настоящей работе с учетом научных основ современного бегоноведения.

Физико-механические и строительно-технические свойства бетона на многокомпонентном вяжущем в условиях сухого жаркого климата. Физико-механические и строительно-технические свойства бетонов определяли по стандартным методикам. Для сравнения характеристики определяли для бетона, твердевшего 28 сут в нормальных воздушно-влажных условиях («в-в») и по разработанному тепло-влажностному (ТВО) режиму (таблица 4).

Таблица 4

Основные строительно-технические свойства бетона класса В-30

(состав № 3)

Условия МПа Деформативность бетона Морово-стойкосгь,

твердения Е0Ю-\ МПа макс Б ус , мм/м С, 106. МПа цикл

"в- в" 39,5 3,29 0,52 1,28 39,0 400

через 27 сут твердения после «ТВО» 39,1 3,14 0,40 1,19 32,0 600

Снижение деформативных свойств бетона после ТВО связано с укрупнением гидратных новообразований и увеличением средней крупности пор, а также со снижением его фактического В7В, а следовательно формированием более плотной структуры. Отмеченное повлияло и на повышение морозостойкости бетона

Бетоны на многокомпонентном вяжущем обладают временным сопротивлением на осевое растяжение, превышающим нормативные показатели по СНиП 2.03.01-84 (таблица 5).

Таблица 5

Временное сопротивление бетона па осевое растяжение вМПа

Характеристика При кубиковой прочности бетонов

20.6 25,1 29,2 34,8 39,1 43,0 47,7 51,0

Экспериментальн ые значения 1,7 2,0 2,2 2,5 2,8 2,9 3,0 3,2

Значения по СНиПу 1,3 1,8 1,8 2,1 2,4 2,5 2,6 2,7

Соотношение между экспериментальным значением временного сопротивления бетона на осевое растяжение и кубиковой прочностью бетона удовлетворительно описывается формулой Фере : =0,5 -Я

Известно, что самой чувствительной характеристикой оценки поведения бетона в условиях сухого жаркого климата является термоморозостойкость (ТМрз).

Таблица 6

Термоморозостойкость бетона на многокомпонентном вяжущем

Класс бетона по прочности на сжатие В/В R-28 Содержание СзА в вяжущем, % ТМрз, (60+п) циклов

В20 0,43 26,4 3 +250

В25 0,39 33,1 3 +300

ВЗО 0,37 39,5 3 +350

В20 0,46 24,5 4,5 +200

В25 042 32,5 4,5 +250

ВЗО 0,39 38,2 4,5 +300

На термоморозостойкость бетона влияют условия твердения. Были приняты условия твердения: воздушно-влажные - «в-в», воздушно-сухие «в-с», тепловлажностная обработка по режиму 2+4+1,1 ш = 65 °С -ТВО-1 и тепловлажностная обработка, предусматривающая перед ТВО-1 предварительную подсушку и повторное вибрирование бетона, - ТВО- II (рисунок 5).

Как видно на рисунке 5, при твердении в воздушно-сухих условиях термоморозостойкость бетона составляет около +70 циклов, а при твердении в воздушно-влажных условиях - около +100 циклов. После тепловлажностной обработки ТМрз бетона повышается до +250, но не достигает морозостойкости эталонного образца. Наибольшую термоморозостойкость (+480) имеет бетон, твердевший по рациональному режиму ТВО-П).

Влияние условий твердения бетона на его термоморозостойкость

и

со С.

I

Ё

о

и

-ей &

10

0.1

0.С

ч \ \ *

„^ V л*-

1

А'Ч

¿00

300

Количество циклов замораживания и оттаивания (+п)

1 - твердение в воздушно-сухих условиях (28 сут); 2 - то же, в воздушно-влажных условиях; 3 - после тепловлажностной обработки; 4 -после тепловлажностной обработки с предварительной подсушкой и повторным вибрированием

Рисунок 5

Пониженное содержание портландита в твердеющем многокомпонентном вяжущем приводит к снижению рН жидкой фазы бетона и нарушению пассиваций бетона. Однако портландит в присутствии С-3 образует органо -минеральный комплекс, замедляющий пуццолановые реакции, что поддерживает рН среды на уровне достаточном для обеспечения пассивного состояния арматуры.

