автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Щелочные пуццолановые портландцементы и бетоны на их основе

Киевский государственный технический университет строительства и архитектуры

РГб од

Не правах рукописи

Фунди Юсуф Атман

Щелочные пуццолановые портландцемента и бетоны на их осйове

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации нв соискание ученой степени кавдидага технических наук

Киев - 1994

Диссертация представлена рукописью.

Работа выполнена в Киевском государственном техническом . университете строительства, и архитектуры на кафедре технологии производства бетонных и железобетонных конструкций и в НИИВМ ии.В.Д.Глуховского

Научные руководители: Заслуженный деятель науки УССР,

доктор технических наук, профессор

Глуховокий В.Д.

доктор техничерких неук, профессор . Рунова Р.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

. Сербия В.П. ... кандидат технических наук, доцент

Дорошенко D.M.

Ведущая организация - Украинский нвучно-исследоввтельский и проектно-конструкторский институт строительных материалов и изделий -государственной корпорации "Укрстрой-материазшя

Защита.диссертации состоится 1994 г.

в 13-00 час. не заседании специализированного.ученого с£ше1а К 068.05.06 "Строительные материалы и изделия. Основания и фундаменты" КГГУСиА по адресу: 252037, г.Киев-37, Воздухофлотский проспект, 81, вуд.464.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГГУСиА.

Автореферат разослан 11 1 О " Cg4—(ГТ- 1994 г.

Ученый секрэтврь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент В. А.Ракша

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Смешанным цементам, прежде всего пуццо-данавого типа, уделяется особое внимание по ряду причин. К ввжней-■ей вз них относится возможность уменьшить энергозатраты на производство цементе и улучшить экологическую обстановку. Содержание пуццолвновых добавок в портландцементе регламентируется пределам, зависящими от происхождения добавки; по мнению большинства исследователей содержание природной пуццоланы не должно превышать 40%.

Ограничение областей использования бетонов на пуццолвновых портивндцеиентвх обусловлено их повышенный! водопотребностыо и усадкой, замедленный нараотанием прочности, пониженными трещиво-стойкостью и морозостойкостью. В связи с этим такие бетоны не рекомендуются для гидротехнических сооружений, подвергающихся многократному водонасыщению, а для наземных конструкций, подвергающихся действию знакопеременных температур, особенно в районах с сухим и жарким климатом.

Одним из путей, возводящих исключить перечисленные недостатки бетонов и расширять области их применения, является введение щелочных эффузивных пород в состав пуццолавового портландцемента в количестве, превышающем допустимые пределы. Правомерность такого подхода основываетоя на данных о долговечности цедочесодерхащих материалов.

Целью исследований является разработка щелочных пуццолвновых портлендцемеитных вяжущих систем, содержащих более эффузивных горных пород, и получение долговечных бетонов на их основе.

.Автор защищает:

- теоретическое и экспериментальное обоснование возможности получения элективных пуццолвновых цементов с повышенным содержанием щелочных эффузивных пород и бетонов на их основе;

7,2 -

- обоснованные предложения по использованию соединений щелочных металлов в сочетании с поверхиостно-вктивиыми веществами в качестве комплексных добавок, улучшавших свойства пуццолвновых портландцемевтов с повышенным содерхавием вффузива;

- составы рвзработвнвых щелочных пуццолевовых портлвндцемев-гов не основе эффузивных пород« их свойства и физико-химические обоснования процессов твердения;

- составы разработанных Сетонов ня основе щелочных пуццолевовых портпандцемевгов со стабильными прочностными и деформативвыми свойствами, обоснование их технико-экономической эффективности.

Научная вовизнв работы:

- впервые показвво, что увеличение в пуццолановом портландцементе количества щелочесодержвщего эффузивв до 7($ с одновременным введением комплексной химической добавки сопровождается качественным изменением цементирующей системы и переводом ее $ группу щелочно-щелочвоземельвых алюыосиликвтных /"грунтоцементов" по В.Д.Глуховскоиу/;

- раскрыты закономерности полифункционального влияния комплексной добавки, сочетающей сульфат натрия и лигвосульфонат технический ва процессы структурообразования цементирующей системы "щелочная эффузивная порода-портландцемент";

- установлено, что для бетонов ва основе пуццолвновых порт-лавдцеызнтав устраняются такие присущие им недостатки, как медленный набор прочности, поименные воздухостойкость, трещин ост ойн ость, морозостойкость за счет создания плотвой микропористой структуры при твердевии вяхущих рвзработаваых составов с повышенным содерхавием пуццоланы в виде щелочных эффузивных пород.

