автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Усовершенствование режимов твердения щелочных бетонов из расчета тепловыделения вяжущих

•> г*

од ноя ^

1 1 ~ МППСТЕРСТВО ОСВГГЙ УКРЛ1НИ

Харювський державний техшчний ушперситег бущвництва га архшлоури

На правах рукопису

ПЕРППША ЛЫя Олексачщлвна

УДК 691.3:691.5:666.9.015:666.97.04

УДОСКОНАЛЮВАННЯ РЕЖИМОВ ТВЕРДШНЯ ЛУЖНИХ БЕТОН1В 13 ВРАХУВАННЯМ ТЕПЛОВИДШЕННЯ В'ЯЖУЧИХ

Спещ'альшсть: 05.23.05 - Буд1всльш матер!али I вироби

Автореферат дисертацй на здобутгя вченого ступеня кандидата техшчних наук

Харгав -1996

Дисергатю представлено рукописом.

Працю виконано на кафедр! "Ф1зико-х1м1чна механИса 1 технолопя бетону" харМвського державного гехнхчного университету 0уд1внщтва та архЛтектури (ХДТУБА).

Науков1 кер1вники: Заслуженна Д1яч науки 1 техн!ки Укра1ни,

Провидаа орган1заЩя: Науково-доол1дш1й 1нститут

буд1вельного виробшщтва (НД1ЕВ), м. Ни1в.

Захист в!дбудеться " /¿£ " листопада 1996 р. о/4 годин1 на еасхданн! Спец1ая1зовано1 ради Д.02.07.03 при харк!вському державному ун!верситет1 0уд1внщгва та арххтектури за адресов): 310002, м. Харьк1в, вул.Сумська, 40.

3 дисертацхею мокна ознайомигися у б!бл1отец1 университету.

Автореферат розЮлано ".Э"1996 р.

Учений секретар Спец1ал130ван01 рада,

доктор техн1чних наук, професор О.В. У1ЯЕР0В-МАРШАК кандидат техначних наук Н.М. МХ1ТАРЯН

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор техн!чних наук, професор

О.Г. ОЛЬПНСЬКШ

кандидат твхн1чнйх наук, доцент

Л.О. БЕЛОВА

д.т.н., професор

Емельянова

ЗАГАЛЪНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРАЦГ

АктуальнЮть прац! : РесурсозСерекення - головна проблема 0уд1вельно1 1ндустр11, цаеа матер!ало- та енергоемно! галуз1 промисловост1 Укра'ани. Один !з шлях!в розв'язання ц!е"1 проблеми складаз застосування ефективних в'яжучих речовин та рацЮналышх режимав твердшня бетонхв. До 1х числа можна вЗднести низькоос-новн! лужн! в'яжуч!, котр! забезпечують можлнвють досягнення високо! м!цност! бетону на почагкових стад1ях тверд1ння.

При вибор! рекимав 1 розрахунку теплового балансу твердтня бетон1в особлива роль траднцШго вводиться тепловид1ленню. При цьому якщо для портландцемент 1в роль екзотерми у тепловому баланс! значна а досить добре оцхнена, то для низькотерм1чних лужних в'яжучих - практично не вивчена. Не встановлено сп!льн! 1 в1даатн1 законом!рност1 зм!ни телловидалення на ранн1х стад!ях тверд1ння в залежност! в1д основност! в'яжучих речовин 1 параметр1в прикладеннх теплових вшшв1в. Це утруднюе вибар та призначення рацюнальних режимав тверд!ння бетону.

Вивчення тешювадЦлення при твердтн! в'яжучих р1зно'1 основност1 являе собою специф!чну задачу. 11 реал!зац!я дасть можливють к!лькасно оцигати внесок тепловидшння 1, у комплекс! даних досл1джень з аншми методами, обгрунтувати параметри теплових вплив!в у малоенергоемних технолог!ях бетону. Складнють задач! удосконалювання режим!в тверд!ння бетон!в робить необгщим залучення до и розв'язання кош'ютерно! техяиси у застосуванн! до сучасного р!вня !нформац!йно1 технологи бетону та зал!зобетону.

Мета прац! - удосконалення режямв тверд!ння лужних бетон!в 1з врахуванням основноста в'яжучих 1 тепловид!лення при ПдрагацИ.

Завдання праца:

- провести термок1нетичний 1 термохамачний анал!з Идратацаа в'яжучих разно а. основноста., розробити методики комплексно! налориметрично! оц1нки показник!в тепловид1лення;

- вивчити законом!рност1 змани термокЛнетичних та термох!м1чнйх характеристик пдрагацп в'яжучих в залекност1 в!д ах основност!;

- оцзлити взаемозв'язок показнкк1в тепловид!лення при г!дратацИ в'яжучих р!зно1 основноста та м1цност! бетону;

- проанал!зувати роль температурного чинника, у тому числ! параметрав швидкост1 нагр!вання ! температури, у к!нетиц1

тепловщЦлення при тверданн! в'якучих за !зотерм!чних га не!зотерм1чних умов;

- провести гор1вняльну оц!нку внеску екзотермП в'якучих р1зяо! основност! у тепловий баланс тверд1ння бетону;

- розробити рекомендацИ щодо удосконалювання режим1В тверд!ння бетон!в на низькоосновних лукних в'язкучих з урахуванням тепловид1лення при г1дратаци.

