автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Строительно-технические свойства тонкомолотых многокомпонентных цементов и бетона на их основе

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ «НИИЦЕМЕНТ»

СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКОМОЛОТЫХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЦЕМЕНТОВ И БЕТОНА НА ИХ ОСНОВЕ

05.17.11 — Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

ГГЕ О1*

2 8 НОЙ 199«»

На правах рукописи

УДК 686.94: 666.942.017+666.97 (043.2)

СТЕПАНОВА Ирина Борисовна

АВТОРЕФЕРАТ

диесертацни на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1994

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском институте цементной пройыйлейности «НИИЦемент»

Научные руководители —доктор технических наук

3. Б. Энтин;

доктор технических наук В. И. Шубин

Официальные оппоненты — доктор технических наук

B. Е. Каушанский;

кандидат технических наук,

C. А. Подмазова

Ведущее предприятие — АО"Воскресенский цементный завод"

Защита диссертации состоится 1994 г.

в час. на заседании специализированного Совета в Государственном научно-исследовательском институте цементной промышленности «НИИЦемент» (107014, Москва, 3-й Лучевой просек, 12).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЦемента.

¡<) , .у су Л Автореферат разослан « й » .Шл^С''^**.' . . 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук Н. С. ПАНИНА

Подп. к леч. 11. 1194 г. Объем 1 п. л. Зак. 377 Тир. 100

Типография Московского государственного университета леса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время особое внимание уделяется ресурсосберегающим технологиям, обеспечивающим значительное снижение энергозатрат и удешевление производства цемента и изделий на его основе.

Одним из путей решения этой задачи является применение многокомпонентных цементов (МЦ), включающих а свой вещественный состав различные безобжиговые природные материалы и (или) техногенные продукты. Параллельно решается задача утилизации отходов и уменьшения загрязнения окружающей среды. Однако обычно выпускаемые МЦ содержат всего 15-35* добавок из-за низкого темпа роста прочности и снижения марочной прочности. Организация производства /' тонкомолотых многокомпонентных цементов (ТМЦ) на освобождающихся мощностях помольных отделений" предприятий строительных материалов, а также на региональных помольных установках позволяет повысить содержание добавок до 45-50* без '-снижения уровня прочности по.сравнению с такозым для основной разновидности Российских цементов - портландцементом с минеральными добавками (ПЦ-Д20) рядовой дисперсности, а также применять наряду с широко используемыми минеральными добавками - наполнители.

Вопросами химии и технологии МЦ занимались многие видные российские и зарубежные ученые: С.М.Рояк, Т.В.Кузнецова, Л.С.Малинина, В,И. Колбасов, В.И.Сатарин, Э.Б.Энтин, И.Г.Лугияина, В.Э.Пироцкий, Е.Зибель, Р.Ф.Фельдман, Д.Рой, М.Регур, П.Мвхта и др. К настоящему времени разработаны также основные принципы химик и технологии ТМЦ. Однако) практический опыт использования ТМЦ до сих пор весьма невелик из-за недостаточной изученности строительно-технических свойств (СТС) и влияния различных факторов, особенно вещественного состава на долговечность бетонов и растворов, полученных на их основе.

В связи с этим изучение влияния вещественного состава ТМЦ на .СТС этих цементов и долговечности бетонов на их основе представ-., ляет собой весьма актуальную задачу.

Целью рабртц является: ■ • •

- изучение влияния гранулометрического состава (ГС) цемента.в целом' и отдельных компонентов вещественного состава на формирование прочности ТНЦ и долговечности цементного камня; .

. - изучение влияния распределения компонентов вещественного

состава ТМЦ по фракциям различной дисперсности на свойства ТМЦ;

- исследование влияния вида добавок на формирование микроструктуры цементного камня ТМЦ;

Исследование влияния виДа добавок и химико-минералогического состава клинкера на СТС ТМЦ и поведение ТМЦ в бетонах;

Ндучняя нгтияня рябпты. Исследованы основные СТС нового класса вяжущих - ¡ТМЦ. В дополнение к ранее предложенным уточнены параметры оптимизации ГС ТМЦ, обеспечивающие улучшение СТС цемента. Показано, что содержание клинкера во фракциях размером (~25)мкм должно составлять примерно половину его валового содержания в

I

цементе. ,

Установлено, что ТМЦ обеспечивают надежную защиту стальной арматуры от коррозии, причиной этого является сохранение достаточно высокой величины pH в течение длительного времени, а также незначительная глубина карбонизации поверхностного слоя цементного камня ТМЦ. Установлено уплотняющее влияние добавок и повышенной дисперсности . клинкера на- микроструктуру ЦК; ' исследована "зависимость свойств ТМЦ от их поросой структур« и внутренней удельной поверхности.

