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 | 4 || 6 |

Шлакощелочные вяжущие и бетоны с силикатными и алюмосиликатными минеральными добавками

-- [ Страница 5 ] --

Кремнезем в химически активной форме МК является активным участником образования камня. Аморфный кремнезем выводит катионную составляющую Са2+ из зерна шлака, что углубляет его гидролитическую деструкцию. Вывод Са2+ в твердую фазу смещает химическое равновесие между оксидами в сторону сохранения высокой концентрации Na2O, в результате чего последний продолжает диспергировать шлак до достижения равновесных условий концентраций компонентов, характерных для бездобавочной системы шлак-щелочь. Параллельно с этим, в результате катионного обмена 2Nа+Са2+, независимо от вида примененного щелочного компонента, образуется едкая щелочь. Высока вероятность связывания ею аморфным кремнеземом с образованием силикатов натрия, анионная составляющая которых аналогична гидратированным первичным продуктам деструкции алюмокремнекислородного каркаса и служит их дополнительным резервом. В комплексе все это способствует увеличению концентрации продуктов деструкции, объема образования щелочноземельных низкоосновных гидросиликатов на ранних стадиях твердения, армирующих дисперсионную среду и обеспечивающих камню повышенные прочностные характеристики, ускорению вывода гидрозолей в твердую фазу, развитию и усложнению конденсационной и коагуляционной структуры. Поэтому с добавками МК камень КШЩВ приобретает повышенные прочностные характеристики как при сжатии, так и изгибе, повышаются призменная прочность и модуль упругости бетона, содержание щелочи в составе труднорастворимых продуктов твердения. Повышение аморфным кремнеземом степени гидролитической деструкции шлака может использоваться для снижения расхода щелочного компонента. Структура образцов камня КШЩВ с добавками МК и ЦСП описывается моделью, структурными элементами которой являются дисперсионная среда пониженной по сравнению с контрольным составом основности и усиленный каркас, образованный продуктами взаимодействия аморфного кремнезема с щелочным компонентом и продуктами гидратации шлака (рис.17 в).

а) б) в) г)

д) е) ж)

Рис.16. Микрофотографии камня ШЩВ (а), КШЩВ с ОФС (б), КШЩВ с золой (в), КШЩВ с БКК (г), КШЩВ с МК (д),

КШЩВ с ЦСП (е), ШЩВ (ж)

*Примечание: рис.а-е образцов камня, изготовленных с затворителем из соды, ж – с затворителем из жидкого стекла

а) б) в)

Рис.17. Модели структур и структурных элементов камня КШЩВ с физически активными наполнителями (а),

физически и химически активными (б) наполнителями, химически активными модификаторами (в):

1 – шлак, 2 – физически активная добавка, 3 – физически и химически активная добавка,

4 – химически активный модификатор, 5 – дисперсионная среда, 6 – «развивающийся» межфазный слой, 7 – «взаимопроникающий» межфазный слой, 8 - каркас

При использовании как «физически», так и «химически» активных добавок реализуются оба механизма упрочнения с образованием волокнистого дисперсно-упрочненного композита, состоящего из дисперсионной среды, каркаса, частиц добавки и 2 видов контактных зон (рис.17 б). Механизм действия золы и БКК и формирования структуры более сложный, чем с мономинеральными и монофазовыми добавками, поскольку в структурообразовании помимо кристаллического и тонкодисперсного аморфного кремнезема принимают участие стекловидные частицы среднего и крупного размера. Частицы золы стекловидной структуры или аморфизированного глинистого вещества БКК ввиду высокой степени разупорядоченности структуры способны «замедленно» гидратироваться щелочью и образовывать собственные продукты взаимодействия с большей концентрацией кремнезема, обладающих вяжущими свойствами. В результате на границе дисперсионная среда – частицы стекловидной структуры формируется межфазный слой, который может быть охарактеризован как «взаимопроникающий» из-за более глубокого взаимодействия компонентов системы. В результате замедленной гидратации, со временем, начиная с поверхности, начинает происходить постепенное разрыхление щелочью структуры золы, переход продуктов реакции в коллоидную фазу, ее конденсация с формированием в результате оболочки, имеющей большую степень сродства со слоем ШЩВ, прилегающем к поверхности частиц золы. Это приводит к возникновению на более поздних стадиях дополнительного объема новообразований меньшей основности, взаимному проникновению слоев, возникновению контактов «срастания» и «врастания». Общая площадь границы раздела складывается из площадей «развивающейся» и «взаимопроникающей» контактных зон. В случае с добавкой из золы площадь «взаимопроникающей» контактной зоны больше площади «развивающейся» пропорционально содержанию кристаллической и аморфной фазы в золе, с добавкой БКК наоборот.

