автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Тампонажные цементно-гипсовые материалы с добавлением горелых пород и цеолитов для строительных работ в условиях вечной мерзлоты

003481022

На правах рукописи

Народов Василий Васильевич

ТАМПОНАЖНЫЕ ЦЕМЕНТНО-ГИПСОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ДОБАВЛЕНИЕМ ГОРЕЛЫХ ПОРОД И ЦЕОЛИТОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

• ■ ...

Новосибирск 2009

003481022

Работа выполнена в Якутском государственном университете им. М.К. Аммосова

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Егорова Анастасия Дмитриевна

Официальные оппоненш - доктор технических наук, профессор

Пичугин Анатолий Петрович

кандидат технических наук, доцент Ильина Лилия Владимировна

Ведущая организация - Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, г. Якутск

Защита состоится «17» ноября 2009 г. в 16-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.171.02 при Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин) по адресу: 630008, г. Новосибирск, 8, ул. Ленинградская, 113, ауд. 239.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин).

Автореферат разослан « _» Ш 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

А.Ф. Бернацкий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие промышленности строительных материалов во всех технически развитых странах направлено на разработку эффективных высококачественных материалов, применение которых является экономически целесообразным и позволяет сократить энергетические затраты и расход сырьевых ресурсов. Эта тенденция распространяется и на разработку высокоэффективных вяжущих веществ с широким применением различных минеральных добавок, в частности, для создания расширяющихся цементов, а на их основе бетонных смесей для заполнения пазух буроопускных свай фундаментов зданий, а также для цементирования (тампонирования) эксплуата-ционньк колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых фунтов с температурой от-2 °С до-9 °С.

Для повышения несущей способности буроопускных свай в вечномерзлых трут пах следует увеличить скорость набора прочности фунтового раствора и его прочности смерзания со сваей. Для заполнения пазух буроопускных свай, как правило, используют известково-песчаный и цеменгно-песчаный растворы. Известково-песчаный раствор рекомендуется применять в низкотемпературных вечномерзлых фунтах. Однако в нескальных фунтах, где верхние слои отложений представлены пылевато-глинистыми супесями и песками с широко развитым комплексом подземных льдов и таликов, местами значительной мощности (до 15 м и более), средняя температура составляет всего (Ъ- -2 °С. При таких температурах глинистый фунт находится в пластично-мерзлом состоянии и не обеспечивает достаточной несущей способности за счет смерзания железобетонной сваи с известково-песчаным раствором. Бетоны марок М 100, М 200 и М 300, уложенные в вечномерзлые фунты с температурой не ниже -5 °С, набирают за 1 месяц прочность, равную 15-20 % от марочной прочности, и за 6 месяцев 35-40 % от марочной прочности. Поэтому применение в низкотемпературных фунтах г. Якутска цементно-песчаного раствора неэффективно.

Основным недостатком известных составов расширяющегося тампо-нажного материала является медленный набор прочностных показателей в условиях твердения при отрицательной температуре вечномерзлых фунтов криодигозоны из-за большого срока начала схватывания (от 7 ч 20 мин до 8 ч 50 мин) вследствие быстрого охлаждения пластично-вязкой массы первоначальной смеси.

В связи с вышеизложенным обстоятельством целесообразно разработать составы расширяющихся цементов с использованием местного минерального сырья (гипса, горелой породы, цеолита) для бетонных смесей, обеспечивающих высокое качество цементирования буроопускных свай и эксплуатацион-

ных колонн в условиях вечномерзлых грунтов за счет устойчивого расширения и ускорения режима твердения цементного материала, приобретения им заданной прочности.

Работы выполнялись в рамках Тематического плана НИР ЯГУ на 20062008 гг. по заданию Федерального агентства по образованию (per. №1.11.06) и республиканской научно-технической программы «Проблемы строительного комплекса на Севере».

Целью работы является разработка составов расширяющихся цементов из местного минерального сырья для бетонных смесей, обеспечивающих высокое качество цементирования буроопускных свай фундаментов зданий и эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечно-мерзлых грунтов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучение состава и свойств горелой породы и природного цеолита как сырья для получения активных минеральных добавок к цементу;

- разработка составов, изучение свойств и особенностей структурообра-зования цементов с использованием активных минеральных добавок из горелой породы и цеолита;

- изучение свойств бетонных смесей на основе разработанных составов вяжущих материалов в условиях вечномерзлых грунтов;

- подготовка нормативных документов для реализации результатов исследований в опьпно-производственных условиях.

Научная новизна работы.

1. Для обеспечения требуемых свойств тампонажных материалов, предназначенных для строительных работ в условиях вечной мерзлоты, эффективно введение в состав цеменгао-гипсовых композиций добавок горелых пород (с содержанием 65-70 % Si02 и 16-25 % А1203) и цеолитов. При этом добавка цеолита (месгоррждение Хонгуруу) может использоваться в естественном состоянии.

2. При использовании добавки, содержащей 50-60 % мае. горелой породы и 50-40 % мае. гипса, наиболее высокое значение предела прочности при сжатии (13 МПа) после 14 суток нормального твердения обеспечивается при количестве добавки, равном 10 % от массы цемента. Замена до 20 % портландцемента такой добавкой практически не приводит к снижению активности цемента. Введение в состав портландцемента добавки на основе горелой породы и гипса незначительно влияет на нормальную густоту цементного теста. Оптимальное расширение при твердении полученного материала (до

0,7 %) соответствует количеству добавки 10-20 % при содержании в ней 45-60 % горелой породы.

3. В комплексной добавке к гипсовому компоненту оптимальное соотношение менаду портландцементом и предварительно измельченным цеолитом составляет от 1:0,85 до 1:1,45 (по массе). После 7 суток твердения при нормальных условиях наибольшую прочность при сжатии (40,0^12,0 МПа) и при изгибе (8,5-12,0 МПа) имеют составы, содержащие 25-40 % такой добавки. В ранние сроки твердения (2 часа) наиболее высокую прочность при сжатии (8,0-9,5 МПа) имеют составы, содержащие 70-80 % гипсового компонента и не менее 2 % суперпластификатора С-3 от массы вяжущего. Расширение при твердении в течение первых суток составляет 0,28-0,32 % и имеет тенденцию к стабилизации к 7 суткам твердения (0,4 %). Прочность при изгибе после двух суток твердения составляет 3,7-4,0 МПа, прочность сцепления с поверхностью металлической трубы- 4,3-4,7 МПа.

4. В качестве тампонажных материалов, обеспечивающих необходимый уровень свойств для строительных работ в условиях вечной мерзлоты, могут быть рекомендованы составы, мае. %: 1) портландцемент - 91,0; шпе - 4-5; молотая горелая порода - 5-6; 2) портлавдцемент - 22-30, гипс - 50-60, цеолит -18-20, суперпластификатор С-3 - 2.

Практическая значимость работы.

1. Предложены составы тампонажных материалов на основе портландцемента, гипса, активных минеральных добавок из горелой породы и цеолита, суперпластификатора С-3 для заполнения пазух буроопускных свай фундаментов зданий, а также для цементирования (тампонирования) эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых грунтов с температурой от -2 °С до -9 °С.

2. Предложена технология производства расширяющих добавок к цементу на основе гипса и горелой породы, а также технология получения на месте применения расширяющихся материалов путем перемешивания портландцемента, гипса, суперпластификатора С-3 и тонкоизмельченнош цеолита.

3. Для внедрения результатов работы при устройстве буроопускных свай фундаментов зданий и эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых грунтов разработаны следующие нормативные документы: технологические указания по получению расширяющегося гипсо-цемешно-кремнеземистого вяжущего и бетонных смесей на его основе; технологические указания по получению расширяющегося водостойкого гипсо-цементно-цеолигоюго вяжущего и бетонных смесей на его основе; технические условия на расширяющую добавку на основе гипса и горелой породы.

Результаты работы внедрены:

При строительстве школы на 120 учащихся в с. Сегян-Кюель Кобяйского района и 48-квартирного жилого дома в пос. Жатай (Республика Саха (Якутия). Опытная партия активно-минеральных добавок из горелой породы (1100 кг) и цеолита (300 кг) выпущена в помольном цехе учебно-производственной базы Инновационно-технологического центра ИТФ Якутского государственного университета.

Теоретические положения, результаты экспериментальных лабораторных исследований и опыгно-производственного внедрения используются в учебном процессе Якутского государственного университета при подготовке инженеров по специальности 270106, что отражено в учебных программах и УМК дисциплин «Вяжущие вещества», «Технология строительного производства» и «Технология изделий из местного сырья».