Практическая ценность результатов работы: ..... .

- получены щелочные пуццолавовые портландцеиентьц..содерхащие от ДО 70? природной пуццоланы, характеризующиеся активностью в пределах исходного портландцемента или превышающей его;

- разработаны бетоны нв основе щелочных пуццолановых порт-лавдцементов с улучшенными стабильными прочностными и деформатив-аыми свойствами в сравнения с аналогам на основе портландцементе;

- рв о ширена область использования бетонов на пуццолановых це-хентах, в той числе, в условиях сухого и жаркого климата;

- дано экономическое обоснование разработки, заключающееся в возможности уменьшения в два раза клинкерной части за счет использования щелочи эффузивных пород.

Перечисленные положения, помимо общего значения, имеют конкретную направленность не решение ар облей строительства в Танзании.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре технологии производства бетонных и железобетонных конструкций и в Проблемной -НИ1 грунтосиликатов КИСИ /ныне НИИВ11 ик.В.Д.Глуховского/ в райках исследований по теме "Создание и оовоение производства шлакощелоч-ных вяжущих, бетонных и железобетонных конструкций", раздел 3 -"Исследование грунтоцемеятов не основе портландцементе" /решение Минвуза УССР от 7.08.85 г. № 17-600 /.

Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы доложевы и обсуждены нв 3-й Всесоюзной нвучво-практической конференции Киевского инженерно-строительного института "Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции" /Киев, 1989 г./; нв Республиканской научно-технической конференции по проблеме "Перспективные технологии вяжущих, бетона и железобетона" /г.Алма-Ата, 1990 г./; нв Международной конференции по проблеме "Смешанные цементы в строительстве" /г.Ше-филд, 1991, Великобритания/; на 4 Международной конференции по ... проблеме "Летучие золы, силикатная пыль, шлаки и природные пуццоланы в бетоне1* /г.Стамбул, 1992, Турция/; на Международной конференции по железобетону в условиях жаркого климата /г.Ал-Аин, 1994, ОАЭ /.

Публикации. Основные положения диссертационной работы освещены в 7 печатных работах, из которых 3 в зарубежных изданиях.

Объем и структура диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введевия, 4 глав, общих выводов,, слиокв использованное литературы из 151 наименований, I приложения, -содержит 149 страниц машинописного текста, включая 26 таблиц и 22 рисуиков.

СОДЕРЖА НИВ РАБОТЫ

В первой глвве дается анализ и обобщение исследований по рассматриваемой проблеме.

Работы П.П.Будникова,.П.Т.Бильберфарб, Ф.Массаццв, У.Людвиг, Х.Швите, И.Увтт, Д.Горв, Р.Серсале, В.Сабателли, Ш.Вадемти и др. свидетельствуют о той, что исследованиях подвергались цементные системы, в которых содержание природной пуццоланы находилось в пределах 15 - 39£. Практи*ески атим же пределом /до / ограничивается содержание эффузива и требованиями ГОСТ 22266. Показано, что такое ограничение сбусловлено особенностями продуктов гидратации высококальциевых минералов клинкера в присутствии активного кремнезема.

Из работ В.Б.Рвтинова, П.А.Ребиндера, Ю.М.Бутта, Г.С.Рояка, В.Свбвтедли, Ш.Валенти и др. следует, что модифицирование пуццо-лановых портландцементов о целью улучшения свойств бетонов на их основе осуществляли за счет введения химических добавок, прежде всего солей-электролитов. Однако,.при гтом соотношение между пуццолан ой и клинкерной составляющей оставалось тем же, в связи с чем характер продуктов гидратации практически не изменялся, в основные недостатки рассматриваемых систем в значительной мере сохранялись.

