автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение кислотостойкости шлакощелочных бетонов

АЛМА-АТИНСКИЙ АРХШКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Старцева Наталия Ильинична

ПОВЫШЕНИЕ КИСЛОТОСТОЙКОСТИ ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ БЕТОНОВ 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алма-Ата - 1990

Диссертационная работа выполнена в лаборатории Алма-Атинского филиала Центрального межведомственного института: повышения квалификации специалистов строительства (ЦШПКС) при МИСИ им. В.В.Куйбышева.

Научные руководители: - заслуженный деятель науки УССР, доктор

технических наук, профессор | Глуховекий В. Д. I

- кандидат технических наук, доцент Ергешев Р. Б.

Официальные оппоненты: - доктор химических наук, профессор

Ратинов В.Б.

- кандидат технических наук, доцент Изжанов М.М.

Ведущая организация : - Государственный строительный комитет

КазССР

Защита состоится /¿¿^j f/jj 1990 года в А_часов

на заседании регионального специализированного Совета К.058.05 01 в Алыа-Атинском архитектурно-строительном институте по адре су: 480123, Алма-Ата, ул.Обручева, 28, ауд.240.

С диссертацией.можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " Ое.ГХПл 1990 г;

Ученый секретарь регионального специализированного Совета,

кандидат технических наук К.С.ПИНТЕЖРОВ

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. ' Актуальность тамы. Грандиозные масштабы современного и , прогнозируемого строительства требуют экстенсивного развития 5'_Саэы стродощустрии, расширения производства новых конструкционных материалов: прочна, долговечных и экономичных.

Разработка высокопрочных коррозионностощшх шлакощелоч-ных бетонов с использованием различных отходов промышленности Казахстана актуальна для республики в аспекте реализации программы "Ресурсосбережение", экологического оздоровления окружающей среды, обеспечения эксплуатационной надежности строительных конструкций в агрессивных средах, повышения долговечности зданий и сооружений. Ежегодный ущерб, наносимый народному хозяйству Казахстана только от коррозии строительных конструкций промпредприятий с сильноагрессивнкми срсдами около 40 млн. руб. с ярко выраженной тенденцией к росту этого объема. Наиболее интенсивным коррозионным разрушения!-» подвержены конструкции предприятий металлургической, химической, нефтехимической и пищевой промышленности, а также подземные конструкции зданий и сооружений общего назначения, т.к. влажные грунты Казахстана представляют собой сложный почвенный электролит. Как показала отечественная и зарубежная практика эксплуатации зданий и сооружений, традиционные методы их зашиты неэффективны: дороги, трудоемки, недолговечны. Целесообразнее использовать специальные бетоны, обладающие собственной стойкостью, обеспечивающей долговечность конструкций без дополнительной защиты.

Одним из таких эффективных строительных материалов является тлакощелочной бетон, обладающий повышенной стойкостью в различных агрессивных средах. В сложных эксплуатационных условиях Казахстана шлакощелочные бетоны предпочтительнее как полимербетонов, так и бетонополимеров: экономичней, вариабельней, обладают меньшей ползучестью, обеспечены сырьевой базой. Однако под действием'паров ряда кислот (минеральных и органических) особенно концентрированных, в ШЦБ происходят обменные реакции, сопровождающиеся химическим перерождением природы шлакощелочного камня, потерей вяжущей способности Ш1ЦВ и постепенным разрушением железобетонных конструкций, что делает невозможным их применение в кисл;рс средах без дополнитель-

ной згицити.

Известные в настоящее вре^я методы повышения кислотостой-кости ЩБ (пропитка мономергмп, серой к др.) неэкономичны, трудоемки, практически недоступны. Следовательно, проблема поиска эффективных вариантов, обеспечения кислотостойкости келезобе-'х-сшшх конструкций остается актуальной. Кроме того, для Казахстана с его объектами большой хшлии, металлургии и энергетики, где более 50$ строительных конструкций эксплуатируются в условиях сильной кислотной агрессии и более 80$ подземных конструкций работает в условие действия сильной сульфатно-хлорид -ной коррозии, i) последнее вре^я приобрела актуальность проблема универсальной долговечности бетонов.

Данная диссертационная работа выполнена в рамках реализации отраслевой программы КИР и ОКР по проблеме 055.16.264. "Создать и освоить производство шлакощелочных железобетонных конструкций в т.ч. высокопрочных" и Постановления ЦК КПСС и Ш СССР № 1000 от 18.II.1982 г."О некоторых мерах по усилению зхснсмии материальных ресурсов в строительстве", п.Ю.

Целью диссертационной работы является получение кислотостойких, высокопрочных, экономичных и долговечных шлакощелоч-шх бетонов с регулируемой удобоукладываемостью бетонных сые-ссй применительно к. кош-.гothlsj региональные условиям Казахста* Данная цель достигнута путём модифицирования микроструктуры и поверхности шлакоцелочных бетоно'в на основа вяжущих из различных отходов проыциленностп.