На составы расширяющихся материалов с использованием горелых пород и цеолитов получены 2 патента РФ на изобретения.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены: на Международном семинаре АТАМ «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века» (г. Новосибирск, 2006 г.), Международной конференции, посвященной 40-летию кафедры бетонов, керамики и вяжущих Пензенского ГАСУ (г. Пенза, 2006 г.), Международной конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в сгройиндустрии» (г. Белгород, 2007 г.), 1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение» (г. Якутск, 2008 г.), научно-технических конференциях НГАСУ (Сибстрин» (г. Новосибирск, 2007-2009 гг.),

Публикации. Основные результаты опубликованы в 6 научных статьях и тезисах докладов, в том числе в журнале с внешним рецензированием «Известия вузов. Строительство» (2008 г.), а также в 2-х патентах РФ на изобретение (новые составы расширяющихся цементов с использованием горелой породы и цеолита).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Она содержит 151 страниц основного (компьютерного) текста, включая 45 таблиц, 23 рисунка и 135 литературных источников, 8 приложений.

На защиту выносятся:

- особенности влияния активированной минеральной добавки на основе гипса и горелой породы (расширяющей добавки) на технологические параметры и эксплуатационные свойства цементов;

- особенности влияния активированной минеральной добавки на основе цеолита с суперпласгофикатором С-3 на смешанное вяжущее из портландцемента и гипса на технологические параметры и эксплуатационные свойства расширяющихся цементов;

- зависимости нормальной густоты смеси, скорости твердения, продолжительности набора требуемой прочности и устойчивого расширения цементного камня от состава многокомпонентного вяжущего вещества, вида и тонкости помола активных минеральных добавок;

- технология получения многокомпонентных расширяющихся тампо-нажных материалов с использованием активно-минеральных добавок для бетонных смесей, твердеющих в условиях вечномерзлых грунтов;

- результаты внедрения разработанных составов расширяющихся цементов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, показаны научная новизна и практическая значимость работы. Отмечены особенности построения текста диссертации.

В первой главе (Анализ состояния вопроса и задачи исследований) проведен системный анализ и обобщение литературных источников по вопросам производства расширяющихся цементов с использованием активных добавок из минеральных и органических материалов, области их применения, в частности, в приготовлении растворных смесей д ля заполнения пазух буроопуск-ных свай фундаментов зданий и цементирования (тампонирования) эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых грунтов. PaccMCTipeHO влияние мерзлотно-грунтовых условий на струюурооб-разование и свойства материалов, применяемых для цементирования буро-опускных свай и эксплуатационных колонн.

Проанализированы характеристики грунтовых растворов д ля заполнения пазух буроопускных свай и тампонажных материалов, требования к ним, основные преимущества и недостатки известных составов специальных цементов для их пригогокпения. Анализ ранее проведенных исследований позволил установить, что для повышения несущей способности буроопускных свай и качества цементирования газовых и нефтяных скважин в вечномерзлых грунтах следует увеличить скорость набора прочности бетонных растворов, их прочности смерзания (сил сцештения) со сваей или металлической колонной, что может быть обеспечено устойчивым расширением цементирующего материала

Сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе (.Характеристика исходных материалов и методика исследования) приведены результаты исследований состава и физико-

химических свойств горелых пород месторождения «Кюнкюй» и цеолигсо-держащей породы Сунгарского месторождения «Хонгуруу», используемых в качестве активных минеральных добавок (АМД), а также вяжущих веществ (портландцемента, гипса) и песка. Неоднородность свойств горелых пород объясняется различной степенью обжига. В исследованиях применялись две пробы горелых пород: белая и красная.

С целью сокращения числа опытов было использовано математическое планирование эксперимента. Многофакгорные полиномиальные модели второго порядка позволяют решить абсолютное большинство инженерных задач в материаловедении и технологии. В данной работе использовался полнофакторный план ПФЭ З3.

В работе использовались стандартные методы определения физико-механических свойств вянущих веществ и испьпуемых материалов с применением современных методик и лабораторного оборудования. Для оценки влияния условий твердения цемента на степень гидратации и фазовый состав, а также формирование структуры цементного камня использовались рентгенофазо-вый, дифференциальнотермический, электронно-микроскопический и друше физико-химические методы исследований. Ренггенофазовые исследования выполнялись на дифрактометре ДРОН-3, дифференциально-термический анализ (ДТА) - на фоторегистрирующем дериватографе системы Ф. и И. Паулик фирмы MOM (Венгрия), а электронно-микроскопические исследования - на сканирующем микроскопе типа JSM -25S японской фирмы JEOL.

В третьей главе {Разработка расширяющихся вяз/сущих материалов для расгтортх смесей, твердеющих в условиях вечномерзлых грунтов) приведены результаты экспериментальных исследований составов с использованием местного минерального сырья и растворных смесей, обеспечивающих высокое качество цементирования буроопускных свай фундаментов зданий и эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечно-мерзлых фунтов.

Природные цеолиты'представляют собой кристаллогидраты и содержат значительное количество химически связанной воды, которая удаляется высушиванием при температуре 150-200 °С. Результаты определения гидравлической активности цеолита показали, что вяжущее, содержащее в своем составе высушенный цеолит, имеет более высокие прочностные показатели в возрасте 7 суток по сравнению с вяжущим в смеси с не высушенным цеолитом, но в 28-суточном возрасте эти показатели выравниваются. Поэтому в дальнейших исследованиях использовали не высушенный цеолит.

Свойства смешанных материалов, включающих в свой состав цемент и гипсовое вяжущее зависят от вида и количества комплексной добавки. Активность добавок определялась согласно ГОСТ 25094-82 «Добавки активные минеральные. Методы испытаний». Поэтому было исследовано влияние помола добавок на их активность. В исследованиях использовались добавки после помола с различной удельной поверхностью. Результаты исследований показали, что помол низко активных добавок повышает их активность (рис. 1) и, как следствие, снижает минимально допустимое соотношение между портландцементом и добавкой (рис. 2), что способствует улучшению эксплуатационных свойств цементов.

1:19

1:10

\ ST

х V 1

i *

\

10 20 30 40 50 Продопжит&пыюсть помола, мин

300 400 500 600.700 800 900 Удельная поверхность, м^/кг

Рмс. 1. Удельная тиерхмосгь АМДI шжнмостх от хреыенн тшпяа.

Риг. 2. Мннпиалыи допустимое соотношение згиемсныо-стн от улселыюн поверхности дооэтки 1 - горелая: порола.: 2 - неолит

Активность цеолита и горелой породы возрастает с увеличением тонкости помола. Молотая добавка горелой породы полностью проходила через сито № 008, ее удельная поверхность (S уд) равна 350-400 mVkt. Цеолтсодер-жащая порода измельчалась до S уд = 850-900 м7кг. Исследованы 2 вида расширяющей добавки (РД) из гипса и шрелой породы красноватого (красная) и беловатого (белая) оттенков. Механохимическая активация влияет на структуру и свойства горелой породы, способствует возникновению эффекта линейного расширения и самонапряжения, причем, чем выше степень обжига горелых пород, тем больше образуется высокосульфатной формы i идросул ьфоалюм ината кальция.

Установлено, что оптимальное линейное расширение цементов (до 0,7 % в возрасте 3-х суток) достигается при добавлении РД (гинс+горелая порода) в количестве 10-20 % с содержанием горелой красной породы до 45 % (среднее значение К^ 12,8 МПа в возрасте 14 суток естественного твердения) и при 15-20 % добавки с содержанием горелой белой породы 60 % (среднее значение К««= 13,4 МПа в возрасте 14 суток). Решение многофакгорных полиномиальных моделей второго порядка, составленных на основе экспериментальных результатов, позволяет прогнозировать прочностные показатели образцов через 28 суток. Они составляют 17,1 МПа и 17,9 МПа, соответственно, для красной (рис. 3) и белой горелых пород. Оптимальному режиму твердения расширяющегося материала (начало схватывания - 30 мин, конец схватывания - 45-75 мин) соответствует состав при добавлении РД в количестве 10-20 % с содержанием горелой красной породы до 45 %.

Состав цемента с расширяющей добавкой - РГЦКВ, мае. %: портландцемент - 90, гипс - 4-5, кремнеземистый компонент - молотая горелая порода - 5-6, защищен патентом РФ №2361985.