Иные концепции составили основу разработок В.Д.Глуховокого ■ его научной школы при создании щелочных и щелочно-щелочнозеиель-

ышс алюмосиликатных вяжущих /"грунтоцеменгов"/, в юн числе с использованием зффузивов: моделирование природных процессов минера-лообрэзования с участием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. Как показано В.В.Чирковой, такие процессы имеют место в системе "клинкерные минералы-соединения натрия - природный стекловидный алюмосиликат".

В соответствии с теорией В.Д.Глуховского, при наличии в системе портландцемента и щелочесодержащей алюиосиликагноЯ породы возможно взаимодействие между гадроксидом кальция, образующимся при гидратации клинкера и вулканической породой с выделением щелочей, которые затем формируют гидроалюмосиликаты цеолитового типа, аналогичные долговечным природным минералам. Беронтвость такого процессе в значительной мере зависит от интенсивности перевода щелочи эффузивв в раствор*

- С учетом выполненного анализе выдвинута научней гипотеза о том, что катионный обмен, который реализуется между гидроксидом кальция и щелочными оксидами, входящими в состав практически нерастворимых природных алюмосиликатов, мохет быть интенсифицировав за счет дополнительного введения в состав пуццолановых портландцемент ов соединений щелочных металлов в виде солей, способных оказывать пвлифункциональное действие на систему с повышенным содержанием щелочных вффузивов.

Известные решения не позволяют улучшить свойства пуццолановых портландцементных вянущих систем, а, следовательно, и бетонов на их основе без дополнительных химико-технологических воздействий. ,Это обуславливает необходимость изыскания новых путей таких воздействий и решения вопроса с учетом современных представлений о роли щелочи в цементирующих системах.

. - 6 -

Во второй главе дана характеристика использованного сырья и обоснованы методы исследований.

Для получения смененных вяжущих использовали эффузивные породы в виде вулканического туфа, вулканического пеплв, перлита и липарита. С учетом значимости эффузивных пород для процессов стру-ятурообра зоввния вяжущих дана полная их характеристика по месторождениям Украины, Армении и Танзании.

Показано, что запас таких пород на разрабатываемых месторождениях республик СНГ составляет более 2 млрд.тонн, в Танзании освоено 10 месторождений. По химическому составу эффузивы, принятые в исследованиях, достаточно близки и состоят в основном из кремнезема и глиноземе /70 - 90%/, щелочи присутствуют в количестве от 5 до 12%. Вулканический пепел представлен тонкодисперсными частично вморфизованными продуктами, туф - более плотная порода аналогичного строения. Липарит характеризуется плотной структурой при общем оодержааии криоталлическвй фазы 90 - 95%, Перлит, в основном, стекловидная порода, содержание кристаллической фазы -20 - 30$. Наиболее освоенное месторождение Тввзввии в регионе Килиманджаро представлено практически всеми видами эффузивов.

Портландцемент Здолбуновского завода применяли мерок 400 и

500.

В качестве минеральной составляющей комплексной химической добавки использовали КьС0з)ЫагС0д1,МазЬ01|,Ыай0-£,85102-ггН2О , а также ЫсиРО^\2НгО класса х.ч.; оргввический-лигносульфонвт технический по ГОСТ 13-183.

Для изготовления бетонных образцов использовали в качестве крупного звполнителя гранитный щебень, удовлетворяющий ГОСТ 8269, ГОСТ 8267; мелкого - днепровский речной песок о Мк» 1,42 по ГОСТ 6736.

Исследуемые вяжущие получали совместным помолом эффузивной породы и портландцемента до Б уд. = 350 К^/вг. Физико-механические свойства вяжущих определяли по ГОСТ 810.1-8, ГОСТ 310.4. Физико-химические исследования проводили о помощью рентгенофазово-го и дифференциального термического анализов, ИК-опектроскопии.

Исследования механических, деформативных и физических свойств тяжелых бетонов проводили по соответствующим стандартам, указанным в работе.

В третьей главе приведены результаты исследования пуццолано-вых портландцементов на основе эффузивных пород.

При разработке щелочных пуццолвновых портлавдцементных вяжущих с повышенным количеством природной пуццоланы определяющим этапом являлся поиск наиболее аффективной добавки и определение ее оптимального содержания. Одновременно принципиально важными были и те исследования, которые позволили бы оценить свойства разработанного вяжущего во времени о учетом возможности устранения недостатков, которые характерны для традиционных пуццолвновых портландцементов и бетонов не их основе.