Получены новые данные о влиянии химико-минералогического состава клинкера на основные СТС ТМЦ. '

, Получены данные о влиянии вида и количества добавок на то;:;;с свойства ТМЦ как: -способность к длительному росту прочности, сульфатостойкость, морозостойкость и др.. СТС, определяющие долговечность цементного камн^ и позволяющие оценить эффективность применения ТМЦ в производстве бетона.

Практическая полезность работ» заключается в систематизации данных о СТС ТМЦ в зависимости от зернового и химико-минералогического состава слагающих компонентов ТМЦ, что позволяет определить область рационального применения этих цементов и включить этот новый вид вяжущих в СНиПы.

Полученные результаты позволяют оптимизировать состав ТМЦ, технологию их . изготовления и обеспечить использование нового энергосберегающего цемента в строительстве.

Апрпядпия работы. Основные положения работы доложены и , обсуждены на:

- научно-техническом семинаре "Новые вяжущие и их применение'1 . г, Новосибирск, 1321Г.;

- YIII-ом Всесоюзном, научно-техническом совещании по химии и технологии цемента, г.Москва, 1891г.;

- Международной конференции по ресурсосберегающим технологиям строительных материалов, Белгород, 1993г.

Объем работ». Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, 4 глав экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, приложений. Содержит страниц машинописного текста, 53 рисунка, таблиц, страниц приложений.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время исследуется возможность расширения ассортимента МЦ за счет варьирования их вещественного состава. Однако имеющиеся данные свидетельствуют о том, что при повышенном содержании добавок для получения МЦ марки 400 необходимо повысить их дисперсность до Эуд.>4С0м2/кг, т.е. перейти на выпуск ТМЦ.

При оценке эффективности различных схем измельчения для получения МЦ разного вещественного состава, мнения исследователей расходятся. Эффективность применения той или иной схемы помола зависит от размолоспособности компонентов вещественного состава цемента. Однако нет единого мнения относительно того, 'какая дисперсность и гранулометрический состав ТМЦ желательны с точки зрения превалирующего влияния дисперсности и параметров ГС отдельных компонентов на свойства МЦ.

Анализ литературных данных показал, что ввод добавок в состав цемента способствует уплотнению цементного камня и образованию в нем прерывистой поровой структуры. В связи с этим МЦ могут обладать определенными преимуществами, по сравнению с бездобавочными', цементами, например, пониженной проницаемостью и,как следствие, повышенной стойкостью в агрессивных средах. Однако результата исследований СТС МЦ, особенно повышенной дисперсности, весьма противоречивы.

В связи с этим возникла необходимость исследовать способность ТМЦ, характеризующихся повышенным содержанием добавок в сочетании с более тонким помолом' цемента по сравнению с обычно выпускаемыми . МЦ, к улучшению качества многокомпонентных цементов.

На основе анализа, литературных данных были выбраны направления исследовательской работы. ' ■ . •

ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для получения ТМЦ были использованы' промышленные клинкера «различного химико-минералогического состава:• ' высокоалитовый-

высокоалюминатный клинкер ПО "Спасскцемеат", высокоалитовый-средае-алюминатный клинкер Коркинского и Ангарского цементных заводов, высокоалитовый-ниэкоалюминатный клинкер карачаево-черкесского завода, среднеалитовый-ниэкоалюминатный клинкер Белгородского завода и шзкоалитовый-високоалюыинатный клинкер ПО "Михай-ловце'мент". В качестве- добавок при помоле применяли: основные доменные щлаки Донецкого и Мариупольского МК, кислые доменные шлаки Череповецкого и Челябинского МК, кислую золу-унос Рязанской ГРЭС и наполнитель.: кварцевый Люберецкий песок.

Содержание добавок в цементе составляло 45-Ь5мас.2..