В соответствие с поставленной целью сформулированы основные задачи: '

- разработать составы кислотостойких композиций и оптимизировать технологические параметры их получения;

- разработать технологию изготовления кислотостойких ШЩБ модифицированной структур:; и поверхности;

- исследовать влияние модификатора на реглогию бётонноп смоси, фазовый состав, структуру и на физико-ыеханичоские характеристики ШЩр;

- исследовать влияние вида шломосиликатного и щалочного компонентов ЩБ на их кислотостойкость;

- провести натурныо испытания шлакощелочнцх конструкции и определить вконашческую эффективность их производства.

Автор защищает:

- результаты исследования кислотостойкостл и других фияг!-ко-.механических свойств модифицированных ШЩ5;

- результаты исследования влиягая суперпластификлторов па реологию бетонное смеси , фазовый состав новообразований и структурные характеристики бетона;

- результаты оптимизации режима ТВО ШЩБ;

технологию изготовления ШЩВ модифицированной структуры и поверхности;

- результат!,; промышленной апробации и натурных испытаний конструкции из 1!Ир модифицированной структуры и поверхности.

Научная новизна. Разаботана технология получения кислотостойких шлакощелочных бетонов модифицированной структуры и поверхности. Выдвинута и экспериментально подтверждена гипотеза о взаимосвязи микроструктуры ШЩБ и их кислотостойкости: модифицированной благодаря синерготическсму эффекту действия суперпластификатора и щелочного электролита микроструктуре ШЩВ соответствует высокая степень кислотостойкости вне зависимости от алгаосиликатного компонента вяжущего. Установлен механизм действия добавки СП на шлакощелочную композицию, заключают й-ся в ее разжижении и стабилизации процесса структурообразова-ния в начальный период твердения, что подтверждено кинетикой контракции ШЩЗ.

Установлена высокая эффективность действия добавок "40-03" и "С-З",'способствующих улучшению реологических свойств илако-щелочных композиций и эксплуатационных характеристик ЩЗ: прочности, упругости, водонепроницаемости, сопротивления морозо-коррозионноо деструкции.

Методом математической статистики определены оптимальные параметры гидротермальной обработки кислотостойких ШЩБ.

Предложены модели композиций на основе шлакощелочных вя-яущих низкой водопотребности, обладающие универсальной непроницаемостью. .....

Разработан плазменный метод создания защитно-декоративного. поверхностного слоя бетона, обеспечивающего его химическую стойкость.

Практическое значение выполненной разработки подтверждается реальной возможностью перспективного использования результатов исследований при производстве ШЩБ на предприятиях строй-_

индустрии и при возведении зданий и сооружений, эксплуатирующееся в агрессивных условиях. Высокопрочные, цоррозиощюстои-кие, непроницаемые шлакощелочные бетоны модифицированной структуры или поверхности позволяют повысить эксплуатационную надежность строительных конструкций в условиях воздействия кислотной и солевой, атмосферной и грунтовой агрессии.

Проведенный поиск новых алшосиликатных и щелочных компонентов, отработка технологических параметров их производства позволяют расширить сырьевую базу ШЩБ.

Результаты исследований включены в рекомендации по применению СП в ШЩБ, а также в технологический регламент на производство изделий и конструкций из 1ШЦБ с использованием различных отходов промышленности. Выпущенные на предприятиях строй-индустрии опытно-промышленные партии модифицированных ШЩБ показали их технологичность, экономичность, малую энергоемкость.

Внедрение результатов исследований:. На ряде предприятий отроииндустрии Госстроя КазССР осуществлен выпуск опытно-промышленных партий железобетонных конструкций и изделий из ШЩБ с добавкой суперпластификатора, проведены промышленные натурные испытания на прочность, жесткость, трещиностопкость и кис-лотостойкость. С участием автора осущесг влен пуск технологических линий по производству ШЩБ на Джамбулском ЖБК, на КСМ трестов Дтамбулстрои и Актюбжилстрой, а также на заводе "Ыобиль" треста Талды-Курганпромстрой. Железобетонные конструкции из ШЩБ модифицированной структуры: безнапорные трубы, кольца телефонных колодцев, "цоки СП и УДБ, стеновые панели промзданий, бордюры, плиты и лотки теплотрасс нашли применение при возведении объектов НДфЗ, подземных конструкций жилых и промышленных зданий, инженерных коммуникаций, в благоустройстве городов, в дорожном строительстве.

