автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Поризованный керамзитозолобетон как стеновой материал в жилищном строительстве

, О ^ •

ВСЕСОЮЗНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ГОНЧАРОВА НАТАЛЬЯ ИВАНОВНА

УДК 666.972.16

ПОРИЗОВАННЫЙ КЕРАМЗИТОЗОЛОБЕТОН КАК СТЕНОВОЙ МАТЕРИАЛ В ЖИЛИЩНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

05.23.05 — Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

\

\

Москва - 1990

Работа выполнена во Всесоюзном заочном инженерно-строительном институт

Научный руководитель

- заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Рыбьев И. А.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Микульский В. Г. — кандидат технических наук, старший научный сотрудник Требухина Н. А.

Ведущая организация

— Центральный научно-исследовательский экспериментальный и проектный институт сельского строительства

и

Защита состоится ----

~хг

- 1990 года в-----ча

на заседании специализированного совета К 063.08.01 во Всесоюзном заочнс инженерно-строительном институте по адресу: 109807, г. Москва, Ж-2! Средняя Калитниковская ул., д. 30, ВЗИСИ, актовый зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного заочно! инженерно-строительного института.

Автореферат разослан "-----"---------' 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Бунькин И. Ф.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.....г Актуальность темы. Технический прогресс в строительств свя-

его дальнейшей индустриализацией, всемерной экономией материальных и топливно-энергетических ресурсов, широким использованием вторичного сырья и отходов других отраслей для производства облегченных конструкций, обеспечивающих снижение массы зданий и повышение их теплозащиты.

Ежегодно в СССР потребляется примерно 50 ъ мирового объема производства легких бетонов, конструкции и изделия из которых до 80 % используются в жилищю-гражданском строительстве.К 2000 году

требуется построить 30 млн. квартир и индивидуальных жилых домов

о

общей площадью более 2 млрд.м .Для этого уже а 1991 году необходи-

р

ыо ввести порядка 155-160 млн.и жилья, т.е. увеличить обг-".м жилищного строительства почти в 2 раза.Это требует создания и внедрения в строительное производство нового поколения эффективных строительных материалов, изделий, конструкций, для производства которых должны быть использовеш менее энергоемкие технологии, отходы производства.

Удельный вес легких бетонов с применением искусственных пористых заполнителей,и в основном керамзита, должен возрасти к 1996 году до 23 %% а к 2010 году до 33 %.Однако, значительная на-

о

сыпная плотность керамзитового гравия (520-600 кг/м ) и дефицит пористых песков требуют поиска решений, направленных на уменьшение сродней плотности керамзитобетонов, снижение их материало- и энергоемкости.

Наиболее перспективней способ экономного потребления цемента и заполнителей в керамзитобетоне, снижения его средней плотности заключается з эффективном использовании отходов топлоэнергетики-зол ТиС.Отеку способствует комплексное их пркмштзнио, как п екти-

вированном виде - взамен части портландцемента, так и в качестве мелкого заполнителя.При одновременной поризации вяжущей части происходит существенное снижение средней плотности бетона, а за счет эффективных способов формирования оптимальной структуры поризован-ного керамзитозолобетона достигается и необходимый уровень его прочности, улучшение других физико-механических, технологических, эксплуатационных свойств.Получает решение и проблема утилизации отходов, что также является актуальной - экологической - задачей.

Цель работы Получение эффективных и экономичных поризован-ных керашитобетонов с комплексным применением в них буроугодьных зол и полимерной добавки полифункционального действия для их использования в жилищном строительстве.

Задача исследования:

- изучение состава и свойств портландцементного вяжущего вещества в смеси с буроугольной золой и полифункциональной химической добавкой К-9 - водорастворимым отходом производства нитронно-го волокна;

. - изучение влияния добавки К-9 на структурообразование цемен-то-зольного камня и его основные свойства;

- получение эффективных составов поризованного керамзитозолобетона оптимальных структур с комплексны.! применением буроугольной золы; активированной - в составе смешанного вяжущего вещества и в качестве мелкого заполнителя;

- выявление показателей физико-технических свойств поризованного керамзитозолобетона оптимальной структуры и исследование его долговечности;

- разработка и внедрение заводской технологии производства поризованного керамзитозолобетона с технико-экономическим обоснованием эффективности разработанных составов и способа его приго-

товления. '

Научная новизна:

- показано эффективное действие общих закономерностей теории ИСК в системе керамзитозолобетонов с добавками;

- обоснована возможность комплексного использования активированной и неактивированной буроугольной золы в вянущем веществе и поризованном кераызитозолобетоне с обеспечением требуемых физико-технических и эксплуатационных свойств;

- изучено влияние золы, а также добавки К-9 на процессы струк-турообразования и свойства цементо-зольного камня оптимальной структуры;

- установлено, что с увеличением удельной поверхности цементо-зольного вяжущего вещества заметно ускоряется процесс твердения и повышается механическая прочность цементо-зольного камня вследствие интенсификации процесса структурообразования;

- показано, что добавка К-9 благоприятствует "растворению" активной стеклофазы в золе, в результате чего повышается ее реакционная способность, а выполняя роль смачивателя и инициатора газовспучивания, добавка имеете с алюминиевой пудрой способствует формированию однородной мелкопористой структуры, в которой преобладают замкнутые поры по всему объему цементо-зольного камня;

- выявлено, что активация буроугольной золы химической добавкой приводит к снижению усадочных деформаций и уменьшает коррозию арматуры.

