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:     | 1 ||

Повышение механических свойств бетонных изделий путём механической активации цементных суспензий

-- [ Страница 2 ] --

(в этой схеме Н2*О – возбужденная молекула воды; Н•, ОН• - радикалы; Н2О2 – перекись водорода);

  • изменением физических и физико-химических свойств, таких как вязкость, плотность, смачиваемость и другие;
  • нарушения реологии в процессе взаимодействия частиц вяжущего вещества и воды.

Обработка экспериментальных данных позволила найти эмпирическую зависимость между пределом прочности при сжатии цементного камня в возрасте 28 суток и скоростью обработки воды, которая имеет вид:

(2) где – предел прочности цементного камня при сжатии, мПа, – скорость обработки воды, об/мин.

Изучен процесс активации водно-цементной суспензии, а также её влияние на физико-механические свойства цементного камня. Содержание цемента в водно-цементной суспензии менялось в интервале 1,5-10 %.

Воду и отдозированный в весовых пропорциях цемент одновременно подавали в смеситель-активатор, где происходила их совместная обработка в при скоростях от 200 до 1200 об/мин в течение 10 мин. Далее в вяжущее добавляли механоактивированную водно-цементную суспензию до достижения нормальной густоты. Из полученной массы методом виброформования изготавливались стандартные образцы, прочность которых определялась после 28-ми суточного твердения (рис. 4). При этом наблюдали повышение прочности образцов при увеличении весового содержания вяжущего в водно-цементной суспензии при всех скоростях механической обработки.

Причем, наибольший прирост прочности происходит при использовании в качестве жидкости затворения водно-цементной суспензии с 1,5 % содержанием вяжущего. Обработка результатов экспериментальных данных позволила найти математическую зависимость между пределом прочности при сжатии цементного камня на 1,5 % водно-цементной суспензии в 28-суточном возрасте от скорости обработки:

=0,0073+44,251 (3)

 Зависимость предела прочности при-5
Рис. 4. Зависимость предела прочности при сжатии цементного камня в 28-суточном возрасте от скорости вращения мешалки и соотношения компонентов водно-цементной суспензии

Исследовано влияние температуры активированной воды на сроки схватывания цементного камня. Обнаружен экстремальный характер изменения данного свойства, причем, наибольшее изменение (на 35 %) соответствует повышению температуры активированной воды до 30 оС. Однако, в этом случае наблюдается снижение прочности цементного камня как при 7-суточном, так и при 28-суточном твердении. Так, при использовании воды после обработки с температурой 18 о С прочность цементного камня в 28-суточном составляет 41,02 МПа, а воды с 45 о С - 20,5 МПа. Происходит снижение прочности на 49 %.

Установлено, что прочность цементного камня зависит от начальной температуры воды затворения. Причем снижение температуры, в данном случае приводит к росту прочности. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования отечественных и зарубежных авторов, работы которых посвящены проблеме бетонирования.

Активная вода в разогретом состоянии интенсифицирует процесс кристаллообразования при твердении цементного камня, чем и объясняется рост срока схватывания. Высокая скорость кристаллизации способствует появлению множества дефектов внутри структуры камня, что естественно оказывает влияние на прочность образцов при сжатии.

Данные выводы подтверждены микроскопическим анализом структуры затвердевшего цементного камня.

Все исследования проведены при водоцементном отношении В/Ц=0,31.

Они показали, что увеличение времени механической активации воды более 10 минут не оказывает существенного влияния на рост водородного показателя (рН) воды и на другие её свойства. Использование активированной воды приводит к росту пластичности формовочной смеси.

На основании этих исследований предложена и разработана технология производства бетонных изделий на основе механоактивированной жидкости затворения и цементного вяжущего.

В четвёртой главе представлены результаты лабораторных и промышленных исследований влияния механоактивированной воды и водно-цементной суспензии на физико-механические характеристики бетона на мелкозернистом и крупнозернистом заполнителе.

Исследования показали, что оптимальной скоростью обработки воды, при которой достигается максимальная прочность бетона на основе заполнителей, является 800 об/мин и 1400 об/мин (рис.5).

