авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Модифицированные малоклинкерные вяжущие и бетоны с использованием техногенных отходов

-- [ Страница 1 ] --

УДК 691.5:699:662.613.11 На правах рукописи











ЖАКИПБЕКОВ ШАРИПХАН КАСИМБЕКОВИЧ

Модифицированные малоклинкерные вяжущие и бетоны

с использованием техногенных отходов




05.23.05 – Строительные материалы и изделия



Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Республика Казахстан

Алматы, 2010

Работа выполнена в Казахской головной архитектурно-строительной академии и Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Естемесов З.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Соловьев В.И.

доктор технических наук Касымова М.Т.

доктор технических наук, профессор

Акмалаев К.А.

Ведущая организация: Казахская академия транспорта и

коммуникаций им. М. Тынышпаева

Защита состоится «29» октября 2010 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 14.03.01 в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов ТОО «НИИстромпроект» по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6., к. 306.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов (ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ») по адресу: 050060, г.Алматы, ул. Радостовца, 152/6

Автореферат разослан « » сентября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. А.К. Куатбаев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В посланиях Президента Н.А. Назарбаева народу Казахстана отмечается необходимость развития национально-инновационной системы модернизации производства строительных материалов, изделий и конструкций для обеспечения требуемых темпов строительства и развития этой отрасли в одном из ведущих направлений экономического развития. Для этого необходимо создать новые высокоэффективные ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов с заданными строительно-эксплуатационными свойствами.

Высокоэффективные вяжущие вещества нового поколения сегодня получают с использованием многокомпонентных составов, обеспечивающие получение высококачественных бетонов разного функционального назначения с улучшенными строительно-эксплуатационными свойствами. В основу создания таких вяжущих положен принцип целенаправленного управления технологией на всех ее этапах: использование активных компонентов, разработка оптимальных составов, применение химических модификаторов и некоторые другие приемы.

По такому принципу получено малоклинкерное вяжущее, содержащее до 45 % отходы цветной металлургии (отходы обогащения полиметаллических руд, цинковый шлак) и модификаторы твердения.

Важнейшие задачи науки в области строительства: облегчение конструкций, ускорение и удешевление технологических процессов, в частности, снижение продолжительности тепловлажностной обработки изделий, увеличение коррозионной стойкости бетонов могут быть решены только приданием специальных свойств к цементам. Путь к решению этой проблемы лежит через расширение номенклатуры модификаторов твердения. Использование отходов цветной металлургии в качестве добавок к цементу существенно расширит сырьевую базу цементной промышленности и отвечает современным требованиям по обеспечению прироста потребности в сырье и материалах за счет их экономии и более полному использованию вторичного сырья, шлаков и других отходов. Однако, производство многокомпонентных малоклинкерных вяжущих с использованием отходов цветной металлургии сдерживается вследствие недостаточной изученности свойств и процессов их твердения, а также строительно-эксплуатационных характеристик бетонов на их основе.

Работа выполнена в соответствии с концепцией развития малого и среднего бизнеса, Правительственной Государственной программой по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан и планом научно-исследовательских работ Казахской головной архитектурно-строительной академии и ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ».

Цель работы. Разработка ресурсо- и энергосберегающей технологии производства модифицированных малоклинкерных вяжущих и бетонов с использованием шлака цинкового производства, отходов Кентауской и Белогорской обогатительных фабрик.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

- исследовать модифицирующее действие комплексных добавок с использованием отходов цветной металлургии на гидратацию, структуро- и фазообразование моно- и полиминеральных цементных систем;

- разработать новые составы модифицирующих комплексных добавок на основе отходов цветной металлургии и исследовать их влияние на механизм твердения и гидратацию малоклинкерных вяжущих веществ;

- разработать оптимальные составы модифицированных малоклинкерных вяжущих веществ, изучить их строительно-эксплуатационные характеристики;

- разработать технологию производства бетонов на основе модифицированных малоклинкерных вяжущих различных условий твердения и определить экономическую эффективности их производства.