Практическое значение определяется следующим:

- выполненная работа способствует расширению масштабов выпуска и применения легких поризованных бетонов в строительство, что позволяет снизить материалоемкость конструкций, массу зданий и сооружений, повысить теплозащиту;

- б -

- предложено эффективное комплексное применение буроугольной золы в вяжущем и взамен песка - в поризованноы керамзитозолобетоне, что приводит к снижению стоимости бетона и решению важной экологической проблемы - утилизации отходов теплоэнергетики;

- разработан практический способ активации золы и цементо-зольного вяжущего вещества в технологическом процессе;

- предложена новая активная химическая добавка К-9, которая снизила расход алюминиевой пудры в поризованном бетоне;

- за счет агтивированного цементо-зольного вяжущего вещества снижен расход цемента на 70-120 кг/м в конструкционно-теплоизоляционных керамзитобетонах, получаемых на основе поризованного вяжущего вещества.Бетон при этом не уступает по своим свойствам приготовленному на портландцементе.

Реализация результатов работы в производство осуществлена на домостроительном комбинате п/о "Узстройиндустрии" г.Ферганы.

о

Достигнуто снижение себестоимости изготовления I м поризованного керамзитозолобетона на 2,54 руб. при экономии более 30 % цемента.

Обоснованность и достоверность основных научных положений, выводов, рекомендаций подтверждена общими закономерностями теории ИСК, результатами лабораторных исследований с использованием дериватографического и рентгенографического методов, ИК-спектро-скопического анализа и электронной микроскопии,статистической обработкой данных испытаний, научно-обоснованным общим методом оптимизации структуры, положительными результатами опытно-промышленных испытаний.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и об-гуждались на Всесоюзных научно-технических конференциях по теории, производству и применению искусственных строительных конгломера-

тов в строительстве в г.г.Бресте, Владимире, Ташкенте в 19791985 г.г.; на зональной научно-технической конференции "ЭВМ в расчетах и практике проектирования объектов строительства" в г.Ташкенте в 1986 г.; на научно-технической конференции "Эффективность применения пористых заполнителей и легких бегоноа в строительстве" а г.Севастополе в 1989 г.

По результатам исследований опубликовано семь статей.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и приложения.Работа изложена на 220 страницах машинописного текста, включающего 26 таблиц, 38 рисунка, 43 фотографий, список литературы из ¿58 наименований и приложения.

На защиту выносятся:

- оптимизация структуры и состава, технология изготовления конструкционно-теплоизоляционного поризозанного кераызитозолобо-тона, выполненные с позиций общей теории ИСК;

- некоторые новые закономерности улучшения физико-технических свойств пориэованного керамзитозолобетона при применении буроуго-льной золы и химической добавки;

- механизм действия активированной золы и химической добавки К-9 на формирование структуры и свойств поризованного керамзито-бетона;

- рекомендации по применению в жилищном строительстве новой эффективной разновидности легкого батона.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Существующая в строительства проблема снижения потребления цзменга и заполнителей в легком бетонэ связана с из шзнез зажноП проблемой снижения его средней плотности, которая становится раз-

решимой при использовании многотоннажных отходов теплоэнергетики и химической промышленности с разработкой рациональных технологических приемов и параметров получения бетонов.Обзор литературы показывает, что специфические свойства легким бетонам придают пористые заполнители.Основным видом искусственных заполнителей является керамзит, имеющий значительную насыпную плотность (520-

о

600 кг/м и более) и неудовлетворительный зерновой состав, что позволяет получать по обычной технологии кераызитобетон для ограж-

о

дающих конструкц"й со средней плотностью 1200 кг/м и более клас-«а В 5 (или В 7,5) вместо 1100 кг/ы по нормативным требованиям. Работами А.А.Брюшсова, Г.А.Бужевича, Ю.М.Бутта, К.В.Гладких, Г.Д. Диброва, В.Г.Довжика, Д.П.Кисилева, Ы.Я.Кривицкого, Ж.П.Леви, H.A. Попова, К.К.Эскуссона и многих других доказано, что снизить зависимость средней плотности легкого бетона от насыпной плотности керамзитового гравия можно поризацией вяжущей части бетона.Образуемая при этом структура в наибольшей мере отвечает природе легкого бетона, так как поризованы и заполнитель, и цементный камень, что повышает однородность бетона.На ряде предприятий для производства конструкций из лег."их бетонов с иоризованной структурой применяются аэздухововлекающие добавки, обеспечивающие максимально возможное воздухововлечение в размере 12 %.Увеличение количества добавки сверх определенного предала для повышения объема вовлеченного воздуха с целью снижения средней плотности бетона приводит к ухудшению его качества.Поризация пеной требует наряду с пенообразователем введения стабилизатора для создания устойчивой пены. Наиболее целесообразны газообразующиа добавки, из которых широкое распространение получила алюминиевая пудра, для интенсификации газовццеленил которой и экономии применяют различные способы, в том числа создание комплексных газообразователей.Для равномерно-

го распределения газообразователя и других компонентов в объеме бетонной смеси и получения оптимально поризованной структуры бетона используются эффективные смесители, в частности турбулонтные.