Годовой экономический эффект от производства и применения коррозионностойких ШЩБ с добавкой СП составил 263,'5 тыс. руб. Удельный экономический эффект 7,03-8,5руб./м3; с учотоы повшения срока службы зда-мй и сооружений в агрессивных эксплуатационных условиях - 21,36 руб./м3. Натурные испытания к/б конструкций из ШЩБ, смонтированных на объектах ВДфЗ подтвердили их высокую коррозионную стойкость в агрессивной кислой среде.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всесоюзном координационном научно—практическом совещании "Пути использования вторичных ресурсов для производства строительных материалов и изделий" (Чимкент, октябрь, 1986 г.), на I научно-практической конференции ЦМИПКС при МИСИ им. В.В.Куйбышева по результатам НИР (Москва, май, 1986 г.), на Республиканской конференции по проблеме ресурсосбережения в строительстве (Джамбул, май, 1988 г.); на республиканской научно-технической конференции "Охрана и рациональное использование водных ресурсов, атмосферного бассейна и отходов производства" (Фрунзе, 1990 г.); на Республиканской научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов" (Алма-Ата, 1990 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 работ, в т.ч. 14 статей, 5 НТД. Поданы заявки на изобретение составов шлакощелочных композиций низкой водопотребности и способа повышения кислотостойкости ШЩК.

Структура и объем работы. Диссретация включает введение, 5 глав, выводы, список использованной литературы из 147 наименований, 4 приложения. Работа изложена на 158 страницах, содержит 118 страниц машинописного текста, 27 таблиц и 34 рисунка. . "

СОДЕШАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы и цель исследований.

В первой главе приведен литературный обзор отечественных и зарубежных исследований» а также результаты патентного поиска в области получения и применения шлакощелочных бетонов в строительстве, изложены теоретические основы получения ШЩБ, дан аналитический обзор информации- о коррозионной стойкости ПЩБ в различных агрессивных средах. ■

Анализ литературных данных показал, что до настоящего времени исследования в области долговечности ШЩБ велись в основном в направлении создания различных композиций, стойких в условиях действия солевой агрессии,.

Повышению кислотостойкости ШЩВ посвящены работы В.Д.Глу-ховско'го, П.В.Кривенко, Р.Ф.Руновой, Г.В.Румыны, В.В.Чирковой,

В.В.Старчука, Н.Г.Русановой» Ж.В.Скурчинской, Н.Н.Гончарова -их немногочисленные исследования далеко не исчерпывают круг вопросов данной проблемы.

Теоретические предпосылки,в основе которых лежит анализ литературных данных, позволили выдвинуть рабочую, гипотезу: высокая кислотостойкость может быть достигнута путем целенаправленного модифицирования микроструктуры ШЩБ благодаря радикальному снижению Р/Ш композиции с добавкой суперпластификатора, а также путем создания непроницаемого защитно-декоративного слоя плазменной обработкой поверхности конструкций. В соответствии с рабочей гипотезой определены цель и задачи исследований.

Во второй главе даны характеристика исходных материалов и методика исследований.

В качестве алвдосиликатных компонентов вяжущего в работе использованы доменные и фосфорные граншлаки, а также зола-унос ТЭЦ. В качестве щелочных компонентов использованы щелочесодер-жшцие соединения, являющиеся побочными продуктами или отходами промышленности: смесь содосульфатная (сульфокарбонат натрия) Чирчикского ПО "Электрохимпром"; натриевые отходы гальванического (ОГ) производства и калиево-дитиевые отходы (КЛ—0) производства Талды-Курганского завода щелочных аккумуляторов; бокситовый шлам Павлодарского алюминиевого'завода (ШПАЗ); отходы производства сульфида натрия Актюбинского завода хромовых соединений (АЗХС), а также триполифосфат натрия (ТПЩ), выпускаемый Дкамбульским фосфорным заводом.

В исследованиях применены отечественные суперпластификаторы: "С-3", выпускаемый Павлодарским заводом "Суперпластифй-катор" и Новомосковским заводом "Оргсинтез"; "40-03" - синтетический продукт поликоцценсаций с формальдегидом сульфирований ароматических углеводородов, выделяемых при каталитическом крекинге и пиролизе нефтепродуктов,-выпускаемый опытнъы заводом

инхп.

Исследование влияния суперпластифик&торов на формирование структуры шлакоцелочного цементного камня и бетона осуществлялось с использованием рентгенографических,влектронно-*жкроско-пичесхих и других аналитических методов. Прочностные н упруго-дефориатиеша характеристики ШЩВ определялись ультразвуков^

импульсным методом; другие физико-механические характеристики 1П1ДБ - стандартными методами.

Исследование кинетики контракции шлакощелочных композиций в процессе их структурообразовалия проведено неразруиающим контракционным методом, основанном на измерении величин ваку-умирующего эффекта в процессе гидратации, являющихся прямым источником информации о приращении во времени количества химически связанной жидкой фазы в системе.

Дифференциальные и интегральные порограммн при исследовании структурной пористости шлакощелочных композиций получены ртутно-порометрическим методом ( ПЛ-ЗМ ), макропористость пша-кощелочного камня и бетона определена методой световой микроскопии.

В работе использованы ультразвуковые приборы УКБ-1М и УК-Юп, позволяющие определять прочность ШЩБ, монолитность его структуры и динамические характеристики упругости: модуль Юнга Ед, модуль сдвига (3^, коэффициент Пуассона^ .являющиеся мгновенно- упругими значениями статических характеристик.