Для исследований готовили ТМЦ с удельной поверхностью не менее 400М2/кг, используя три схема помола:

1) Совместный помол клинкера и добавок до заданной дисперсности <далее "схема 1.");

2) Предизмельчение клинкера до удельной поверхности Буя.=150-300м2/кг с последующим совместным помолом клинкера и добавок до заданной дисперсности (схема 2);

3} 1Раздельный помол клинкера . и . добавок до 'заданной дисперсности с последующим смешиванием компонентов {схема 3).

Физико-химические исследования проводили с помощью хими- , , ческого, петрографического, рентгенсфаэового методов анализа, ИК-спектроскопи'и. Норовую структуру ЦК ТМЦ исследовали методом интрузии ртути. Исследование строительно-технических свойств ТМЦ и ■ бетонов на их основе проводили на основе ГОСТов и других■методов, Обычно применяемых в исследовательской практике.

ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ТМЦ НА СВОЙСТВА ЦЕМЕНТА.

' Существующее помольное оборудование позволяет получать цементы различного ГС при равной дисперсности, определяемой величиной, удельной поверхности. С целью изучения влияния ГС ТМЦ на свойства цемента, изготавливали • ТМЦ идентичного вещественного , состава и равной дисперсности по трем описанным схемам помола.

Установлено, чтЬ независимо от вещественного состава цемента и химикй-минералогического состава клинкера, схема помола с пред-

5 1 » 'V

измельчением клинкера, как "правило, предпочтительнее, т.к. в

' большинстве случаев способствует увеличению прочностных

показателей цемента. • ..

Оптимальная дисперсность предизмельченного клинкера определяется соотношением размолоспособностей клинкера и добавки. Наличие в шихте легксразнальшаемой добавки (по сравнению с клинкером) требует повышения дисперсности предизмельченного клинкера до ву-д. =250-ЗССмг/кг, а использование трудноразмалываемой добавки позволяет снизить дисперсность предизмельченного клинкера ДО Буд.=150м2/КГ.

Оценка схем по энерготехнологическому показателю - З/Йсх, характеризующему удельные энергозатраты на создание единицы активности ТМЦ, также выявила большую, эффективность схемы помола с предизмельчением клинкера. Для 'определения критериев, обеспечивающих рост прочности ТМЦ, определяли параметры ГС цемента в целом и отдельных компонентов вещественного состава. Результаты исследований Для некоторых цементов приведены в табл.1.

Таблица 1.

Влияние параметров ГС и распределения клинкера на прочность ТШ

Вид Схема Коэффициент Характеристи-- Содержание Прочность це- помола равномерности ' ческий размер клинкерах на сжатие, мен- зернового со- зерна,мкм во Фракциях^ МПа

та става размером,мкм

це- клин- до- це- клин- до- -25 -8 Зс. 28с. мент кер бав-мент кер■ бав-ка ка

Шла- 1 1 .34 1.31 1 .39 35, .1 38. . 1 30.1 18, ,4 8.0 8. .1 24. .5

ковый 2 1. .48 1.57 1, .32 27, .4 24. 5 32.7 2В. .4 7.8 со .4 37. ,7

Золь- 1 1. ,25 1.20 1. ,31 27, ,2 35. 1 го.е .20. .3 2.0 10. .4 28. .2

ный 2 1. .41 1.45 г. .33 24 .8 22. 7 27.3 28. .5 3.9 14. .8 35. .3

Полученные данные показали, что увеличение прочности ТМЦ, с . ростом коэффициента равномерности ГС и уменьшением характеристического размера зерна цеменгз в целом просматривается только как тенденция. Анализ влияния на прочность ТМЦ параметров ГС отдельных компонентов позволил установить, что ТМЦ равной дисперсности и ' идентичного вещественного состава характеризуется большей величиной прочности к 28 суткам в том случав, когда коэффициент, равномерности ГС клинкера выше значения этого показателя для цемента, а добавки - меньше в той степени, чем выше коэффициент равномерности ГС.клинкера.

Однако., для гарантированного повышения прочности ТИЦ только

изменения параметров- ГС цементов в указанном направлении недостаточно. Болев существенное значение для свойств ТМЦ имеет распределение компонентов по фракциям различной дисперсности.