Установление оптимального состава и технологических параметров получения расширяющегося вяжущего с применением цеолитсодержащей породы осуществляли методом математического планирования эксперимента. Исследованы составы, основу которых составила гипсовая комплексная добавка, содержащая портландцемент и цеолит, при этом изменялось соотношение между ними. В качестве переменных факторов были приняты: Хг содержание комплексной добавки (портландцемент + цеолит) в составе вяжущего, % мае.; Х2- количество частей цеолита, приходящихся на одну часть портландцемента в составе комплексной добавки; Хз- количество порошкообразного суперпластификатора С-3 (% массы вяжущего), вводимого при совместном перемешивании и домоле всех компонентов вяжущего; Х4- время совместного помола всех компонентов. Переменные факторы варьировались на трех уровнях: верхнем (+1), основном (0) и нижнем (-1).

Зависимость активности цемента отсостава(красная)

5 и

■з

Количество добавки,0/»

■ 120-Ш а 100-120

* Ю-1С0

а вуео а *»ео

■ 2Ы0 а 0-20

"Т 40 Количество породы в добавке,%

Рис. 3. Зависимость активности расширяющегося цемента от состава вяжущего вещества с применением красной горелой породы

На основании приведенных выше результатов исследований о влиянии помола на свойства гипсового вяжущего и добавок были установлены пределы и интервалы варьирования принятых переменных (табл.1). Соотношение между портландцементом и цеолитом принято равным 1:1,45; 1:1,15; 1:0,85. Продолжительность помола всех компонентов вяжущего в лабораторной мельнице принята 2, 8 и 14 мин.

Таблица 1

Натуральные значения переменных_

Наименование Обозна- Переменные

чение х, Х2 Х3 Х4

Основной уровень 0 32 1,15 2,0 8

Интервал варьирования 31 18 0,3 1,0 6

Верхний уровень + 1 50 1,45 3,0 14

Нижний уровень -1 14 0,85 1,0 2

Ранняя прочность расширяющегося водостойкого гштсо-цементно-цеолигового вяжущего (РВГЦЦВ) зависит, в первую очередь, аг количества гипса и суперпластификатора, введенного при помоле (рис.4). При этом наиболее высокие значения прочности при сжатии через 2 ч твердения в нормальных условиях, равные 8-9,5 МПа, имеет вяжущее, содержащее в своем составе 70-80 % гипсового компонента и суперпластификатора С-3 не менее 2 % массы вяжущего (рис.4 и 5).

Содержание гипса в составе ВГЦЦВ свыше 80% вызывает повышение его водопотребности и, как следствие, снижение ранней прочности. Повышенное содержание С-3 (свыше 2,5 %) также не оказывает заметного влияния на рост прочности вяжущего в раннем возрасте. С увеличением продолжительности помола вяжущего наблюдается небольшой рост его прочности в раннем возрасте (рис. 5). На ранней стадии твердения пористость камня определяется водопотребностью вяжущего, понижающейся при введении суперпластификатора. При твердении вяжущего, содержащего 25...40 % комплексной добавки, в нормальных условиях в течение 7 суток наибольшая прочность образцов при сжатии составляет 40,0...42,0 МПа и при изгибе -8,5.. Л 2,0 МПа (рис. 4-5).

При повышении соотношения между цементом и молотой добавкой на прочность при сжатии образцов при длительном твердении уменьшается (рис.4). Это влияние наиболее ярко выражено при пониженном содержании комплексной добавки в составе ВГЦЦВ. Минимальное значение прочности при сжатии, равное 27,0 МПа, наблюдается при соотношении 1:1,45, поэтому оптимальное соотношение между портландцементом и предварительно молотым цеолитом находится в пределах 1:0,85... 1:1,45.

Наблюдается оптимальная продолжительность помола вяжущего, которой соответствует максимум прочности при сжатии образцов (рис. 4). Причем, для состава с содержанием комплексной добавки, равном 10.. .30 %, этот оптимум равен 8 мин, а при более высоком содержании добавки (40.. .50 %) он равен 10... 11 мин. Данный прирост прочности этого вяжущего, очевидно, связан с более тонким измельчением комплексной добавки и портландцемента, а также с пониженным содержанием гипсового компонента в составе вяжущего и уменьшением водопотребности вяжущего при его помоле.

Рис. 4. Зависимость предела прочности Рис. 5. Зависимость предела прочности при сжатии РВГЦЦВ от соотношения при сжатии РВГЦЦВ от соотношения между портландцементом и цеолитом между портландцементом и цеолитом и

Приведенные результаты исследований свидетельствуют о том, что полученное путем механохимической активации ВГЦЦВ низкой водопотребности по водостойкости значительно превосходит гипсо-цементасъпуццолановое вяжущее (1ЦПВ) вяжущее аналогичного состава, что позволяет уменьшить содержание комплексной добавки, в том числе, и портландцемента, более чем в 2 раза без снижения водостойкости вяжущего.

Разработанный состав РВГЦЦВ (патент РФ № 2361899) был изучен в качестве тампонажного материала для прямого цементирования газовых и нефтяных скважш [.

Гипсо-цеменгно-цеолитовую смесь, состоящую из портландцемента, гипса, цеолита и суперпластификатора С-3, получают путем совместного тонкого измельчения исходных компонентов. При этом добавка, состоящая из портландцемента и цеолита, улучшает такие свойства, как водостойкость и прочность затвердевшего цементного камня, а также обусловливает расширение, за счет образования высокоосновной формы гидросульфоалюмината кальция - зтгрингита ЗСаОА120з-ЗСа804-32Н20.

Помол - 8 мин, С-3 - 2 %

ПЦ:Цеолит = 1:1,15, С-3 = 2%

Портландцем ент: цеолит

Г^эодолжитегьносп помола, мин.

продолжительности помола

Добавка цеолита регулирует процесс образования эттрингита Образование достаточного количества этого соединения на определенных этапах формирования цементного камня обусловливает компенсацию естественной усадки камня, фиксированное расширение в требуемых пределах, а также уплотнение его структуры. Образование эттрингита происходит в ранние сроки твердения, что обеспечивает рост прочности цементного камня.

Добавка суперпласгафикатора С-3 позволяет снизил, водопотребность смеси и обеспечить необходимую подвижность теста при меньших расходах воды. Суперпластификатор С-3 вводится в цеолит при помоле в количестве 1 % от массы цеолита, а остальное количество вводится в смесь при совместном помоле всех компонентов.

Анализ результатов линейных деформаций позволяет сделать вывод о том, что во всех случаях наблюдается прогрессивное расширение, которое интенсивно нарастает в течение первых суток твердения (0,28-0,32 %) и обнаруживает тенденцию к стабилизации в возрасте 7 суток твердения (0,4 %). Через двое суток прочность образцов при изгибе достигает 3,7-4,0 МПа, прочность сцепления с поверхностью металлической трубы - 4,34,7 МПа

В четвертой главе (Опытно-производственная реалгаация и технико-экономические показатели результатов исследования) приведены подготовленные нормативные документы д ля реализации результатов теоретических и экспериментальных исследований в опытно-производственных условиях (технологические указания по получению разработанных расширяющихся материалов и бетонных смесей на их основе, технические условия на расширяющую добавку на основе гипса и горелой породы для выпуска опытной партии продукции). Разработанные составы расширяющихся материалов были апробированы и изучены в составе грунтовых растворов для заполнения пазух буроопускных свай в условиях вечномерзлых грунтов.

Зависимости температуры и продолжительности замерзания от времени для 3-х разновидностей грунтовых растворов: цеменгао-песчаного и на основе двух разработанных расширяющихся цементов, установленные в экспериментальных условиях, не выявили значительных отличий. Однако следует отметить, что более высокую скорость охлаждения имеет стандартный це-менгао-песчаный раствор, чем другие растворы на расширяющихся цементах РВГЦЦВ и РПДКВ.

Для опытной проверки качества расширяющегося материала РГЦКВ и его практического применения при заполнении пазух буроопускных свай были изготовлены два состава цементно-песчаной смеси, отличающиеся расходом вяжущего (табл. 2).

Таблица 2

Состав 1 м3 бетонной смеси

Маркировка Цемент, кг Расширяющая добавка Песок, кг Вода, л

Гипс, кг Горелая порода, кг

ГП-1 360 24 16 830 410

ГП-1 400 27 18 830 410

Из приготовленных бетонных смесей в отдельных формах были получены образцы, которые твердели в условиях естественного влажного грунта. Определение прочности производили через 14 и 28 суток. Полученные данные позволяют оценить марку бетона как М100, что является достаточным для цементно-песчаных растворов, применяемых для заполнении пазух буро-опускных свай в условиях вечномерзлых грунтов Республики Саха (Якутия).