Наукова новизна драц1;

- защгапоновано методики комплексного калориметричного анал!зу з к1лькЮною оц!нкою внеску екзотермП у тепловий баланс твердЗяня вироб!в на основ! портландцементу та шлаковолужних в'якучих;

- визначено законом!рност1 зм1ни тепловидхлення на ранн1х стад!ях ПдратацИ в Интервал! основност! 1.35..3.15, що дозволяв призна-чати параметра регулюючих процеси тверд!ння теплових вплив1в;

- доведено взаёмозв'язок гоказннка основност! в'якучих з характеристиками тепловид1лення 1 м!цност! - 1з зб1лыпенням основност! в!д 1.35 шлаковолужних в'якучих до 3.15 портландцементу теплота ПдратацИ зростае у 2...3 рази, а моцнють зменшувться у 3...5 раз!в в1дпов1дщо;

- визначено внесок екзотерм!! у тепловому баланс! тверд!ння бетон!в: для шлаковолужних в'якучих - 5...3058, для портландцементу - 40...90%.

Практична ц!нн!сть драц!: обгрунтовано енергозбер!гальн! рекивд твердтня бетон!в на низькоосновних лужних в'якучих 1з врахуван-ням внеску екзотермИ у тепловий баланс. На комп'ютернхй основ! визначено рацюнальн! параметри прикладання теплових впливхв -швидкють нагр!вання 2...4 °С/год та температура до 30°С для шлаковолужних бетон!в, на в!дману в1д портландцементних-

4...8°С/год ! 50___60°С В1ДПОВ1ДНО.

РекомендацГ! покладено в основу удосконалювання режим!в твердшня 0етон1в на портландцемент! та шлаковолужних в'якучих за пакетной технолоПею на Хрпхнському комО!нат! "Перемога".

Апробащя праЩ; основн1 и положения доповлдалися на ряд1 конфврешЦй, у тому числ1: ШкнароднлЯ конференцП "ОопОхет" (Брюселъ, 1995); м±жнародн±й конференцП "Структура, мщн!сть та руйнування композищйних буд1вельних матер1ал!в 1 конструкции (Одеса, 1995); науково-техн1чн!й конференцИ "Енергозбереження у буд1вництв1" (ЧернхвЩ, 1996); щор!чних науково-техн!чних конференцШ ХДТУБА (Харк1в, 1994 - 1996).

Дубликата:: ochobhí положения роботи викладено у 8 публ!кац1ях.

Структура та обсяг npaiji: дисертацШна робота складаеться з вступу, л'яти глав, загальних bhchobkíb, списку лхтератури, до якого ув1йшли 130 найменувань, та одного додатку. Роботу викладено на 139 сторИзках машинописного тексту, вона мютить 40 pncyHKiB та 15 таблиць.

Авторка висловлюе вдячнл.сть професоров1 П.В.Кривенку за участь у постановт та проведет! роботи.

КОРОТКИЙ 3MICT ПРАЦ1

Розглянуто уявлення про роль тепловщЦлення при гАдратацИ в'яжучих речовин i у технологи бетон!в (1.Д.Запорожець, l-Б.Засэдателвв, Р.Ковдо, Б.О.Крилов, Л.0.Мвлин1на, С.А.Миронов, О.П.Мчедлов-Петросян, О.О.ПарШзький, О.Р.Соловьянчик, Л.Г.Чумадова, С.А.Иифрин та íh. ).

Значупцсть досл!джень тепловщЦлення пов'язана з можливостями наближення до розум!ння механ!зму i к1летики ПдратацИ, вид!лення харакгерних перюд!в та стадхй, оц!нки впливу р!зних технолог1чних чинник!в - складу в'яжучих, виду i концентрацН добавок, температурного фактора та Шлих - на твердшня 1 властивосп в'яжучих речовин i бетон!в.

При розгляд! чишшк1в, як1 визначають екзотермйо, особливу увагу було прид!лено складу в'яжучих 1з вщцленням як критер1ю показника основност!, тобто сп1ввл.дношення основних i кислотних оксид1в. Дом1нуючу роль у виявленн! в'яжучих властивостей в!д±грають ±они кальц±ю, законом1рною s залекн1сть mík emíctom СаО та тешювнд±ленням при ПдратацП. У рядЗ. праць (В.1.Бабушк1н, Л.Г.Шпинова, М.М.Сичев) показано можливост! зниження г1дравл1чно1 активност1 та показникхв тепловидхлення при пдратаци мою- 1 ггол!м1неральних в'яжучих 13 зменшенням сп1вв1днош0нь Са0/А1203, Ca0/si02, Ca0+Mg0/si02.

Проблема тепловид1лення, як в!домо, мае важливе теоретичне i практична значения, його показники враховуються при зведенн! конструкций з монол1тного бетону, у технологи зб!рного ззл1зобетону. В останн!й не раз робилися спроби реал1зацП енергозбер!гальних режим!в твердтня з урахуванням екзотермИ цемент!в. При цьому "жорстк!" резкими не забезгочують рац!онального використання тепловид!лення як внутр!шнього джерела

тепла у тверд1нн! бетону. В1дом1 спроби шдвицити ступень участ! екзотермП в'яжучих при так званих альтернативних джерелах тепла, наприклад у гел1отехнолог11. У дьому випадку "м'якх" резкими сприяють п1двйщенню до 50...70% внеску тепловщилення у тепловий баланс. Склалася думка, що у малоенергоемшх технологиях сл1д вз-ддавати перевагу високоекзотерм1чним портландцементам. Однак такий п1дх1д до вибору в'яжучих мае обмежений характер.