Изучение состава фракции методами химического, петрографического и рентгенофазового анализа показало существенное различие распределения компонентов по фракциям ГС ТМЦ идентичного состава, полученных, по разным схемам помола. При использовании схемы помола с предизмёльчением клинкера уменьшается содержание алюминатной и алюмоферритной фаз клинкера во фракциях цемента размером более 37мкм, увеличивается содержание СзБ и снижается содержание СгЭ во фракциях (-25>мкм. При этом происходит накопление клинкера во фракции Цемента (-25)мкм и 'вытеснение гипса из тонкодисперсных фракций (-В)мкм клинкером и/или добавкой.

Выявдена определенная зависимость прочности ТМЦ от накоплении клинкера во фракциях (-25)мкм и <-8>мкм. Как следует из данных приведенных в табл.1, увеличение содержания клинкера во фракции менее 8мкм для ТМЦ одинакового вещественного состава ' и дисперсности способствует росту прочности цемента в БОзрасте. 3 суток. Марочная прочность ТМЦ (28 суток) зависит от суммарного содержания клинкера во фракциях цемента (-25)мкм. Однако существует некоторое оптимальное содержание клинкера в -этих фракциях, состатщ.чющса примерно половину от его валового объема в цементе. Дальнейшее накопление клинкера в тонких фракциях не дает роста прочности. Вместе с тем необходимо, чтобы добавки также присутствовали в тонкодисперсных фракциях цемента. Однако накопление добавок в тонких фракциях должно происходить за -счет вытеснения из них гипса, а не клинкера. Б противном случае наблюдается снижение прочности ТМЦ. •

Более равномерное распределение .гипса по фракциям цемента, достигаемое при использовании схемы помола с предизмельчением клинкера, Это способствует стабилизации структуры цементного камня (ЦК) ТМЦ и, как показано ниже, позволяет значительно улучшить такие свойства / ТМЦ как морозостойкость, сульфатостойкость, трещиностойкость и усадочные деформации.

Таким образом,' проведенние исследования позволили установить дополнительные условия оптимизации ГС ТМЦ и улучшения свойств цемента, получаемые при использовании схем« помола с предизмель-.чевием клинкера. В связи с этим, дальнейшие исследования СТС проводили с использованием ТМЦ, полученных по этой схеме измельчения:

МИКРОСТРУКТУРА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ ТМЦ

Повышенная дисперсность и большая массовая доля добавок ТМЦ вызывает опасение, не возникнут ли сбросы прочности в длительные сроки твердения. Высказывались та-кяе сомнения в отношении способности ТМЦ надежно защищать арматуру от коррозии,т.к. вследствие протекания пуццолановых реакций и исчерпания резерва клинкера можно предположить снижение величины рН жидкой фазы менее '11.5, что привело бы к депассивации стальной арматуры. Кроме того, многие факторы . долговечности (морозостойкость, сульфатостойкость и др.) зависят от поровой структуры ЦК. Указанные, причины вызвали необходимость проведения комплексных физико-химических исследований микроструктуры ЦК ТМЦ. .

Кинатику роста прочности ТМЦ и контрольного цемента ПЦ-Д20 (е добавкой суперпластификатора С- 3 и без нее) изучалась в течение года твердения. Установлено, что различия в интенсивности роста прочности ТМЦ и ПЦ-Д20 незначительны. В качестве примера на рис. 1 показана способность к длительному росту ' прочности шлако-песчанисгого и зольного ТМЦ, полученного на основе клинкера Коркинского завода. Видно, что прочностные показатели ТМЦ практически не отличаются от таковых для контрольного, цемента во все сроки твердения, а по. интенсивности роста прочности - даяе превосходят ПЦ-Д20. 1

МПа

70

60 50

40 30 20 10

4

з V 28 130 365 1е 1;, сут Рис.1.Кинетика роста прочности

О—ПЦ-Д20, в— илако-г.есчанис-

. тый ТМЦ, X—ьольньй.ТМЦ .

