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 || 3 |

Строительные смеси на основе продуктов утилизируемого керамзитобетона.

-- [ Страница 2 ] --

Как видно из этой таблицы, кинетика набора прочности образцами характерна для вяжущих класса романцемента, причем с увеличением содержания пластифицирующей добавки скорость набора прочности уменьшается. При этом в интервале 4-7 суток имеет место явно выраженный минимум отношения значения прочности смеси с двухпроцентным содержанием С-3 в порошке по отношению к значению прочности при однопроцентном содержании С-3. Это объясняется существенным вкладом эффекта гидролиза в системе в это время. Сопоставление двух способов внесения пластифицирующей добавки в твердеющую смесь, а именно, введение добавки на стадии помола в сухом виде и с водой затворения показало, что в первом случае прочность цементного камня увеличивается не менее чем в 3…4 раза.

На следующем этапе работы исследована возможность совместного структурообразования смеси измельченного керамзитобетона (ИКБ) и портландцемента (ПЦ).

Прочностные показатели строительной смеси из керамзитобетона, полученной при введении добавки С-3 в процессе помола, и кинетика набора прочности этими образцами с добавкой портландцемента иллюстрируется данными табл.4.

Таблица 4

Влияние соотношения по массе измельченного керамзитобетона и портландцемента на кинетику набора прочности и нормальную густоту строительной смеси

Количество портланд-цемента, % Молотый керамзитобетон +1% С-3 Нормаль- ная густота, % Прочность на сжатие, МПа
Время твердения, сутки
3 7 14 28
0 100 16,1 8,5 15,3 16,9 22,9
5 95 19,0 10,1 18,3 20,3 36,6
10 90 22,0 9,7 16,9 21,3 42,2
15 85 23,0 11,3 19,9 23,8 48,8
20 80 25,0 11,4 20,3 26,4 40,0
25 75 26,0 12,3 20,5 28,8 44,4
30 70 26,3 11,5 20,7 24,4 36,1
35 65 26,6 11,7 22,9 33,8 35,5
40 60 26,8 13,8 27,3 34,4 51,1
45 55 26,8 13,4 33,3 41,6 55,0
80 20 27,2 22,6 47,1 79,8 95,6
100 0 27,6 25,1 50,0 82,2 102,2
К.Б.+2% С-3
0 100 17,4 12,3 21,6 35,0 37,7
5 95 17,6 12,0 23,7 37,7 28,8
10 90 17,7 15,2 22,9 48,8 42,7
15 85 17,9 16,4 24,1 47,2 43,8
20 80 17,9 16,7 26,8 53,3 47,0
25 75 18,0 24,3 27,3 62,2 55,7
30 70 18,4 20,5 30,0 51,1 47,0
35 65 18,6 15,8 40,0 49,1 57,7
40 60 19,0 18,8 41,1 65,0 62,0
45 55 19,3 19,6 42,2 55,5 53,3
80 20 27,0 23,4 47,6 80,4 98,0

Из таблицы видно, что если добавкой в ИКБ служит портландцемент, то содержание последнего не должно превышать 15%. При использовании в качестве добавки измельченного керамзитобетона его содержание в соответствии с ГОСТом должно находиться в пределах до 20%. При этом прочность цементного камня ухудшается не более чем на 6%.

Эксперименты проводились с целью физико–химического моделирования строительной смеси с использованием портландцемента Топкинского завода Кемеровской области и керамзита, полученного из суглинков Родионовского месторождения Томского района. Портландцемент по химическому составу колеблется в довольно широких пределах, что определяется особенностями используемого сырья и спецификой применения материала).

Химический состав обычного ПЦ находится в пределах (масс. %): CaO 64-68, SiO2 21-24, Al2O3 4-7, Fe2O3 2-4, прочее (MgO, SO3, R2O) 1,5-3,0. Содержание основных ингредиентов Топкинского портландцемента полностью соответствует указанным пределам.