Опытная партия молотой горной породы (1100 кг) и изготовленная на ее основе расширяющая добавка (300 кг) были использованы в двух объектах. Для устройства свайных фундаментов при строительстве школы на 120 учащихся (с. Сеген-Кюель Кобяйского района, Республика Саха (Якутия)) была использована бетонная смесь объемом 42,5 м3 с разработанным вяжущим и 172,0 м3 бетона - при строительстве 48-квартирного жилого здания в пос. Жа-тай, Республика Саха (Якутия)

-а)

б)

I ?1

28 сут.

28 сут.

ЧА

12 мес.

12 мес.

И* У» мл

МО КС м

Рис. 6. Рентгенограммы образцов бетонов а) - на основе РВГЦЦВ ;

б) - на основе РГЦКВ

Стоимость 1 м3 бетонной смеси на основе расширяющегося цемента РГЦКВ сопоставима со стоимостью обычного цеменгао-песчаного раствора. Технико-экономическая эффективность предлагаемого расширяющегося материала РГЦКВ на основе гипса и горелой породы выражается в обеспечении высокого качества цементирования пазух буроопускных свай и их достаточной несущей способности в период смерзания рабочего раствора с поверхностями бетонных свай и мерзлого грунта и последующей их эксплуатации за счет устойчивого расширения и ускорения режима твердения цементного материала и приобретения им заданной прочности в условиях отрицательной температуры вечномерзлых грунтов.

Следует отметить, что за вышеуказанными объектами, эксплуатирующимися в условиях сурового климата Республики Саха (Якутия), проводятся постоянные наблюдения. Проведенный рентгенографический анализ проб бетона на основе РВГЦЦВ (рис.6, а) и РГЦКВ (рис.6, б), показывает, что после 12 месяцев эксплуатации в натурных условиях фазовый состав исследованных бетонов практически не отличается от фазового состава контрольных проб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлены особенности процессов струюурообразования цеменшого камня при введении в цемент активной минеральной добавки на основе гипса, горелой породы и цеолита при ее механохимической активации. Установлено, что механо-химическая акшвация используемых видов низко активных минеральных добавок (горелой породы и цеолита) способствует повышению их акгавносшн, как следствие, снижает соотношение между портландцементом и добавкой, влияет на улучшение технологических и эксплуатационных свойств расширяющихся цементов. Олшмальная тонкость помола для горелой породы соответствует 8 да = 350-400 м^/кг, адляцеолитсодеркащейпороды-8 та= 850-900 м^кг.

2. Результаты исследования влияния активированной минеральной добавки из гипса и горелой породы (расширяющейся добавки - РД) на физико-механические свойства расширяющихся цементов позволили установить возможность регулирования скорости твердения и приобретения заданной прочности при устойчивом расширении цементного камня за счет оптимизации процессов, происходящих в сложной полиминеральной системе А^Оз-СаО-^Ог-Ре20з-Н20. Экспериментально подтверждено, что, чем выше степень обжига горелых пород, тем больше будет образовываться высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция, что приводит к эффекту линейного расширения и самонапряжения бетона.

3. Разработана и внедрена технология производства расширяющей добавки (РД) на основе гипса и горелой породы в соотношении 1:1 (по массе). На ее

основе разработан состав расширяющегося гипссьцемето-кремнеземистого вяжущего (РГЦКВ), масс. %: портландцемент - 90, гипс - 4-5, кремнеземистый компонент - молотая горелая порода - 5-6, который защищен патентом РФ на изобретение № 2361985. На основе РГЦКВ и мелкого речного песка с модулем крупносга 1,4 получены бетонные смеси, твердеющие в условиях вечномерз-лых грунтов, для заполнения пазух буроопускных свай фундаментов зданий.

4. Результаты исследования влияния механохимической активации на свойства смешанного вяжущего из портландцемента и гапса с введением цеолита и суперпластификатора С-3 и их совместным помолом позволили обеспечить повышение водостойкости и прочности затвердевшего камня, а также требуемое расширение за счет регулирования образования высокоосновной формы гидросульфоалюмината кальция - этгрингига ЗСаО- А120з-ЗСа80432Н20.

5. Обосновано предположение, что гидравлическая добавка, состоящая из портландцемента и цеолита, улучшает такие свойства, как водостойкость и прочность затвердевшего камня, а также обусловливает расширение. Образование достаточного количества эпрингита на определенных этапах формирования затвердевшего камня обусловливает компенсацию естественной усадки камня, фиксированное расширение в требуемых пределах, а также уплотнение его структуры. Образование эпрингага происходит в ранние сроки твердения, что обеспечивает рост прочности образующегося камня. Добавка супергшасти-фикатора С-3 позволяет снизить водопотребностъ смеси и обеспечить необходимую подвижность теста при меньших расходах воды.

6. Зависимости, полученные методом математического планирования экспериментальных данных, для нормальной густоты смеси, скорости твердения, продолжительности набора требуемой прочности и устойчивого расширения цеменгаого камня от состава многокомпонентного вяжущего вещества, вида и тонкости помола активно-минеральных добавок, позволяют решать задачи оптимизации состава расширяющихся цементов доя бетонных смесей, твердеющих в условиях вечномерзлых грунтов.

7. Разработана технология получения расширяющегося водостойкого гип-со-цеменшо-цеолшового вяжущего (РВГЦЦВ) составом (% масс.): портлавдцеменг - 22-30, гипс - 50-60, цеолит - 18-20, суперпластификатор С-3 - 2), которая защищена патентом РФ на изобретение № 2361899 на тампонажный материал для цементирования газовых и нефтяных скважин в условиях вечно-мерзлых фунтов.

8. Для внедрения результатов работы при производстве и применении разработанных расширяющихся цементных материалов (РГЦКВ и РВГЦЦВ) на основе горелых и цеолигсодержаших пород разработан шкет нормативных документов: технологические указания по получению расширяющегося цемеша

РГЦКВ и бетонных смесей на его основе; технологические указания по получению расширяющегося цемента РВГЦЦВ и бетонных смесей на его основе; технические условия на расширяющую добавку на основе гипса и горелой породы.

9. Разработанные вцды расширяющихся цементов (РГЦКВ и РВГЦЦВ) в опытом порядке использованы в устройстве буроопускных свай фундаментов зданий школы на 120 учащихся в с. Сегян-Кюель и 48-квартирного жилого дома в пос. Жатай, Республика Саха (Якутия).

10. Технико-экономическая эффективность разработанных расширяющихся цементов для бетонных смесей выражается в обеспечении высокого качества цементирования пазух буроопускных свай и эксплуатационных колонн газовйх и нефтяных скважин, их достаточной несущей способности в период смерзания рабочего раствора с поверхностями бетонных свай (металлических труб) и мерзлого грунта, последующей их эксплуатации за счет устойчивого расширения и ускорения режима твердения цементного материала и приобретения им заданной прочности в условиях отрицательной температуры (от -2 °С до -9 °С) вечномерзлых грунтов.

Основное содержание диссертации опубликовало в работах: Статьи в рецензируемых изданиях и журналах:

1. Егорова А.Д. Растворные смеси на основе расширяющихся цементов, твердеющих в условиях вечной мерзлоты / А.Д. Егорова, В.В. Народов, А.Е. Месгников // Известия.вузов. Строительство. - 2008. - № 8. - С. 28-31.

Патенты на изобретения

2. Патент на изобретение 2361899 РФ. МПК С09К 8/467. Расширяющийся тампонажный материал / Егорова АД, Месгников А.Е., Народов В.В.; № 2007113364/03; Заяв. 10.04.2007; Опубл. 20.072009; Бюл. № 20.

3. Патент на изобретение 2361985 РФ. МПК ЕОМ? 19/06. Способ теплоизоляции и облицовки стен плигками / Егорова А. Д, Месгников А.Е., Народов В В. и др.; № 2007139613/03; Заяв, 26.10.2007; Опубл. 20.07.2009; Бюл. № 20.

Научные работы

4. Месгников А.Е. Полимерные и композиционные материалы в Якутии / А.Е. Месгников, В А. Нечипорук, В.В. Народов // Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века: сб. докл. Междунар. семинара АТАМ. - Новосибирск Изд-во НГАСУ (Сибсгрин), 2006. -Т. 1. -С. 22-24.

5. Егорова АД Расширяющиеся добавки к бетонам на основе горелых пород Якутии / Егорова АД, В.В. Народов // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: Изд-во ГОД 2006. - С. 54.