Низькоосновн1 лузш! в'язкуч! ' речовини пор1вняно з портландоементами мають деяки переваги: зншуються енерговитрати на 'IX виробництво (до 40%), забезпечувться можлив1сть дасягнення високих показнюав мщност! бетон1в за нормальних умов твердляня протягом 1 доби (до 120...140 Ша). Особливост! структуроутворея-ня та властивост! низькоосковних лужних в'яжучюс систем вивчен! досить добре (В.Д.Глуховський, Р.Ф.Рунова та 1н.), тoдi як тепловидШення при г1дратац11 лукних кошозиц1й досл1джено явно недостатньо. Обмежен! дан! щодо характеру тепловидз-лення при г1дратацИ шлаковолукних в'яжучих (Р.Дей, Я.Малолепши, К.Ши та мають суперечливий характер. Це гов'язано 1з неоднор1дн1стю складу 1 будови шлак1в, впливом виду зн1она та концентрацП лукного компонента. В1дзначено тенденцию до зниження повноги тешювид1леяня.

Сказане свИшть про необх!дн1сть поглибленого розгляду рол1 тепловид!лення при ПдратаЩ1 в'яжучих р1зно1 основност! та його внеску у тепловий баланс твердщня бетону.

НвоСх1дн1сть вивчення тепловид1лення при твердели! в'яжучих з акцентом на основн1сть передОачае потребу установления законом!рностей у розвктку показншав швидкоста та повноти тепловвдиення, теплоти пдратацИ. Розв'язання такого завдання у комплекс! з 1ншиш ф!зико-х1М1чниш та ф1зико-механ1чнши дослз.дженяями передбачае визначэння взаемозв'язку показник!в тепловщЦлення 1 мЩност!, оцИтку внеску екзотермП у тепловий баланс для вироблення рекомендация ¡цодо удосконалювання режим1в тверд!ння бетон!в.

Для досл!дження тепловщЦлення при г1дратацГ1 в'яжучих речовш р1зно! основност1 розроблено методики комплексного калориметричного анализу. РеестраЩя, обробка, хнтерггретаЩя даних калориметрИ про тепловщцлення за 1зотерм1чних та не!зотерм1чних умов тверд!ння проводилися за методиками, розробленими у калориметричному центр1 ХДТУБА.

Термокзлетичний анал1з пяратацп проведено методом диференцпйю! калориметр!! на мгкрокалориметр! конструкцИ ХДТУБА. в/Т=0.5, температура твердшня - 20, 40, 60 та 80°С.

ТермохзМчна оц!нка теплоти Пдратац!! виконувалася методом калориметр!! розчинення. Теплота розчинення зразк1в звичайно визначаеться непрямим шляхом - на п!дстав! обчислень теплоемност! калориметра та реестрац!! п1дащення температуря у ход! процесу. Нами запропоновано методику безпосереднього вим!рювання теплот розчинення у калориметр! конструкцИ ХДТУБА за допомогою оригинального пристрою для розмЗДення та приведения у контакт реагент1в - непдратованих та пдратованих до 7 д!0 проб у сум!ш! азотно! та плавиково! кислот. Сп!вв!дношення Т/Р = 140, температура - 25°С, тривал!сть експерименту - 30 уч. Величина теплоти пдратацИ Ш. в!дпов1дае теплот! Пдратац!! за 7 д!б ± визначаеться як р!зниця м!ж теплотою розчинення неидратованого -сга та Пдратованого - <а! зразк1в.

Внесок екзотермГ! в'яжучих у тепловий баланс тверд!ння бетон!в оц!нювався за сп!вв!дношенням приходу тепла в!д екзотермП в'яжучих до загальних витрат тепла: т) = <3 екз / ¡2 витр. При розрахунку величини а екз враховувалося тепловид1лення при тверд!нн! в'яжучих за не!зотерм!чних умов моасливих реким!в.

Ф!зико-х!м!чн! досл!дження (рентгенофазовий, термхчний анал!з та !н.) та ф!зико-механ!чн! досл1даення зразк!в таких композиц!й (табл.1.) проводилися за загальноприйнятими методиками етйльно з ВД1 в'яжучих речовин !м.В.Д.Глуховського.