Значение рН жидкой фазы составляет больше критического (11,8), а плотность тока при потенциале +300 шВ существенно ниже предельного (10 ткА/см2), что в совокупности гарантируют коррозионную стойкость стали. Следует отметить, что показатель концентрации водородных ионов в суспензии многокомпонентного вяжущего, модифицированного суперпластификатором С-3, выше, чем немодифи-цированного вяжущего. Это подтверждает качественное отличие реакционной способности портландита в составе органоминеральных комплексов, представляющих собой продукт твердофазной реакции между вяжущим и модификатором.

Замедленная реакционная способность портландита в модифицированном бетоне (С-3) способствует повышению его стойкости к коррозии первого и третьего видов.

Системы на основе многокомпонентного вяжущего обладают достаточной сульфатостойкостью. Преимущество использованных вяжущих заключается в том, что при гидратации алюминаты кальция, взаимодействуя с карбонатами кальция и магния, входящими в состав хвостов, образуют труднорастворимые гидрокарбоалюминаты (ЗСа0-А120з-СаС0з(М§С0з)-11Н20), повышающие коэффициент сульфатостойкости вяжущего.

Опытно-промышленная проверка в условиях сухого жаркого климата технологии бетона на основе многокомпонентного вяжущего с использованием отходов цветной металлургии. В качестве сырьевых материалов использовали портландцементный клинкер Шымкентского цементного завода, карбонатные - бариевые хвосты комбината «Ачполиметалл», кварцсодержащие хвосты Ачисайского полиметаллического комбината и суперпластификатор С-3.

Состав опытной партии вяжущего, %: - клинкер - 74; - карбонатно-бариевые хвосты -10; - кварцсодержащие хвосты - 15; - суперпластификатор С-3 -1.

Вяжущие получали совместным помолом ингредиентов до удельной поверхности 330 м2/кг. Продолжительность помола составила 1 час.

Активность вяжущего после тепловлажностной обработки по режиму 2+4+1 ч при температуре 65 °С составила 65 МПа. Нормальная густота теста - 22,5 %. Сроки схватывания, ч-мин: начало 1-50; конец 3-50.

На основе опытной партии вяжущего были изготовлены плиты переходных каналов из тяжелого бетона класса В15 по гелиотехнологии. В качестве заполнителей использовали щебень Алексеевского и песок Николаевского месторождений.

В процессе приготовления бетонной смеси использовали способ двухстадийного затворения смеси, предусматривающий предварительное перемешивание заполнителя с частью воды затворения (10% от массы вяжущего) с последующей загрузкой в смеситель вяжущего и оставшейся воды. Активное смачивание поверхности зерен заполнителя на первой стадии перемешивания способствует повышению однородности, улучшению формовочных свойств и снижению водопо-требности бетонной смеси.

После уплотнения бетонной смеси изделие выдерживали в течение 1 ч, одновременно подвергая ее обдуву. Затем бетон повторно вибрировали в течение 1 мин, поверхность бетона обрабатывали 30%-ным раствором СДБ (450 г/м3). Перед нанесением СДБ повторно вибриро-ванное изделие выдерживали в течение 5-10 мин до исчезновения блидин-говойводы.

Термообработку изделий осуществляли под гелиокрышками типа СВИТАП.

При гелиотермообработке изделий производился замер температуры воздуха, бетона и воздуха под гелиокрышкой (таблице 7).

Как видно из таблицы 7, при максимальной температуре воздуха 36 °С температура бетона под гелиокрышкой поднялась до 49 °С.

Прочностные показатели бетона, твердевшего под гелиокрышкой и в нормальных условиях соответственно составили 13,5 и 20,6 МПа. Таким образом, гелиотермообработка бетона на разработанных

вяжущих и способах изготовления изделий обеспечивает 66 % 11^, что превышает критическую относительно влагопотерь прочность (60 % II з). Визуальный осмотр показал высокое качество поверхности бетона.