В нашей стране и за рубежом проводятся исследовательские работы и накоплен опыт использования эолошлаковнх отходов в производстве легких бетонов.Использование золи ТЭС в качестве мелкого заполнителя в керамзитобетоне приводит к уменьшению его средней плотности.При замене песка золой на 50 % средняя плотность снижа-

•э о

етсл на 160-240 кг/м , при полной замене - на 330-350 кг/м .Зола ТЭС, имея большой диапазон- по дисперсности (от 0-20 ккм до 90 мкм), в зависимости от вида сжигаемого топлива, укладывается в общей гранулометрии плотной смеси заполнителей, восполняя недостаток в частицах промежуточной крупности между песком и цементом.В качестве рационального критерия гранулометрии цементо-зольных смесей может служить удельная поверхность золы, значения которой до

о

2200 см /г не требуют корректировки зернового состава введением керамзитового или кварцевого песка.Зола как заполнитель, обладает гидравлической активностью и занимает промежуточное положение между относительно инертными и активными минеральными добавками. При этом предпочтительны низкокальциевые золы, и в частности бу-роугольные, которые менее гидравлически активны по сравнению с вы-сококальциеаыми, но имеют стабильный и однородный химический и зерновой состав.Основными гидравлически активными компонентами низкокальциевых буроугольных зол являются шлакозольное стекло и амор-физованнов глинистое вещество.Такие золы весьма целесообразны для производства цементо-зольньк вяжущих веществ, так как наполняя и уплотняя их они способны под влиянием физико-химических взаимодействий и структурообразования повысить прочность дисперсной системы при оптимальной структуре.Вяжущее оптимальной структуры, как мик-

роконгломерат, характеризуется, согласно общей теории искусственных строительных конгломератов, разработанной проф.И.А.Рыбьевым, наличием комплекса наилучших показателей прочностных, деформатив-ных и других структурочувствительных свойств.Однако, особые условия образования золышх частиц в виде твердых стеклянных сфер, характер их остеклованной поверхности предопределяют медленную пуццолановую реакцию золы, сопровождаемую длительным коррозионным процессом.Вследствие этого зола, как компонент вяжущего, нуждается в механохимжтзском активировании, "пробувдении".Под "пробуждением" понимается повышение пуццоланической активности золы в результата механической обработки в присутствии химической добавки (поверхностно-активного вещества), приводящей к увеличению дефектов и деструкций в оплавленной оболочке стеклофазы.Процесс помола и других компонентов цементо-зольного вяжущего (портландцементно-го клинкера, гипсового камня) в присутствии ПАВ сопровождается эффектом Ребиндера и, как следствие, понижением прочности твердых частиц под влиянием физической сорбции активных веществ на их поверхности. Модифицирующее действие химической добавки на структу-рообразование цементо-з^льных систем связано с тем, что образующиеся на поверхности зерен цемента и золы адсорбционные сдои проявляют свое расклинивающее действие, что ускоряет при помоле разрыв зерен минералов клинкера и золы на частицы коллоидных размеров, сопровождаемое "растворением" активной стеклофазы зольных частиц.Ионогеннне катиокактивные ПАВ, в частности водорастворимые полимеры, являясь стабилизаторами, образуют в растворе и адсорбционных слоях сетчатые гелеобразные структуры.Эти добавки способствуют ускорению структурообразования, увеличивают степень гидратации цемента, повышают качество низкоосновных гидросиликатов кальция и их дисперсность, т.о. обладают полифункциональным дейст-

днем.

Выдвинута рабочая гипотеза: если цементо-зольноо вяжуще« вещество, получаемое на основе клинкера или цемента и буроугольной низкокальциевой золы, активизировать и модифицировать в процессе помола стабилизирующей добавкой - ионогенным сополимером, создающим в сочетании с алюминиевой пудрой комплексный газообразователь для образования однородной ызлкопорнстой структуры вяжущего, то совместно с плотной смзсыэ кэрвызита и золы, как заполнителя, можно получить по зазодскоЯ технологии пэризованный кзрамзитозолобе-тои оптимальной структуры о коипяеясом трзбузыых и притом экстремальных показатэлэй физиг.о-тгшшчзския свойств, отличающийся о? лззэспгах консчруяцаошю-тэплопэоляцаоктк бетонов классов В 5 к В 7,5 улутаззнинш зксплуаггщяошоши характэристмками н эксомиоЛ цсмгита.