Таблиця 1 Склад досл!джуваних композиций

N дисперсна фаза дисперсне середовище

компонента Мо

1. Портландцементний кл!нкер 3.16 Вода

2. КлШкер + ЛСТ-0. Ъ% 3.16 Вода

3. Кл!нкер + ЛСТ-О.Ь% 3.16 Ю55 р-н На2С03

4. Кл!нкер-50$ + нефел!новий 1.8 10$ р-Н

концентрат-50% + 1СТ-0.5#

5. Кл1нкер-50;£ + туф-50$ 1.63 Вода

6. Кл!нкер-50% + туф-50^ 1.63 10% р-Н ЫаС1

7'. Шлак 1.34 42% р-Н На20*в!02

8. Шлак + кл!нкер-4Ж 1.34 Ш р-Н Ма20*3102

Фазовим аналхзом продукт!в твердшня композита встановлено тенденц1ю до зб1льшення частки низькоосновних новоутворень при зникенн1 0CH0BH0CTi в'якучих. У склад! цродукив ПдратацИ. портландцементу перевакають фаза Csh, cgahg, фошаИт. При твердшн! цемент1в з кислими мшеральнкми добавками, зачиненими лужниш розчинами, кр'Зм продукт1в ПдратацИ компонент1в кл!нкеру утворюються низькоосновн! Пдросил1кати та лужн! Пдроалшосилзлати типу Ндронефел±ну, анальциму, Пдросодал1гу. У новоутворекнях шлаковолукних в1 якучих переважають шзькоосновн! ндросшикати та лужн! ндроалшосил1кати - CsK, Пдронефел1н, аналыдам та 1н. В1дм1нност1 у основност! вихщю! фази та новоутворень композита ютотно впливають на механ1зм тверд1ння, визначаючк наперед законом1рну змзяу властивостей в'яжучих речовин i б8тон1в.

Термодинам!чними розрахунками показано взаемозв'язок основност1 i тепловик ефекИв для характерних реакц1й ПдратацИ досл!дауваних систем. Теплов!- ефекги тверд!ння м!нерал±в портландцементного клинкеру коливаються в 1нтервал1 в!д 62 кал/г для, C2s • до 207 кал/г для С3А, в1дзначено ix зниження при змешеши сп1вв1дноиень CaO/siOg и- CaO/AigOg у групах сил1кат!з та алвм1нат1в кальцЛю. Для твердшня цементхв з кислими мзлеральшми добавками типу пуццоданових характэрн! реакцИ взаемодИ активного si02 та Са(0Н)2 з утворенням низькоосновних Ндросил!каг!в кальцИо. Тешювий ефекг реакцИ складае 76 кал/г, що, безумовно, нижче His теплота ПдратацИ кл!нкерних м!нерал!в. РеакцИ угворення низькоосновних идросал1кат1в кальцИо, аналыщму. жисмондину при ПдратацИ основного шлаку у лужному середоввдх характеризуются тешговимя ефектами близько 65 кал/г. В!дзначено зниження тешових ефект!в реакц1й ПдратацИ при змениенн! основност! реагент!в i продукт!в твердишя.

Термох1м1чно оцдяено вплив ochobhocti в'якучих на показники теплоти ПдратацИ. Побудовано ряд убування теплоти ПдратацИ в'яжучих, зачинених водою: портландцемент - 180 кал/г > цементи з м1неральнши добавками - 80...110 кал/г > шлаки- 33...37 кал/г. Теплота ПдратацИ в'якучих, зачинених лужниш розчинами, убувае в аналоПчн!й посл!довносг1: портландцемент - 250 кал/г > цементи з м1неральними добавками- 85...145 кал/г > шлаки > 50...60 кал/г. Таким чином, встановлено пряму пропорц!йну залекнють мик основн1стю в'якучих та теплотою ix ПдратацИ. Експерименгальн!

дан! узгоджуються з результатами термодинам!чних розрахушив. В1дзначено зменшення теплоти г1дратац!1 у низькоосновних лужних системах. Термох!м!чну 1нформаЩю закладено у комп'ютернх банки даних з метою врахування у технологи бетону.

Термок1нетичн1 залежност! <ю/<ат=г (т) та <з=:Г(г) св!дчать про деяк1 особливостх ранн1х стад1й гхдратацГх в'яжучих у нормальних умовах (20°С). Величина першого максимуму швидкост! тепловид!лення, зумавленого явшцами змочування порошку в'якучого р1дкою фазою, зм!нюеться в!д 45 кал/г*год для портландцементу до 1 —1.7 кал/г*год для шлаковолужних в'яжучих. Зниження величини екзоефекту при гхдратац!'! низькоосновних систем може бути пов'язане з нхвелюванням екзоефекту змочування ендоефектом розчинення. Тривалють ±ндукц1йного перюду зростае у ряду: портландцемент - 6 год < цемента з минеральными добавками -6...16 год < шлаковолужн! в'яжуч1 - 31...35 год. Щ факти свхдчать про зниження хнтенсивностх та зростакня тривалост! г1дратац!йно1 взаемодИ для низькоосновних композицдЛ. Законом1рною е залекнють мхж основн!стю в'яжучих ! величиною другого екзоефекту на крив!й <ка/с1т=£ (г). Иого прояв пов'язаний !з формуванням новоутворень. Зниження 1х основностх супроводжувгься зменшенням теплових ефект!в утворення. Величина основного екзоефекту падае в!д 2.8 кал/г для портландцементу до 1.7...1.9 кал/г для шлаковолужних в'якучих. Показано, що зменшення основност1 в'яжучих зумовлюе зменшення повноти тепловидхлеяня за 100 год тверд!ння в ряду: портландцемент -100 кал/г > цементи з м!неральними добавками - 50...75 кал/г > шлаковолужш. в'яжуч! - 35...45 кал/г.

Таким чином, показана доц!льн!сть коректування усталеного п!дходу до врахування термок1нетичних характеристик в'яжучих р!зно1 основност! при вибор! параметр!в твврд!ння бетон!в. Незначнх показники швидкост! та повноти тепловид!лення при гхдратац!'! низькоосновних лужних в'яжучих зумовлюють необх!дн1сть вхцдати перевагу "м'яким" рекимам твердЗдня бетон!в. Пов!льне нагр1вання з1 швидк!стю 2...4°С/год до невисокох температури прогрхвання - 30...40°С, природне оститання створюють передумови повн!шого використання потенц!альнох енергИ в'яжучих.