Керамзит, получаемый вспучиванием при быстром обжиге исходного сырья, обычно содержит 67-71% SiO2, 13-16% Al2O3 до 3% CaO, 3,5-5,0% щелочей, 3,5-10,0 Fe2O­3 и 1,0-2,0% органических примесей. Химический состав (масс. %) суглинков Родионовского месторождения: SiO2 - 65,64; Al2O3 – 13,65; CaO – 5,43; Fe2O3 –2,87; SO3 – 1,87; Na2O + K2O – 3,07; MgO – 5,19; П.п.п- 2,32.

 На рис. 2 представлена диаграмма CaO-Al2O3-SiO2. -1

На рис. 2 представлена диаграмма CaO-Al2O3-SiO2.

Рис.2 Положение на диаграмме системы

CaO-Al2O3-SiO2 областей примерных

составов доменных основных (А)

и кислых (Б) шлаков, алюмосиликатных (В)

и высокоглиноземистых (Г) шлаков и

портландцемента (Д),

измельченного керамзитобетона (ИКБ).

Положение поля ИКБ на диаграмме подтверждает повышенную кислотность системы. Это предопределяет особенности ее минерального состава и физико-химических свойств.

По результатам рентгенофазового анализа (рис. 3) установлено, что кроме обычных клинкерных минералов в составе негидратированного ИКБ представлены -CS, гидратированные двухкальциевый силикат – C2SH (гиллебрандит) и метасиликаты – C3S3H (ксонотлит), тоберморит – CSH и гиролит – C2S3H2.

 ентгенограмма-2

Рис. 3 Рентгенограмма негидратированного измельченного керамзитобетона

Присутствуют также реликтовый кварц и новообразованный кальцит. Вторичный карбонат кальция пронизывает в виде микрозернистых агрегатов буквально весь объем цемента, трещины в керамзитовых гранулах и обволакивает зерна кварца с входящими углами, что иллюстрируется на представленных микрофотографиях шлифов (рис. 4,5,6). Кальцит на микрофотографиях, полученных с тщательно изготовленных прозрачных шлифов, диагностируется по форме зерен и характеризуется высокими цветами интерференции.

 Микроструктура-3

Рис. 4. Микроструктура керамзитобетона увеличение 120х

Рис.5. Микроструктура керамзитобетона увеличение 60х

Рис.6. Микроструктура керамзитобетона увеличение 30х

В результате на диаграмме равновесия (рис.2) область состава керамзитоцемента перемещается в собственное поле ИКБ.

Минералого-петрографическое изучение процессов гидратации цементов с применением микроскопии ведется с 30-тых годов ХХ века. Результаты использования поляризационного микроскопа позволили впервые открыть трехкальциевый силикат как главную минеральную составляющую портландцемента и явились важной основой для развития теории твердения в целом.В рамках исследуемой темы была поставлена задача изучения механизма гидратации модифицированного керамзитоцементного теста. Для ее решения использована поляризационная микроскопия, РФА, ДТА а также стандартные аналитические методы контроля качества цементного камня.

Теоретически наиболее развитыми являются три основных механизма гидратации при твердении цементов. Кристаллизационный механизм основан на том, что гидратация обусловлена растворением исходных минералов в результате чего, образуются пересыщенные растворы, из которых формируются стабильные гидратные новообразования.

В соответствии с двумя другими механизмами гидратация осуществляется топохимическим путем в результате проникновения в кристаллическую решетку исходного минерала молекул воды или их непосредственного присоединения к поверхностно гидратируемому материалу.

Все три механизма объединяет то, что гидратация происходит на молекулярно-ионном уровне, и ее кинетика определяется химическим и фазовым составом новообразований, влиянием добавок и поверхностной активностью. В керамзитоцементе важная роль принадлежит тонкодисперному кварцу. На микрофотографиях видны в основном остроугольные призматические зерна кварца, сформированные в результате диспергирования исходного керамзитобетона что приводит к более плотной упаковке микроструктуры (рис. 7,8).