В процессе исследований в работе были использованы для получения цаменто-зольного пяаущэго вещества - портландцемент Куэасайс-зюго цементного комбината, зола сухого отбора от сжигания бурих углей на Зорганской ТЭЦ; а качестве мелкого заполнителя для бетона - зола Ферганской ТЭЦ с модулем крупности МКТ)= 1,46, а крупного заполнителя - керамзитовый гравий Ташкентского керамзитового завода фр.5-10 и 10-20 ш с насыпной плотностью 500-550 кг/м . Для модкфицирозания структуры и свойств цементо-зольного вяжущего, бетонной смеси и батона, а также для интенсификации газоввде-ления использовалась химическая добавка, представляющая ссбой водорастворимый отход производства нитронного волокна - полиэлектролит К-Э, обладающий полифункциональным действием.К-9, кшс акриловый сополимер, образующийся прл полимеризации 92,7

% акрялонитрп-

ла, б % матилакрила и 1,3 % итаконовоЯ кислоты, из токсична и использован з работе в виде раствора 10 % концентрации. Для пориза-

ции использована алюминиевая пудра ПАК-З с содержанием активного алюминия -85/6. . . •

Исследованы структура и свойства цементо-зольного вяжущего вещества (ЦЗВВ), сходного по некоторым свойствам с шлакопортлавд-цоментом, получено оно совместным помолом портландцементного клинкера, золы к гипсового камня.Были установлены: эффективность воздействия золы на процесс измельчения, изменение удельной поверхности ЦЗВВ в процесса помола, оптимальное количество золы в вяжущем. Полученные экспериментальные данные показали, что за счет увеличения тонкости помола можно значительно увеличивать и изменять активность цементо-зольного вяжущего.Исходя из зависимости активности вяжущего от дозировки золы, длительности помола и получаемой при этом удельной поверхности можно выделить три группы вяжущих: 1-е дозировкой золы до 20 %, когда активность ЦЗВВ практически почти не отличается от исходного цемента без золы при одинаковых затратах энергии на помол; 2-е дозировкой золы от 20 до 40-50 %, когда наблюдается как бы пропорциональное снижение активности вяжущего и тогда в этом диапазоне рационально компенсировать спад прочности вяжущегс за счет увеличения тонкости помола; 3 -с дозировкой золы более 50 %, когда происходит заметное снижение активности вяжущего, причем последнее трудно компенсировать только повышением дисперсности вяжущего, увеличением продолжительности помола.В исследованиях установлено, что структурная прочность может быть говышена за счет дополнительного уплотнения системы ЦЗВВ введением немолотой золы определенных фракций.Размещение фракций золы 20-40 мкм в объеме межзерновой пустотности приводит к сокращению объема свободных капилляров и снижению водопотребности системы. При этом рациональное количество вводимой немолотой золы составило 10-20 % (по массе).Другим способом повышения активности

ЦЗВВ явилось введение в состав вяжущего при помоле химической добавки К-9. Для интенсификации помола оптимальной следует считать ■ добавку К-9 в количестве 0,0015-0,002 % от массы вяжущего.Наибольший интерес представлял зффект совместного воздействия добавок золы и К-9 на активность вяжущего.В целях исключения фактора диспэрс-

ReM,Wta

Зависимость предела прочности при сжатии цекенто-зольного камня от количества вводимой золы при различном времени помола: Номера кривых соответствуют времени помола соотве? ¿венно: I - 30' , 2 - 45" , 3 - 60" , 4 - 90' , 5 - 120'

ности была принята к рассмотрению так называемая удельная активность цемента, определяемая как отношение предела прочности при

сжатии стандартных образцов цементного камня в 28-ми суточном воз-

D

расте к удельной поверхности цемента ( ——28—).Введение К-9 в ко-

о УД .

личестве 0,002 % обеспечивает активацию цемента на 15 %.Сохраняя повышенную активность цемента на первоначальном, исходном уровне можно увеличивать дозировку золы.

Кинетика гидратации ЦЗВВ и фазовый состаа гидратных новообразований исследовались методами дифференциального термического анализа (ДТА), рентгенофазоаого анализа и Ш-спектроскопии.Данные результатов ДТА свидетельствуют о возрастания количества связанной воды, определяющей гидратационную активность тонкомолотой золы. На термогрьмках гидратированного' ЦЗВВ (75:25 %) отмечены три груп-