Рис.5. Зависимость предела прочности при сжатии бетона от скорости обработки воды затворения

Применение такой воды позволяет получить быстросхватывающиеся и быстротвердеющие формовочные смеси, аналогичные цементному камню. Кривая зависимости прочности бетона от скорости активации носит бимодальный характер с максимальными значениями при скорости 800 об/мин и 1400 об/мин. По всей вероятности, максимальные молекулярные изменения воды наблюдаются именно при таких скоростях активации. Применение в качестве затворителя механообработанной водно-цементной суспензии способствует повышению предела прочности образцов при сжатии. Обработка результатов экспериментальных данных позволила найти математическую зависимость между пределом прочности при сжатии мелкозернистого бетона в 28-суточном возрасте от скорости обработки:

(4)

Однако, наибольшую прочность имеют образцы бетона, когда применяется 5 % водно-цементная суспензия, активированная при скорости 800 об/мин. Этот прирост составляет 10 % по сравнению с образцами, изготовленными на механоактивированной воде. Для изготовления бетона (как мелкозернистого, так и крупнозернистого) использовали ту же методику, как и при исследовании цементного камня.

Испытания на прочность бетонных образцов проводились в соответствии ГОСТ 310.4-81 (1992). Исследования в промышленных условиях показали, что полученные бетонные смеси высоко технологичны. Заметно увеличивается подвижность бетонной смеси. При наборе прочности можно исключить тепловую обработку готовых изделий, тем самым производство отнесли к энергосберегающим.

Предел прочности при сжатии тяжелого бетона, приготовленного с использованием воды, обработанной при скорости 800 об/мин, в 28-суточном возрасте повышается более чем на 3 %.

Исследования на производстве показали, что использование активированной при 800 об/мин воды затворения для мелкозернистого бетона повышает его прочность при сжатии на 7 % в 1- и 28-суточном возрасте. Применение в качестве затворителя мелкозернистого бетона водно-цементной суспензии с содержанием 5 % цемента от общего количества, идущего на замес, обработанной также на скорости 800 об/мин, дает повышение предела прочности при сжатии в возрасте 1 и 28 суток на 5 % по сравнению с образцами на обработанной воде и на 12,5 % по сравнению с образцами на необработанной водопроводной воде. Полученный эффект повышения прочности дает возможность экономить при производстве изделий из тяжелого бетона до 3 % вяжущего, а из мелкозернистого бетона - до 12 %.

Исследования применения тепло-влажностной обработки бетонных изделий показали, что прочность готовых изделий при сжатии снижается на 5-10%. На основании этих исследований установлено, что тепло-влажностная обработка затвердевших бетонных образцов приводит к образованию множества дефектов структуры, которые отрицательно влияют на механические свойства готовых изделий (рис.6).

Рис. 6а. Крупнозернистый бетон на воде, активированной на скорости 800 об/мин, без тепло-влажностной обработки Рис. 6б. Крупнозернистый бетон на воде, активированной на скорости 800 об/мин, после тепло-влажностной обработки

Уменьшение сроков схватывания бетонной смеси в процессе твердения может привести к образованию внутренних напряжений, чем можно объяснить снижение прочностных свойств готовых изделий после тепло-влажностной обработки. Если предусмотреть тепло-влажностную обработку после формования, следует в состав бетона вводить вещества, стабилизирующие сроки схватывания, например С-3. Однако, применение С-3 в качестве замедлителя сроков схватывания приводит к повышению себестоимости готовых бетонных изделий, что является нецелесообразным мероприятием. Снижением температуры тепло-влажностной обработки возможно замедлить процесс набора прочности готовых изделий. Дальнейшие исследования показали, что снижение температуры термической обработки с 80 оС до 40 оС положительно влияет на механическую прочность готовых изделий, хотя при этом время набора прочности увеличивается на 10-15 %. Данный вывод впоследствии был подтвержден экспериментально.

При тепло-влажностной обработке образцов, когда температура среды составляла 40 оС, были получены изделия с высокой механической прочностью.

На основании этих исследований предложена и разработана энерго-материало-сберегающая технология производства бетонных изделий, позволяющая сократить расход вяжущего и снизить температуру тепловлажностной обработки. По разработанной технологии изготовлена опытная партия плитки на мелкозернистом заполнителе, а также крупнозернистых фундаментных блоков со средней плотностью 2400-2600 кг/м3 и прочностью при сжатии 42 МПа. Исследования проведены в заводских условиях, что подтверждается актом внедрения.