Выявленные при выполнении работы закономерности и установленные зависимости изменения свойств КШЩВ, растворов и бетонов на их основе, механизма процессов их структурообразования от влияния систем исследованных факторов, являются научными и экспериментальными основами управления структурой и свойствами композиционных шлакощелочных строительных материалов с силикатными и алюмосиликатными минеральными добавками.

В восьмой главе приведены сведения о ТУ и проектах ТУ на производство КШЩВ, результаты промышленной апробации шлакощелочных бетонов (ШЩБ) и расчета их экономической эффективности.

В 2006 году на заводе ЖБИ «Казметрострой» г.Казани были изготовлены 3 сегмента – блока кольца обделки тоннеля метрополитена. С целью снижения цементоемкости производства блоков обделки и строительства тоннеля метрополитена исследована возможности замены портландцемента на шлакощелочное вяжущее. Проведенный эксперимент показал, что разработанный на основе результатов исследований состав с затворителем – водным раствором жидкого стекла из ЦСП позволяет изготовлять железобетонные блоки колец тоннеля метрополитена, вполне соответствующих по предъявляемым к ним требованиям по прочности, водонепроницаемости и морозостойкости. В настоящее время блоки установлены в тоннель с целью мониторинга.

Расчет экономической эффективности разработанных КШЩВ показал, что в зависимости от вида добавки и затворителя рациональные составы вяжущих до от 30 до 70% дешевле портландцемента соответствующих марок.

Основные выводы.

1. На основе анализа научных, экспериментальных, технико-экономических и технологических разработок развиты научные представления о наполненных композиционных строительных материалах как управляемых системах, включающие учет: определяющих структуру и свойства факторов, классификацию наполнителей по составу и механизму влияния, топологические модели структуры, технологии совмещения компонентов и оценку эффективности наполнителей.

2. Разработаны теоретические и экспериментальные основы получения и управления структурой и свойствами композиционных шлакощелочных вяжущих с силикатными с содержанием кристаллической фазы 0 до 95-100% и алюмосиликатными с содержанием SiO2 + Al2O3 60-90% и аморфной фазы 17-65% при соотношении SiO2 : Al2O3 = (3,5-12,6):1 минеральными добавками природного и техногенного происхождения, растворов и бетонов на их основе. Развиты научные представления о механизмах твердения, структурообразования и формирования свойств камня композиционных шлакощелочных вяжущих с кремнеземистыми и алюмосиликатными добавками, взаимодействиях в системе шлак - щелочной компонент – минеральная добавка, направлениях повышения эффективности минеральных добавок в вяжущих системах и материалах на их основе.

3. Впервые выявлены закономерности и установлены зависимости изменения нормальной густоты и сроков схватывания, структуры и свойств камня композиционного шлакощелочного вяжущего от химического, минерального, фазового составов и дисперсности шлаков, кремнеземистых и алюмосиликатных добавок, их соотношения и способы совмещения, вида щелочного затворителя, условий и продолжительности твердения, определена значимость каждого из этих факторов в управлении свойствами теста и камня композиционных шлакощелочных вяжущих по группам химически инертных и активных минеральных добавок; определены диапазоны «эффективного» и «возможного» содержания добавок в составе вяжущего. Установлены коэффициенты эффективности добавок по влиянию на прочность камня вяжущих, которые в зависимости от вида и дисперсности компонентов и условий твердения имеют показатели в пределах для: кремнеземистых от 0,1 до 1,9; алюмосиликатных от 0,9 до 4,86.

4. Впервые установлены зависимости свойств камня, растворов и бетонов на основе ШЩВ от удельной поверхности в диапазоне 300-900 м2/кг и микрогранулометрии шлаков. Выявлено, что наибольшие показатели плотности и прочности и наименьшие по водопоглощению минеральная матрица ШЩВ приобретает при дисперсности шлаков 600-700 м2/кг. Этой тонкости помола соответствует распределение зерен шлакового стекла по размерам, при котором преобладающей является фракция размером 0-5 мкм, и ее количественное содержание превышает содержание фракции 5-10 мкм – в 1,5-1,7 раза для нейтрального шлака (2,1-2,4 для кислого), фракции 10-20 мкм – в 1,2-1,5 раза (1,7-2,2), фракции 20-100 мкм в 1,7-2,5 (2,3-3,3).

С помощью метода лазерной диспергации определены размеры частиц шлака, количественное содержание и соотношение фракций, при которых составы имеют свойства рядовых, высокопрочных, нормально-, быстро- и особобыстротвердеющих шлакощелочных вяжущих.