Достигнутое упрочнение ЦК ТМЦ является результатом действия двух факторов: уменьшение диф ференциальной пористости и реализация гидравлической активности клинкера и добавки. Результаты исследований показали, что общая пористость ЦК. ТМЦ увеличивается по сравнений с ЦК ПЦ-Д20. Основное . отличие ЦК ТМЦ от такового ПЦ-Д20 заключается в модифи- ■ цировании дифференциальной пористости. На порограммах ЦК ТМЦ (рис,2) появляется второй максимум в интервале пор размером 12-20нм, во почти' отсут

aV^lg г

X— зольный

3

— ГЩ-Д20; ствутот поры размером > 50нм. в—шлако-пес- Вследствие этого прочность чанистый; ТМЦ близка,а для зольных ТМЦ 'даже превышает таковую для ПЦ-Д20 как в 28 суток, так и в возрасте 1 года. Измерение удельной поверхности цемента методом отрицательной адсорбции азота (БЭТ) показало, что тонкопористая структура образуется вследствие развитой активной поверхности зерен клинкера и добавок в ТМЦ.Этот метод также позволяет более точно прогно зировать прочность ТМЦ по сравнению с методом воздухопроницаемости.

повышенная активность клинкера.и

нм.

Рис.2.Дифференциальная пористость цементного камня (Однако, как уже упоминалось, добавок в ТМЦ могут повести к снижению величины ' рН жидкой фазы менее. критического предела - 11.5. При использовании для изготовления бетона из портландцемента, или МЦ с небольшим количеством добавок рЕ1 лидкой фазы составляет от 12.5-13.0 и арматура в таком бетоне находится в пассивном состоянии. Поэтому было необходимо установить сохраняется ли пассивное состояние арматуры также в ЦК ТМЦ. . Для ответа на, этот важнейший вопрос было проведено исследование изменения химического состава жидкой фазы ЦК ТМЦ и величины рН в процессе твердения.

Изменение состава жидкой фазы (рис.3) происходит как в цементном камне ПЦ-Д20, так и в ТМЦ. При этом проявляется определенное влияние добавок на концентрацию ионов кальция . и щелочных металлов. В результате увеличения содержания • добавок в ТМЦ по сравнению- с ПЦ-Д20 уменьшается концентрация ' ионов щелочных металлов в жидкрй фазе, что связано с переходом их из жидкой фазы в твердую, а также со стадийностью протекания пуццолановой реакции добавки (схема З.Б.Энтина)..Снижение концентрации RaO в жидкой фазе'ТМЦ способствует росту' концентрации СаО и уменьшению растворимости эттрингита, что приводит к,стабилизации структуры ЦК ТМЦ и благоприятно проявляется в условиях сульфатной агрессии.

Согласно полученным •данным, величина рН жидкой фазы ТМЦ достигает максимального значения уже к 1 часу с момента затворения

1

Д, К - соответственно содержание добавки и клинкера в цементе,5!,

Установлено, что все виду ТИЦ характеризуются болэа высокой величиной удельной прочности ко сравнению с цортладдцементом-Д0.Д20.

По интенсивности роста прочности ТМЦ, исследованные добавки можно расположить в следующий ряд: зола>шлак+пэсок>песок.

При исследовании влияния химико-минералогического состава клинкера на кинотику роста прочности ТМЦ установлено, что увеличение содержания СзА и CaS в клинкера зедвт к повцаению прочности в относительно короткие сроки твердения, до 28 суток включительно. В дальнейшем эта взаимосвязь сохраняется лишь по отношению к абсолютной величина прочности, но не по отпслени» к темпу ее роста.

Морозостойкость ТМЦ зависит от минералогического состава клинкера и вида добавки. Установлено, что для получения гдарозо-стойких растворов ТМЦ желательно применять низко- и средне-алшинатные клинкера. По влиянию на морозостойкость ТМЦ исследуемые добавки располагаются следующим образом (по меро снижения морозостойкости): илак+песок>песок.)зола.

Сульфатостойкость ТМЦ приблизительно равна таковой для портландцемента-Д20 и дате превышает этот показатель для беэдобавочного' цемента, что связано с их мелкопористой структурой и способностью добавок связывать гидроксид кальция. Полученниа данные подтверждают известное положение о том, что увеличение СэА в клинкере и растворимого AlaDa' в добавке вызывает снижение сульфатостойкости цемента. По положительному действию на сульфатостойкость цементов используемые добавки располагаются в следующбм порядке: шлак+песок зола>песок. При этом песчанистый ТМЦ, полученный на основе високоалюминатного клинкера, не у^ггупает по сульфатостойкости контрольному цементу при содержании песка ЗОмас.Х.