6. Егорова АД 'Гампонажный материал для цементирования нефтяных и газовых скважин в условиях вечной мерзлоты / А.Д. Егорова, В.В. Народов и др. // Научные исследования, наносисгемы и ресурсосберегающие технологии в сгройщдустрии (XVIII научные чтения): сб. докл. Междунар. науч.-пракг. конф,-Белгород: Изд-во БГТУ им. ВГ. Пухова, 2007. -Ч. 1. - С. 80-82.

7. Народов ВВ. Тампонажные материалы на основе композиционных вяжущих / В.В. Народов, А.Д. Егорова // Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение: сб. докл. I Всеросс. науч.-пракг. конф. -Якутск: Изд-во ЯГУ, 2008. - С. 78-81.

8. Народов В.В. Расширяющейся тампонажный материал / ВВ. Народов // Тез. докл. Всеросс. конф. «Аюуальные проблемы строительной отрасли» (65-я науч.-техн. конф. НГАСУ (Сибстрин)). - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2008.-С. 62.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

630008, г.Новосибирск, ул.Ленинградская, 113_

Отпечатано мастерской оперативной полиграфии НГАСУ (Сибстрин)

Тираж ЮО Заказ

Введение

1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследований

1.1. Расширяющиеся, безусадочные и напрягающие цементы

1.2. Теория и практика получения расширяющихся цементов в Рос- 17 сии и за рубежом

1.2.1. Расширяющие добавки к цементу

1.2.2. Способы получения расширяющихся цементов

1.3. Тампонажные цементы

1.3.1. Условия эксплуатации тампонажных материалов

1.3.2. Требования ГОСТ к тампонажным материалам

1.3.3. Специальные тампонажные цементы

1.4. Грунтовые растворы для заполнения пазух при устройстве бу- 38 роопускных свай в условиях вечномерзлых грунтов

1.5. Характеристика климатических и мерзлотно-грунтовых уело- 41 вий строительства в криолитозоне

1.6. Цель и задачи исследований

2. Характеристика исходных материалов и методика исследований

2.1. Характеристики исходных материалов

2.2. Методы исследований и используемое оборудование

2.3. Планирование эксперимента и математическая обработка ре- 49 зультатов

3. Разработка расширяющихся вяжущих материалов для бетонных смесей, твердеющих в условиях вечномерзлых грунтов

3.1. Обоснование выбора местного сырья для создания расширяющихся цементов

3.2. Влияние механохимической активации на структуру и свойства используемых активных минеральных добавок

3.3. Исследование свойств расширяющегося цементного материала с применением горелой породы

3.4. Исследование свойств расширяющегося цементного материала с применением цеолитсодержащей породы

3.5. Выводы по результатам экспериментальных исследований

4. Опытно-производственная реализация результатов исследования

4.1. Технологические указания по получению расширяющегося цементного материала РГЦКВ и бетонных смесей на его основе

4.2. Технические условия на расширяющую добавку на основе гипса и горелой породы

4.3. Технологические указания по получению расширяющегося цементного материала РГЦЦВ и бетонных смесей на его основе

4.4. Экспериментальная оценка свойств грунтовых растворов, используемых в условиях вечномерзлых грунтов

4.4.1. Определение температуры замерзания и продолжительности замерзания грунтовых растворов

4.4.2. Определение сопротивления мерзлого раствора сдвигу по поверхности смерзания с материалом фундамента

4.5. Технико-экономические показатели опытно-производственной реализации результатов исследования

Актуальность темы. Развитие промышленности строительных материалов во всех технически развитых странах направлено на разработку эффективных высококачественных материалов, применение которых является экономически целесообразным и позволяет сократить энергетические затраты и расход сырьевых ресурсов. Эта тенденция распространяется и на разработку высокоэффективных вяжущих веществ с широким применением различных минеральных добавок, в частности, для создания расширяющихся цементов, а на их основе бетонных смесей для заполнения пазух буроопускных свай фундаментов зданий, а также для цементирования (тампонирования) эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых грунтов с температурой порядка -2°С -9°С.

Для повышения несущей способности буроопускных свай в вечно-мерзлых грунтах следует увеличить скорость набора прочности грунтового раствора и его прочности смерзания со сваей. Для заполнения пазух буроопускных свай, как правило, используют известково-песчаный и цементно-песчаный растворы. Известково-песчаный раствор рекомендуется применять в низкотемпературных вечномерзлых грунтах. Однако в нескальных грунтах, где верхние слои отложений представлены пылевато-глинистыми супесями и песками с широко развитым комплексом подземных льдов и таликов, местами значительной мощности (до 15 м и более), средняя температура составляет всего 0 При таких температурах глинистый грунт находится в пластично-мерзлом состоянии и не обеспечивает достаточной несущей способности за счет смерзания железобетонной сваи с из-вестково-песчаным раствором. Бетоны марок М100, М200 и 300, уложенные в вечномерзлые грунты с температурой не ниже -5°С, набирают прочность 15-20% от Я28 за месяц и 35-40% Ы28 за 6 месяцев. Поэтому применение в низкотемпературных грунтах г. Якутска цементно-песчаного раствора неэффективно.

Основным недостатком известных составов расширяющегося тампо-нажного материала является медленный набор прочностных показателей в условиях твердения при отрицательной температуре вечномерзлых грунтов криолитозоны из-за большого срока начала схватывания (от 7 ч. 20 мин. до 8 ч. 50 мин.) вследствие быстрого охлаждения пластично-вязкой массы первоначальной смеси.

В связи с вышеизложенным обстоятельством целесообразно разработать составы расширяющихся цементов с использованием местного минерального сырья (гипса, горелой породы, цеолита) для бетонных смесей, обеспечивающих высокое качество цементирования буроопускных свай и эксплуатационных колонн в условиях вечномерзлых грунтов за счет устойчивого расширения и ускорения режима твердения цементного материала, приобретения им заданной прочности.

Работы выполнялись в рамках Тематического плана НИР ЯГУ на 2006-2008 гг. по заданию Федерального агентства по образованию (per. № 1.11.06) и республиканской научно-технической программы «Проблемы строительного комплекса на Севере».

Целью работы является разработка составов расширяющихся цементов из местного минерального сырья для бетонных смесей, обеспечивающих высокое качество цементирования буроопускных свай фундаментов зданий и эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых грунтов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучение состава и свойств горелой породы и природного цеолита как сырья для получения активных минеральных добавок к цементу;

- разработка составов, изучение свойств и особенностей структуро-образования цементов с использованием активных минеральных добавок из горелой породы и цеолита;

- изучение свойств бетонных смесей на основе разработанных составов вяжущих материалов в условиях вечномерзлых грунтов;

- подготовка нормативных документов для реализации результатов исследований в опытно-производственных условиях.

Научная новизна работы.

1. Для обеспечения требуемых свойств тампонажных материалов предназначенных для строительных работ в условиях вечной мерзлоты эффективно введение в состав цементно-гипсовых композиций добавок горелых пород с содержанием 8Ю2 65-70 % и А1203 16-25 % и цеолитов. При этом добавка цеолита (месторождение Хонгуруу) может использоваться в непрокаленном состоянии.

2. При использовании добавки, содержащей 50-60 % мае. горелой породы и 50-40 % мае. гипса наиболее высокое значение предела прочности при сжатии после 14 суток нормального твердения (13 МПа) обеспечивается при количестве добавки 10 % от массы цемента. Замена до 20 % портландцемента такой добавкой практически не приводит к снижению активности цемента. Введение в состав портландцемента добавки на основе горелой породы и гипса незначительно влияет на нормальную густоту цементного теста. Оптимальное расширение при твердении полученного материала (до 0,7 %) соответствует количеству добавки 1020 % при содержании в ней 45-60 % горелой породы.

3. В комплексной добавке к гипсовому компоненту оптимальное соотношение между портландцементом и предварительно измельченным цеолитом составляет от 1:0,85 до 1:1,45. После 7 суток твердения при нормальных условиях наибольшую прочность при сжатии (40,0-42,0 МПа) и при изгибе (8,5-12,0 МПа) имеют составы, содержащие 25-40 % такой добавки. В ранние сроки твердения (2 часа) наиболее высокую прочность при сжатии (8,0-9,5 МПа) имеют составы содержащие 70-80 % гипсового компонента и не менее 2 % суперпластификатора С-3 от массы вяжущего. Расширение при твердении в течение первых суток составляет 0,28-0,32 % и имеет тенденцию к стабилизации к 7 суткам твердения (0,4 %). Прочность при изгибе после двух суток твердения составляет 3,7-4,0 МПа, прочность сцепления с поверхностью металлической трубы — 4,3-4,7 МПа.

