автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Прессованный стеновой материал из мелкозернистого бетона на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности

КАЗАХСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Ткач Евгения Владимире)

Прессованный стеновой материал из мелкозернистого бетона на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности.

05.23.05. Строительные материалы и изделия

на соискание ученой степени кандидата технических наук

научные руководители:

академик Инженерной академии Республики Казахстан, доктор технических наук, профессор С.Ж. Сайбулатов

62 11/29

на правах рукописи

у;

ДИССЕРТАЦИЯ

Президиум В.* ~~

^-щщ&щщт технических наук,

(решение от " _А0_" 4 Л ЩЦ г>( ^

решил выдать диплом КАНДИ,

Г^ХАААНСХДару

1997

Содержание

Содержание........................................................................................................................2

Введение............................................................................................................................4

1. Состояние вопроса.....................................................................................................8

1.1. Научно-технический анализ литературы о технологии производства и свойствах мелкоштучных стеновых материалов................................................8

1.2. Выводы по главе 1..............................................................................................19

Цель и задачи исследования. Рабочая гипотеза диссертации................................19

2. Выбор объектов и методов исследования............................................................22

2.1. Объекты исследования.......................................................................................22

2.2. Методы исследования........................................................................................30

3. Разработка состава и способа получения гидрофобного вяжущего низкой водопотребности.....................................................................................................33

3.1. Разработка технологии изготовления гранулированных добавок для гидрофобного вяжущего низкой водопотребности...........................................33

3.2. Разработка состава и способа получения гидрофобного вяжущего низкой водопотребности.................................................................................................40

3.2.1. Оптимизация составов гидрофобного вяжущего низкой водопотребности (ГВНВ-С) методом математического планирования эксперимента.......40

3.2.2. Приготовление гидрофобного вяжущего низкой водопотребности........47

3.3. Определение основных свойств гидрофобного вяжущего низкой водопотребности.................................................................................................51

3.3.1. Ускоренные методы оценки сохранности гидрофобного вяжущего низкой водопотребности............................................................................51

3.3.2. Капиллярное всасывание и водопоглощение...........................................53

3.3.3. Исследование клинкерного фонда цементных растворов на вяжущих низкой водопотребности............................................................................56

3.3.4. Фазообразование цементного камня на основе гидрофобного вяжущего низкой водопотребности............................................................................58

3.3. Электронный микрозондовый анализ цементного камня на ВНВ и его

поровая стуктура.................................................................................................60

Выводы по главе 3.......................................................................................................64

4. Разработка составов и технологии изготовления прессованного стенового материала из мелкозернистого бетона на ГВНВ..................................................67

4.1. Подбор оптимальных составов сырьевой смеси для приготовления прессованного мелкоштучного стенового материала......................................67

4.2. Разработка технологии прессованного стенового материала из мелкозернистого бетона на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности........74

4.3. Исследование физико-технических свойств формовочной смеси и стенового материала из мелкозернистого бетона на ГВНВ..............................................77

4.3.1. Влияние удельного давления прессования на сырцовую прочность и плотность кирпича......................................................................................77

4.3.2. Влияние состава формовочной смеси на прочность и микроструктуру кирпича полусухого прессования...............................................................81

4.3.3. Прочность сцепления каменной кладки из кирпича полусухого прессования................................................................................................86

4.3.4. Гвоздимость кирпича..................................................................................89

4.4. Теплотехнические свойства кирпича.................................................................91

4.5. Водостойкость кирпича......................................................................................92

4.6. Морозостойкость кирпича...................................................................................95

Выводы по главе 4.......................................................................................................98

5. Производственные работы по выпуску опытной партии прессованного кирпича из мелкозернистого бетона на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности. Технико-экономический анализ эффективности принятых решений...............100

5.1. Опытно-промышленные работы по выпуску гидрофобного вяжущего низкой водопотребности...............................................................................................100

5.2. Выпуск опытно-промышленной партии прессованного кирпича из мелкозернистого бетона на ГВНВ-50С...........................................................103

5.3. Разработка технической документации...........................................................106

5.4. Перспективные направления использования гранулированных добавок. ...107

5.5. Технико-экономическая эффективность изготовления прессованного кирпича из мелкозернистого бетона на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности...............................................................................................108

Выводы по главе 5.....................................................................................................110

Общие выводы...............................................................................................................111

Список использованных источников.............................................................................114

Приложения...................................................................................................................123

Введение

Актуальность работы. В концепции научно-технологической политики Республики Казахстан ставится вопрос о внедрении новых быстроокупаемых технологий с комплексным использованием минерального сырья и вторичных ресурсов для создания эффективных материалов с заданными свойствами.

Однако экономико-организационный кризис также существенно отразился в худшую сторону на производственном и финансовом состоянии различных организаций и фирм, занятых в создании новых энерго- и ресурсосберегающих и экологически чистых технологий производства строительных материалов, изделий и конструкций, в частности, стеновых материалов.

