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 |

Цементные композиты на основе магнитно- и электрохимически активированной воды затворения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МАТВИЕВСКИЙ Александр Анатольевич

ЦЕМЕНТНЫЕ КОМПОЗИТЫ

НА ОСНОВЕ магнитно- и электрохимически

активированной ВОДЫ ЗАТВОРЕНИЯ

Специальность 05.23.05 Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук



Иваново 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева».


Научный руководитель: Член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор Ерофеев Владимир Трофимович
Официальные оппоненты: Советник РААСН, доктор технических наук, профессор Акулова Марина Владимировна, кандидат технических наук, доцент Постникова Ирина Викторовна
Ведущая организация: Институт химии растворов РАН (г. Иваново)

Защита состоится 2 июля 2010 г. в 10.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 212.060.01 при ГОУВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 153037, г. Иваново, ул. 8-го Марта, д. 20, ауд. Г-204. [www.igasu.ru].

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 1 июня 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, к.т.н., доцент Н. В. Заянчуковская

Общая характеристика работы


Актуальность темы. В современных условиях, несмотря на разработку новых строительных материалов и изделий на полимерных и других связующих, одним из самых динамичных среди рынков строительных материалов является рынок потребления бетонов на основе цементного вяжущего. Совершенствование технологий в строительстве, обеспечение долговечности и надежности работы конструкций и сооружений, предъявляет все более высокие требования к качеству применяемых при их возведении бетонов. В этой связи разработка эффективных композитов на цементных связующих, обеспечивающих улучшение их эксплуатационных показателей и снижение материалоемкости, является важной задачей в области строительного материаловедения.

В настоящее время существует широкий спектр технологических приемов, позволяющих целенаправленно регулировать структуру, а, следовательно, и свойства цементных композитов, одним из которых является использование воды, применяемой для затворения, подвергнутой обработке электромагнитным воздействием. Работы многочисленных авторов в этом направлении позволяют утверждать, что при этом статистически достоверно возрастает прочность бетонных изделий, значительно снижается их газопроницаемость, улучшается пластичность и удобоукладываемость бетонной смеси. Несмотря на перспективность данного направления, на сегодняшний день оно не получило широкого развития вследствие невысокой воспроизводимости результатов, связанной с отсутствием стандартных аппаратов для электромагнитной обработки воды. Вместе с этим до настоящего времени не установлены факторы, обеспечивающие ясность протекающих физико-химических процессов в ходе активации (обработки) воды затворения электрическим током и магнитным полем. До настоящего времени расплывчато понятие «активированной» воды, что в конечном итоге, сказывается на корректности технологических процессов, где используется «активированная» вода. Отсюда следует, что исследования технологии получения цементных композитов с применением активированной воды в процессах, направленных на повышение качества строительных материалов и их конкурентоспособности, являются актуальной задачей.

Цель и задачи исследования

Цель исследований заключается в научном обосновании и практическом использовании приемов и методов, обеспечивающих улучшение физико-технических свойств бетонных смесей, цементных бетонов и строительных изделий на их основе при использовании водных растворов, используемых для затворения, активированных электрохимическими и электромагнитными методами.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

1. Установить зависимости изменения свойств цементных связующих от способа активации воды затворения, количественного содержания химических добавок и наполнителей.

2. Установить основные закономерности структурообразования строительных композитов на основе цементных вяжущих и активированных водных растворов, используемых для затворения бетонов.

3. Изучить влияние магнитного поля и электрохимических процессов, а также их совместного воздействия на структуру и свойства воды, водных растворов с пластифицирующими и другими добавками.

4. Исследовать основные физико-технические свойства растворных и бетонных смесей и затвердевших композитов на основе активированных водных растворов.

5. Разработать комплекс приборов и оборудования для магнитной и электрохимической активации водных растворов, используемых для затворения бетона.

6. Разработать рациональную технологию изготовления композитов на цементных вяжущих и активированной воде затворения и строительных изделий на их основе, обладающих повышенной прочностью и долговечностью.

7. Разработать технологию электрохимической обработки воды в производственных условиях, обеспечивающую стабильность процесса при изготовлении бетона и осуществить внедрение технологии при изготовлении строительных изделий.

Научная новизна.

Обоснована и реализована возможность получения эффективных цементных композитов на основе воды затворения, подвергнутой электрохимической и магнитной обработке.

Впервые разработаны практические аппараты для электрохимической и магнитной активации воды, позволяющие активировать воду с наперед заданными свойствами и контролировать процессы активации. Выявлена роль природы анода при электрохимической обработке.

Исследованиями методом ИК-спектроскопии установлено, что воздействие магнитного поля и электрического тока способствует изменению структуры водных растворов, определена роль электрохимических процессов

Впервые оптимизированы режимы электрохимической активации воды затворения композитов на основе цементных связующих с позиций получения материалов с улучшенными физико-техническими свойствами.

Установлены количественные зависимости изменения физико-механических и эксплуатационных свойств цементных композитов, приготовленных на активированной воде затворения, от основных структурообразующих электрохимических факторов.