5. Определены эффективные способы совмещения шлака и добавок – при раздельном или совместном помоле, оптимальные параметры их диспергации. Для добавок, вводимых при раздельном измельчении, установлен рациональный уровень дисперсности при минимальной допустимой тонкости помола основного компонента шлака 300 м2/кг. Результаты исследования свойств составов, получаемых совместным измельчением, на основе результатов экспериментальных данных и математической модели, подтвердили вывод о соответствии максимальных прочностных характеристик искусственного камня Sуд дисперсной фазы КШЩВ - 600-700 м2/кг. Энергозатраты на помол разработанных составов не превышают, а в некоторых случаях ниже затрачиваемых на диспергацию шлаков до Sуд 300 м2/кг.

6. Наполнение минеральной матрицы из ШЩВ молотыми химически неактивными добавками КП и ОФС при Sуд, в 1,6-2,6 раза превосходящей Sуд шлака, позволяет заменить шлак в составе вяжущего до 50% без увеличения энергозатрат на помол компонентов и снижения прочностных характеристик относительно бездобавочного вяжущего с получением КШЩВ марок до 800 и ШЩБ классов до В60 (с повышенным до 20% модулем упругости).

7. Введение добавок тонкодисперсной золы позволяет решать задачи шлакозамещения до 50%, повышения прочности камня до 62%, снижения образования высолов, с получением КШЩВ марок до М500 и ШЩБ классов до В30 с активатором из карбоната натрия с повышенными призменной прочностью и до 40% модулем упругости. Выявлено, что влияние добавок золы на прочность камня КШЩВ усиливается с увеличением основности шлака, дисперсности золы до определенных пределов и температуры твердения КШЩВ. Установлено, что помол золы до дисперсности более 500-800 м2/кг нецелесообразен. Молотая сверхкислая зола при Sуд 200-800 м2/кг для ШЩВ представляет собой добавку, участвующую в структурообразовании камня как на ранних, так и на поздних стадиях твердения, и сочетающей свойства наполнителя и высокоактивного минерального модификатора.

8. Молотые добавки глин в обожженном состоянии в виде боя керамического кирпича, как и зол, сочетая свойства наполнителя и активной добавки, образуют диапазоны как «возможного» - до 60%, так и «эффективного» присутствия – до 30% в КШЩВ, снижают содержание свободной щелочи в теле бетона. Установлено, что совместный помол шлака и БКК способствует более полной реализации потенциальной активности добавки при формировании структуры и свойств камня КШЩВ. На активаторах из карбоната и силиката натрия разработаны составы рядовых, высокопрочных и особобыстротвердеющих бездобавочных и с добавками молотого боя керамического кирпича шлакощелочных бетонов марок по прочности от М300 до М1100, по морозостойкости от F300 до F800 и по водонепроницаемости W10-W25.

9. Впервые показана возможность комплексного применения карбонатно-кремнистых цеолитсодержащих пород для получения ШЩВ и КШЩВ, растворов и бетонов на их основе, в качестве эффективных минеральных модификаторов и сырья для производства растворов силикатов натрия. Установлена эффективность использования цеолитсодержащих добавок в области малых добавок – до 10% для повышения прочности КШЩВ с щелочными компонентами из силиката, карбоната и сульфата натрия, увеличения водостойкости. Получены КШЩВ с ЦСД с затворителем из сульфата натрия марками по прочности до М300, соды до М600, с силикатным затворителем до М900, КШЩВ с ЦСД на растворе соды с низкой плотностью 1,11 г/см3 марками по прочности до М500, шлакощелочные бетоны на основе КШЩВ с ЦСД с заполнителями из гранодиоритового щебня и кварцевого песка марками по прочности до М300, морозостойкости до F400, водонепроницаемости до W4 на сульфате натрия, М500, F500, W20 на соде, М800, F800, W25 на силикатных затворителях.

10. Установлено, что ШЩБ на основе КШЩВ с добавками из КП, ОФС, золы, БКК, ЦСП, имеют пониженные, но остающиеся тем не менее на высоком уровне, морозостойкость и водонепроницаемость.

11. Установлена высокая эффективность добавок МК для совершенствования свойств камня, растворов и бетонов на основе КШЩВ, заключающаяся в пластифицирующем действии, значительном повышении прочности с ранних сроков твердения с получением ШЩВ М500 и ШЩБ В30 при активации несиликатным щелочным компонентом – водным раствором соды, устранении высолообразования, повышении модуля упругости до 26%, призменной прочности, морозостойкости F700 и сохранении на уровне контрольного водонепроницаемости ШЩБ W20.