Несмотря на создавшиеся трудные условия, проблема создания новых технологий производства конкурентноспособных мелкоштучных стеновых материалов является актуальной.

В настоящее время и в перспективе одним из эффективных путей регулирования технологическим процессом и управления качеством выпускаемой продукции является применение полифункциональных модификаторов цементных систем и новых вяжущих типа ВНВ (вяжущих низкой водопотребности).

В связи с этим, возникает объективная необходимость в разработке состава сырьевой смеси для производства прессованного кирпича существенно отличающегося своими свойствами от известных аналогов.

Работа выполнена в соответствии с ГНТП 0.14.01.04 "Стройпрогресс-2000"; с заданиями отраслевых научно-исследовательских программ Минстроя Республики Казахстан во исполнение Указа Президента Республики Казахстан "О новой жилищной политике и механизмы её реализации" №1344 от 6 сентября 1993 г.

Целью диссертационной работы явилась разработка составов и способа производства прессованных стеновых материалов из мелкозернистого бетона на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка составов и способа изготовления гидрофобизирующих добавок в отпускной форме в виде гранул для производства гидрофобного вяжущего низкой водопотребности (ГВНВ).

2. Разработка составов и способа приготовления гидрофобного вяжущего низкой водопотребности (ГВНВ) на основе разработанной гранулированной добавки С-ЗССА.

3. Разработка составов и технологии производства прессованного кирпича из мелкозернистого бетона на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности.

4. Экспериментально-теоретическое изучение основных физико-технических свойств: гидрофобного вяжущего низкой водопотребности (ГВНВ) и прессованного кирпича на его основе.

5. Разработка технических документов на полученные материалы.

6. Производственное испытание и технико-экономическое обоснование эффективности предлагаемых решений.

Научная новизна работы:

теоретически обоснован и экспериментально подтвержден механизм образования гранул органо-минеральной добавки в барабанном грануляторе, обеспечивающий послойное совмещение по установленному порядку ингредиентов исследуемого состава;

- выявлены возможности сохранности активности гидрофобного вяжущего низкой водопотребности (ГВНВ-50С), механизм предотвращения от комкования порошкообразного вяжущего и установлены особенности образования клинкерного фонда гидрофобных вяжущих;

- установлены особенности образования пористой структуры в гидрофобизированном цементном камне на ГВНВ-50С, сопровождающаяся тенденцией сдвига эффективного радиуса микропор в сторону более тонких капилляров 0,01-0,004 мкм;

предложена схема поведения воды в системе "цемент-глина-песок-вода", объясняющая проявление сил сцепления в ней вследствие действия гидрофобно-гидрофильных менисков и улучшения качества цементного клея.

~ установлена особенность получения гидрофобизированной микроструктуры прессованного кирпича на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности ГВНВ-50С, заключающаяся в плотной агрегированной структуре цементного камня путем образования в ней мембранного межзернового контакта между вяжущим и заполнителем;

- предложена гипотеза и схема, объясняющие причины образования упрочненного когезионного контакта, влияющего на прочность сцепления кладки из прессованных кирпичей;

- предложена схема, объясняющая свойство гвоздимости прессованного кирпича на ГВНВ-50С, которое обусловлено образованием в структуре цементного камня демпферных контактных зон.

Практическое значение работы:

- разработаны составы и способ получения гранулированных гидрофобизирующих добавок в барабанном грануляторе для получения гидрофобного вяжущего низкой водопотребности;

- разработаны составы гидрофобного вяжущего низкой водопотребности., позволяющие производить конкурентоспособный прессованный стеновой материал с требуемыми физико-техническими характеристиками;

разработаны составы и технологические нормы производства прессованного кирпича на ГВНВ-50С, твердеющего в естественных условиях;

получен прессованный кирпич на ГВНВ-50С, который по своим гидрофизическим свойствам позволяет рекомендовать его применение для кладки фундаментов и цоколей ниже гидроизоляционного слоя;

получен прессованный кирпич на ГВНВ-50С, обладающий свойствами гвоздимости;

разработаны следующие нормативные документы: совместные с КазГАСА, КарПТИ и КП "Железобетон": ТУ 14-309-120-94 "Добавки гранулированные", ТУ 14-309-122-94 "Вяжущие низкой водопотребности", утвержденные Минстроем Республики Казахстан; временный технологический регламент "Изготовление прессованного кирпича на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности"; патент Республики Казахстан № "Добавка

в бетонную смесь" по заявке №

Внедрение результатов работы.

1. Опытно-промышленная партия гидрофобного ВНВ выпущена в цехе строительных материалов Карагандинского РСУ "Облшосдора" в объеме 10 тонн.