При выборе химической добавки для активизации пуццоланового портландцемента исследования проводили на композиции, содержащей 50% перлита в качестве-породы стекловидной структуры и, следовательно, обеспечивающей достаточно высокую активность взаимодействия в системе.

Установлено /рис.1/, что при использовании несиликатных солей слабых кислот в начальный период твердения до 28 суток активность смешанного вяжущего оказывается меньше, чем портландцемента, составляя более 50% активности исходного портландцемента. При этом, однако, отмечено, что активность смешанного вяжущего с добавками указвннцх солей превышает активность аналогов без добавок.

2-^.4092

• - 8 -

Использование 2 - от массы смешенного вяжущего-добавки К^СОг увеличивает прочность камня до 39 МПа против 33 Ш1а бва добавки. При этом экспериментально установлено, что оптимальной концентрацией является 2% К.аС05 массы смешанного вяжущего /ряс.!/.

Введение 2 - 5% от массы смешанного вяжущего добавки увеличивает прочность камня до 50 Ш1а. Оптимальная концентрация Ыа^СОз , как показала эксперименты, составляет 1%. При таком содержании добавки активность смешанного вяжущего увеличивается на 51% по оравнению с аналогами без добавки /рис.1/.

Использование соли сильной кислоты Ыа^Оц. оопровождвет-» оя более эффективным действием по сравнения с карбонатами кадия и натрия: при дозировании добавки в пределах 2 -'5% массы вяжущего, активность его ва 28 сутки увеличивается до 53 МПа, т.е. повышается на 60$ по сравнению с бездобавочным составом и превышает активность исходного портландцемента. Оптимальная концентрация Но-гЗОц принята,от массы смешанного вяжущего. Установлено, что действие добавки эффективно при использовании \% ЛСТ /рис.1/.

Введение добавки силикате ватрия в виде НагО-2,85Ю2П.НйО оптимальной плотности 1300 кг/м8 способствует повышению вктиввос-. ти смешаввого вяжущего до 83 МПа против 33 МПа без добавки. Его активность превышает активность исходного портлаидцемента, затворенного водой, которая составляет в этих условиях 51 МПв /рис.1/. В качестве эамедлятеля в сочетании с такой добавкой использован

Для заключения об эффективности рассмотренных композиций исследована кинетика изменения прочности квмня таких вяжущих при твердении в воздушно-сухих условиях и в воде в течение года, подтверждены закономерности, выявленные при твердении в течение 28 суток /рис.2/.

Pío. I. Влияние вида добавки на ективноать пунцоне новых портландцеиевгов, содержащих 50% перлита.

Наиболее эффективной оковывается добавка на основе Наг5®!* /кр. 5/, она обеспечивает стабильное превышение прочности камня исследуемого вяжущего по сравнении с портландцементвым, которое к году достигает 27%. По отношению к бездобввочной композиции добавка обеспечивает повышение прочности каывя к одному году на 32%.

Для состава с добавкой жидкого стекла /кр. 6/ отмечено снижение прочности во времени, что согласуется с данными, полученными рвнее в ПНИЛГ КИСИ для камня шлакощелочного вяжущего на основе жидкого стекла, и обусловливается несовершенством структурообрв-80В8НИЯ из-аа коротких сроков схватывввия.

Полученные результаты подтвердили справедливость выдвинутой гипотезы и послужили основанием для увеличения доли пуццоланы в вяжущем.

При исследовании вяжущих с 7С$ эффузиве установлено /рис.3/, что с добавкой прочность вяжущих, содержащих перлит, вул-

канический туф, вулканический пепед в течение всего периода наблюдений оказывается больше прочности исходного портландцементе. Заметное ухудшение показателей зафиксировано при увеличении содержания эффузиве свыше 7(#.

Для прочности камня значимым является не только количество эффузиве, во и состояние структуры вещества: стекловидные и вмор-физоввниые образования более ревкциовноспособы в рассматриваемых системах, чем кристаллические /например, липарит /.

В целом эти данные позволили заключить, что в синтезе прочности камня рассматриваемых вяжущих систем, имеющем место во времени, определяющее значение имеет щелочь, содержащаяся в составе эффузиваых пород и возможность перевести ее в активное состояние.