Испытание ШЩБ модифицированной структуры и поверхности на водонепроницаемость проведено стандартным методом по ГОСТ 12730. 5-84, а также по оригинальной методике ^.-Нопо^, включающей три стадии испытания эффективности защиты материала от проникновения в него воды, агрессивных паров и жидкостей:

определение угла^»окаймляющего каплю жидкости, нанесенную на поверхность бетона;

водонепроницаемость под давлением; 'испытание на водовсасывание.

Морозостойкость определена попеременным замораживанием и оттаиванием образцов, насыщенных водой, растворами кислот и солей в' целях исследования стойкости ШЩБ с добавкой СП в условиях действия агрессивной среды и морозной деструкции.

Кислотостойкость ШЩБ модифицированной структуры определена по методике ГОСТ 25881-83 путем выдерживания образцов в растворах минеральных и органических кислот &-Ю#-ной концентрации в течение 360 суток,

Режим термовлажностноя обработки оптимизирован методом математической статистики.

Третья глава посвящена исследованиям кислотостойкости и других физико-механических свойств шлакощелочных композиций.

Как показали многочисленные исследования, шлакощелочные бетоны подчиняются общему закону прочности, который применительно к Шр можно интерпретировать в виде функции (Р/Ш). Снижая Р/Ш до минимума благодаря синергетическому эффекту действия суперпластификатора и щелочного электролита получаем качественно новую структуру шлакощелочного бетона, обеспечивающую его высокую прочность, морозо-коррозионную стойкость при эксплуатации, исключающую деструктивные явления в процессе термо-¡злажностной обработки при ускоренных ее режимах. Данное предположение нашло подтверждение в последующих экспериментальных исследованиях в этом направлении.

Выявлен водопонижающий эффект суперпластификаторов "С-3" и "40-03" в шлакощелочных композициях, изучено влияние различных щелочных компонентов на оптимальное количество добавки суперпла тификатора.Критерием оптимальности количества СП служила максимальная O.K. смеси без снижения прочности бетона. Экстремум R в композициях с СКН соответствует дозировке С-3 = 0,6$ Ш, 40-03 = = 0,4$ Ш.

Исследование зависимости E^g от Р/Ш при введении оптималь ного количества СП показало возможность получения прочности ШЩБ после ТВО 60-80 МПа благодаря снижению Р/Ш до 0,26 - 0,30 при обеспечении хорошей.удобоукладываемости смеси.

Механизм действия суперпластификатора в шлакощелочных композициях аналогичен его действию" в цементных бетонах - периодические наблюдения за изменением характера поведения шлакощелочных суспензий из ЭТИ! и СКН с Р/Ш = 20 при помощи микроскопа МЕИ-2 подтвердили данную гипотезу. Суперпластификатор, адсорби-руясь на поверхности" шлаковых дисперсий экранирует минералы псе доволластонита, препятствуя их взаимодействию со щелочами, заме ляя структурообразование. Благодаря блокированию зерен минерало ¿-СИ происходит временная стабилизация процессов гидратации: <ТС- 20-50 мин), что подтвзрждается кинетикой контракции 1ШЦВ.

По данньм Р-&А, добавка СП не оказывает влияния на фазовый состав гидратных новообразований шлакощелочного вяжущего.

Результаты ртугно-пороиетрических исследований шлакощелочных композиций с добавками и без добавки суперпластификаторов -распределение микропор по размерам, интегральные и дифференциальные ¡программы свидетельствуют о .модифицировании структуры ШИ добььхами СП: снижается их суъшарная пористость по сравнению с

контрольными композициями при одинаковом Р/Ш; дифференциальные кривые смедены в область распределения замкнутых микропор размерами Ю А^-Н-с- юЧ.

Поскольку добавка СП влияет на процессы формирования структуры твердеющего камня, нами была решена задача оптимизации режимов ТВО ШЩБ 'с учетом всех влияющих факторов: Z пв, tu5 , ТГ«5. Критерием оптимальности структуры принят прирост прочности R^ в i -том возрасте, свидетельствующий о кальматации пор за счет новообразований, предопределяющий снижение проницаемости и повышение кислотостоикооти. Для установления влияния различных режимов ТВО на I^g был реализован некомпенсационный 4-х факторный план второго порядка. Функциональная связь между' I^g и влияющими факторами математически выражена зависимостью R = -f (xj, х2, х3, х4) (I)

В матрице планирования экспериментов варьируем каждый фактор на 3-х уровнях.