2. Разработанные составы прессованных стеновых материалов на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности внедрены на фирме "С-Бол" (Апматы) и на Карагандинском домостроительном комбинате АО "Карагандажилстрой" в объеме 15 тыс. шт. кирпича.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована необходимым объемом статистики, применением современных методов расчета и лабораторного оборудования, обеспечивающих достаточный уровень надежности измерений.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты диссертации доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Карагандинского государственного технического университета. 1993-1996 г.г. и на I—ой Казахстанской

Национальной геотехнической конференции "Проблемы фундаментостроения в грунтовых условиях новой столицы" в городе Акмоле 1997 г. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах.

Объём и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений, содержит 123 страницы текста, 33 рисунка, 50 таблиц, списка литературы из 130 наименований.

Результаты работы, представленные автором, разработаны самостоятельно.

Автор выражает глубокую благодарность кандидатам технических наук Е.Ш.Копбаеву, O.A. Малышеву, Д.О. Байджанову, В.Ф. Архипову.

На защиту выносятся:

1. Разработанный состав и способ приготовления гранулированной органо-минеральной добавки С-ЗССА в барабанном грануляторе.

2. Теоретические положения образования в барабанном грануляторе гранул из составов добавок, содержащих ингредиенты органо-минеральной природы.

3. Результаты оптимизации соотношений ингредиентов для получения гидрофобного вяжущего низкой водопотребности (ГВНВ).

4. Технологические параметры производства ГВНВ и его основные физико-технические свойства.

5. Результаты оптимизации соотношения ингредиентов входящих в состав формовочной смеси для изготовления прессованного кирпича на ГВНВ-50С, твердеющего в нормальных условиях.

6. Исследования процесса твердения и особенностей структурообразования цементного камня и прессованного кирпича на ГВНВ-50С.

7. Технологические параметры производства прессованного кирпича из мелкозернистого бетона на ГВНВ-50С и его основные физико-технические свойства.

8. Результаты опытно-промышленных испытаний и технико-экономический анализ эффективности производства прессованных стеновых материалов на гидрофобном вяжущем низкой водопотребности.

1. Состояние вопроса

1.1. Научно-технический анализ литературы о технологии производства и свойствах мелкоштучных стеновых материалов.

Развитие современного строительства неразрывно связано с использованием эффективных строительных материалов и технологий. Одним из таких материалов являются стеновые материалы.

Несмотря на определенные успехи в производстве индустриальных стеновых материалов (крупные блоки, панели), на долю мелкоштучных изделий (кирпич и мелкие блоки) приходится около 60% от общего выпуска каменных стеновых материалов, в том числе выпуск глиняного кирпича составляет почти половину всех стеновых материалов [125].

В настоящее время, как показывает маркетинг рынка стеновых материалов, потребность в мелкоштучных изделиях имеет тенденцию к возрастанию (на 3050%), что связано в первую очередь с увеличением доли индивидуального строительства в сравнении с крупнопанельным.

В связи с этим назрела необходимость ликвидировать на рынке строительных материалов дефицит мелкоштучных изделий в виде кирпича путем разработки новых способов и составов, для получения экономически выгодных стеновых материалов с заданными строительно-техническими свойствами.

Большой вклад в разработку таких материалов внесли коллективы многих институтов, особенно ВНИИстром им. П.П. Будникова, МИСИ им. Куйбышева, КИСИ, Новосибирский ИСИ им. Куйбышева, НИПИсиликатобетон, ОИСИ, Ташкентский АСИ, Алма-Атинский НИИстромпроект, КазХТИ, КазГАСА и др.

На практике наибольшее применение из известных мелкоштучных стеновых материалов приходится на керамический кирпич глиняный обыкновенный. Традиционный способ производства керамического кирпича и других видов стеновой керамики основан на применении глинистого сырья с особыми свойствами, многостадийной механической обработке, пластическом формовании, сушке и обжиге в тепловых и печных агрегатах разных конструкций. Каждый из этих переделов технологии производства требует строгого соблюдения специального режима, затрат дорогостоящих электро- и теплоэнергии, многочисленного механического, энергетического и технологического оборудования, механизмов и

транспортных средств. Все это характеризует его как энергоемкое, дорогостоящее производство с тяжелыми условиями труда [68].

Заслуживают внимание работы ученых [44, 69, 81 и др.], посвященных использованию промышленных отходов, в том числе золы ТЭС, в качестве, основного сырья для производства стеновых обжиговых материалов.

С.Ж. Сайбулатов в своей работе указывает, что эффективность от применения зол ТЭС в технологии мелкоштучных стеновых материалов повышается, например, в случае изготовления керамического кирпича из зологлиняных формовочных смесей методом полусухого прессования.

Во ВНИИстром им. П.П. Будникова исследовались золы Томской и Кемеровской ТЭС. содержащие небольшое количество остатков топлива, как сырьё для производства стеновых обжиговых материалов [82]. В работе в качестве упрочняющих связующих добавок применялись: растворимое ст