Усадочные деформации ТМЦ снижаются, а трещиностойкость соответственно возрастает при уменьшении содержания алюминатной и алюмоферритной фаз в клинкере. Результаты исследований показывают, что ТМЦ обладают приблизительно одинаковой величиной усадки со шлакопортландцементом рядовой дисперсности к 1 году твердения. По величине усадочных деформаций исследуемые добавки располагаются в следующем порядке: песок <шлак-+ песок«зола.

Ввод добавки суперпластификатора С-3 способствует повышению морозо-, сульфато- и трещиностойкосги, ' снижает величину усадочных

деформаций ТМЦ за счет качественного изменения структурных параметров ЦК. В результате обеспечивается более высокая долговечность ТМЦ и возникает реальная. возможность их использования даже в неблагоприятных условиях эксплуатации бетона.

Оценку эффетивности ТМЦ осуществляли при их испытаниях в бетонах из равноподвикных смесей с расходом цемента 300, 400 и 500

КГ/МЭ.

В результате исследований определена зависимость прочности бетонов от расхода ТМЦ и на основе этого рассчитан расход клинкера на бетон определенной марки, выход бетона и приведенные энергозатраты, представленные в табл.2.

Таблица 2.

Эффективность ТМЦ в бетонах нормального твердения в возрасте 23. суток

Марка Портландцемент-ДО бето- Ккл. Выход Эпр. на X бетона кг у.т ма/т мэ

Песчанистый ТМЦ Шлако-песчанистый ТМЦ Ккл. Выход Эпр. Ккл. Выход Эпр.

X ' бетона кг у.г. X бетона кг у.т. i, м'/т м3 м3/т м3

200 100 4. 13 59. .4 59 7 .00 30, ,е 50 8. .27 25, .9

250 100 3.40 72. 2 58 5. .86 36. ,5 50 6. 80 31. .3

300 100 2.89 84. .8 57 5 .07 42. .2 50 5. 78 37. .0

350 100 2.51 97. .8 56 4 .49 47 .7 50 5. .03 42. .5

Для оценки экономии портландцементного клинкера были использованы: . ■ - . -

1. Коэффициент расхода клинкера

Ккл^Цтыц* (Ю0-Д)/Цо, X где: Цтмц.Цо - расход соответственно "ТМЦ и портландцемента-ДО ■ на изготовление 1мэ бетона заданной удобоукладаваемости и прочности, кг/мэ; Л - содержание добавки в ТМЦ,¡К.

2. Энергетический показатель - приведенные, энергозатраты^ на получение 1м® бетона из 1 тонны цемента:

Э= (Ех+ Еа+ Еэ) Кхл/ЮО где: Ех - расход топлива на получение 1т портландцементного клинкера, кг у.т./т;

Ег - расход электроэнергии на сушку 1т добавки,кВт ч/т; Ез - расход электроэнергии на помол 1т цемента,кВт ч/т. . Анализ полученных данных показал, что независимо от химико-

минералогического состава клинкера и вида добавки, ПОД обеспечивают максимальную экономии клинкера по сравнению с бездобавочным цементом и ПЦ-Д20, как рядовой так и . поЕыаенно,й дисперсности. Экономия клинкера при получении бетона марок 200-350 в среднем составляет 35Я. Введение суперпластификатора увеличивает экономию клинкера.При этом ТМЦ обеспечивают большую экономию энергоресурсов.

Результаты , изучения морозостойкости бетонов на основе ТМЦ показывают, что при равном расходе цемента и введении водопонижа-вщей добавки 0-3, эти бетоны обладают приблизительно одинаковым показателем морозостойкости с Бетонами на основе ПЦ-Д20.

Таким образом, проведенные исследования показызают, что применение ТМЦ, содержащих 45-55Х добавок, для изготовления бетонов позволяют сэкономить 30-55Х портландцементного клинкера, не ухудшая при этом прочность и основные СТС бетона.

ВЫПУСК опьггао-ПРОМЫШЛЕННЫХ ПАРТИЯ тнц

На основании результатов проведенных лабораторных исследований на Невьянском цементном заводе был осуществлен промышленный выпуск 2 опытных партий ТМЦ объемом по 15тыс.тонн: шлакового ТМЦ (содержание шлака =352!) и шлако-песчанистого ТМЦ (содержание шлака и песка • по 203!). Выпуск ТМЦ осуществляли на мельнице замкнутого цикла размерами 4x13,5м, оснащенной сепаратором СМЦ 420 Ф 5м.