Результата ф1зико-механ!чних випробувань властивостей бетону в умовах природного тверд1ння ! термообробки за р1зних режим!в, проведених сп!льно з НД1 в'яжучих речовин 1м.В.Д.Глуховського,

показують взаемозв'язок ochobhoctI в'яжучих та характеристик м1цност1 на стиснення.

На думку П.В.Кривенка, висока основн!сть продуктХв тверд1ння портландцементного кл1нкеру не повнютю в!дпов!дае умовам для значного зростання MiimocTi. Метастаб1льн1сть високоосновних новоутворень, "ix низька м!цн1сть внасл1док переважання слабких ioHHHX 3B'H3KiB типу Ca-Q-Ca у структур! цементного каменю основн! причини невисоких мЩнасних характеристик зразк!в на основ! портландцементу. У нашому випадку - лет 20 = 24 МПа. Зниження основност! кошозиц1й з м!неральними добавками при лужному зачиннику сприяе зростанню частини низькоосновних новоутворень та п1двищуе мицисть - нет 20 = 26...44 МПа. Переважно низькоосновн1 сполуки, що формуються, в!др!зняються мщниш ковалентними зв'язками типу Si-O-Si i Ai-0-li. В!дсутня перекристал1зац!я, забездачуеться стаб!льн!сть у час!. В!дзначен! особливост! сприяють досягненню високих MinHicHHx показник1в 3pasKiB на шлаковолужних в'яжучих-ист28 = 80..110 МПа. Поза залежн!сио в1д умов тверд!ння моша побудувати ряд убування мщнюних характеристик: портландцемент < лужн! цемента на основ! м1неральних добавок < шлаковолужн! в'яжуч!. М1цн!сть зб!льшуеться зворотно пропорцюнально показников! ochobhoctI. Висока М!цн1сть бетон!в на шлаковолужних в'яжучих в умовах природного тверд!ння та низькотемпературного прогр!вання визначають iix ефективнють. Результатами ф1зико-механ1чних досл1джень доведено, що для розвитку м1цн1сних показник1в у межах 20...30 МПА. шлаковолужним бетонам доситв прогр!вання з температурою, не вищою 30°С, а портландцементним - не нижчою 50°С.

Особливо важливий анал1з залежностей, як! в!дображають взаемозв'язок показника ochobhoctI в'яжучих з термокШзтичними та м!цн!сними характеристиками при нормальному твердили за 24 год (рис.1.). 3 рис.1, видно зворотно пропорц!ональну залежнЮгь показник1в основност! в'яжучих в1д MinHocTi бвтон!в та прямо nponopyitoy - характеристик основност! в1д тепловидьлення. 1з зростанням основност! в!д 1.35 до 3.15 MiijHicTb знижуеться з 34 МПа до 3 МПа, а повнота тепловид!лення зростае з 3 кал/г до 63 кал/г. Таким чином, показано, що для умов мало- та безтеплово! обробки бетону доц!льн1сгь використання портландцементу зумовлена високою екзотерм1ею, а шлаковолужних в'яжучих - можливЮтю досягнення високих мЩнЮних характеристик.

50 г

I

^ Г

Г

. , I 4-М Г~ ■ )

!

ЗП I!

Г

10 г

-]60 I

50

I

-1 40

I

Н зо

I

I

20

I

Ч ю

¡о

е

н£

ь ?)

Щ

3

Мо

Рис?

1. ТеплавидЬчепжг ион гцзратацц н'яжущга га мщтсть бетошв через 24 год

КО"рЪ£о.ЛйНОГи ТБсрД1КНЯ (поаиаченна дне. табл.1)

Для призначення енергозбер1гаючих решм!в твердзння недосить даних про тепловидълення за нормальних углов. Вплив температурного ЧЕНшка на к1нетику теплавщЦлення при пдратацГ! р1зних в'яжучих оц!нюеться за 1зотерм1чних (стацЮнарних) та не!зотерм1чних (несгацюнарних) умов.

При 20___80°С у 1зотерм1чних умовах вплив температурного

чинника найб!льш вщчутний для шлаковолужних в'яжучих. Зростання температури в интервалах 20...40 1 40...60°С зб1льшуе швидкЮть тепловид!лення при тверд!нн1 портландцементу в 2.2 та 1.8 разу, шлаковолужних в'яжучих - в 3.5...4.5 та 1.5...2 разу. Повнота тепловид!лення зростае в1дпов!дно у 1.4 та 1.1 разу та 10... 16 1 1.2...1.6 разу, гстотне зсЯльшення показник1в швидкост! та повноти тепловид1лення шлаковолужних в'яжучих при п1двшенн1 температури до 30...40°С сприятливе для призначення малоенергоемних режим1в твердгння.