Нолимество вводимой золы, (по масс<у

пы эндотермических эффектов и один небольшой по интенсивности эк-зоэффект при 560°С, вызванный выгоранием угля, содержащегося в золе.С увеличением тонкости помола золы наблюдаются следующие изменения на тормограымах: - увеличивается интенсивность эндоэффвк-тов при 120-140°С (разложение гидросиликатов кальция); появляются эндоэффекгы при 220-330°С, относящиеся к гадроалюминатам кальция, усиливаются энцоэффзкты, относящиеся соответственно к Са(0Н)£ и СаСОд.Такие изменения свидетельствуют об активирующем елияши золы с высокой дисперсностью на гидратации цемента.Относительное увеличение содержания гидроалюминатных фаз с ростом дисперсности золы свидетельствует об активности алюмосиликатной стеклофазы золы. Из данных рентгеноструктурного анализа очевидно, что добавка К-9 замедляет гидратацию ЦЗБВ: с меньшей скоростью гкдратируется основной клинкерный минерал-алит ((1= 3,03; 2,78; 1,76 А0).В меньшей степени изменяются отражения, соответствующие белиту (о£.= 2,56; 2,74 А0); с меньшей скоростью выделяется гидрооксид кальция (<1= 4,92; 2,62 А0); с меньшей скоростью связывается <1 - кварц золы ((1= 4,24; 3,34 А0).Данные инфракрасной спектроскопии подтверждают вышеизложенное.С вводом .добавки К-9 замедляется скорость поликонденсации кремнекислородных тетраэдров (видоизменение полос поглощения в области 700-1200 см~*); одновременно увеличивается относительное содержание гидроксильных групп (полосы поглощения 1650 см-1 и 3300 см"1).Из этого следует, что добавка К-9 определенным образом тормозит рекристаллизацию метастабилышх, более

основних гидросилккатов в стабильные гидросиликаты с меньшим соР П

отношением -Такой состав цементного камня характеризует-

ся более стабильным и длительным по времени приростом, прочности. Проведенными исследованиями установлено: - с ростом дисперсности золы увеличивается гидратационная активность цементо-зольного вя-

пущего вещества, опережающим темпом возрастает химическая активация клинкерных минералов; добавка К-9 тормозит процессы гидратации золы и цементо-зольного вяжущего вещества, а также процесс рекристаллизации первичных гидросиликатов кальция; существует оптимальное соотношение между дисперсностью золы и количеством вводимой добавки К-9, обеспечивающее максимальную степень пластификации пасты и минимальный эффект замедления гидратационного процесса.

Микроструктура цементного камня оптимального и неоптимального составов изучалась на элетронном микроскопе ЭШ-100 ВР.Данк_е электронной микроскопии показали, что цементный к илекь без добавки К-9 отличается меньшей структурной плотность» и низкой прочностью контактного слоя цементных новообразований и сферических частиц золы.Многие частицы золы свежего скола-цементного камня нэ имеют на своей поверхности гидратных новообразований.Как отмечалось выше, добавка К-9 способствует "растворению" активной стеклофазы, в результате чего на ее поверхности образуются зародыши гидросиликатов кальция, которые постепенно обрастают гелем гидратных новообразований цементного камня, приводя к формированию плотного контактного слоя.На микроснимках (рис.2) цементного камня (х32000) оптимального состава хорошо просматривается плотная пластинчато-чешуйчатая структура гидросиликатоэ кальция, свойственная тобер-моритовой группа.За счет перекристаллизации кристаллы гидросиликата кальция плотно сроставтся друг с другом, наблюдаются скопления игольчато-призматических кристаллов рттрингита.Отмечено, что з цементном камне неоптимального состава (с избытком ьоды) происходит интенсивное образование кристаллических продуктов.Однако, пластинчатне кристаллы гидросиликатов кальция (тоберьюрита) неравномерно распределены в сбьеме и разделены промежутками.для цементного камня с недостатком воды характерно n^.K-jicrrvie коротких

( 1

/ \ г: с л »\ ч

И • "" - < в •

• Л . к

■ ..: ..-.г : >1 1

» > .т./.'' *

1 '/г.у'К

.. С ! <• »».

д*- Г"-С

Г

Г '

4

/Г

i I

' Рис.2. Иикрофотогра^ииСхЗгООО)'скола цементного камня.

Образцы 28-ми сут.возраста из цементно-эольньг» в«иущегоСг/5:25; с добавкой 0,0022 К-9

) ч

пластинчато-призматических кристаллов портландита и наличие микротрещин. На уровне микроструктуры оптимальные составы яоризованнс-го цементного камня с добавкой К-9 характеризуются равномерной и однородной пористостью с преобладанием замкнутых микропор, наличием четких кристаллических форм.При этом микропоры равномерно распределены между кристаллами.Для оптимальных составов поризован-иого цементного камня без добавки К-9 (при одинаковом расходе га-зообразователя) также характерно наличие кристаллических новообразований с четкими гранями, однако распределени микропор межд. кристаллами неравномерное в виду недостаточной степени поризации на отдельных участках.В неоптимальных составах цементного камня с К-9 (при избытке вода) образующаяся микропористость также однородна и равномерна, однако наблюдается-значительно меньше кристаллических новообразований с четкими гранями, а распределение их крайне неравномерное.Для неоптимальных составов (при недостатке количества воды) характерна неполная степень поризации, видны на-прогидратированные зерна цемента, имеются микротрещины, которые свидетельствуют о развитии деструктивных процессов.Зарастание микротрещин новообразованиями у неоптимальны* составов по сравнению с оптимальными составами протекает в более поздние сроки и поэтому имеется опасность перерастания их в дальнейшем'в мэзотрещины. Проведенные микроструктурные исследования подтверждают предыдущие выводы о том, что цементо-зольное вяжущее гидратируется интенсивнее, чем портландцемент и особенно при оптимальных структурах. Очень важна оптимизация структуры на уровне тонкодисперсных гетерогенных систем.