Проведенные промышленные испытания по, производству ТМЦ показали, чтр они полностью удовлетворяют требованиям ТУ 21-26-1291. В связи с необходимостью повышения дисперсности ТМЦ до (400-450м2/кг) удельные энергозатраты на помол цемента возросли на 1118кВт ч/т по сравнению с этим показателем для ПЦ-Д20 рядовой дисперсности. Однако при этом удалось сохранить активность ТМЦ на уровне ПЦ-Д20 (в среднем 44,7МПа> несмотря на двухкратное увеличение содержания добавок в них, а также частичную замену активной минеральной добавки (шлака) местным наполнителем (литейный песок).

Испытания ТМЦ в производстве бетона и железобетона на Екатеринбургском ЖБК подтвердили их эффективность в бетонах класса В 2Q и ниже. Суммарный экономический эффект при выпуске ТМЦ марки M-40Q и применение их в производстве бетона составляет З.бвмлн.руб." в ценах 1981 года.

ВЫВОДЫ

1. Исследования, выполненные в ходе настоящей работы, а также результаты ' промышленного внедрения позволили установить, что тонкомолотые многокомпонентные цементы являются эффективным строительным материалом, пригодным для изготовления бетонных и железобетонных изделий широкого ассортимента.

Основным преимуществом ТКЦ является, снижение удельного расхода клинкера и приведенных энергозатрат на цемент в бетоне по сравнению с другими цементами общестрои^ельного назначения.

2. Важнейшим условием улучшения СТС ТМЦ является оптимизация ГС: более узкое распределение клинкера по размерам зерен по сравнению с добавкой и его накопление во фракциях цемента менее 24,7мкм.

Схема помола с предизмельчение клинкера является наиболее аффективной, поскольку способствует оптимизации ГС ТМЦ, а также \ снижению содержания гипса ■ в тонодисперсных фракциях цемента (<8мкм) почти в 2 раза-' за счет вытеснения гипса клинкером. Оптимальная дисперсность ' предизмельчения клинкера зависит Ът размолоспособности добавки.

3. Исследования микроструктуры ЦК показали,что ТМЦ обеспечивают надежную защиту арматуры в бетоне. Установлено, что величина рН жидкой фазы ТМЦ даже к 2-м месяцам твердения питается на достаточно высоком уровне<12,5-13,2) и определяется в основном концентрацией оксидов щелочей, а к 2-м годам остается не ниже 11.9.

Глубина карбонизации цементного камня ТМЦ к двум годам твердения очень незначительна, в результате чего он сохраняет пассивирующие свойства по отношению к стальной арматуре.

Коррозионные потери стальной арматуры в растворах из ТМЦ после двух лет хранения в наиболее неблагоприятных условиях с точки зрения развития процесса .коррозии (воздушно-влажных) не превысили 1,93г/м2 и были примерно.теми же, что и в растворах из портландцемента-ДО.

4. Исследование характеристик поровой структуры цементного камня ТМЦ показало, что основное отличие его от портландцемента -Д20 заключается в дифференциальной . пористости: наблюдается уменьшение ' содержания пор . диаметром свыше ЮОнм и! увеличение объема пор диаметром 25-40нм.

5. Независимо от вида добавки ТМЦ, способны к длительному росту прочности. Г. едкому году твердения прирост прочности ТМЦ по

сравнению с 28-ми суточным возрастом составил (23-60)" по сравнении с (19-27)5! ДЛЯ ПЦ - Д20.

в. Установлено, что хотя ТИП в ранние сроки твердения отстают по прочности от портландцемента-ДО или Д20, но их 28-ми суточная прочность равна таковой для портландцемента-Д20 и соответствует марке. 400, за исключением песчанистых ТМЦ, содержащих свыше ЗОмас.Х песка. При введении суперпластификатора С-3 марка ТМЦ, в том числе и песчанистых, повышается до 500-500 и соответствует или превышает таковую для пластифицированного портландцемента-Д20.