Функция (I) представляет собой полином П порядка: у* ¿Lti + i1 (2)

Рассчитав коэффициенты регрессии в0, b¿ , , в^, определив их статистическую значимость, получаем полиноминальные уравнения вида: R?n= 51,7+5,9IxI-I,62x2+8,78x3+5,8x4-2,92x^-12,12х^-

-б, 05х2+3 ,82х jX.j+3 ,72х jX4-I, 8х2х4+3,52х3х4; (3)

= 55,1+б,бхг1,83х2+9,23х3+б,2х4-з,5х2-1з,1хз + б,Зх2+5,42х jX3+2,95х jX4-1,72х?х4+3,6х3х4; (4)

61,9+7,89xj-3,54х2+10,1хэ+6,68ic4-5,7üc2-3x2-15,2х2-8,682 + 2,22x^+7,эЦхд+Зх^ - 1,45x^+4,37*^. (5)

Проверяем гипотезу об адекватности полученных моделей по критерию F. Математические модели 3-5 описывают функциональную зависимость прочности ШЩБ с добавкой СП от параметров ТВО и могут быть использованы для назначения рояима ТВО, для прогнозирования R в различном . трасте.

Для изучения влияния добавки СП на .рост прочности ПЦБ в те- : чение ряда лет з- образцами полось наблвде.нмо. Образцы ШЩБ с добавкой и без добавки готовились из изопл.чстишноС Ciíses». т.е. в составах с СП редуцировалась жидкая фаза до получения консистенции, адекватной контрольной смеси. Кинетика упрочнения ClÜjB, пропаренных по оптимальному режиму, свидетельствует о благо-

творном влиянии СП на формирование структуры как в ранний ш риод интенсивной гидратации вяжущего (в процессе ТВО) так и течете длительного времени последующего твердения. Напримег Есж * на осн°ве ЭТФШ и СКН с добавкой 40-03 за четыре года увеличилась от 58,0 до 118,0 МПа, в то время как хранившиеся в тех же условиях образцы без СП набрали 48,0 МПа.

Динамические характеристики упругости тяжелого ШЩБ с до бавкои "40-03" выше аналогичных величин в контрольных образц и конструкциях.

Морозостойкость обычных ШЩБ выявлена исследованиями ПНИ КИСИ и подтверждена многолетней эксплуатацией подземных конструкций. Поэтому модифицированные ШЩБ испытаны в экстремаль ных условиях: сопротивление морозной деструкции определено » посредственным замораживанием образцов, насыщенных не водой, слабыми растворами кислот и солей (H2S04, CHgCOOH, ,УаСt).

Для оценки влияния СП на непроницаемость ШЩБ изготавливг лись образцы-циливдры из изопластичных бетонных смесей соста] Ш:П:Щ = 1:0,9:2,56 без добавки (контрольный) и с добавкой С-; на основе ЭТФШ и различных затворителей.

Таблица I.

..Влияние добавки СП на морозостойкость и водонепроницаемо шлакощелочных бетонов

Вид щелочного ! С-3 компонента { % Ш ! р/Ш {Кол-во{ j |циклов| •Am % ! | % [ ^рз -1- j v\

Отходы капролактама -сульфокарбонат о-Га. 0,6 0,40 о;з2 300 500 4,8 -11,3 0..89 +17,4 1,17 8 22

Отходы гальваники ТКЗИЙ 0,5 0,40 о;з2 300 500 2,2' -13,2 0,87 + 912 l|Ö9

Отходы аккумулятор-.. ного производства 0,5- 0,40-. : 9,32 300 -' , . 500 ■6,6 '-24 v. 0,76-+ .4,0 1,04 ..."

Отходы • •;• ■' .Аг•', АЗХС ■ .. 0,6.. 0,40. .о-зо.. 300 •• ' 500 . .. 3*9 /.-17,4 0,83 . +12,0 1,12 Ю 24

Триполифосфаг. •'- . ■•'- ••' натрия • 0,40;: . olm .400' •;500 : 0,2 -9,0 0,91 +14,1 1,14 Ю 24

•Выявленная тенденция к .увеличению прочности в процессе и<

пытаний на морозостойкость в ШЩБ с добавкой СП независимо от вида щелочного компонента позволяет сделать заключение о их высокой стойкости к моро,зо-коррозионной деструкции и долговечности в экстремальных условиях эксплуатации.

Для исследования кислотостойкости ШЩБ в различных агрессивных средах были изготовлены образцы-балочки 4x4x16 см из бетона на основе золы, доменного и фосфорного шлака с использованием обширной гаммы щелочных компонентов с добавкой СП "40-03" и С-3. Для каждой коррозионной среды, вида шлака, щелочного компонента и суперпластификатора изготовлено по' две серии образцов (по 3 образца в каждой серии), пропаренные по оптимальному режиму.

Коррозионная стойкость различных шлакощелочных композиций определена путем длительных наблюдений за изменением их прочности на сжатие и растяжение при изгибе под воздействием минеральных и органических кислот, сульфатно-хлоридного солевого раствора и агрессивных грунтов. Первая партия образцов испытана до погружения в агрессивную среду; вторая - после выдерживания в ней в течение 360 суток. Параллельно проведено испытание ШЩБ без добавки СП. Результаты испытаний ШЩБ до их погружения в коррозионные среды приняты за эталон. К^ рассчитан как отношение ?а/?э

Таблица 2.