Научные положения, выносимые на защиту:

Автор защищает актуальность, новизну и достоверность исследований, эффективность следующих положений и научно-практических результатов, составляющих основу диссертационной работы:

- закономерности процесса гидратации цемента с комплексными добавками, обеспечивающими отвод продуктов новообразований с поверхности частиц C3S и уменьшающими толщину гидратной оболочки, экранирующей поверхности клинкерных минералов;

- закономерности изменения морфологии гидратных фаз и пространственных структур вязкопластичного и тиксотропного цементного теста под воздействием комплексных добавок КМ-3Ш, КМ-3К и КМ-3Б, как подложки для кристаллизации новообразований, структурообразующих, армирующих и упрочняющих элементы твердеющей системы;

- закономерности синтеза высоких строительно-эксплуатационных свойств бетонных и железобетонных изделий на основе малоклинкерных вяжущих с оптимальным содержанием разработанных комплексных добавок (30-35 % от массы цемента);

- новая энерго- и ресурсосберегающая технология бетонных и железобетонных изделий, основанная на взаимосвязи максимального проявления активности составляющих клинкера и минеральных техногенных отходов и способствующая обеспечению строительным материалам заданных свойств.

Научная новизна:

- развита теория модифицирования малоклинкерных вяжущих материалов для ресурсосберегающих технологий и получения бетонов с требуемыми структурными характеристиками и свойствами.

- впервые установлена закономерность повышения скорости гидратации цемента в присутствии модифицирующих добавок с использованием отходов цветной металлургии, отличающейся от известных, быстрым отводом и уменьшением экранирующего действия новообразований на поверхности частиц цемента;

- выявлен эффект действия модификатора и добавок на морфологию и состав новообразований, обеспечивающий стабильность гидратных фаз. Новообразованиями в камне С3S с комплексной добавкой является гиролит и СSН (1), а у камня -С2S при введении добавок появляются СSН (11), количество этих низкоосновных гидросиликатов кальция растет пропорционально времени твердения и сопровождается уменьшением количества портландита.

- разработаны составы модифицирующих комплексных добавок КМ-3Ш, КМ-3К и Км-3Б, отличающиеся от известных тем, что их основным компонентом являются отходы цветной металлургии, в частности шлак цинкового производства и «хвосты» Кентауской и Белогорской обогатительных фабрик. Показано, что минеральные составляющие твердеющей цементной системы являются подложкой для кристаллизации гидратных фаз, что способствует изменению их морфологии в соответствии со структурной особенностью добавки и образованию пространственных текстур определенной формы, состоящей из стабильных новообразований гидросиликатов кальция, армирующих и упрочняющих цементный камень.

- впервые разработаны составы модифицированных малоклинкерных вяжущих на основе предлагаемых комплексных добавок, отличающихся от известных использованием отходов цветной металлургии, обеспечивающих повышение прочностных показателей нового вяжущего на 11-29 % в сравнении с портландцементом без добавки. Высокая прочность цементного камня на модифицированном малоклинкерном вяжущем обусловлена составом и строением гидратных новообразований, представленных преимущественно длинноволокнистыми, низкоосновными гидросиликатами кальция на поверхностях уже образованных кристаллов и отсутствием видимых дефектов структуры.

- установлены особенности структурообразования системы «модифицированное малоклинкерное вяжущее – вода». При гидратации модифицированного малоклинкерного вяжущего в начальные сроки твердения образуются высокодисперсные соединения, с первичной структурой с ее разрушением в поздние сроки гидратации вследствие изменений в жидкой фазе и развития процессов перекристаллизации первоначальных метастабильных гидратов в стабильные, обеспечивающие повышение строительно-эксплуатационных свойств бетона.

- впервые выдвинута гипотеза направленного управления процессами гидратации и синтеза прочности малоклинкерного цементного камня путем регулирования минералогического состава клинкера и комплексными добавками.

Новизна разработанных технических решений защищена авторскими свидетельствами № 1692959 «Вяжущее» и № 1799859 «Вяжущее», а также авторскими свидетельствами №12114 «Вяжущее» и № 13551 «Способ получения вяжущего» Национального патентного ведомства Республики Казахстан.