4. В качестве тампонажных материалов, обеспечивающих необходимый уровень свойств для строительных работ в условиях вечной мерзлоты, могут быть рекомендованы составы, мае. %: 1) портландцемент 901, гипс 4-5, молотая горелая порода 5-6; 2) портландцемент 22-30, гипс 5060, цеолит 18-20, суперплатификатор С-3 2.

Практическая значимость работы.

1. Предложены составы тампонажных материалов на основе портландцемента, гипса, активных минеральных добавок из горелой породы и цеолита, суперпластификатора С-3 для заполнения пазух буроопускных свай фундаментов зданий, а также для цементирования (тампонирования) эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых грунтов с температурой порядка -2 °С -9 °С.

2. Предложена технология производства расширяющих добавок к цементу на основе гипса и горелой породы, а также технология получения расширяющихся материалов на месте применения на основе портландцемента, гипса, суперпластификатора С-3 и заранее приготовленного тонкоизмельченного цеолита их перемешиванием.

3. Для внедрения результатов работы при устройстве буроопускных свай фундаментов зданий и эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых грунтов разработаны следующие нормативные документы:

- технологические указания по получению расширяющегося гипсо-цементно-кремнеземистого вяжущего и бетонных смесей на его основе;

- технологические указания по получению расширяющегося водостойкого гипсо-цементно-цеолитового вяжущего и бетонных смесей на его основе;

- технические условия на расширяющую добавку на основе гипса и горелой породы.

Результаты работы внедрены на предприятиях РС(Я):

При строительстве школы на 120 учащихся в с. Сегян-Кюель Кобяй-ского района и 48-квартирного жилого дома в пос. Жатай. Опытная партия активно-минеральных добавок из горелой породы (1100 кг) и цеолита (300 кг) выпущена в помольном цехе учебно-производственной базы Инновационно-технологического центра ИТФ ЯГУ.

Теоретические положения, результаты экспериментальных лабораторных исследований и опытно-производственного внедерения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270106, что отражено в учебных программах и УМК дисциплин «Вяжущие вещества», «Технология строительного производства» и «Технология изделий из местного сырья».

На составы расширяющихся материалов с использованием горелых пород и цеолитов получены 2 положительных решения Роспатента о выдаче патентов на изобретения.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены: на Международном. семинаре АТАМ «Стандарты XXI века» (Новосибирск, 2006 г.), Международной конференции, посвященной 40-летию кафедры бетонов, керамики и вяжущих Пензенского ГАСУ (Пенза, 2006 г.), Международной конференции «Научные исследования, наносисте-мы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгород, 2007 г.), 64-й научно-технической конференции НГАСУ (Сибстрин» (Новосибирск, 2007 г.), 1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение» (Якутск, 2008 г.), 65-й научно-технической конференции НГАСУ (Сибстрин» (Новосибирск, 2008 г.).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 6 научных статьях и тезисах докладов, в том числе в журнале с внешним рецензированием «Изв. Вузов. Строительство» (2008 г.), а также в 2-х патентах РФ на изобретение (новые составы расширяющихся цементов с использованием горелой породы и цеолита).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Она содержит 151 страниц основного (компьютерного) текста, включая 45 таблиц, 23 рисунка и 135 литературных источников, 8 приложений.

4. Результаты исследования влияния механохимической активации на свойства смешанного вяжущего из портландцемента и гипса с введением цеолита и суперпластификатора С-3 и их совместным помолом позволили обеспечить повышение водостойкости и прочности затвердевшего камня, а также требуемое расширение за счет регулирования образования высокоосновной формы гидросульфоалюмината кальция - эттрингита ЗСа0А1203-ЗСа804-32Н20.

5. Обосновано предположение, что гидравлическая добавка, состоящая из портландцемента и цеолита, улучшает такие свойства, как водостойкость и прочность затвердевшего камня, а также обусловливает расширение. Образование достаточного количества эттрингита на определенных этапах формирования затвердевшего камня обусловливает компенсацию естественной усадки камня, фиксированное расширение в требуемых пределах, а также уплотнение его структуры. Образование эттрингита происходит в ранние сроки твердения, что обеспечивает рост прочности образующегося камня. Добавка суперпластификатора С-3 позволяет снизить водопотребность смеси и обеспечить необходимую растекаемость теста при меньших расходах воды.

6. Зависимости, полученные методом математического планирования экспериментальных данных, для нормальной густоты смеси, скорости твердения, продолжительности набора требуемой прочности и устойчивого расширения цементного камня от состава многокомпонентного вяжущего вещества, вида и тонкости помола активных минеральных добавок, позволяют решать задачи оптимизации состава расширяющихся цементов для бетонных смесей, твердеющих в условиях вечномерзлых грунтов.

7. Разработана технология получения расширяющегося водостойкого гипсо-цементно-цеолитового вяжущего (РВГЦЦВ), состав (% мае.: портландцемент - 22-30, гипс — 50-60, цеолит - 18-20, суперпластификатор С-3 -2) и технология которой защищены патентом на изобретение 2361899 РФ. МПК С09К 8/467; Опубл. 20.07.2009; Бюл. № 20. в качестве тампонажного материала для цементирования газовых и нефтяных скважин в условиях вечномерзлых грунтов.

8. Для внедрения результатов работы при производстве и применении разработанных расширяющихся цементных материалов (РГЦКВ и РВГЦЦВ) на основе горелых и цеолитсодержащих пород разработан пакет нормативных документов: технологические указания по получению расширяющегося цемента РГЦКВ и бетонных смесей на его основе; технологические указания по получению расширяющегося цемента РВГЦЦВ и бетонных смесей на его основе; технические условия на расширяющую добавку на основе гипса и горелой породы.

9. Разработанные виды расширяющихся цементов (РГЦКВ и РВГЦЦВ) в опытном порядке использованы в устройстве буроопускных свай фундаментов зданий школы на 120 учащихся в с. Сегян-Кюель и 48-квартирного жилого дома в пос. Жатай РС(Я).

10. Технико-экономическая эффективность разработанных расширяющихся цементов для бетонных смесей выражается в обеспечении высокого качества цементирования пазух буроопускных свай и эксплуатационных колонн газовых и нефтяных скважин, их достаточной несущей способности в период смерзания рабочего раствора с поверхностями бетонных свай (металлических труб) и мерзлого грунта, последующей их эксплуатации за счет устойчивого расширения и ускорения режима твердения цементного материала и приобретения им заданной прочности в условиях отрицательной температуры (—2-ь —9 °С) вечномерзлых грунтов.

1. Малинина ЛА., Батраков В.Г. Бетоноведение: настоящее и будущее // Бетон и железобетон. — 2003. № 1. — С. 2-6.

2. Бабаев Ш.Т., Башлыков и др. Свойства бетонов на вяжущих низкой водопотребности и опыт их применения // ЭИ ВНИИНТПИ, 1990, сер. "Строительные конструкции и материалы", вып. 3. — С. 33-36.

3. Серых Р. Л. Государственная научно-техническая программа "Стройпрогресс-2000" // Бетон и железобетон. 1989. — № 9. — С. 2-3.

4. Производство цементов нового поколения (ВНВ, ТМЦ, НЦ, РЦ). Отчет о патентно-информационном поиске // ЯПСНИИП. — Якутск, 1991.

5. Батраков В.Г., Башлыков Н.Ф. и др. Бетоны на вяжущих низкой водопотребности // Бетон и железобетон. — 1988. —№ 11. -С. 4-6.

6. Баженов Ю.М. Повышение эффективности и экономичности технологии бетона // Бетон и железобетон. —1988. — № 9. — С. 7-9.

7. Физико-механические свойства бетона, твердеющего под давлением в замкнутом пространстве / A.C. Кубанейшвили, А.Б. Пирадов, A.M. Юрятин // Бетон и железобетон. —2004. № 5. — С. 11-13.

8. Бабаев Ш.П., Дикун А.Д., Сорокин Ю.В. Физико-механические свойства цементного камня из вяжущих низкой водопотребности // Строительные материалы. 1991.-№ 1.-С. 19-21.

9. Красновский Ю.М., Долгополов H.H. и др. Твердение бетонов на ВНВ при отрицательных температурах // Бетон и железобетон. — 1991. — № 2. — С. 17-18.