Практическая значимость работы. Разработана технология получения растворных и бетонных смесей на основе активированной воды, рекомендуемая для использования на заводах ЖБИ без изменения существующих технологических линий; разработан комплекс приборов и оборудования для электрохимической активации воды затворения, позволяющий контролировать процессы активации и получать водные растворы с заданными параметрами.

Получен комплекс данных о влиянии активированной воды затворения, а так же добавок различной природы на физико-технические свойства цементных систем (бетонных смесей и затвердевших материалов).

Полученные результаты позволяют решать энергетические, экономические и экологические проблемы, связанные с производством строительных материалов на цементном вяжущем.

Новизна практических разработок подтверждена 5 авторскими свидетельствами и патентами.

На защиту выносятся.

– Показатели свойств цементных материалов (паст, растворов, бетонов) составленных с применением активированных электрическим током и магнитным полем водных растворов.

– Параметры процесса активации водных растворов, их влияние на процессы структурообразования, показатели качества цементных материалов, оптимальные значения этих параметров.

Данные об активационном действии обработки электрическим током и магнитным полем водных растворов на свойства цементных материалов (паст, растворов, бетонов).

Реализация работы. Результаты исследований использованы при изготовлении бетонных смесей, а также железобетонных изделий на ОАО «Ростокинский завод железобетонных конструкций» г. Москвы, ЗАО «Подольский ДСК» г. Подольска Московской области и ОАО «Завод ЖБК-1» г. Саранска.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2005 г.); «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2006 г.); «Проблемы строительного комплекса России» (г. Уфа, 2007 г.); «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2007 г.); «Сырьевые ресурсы регионов и производство на их основе строительных материалов» (г. Пенза, 2007 г.); «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (г. Пенза, 2007 г.); «Расширение жилищной сферы городов» (г. Москва, 2008 г.), «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (г. Пенза, 2009 г.); «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2009 г.), «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» (г. Саранск, 2010 г.), «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ (в том числе две статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 5 авторских свидетельств и патентов).

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы, приложений; содержит 186 листов машинописного текста, 26 рисунков, 24 таблицы, 10 приложений.

Диссертационная работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева.

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. доценту Митиной Е. А. за оказанную помощь и научные консультации по отдельным разделам диссертационной работы.

содержание работы

Во введении обосновываются актуальность выбранной темы, цель и задачи исследований, формулируются научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

Первая глава содержит аналитический обзор литературных данных, посвященных вопросам структурообразования и технологии получения композитов на цементных связующих с применением различных методов активации, в том числе активированной воды затворения.

Твердение бетонов связано с прохождением ряда сложных химических и физических явлений. Типичными реакциями, характерными для портландцемента, являются реакции гидратации, протекающие с присоединением воды. Каждый минерал портландцемента реагирует с водой и дает различные новообразования. Во время твердения выделяется стадия образования теста, которое в конце второй стадии переходит из вязкопластичного в камневидное состояние. На первой стадии происходят разрушение молекулярной структуры частиц твердых веществ, разупорядочение движения молекул, распад системы ионов. На второй стадии твердения портландцементного теста образуются кристаллическая (сросшиеся между собой кристаллогидраты) и гелевая части цементного камня. В протекании множества реакций определяющую роль играют свойства воды в присутствии образующихся ионов.

Цементные композиты, представляют собой искусственные материалы, составленные из двух и более мономатериалов с резко различными свойствами и приобретающие в результате такого сочетания комплекс новых свойств, не присущих исходным материалам.

Свойства их микроструктуры определяются явлениями, протекающими в контакте жидкой и твердой фаз, т.е. зависят от количественного соотношения цемента, воды и наполнителей, дисперсности и физико-химической активности последних.

Микроструктура цементного камня может быть охарактеризована такими структурными составляющими, как кристаллический сросток, тоберморитовый гель, не до конца гидратированные зерна цемента и поровое пространство. Кристаллический сросток образован сросшимися друг с другом кристаллами гидроалюмината, гидросульфоалюмината и гидросульфоферрита кальция, а также гидрата окиси кальция.

В зависимости от начального водоцементного отношения, вещественного состава цемента и условий, при которых формируется начальная структура цементного камня, в нем могут образовываться поры разных размеров. На строение порового пространства цементного камня наибольшее влияние оказывает водоцементное отношение. Испарение воды в начальные стадии твердения бетона является одной из основных причин образования в его структуре пор и микрокапилляров. При этом известно, что повышение степени гидратации в ранние сроки способствует существенному уменьшению доли микрокапилляров.

