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 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Шлакощелочные вяжущие и бетоны с силикатными и алюмосиликатными минеральными добавками

-- [ Страница 3 ] --

ментированные нормативными документами, так и нестандартные, отвечающие современному уровню исследований и обеспечивающие необходимую глубину исследований - метод лазерной диспергации объекта, инфракрасная спектроскопия, спектрофотометрический и рентгенофазовый анализы, термогравиметрический анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия, оптическая и сканирующая электронная микроскопия.

В третьей главе изложены научные, экспериментальные, технико-экономические и технологические предпосылки получения и управления структурой и свойствами наполненных искусственных строительных композиционных материалов.

Производство большинства разновидностей ИСКМ сопровождается введением в их состав компонентов минеральных и органических природного и техногенного происхождения порошковых наполнителей. Введение наполнителей является одним из эффективных способов управления экономическими показателями, структурой, техническими и технологическими свойствами твердых, мягких и вязкотекучих ИСКМ, а также является одной из систем комплексного решения народнохозяйственных проблем ресурсо- и энергосбережения в производстве ИСКМ. Весьма широкая номенклатура тонкодисперсных модификаторов ИСКМ на основе минеральных, природных и синтетических органических вяжущих, керамических и металлических связок характеризуется как общими, так и индивидуальными особенностями и закономерностями влияния их на структуру и свойства.

Для эффективного использования этих закономерностей и особенностей для управления структурой, свойствами и технологией ИСКМ шлакощелочных композитов с кремнеземистыми и алюмосиликатными наполнителями являлось целесообразным исследование, отвечающее проблеме управления на основе ее стратегии и опыта решений.

Многочисленными исследованиями установлено, что введение наполнителей приводит к изменению в межфазном слое или полностью в объеме ИСКМ структуры, механических, гидрофизических, теплофизических свойств ИСКМ, повышению их непроницаемости, химической и радиационной стойкости, морозо- и жаростойкости, огнеупорности, сопротивления трещинообразованию в зависимости от вида вяжущих и наполнителей. При этом достигается изменение не одного из показателей структуры или свойств, а одновременное изменение комплекса показателей структуры и свойств ИСКМ, наполнители оказывают полифункциональное действие на структуру и свойства ИСКМ.

Механизм и степень влияния наполнителей на структурообразование и свойства ИСКМ зависят от их: химического, минерального и гранулометрического составов; структуры, фазового состояния, формы, дефектности, пористости, удельной поверхности, поверхностной энергии, природы и концентрации поверхностных центров, соотношения лиофильных и лиофобных участков мозаичной поверхности, взаимодействия между собой, кристаллохимического сродства, сорбционного и химического взаимодействия с элементами вяжущей системы. Механизм и степень влияния наполнителей на структурообразование и свойства ИСКМ зависят также от технологии механохимической, химической и других способов модификации наполнителей, совмещения их с вяжущими и другими компонентами, условий твердения ИСКМ. Эффективность модифицирующего влияния наполнителей на структуру и свойства ИСКМ зависят также и от вида вяжущего, его гранулометрического состава, вида затворителя и отвердителя, вида химической индивидуального и комплексного действия добавки.

В связи с тем, что задачами настоящей работы являлись исследования механизмов и закономерностей влияния порошковых тонкодисперсных минеральных наполнителей на структурообразование и свойства шлакощелочных ИСКМ был проведен системный общий анализ наполненных ИСКМ. Системный анализ наполненных ИСКМ как объектов управления включал в себя следующие аналитические блоки:

- факторы, определяющие структуру и свойства наполненных ИСКМ (рис.2);

- классификация наполнителей ИСКМ по признакам влияния на свойства ИСКМ;

- топологические модели структуры ИСКМ на основе различных вяжущих и наполнителей;

- технология совмещения наполнителей с основными компонентами ИСКМ;

- оценка эффективности наполнителей в формировании свойств ИСКМ.