В настоящей работе была принята также техническая характеристика оптимального состава цементо-зольного вяжущэго вещества (ЦЗВВ) по его наибольшей активности.Последняя выретедась предо-

лом прочности при сжатии ( . соответствующих образцов при оптимальном значении водовяжущего отношения (Вк/В).Образцы с разным содержанием золы в вяжущем испытывались при разных водовяжущих отношениях.При этом учитывались ранее выявленные оптимальные технологические параметры перемешивания, уплотнения, твердения и других переделов с соответствием их принятым на производстве.Приготовло-; ние смеси осуществлялось в механическом активаторе периодического действия с оптимальной скорость» вращения вала-ротора 800-1000 мин"^" .Уплотнение цементного теста в формах производилось на вибростоле при амплитуде 0,3-0,6 ш с чатотой колебаний 2900-3000 кол/ мин.Твердение в нормальных температурио-вланностных условиях, а также при тепловой обработке с режимом 2 + 3 + 6+ 4 чи изотермической температуре 80 - 3°С.Оптимальные составы цемеито-зольных вяжущих, полученных с разный содержанием золы, приведены в табл.1.

' Таблица I

Оптимальные составы цементо-эольных вяжущих веществ

íí доставляющие цеманто-зольного вягу-:Предел проч-:Водовяжущее сос:щего при оптимальном времени помола:ности при ска отношение та-: 45 минут :тии, Ша :

ва : портландце-:ЗсхТ гип-7зола:юж)доЪ*авЧ „

:ментныд кли:совый ка: ^ :ка К-9 : Rgg : В /В

75,9х5 0,22

77,6х5 0,225-

67,2х5 0,245

37,8х5 0,235

х) испытаны половинки белочек размером 4x4x16 сы (количество образцов - 3);

хх) оптимальное количество гипсового камня установлено 3,5 % от

массы портлакдцэментного клинкера: ххх) оптимальное количество добавки К-9 установлено от массы ся-кущего вещесгга.

Выполненное проектиросашгз состава вяжущего вещества по об-

снкер^ % :мень^ % • % • %

I 82,0 3 15 ' 0,002

2 72,4 2,6 25 0,002

3 57,9 2,1 40 0,002

4 38,6 1,4 60 0,002

щему методу теории ИСК позволило определить оптимальную область структур, обладающих высокими качественными характеристиками в интервале водовяжущих отношений, и выделить из них наиболее рациональную.В качестве рационального цементо-зольного вяжущего для дальнейшее исследований и реальных условий производства принят оптимальный состав 2 (табл.1) с наибольшим значением активности и высокими качественными характеристиками, подтверждаемым» проведенными исследованиями изучения структуры вяжущего этого состава с привлечением классов и комплексов независимых методов.

Пробными экспериментальными исследованиями было установлено, что принятое цементо-зольное вянущее вещество рационального состава, включающего: портландцементный клинкер - 72,4 %, гчпеовый камень - 2,6 %, зола - 25 добавка К-9 - 0,002 %, может быть с успехом использовано для получения тяжелого бетона с применением плотных заполнителей.Данное обстоятельство следует также из закона конгруэнции, согласно которого, в частности при оптимальных структурах между качественными характеристиками вяжущего и бетог на всегда имеется обязательное соответствие и функциональная взаимосвязь.Однако, в дальнейшем исследования были посвящены исключительно разработке на указанном вяжущем поризованного керамзитобе-тона оптимальной структур« классов В 5 и В 7,5, предназначенного для производства наружных ограждающих конструкций.Чтобы найти оптимальный состав поризованного бетона, потребовалось определить допустимую степень поризацин цементо-зольного камня при помощи алюминиевой пудры.Так как реальная активность вяжущего Ic5^ 77,6 МПа и следовательно гораздо больше, чей STpgg бетона и равное 6,75 (шпз 9,0) МПа, то цементный камень ионно порнэовать до Степень допустимой поризация вянущей части з бетоне наяодялр.сь

из условия, чтобы -2-Е—„ 2,0-3,5Дш выше активность гтау-

^треб

щег-о, тем степень допустимой поризации ближе к значении 3,5.Большое влияние на физико-технические свойства псризованного бетона оказывает размер пор и однородность их распределения.Структура оптимальна, когда макропористость и микропористость распределяются в соотношении 5:3 при содержании пор среднего радиуса до 20 5а от общей пористости (по данным Е.С.Силаенкова).Заполняющая часть поркзовшшого керамзитсбетона: зола, песок, керамзит также разномерно распределяются по объему материала с плотной упаковкой их на макроуровне конгломерата.