10. ТУ 5744-002-00369171-97. Вяжущее низкой водопотребности. Технические условия.

11. Бабаев Ш.Т., Башлыков Н.Ф., Гольдина И .Я. Высокопрочные цементные композиции на основе вяжущих низкой водопотребности // Строительные материалы. 1990. -№ 10. - С. 8-10.

12. Соломатов В.И., Наназашвили В.И. Бетоны на ВНВ, модифицированные ацетоноформальдегидной смолой // Бетон и железобетон. — 1990. —№ 10. — С. 17-19.

13. Филикман В.Р., Калашников О.О. Строительно-технические свойства особовысокопрочных быстротвердегощих бетонов // Бетон и железобетон. -2004. -№ 5. -С. 5-10.

14. Патент России № 2096364. Гидравлический цемент / Н.Ф. Башлыков, В.Р. Фаликман, В.Н. Сердюк и др., 1996, опубл. Бюл. № 32, 1997.

15. Кузнецова Т.В. Современные проблемы химии цемента // -Цемент. -1991. 1-2. С. 11-14.

16. Горчаков Г.И. Влияние дисперсности портландцемента на , морозостойкость и прочность мелкозернистых бетонов. Науч. доклады высш. школы (строительство). 1958. —№ 1. — С. 158-163.

17. Бутт Ю.М. Быстротвердеющий портландцемент / Тр. по химии и технологии силикатов. -М.: Госстройиздат, 1957. — С. 33-38.

18. Стрелков М.И. Важнейшие вопросы теории твердения цементов / Пер. ь1по химии и технологии силикатов. — М.: Госстройиздат, 1957. — С. 46-49.

19. Волженский A.B. Влияние дисперсности портландцемента и В/Ц на долговечность камня и бетонов // Бетон и железобетон. — 1990. —№ 10. — С. 16-17.

20. Энтин З.Б. Ассортимент и качество цементов в СССР и за рубежом // Цемент. 1991. -№ 1-2. - С. 27-35.

21. Звездин А.И., Рогатин Ю.А. Бетонные и железобетонные конструкции на напрягающих цементах // ОИ ВНИИНТПИ, 1990, сер. "Строительные конструкции", вып. 4. — 52 "с.

22. Михайлов В.В., Литвер JI.C. и др. Применение бетонов на напрягающем цементе в монолитном и в сборно-монолитном строительстве / Обзор. — М.: ЦИНИС Госстроя СССР, 1973. 52 с.

23. Кузнецова Т.В. Алюминатные и сульфоалюминатные цементы. — М.: Стройиздат, 1986.

24. Титова JI.A., Бейлина М.И., Титов М.Ю. Расширяющие добавки для повышения долговечности конструкций // Монтажные и специальные работы в строительстве. № 1. — 2004. — С. 9.

25. A.c. № 863536. Расширяющая добавка к цементу / P.E. Схвитаридзе, Т.Г. Габададзе, 1979, опубл. Бюл. № 34, 1981.

26. A.c. № 771044. Расширяющая добавка к цементу / К.С. Кутателадзе, Т.Г. Габададзе, 1979, опубл. Бюл. № 38, 1980.

27. Патент РФ № 2079462. Сухая бетонная смесь / O.K. Базоев, В.Г. Иванова, 1994, опубл., 1997.

28. Патент РФ № 1769501. Напрягающий цемент / А.И. Звездов, C.JI. Литвер, Л.А. Титова и др., 1990, опубл., 1994.

29. Патент РФ № 2049079. Расширяющая добавка к цементу / O.K. Забоев, Э.З. Кесаев, Э.З. Кесаева, Л.А. Титова, А.И. Звездов, М.И. Бейлина, 1992, опубл., 1995.

30. Патент РФ № 2049080. Расширяющая добавка к цементу / Л.А. Титова, М.И. Бейлина, А.П. Абакумова, О.И. Матвеева, Г.Д. Федорова, A.B. Зыков,1993, опубл., 1995.

31. Патент РФ № 2085527. Расширяющая добавка к цементу / O.K. Забоев,1994, опубл., 1997.

32. Патент РФ № 94034237. Сухая бетонная смесь / O.K. Забоев, В.Г. Иванова, 1994, опубл., 1997.

33. Патент РФ № 02116979. Состав для получения расширяющего вяжущего / В.Б. Петропавловская, А.Ю. Моисеев, А.Г. Корольков и др., 1996, опубл., 1998.

34. A.c. № 833676. Вяжущее / Н.И. Федынин, 1979, опубл. Бюл. № 20, 1981.

35. Патент № 94040455. Способ получения добавки к цементу / А.П. Кулинич, И.П. Добровольский, Г.Х. Маркин, 1994, опубл., 1997.

36. Патент РФ № 2049081. Расширяющая добавка к цементу / JI.A. Титова, М.И. Бейлина, М:В. Постнова и др., 1993, опубл., 1995.

37. Патент РФ № 2069038. Бетонная смесь / JI.A. Титова, М.И. Бейлина, Ю.Н. Титов, М.В: Постнова, 1994, опубл., 1996.

38. Андрианов P.A., Местников А.Е., Михайлов Е.С., Новгородов А.И. Отделочные и теплоизоляционные материалы на основе отходов переработкимрамора и карбамидных смол // Труды НГАСУ. -Новосибирск: НГАСУ, 2002. Т.5, №2 (17). -С. 148-151.

39. Андрианов Г.А., Новгородов А.И., Попова М.Н. Исходные положения проектирования пресс-форм прямого прессования // Вузовская наука — региону. Материалы I областной межвузовской конф. 25-26 мал. Т.1. — Вологда ВТТУ, 2000. -С. 25-27.

40. Кузнецова Т.В., Сычев М.М., Осокин А.П., и др. Специальные цементы. -СПб.: Стройиздат, 1997.

41. Бутт Ю.М. и др. Технология вяжущих веществ. —М.: Высшая школа, 1965. -С. 620.

42. Заявка № 53-37727, Япония. Добавка, содержание гипса расширяющейся безусадочный клинкер. Заявл. 1976, кл. С 04 В 13/22.

43. Патент № 46-7834, Япония. Расширяющийся цементный материал. Заявл. 1971, кл. С 04 В 13/22.

44. Авторское свидетельство № 2794013, СССР. Способ производства расширяющейся добавки к цементу. Заявл. 1979, кл. С 04 В 7/14.

45. Патент № 47-119202, Япония. Расширяющая добавка к цементу. Заявл. 1971, кл. С 04 В 7/35.

46. Авторское свидетельство № 504722, СССР. Расширяющийся цемент. Заявл. 1971, кл. С 04 В 7/35.

47. Коно Тосио. Известняковая расширяющая добавка для цемента. 1972, № 121.

48. Авторское свидетельство № 1203052. СССР. Напрягающий цемент. Заявл. 1984, кл. С 04 В 7/35.

49. Патент № 49-93871, Япония. Расширяющая добавка к цементу. Заявл. 1970, кл. С 04 В 13/22.

50. Патент № 54-1489, Япония. Способ получения расширяющей добавки для цемента. Заявл. 1971, кл. С 04 В 13/20.

51. Патент № 53-31170, Япония. Расширяющая добавка для цемента. Заявл. 1972, С 04 В 13/22.

52. Патент № 47-15593, Япония. Расширяющая добавка к цементу. Заявл. 1972, кл. С 04 В 7/35.

53. Авторское свидетельство № 40187, НРБ. Способ производства расширяющегося шлакового цемента. Заявл. № 978, кл. С 04 В 7/14.

54. Патент № 45-19035, Япония. Алюмокальциевая сульфатная расширяющая добавка к цементу. Заявл. 1970, кл. С 04 В 13/22.

55. Авторское свидетельство № 31971, НРБ. Способ получения расширяющегося цемента. Заявл. 1975, кл. С 04 В 7/00.

56. Авторское свидетельство № 530865, СССР. Расширяющийся цемент. Заявл. 1973, кл. С 04 В 7/35.

57. Патент № 57-8057, Япония. Расширяющая добавка к цементу. Приоритет 1977, кл. С 04 В 7/35.

58. Заявка № 54-43935, Япония. Расширяющая добавка для портландцемента. Заявл. 1977, кл. С 04 В 7/35.

59. Авторское свидетельство № 624893, СССР. Клинкер для получения расширяющегося цемента. Опубл. 1977, кл. С 04 В 7/35.

60. Патент № 4452637, Япония. Расширяющая добавка к цементу. Опубл. 1974, кл. С 04 В 7/35.