При анализе данных о характере продуктов гидратации иссле-дуемих смешанных вяжущих вполне очевидна чрезвычвйнвя сложность

1 - ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

2-ВЯЖУЩЕЕ БЕЗ ¿ОБШК

3-ТО ЖЕ СЛОМКОЦ КгСО, к -ТО ЖЕ С ЦОИШк N а,Щ

5-ТО ЖЕ С АОЬХШОй Иа250*

6-ТО *£ С ДОБКЬИй 0о20-2.8$|02пН20

360

Ряс» 2. Изменение во времени прочности луццолвипвого порт-лавдцементв, содержащего 50% пер дате и химические добавка в воздушных условиях.

Рис. 3. Изменение во времени .прочности пуццолевовых портлявд-

цемевтов, содержащих 7С# эффузивной породы и комплексную добавку нв основе ийгЬО^.

таких систем, особенно в приоутотвии комплексной добавки /Кадьоч + + ЛСТ /. Использованный традиционный прием интенсификации гидратации за счет многократного продаривания образцов с цепью идентификации конечных продуктов /в данных исследованиях в течение 100 часов / позволил выявить основную направленность процессов: достаточно быстрое формирование низкоосновных гидросиликатов кальция -и медленная кристаллизация щелочных гидроалвмосиликатов. О присутствии щелочных образований свидетельствует появление слабых рефлексов на рентгенограммах многократно пропаренных препаратов. Отсутствие в продуктах гидратации свободного портландита, кальцита, а также гидросульфоалюминате кальция высокосульфатной формы отличает структурообразование таких вяжущих от этого процесса для портландцемента.

Комплексная добавке ва основе сульфате натрия, вероятно, оказывает полифункциональное влияние ва развитие структурообразова-ния: интенсифицирует как электролит гидрвтвцию клинкера и участвует в катионвообменвой реакции, способствует деструкции стекло-фазы эффузива под действием сульфатных ионов и ее гидратации вплоть до формирования на зтой основе щелочных гидроалюмосиликатов. В присутствии пластификатора такой процесс сопровождается получением достаточно плотного камня. С помощью кривых десорбции по воде получены данные об остаточной воде геля при сопоставлении исследуемых вяжущих и портландцемента: 1,99 - 3,79% и 5,27% соответственно. Это подтверждает представления о развой природе геле-вой фазы в исследуемом и портландцементом камне и отличие ее свойств зв счет щелочных гидроелюмосиликатов.

На основании полученных данных смешанные вяжущие, содержащие 50 - 70$ стекловидного или аморфизованного эффузива с комплексной добавкой из Мс^О^ / Ъ% / и ЛСТ / 1% / приняты как щелочные пуц-

цопвновые портландцемент и использованы при разработке и исследовании тяжелых бетонов.

В четвертой главе приводятся данные о составах и свойствах тяжелых бетонов ве основе щелочных пуццолавовых портлв в дце ментов.

С целью изучения интевствности нвбора прочности бетона как одного из признаков, по которому бетоны на основе пуццолановых поргландцемевтов отличаются от портлзндцеиевтных, проведены испытания тяжелых бетонов в 28, 90, 180, 360 суточной возрасте после пропвривэния и при естественной твердении в воздушво-сухих условиях / Г = 20±5°С и И = 60*5% / /табл. I/.

Анализ данных для бетонов, в которых щелочной пуццолавовый портландцемент содержал 50% эффузива, свидетельствует о той, что через сутки после пропаривания кубиковая прочность бетонов не основе щелочных пуццолановых портлвадцементоз оказывается больше прочности бетона йа основе портландцемента на 15 - 33?. При естественном твердении бетонных образцов.на воздухе в течение 28 суток отмечево превышение прочности бетонов ва освовз разработанных вяжущих в пределах 25% по сравнению с аналогом на портландцементе.

При наблюдении за образцами в течевие 360 суток установлено, что в воздушно-сухих условиях твердение бетона в течение года сопровождается ростом прочности, превышающий рост прочности порт-ландцементвых аналогов на 20 - 45% в зависимости от виде эффузи-ва в составе вяжущего.