7. Морозостойкость ТМЦ существенно зависит от вида добавки и минералогического состава клинкера. Для изготовления морозостойких бетонов на основе ТМЦ рекомендуется применять цементы на основе низкоалюминатных клинкеров при использовании комплексной добавки шлак/песок=1/1 или песчанистые ТМЦ с содержанием не более 30мас.% песка. По морозостойкости ТМЦ в зависимости от вида добавки мог.но расположить в следующий ряд: портландцемент -ДО>щлако-посчанистьй ТМЦ> песчанистый ТМЦ> зольный ТМЦ.

Морозостойкость ТМЦ, в том числе зольных, значительно улучшается при введении родопонижающей добавки С-3.

8. По сулъфатостойкости ТМЦ значительно превосходят этот показатель для портландцемента -ДО и Д20, независимо от химико-минералогического состава клинкера и вида добавки. По сульфа-тостойкости ТМЦ располагаются в следующий ряд: шлаковый > шлако-песчанистый > зольный > песчанистый.

Введение водопонижающей добавки С- 3 существенно повышает сульфатостойкость всех ТМЦ.

9. Величина усадочных деформаций и трещиностойкость ТМЦ зависит ои химико-минералогического состава клинкера й вида добавки. Увеличение . усадочных деформаций наблюдается прут' возрастании содержания алюминатной и алюмоферритной фазы клинкера и применения в качестве добавки золы-уноса.

Использование композиционной добавки "шлак+песок" или только песка способствует снижению усадочных деформаций и возрастанию показателя трещиностойкости по. сравнению с портландцементом -Д20.

10. Использование ТМЦ обеспечивает значительную экономию клинкера в бетоне, величина которой зависит от вида добавки и прочности бетона. В среднем, при использовании ТМЦ экономия клинкера по сравнению с бездобавочным цементом для получения равнопрочных и равнопластйчных бетонных смесей составляет около 35*; а

при введении суперпластификатора С-3 возрастает до 553!. Соответственно увеличивается выход бетона из одной тонны клинкера.

11. Выполненные -исследования позволили определить область рационального использования ТМИ. Эти цементы могут быть рекомендованы для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций класса прочности до В30-В35, к которым не предъявляются дополнительные требования. Они могут быть также рекомендованы для бетонов, где требуется умеренная рульфатостойкость.

. 12. Выпущены опытно-промышленные партии ТМЦ на Невьянском цементном заводе. Полученные ТМЦ полностью удовлетворяют всем требованиям ТУ 21-26-12-81. Изготовленные изделия различной номенклатуры из бетонов марок 100-250, полученных на .основе промышленных партий ТМЦ, соответствовали проектным требованиям. Марка тяжелого бетоца М-200 по водонепроницаемости равна - W4, а по морозостойкости -F50. Для керамзитобетона марки 50-F25. Суммарный экономический эффект при , выпуске ТМЦ и его применения на Екатеринбургском ЖБК составляет 3.66 млн.руб.

Основное содержание ; диссертации опубликовано в следующих работах: '

1. 3.Б.Энтин,Д.С.Нёфедова,И.Б.Степанова,Г.К.Дольнова.О стойкости стальной арматуры в цементном камне ТМЦ.//Тезисы докладов научно-технического семинара "Новые вяжущие и их применение".-Новосибирск. 1891.-с.12-13.

2. З.Б.Энтин, В.И.Шубин,И.Б.Степанова,Г.К.Дольнова.О стойкости

стальной арматуры в цементном камне . ТМЦ.//Труды VIII Всесоюзного

«

научно-технического совещания по химии „ и технологии цемента.-М..1991.-Раздел IV.-с.216-220. '

3. З.Б.Энтин,В,И.Шубин,И.Б.Степанова.Влияние гранулометрического состава многокомпонентных цементов на их прочность.// Тезисы • докладов Международной конференции "ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и - конструкций".-Белгород, 1993 .-Часть 1.гЛб-47.

4. 3.Б. Энтин,В.И.Шубин,И.Б. Степанова.О влиянии гранулометрического состава многокомпонентных цементов «а их свойства,// Труды НИИЦемента.-М. , 1993,-Н 107.-е.124.' ■

5. 3.Б.Энтин,В.И.»Шубин,Л.С.Нефедова,И.Б.Степанова. О факторах долговечности ттекомолотых многокомпонентных .цементов.// Труды НЮЩемента. - М. , 1933,- И. 107 . 152.

- "

■* -«