Зависимость кислотостойкости ШЩБ от добавки СП и щелочного компонента

-Г7— I

1СД»!Р/Ш

п

I !

Вид щелочного компонента

Стойкость в агрессивных средах, Кс12

Н2504 {

{ сн3соон

СКН АЗХС ОГ ТПфН КЛ-0 ШПАЗ

1160 1170 1100 1150 1150 1080

0,4 0,35 I 0|44

0,4 0,36 - о; 44

0,4 0,32 - о; 44

I.05

0*97

1.25 6; 86

«Й

8:18

Ь-М

Ь-М

т

23 88

°:4 8:1 °14 8:18

¿: 5:§1

МЯ

};8

}$

Щ

к8

С учетом характера разруппния бетона в кислых средах (ргв-упяотнокие структуры путам &ыммвакия лвгкораствориких про- 13 -

Дуктов коррозии, ослабляющего сопротивление сжимающим усилия*, доминирующим критерием оценки кислотостойкости ШЩБ принят ко эффициент, характеризующий изменение их прочности на сжатие. .

Шлакощелочные бетоны с добавкой СП после всего периода испытаний (360-Сут.) в кислых коррозионных средах не имели признаков разрушения, равномерно набирали прочность, в то вре мя как в контрольных образцах (без добавки СП) после 180 суто отмечена потеря прочности до 22% и массы - до8£; к окончанию испытаний максимальная потеря прочности составила 39%, массы . 12%; в бетонах на п/ц через 80-90 суток отмечено интенсивное снижение прочности, а через 180 суток образцы были сняты с испытаний ввиду серьезных поверхностных повреждений и глубинной деструкции. Выявлена зависимость кислотостойкости от вида щелочного компонента: при прочих равных условиях (изопластичные бетонные смеси с минимальным Р/Ш) коэффициент кислотостойкости возрастает при наличии в составе щелоче-содержащего соединения ингредиентов, обеспечивающих двух- и трехстадийные процессы структурообразования (.//а2С03, ^agSOg).

Моделирование различных составов ШЩБ, модифицированных СП оценка их кислотостойкости показала, что наиболее перепек тивньвд в аспекте долговечности являются щелочные бетоны на ос нове вяжущих низкой водопотребности (ШЩВНВ).

Таблица 3.

Оптимальные составы ШЩВНВ

Индекс { Состав вяжущего, % яжущего ! л™,___________ С,„

вяж^его i Алюмосиликат-Ьцелочной { гп ! JS' }ный компонент [компонент} ы j ,/K1

f Активность j вяжущего,

I МПа :

ШЩВНВуи шл§8 8 2 400+500 • 80-100

ШЩВНВ60 60 + шлак 30 песок 8 2 40-60 •

ЗШВНВ 90 зола 8 2 500-550 45-60

Таблица 4. Составы кислотостойких бетонов на основе .'ШЩВНВ ..

Расход материалов на I м3 . ' '. . Sg/gj Прочн.'.МПа Ip-BWerKr|«PBH<M3j^»M3|BP^i -1.012

400+500 0,75+0,90 0,38*0,45 . I20+T50 0,3 5-Ю

-■зо-юо 1,2+

-• 14 .t

В четвертой главе изложена(технология повышения кислото-стойкости шлакощелочных ЖБК методом плазменной обработки их поверхности, даны предпосылки и аналитический обзор использования плазмотрона в строительной индустрии, приведены результаты экспериментальных исследований влияния кратковременного обжига низкотемпературной плазмой поверхности бетона на его структуру и физико-механические характеристики (табл. 5). Предположение о высокой кислотостойкости ШЩБ, обработанных плазмотроном, благодаря созданию приповерхностного непроницаемого защитно-декоративного слоя, нашло подтверждение в последующих испытаниях.

Таблица 5.

Влияние плазменной обработки поверхности бетона на его физико-механические характеристики

Наименование i ци * L° е ^ о н а —

~ ¡легкий i тяжелый!оолегчен-!мелко- I золоще-

показателей ¡ШАЬ|пУц| ЩЩпУц | ный |зернист.{ лочной

Марка бетона 100 100 400 300 300 200 150

Вид крупного заполнителя керамзит гранит- известняк - котельный

ный щебень ракушечник шла«

Расход материалов на

шлак (зола) 400 - 500

цемент - 300 - 300

крупный заполнит. 450 450 1300 1300

песок 400 500 420 600

р-рСКН(0Г),л 180 - 215 -

вода,л - 180 - 180 - •

физико-механические свойства бетонов:о^п^ен'гJ

Плотность,кг/м3 1410 1370 2400 2380 18Ю 2Ю5 2050

Прочность при »з- Ь75 1Л 4^85 ЗД 4д5 3,5 3.3

гибе Нр>и,МПа ТТБ- ТГ? ^ОГ ^4 З^Ш З^Т

Прочность на 13,0 11,4 32,0 28,0 35,8 34 .4 15,7 сжатие, МПа Т37Г 35Д Т^П 237? Т^Т