Показано, что регулирование процесса структурообразования цементных композитов наряду с подбором оптимальных структурных показателей через использование различных добавочных компонентов (химические добавки, наполнители определенной крупности и активности) возможно посредством применения различных технологических приемов, одним из которых является активизация твердения вяжущих. Методы активизации различаются по виду воздействия: механические помол цемента в сухом или влажном состоянии; химические обработка поверхности наполнителей и заполнителей, введение различных добавок, предварительная гидратация цемента; температурные пропаривание, обогрев в водной или масляной средах горячими газами и т.д.; электрофизические основанные на взаимодействии компонентов обрабатываемых смесей с электрическим током или магнитным полем различного вида и интенсивности.

Большой вклад в развитие научных представлений о твердении цементных композиций, структурообразовании композитов, в том числе с активированными компонентами, внесли И. Н. Ахвердов, Ю. М. Баженов, В. Г. Батраков, Ю. М. Бутт, Г. Р. Вагнер, И. М. Грушко, Г. Д. Дибров, Ф. М. Иванов, В. И. Калашников, В. И. Классен, П. Г. Комохов, Н. Н. Круглицкий, А. В. Лагойда, О. П. Мчедлов-Петросян, А. Ф. Полак, В. Б. Ратинов, П. А. Ребиндер, И. А. Рыбьев, Л. Б. Сватовская, М. М. Сычев, В. В. Тимашев, Н. Б. Урьев, А. В. Ушеров-Маршак, С. В. Федосов, М. В. Акулова, А. Ф. Юдина, Дж. Бернал, Р. Лермит, и другие отечественные и зарубежные ученые. Авторы указывают, что при электрофизической активации происходит увеличение скорости протекания реакций растворения, зародышеобразования, кристаллизации за счет изменения межмолекулярных сил, критических размеров зародышей и работы их образования.

Значительное внимание в современной технологии бетонов уделяется исходному состоянию жидкости затворения, которая во многом определяет технологические свойства бетонной смеси. В этой связи были проанализированы различные способы активации воды и показано, что затворение бетона магнитоактивированной водой интенсифицирует процессы растворения и гидратации цемента в ранние сроки твердения, приводит к уменьшению пористости, повышает прочность, морозостойкость и устойчивость к воздействию воды и разных химических агентов, что позволяет снижать расход цемента при приготовлении бетонов. Эффективность обработки воды возрастает при сочетании ее с другими технологическими приемами: применение для омагничивания деаэрированной воды; омагничивание совместно с электрическим током и т.д. На физико-механические свойства бетона при данных способах активации оказывают влияние плотность и частота электрического тока, напряженность магнитного поля.

Попытки внедрения данных способов активации воды с помощью модельных вариантов активаторов в технологии приготовления бетонов в производственных условиях часто приводили к нестабильным результатам. В настоящее время отечественной промышленностью стали выпускаться различные установки для противонакипной обработки водных систем и безреагентной подготовки воды, относящиеся к электромагнитно-волновым аппаратам, работающим на постоянном токе. Сделан вывод об актуальности исследований в лабораторных и производственных условиях процессов электрохимической обработки воды (ЭОВ), разработки и использования установок (ЭОВ) в технологии приготовления цементных композитов, а так же изучение процесса электрохимической обработки воды с целью стабилизации качественных результатов процесса приготовления бетонов на производстве.

Во второй главе приведены цели и задачи исследований, характеристики применяемых материалов, аппаратуры и оборудования для активации воды, описаны методы экспериментальных исследований.

В качестве вяжущих при изучении строительных материалов и изделий использовались: портландцемент М500 (для приготовления сухих строительных смесей и бетонов) соответствующий ГОСТ 1017885, и портландцемент М500 CEM I42.5 (для изделий с повышенным сроком службы).

В качестве химических добавок применяли комплексную добавку для бетонов и растворов «Реламикс» (ТУ 5870-002-14153664–04) и пластификатор «Полипласт СП-3» (ТУ 5870-006-58042865–05) производства ООО «Полипласт».

В качестве наполнителей использовались порошки на основе кварца и белемнита.

В качестве мелкого заполнителя применялся песок ЗАО «Балашейские пески» Сызранского района Самарской области со следующими характеристиками: насыпная плотность 1 331 кг/м3, содержание пылевидных и глинистых частиц 2,8 %, влажность 2,8 %, модуль крупности – 1,49. Крупным заполнителем служил гранитный щебень фракции 520 мм Сибайского карьера со следующими характеристиками: насыпная плотность 1 449 кг/м3, содержание пылевидных и глинистых частиц 1,2 %, влажность 0,6 %, содержание зерен слабых пород 1,5 %, марка по дробимости 1200.

Для получения электрохимическиактивированной воды, применялись разработанные авторские установки магнитной обработки воды УПОВС-1 «Максмир» и аппарат электроактивации АЭ-1,0/6 «Максмир». Установки УПОВС-1 «Максмир» (рис. 1) представляют собой многокамерные электромагнитно-волновые аппараты, работающие на постоянном токе. Общая протяженность всех рабочих зазоров установки, по которым движется вода, достигает нескольких метров. На всем этом протяжении вода подвергается непрерывному регулируемому воздействию магнитного поля различной напряженности с чередующимися по направлению векторами магнитной индукции, электрического тока.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 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.