Особенности приготовления и формования бетонных смесей на заполнителях с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц

Актуальность проблемы ресурсосбережения в строи" тельстве обусловлена тем" что ©-но является самой материалоемкой отраслью народного хозяйства. При этом особое место занимает производство бетонных и железобетонных изделий и конструкций, которые не только в настоящее время" но и в обозримой перспективе остаются основными строительными материалами. В общей стоимости материальных ресурсов, потребляемых в капитальном строительстве, стоимость бетона и железобетона достигает 25%, В этой связи совершенствование технологии бетона в направлении обеспечения ресурсосбе"* реженмя относится к важнейшим материаловедческим задачам.

Вопросы развития ресурсосберегающей технологии бетона, помим< экономических аспектов, имеют и большое экологическое значение. В настоящее время загрязнение окружающей среды промышленными отходами угрожает разрушением баланса биосферы — основы существования I всего живого на Земле. Функционирование промышленного производства с его катастрофическими выбросами привело к значительному преобразованию состава и характера круговорота веществ в большинстве водных бассейнов и частично в атмосфере, что реально угрожает здоровью населения.

При всей перспективности и научно-технической обоснованности разработки безотвальных и безотходных производств с замкнутыми технологическими циклами, реальное их осуществление в значительных объемах возможно лишь в весьма отдаленном будущем, так как дл этого требуются огромные затраты времени и материально-технических ресурсов, связанные с необходимостью модернизации и коренной реконструкции практически всех производств. Поэтому еще долгие го ды будет доминировать проблема утилизации отходов и побочных продуктов промышленного производства.

Строительство и, в частности, производство бетона и железобетона, как никакая другая отрасль народного хозяйства, наиболее г подготовлено для широкомасштабной утилизации самых разнообразны" промышленных отходов. Для ее осуществления, естественно, требуется дальнейшее развитие новых эффективных технологических решений.

Плодотворными трудами же скольких поколений отечественных и зарубежных ученых создана научная база общей технологии различных видов бетона. Вместе с тем, переход к рыночным отношениям выдвигает на передний план новые задачи, в том числе и в области производства бетона и железобетона. Специфика переходного периода находит свое отражение в таких формах как резкое удорожание добычи, переработки и транспортировки сырьевых материалов, разрыв сложившихся производственных связей и необходимость изыскания новых источников сырья, дефицит инвестиционных средств на ре 1 конструкцию и техническое перевооружение, потребность в снижении себестоимости для обеспечения конкурентоспособности выпускаемой продукции. В этих условиях особое значение приобретают вопросы научного обоснования и технического совершенствования технологических приемов, режимов и процессов, обеспечивающих возможность полной или частичной замены традиционных материалов для приготов ления бетона местным некондиционным сырьем и промышленными отходами без снижения качества конечного продукта, фи этом желательно получать бетонные и железобетонные изделия и конструкции на бзе местных заполнителей с максимально возможным использованием существующего технологического оборудования.

Щелью диссертационной работы является разработка споа бов получения бетонов на заполнителях с повышенным / А. 15%, содержанием пылевидных и глинистых частиц, не уступающих по прочностным и эксплуатационным свойствам бетонам на кондиционных заполнителях".

Научнаяновизна работы состоит в том, что:

— теоретически обоснована и экспериментально подтверждена принципиальная возможность выполнения пылевидными и глинистыми частицами заполнителя функций микронаполнителя в твердеющей системе и выявлены технологические условия, при которых эти функции эффективно выполняются;

— разработана методика оценки водопоглощающей способности порошкообразных промышленных отходов при контакте с бетонной смесью с использованием предложенного критерия К^, учитывающего соотношение между показателями максимальной капиллярной и максимальной молекулярной влагоемкостей порошкообразных сред;

— выявлена корреляция между предложенным критерием водопогло-щающей способности порошкообразных промышленных отходов и прочностными показателями получаемых бетонов- ^.

— разработан комплекс физико-химических воздействий на струк-турообразование бетона, заключающийся в обработке заполнителя водой затворения с добавкой отхода цроизводетва пентаэритрита ПФС на стадии приготовления смеси и удалении части воды затворения на стадии формования при осуществлении контакта бетонной смеси с порошкообразными промышленными отходами типа золы уноса ТЭС;

— комплексом методов физико-химического анализа / ДТА, РФА, пластометрия /, электрохимических коррозионных исследований и физико-механических испытаний установлено положительное влияние разработанных новых способов приготовления и формования бетонных смесей на прочностные и эксплуатационные свойства бетонов на заполнителях с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц".

Приоритетная новизна предложенных технологических решений защищена авторским свидетельством СССР № 137 718? «Способ формования бетонных изделий» и патентом Российской Федерации Ж 2 028 279 «Способ приготовления бетонной смеси» .

Достоверность полученных результатов обеспечена статистическими методами оценки ошибок эксперимента и вероятностной проверкой адекватности математических моделейиспользованием комплекса независимых методов физико-химического анализа, объясняющих природу изучаемых явлений, а также сопоставимостью экспериментальных данных с результатами производственной цроверки.