Пятая глава посвящена разработке технологической схемы производства мелкозернистых и крупнозернистых строительных материалов различного функционального назначения на основе механоактивированной воды и водно-цементной суспензии (рис.7).

Рис.7. Схема цепи оборудования бетоносмесительного узла непрерывного действия ступенчатой компоновки: 1 - склад песка и щебня; 2 - погрузочное устройство; 3 - указатель уровня материала; 4 - бункер (силос) цемента; 5 - бак водопроводной воды; 6 – баки жидких добавок; 7 - дозаторы объемные и весовые; 8 - клапан; 9 - роторный или планетарный смеситель; 10 - бункер выдачи смеси; 11 - конвейер для сухих смесей; 12 - воронка загрузочная; 13 - автобетоносмеситель; 14 - скиповый подъемник; 15 - конвейер; 16 - питатель; 17 - бункера инертных материалов; 18 - обрушитель песка вибрационного типа; 19 – активатор воды и водно-цементной суспензии

В технологической линии производства предусмотрены два варианта: с применением только активированной воды затворения; с механической активацией водно-цементной суспензии с содержанием твердой фракции до 10 %.

Основная технологическая схема, которая существует на предприятиях ЖБК остаётся неизменной, за исключением, линии подачи воды и вяжущего в перемешивающее устройство.

На основе экспериментальных данных был произведен расчет экономии цементного вяжущего, инвестиций в реорганизацию бетоносмесительного узла и амортизацию его оборудования, технико-экономические показатели.

Суммарный экономический эффект составляет от 3697115 до 5307115 рублей в год.

ВЫВОДЫ

  1. На основании анализа литературных источников, посвященных проблеме обработки жидкости затворения, была сформулирована гипотеза о том, что при высокоскоростной обработке водно-цементных суспензий возможно изменить физико-механические свойства бетонных изделий за счет структурных преобразований жидкой среды.
  2. Обоснована возможность целенаправленного улучшения физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств цементных бетонов с использованием механоактивированной жидкости затворения.
  3. Установлено, что механообработанная вода изменяет кинетику гидратации портландцемента, способствует повышению прочностных характеристик цементного камня и бетона, снижает их водопоглощение и соответственно повышает морозостойкость.
  4. Выявлено, что зависимость предела прочности при сжатии в 28-суточном возрасте от скорости обработки воды для цементного камня носит почти линейный характер.
  5. Наиболее рациональным составом механообработанной водно-цементной суспензии затворения для приготовления цементного камня является 1,5 % цемента от всего количества на замес. Такой состав дает стабильное повышение предела прочности цементного камня при сжатии в 28-суточном возрасте при всех скоростях механический обработки на 22 % по сравнению с цементным камнем на механообработанной воде затворения.
  6. Использование механообработанной воды затворения, обработанной на скорости 800 об/мин, для приготовления мелкозернистого бетона дает повышение предела прочности при сжатии на 7 %.
  7. Наиболее рациональным составом механообработанной водно-цементной суспензии затворения для приготовления мелкозернистого бетона является 5 % цемента от всего количества, идущего на замес. Такой состав даёт повышение предела прочности при сжатии мелкозернистого бетона 5-10 % по сравнению с образцами на механоактивированной воде затворения и 12,5 % по сравнению с образцами на водопроводной воде.
  8. Мешалку для обработки воды и водно-цементной суспензии для получения оптимального эффекта необходимо включать непосредственно в технологическую схему перед бетоносмесителем.
  9. Экономический эффект от применения предлагаемой автором технологии подготовки жидкости затворения составляет от 3697115 до 5307115 рублей в год.

Основные результаты диссертации опубликованы

в рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень, определенный ВАК РФ:

  1. Гуюмджян, П. П. Влияние высокоскоростной обработки воды и водно-цементной суспензии на свойства бетона [Текст] / П.П. Гуюмджян, Е.А. Расцветова, Т.Г. Ветренко, Ф.А. Ваганов // Вестник МГСУ. – 2009. - Спецвып. 2. – М., 2009. – С. 146 – 152.
  2. Расцветова, Е. А. Механическая обработка воды затворения цементных систем [Текст] / Е.А. Расцветова, Т.Г. Ветренко // Научный вестник ВГАСУ. – 2010. – Вып. 2 (18) – Воронеж, 2010. – С. 70 – 75.
  3. Гуюмджян, П. П. Улучшение свойств бетона путём механической обработки воды затворения [Текст] / П.П. Гуюмджян, Т.Г. Ветренко, Е.А. Расцветова // Вестник ТГАСУ. – 2010. – Вып. 2. – Томск, 2010. – С. 154 – 161.