Водонепроницао- 4/l0 т 12/2б _ 10/?.5 4/25

Кэффициент кисло- разрой разрута 0,67 parjpvrc 0,65 0.5Г тостойкости, кс '"ттог л37&г 1773 и,у1 "г^ш 17f7

Цвет поверхности серый серн", св£Ы£ серый серый ¿одый серый о и [й- черный Сиро- черк. бирга- кори"ц-

эовый зоеый зовыя ныя неьыя

I м3 бетона, кг

380 500 (700)

860 1300

320 1500 —

205 220 (155)

Испытание йа кислотосто®сость проведено в растворе Н2Ь04 Ш -ной концентрации. Результаты испытаний показали высокую кислотостойкость обработанных плазмой ЩБ независимо от их структурной прочности; контрольные образцы без защитного покрытия разрушились через 2,5 месяца, образцы керамзитобетона на п/ц через 48 суток были сняты с испытаний ввиду их полного раз рушения.

Отсутствие деструктивных явлений в ЩБ при восприятии им теплового удара при оплавлении объясняется наличием легкоплавких щелочных алюмосиликатов, позволивших снизить Т факела плаз ми до минимума (1200 К). Мгновенное образование на поверхности ШЩБ жидкой фазы-расплава - снимает термическое напряжение в бе тоне, его глубинные слои не успевают прогреться до значительных температур: термопары, установленные перед плазменной обработкой на разных уровнях по высоте образцов зафиксировали температурный экстремум 393 К, в то время как массив образца из тяжелого бетона на п/ц прогревался до Т^ЮОО К.

В диссертации дано описание плазменного метода создания защитно-декоративных покрытий изделий и конструкций из ШЩБ, приведены оптимальные характеристики работы плазмотрона и технологические параметры оплавления, исключающие деструктивные процесс^ в бетоне, обеспечивающие надежную антикоррозионную за! щиту и приятную цветовую отделку поверхности.

Пятая глава посвящена опытно-промышленному изготовлению б< тонных и железобетонных конструкций из ШЩБ модифицированной структуры на ряде предприятий стройиндустрии Госстроя КазССР. По результатам промышленной апробации автором разработаны "Рекомендации по применению суперпластификаторов в ШЩБ" и технологический регламент на изготовление изделий и конструкций из ШЩЕ с применением отходов капролактама, аккумуляторного и гальванического производства: труб РТС 35-12, блоков.УДВ и.СП,-; стена вш панелей промзданий и т.д. -Технико-экономическая оценка кислотос ких ШЩБ показала эффективность их производства и'применения: удельный экономический-эффект с .учетом повышения .срока службы', зданий и сооружений в агрессивныхусловиях составляет '21+21,8^

" ' =':'.:.; • ' ;в ы-в о д'и

1. ; Выполненными исследованиями экспериментально подтверяде на гипотеза о'-.взаимосвязи кислотостойкости и микроструктуры шла

кощелочных бетонов: модифицированной благодаря синергетическо-му оффекту действия-суперпластификатора и щелочного электролита микроструктуре ШЩБ соответствует их непроницаемость и высокая коррозионная стойкость. Коэффициент кислотостойкости Kcj2 п зависимости от вида щелочного компонента и агрессивности среди колеблется от 1,06 до 1,51;

2. Установлена эффективность действия добавок 40-03 и С-3, существенно улучшающих реологические свойства шлакощелотгиых композиций и эксплуатационные характеристики бетонов.

2.1. Пластифициру-ощий эффект СП в ЩВ зависит от вида щелочного компонента; добавка 40-03 обладает более высокой водо-понихаицей способностью по сравнению с С-3 и другими отечзст-оегеяли суперготстифякатораии, оказывает ннгибируг-дез действе на стальную арматуру в ШЩБ на основе содосульфатноп етеся, содержащей хлориды.

2.2. Водонепроницаемость ШЩВ модифицированной структура п 1,5-2 раза превышает обычные ШЩВ, коэффициент морозостойкости ШЩВ с СП независимо от качественного состаза-К^р^' I; наблюдаемся устойчивый рост прочности при хранении з воде и на воздухе.

2.3.Введение суперпластификаторов в ШЩВ с редуцированная жидкой фазой повышает его упругодеформативныв характеристики, способствует созданию бездефектной монолитной структуры бетона, не оказццая влияния на фазовый состав новообразований шлакоще-лочного цементного камня.

3. Добавка суперпластификатора интенсифицирует процесс твердения ШЩБ, сникая его энергоемкость: позволяет снизить температуру изотермического прогрева, продолжительность цикла ТВО, ускорить подъем i. Стабилизирующее влияние СП на ранней стадии структурообраэорания определяет назначение предварительной выдержки бетонов ('-^2 ч). Адекватные математические модели, полученные при оптимизации реполов ТВО ШЩБ модифицированной структуры позволяют назначать энергосберегающие форсированные разниц ТВО, исключающие деструкцию ШЩБ благодаря сштленг.о хндаол v'i-эы в состава смеси с низким Р/Ш.