За 1зотерм1чними данними з використанням математичного апарата не1зотерм!чно1 термокхнетзпш побудовано не!зотерм!чн1 заленност! й0/<н=г (т) та а=1(х). Оценено д!ю параметр!в теплового впливу - швидкост! нагр!вання в !нтервал! 10...2°С/год

з взлетанию 2°С/год х температурою прогр1вання 40...70°С з вздетанню 10 °С. Встановлено, що зниження швидкосп нагр!вання, як правило, зумовлюе збхльшення швидкостх та повноти тепловид1лення при ПдратацИ шлаковолужниж в'яжучих. Це особливо в!дчутно при температур! прогр1вання не вшцхй 50°С. Для портландцементу виявляеться зворотна тенденц!я. Тому для твердтня шлаковолужних бетон!в дощльн! режими з низькою швидкютю нагр1вання - не вице 2...4°С/год, на в!дм!ну вщ портландцементних - 4...8 °С/год.

3 урахуванням взаемозв'язку даних щодо к1нетики тепловидхлення ! мЩност! у не!зотерм!чних умовах визначэно меж! ефективних параметр1в прикладання теплових вплив!в - швидк1сть нагр!вання до 2...4°С/год ! температура не бхльше 30°С для шлаковолужних, 4...8°С/год ! 50...60°С в1дпов!дно для портландцементних Сетон1в.

За об'ект прикладення термок1нетичних даних ! знань обрано пакетну технолопю виготовлення плит теплотрас з бетону М250. Передбачаються можливост1 використання тепловид!леныя та сонячыо! рад1ац1х як нетрадицШаих даерел тепла, а також дублюючих джерел енерих при комб1нованому об1гр1ваш1.

3 урахуванням особливостей пакетно! технологи запропоновано методики розрахунку теплового балансу установки з оц!нкою внеску екзотермхх в'яжучих у твердхння бетону для визначення рац1ональних режим!в тверд1ння. 3 використанням ЕОМ виконано розрахунок теплового балансу для д!лянки можливих режим!в твердтня бетону: час попередньо'х витримки - 2 год, швидкють нагр!вання - 10, 8, 6, 4, 2°С/год, температура прогр!вання - 30, 40, 50, 60°С, його тривалЮть - 2 год, тривал!сть термообробки -22 год. Вне сок тепловщцлення у тепловий баланс склав 55... 90% для 30...40°С та 45...65Ж для 50 — 60°С у випадку портландцементу, 5... 20% та 10. ..ЗОЯ в!дров1дно у випадку шлаковолужних в'яжучих (рис.2.).

3 рис.2, видно визначальну роль основност! ! ступеня участ1 екзотермГ! в'яжучих у тепловому баланс! твердтня бетон1в при вибор! парамвтр1в теплового впливу - шкидкост! нагр!вання ! температури ггрогр1вання. Зниження основност! у 2.5 разу зменшуе внесок тепловщцлення у 2...10 раз!в для шлаковолужних в'яжучих пор!вняно з портландцементом.

Рне,3. Знесок екэстермп портландцементу (1) 1 шл а к о в о луж но г с в'яжучогс (2) у тепловп:х баланс твердения бетонл'-

а.) 30°С; б) 40°С; в; 50<>С; г) Й0°С,

Зникення шбидкост1 нагр!вання в1д 10 до 2°с/год при температур! прогревания 30°С зб!льтуе стутнь участ! в!д 77 до 88$ для портландцементу ! в1д 9... 10 до 13... 16 % для шлаковолужних в'яжучих. Для режим1в з температурою прогр!вання

40___60°С спостер!гаеться подКЗна тенденц!я. Залежн!сть ступеня

участ1 екзотермП в1д температури - складнИпа. 1з зростанням тевдератури прогр!вання внесок екзотермП портландцементу у тепловий баланс зменшувться. Для шлаковолужних в'яжучих

вшначаеться суперечлив1сть: при тдагшеш температур В1Д 30

до 40°С цей внесок зменшуеться 1 збШллуеться з п^цвищенням температури в1д 40...50 до 60°С.

Виб1р 1 призначення енергозбер!гальних режим!в тверд!ння 0етон1в на шлаковолужних в'яжучих 1 портландцемент! проведено у межах 1нформаЩйно1 технологи бетону "Термобет", модифИсованох до умов малоенергоемно! технолог!'!. Виконано моделювання тепловид!лення при тверд1нн! в'яжучих для д1лянки можливих рекимхв. Визначено параметри !м!тац!йних моделей тепловид!лення: час зак±нчення 1ндукц!Йного перюду твердхння - ги»а, повне тепловид1лення при тверд1нн1 у певному часовому !нтервал1 - о, безрозм!рн! коефащенти к!нетичних р1внянь - kq та т. Аналог!чний П1ДХ1Д використано для к±нетичного моделювання нарощування мщност1 та визначення параметр!в моделей - 1*««, Оп, кг, иг. Бстановлено к!льк!сний взаемозв'язок м!к параметрами !М!тац!йних моделей тепловид!лення та змхн мщност! для дигянки можливих реким!в твердхння, виражений функц!ями р(кч)= кг та Р(пч)=пг. 1х значения використан! для розв'язання задач! прогнозу зм1н мЩност1 бетону за р1зних температурних умов. За допомогого обчислювального експерименту визначено значения м1цност1 бетону для можливих температурних режим!в у явобх1щшй момент часу, наприклад 24 год. Результата моделювання дають мокливЮть встановити рацЮнальн! режима твердхння бетон1в для досягнення потр!бно! м!цност! - 50% марково! вл1тку та 70% - в !Ш! перюди. Для виконання ц!е2 умови шлаковолужним бетонам достатньо прогрхвання з температурою до 30°С, цементами - до 50...60°С.