Показатели состава: химический, минеральный, фазовый, гранулометрический, концентрация частиц наполнителя и распределение в ИСКМ Показатели структуры: форма, пористость, дефектность, способность к агрегации, кристаллохимическое сродство с элементами вяжущей системы Показатели поверхности: удельная поверхность, поверхностная энергия, природа и концентрация поверхностных центров, соотношение лиофильных и лиофобных участков мозаичной поверхности, рН поверхности Показатели взаимодействия: частиц наполнителя между собой, сорбционное, физическое и химическое взаимодействие с элементами вяжущей системы




Факторы влияния наполнителей

Факторы, определяющие структуру и свойства ИСКМ

Факторы влияния вяжущей системы Технологические факторы


Химико- минералогический состав вяжущего Грануломет-рический состав вяжущего Вид затворителя и отвердителя Вид химической добавки Вид пластификатора Технология механической, механохимической, химической и других способов активации наполнителей и вяжущих Технология совмещения наполнителя с вяжущим и другими компонентами сырьевой смеси Технология приготовления сырьевой смеси Технологи-ческие условия твердения: термические, термовлажностные, скорость подъема температуры и охлаждения, продолжительность изотермической обработки

Рис.2. Система факторов, определяющих структуру и свойства наполненных ИСКМ

Произведен системный анализ известных разработок и развиты научные предпосылки по классификации наполнителей по химическому и минеральному составам, механизму активности; энергетическому потенциалу, природе и концентрации поверхностных центров, адсорбционной активности, дисперсности; форме и рельефу поверхности зерен.

Наиболее известной в строительном материаловедении является классификация минеральных добавок на 2 вида: инертные и активные. Не образующие соединения, обладающие вяжущими свойствами, минеральные порошки принято называть инертными (или просто наполнителями), а образующие такие соединения – активными минеральными добавками. Очевидно, что это разделение является условным, так как все разновидности минеральных порошков влияют в той или иной мере на структуру и свойства ИСКМ и в связи с этим являются не просто, а полифункционально активными, но отличающимися по механизму влияния на структуру и свойства наполненных систем. В связи со всем вышесказанным в части классификации минеральных добавок к цементам их целесообразнее разделять не на «инертные» - «наполнители» и «активные» минеральные добавки, а на «химически активные» - образующие соединения с вяжущими свойствами и «физически активные» - не образующие соединений с вяжущими свойствами, но влияющие на структуру и свойства ИСКМ.

Рассмотрены известные и развиты научные представления о: топологических моделях структуры и структурных элементов ИСКМ в зависимости от содержания, дисперсности и механизма участия наполнителей в их структурообразовании; технологии совмещения наполнителей с основными структурообразующими компонентами ИСКМ. Проведен системный анализ известных исследований по оценке эффективности влияния наполнителей на свойства ИСКМ. Наиболее показательным, по мнению автора работы, в оценке эффективности наполнителей по влиянию на свойства ИСКМ является показатель эффективности, определяемый по отношению прочности камня вяжущего с наполнителем к прочности камня бездобавочного вяжущего.

В четвертой главе приведены результаты первого этапа экспериментальных исследований, посвященных определению возможностей управления свойствами минеральной матрицы из ШЩВ, растворов и бетонов на их основе, путем варьирования Sуд в пределах от Sуд=300 до 900 м2/кг и гранулометрического состава, с учетом химического состава шлака и затворителя, условий и продолжительности твердения.

Исследования влияния Sуд на свойства теста показали закономерное увеличение нормальной густоты и сроков схватывания теста ШЩВ с ростом Sуд шлаков, зависимости свойств носят линейный характер. Для зависимостей свойств камня ШЩВ от Sуд шлаков - средней плотности, водопоглощения и прочности, как при твердении в нормально-влажностных условиях, так и после ТВО, независимо от состава шлака, от Sуд, характерно наличие экстремумов в области Sуд 600-700 м2/кг (рис.3 а, б). Изменения плотности, водопоглощения и прочности камня ШЩВ во времени описываются логарифмическими зависимостями (рис.3 в, г). В возрасте 1 и 3 сут прочность образцов от Sуд уменьшается в ряду 900 > 600 > 300 м2/кг, 14 сут – 600 > 900 > 300 м2/кг, а 28 сут 600 > 300 > 900 м2/кг.