Испытания бетонов, в которых щелочной пуццолэновый портгявд-цемент содержал 70% зффузивв и 30%.портландцемента, подтверждают приведенные закономерности кинетики набора кубиковой прочвости и свидетельствуют о той, что во все сроки твердения прочность при сжатии бетонов на основе разработанных вяжущих оказывается больше прочности бетона аа портландцементе. При этом получены доста-

Твбыца I

Ыехавические свойства бетонов на основе щелочных пуццолв новых портлавдцемвнтвв

Условия твердения сроки испытания суг.

Показатели для бетонов при составе вяжущих'

х.

портландцемент

порт ландце цент

ГУ!

ко*.,: Его..: кпо. :е Ч?7

МПв : МПа : Есн. I МПа :ИПв ;!«Пв

£пр. Есж.

вулканический; портлэндцеиент + перлит

Е*10Г, :Ксж..I Впр..!Епр. МПа ;НПв ; МПа ¿Есж.

:Е*ЮЧ,

; МПа

Воздушное 28 37 27 '0,73 2,9 46 «5 29 45 0.63 1*0 2.8 3,7. 54 46 42 0.85 0,78 3.08 3,20

90 45 35 0,77 3,0 Я 60 34 52 0,67 0,87 3,08 3,50 §1 61 12 49 0.78 0,80 3.2 3,4 ■

180 55 41 0,74 3,2 60 68 44 59 0.73 0,87 3.4 3,6 79 70 53 56 0,67 0,80 3.2 3,5 1—Н ■ 1

360 58 43 0,74 3,2 70 75 11 65 0.73 0,87 3.7 3,6 84 77 62 0.69 0,80 3.2 3,5

ТВО ♦ -воздушное 39 28 0,72 2,74 я 44 43 38 0.84 0,86 2.74 3,30 60 54 10 43 0.83 0,80 3.67 3,20

28 49,6 37 0,75 3,01 57 46 0.81 2.93 61 В 0.85 3,22

53

51

0,96 3,40

58

56 0,96 3,72

* В составе щелочных пуццолавовых поргландцеменгов добавка Мсц^Оц.-- / ЛСТ / А Над чертой для состава цеиевт», иаес.% : портландцемент - 50, вффуэиввая порода - 50; под чертой для состава цемента, масс.56 : портлавдцемевт - 80, эффузиввая порода - 70.

точно большие значения прочности на 360 сутки - 75 и 77 Ш1е соответственно при использовании в вяжущем вулканического туфа и перлита с превышением интенсивности набора прочности по сравнению с портлэндцемевгвым в пределах 30$.

Таким образом, установлено, что бетоны на основе щелочных пуццолавовых портландцементов, содержащих до 70% эффузивв, лишены такого недостатка, как замедленный набор прочности, характер-вый для традиционных аналогов с ограниченным содержанием зффуэива.

Исследованиями установлено закономерное влияние вяжущего не такой важный показатель, как призменнвя прочность бетона, используемый для характеристики действительного сопротивления бетона в конструкции.

По значениям призменной прочности бетоны не основе щелочных пуццолавовых цементов также имеют преимущества перед портландце-мевтным: во всех 'случаях, даже при 70^-нои содержании в вяжущем эффузивв, не наблюдалось ухудшения значений приаменной прочности, в превышение достигало

Результата определения модуля упругости бетонов /твбл.1 / показали, что как в начальный, так и в последующие сроки твердения, этот показатель находится в пределах значений, установленных для портландцементных бетонов и составляет /2,7 - 3,6/* 10^ МПв.

Наблюдения за бетонвли, нвходящимися в течение года в 5% растворе Наа^Оц- и растворе Мз^Оц. показали, что стойкость бетона на основе разработанных щелочных пуццолавовых бетонов оценивается Кс = 0,84, превышающим показатель портландцементного бе-тове /Кс = 0,62 /.

При испытании к действию попеременного увлажнения и высушивания установлено, что бетоны нв основе щелочных пуццолановых цементов выдерживают 100 циклов испытания без потери прочности, бетон

ва основе портландцемента в этих условиях начинает терять прочность после 25 циклов.

Испытаниями бетонов в условиях изменяющихся температур выявлена повышенная стойкость бетонов рагработввных составов: после 100 циклов испытания прочность составляла 64 Ш1а против 49 1Ша для портландцемевтного бетоне.