 икрофото ИКБ николи Х, увел. 600х-4

Рис.7 Микрофото ИКБ николи Х, увел. 600х Рис.8 Микрофото ИКБ Без анализатора увел.500х

С точки зрения теории растворов на процесс кристаллизации решающее значение оказывает их концентрация. Степень пересыщения раствора определяет кинетику зародышеобразования и скорость роста кристаллов (рис. 9).

 ависимость скорости -5

Рис.9 Зависимость скорости

зародышеобразования

(Vз) и скорости роста кристаллов

(Vрк) от степени пересыщения,

- пластичность, поле1-метастабильная

зона низкой , поле 2- метастабильная

зона высокой . Область оптимального

пересыщения заштрихована.

Анализ зависимости скорости зародышеобразования (Vз) и скорости роста кристаллов (Vрк) показывает, что для формирования наиболее прочного сростания кристаллогидратных агрегатов необходима оптимальная величина начального пересыщения, при котором кристаллогидраты заполняют усадочные пустоты. При недостатке пересыщения количество кристаллов не успевает заполнить весь объем. В этих условиях корректировка величины пересыщения достигается введением в систему определенного количества затравки. Для исследуемого вяжущего роль последней выполняют тонкодиспергированные зерна кварца и агрегаты керамзита. Присутствие этих затравок кристаллизации, пересыщенных кремнеземом, обеспечивает процесс начала формирования кристаллических сростков и получения наиболее прочного материала при меньшем пересышении.

В исследуемой системе величина начального пересыщения должна быть повышенной, что приводит к необходимости твердения смеси в воздушно-влажных условиях вплоть до 7 суток, что подтверждается экспериментальными данными, приведенными в табл.3.

Вокруг зерен кварца и по их поверхности видно развитие реакционных каемок тоберморитовых агрегатов волокнистого строения в изотропном коллоидном кремнегидрогеле (рис.10).

 икроструктура гидратиро- ванного-6

Рис.10 Микроструктура гидратиро-

ванного ИКБ. Зерно кварца (белое)

с тоберморитом в кремнегидрогеле.

Увеличение 1000х Николи Х.

В исследуемой системе величина начального пересыщения должна быть повышенной, что приводит к необходимости твердения смеси в воздушно-влажных условиях вплоть до 7 суток, что подтверждается экспериментальными данными, приведенными в табл.3.

В составе гидратированного ИКБ с помощью оптической микроскопии, рентгенофазового анализа (рис.11) и дифференциально-термического метода анализа (рис. 12) выявлены следующие фазы: двухкальциевый силикат (C2S) практически полностью гидратирован с образованием C2SH; трехкальциевый алюминат превращен в низкосульфатную форму гидросульфоалюмината кальция с четким эндоэффектом в интервале 100-320С; метасиликат кальция в результате гидратации представлен, в исследуемой системе, тоберморитовым гелем, у которого эндоэффект ДТА соответствует 120С.

 Рис11,12 ентгенограмма-7

Рис11,12

Рис.11 Рентгенограмма гидратированного керамзитобетона

Рис. 12 Термограмма гидратированного керамзитобетона

Установлено, что использование полученного продукта в качестве 20% добавки в портландцемент приводит к изменению минерального состава выраженного на значимом уровне, обеспечивающем увеличение сульфатостойкости, водостойкости и солестойкости при сохранении прочности и атмосферостойкости.

Положительные эффекты обусловлены развитием более однородной субмикроструктуры в течении длительного времени.

Выполненные исследования свидетельствуют о том, что использование некондиционного керамзитобетона в практике стройиндустрии обеспечивает экономию природных сырьевых ресурсов и является экологически обоснованным. С целью оптимизации использования материала от избирательного демонтажа и разборки зданий нами выполнены исследования по эффективности использования получаемого продукта в составе сухих строительных смесей, поскольку организация такого производства не требует громоздкого технологического оборудования и может быть осуществлено в локальном масштабе.