12. Впервые выявлено влияние кремнеземистых и алюмосиликатных минеральных добавок на фазовый и минеральный состав, микроструктуру камня КШЩВ. С помощью методов рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии установлено, что кремнеземистые и алюмосиликатные минеральные добавки способствуют более полному взаимодействию шлака и щелочного компонента, за счет увеличения глубины диспергации шлака, взаимодействия минеральной добавки с щелочным компонентом и продуктами гидратации шлака, способности добавки образовывать собственные элементы структуры камня КШЩВ, происходит увеличение объема новообразований, образование более равномерной, однородной, тонкозернистой структуры с меньшим содержанием усадочных микротрещин.

С помощью метода сканирующей электронной микроскопии выявлено, что в присутствии кремнеземистых добавок – ОФС, КП, МК, а также сверхкислой золы снижается основность состава новообразований как в контактной зоне матрицы и добавки, так и в межзерновом пространстве цементного камня.

13. Установлены закономерности изменения кубиковой и призменной прочности, модуля упругости, средней плотности, водопоглощения, водонепроницаемости и морозостойкости бетонов в зависимости от вида разработанных вяжущих и заполнителей. На основе выявленных закономерностей и установленных зависимостей разработаны вяжущие, растворы и бетоны:

  • нормально-, быстро- и особобыстротвердеющие композиционные шлакощелочные вяжущие марок до 1200,
  • бетоны на основе композиционных шлакощелочных вяжущих классов по прочности до В80, по морозостойкости до F800 и по водонепроницаемости до W25.

14. Проведены опытно-промышленные испытания шлакощелочного бетона с затворением раствором жидкого стекла и цеолитсодержащей породы с изготовлением железобетонных блоков кольца тоннеля Казанского метрополитена, по свойствам отвечающим проектным. Разработаны ТУ 57440-001-46140373-0007 и два проекта технических условий на производство КШЩВ с силикатными и алюмосиликатными минеральными добавками. Расчетная себестоимость 1-ой тонны КШЩВ в зависимости от вида шлака и затворителей и минеральных добавок и марки ниже стоимости бездобавочного ШЩВ более чем на 10% и на 30-70% стоимости портландцемента.

Основные положения и результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

I. В журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых ВАК:

1. Рахимова, Н.Р. Состояние и перспективные направления развития исследований и производства композиционных шлакощелочных вяжущих, растворов и бетонов / Н.Р. Рахимова // Строительные материалы. – 2008. - №9. – с.77-80.

2. Рахимова, Н.Р. Композиционные шлакощелочные вяжущие, растворы и бетоны на их основе / Н.Р. Рахимова // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. – Воронеж. - №4(12).-2008. – с.110-118.

3. Рахимова, Н.Р. Влияние добавок на марку композиционного вяжущего и свойства бетона на его основе / Н.Р. Рахимова // Промышленное и гражданское строительство. – 2008. - №5. – с.43-44.

4. Рахимова, Н.Р. Состав и структура камня композиционного шлакощелочного вяжущего с добавкой отработанной формовочной смеси / Н.Р. Рахимова // Известия ВУЗов. Строительство. 2008. - №1. – с.45-49.

5. Рахимова, Н.Р. Влияние добавок молотого боя керамического кирпича на состав и микроструктуру камня композиционного шлакощелочного вяжущего / Н.Р. Рахимова // Башкирский химический журнал. – 2007. – Том 14. - №4. – с.83-86.

6. Рахимова, Н.Р. Влияние добавок молотого кварцевого песка на кинетику твердения композиционного шлакощелочного вяжущего / Н.Р. Рахимова // Строительные материалы. – 2007. - №7. – с.78-79.

7. Рахимова, Н.Р. Шлакощелочные вяжущие с добавками молотого боя керамического кирпича / Н.Р. Рахимова // Известия КазГАСУ. - №2(8). – 2007. – с.83-88.

8. Рахимова, Н.Р. Влияние добавок молотых компонентов мелкозернистого бетона на свойства композиционных шлакощелочных вяжущих / Н.Р. Рахимова, Р.З. Рахимов, Г.А. Фатыхов, Д.П. Кузнецов // Известия ВУЗов. Строительство. – 2009. - №8. – с.11-15.

9. Рахимова, Н.Р. Использование доменных шлаков и боя керамического кирпича в производстве шлакощелочных вяжущих / Н.Р. Рахимова, Р.З. Рахимов // Экология и промышленность России. – 2008. - №4. – с.10-12.

10. Рахимова, Н.Р. Прочность камня композиционных шлакощелочных вяжущих с цеолитсодержащими добавками / Н.Р. Рахимова, Р.З. Рахимов // Известия КазГАСУ. – 2008. - №2(10). – с.131-134.

11. Рахимова, Н.Р. Композиционные шлакощелочные вяжущие и бетоны на их основе для транспортного строительства / Н.Р. Рахимова, Р.З. Рахимов, М.М. Рахимов // Транспортное строительство. – 2008. - №1. – с.24-28.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 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.