Составы порадованного керамзитобетона оптимальной структуры определялись общим методом проектирования оптимальных составов ИСК.Были запроектированы рациональные оптимальные составы бетона: на поризованном цементо-зольном вяжущем класса В 5 средней плотно- •

о

стью 900-1100 кг/м и класса В 7,5 средней плотностью 1050-1100

о

кг/м с полной заменой песка золой; на поризованном цементном вя-куцем класса В 7,5 средней плотностью 1100 кг/м с частичной заменой песка золой.Экономия цемента для бетонов на цементо-зольном вяжущем составила 30-35 Вследствие полной или частичной замены песка золой средняя плотность бетона снижена на 100-150 кг/м при сохранении прочности.Снижение плотности бетона объясняется пористостью золы, хоторая у отдельных частичек составляет 10-20 %.Кроме того, зола, благодаря своей повышенной (по сравнению с песком) суммарной поверхности, способствует большему диспергированию вовлеченной и полученной при поризации воздушной и газовой фаз, что приводит к образованию в бетоне своеобразного каркаса из более vohkkx мехзерновых прослоек цементного камня, снижается расход цемента и уменьшается плотность бетона.Кроме того, экспериментально показано, то введение золы и химической добавки К-9 в состав позволяет получать поризованные керамзитобетоны пониженной плот-

ности при более высокой прочности при сжатии (за счет формирования оптимальной структуры).

Проведенные исследования физико-механических характеристик поризованного керамзитозолобетона показали, что присутствие золы и добавки К-9 в составе бетона оптимальной структуры приводит к увеличению начального модуля упругости на 12 ^.Усадочные деформации бетона связаны с его влажностью.Введение добавки К-9 в состав поризованного керамзитозолобетона способствует снижению влажности

(отпускная влажность этого бетона находится в пределах 8-10 %).

—Б

Усадочные деформации находятся в пределах 50-75 н, что допустимо для бетона поризованной структуры.Наименьшими значения!® плотности обладают поризованные керампитозолобетоны оптимальной структуры. Присутствие добавки К-9, удлиняющей период структурообразова-ния цементо-зольного теста, эффективно в условиях сухого жаркого климата.При этом происходит снижение средней плотности бетона при томператцре 20°С на 6-8 %% а при 30°С - до 15 $.При оптимизации структуры увеличивается процент условно закрытых пор, наблюдается снижение объема открытых капиллярных пор, что приводит к увеличатся морозостойкости бетона.Бетон класса В 7,5 оптимальной структуры выдержал более 200 циклов попеременного замораживания-оттаивания.Теплопроводность бетона классов В 5 и В 7,5 при средней плотности 900-1100 кг/м^ находится в пределах 0,2-0,35 Вт/м°С и отвечает техническим требованиям, предъявляемым к бетонам этого класса. Полученные данные свидетельствовали, что потерн массы н коррозии арматуры в бетонах оптимальных составов но наблюдалось.Исследования показали, что в отношении поризованного керамзитозолобетона наблюдается закономерность, выражаемая законом створа: оптимальной структуре соответствует комплекс экстремальных, т.я. наиболее благоприятных показателей свойств, что происходит под влиянием из-

вестных физических, физико-химических и технологических факторов. В частности в общем створе оказались расположенными экстремумы Rc*c> Enp » Ее ,£ , набухание, влажность, плотность, порис-

тость, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность, другие

поризованных керамзитозолобетонов классов В 5 (створ II) и В 7,5 (створ I) при оптимальных структурах - закон створа: I - предел прочности при сжатии (Исж),Ша; 2 -предел прочности на растяжение при изгибе (Ёизг), МПа; 3 - приименная прочность (К^), МПа; 4 - модуль упругости (Е-10"^), 11Па; 5 - средняя плотность (р ), кг/ы; 6 - теплопроводность (л), Вт/(и°С)

На Кувасайскоы цемзнтном комбинате сипущена опытно-промшлон-

ная партия цемэнто-зольного вяжущего вещэства в объеме 50- тыс.т

с годотм оффзиоы 75 тис.руб.В строительной трасте г.Ферганы на

основе этого цеизнго-зольного вяааущзго вещества выпущена опытная

3

пирг-пл теплоизоляционных излагай объеаоы 1100 и ячэкстого батона с фаагичзсквы эхоноиачоскш еффг^ом - 15 5iis.py6.ih доиостроптс-

льном комбинате г.Ферганы также на основе этого вяжущего выпущена опытная партия изделий в виде стеновых панелей серии II1-76/69-1. Фактический экономический эффект составил 18,6 тыс.руб.При годовом выпуске пориэованного керамзитозолобетона в объеме 5428 м** ожидаемый экономический эффект составит 55316 руб.Расчетная экономическая эффективность применения пориэованного керамзитозолобетона при производстве ограждающих конструкций составляет 2,54 руб. в расчете на I м^ бетона.

ОНЦИЕ ВЫВОДИ

1. Проблема производства конструкционно-теплоизоляционных бетонов пониженной средней плотности и заданной прочности решена в настоящей работе путем получения пориэованного керамзитобетона на основе активированного цементо-зольного вяжущего.