Анализ распределения частиц по размерам проб шлака с соответствующей Sуд в выбранном диапазоне (рис.4, 5) позволил прийти к следующим выводам:

- при увеличении Sуд доменных гранулированных шлаков наибольшие изменения происходят в содержании частиц размером <5 мкм и 20-100 мкм;

- прочность камня ШЩВ возрастает с увеличением содержания частиц разме-

а) б) в) г)

Рис.3. Зависимости средней плотности, водопоглощения (а), прочности (б) от Sуд шлака составов на основе: 1 – шлака и ж.ст. (ТВО); 2 – шлака ж.ст. (28 сут); 3 – шлака соды (ТВО); 4 – шлака и соды (28 сут); Зависимости средней плотности, водопоглощения (а), прочности (б) от Sуд шлака и продолжительности твердения составов на основе: 1 – шлака с Sуд=300 м2/кг и ж.ст.; 2 - шлака с Sуд=600 м2/кг и ж.ст.; 3 - шлака с Sуд=900 м2/кг и ж.ст.; 4 - шлака с Sуд=300 м2/кг и соды; 5 - шлака с Sуд=600 м2/кг и соды; 6 - шлака с Sуд=600 м2/кг и соды

а) б)

Рис.4. Результаты лазерной диспергации шлака ОХМК при Sуд=300-900 м2/кг:

а) фракционный состав; б)дифференциальные кривые распределения

а) б) в)

Рис.5. Распределение частиц шлака ОХМК по размерам

при Sуд=300 м2/кг (а), 600 м2/кг (б), 900 м2/кг (в)

ром <5 мкм;

- установленной стандартами минимально допустимой Sуд шлаков – 300 м2/кг соответствует большое содержание частиц ~40% размером 20-100 мкм, создающих межзерновую пустотность;

- увеличение содержание частиц размером <5 мкм более 40% вызывает32,5-начало их агрегирования;

- рост прочности во времени обеспечивают частицы шлака размером 20-100 мкм;

- оптимальные структурные характеристики, высокие плотность упаковки зерен и прочность камня ШЩВ на основе нейтральных и слабокислых шлаках, в условиях твердения при ТВО и НВУ, равномерный и стабильный рост прочности во времени достигаются при измельчении шлаков до 600-700 м2/кг и следующем количественном соотношении фракций шлака: до 5 мкм ~ 46,2%; 5-20 мкм – 39,8-49,5%; 20-100 мкм – 15,1-19%.

Увеличение марочной прочности при увеличении Sуд до оптимальной растворов (ШЩР) составило М400–М500 на соде, М700-М1000 (шлак ЧМК) и М800-1100 (шлак ОХМК) на жидком стекле, бетонов (ШЩБ) М300-М500 (на соде), М600–М900 (шлак ЧМК) и М700-1000 (шлак ОХМК) на жидком стекле. Однако, с ростом Sуд с 300 до 600-700 м2/кг понижаются морозостойкость и водонепроницаемость ШЩБ в общих диапазонах от F600-800 до F400-500, W20-25 до W10-15. Полученные результаты по установлению взаимосвязи скорости твердения камня КШЩВ с размером зерна шлакового стекла, были использованы для разработки составов рядовых, высокопрочных, нормально-, быстро- и особобыстротвердеющих шлакощелочных вяжущих, и их рациональных составов с минеральными добавками оптимальной микрогранулометрии при минимальных энергозатратах.

В четвертой главе приведены результаты исследований КШЩВ, растворов и бетонов, с кремнеземистыми минеральными добавками.

Кварцевый песок (КП) и отработанная формовочная смесь (ОФС).

В соответствии с принятой в работе классификацией КП и ОФС являются «физически» активными добавками. Результатами исследований влияния способа совмещения шлака с КП и ОФС, размалываемости компонентов и затрат на помол, выявлена целесообразность получения такого вида КШЩВ путем раздельного помола шлака с последующим тщательным перемешиванием. В исследованиях применялся шлак с Sуд 300 м2/кг и добавки с Sуд от 200 до 800 м2/кг. Водопотребность теста КШЩВ с введением добавок и увеличением их содержания значительно не увеличивается. Сроки схватывания КШЩВ при содержании добавок до 10-20% от массы вяжущего не изменяются, либо незначительно сокращаются, а при увеличении содержания до 60% - удлиняются в 2-3 раза. Плотность камня КШЩВ с введением добавок снижается до 8,1%, водопоглощение повышается до 28%.

Исследование влияния группы факторов на прочность камня КШЩВ с добавками молотых добавок КП и ОФС выявило, что незначительное повышение прочностных характеристик наблюдается с повышением температуры твердения образцов, заменой добавки КП на ОФС и увеличением основности шлака. Определяющей предельную концентрацию молотых «физически» активных добавок и формирование прочности камня КШЩВ является дисперсность добавки. Установлено, что активность молотых добавок в составе КШЩВ начинает проявляться при дисперсности, более чем в 1,6 раза превышающей Sуд шлака (рис.6). Это связано со структурообразующим и структурирующим влиянием частиц размером <5 мкм, содержание которых при измельчении КП и ОФС с 200 до 500 и 800 м2/кг увеличивается в 4,5 раза и составляет более 30%. Введение добавок с оптимальной дисперсностью прочности камня не повышает, но позволяет осуществить замену шлака до 50% («возможный» диапазон) с ее сохранением на уровне бездобавочного.