Анал1з витрачання електроенерги, необх!дно1 для п!дтримування температурних умов, дозволив з груш режим1в вибрати найменш енергоемн1. Рекомендовано режими !з такими параметрами прикладення теплових вплив!в: швидк!сть нагр1вання -

2___4°С/год ± температура не 0!льш 30°С для шлаковолужних,

4...8°С/год ! 50___60°С в!дпов!дно для цементних бетон!в.

Обгрунтован! рекими забезпечують необхлдну м1цн!сть при в1дпов!дному ступен! участ! екзотермИ - 12...16% та 49...64%. Тешювидтення як внутр!ше джерело тепла дозволяе в1дмовитися в!д прогр!вання вл!тку. В !нш! перюди витрати на теплову обробку зменшуються до 9 кВт*год/м3 ( 17 кВт*год на 1 пакет ) для шлаковолужних та 22 кВт*год/мэ (39 кВт»год на 1 пакет) для цементних оетонив.

Сформовано кош'ютерн! 1нформац1йн1 банк данях та базу знань. Банк даних являе собою сукушЛсть взаемопов'язних каталоИв "Техн1чне завдання", "Компоненти", "Критери оптимзацП". До блоку "ТехМчне завдання" внесено !нформац!ю про базовий зал1зо0етонний вир!б, пакетну установку, вих!дн1 дан1 для розрахунку теплового балансу, у тому числ1 !нсоляц!ю та температуру навколишнього середовяща. Блок "Компоненти" може бути наговнений даними про наявн1сть та як1сть складових бетону -в'яжуч1, у тому числ! шлаковолужн1 та портландцемент, лужн1 добавки i ix концентрацИ, заповнювач! i т.д. За критер!й оптаМзац!'! у в!дпов!дному Олоц! пропонуеться прийняти витрачання енергИ на тверд!ння бетону. У баз! знань подано методики п!дбору складу бетону, побудови не!зотерм1чних термок!нетичних залежностей dQ/dx = г(т) та Q = Г(т), 1м!тац!йних моделей нарощування м!цност! бетон!в, виСору режим1в ix тверд!ння. Такш чином, забезпечуються можяивост! обгрунтування малоенергоемних режтйв тверд1ння шлаковолужних i портландцементних бетон!в при зм!нах початкових умов.

ЗАГАЯБН1 ВИСНОВКИ

1. В результат! узагальнення сучасних уявлень про роль тешювщЦлення при тверд!нн1 р!зних в'яжучих речовин у технологи бетону втзначено недостатнють вивченост! ix та обсягу даних щодо термок1нетичних та термох1м!чних показнкк1в г1дратацИ низькоосновних в'яжучих з метою вибору та призначення параметрхв малоенергоемних реним!в твердишя.

2. Обгрунтовано доц1льн!сть проведения комплексно'! калориметрично! оц!нки термокгнетичних i термох!м1чних характеристик г!дратацИ в'яжучих речовин в :Штервал! ochobhoctI 1.35...3.15 методами д1фервнц1йно1 !зотерм!чно1 мхкрокалориметр!"! та калориметр!! розчинення, а також внеску екзотермИ у тепловий баланс тверд!ння.

3. Встановлено, що зшження основност! дисперсно! фази сум!шей, що твердиоть, наперед визначае зменшення теплоти ПдратацИ !з 180 кал/г для портландцементу до 50...60 кал/г для шлаковолужних в'яжучих з одночасним зниженням показник!в !нтенсивност! та повноти тепловид1лення при нормальному тверд!нн! за 100 год - в!дпов1дно 100 кал/г та 35...45 кал/г.

4. В1дзначено, що зниження основност! дисперсно!, фази у лукному середовищ! призводить до зростання частини низькоосновних новоутворень типу сгн, анальщшу, г1дронефелд.ну та !нших 1 м1цност1 зразкхв бетону на шлаковолужних в'яжучих - к !с'т = 80... 110 МПа порхвняно з портландцементом - н ^ = 25 МПа.

5. Показано зворотно пропорц±йну залежн!сть значень показник1в основност1 В'яжучих та м!цност! бетонгв 1 прямо пропорцИну - характеристик основност! та тешювидтення в'яжучих: 1з зО!льшенням основност! у 2.5 разу м!цн!сть знижуеться у 3...5 раз!в, а теплота г1дратац12 зростае у 2...3 рази.

6. Встановлено, що вплив температурного чинника в!дчутн1ший при тверд!нн1 шлаковолужних в'яжучих. Пздвищення темперагури в !нтервалах 20...40 та 40...60°С вб!льшув швидк!сть тепловид!лення при твердили портландцементу у 2.2 та 1.8 разу, шлаковолужних в'яжучих - у 3.5...4.5 та 1.5...2 рази, повнота тепловид!лення зростае у 1.4 ! 1.1 разу та 10...16 ! 1.2...1.6 разу в1дпов1дно.

7. Методом не!зотерм1чно1 термок!нетики визначено меж! ефективних параметр!в прикладання теплових вплив!в - швидкють нагр!вання - до 2...4°С/год ! температура не 01льше 30°С для шлаковолужних , 4...8°С/год та 50...60°С в!дпов!дно для портландцементних бетон1в при однаковШ мИщост!.