Таблица 7

Замеры температуры воздуха, бетона и воздуха под крышкой при термообработке плит переходных каналов

Место замера Продолжительность гелиотермообработки, ч

температуры

1 2 3 4 5 6 7 8 ...24

Воздух 32 33 35 36 36 ' 35 35 35...31

Бетон 30 34 39 42 45 48 49 48...30

Воздух под

крышкой 31 36 40 44 43 43 45 44...34

На основе многокомпонентных вяжущих в пройзводственных условиях выпущены шлакобетонные и бетонные изделия. Тепловлажно-стную обработку изделий производили по режиму 3+6+2 при 1=75-80 °С. После ТВО тяжелый бетон класса В7,5 набрал 82 % прочности от а шлакобетон класса В5 - 86 %.

Таким образом, промышленные испытания подтвердили рекомендованные в работе составы многокомпонентных вяжущих на основе отходов цветной металлургии, способы изготовления и тепловлажно-стной обработки бетона, разработанные на базе теоретических и экспериментальных исследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Особенности многокомпонентных вяжущих с использованием в качестве минеральных добавок отходов цветной металлургии, а именно: высокая марочность и большой темп начального твердения, позво-

ляют рекомендовать их при бетонировании в сухую жаркую погоду. Высокая прочность цементного камня на многокомпонентном вяжущем обусловлена составом и строением гидратных новообразований, представленных преимущественно длинноволокнистыми низкоосновными гидросиликатами кальция, отличающимися высокой плотностью, при практическом отсутствии крупноблочных соединений и видимых дефектов структуры. Большой темп начального твердения многокомпонентного вяжущего связан с повышенным содержанием фракций 0-5 и 5-10 мкм, снижением растворимости гипса в жидкой фазе, что под влиянием сильного пересыщения обуславливает ускорение связывания СаБО^ и образование первичной кристаллической структуры из гидросульфоалюминатного каркаса.

2. Внутренний перенос влаги в системе вяжущее-вода характеризуется значительным отклонением от закона Дарси, обусловленным структурообразованием, и происходит лиЩь за счет сил капиллярного механизма, относительный вклад которого! несопоставимо выше диффузионного механизма. Установлена возможность управления процессом пластической усадки бетона путем йзменения в газовой среде твердения концентрации паров органических веществ, способных понижать поверхностное натяжение воды в капиллярах.

3. Механизм действия паровлагопроницаемых пленок на поверхности бетона объясняется падением давления пара над пленкой, что обуславливает установление динамического равновесия между потоком тепла извне и потоком испаряемой влаги при более высоких температурах материала. Это выравнивает соотношение между интенсивностью подвода влаги к поверхности бетона и интенсивностью испарения.

4. Минимальный темп пластической усадки имеют образцы в пленке 30% -ного раствора СДБ или образцы с добавкой 0,75 - 1,0 % С-3 в дисперсионную среду.

5. Определено, что свободную гравитационную воду, которая в исследуемых системах составляет 30-35 %. Взатв., которую необходимо удалить в первые часы твердения, когда первый максимум концентрации в жидкой фазе СаО обуславливает ускорение перехода в твердую фазу продуктов гидролиза алюминатов кальция с увеличением удельных объемов.

6. Разработана технология бетона на многокомпонентном вяжущем с использованием отходов цветной металлургии в условиях сухого жаркого климата, особенность которой заключается во влагоудале-нии из свежеуложенной бетонной смеси свободной гравитационной воды, разрушении повторным вибрированием первичной рыхлой структуры твердения с одновременным уплотнением смеси, и дальнейшей тепловлажностной обработке изделий с использованием параметров естественной среды и одновременным регулированием

структуры материала изменением дисперсионной среды и условий тепломассообмена на поверхности.

7. Полигонные испытания твердения бетона под гелиокрышкой подтвердили целесообразность рекомендованных в работе составов многокомпонентных вяжущих на основе отходов цветной металлургии, способы изготовления и режимы тепловлажностной обработки бетона, разработанные на базе теоретических и экспериментальных исследований.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Атабеков К. А., Сулейменов Б.А., Жакипбеков Ш.К. Применение отходов горнорудной промышленности в качестве пуццолановых добавок //Тезисы докладов «Совершенствование техники и технических процессов в строительстве автомобильных дорог и автотранспорта».4.2,-Алматы, 1993 - с. 113-115.