в прочих изданиях:

  1. Расцветова, Е. А. Влияние интенсивной обработки компонентов бетона на его свойства [Текст] / Е.А. Расцветова // Пятая научная конференция аспирантов и соискателей; Материалы конф. ИГАСУ. – Иваново, 2007. – С. 72 – 73.
  2. Расцветова, Е. А. Способы интенсивной обработки компонентов бетона [Текст] / Е.А. Расцветова, Т.Г. Ветренко, П.П. Гуюмджян. // Информационная среда вуза: Материалы XIV Междунар. н.-т. конф. ИГАСУ – Иваново, 2007. – С. 597 – 600.
  3. Ветренко, Т. Г. Влияние механической активации на свойства воды [Текст] / Т.Г Ветренко, Е.А. Расцветова, П.П. Гуюмджян // Ученые записки инж.-строит. факультета. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – Вып. 4. – С. 68 – 71.
  4. Расцветова, Е. А. Влияние совместной механической обработки компонентов на физико-механические характеристики бетонной смеси [Текст] / Е.А. Расцветова, С.В. Коканин, Т.Г. Ветренко // Ученые записки инж.-строит. факультета. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – Вып. 4. – С. 121 – 125.
  5. Коканин, С. В. Влияние физической активации воды затворения бетонной смеси на технологические свойства бетона [Текст] / С.В. Коканин, П.П. Гуюмджян, Е.А. Расцветова // Ученые записки инж.-строит. факультета. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – Вып. 4. – С. 98 – 100.
  6. Коканин, С. В. Перспективы внедрения технологии производства композиционных строительных материалов на активированной воде затворения [Текст] / С.В. Коканин, П.П. Гуюмджян, Е.А. Расцветова // Ученые записки инж.-строит. факультета. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – Вып. 4. – С. 101 – 104.
  7. Расцветова, Е. А. Воздействие механической активации воды затворения на свойства бетона [Текст] / Е.А. Расцветова, Т.Г. Ветренко, С.В. Коканин // Ученые записки инж.-строит. факультета. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – Вып. 4. – С. 118 – 121.
  8. Коканин, С. В. Исследования прочностных характеристик бетона, изготовленного на механически активированной водно-цементной суспензии затворения [Текст] / С.В. Коканин, П.П. Гуюмджян, Е.А. Расцветова // Информационная среда вуза. Материалы XV Междунар. н.-т. конф. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – С. 321 – 323.
  9. Коканин, С. В. Структурообразование и изменение свойств водных систем вследствие их активации [Текст] /С.В. Коканин, Е.А. Расцветова, П.П. Гуюмджян // Информационная среда вуза. Материалы XV Междунар. н.-т. конф. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – С. 324 – 326.
  10. Коканин, С. В. Технология интенсификации бетонных смесей на основе активации её компонентов [Текст] / С.В. Коканин, П.П. Гуюмджян, Е.А. Расцветова // Информационная среда вуза. Материалы XV Междунар. н.-т. конф. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – С. 311 – 314.
  11. Расцветова, Е. А. Совместная обработка компонентов бетона как способ воздействия на его технологические свойства [Текст] / Е.А. Расцветова, Т.Г. Ветренко, С.В. Коканин // Информационная среда вуза. Материалы XV Междунар. н.-т. конф. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – С. 315 – 318.
  12. Расцветова, Е. А. Способы активации водно-цементной суспензии [Текст] / Е.А. Расцветова, Т.Г. Ветренко, С.В. Коканин // Информационная среда вуза. Материалы XV Междунар. н.-т. конф. ИГАСУ. – Иваново, 2008. – С. 318 – 321.
  13. Коканин, С. В. Исследования наноструктурирования воды вследствие её механической активации [Текст] / С.В. Коканин, Е.А. Расцветова // Энергия молодых – строительному комплексу. Материалы всероссийской н.-т. конф. студентов, магистрантов, аспирантов, молодых ученых / Братский гос. ун-т – Братск, 2009. – С. 31 – 32.


Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.