При проведении эксперимента использовались песок кварцевый гидронамывной Вознесенского месторождения Томской области с модулем крупности 1,8 и максимальной крупностью зерен 2,5 мм; мел марки МТД 2 фракции менее 0,16; тонкоизмельченный утилизируемый керамзитобетон М50 с удельной поверхностью 250-300 м2/кг; зольная микросфера фракции менее 0,08 мм, образуемая при сжигании угля на ТЭЦ; цемент Топкинского завода марки ПЦ 400. Исследовалось влияние зернового состава песка на свойства смеси и затвердевшего раствора. Причем мелкая фракция песка последовательно заменялась мелом, зольной микросферой и измельченным керамзитобетоном. Для получения сравнительных данных использовалась равноподвижная цементно-песчаная смесь с постоянным расходом цемента, равным 20% от массы смеси и постоянным суммарным расходом заполнителя и наполнителя, равным 80%. Подвижность растворной смеси оценивалась по стандартной методике (ГОСТ 28013-98) и составляла Пк8.

Для оценки влияния природы фракционного состава наполнителей на свойства растворов были приняты следующие характеристики: водоцементное отношение, водоудерживающая способность, средняя плотность затвердевшего раствора, прочность при сжатии.

В природных гидронамывных песках содержание тонкодисперсных фракций недостаточно. В исследованиях в качестве таких материалов применялся мел, зольная микросфера и тонкоизмельченный керамзитобетон. Вид, тонкость помола, содержание наполнителя оказывают существенное влияние на технологические и эксплуатационные свойства смесей. Для изучения влияния вида тонкодисперсного материала и содержания его в растворной смеси на основные параметры, обеспечивающие качество строительного раствора, был проведен полнофакторный эксперимент и установлены оптимальные составы растворных смесей

(табл. 5).

 На рис. 13-15 приведены основные-8

На рис. 13-15 приведены основные физико-механические свойства растворных смесей и растворов, характеризующих параметры качества оптимальных составов.

картинка

Представленные результаты демонстрируют, что замена мелкодисперсной фракции песка мелом и измельченным керамзитобетоном в составе растворных смесей улучшает водоудерживающую способность и способствует существенному повышению прочности и плотности затвердевшего раствора, а также смеси. Значительное повышение прочности строительных растворов с введением добавки

мела можно объяснить с позиций формирования прочности структур твердения карбонатонаполненных цементов, а именно физико-химического взаимодействия тонкодисперсного карбоната кальция с продуктами гидратации цемента и образованием кристаллов гидроалюмината кальция, которые могут служить “зародышами кристаллизации” и хорошей эпитаксиальной подложкой новых соединений.

Изменение в лучшую сторону свойств затвердевшего раствора при введении до 20% молотого керамзитобетона объясняется присутствием в этом вторичном сырье гидратированных и негидратированных компонентов цементного камня, которые могут самостоятельно проявлять вяжущие свойства. Наличие примесей обожженной глины и поверхностно активированных зерен кварца в тонкоизмельченном керамзитобетоне способствует повышению химической и гидратационной активности.

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о целесообразности введения в состав сухой строительной смеси измельченного керамзитобетона.

В качестве другого направления исследована возможность применения некондиционного керамзитобетона в смесях, обеспечивающих защиту строительных сооружений от действия влаги. В качестве второго компонента смеси на стадии помола использован отход обогащения природного цеолита Салтымаковского месторождения Кемеровской области, измельченный до размера частиц менее 5 мм. Полученный продукт нагревался до температуры

110 0С, что обеспечивает удаление гигроскопической воды из фрагментов цеолита для повышения сорбционной емкости системы. В смеси с измельченным керамзитобетоном в соотношении 1:1 прочность сформировавшегося камня имеет значение не менее 10…15 МПа, а его сорбционная емкость возрастает по сравнению с исходным ИКБ до 2…3 раз. Это сообщает смеси новое потребительское качество- возможность эффективного использования в строительных объектах специального назначения для предотвращения замачивания материала несущих строительных конструкций. При этом долговечность строительных объектов существенно повышается за счет обеспечения эффективного транспортирования влаги предложенной системой из материала несущих конструкций во внешнюю среду.

Основные выводы по работе



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.