4. Натурные испытания плакощелочных Г£БК на прочность, яс-от-кость, трещиностойкость и кислотостойкое«» подтвердили оисокуя эксплуатационную надежность ШЩБ с СП.

5. Плазменная обработка поверхности алаасощолэчны* б «toiíq в обеспечивает надежную антикоррозионную зегглту лрй работ а копит- 17 -

РУКЦИЙ в условий сильной кислотной агрессии. Бетоны с модифиц! рованнои поверхностью обладают универсальной непроницаемостью i стойкостью. При оптимальных параметрах работы плазмотрона кратковременный обжиг низкотемпературной плазмой поверхности изделий не нарушает структуру ШЩВ.

6. Наиболее перспективным направлением обеспечения кислотс стойкости бетонов является их изготовление на основе шлакощелог кых вяжущих низкой водопотребности (ШЩВНВ).

7. Результаты исследований внедрены на предприятиях строй-индустрии, использованы при назначении коррозионнэстойких состг вов ШЩВ, эксплуатируемых в условшрс воздействия сернокислотной агрессии. Экономический эффект от производства и применения кис лотостойких ШЩБ модифицированной структуры на объектах гг.Джамбула и Талды-Кургана с учетом их долговечности составляет более 263 тыс.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Старцева H.H. Шлакощелочной бетон на основе отходов химического производства,- Алма-Ата:КазЦНТИС Госстроя КазССР,1985

2. Старцева Н.И., Мукажанов В.Н. Отделка шлакощелочных же-лезобетсшых конструкций методом плазменной обработки. - Алма-Ата: КазЦНТИС Госстроя КазССР, 1985.

3. Старцева Н.И., Ергешев Р.Б. Высокопрочные шлакощолочные бетоны с добавками суперпластификаторов. - Алма-Ата: КазЦНТИС Госстроя КазССР; 1985.

4. Старцева Н.И., Сильченко Л.А. Кинетика контракции вяжущего на ЭТф шлаке. - Алма-Ата:- КазЦНТИС Госстроя КазССР, 1985.

5. Старцева Н.И., Ким В.В., Ергешев Р.Б. Шлакощелочные бетоны на. вяжущем из. Джамбулского ЭТФ шлака и. отходов производств? капролактама.//Строительство предприятий .тяжелой индустрии.Сер. Совершенствование базы строительства.- М.,1986, вып.8,с.8-12.

6. Ергешев Р.Б., Старцева Н.И., Исмаилов A.A. Снижение энергоемкости термообработки ШЩБ с суперпластификаторами.//

П Всесоюз. науч.-техн. конф. по использованию вторичных pecypcoi для производства строительных материалов.: Тез.докл.- Чимкент, 1986, том I, с.435-437.

7. Старцева Н.И. Повышение кислотостойкости конструкций из ШЩБ на основе отходов химической промышленности.//Комплексное

использование минерального сырья: Наука. 1989.

8. (}тарцева Н.И. Применение отходов цветной металлургии б производстве шлакощелочных бетонов.У/Комплексное использование минерального сырья: Наука. 1989.

9. Старцева Н.И. Шлакощелочной бетон на основе отходов АЗХС. /У Комплексное использование минерального сырья.: Наука. 1989.

Ю. Старцева Н.И. Использование отходов гальванического и аккумуляторного производства в шлакощелочных бетонах.//Комп-лексное использование минерального сырья.* Наука. 1989.

11. Старцева Н.И.,Кажиева Г.М. Расширение сырьевой базы ШЩБ в Казахстане.И Республиканская конференция по ресурсосбережению в строительства.^ез.докл.-Джаыбул, 1988.-с.21-24.

12. Старцева Н.И..Кажиэва Г.М..Ергешев Р.Б. Коррозионная стойкость шлакощелочных бетонов модифицированной структуры.-Алма-Ата: КазЦНТИС Госстроя КазССР, 1989, № 9,-с.25-30.

13. Старцева Н.И. ,Ергешев Р.Б.»Колосков. В.И. Оценка несущей способности стеновых панелей промзданий из шлакощелочного керамзитобетона.-Алма-Ата: КазЦНТИС Госстроя КазССР, № Ю.

14. Ергешов Р.Б. .Старцева Н.И. Кислотостойкий бетон на ос~-нове ШПЩНВ.// Республиканская науч.-практ.конф. по научно-техническому прогрессу в технологии строительных материалов.: Тез. докл.- Алма-Ата, 1990.- с.42.

Подписано в печать 18.10.90 формат 50x84 I/I6. Бум. тип. »2.. Печать офсетная. Тираж 100. Заказ 397 Отпечатано на ротапринте ЦЙШКС при МИСИ им.В.В.Купбшева; 480004,г.Алма-Ата,Пастор!,84.