2. Сулейменов Б.А, Атабеков К.А., Жакипбеков Ш.К. Многокомпонентные вяжущее на основе местных технических отходов //Тезисы докладов «Совершенствование техники и технических процессов в строительстве автомобильных дорог и автотранспорта».4.2.-Алматы, 1993 -с.115-116.

3.Сулейменов Б.А., Жакипбеков Ш.К., Атабеков К.А. Многокомпонентные вяжущее на основе отходов горнорудной промышленности //Журнал «Комплексное использование минерального сырья», № 4. 1995 г.- С.73-76.

4.Жакипбеков Ш.К., Атабеков К.А., Сулейменов Б.А. Гидратация многокомпонентного вяжущего на основе отходов цветной металлургии //Журнал «Комплексное использование минерального сырья», № 5,1995,- С.82-86.

5.Атабеков К.А. Гелиотехнология изготовления железобетонных изделий и конструкций //Тезисы докладов V-научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ААДИ «Совершенствование техники и технологических процессов строительства автомобильных дорог и автотранспорта» Алматы, 1995-с.90-92.

6.Атабеков К.А., Жакипбеков Ш.К. Долговечность бетонов на основе многокомпонентных вяжущих. //Тезисы докладов V - научно - технической конференции профессорско-преподавательского состава ААДИ «Совершенствование техники и технологических процессов строительства автомобильных дорог и автотранспорта» Алматы, 1995-С.92-93.

7.Ергешев Р.Б., Нурбатуров К.А., Атабеков К.А. Влагопотери и внутренний перенос в свежеуложенном тесте на многокомпонентном вяжущем. Деп. в КазГОСИНТИ от 10.08.98г.№ 8425 Каз.98.

8.A.C. №12113 Республики Казахстан. Вяжущее /Нурбатуров К.А., Жакипбеков Ш.К., Атабеков К.А., Зиманов К.Ж. 1997 г.

9.Предварительный патент № 4646 Республики Казахстан. Способ получения вяжущего /Жакипбеков Ш.К., Атабеков К.А., Сулейменов Б. А., Зиманов К.Ж. 1997 г.

Атабеков К,. А.

МАЗМУНЫ

К,ургак,, ыстык, климат жагдайларында кдтаятын тас-бетондар упин кепкомпоненги туткдлргыштар.

05.17.11 - Керамик алык, силикаттык, жэне кдын балкдгын металл емес материалдар технолошясы.

Кургак-ыстык, климат жагдайларында пайдалануга болатьш кемпкомпонентп туткыргыштар зерттелген.

К,ургак,-ыстык, климат жагдайларында кемпкомпонентп тущыргыштьщ непзшдеп тас-бетонньщ технологиясы зерттелген. Бул технологияньщ ерекшклш - жаца теселген тас-бетон к,оспасынан бос гравитациялык, суды тыск;арту жэне к,айта вибрациялау аркылы к,оспаньщ бастапкд>1 бос структурасьш бузумен к,атар, к,оспаны тыгыздау продесш журпзу.

К,арапайым ортаньщ параметрлерщ пайдалану арк,ылы буйымдарды жылуылгалды ендеу, буйым бетшдеп жылу жэне масса алмасу жагдайлары мен дисперсиядык орта арк.ылы материалдьщ структурасьш бак,ылау усынылгатг.

RESUME

Atabekov K.A.

Many component binding materials for concretes hardening in conditions

of dry heat climate

05.17.11 - The technology of ceramic, silicate and refractory non-metal materials.

Many component binding materials applied for utilization in conditions of the dry heat climate are developed.

The technology of concrete on base of many component binding material is developed. The particularity of this technology consists in extraction of free gravitation water from fresh concrete destruction of primary hardening structure with simultaneous sealing of mixture by repeated vibration.

The heat-moisturing treatment of products using the parameters of natural conditions and simultaneous control of the material structure by disperse medium and heat-mass surface interchange is recommended.