Особенно убедительно характеризуют долговечность исследуемого бетона испытания на морозостойкость: при использовании перлита и вулканического туфа в составе вяжущего бетоны выдержали более 900 циклов звыорвхивания и оттаивания без потерь массы и прочности в пределах, регламентируемых стандартом.

Исследования параметров открытой пористости /Ио / показали, что бетоны ва освове щелочных пуццолвновых цементов более плотные, чем не основе портландцемента: УЧо равен 1% и 10,5/6 соответственно. Известно, что наиболее высокими значениями морозостойкости характеризуются бетоны, средний размер пор которых А. к 0,20,6 при средней или высокой однородности пор /ос/ по размерам. Для щелочных пуццолановых йортдандцементных бетонов составляет 0,19 - 0,28 при высоком показателе однородвости оС > 0,75.

Эти результаты хорошо коррелируют с данными о морозостойкости шлакощелочних цементирующих систем и на основании этого объясняются двумя факторами: повышенной микропористостью геля и наличием в порах щелочного раствора, замерзающего при более низких температурах, чей поровая жидкость портландцементвого камня. Присутствие добавки не изменяет щелочность среды твердеющего цемавта, о чем свидетельствуют данные по проверке стойкости в нем арматуры.

В целом параметры перовой структуры исследуемых бетонов в значительной мере объясняют их свойстве и отличия от бетонов ва основе пуццолановых портландцеиентов.

Рвсчетнвя экономическая эффективность использования щелочных пуццолановых портландцементов определяется уменьшением расхода топлива на обжиг клинкера на 70%, в также расхода электроэнергии при помоле материалов на 46%.

ВЫВОДЫ

1. Экспериментально подтверждена гипотеза о возможности существенного улучшения свойств пуццолвновых портландцементов и бетонов на их основе путем вовлечения в процессы структурообразоваяия щелочей, присутствующих в природных пуццоланвх эффузивных пород и моделирования цементирующих систем щелочно-щелочноземельного алю-мосиликатного состава при увеличении пуццоланы до 70%.

Впервые получены качественно отличающиеся от известных щелочные пуццолвновые портландцемент.

2. Изучено влияние комплексных добавок нв основе соединений щелочных металлов' на активность и интенсивность наборе прочности щелочных пуццолвновых портландцементов и установлено преимущество полифункциональной добввки, содержащей сульфат нвтрия /3% массы цемента/ и технический лигносульфонэт /1% ивссы цемента/.

3. Установлена закономерность изменения активности щелочного пуццолэнового цементе в зависимости от содержания стеклофэзы в эффузивной породе: с уменьшением стеклофазы в ряду перлит - вулканический туф - вулканический пепел - липарит с 80 до 10% активность цемента при содержании в-нем 70% породы уменьшается соответственво-47, 43, 41 и 26 ШЗв/ при использовании портландцемента М400/.

.4. Показано, что щелочные пуццолановые портландцементы обеспечивают повышенную прочность камня во все сроки воздушного и вод- • ного твердения: при 70%-ном содержании эф<|узива прочность на 28 сутки превышает прочность портландцемента до 16%, на 360 сутки до 62% в зависимости от породы. По этому' признаку они отличаются от традиционных пуццолановых портландцементов и подобны вяяущим

группы щедочно-щевочноземальных алвиосилвкатвых.

5. Физико-химическими исследованиями показано, что структуро-оорвзовввие щелочных пуццолавовых портландцемеитов при чрезвычайной сложности процессов характеризуется интенсивный формированием визкоосыовных гидросиликатов кальция и медленной кристаллизацией щелочных гидроалюиосиликатов, образующих на начальной стадии гель повышенной плотности. Действие сульфвтосодержащей комплексной добавки обеспечивает уменьшение водопотробности системы, активизацию гидратации клинкерной составлявшей и деструкцию стекло-фазы.

6. На основе разработанных щелочных пуццолановых портландцементом получены тяжелые бетоны Ы450-И500, характеризующиеся затухающим во времени ростом прочности: к I году прирост прочности состввил 52-55% против 50% для. портдандцёмевтного аналога при абсолютных значениях соответственно 70 - 84 и 58 Ш1а.