61. Патент № 54-25050, Япония. Способ приготовления расширителя цемента. Опубл. 1979, кл. С 04 В 7/35.

62. Патент № 3801339, США. Расширяющая добавка для известкого цемента. Опубл. 1974, кл. С 04 В 13/22.

63. Патент № 50-108000, Япония. Расширяющая добавка, применяемая при повышенных температурах и давлении водяного пара. Опубл. 1979, кл. С 04 В 31/00.

64. Осин Б.В. Негашеная известь, —М., 1954. —С.547.

65. Перспективы применения расширяющихся и напрягающихся цементов в Узбекистане. Обзор. —Ташкент, 1980. НИИНТИ и технико-экономические исследования Госплана Узбекистанской ССР.

66. Отчет ГУЛ ЯкутПНИИС «Провести поисковые научно-исследовательские работы по проблеме производства цементов нового поколения (ВKB, ТМЦ, НЦ) на основе местных материалов ЯССР», 1991.

67. Дмитриев A.M., Рояк С.М. О твердении низкоосновных вяжущих в условиях высоких температур и давлений— Научные сообщения НИИЦемента. -М., 1962, -64 с.

68. Гончаров Ю.М. Эффективные конструкции фундаментов на вечномерзлых грунтах. -Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1988. 193 с.

69. Долговечность промзданий и сооружений на Крайнем Севере: Межвуз. и межвед. сб. / Красноярский политех, инст-т, Норильский вечерний индустр.-й инст-т. -Норильск: НВИИ, 1985. -134 с.

70. A.c. СССР №(11) 522306, опубл. 25.07.76, бюлл. №27 / Г.В. Порхаев, JI.H. Микерин, Ю.М. Рассказов, Ю.О. Таргулян.

71. Березовский Б.И., Либерман H.A., Неклюдов B.C., Таргулян Ю.О. Справочник мастера строителя для работ в Северной строительно климатической зоне. —Л.: Стройиздат, 1986. -328 с.

72. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. -М.: НИИСФ, 1983.-136 с.

73. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.

74. Фельдман Г.М., Тетельбаум A.C., Шендер H.H. и др. Пособие по прогнозу температурного режима грунтов Якутии / Отв. ред. П.И. Мельников. —Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1988, -150 с.

75. ГОСТ 5382-73. Цементы. Методы химического анализа. -М., 1978.

76. ГОСТ 7473-85. Смеси бетонные. Технические условия. -М., 1990.

77. ГОСТ 23789-79. Вяжущие гипсовые. Методы испытаний. -М., 1987.

78. ГОСТ 125-86. Вяжущие гипсовые. Технические условия. -М., 1986.

79. ГОСТ 25094-82. Добавки активные минеральные. Методы испытаний. -М., 1983.

80. OCT 21-9-81. Добавки для цементов. Активные минеральные добавки. Технические условия. —М., 1982.

81. Отчет Бестяхской геолого-разведочной партии «Ленское» по заказу Горного улуса «Провести геолого-разведочные работы на месторождении строительно-дорожного камня «Кюнкюй» Горный улус Республика Саха (Якутия)», 1982.

82. ОСТ 13-183-83. Лигносульфонат технический. Технические условия. — М., 1984.

83. ГОСТ 310.4-88. Цемент. Методы испытаний.

84. ГОСТ 11052-74. Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся.

85. ГОСТ 26798.1-96. Цементы тампонажные. Методы испытаний.

86. Горшков B.C., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. —М., 1981.

87. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов / 2-е изд., перераб. и доп. —М., 1988. -С.305.

88. Методы исследования строительных материалов. —М., 1968.

89. Вознесенский В.А. Современные методы оптимизации композиционных материалов.-Киев, 1983.—С. 144.

90. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Огорков Б.Л. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ. —Киев, 1989 — С.324.

91. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона. —М., 1982.

92. Соркин Э.Г. Методика и опыт оптимизации свойств бетона и бетонной смеси. -М., 1973.

93. Гальперина Т.Я. Природные цеолитсодержащие туфы Сибири и Дальнего Востока / Т.Я. Гальперина, Р.П. Иванова, Л.А. Вертопрахова // Цемент. -1990. -№ 2. -С. 19-22.

94. Добавка цеолитсодержащих материалов в цемент / A.B. Кисилев, Т.Я. Гальперина, Р.П. Иванова, Л.А. Вертопрахова//Цемент. 1989. № 8. С. 13-14.

95. Морозова H.H. Модификация портландцемента цеолитсодержащей породой для получения смешанного вяжущего: автореф. дисс. канд. техн. наук / H.H. Морозова. -Казань, 1997. —18 с.

96. Патент РФ № 94034236/03, опубл. 1997г. / Базов O.K.

97. Книгина Г.И. Регулирование структурно-механических свойств керамических паст / Г.И. Книгина, В.Г. Шелегов // Строительные материалы. -1979.-№ 11.-С. 23-24.

98. Использование нерудных материалов в качестве строительных материалов. / Под ред. П.Г. Усова. —Томск, 1963.

99. Кравченко И.В. Расширяющиеся цементы. -М., 1962.

100. Михайлов В.В. Напрягающий цемент. -М.: Промиздат, 1956.

101. Волженский A.B., Попов JI.H. Смешанные портландцемент повторного помола и бетоны на их основе. -М., 1961, — С. 107.

102. ТУ 21-36-13-90. Цемент напрягающий.

103. Катаева Л.И. Свойства цементов с горелыми породами и цементов на их основе. Строительные материалы. —1996. —№ 7. -С. 23.

104. Баженов Ю.М. Повышение эффективности и экологичности технологии бетона // Бетон и железобетон. —1988. № 9.

105. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. -М., 1990, -С.395.

106. Долгополов H.H., Суханов М.А., Феднер JT.A.,Федоров C.B., Загреков В.В., Шестоперов B.C. Бетоны и растворы на высокоактивном вяжущем с низкой водопотребностью // Цемент. —1990. —№ 1.

107. Малинина JI.A. Проблемы производства и применения тонкомолотых многокомпонентных цементов // Бетон и железобетон. —1990. —№ 2.

108. Баженов Ю.М. Технология производства строительных материалов. —М., 1990,-320 с.

109. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение: Уч. пособие для строит, спец. вузов. -М.: Высшая школа, 2002. —701 с.

110. Ферронская A.B. Долговечность гипсовых материалов, изделий и конструкций. -М., 1984, 257 е.

111. Ферронская A.B., Коровяков В.Ф., Чумаков Л.Д., Иванов B.C. Композиционные гипсовые вяжущие // Тезисы докладов НТК: Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов. —Алма-Ата, 1990.

112. Ферронская A.B., Егорова А.Д. Водостойкие гипсовые вяжущие из местного сырья РС(Я) // Материалы II науч.-практ. конференции

113. Строительство формирование среды жизнедеятельности». —М.: МГСУ, 1999.

114. Решение Роспатента от 13.01.2009 г. о выдаче патента на изобретение по заявке №2007139613 от 26.10.2007 «Способ теплоизоляции и облицовки поверхности стен плитками» (авторы Местников А.Е., Корнилов Т.А., Егорова А.Д. и др.).

115. RU, патент, 2013523, Е 21 В 33/138, 1994.

116. RU, патент, 2111341, Е 21 В 33/138, 1994.

117. Решение Роспатента от 16.06.2008 г. о выдаче патента на изобретение по заявке №2007113364/03(014514) от 10.04.2007 «Расширяющийся тампонажный материал» (авторы Егорова А.Д., Местников А.Е., Народов В.В.).

118. Егорова А.Д., Народов В.В., Таран A.B., Иванов П.А. Расширяющиеся добавки для бетонов из местного сырья Якутии // Тезисы докладов 64-йнаучно-технической конференции, НГАСУ (Сибстрин). -Новосибирск: НГАСУ, 2007. -С. 70.

119. Егорова А.Д., Народов В.В., Местников А.Е. Растворные смеси на основе расширяющихся цементов, твердеющих в условиях вечной мерзлоты. Изв. Вузов. Строительство. —2008. —№ 8. -С. 28-31.

120. Народов В.В. Расширяющейся тампонажный материал // Тезисы докладов 65-й научно-технической конференции, НГАСУ (Сибстрин). — » Новосибирск: НГАСУ, 2008. -С. 62.

121. Саввина А.Е., Егорова А.Д Растворы для заполнения пазух при буроопускном способе погружения свай в условиях г. Якутска // Ресурсы строительного комплекса РС(Я): Сб. науч. тр. —Якутск, 2001. —С. 186.