Практическое значение работы:

- определено оптимальное соотношение компонентов модифицированного малоклинкерного вяжущего, обеспечивающее высокие физико-механические и строительно-эксплуатационные свойства бетона;

-разработаны составы и технология производства модифицированных многокомпонентных вяжущих и бетонов на их основе различного назначения с заданными технологическими и строительно-эксплуатационными свойствами;

-расширены возможности рационального использования отходов цветной металлургии в качестве компонента модифицированного вяжущего, что способствует созданию энерго- и ресурсосберегающих технологий производства строительных материалов и изделий и оздоровлению экологической обстановки регионов;

-установлены особенности технологий производства бетона на основе модифицированных малоклинкерных вяжущих, твердеющих в нормальных условиях, тепловлажностной обработке и в условиях сухого жаркого климата.

-теоретически обоснована и доказана эффективность технологии производства модифицированных вяжущих и бетонов различного назначения с использованием отходов цветной металлургии. Внедрение данной технологии обеспечено нормативно-технической документацией.

Внедрение результатов работы. Разработанные составы и технология производства модифицированных многокомпонентных вяжущих и бетонов на их основе прошли опытно-промышленные внедрение на предприятиях Республики Казахстан.

Производство железобетонных изделий по поточно-агрегатной технологии с использованием многокомпонентных вяжущих внедрено в комбинате «Ачполиметалл» и на строительной базе НПП «Техностроймат». Производство модифицированных малоклинкерных вяжущих и бетонов внедрено АО «Тенгизинтернефтегазстрой» (п. Тенгиз, Атырауская область) и ТОО «Real Industrial» (г. Алматы).

Результаты исследований, разработанные новые теоретические положения теории твердения малоклинкерных вяжущих и бетонов и промышленный опыт их внедрения позволяют сделать вывод, что проблема получения высокоэффективных технологий модифицированных малоклинкерных вяжущих и бетонов в рамках поставленной цели решена.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается необходимым объемом экспериментальных данных, применением современных методов исследования и современного оборудования, обеспечивающего надежность измерений.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации доложены на международных научно-практических конференциях «Применение колебательных спектров к исследованию неорганических и координационных соединений» (Красноярск, 1987), «Наука – строительному производству» (Новосибирск, 1989), «Строительные материалы ХХ1 века. Технология и свойства. Импортозамещение» (Алматы, 2001), «Региональные проблемы экологии и безопасности жизнодеятельности» (Алматы, 2002), «Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций» (Алматы, 2005, 2008), «Современные строительные материалы, технологии и методы проектирования» (Алматы, 2005), «Эффективные модифицированные строительные материалы» (Алматы, 2006), «Перспективы развития водо- и энергосберегающих технологий и охраны труда» (Алматы, 2007), «Актуальные проблемы естественнонаучных дисциплин» (Алматы, 2008), «Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии» (Алматы, 2008, 2009, 2010), «Химия в строительных материалах и материаловедение ХХI века» (Шымкент, 2008), «Архитектура и строительство в новом тысячелетии» (Алматы, 2008) и на республиканских научно-практических конференциях «Научно-технические проблемы освоения природных ресурсов и комплексного развития производительных сил Прибалхашья» (Алматы, 1988), «Совершенствование техники и технологических процессов в строительстве автомобильных дорог и автотранспорта» (Алматы, 1993), «ХХI век и вызовы глобализации» (Алматы, 2004), «Теория и практика композиционных строительных материалов» (Ташкент, 2008), «Строительная индустрия Казахстана: кадры, новые материалы и технологии» (Алматы, 2009).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 42 научных трудах, в том числе 4 авторских свидетельства и 2 предварительных патента Республики Казахстан.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 251 странице, вклю­чает 72 таблицы, 63 рисунка, состоит из введения, семи разделов, заключения, списка использованных источников из 371 наименования и приложе­ний.


ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ


1 Физико-химические аспекты технологии и перспективы применения многокомпонентных вяжущих и бетонов

Многокомпонентные вяжущие вещества рассматриваются как сложная система из подсистем или компонентов, каждый из которых выполняет свои функции в процессе гидратации и твердения. Создание новых многокомпонентных систем базируется на глубоких знаниях физико-химических процессов, происходящих при затвердевании вяжущих.

Применение и использование многокомпонентных систем неразрывно связано с химией и технологией вяжущих. Современные теории твердения минеральных вяжущих веществ базируются, в конечном счете, на теориях Ле Шаталье, В. Михаэлиса и А.А. Байкова.

По мнению М.М. Сычева отходы промышленности, имеющие в своем составе труднорастворимые соли, могут быть активаторами твердения цементов в нормальных в тепловлажностных условиях. Использование в качестве активизаторов отходов промышленности и горных пород позволяет повысить раннюю и 28 суточную прочность цементного камня соответственно на 15-40 % и 20-70 %.

А.Ф. Полак и В.Б. Ратинов исследуя гидратацию гипса, пришли к выводу, что твердение минеральных вяжущих веществ, в том числе портландцемента, происходит по растворному механизму, т.е. через раствор.

Установлено, что формирование гидросиликатов при гидратации осуществляется следующим образом: первоначально происходит гидролиз силикатов кальция и инкогруэнтным выделением в раствор [Si04]-4 и СаО. Со временем, при повышении концентрации Са(ОН)2 в растворе [Si04]-4 коагулирует совместно с СаО, образуя цепные гидросиликаты. На основе кристалло-химического анализа гидросиликатов и оксида кальция Х.Ф.У. Тейлор предложил, что выделение Si - тетраэдров из раствора происходит на матрице из элементарного слоя Ca(ОH)2. Следовательно, кристаллические зародыши портландита являются катализаторами полимеризации кремнезема.

Ю.М. Бутт, В.С. Горшков, В.В. Тимашев, В.М. Колбасов установили основные закономерности процесса гидратации портландцемента и его составляющих. Исследования этих ученых показывает, что количество Ca(OH)2 в цементном камне зависит oт величины суммарного отрицательного поверхностного заряда твердой фазы в период кристаллизации гидроксида кальция. Целенаправленное уменьшение содержания гидроксида кальция в твердеющей цементной пасте при­водит к образованию более однородной, плотной структуры цементного камня и бетона.

Существенным рычагом для управления формированием структу­ры цементного камня являются активные минеральные добавки, вво­димые на стадии помола цементного клинкера. Измененный в их присутствии состав жидкой фазы предопределяет различные кристал­лографические формы и морфологию гидратных фаз.

Широкое использование в строительстве бетонных и железобетонных конструкций и большой накопленный опыт эксплуатации зданий и сооружений показывают, что очень важно не только обеспечить заданные свойства бетона, но и сохранить их в течение всего периода эксплуатации. Развитие науки о бетоне и технологии сборного и монолитного железобетона способствовало существенно повысить долговечность бетона, улучшить его качество и прогнозировать поведение бетона в конструкциях при воздействии различных факторов. Появилась реальная возможность обеспечения длительной стабильности свойств материала в процессе эксплуатации.

Внедрение высокопрочных быстротвердеющих бетонов позволяет не только разработать новые конструктивные элементы и технологии, значительно расширить номенклатуру строительных материалов, но и для проектировщиков и строителей создает трудности в правильном выборе этих материалов. В нормативно-технической документации (НТД) на строительные материалы, как правило, отсутствуют показатели, характеризующие их долговечность, а показатели исходных физико-технических свойств, включенные в НТД, не всегда являются гарантом надежности их работы в течение длительного времени, что может приводить к отказам и авариям.

Разработка новых видов материалов требует оценки их качества и долговечности в конкретных условиях эксплуатации. Комплексные исследования долговечности новых материалов позволяют объективно оценить сроки их службы, что дает возможность проектным и строительным организациям рационально использовать эти материалы в строительстве.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.