7. Установлено, что среда твердеющих бетонов разработанных составов обеспечивает благоприятные условия для защиты арматуры от коррозии: потеря массы металла к 90 суткам составила 1,15 -1,16 г/м^ против 1,20 г/м^ в среде портлвндцементного аналога, что подтверждает высокую плотность бетоне и направленность физико-химических процессов гидратообразования с участием комплексной добавки.

8. Изучены конструктивные свойства тяжелых бетонов предложенных составов и показано, что по значениям призменной прочности и модуля упругости они практически не отличвются от аналогов на основе портландцемента: призиеннея прочность на 28 сутки естеот- ■

венного твердения соответственно равна 29-46 и 27 МПв, к I году -

■ *

50-65 и 43 МПа; модуль упругости на 28 сутки - 2,8 - 3,7*1СГ и 2,9*10' ЫПа, Это позволяет рекомендовать использование бетона на

освове щелочного пуццоланового портландцемента в тех хв конструкциях, что и бетова на портландцементе.

9. Долговечность предложенных тяжелых бетонов подтверждена результатами их испытания нв коррозионную стойкость в растворах сульфатов натрия и магния, стойкость к действию попеременного увлажнения и высушивввия при НО°С /100 циклов испытаний с приростом прочности/, к действию изменения температуры в интервале 20 -П0°С /более 100 циклов без потерь мессы и прочности/, в также

на морозостойкость при испытании в течение более 900 циклов без потерь мессы и прочности.

10. Показано, что разработанный бетон характеризуется как микропористый с показателем средней крупности пор 0,19 - 0,33 при высокой степени их однородности - 0,65 - 0,95 с общим показателем открытой пористооти в пределах - 7 - 9,9%. Микропористая структуре бетоне определяется наличием геля повышенной плотности, что подтверждено характером кривых десорбции по воде и слвбой интен-. сиввостью влагоотдачи продуктами гидратации щелочного пуццолено-вого портландцемента. Параметры поровой структуры в значительной мере объясняют приведенные эксплуатационные свойства.

11. Экономическая эффективность использования щелочных пуццо-лвновых портлвндцементов.определяется по сопоставлению с портландцементом уменьшением себестоимости нв 48%; снижением расхода топлива /обжиг / не 70%; электроэнергии /помол/ не 46%; что в сочетании с эксплуатационными свойствами бетонов обеспечивает в целом преимущества твких.материалов.

С учетом идентичности химико-минералогического составе и структуры эффуэивов Украины, Армении и Танзании, в твкже свойств вяжущих и бетонов полученные результаты рассматриваются как обоснование для организации производстве щелочных пуццолавовых порт-

дандцамантов и бе гонов на их основе в странах Африканского континента.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Глуховский В.Д., фунди Ю. Щелочной пуццодановый портландцемент нв эффузивных породах. Шдакощелочные цементы, бетоны и конструкции. Доклады а тезисы докладов 3-й Всесоюзной научно-практической конференции. Киев, 1989. - С.95-%.

2. Рунова Р.Ф., Фунди Ю. Активность щелочных пуццолааовых портленд-цементов. Строительные материалы и конструкции, fe 4. 1990. -

3. Рунова Р.Ф., Фунди К). Щелочные пуццолановые портландцементы с химическими добавками. Цемент, № 11—12. 1991. - С.24-29.

4. Фунди D., Рунова Р.Ф. Влияние структурных особенностей эффузи-В8 на активность щелочных пуццолановых вяжущих. Перспективные технологии вяжущих, бетона и железобетона. Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции. Алма-Ата, 1990. -

I3C.

5. R.F.Ruiiovaj Y.A.Fundi. Strengths and Properties of Alkaline Poz-zolar.ic Portland Cements. International Conference on xllended ' Cements in Construction. UK. Sheffield. 1991.

6. R.P.Runova; Y.A.Pundi. Activity and Properties of Alkaline Poz-zolanio Cements and Concretes on their base, fourth CANMET/ACI International Conference on fly Ash, silica inane, Slag and Natural Pozzolans in Concrete. Istanbul, Turkey. 1992.Pp.811-827.

7. Y.A.Pundi. Durability (longevity) of Concrete Based on Alkaline Poziolana Portland Cements. First International Conference on <-Reinforced Concrete Materials in Hot Climates, U.A.E.A1-Ain,1994.

Л