8. К1льк!сно оц!нено внесок тепловщЦлення у тепловий баланс тверд1ння бетон1в - 55...90$ в 1нтервал! 30...40°С та 45...65$ в онтервал! 50...60°С для портландцементу, 5...20# та 10...30% в1дпов!дно для шлаковолужних в'яжучих, що дозволяв п1двищити ефект1гон!сть технолопчних рНиень.

9. Показано, що врахування тепловщЦлення сприяе зниженню витрат на твердхння бетону при вхдмов! в!д теплово! обробки вл!тку та до 9 кВт*год/м 3 1 22 кВт*год/м 3 для шлаковолужних. ! портландцементних бетон1в у !нш1 перЮди з одночасною економ!ею енергоресурс!в на виробнщтво цементу шляхом його зам!ни низькоосновними кошозиц!ями.

10. Сформовано комп'ютерн! банк даних про властивост1 компонент1в з урахуванням чинника основност! в'яжучих та базу знань про законом1рност! тепловид1лення ! м!цност1 бетон1в, накладен! в основу рекомендац!й щодо удосконалювання режим!в тверд!ння вироО!в у малоенергоемн!й технолог!!. Розробки прийнят!

до впровадиення у пакетшй технолог!! зал!зобетонних плит

теплотрас на гел!опол!гон1 1рп!нського комб1нату "Перемога" потукнЮТю 9400 M^/piK.

ПРАЦ1, У ЯКИХ 0ПУЕЛ1К0ВАН0 OGHOBHI ПОЛОЖЕНИЯ ДИСЕРТАЦИ

1. Ушеров-Маршак A.B., Першина Л.А. Ранние стадии гидратации цемента в присутствии добавок типа "пластификатор-ускоритель твердения": Тез. докл. 49-й науч.-технич. конф. "Повышение эффективности строительства". - Харьков: ХИСИ, 1994. - С.34.

2. Krivenko P.V., Mhitarayan N.M., Chirkova Y.V, Fershina L.A. Physioo - chemical bases of solar energy treatment of concretes. // Proceedings oí International Conference "ConChem". - Brussels, 1995. - P.59-65.

3. Мхитарян H.M., Чиркова В.в., Першина Л.А. Долговечность щелочных бетонов, твердеющих в условиях гелиотермообработки: Докл. на Междунар. конф. "Структура, прочность и разрушение композиционных строительных материалов и конструкций". - Одесса, 1995. - С.21.

4. Першина Л.А. Оценка и учет тепловыделения в малоэнергоемкой технологии бетона: йнформ. листок Н 146-95. - Харьков: ХАРПНТЭИ, 1995. - 4 с.

5. Мхитарян Н.М., Першина Л.А., Синякин А.Г. Роль тепловыделения при твердении вяжущих в малоэнергоемких технологиях бетона: Тез. докл. 50-й юбилейн. науч.-технич. конф. "Повышение эффективности строительства". - Харьков: ХГТУСА, 1995. - С.26.

6. Мхитарян Н.М., Першина Л.А. Термохимические исследования щелочных вяжущих // Буд1вництво Украхни. - 1996. - N2.- С. 32-34.

7. Мхитарян Н.М., Першина I.A. Влияние факторов теплового воздействия на изменение скорости и полноты тепловыделения вяжущих // Цемент. - 1996. -ИЗ. - С.21-24.

8. Ушеров -Маршак A.B., Першина Л.А. Тепловыделение как фактор ресурсосбережения в технологии бетона: Тез. докл. науч.-технич. конф. "Энергосбережение в строительстве". - Черновцы, 1996. -С.25.

18

АННОТАЦИЯ

Перппша Л.А. "Совершенствование режимов твердения щелочных бетонов с учетом тепловыделения вяжущих".

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05., харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 1996.

В работе рассмотрена и решена задача совершенствования режимов твердения щелочных бетонов с учетом основности вяжущих веществ и тепловыделения при гидратации. Определены термокинетические и термохимические показатели гидратации вяжущих различной основности. Установлена обратно пропорциональная зависимость показателей основности вяжущих от прочности бетонов и прямо пропорциональная - характеристик основности от тепловыделения вяжущих. Изучено действие температурного фактора на кинетику тепловыделения. Количественно оценен вклад экзотермии вяжущих в тепловой баланс. Обоснованы параметры приложения тепловых воздействий для совершенствования режимов твердения бетонов.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 8 научных работах.

Ключевые слова: шлакощелочные вяжущие, основность, тепловыделение, прочность, энергосбережение.

ANNOTATION

Lidiya A. Pershina "Improvement of termoprocessing oX alkaline concrete with account heat evolution of binders".

Dissertation to obtain scientific degree of candidate of technical soience on specialities 05-23.05., Kharkov State Technical University of Building and Architecture, Kharkov, 1996.

In work is considered and decided the problem of improvement of termoprocessing of alkaline concrete with account of basicity binders and heat evolution during hydration. Thermokinetical and thermochemical parameters hydration of binders of different basicity are certained. Back proportional dependence parameters basicity of binders from strength of concrete and directly proportional - characteristics basicity of binders from heat evolution is established. Action of the temperature factor on kinetics of heat evolution is investigated. The contribution exotermal of binders in thermal balance is quantitatively appreciated. Parameters of the application thermal influence for improvement of termoprocessing of concrete are reasonable.

The results of the thesis were published in 8 scientific

works.

Key words: slag-alkaline binders, basicity, heat evolution, strength.