2. Гидравлически активным компонентом буроугольных низкокальциевых зол, принятых в работе, является стеклофаза.Дяя "пробуждения" золы принята механохимическая обработка, осуществляемая совместным помолом портландцементного клинкера, золы и гипсового камня с химической добавкой полифункционального действия.

3. Исследованы структура и свойства цементо-зольного вяжущего вещества (ЦЗВВ); эффективность воздействия золы на процесс измельчения; изменение удельной поверхности ЦЗВВ в процессе помола; оптимальное содержание золы в Еякущем.Компенсация спада прочности вяжущего при введении золы в количествах до 40-50 % производилась увеличением тонкости помола, введением химической добавки К-9 в количестве 0,0015-0,002 % от массы вялящего•

4. Микроструктурнымн анализами установлено, что поразоваиный цементо-зольный камень характеризуется равномерной и однородной пористостью с преобладанием кикропор замкнутых, нялкчири четких кристаллических форм.Твердая фаза этого гсакня оптимальной с?ру?г-

тури представлена в основном лластинчато-чешуйчатыыи кристаллами гидросиликатов кальция, имеющих правильную форму-и равномерно-распределенных в объеме.

5. Цементо-зольное вяжуще®> оптимальный состав которого запроектирован по общему методу теории ИСК, обладает высокой прочностью и может быть использовано как для изготовления конструкционных тяжелых бетонов с применением плотных заполнителей, так и конструкционно-теплоизоляционных бетонов поризованной структуры. В настоящей работе рекомендованы для производства рациональные составы поризованного керемзитозслобетона классов В 5 и В 7,5.

6. Исследование физико-механических характеристик поризованного керамзитозолобетона показало, что наибольшими значениями прочности обладают бетоны оптимальных структур, а присутствие золы и добавки К-9 в составе бетона оптимальной структуры приводит к увеличению на 12 % начального модуля упругости.

7. Морозостойкость поризованного керамзитозолобетона за счет образования мелкопористой структуры с преобладанием замкнутых пор имеет достаточно высокие значения.Так, бетон класса В 7,5 оптимальной структуры выдержал более 200 циклов попеременного замораживания-оттаивания.

8. Теплопроводность поризованного керамзитозолобетона находится в пределах 0,2-0,35 Вт/(м°С), что отвечает техническим требованиям к конструкционно-теплоизоляционным бетонам.

9. Основные закономерности изменения свойств поризованного керамзитозолобетона выражаются законом створа - оптимальной структуре соответствует комплекс наиболее благоприятных показателей строительных и эксплуатационных свойств (рис.3), законом прочности оптимальных структур и законом конгруэнции.

10.Экономическая эффективность применения поризованного ке-

раызитозолобетона при производстве ограждающих конструкций составляет 2,54 руб. в расчете на I м бетона.Производственные испытания п внедрение цементо-зольного вяжущего, теплоизоляционного бетона и порнзованного керамзитозолобетона в условиях домостроительного комбината и строительного треста г.Ферганы подтвердили основные результаты работы.Экономический эффект от внедрения 50 тыс.т цэ-менто-зольного вяжущего вещества составил 75 тыс.руб.; от вкедре-

о

ния теплоизоляционного бетона объемом 1000 м - 15 тыс.руб.; внедрения поризованного керамзитозолобетона - 18,6 тыс.руб.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рыбьев И.А., Гончарова Н.И. Поризованный керамзитозолобе-тон как разновидность искусственных строительных конгломератов // Эффективные материалы для жилищного строительства.Сборник статей НИЦСМ. - Ii., 1990.

2. Золопортландцемгнт/ Составитель Гончарова Н.И. - Фергана, 1988. - (МТ ЦНГИ.Информационный листок 88-08).

3. Активная органическая добавка в производстве железобетонных изделий/ Составители. Гончарова Н.И., Набиев М. - Фергана, 1988.

- (ОТ ЦНГИ.Информрционный листок № 88-05).

4. Исламкулова С.Х., Гончарова Н.И. Математическая обработка результатов испытания золобетонных смосей// ЭВМ в расчетах и практике проектирования объектов строительства.Сборник трудов ТвдПИ.

- Ташкент, 1986.

5. Исламкулова С.Х., Гончарова Н.И. Упрочнение цементного камня легкого бетона введением золы ТЭС// Теория, производство

и применение искусственных строительных конгломератов в водохозяйственном строительстве.Тезисы доклада Всесоюзной н/т конференции.

- Ташкент, 1985.

6. Исламкулова С.Х., Гончарова Н.И. Исследование зол: ТЭЦ Узбекистана с целью использования их в виде добавок"к бетонам и в качестве сырья заполнителей бетонов// Теория, производство и применение искусственных строительных конгломератов в сельскохозяйственны строительстве.Тезисы доклада Всесоюзной н/т конференции. - Брест, 1979.

7. Шшахонов А.У., Ахмедов A.A., Гончарова Н.И. Раздельная технология приготовления гаэозолобетона/ Эффективность применения пористых заполнителей и легких бетонов в строительстве.Тезисы докладов н/т конференции. - Севастополь, 1989.