а) б)

Рис.6. Влияние содержания и дисперсности ОФС на прочность

камня КШЩВ (ОХМК, сода): а) в НВУ, б) после ТВО

Установлено, что энергозатраты на получение КШЩВ с более тонкодисперсной минеральной добавкой как минимум не превышают затрат на помол бездобавочного вяжущего, поскольку добавки имеют в 2-2,3 раза большую размалываемость.

Важным показателем эффективности использования минеральных добавок является их влияние на прочность вяжущих в длительные периоды твердения. Результаты исследований влияния добавок на развитие прочности во времени показали, что введение молотых добавок КП и ОФС снижают темпы нарастания прочности в первые 3-7 суток твердения на величину до 20%, к 28 сут КШЩВ практически сравниваются с контрольными (рис.7), а в более поздние сроки твердения по прочности превосходят их (рис.8). Прочность образцов КШЩВ с добавкой КП, прошедших ТВО, повысилась за год твердения на 24% (до 68,3 МПа), а бездобавочного вяжущего на 15%. Прочность вяжущего с добавкой КП, твердевшего в нормально-влажностных условиях (НВУ), повысилась с 51,2 до 75,5 МПа (на 47%), а бездобавочного на 33%. Прочность КШЩВ на основе шлака ОХМК с добавкой ОФС повышается за год на 24% после ТВО, и на 48% при твердении в НВУ. У образцов, изготовленных на шлаках меньшей основности прирост прочности незначительно выше.

Рис.7. Кинетика набора прочности Рис.8. Прирост прочности образцов камня ШЩВ

камня КШЩВ: 1 – КШЩВ с МК; и КШЩВ с на основе шлака ОХМК с кремнеземистыми

2 – ШЩВ; 3; КШЩВ с КП и ОФС добавками за период твердения до 1 года

На содовом затворителе с добавками молотых КП и ОФС до 50% получены на содовом затворителе КШЩВ марок 400, силикатном – марок 800, соответственно, бетоны классов В25 и 60. В присутствии добавок повышается модуль упругости ШЩБ на 25% снижается призменная прочность на 15-20%, морозостойкость с F600 до F400, водонепроницаемость с W20 до W6 ШЩБ, высолообразование остается на уровне бездобавочных составов.

Микрокремнезем. Малые добавки «химически» активного кремнезема в виде техногенного МК оказывают комплексное положительное воздействие на свойства теста, камня, растворов и бетонов на основе КШЩВ, заключающееся в пластифицирующем, упрочняющем с ранних сроков твердения, «связывающем» эффектах.

Водопотребность теста с добавками МК до 20% снижается с 24,9-25,8% до 18,7-19,4%, сокращение сроков схватывания составляет 1,3 – 2 раза.

Для химически активной добавки оптимальная концентрация и «упрочняющий» эффект добавки определяется условиями твердения, основностью шлака и временем предварительной выдержки образцов перед ТВО. При твердении в НВУ введение МК позволяет повысить прочность ШЩК на 37% при использовании шлака ОХМК и на 27% при использовании ЧМК (рис.9). При твердении в НВУ предельно допустимое содержание МК составило 7% при использовании шлака ОХМК и 5% - ЧМК.

При твердении образцов в условиях ТВО введение МК в ШЩВ позволяет повысить прочность камня (ШЩК) на 105% (до 115 МПа при содержа-

нии добавки 4%) при использовании шлака ОХМК.

Рис.9. Влияние добавки МК на прочность

камня КШЩВ при твердении

в НВУ и после ТВО

рении щелочным компонентом – водным раствором соды. Установлено снижение содержание свободной щелочи на 25%, повышение модуля упругости ШЩБ до 26%, призменной прочности, морозостойкости F700 и сохранение на уровне контрольного водонепроницаемости ШЩБ W20.

В пятой главе приведены результаты исследований свойств КШЩВ, растворов и бетонов, с алюмосиликатными добавками – золой, боем керамического кирпича (БКК), цеолитсодержащими добавками (ЦСД).



Pages:     | 1 | 2 || 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.