Практическое значение работы заключается в разработке технологических рекомендаций по применению новых способов приготовления бетонных смесей и формования изделий, обеспечивающих возможность расширения сырьевой базы производства и снижения себестоимости продукции за счет использования местных некондиционных заполнителей.

Апробация работы: основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях РГСУ /1992, 1993, 1995 гг/, зональной конференции «Проблемы мелиорации и экономики Юга России» /Новочеркасск, 1993 г/, международной конференции «Эффективные технологии и материалы для стеновых и ограждающих конструкций» /Ростов-на-Дону, 1.994 г/, областной конференции «Проблемы ирригации в Ростовской области» /Новочеркасск, 1995 г/, республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы отрасли» /Новочеркасск, 1996 г./, международной научно-практической конференции РГСУ /Ростов-на-Дону, 199? г/. ,.

Публикации: по материалам диссертации опубликованы работы: t. Авторское свидетельство № 1 377 187 СССР, МКИ В 28 В 11/00. Способ формования бетонных изделий / А. М. Питерский, А. И. Белов, Е.А.Шля-хова // Открытия, изобретения.- 1988. Jfi 8.

2. Невский В. А., Шляхова Е. А. Технология бетона на некондиционных заполнителях / деп. Л 1970 — 1393 от 14.07.93 ВИНИТИ.

3. Питерский А. М., Шляхова Е. А. Новый ресурсосберегающий способ приготовления бетонной смеси / Тез. докл. научно-теорет. конференции // Проблемы ирригации в Ростовской области.- Новочеркасск.- 1993. — С. 171.

4. Иузей Е. В., Питерский A.M., Шляхова Е. А. Ингибиторная защита арматуры в бетон" / Тез. докл. конф.// Проблемы мелиорации и экономики Юга России. — Новочеркасск. — 1993. — С. 169.

5. Питерский А. М., Шляхова Е. А. Повышение эффективности бетонов на некондиционных заполнителях / Международный сборник научных трудов // Повышение долговечности конструкций сельскохозяйственных зданий и сооружений. — Новосибирск: НГАУ. — 1994. — С. 24−27.

6* Питерский А.М." Шляхова Е. А. Совершенствование технологии приготовления строительных растворов на некондиционных песках / материалы международной научно-техн. конф. // Эффективные технологии и материалы для стеновых и ограждающих конструкций. — Ростов-на-Дону. — 1994. — С. 200−201.

7. Шляхова Е. А. Использование запыленных заполнителей в бетонах и растворах / *ез. докл. научно-теорет. конф. // А1роблемы ирригации в Ростовской области. — Новочеркасск. — 1995. — С. 147.

8. Патент В 2 028 279 РФ. МЕСИ С 04 В 28/04. Способ приготовления бетонной смеси / Питерский A.M. Федоров В. М., Пилипенко В. М., Шляхова Е. А., Лисконов A.A. // Открытия. Изобретения. -1995.-JS 4.

9. Питерский A.M., Шляхова Е. А., Васильев С. М. Эффективность использования пылевидных отходов в технологии бетона / Международный сб. научн. трудов // Эффективные материалы и конструкции для сельскохозяйственного строительства. — Новосибирск: НГАУ. — Т995.-94−97.

10. Васильева Р. В., Невский В.А." Шляхова Е"А. Ресурсосберегающая технология использования некондиционных заполнителей для: бетона / Тез. докл. республ. научно-практич. конф. // Актуальные проблемы отрасли. — Новочеркасск, 1996. — О. 102.

ТТ. Невский В. Ао, Шляхова Е. А. Особенности технологии на некондиционных заполнителях / Тез. докл. международной научно-практич. конф. РГСУ. — Ростов-на-Дону, 1997. — СГ. 19−20″.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 164 с. машинописного текста и содержит 34 табл., 30 рис., библиографический список из 145 наименований и 2 приложения, включающие акты производственных испытаний и внедрения результатов исследований в учебный процесс.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Предложено новое решение актуальной проблемы использования в бетоне заполнителей с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц путем предварительной их обработки в смесителе водой затворения с добавкой отхода производства пентаэритрита ПФС', а также формования смеси в условиях контактирования с тонкодисперсными техногенными материалами типа золы уноса ТЭС.

2. Установлено, что при двухстадийном способе приготовления бетонной смеси на заполнителях, содержащих от 4 до 15% пылевидных и глинистых частиц, последние в результате предложенной предварительной обработки выполняют функции микронаполнителя, благодаря чему на 15. .20% уменьшается предельное напряжение сдвига, на 35.40% снижается пластическая вязкость смеси и на 1,5.2,5 часа сокращается длительность индукционного периода формирования цементного камня.

3. Методами теории планирования эксперимента получены полиномиальные модели второго порядка, адекватно на 5%-ном уровне значимости описывающие зависимость прочности бетона на заполнителях с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц от расходов добавки ПФС и цемента при двухстадийном способе приготовления смеси: при расходах цемента от 250 до 550 кг/м3 дозировка добавки ПФС, по мере снижения содержания цемента в смеси, должна увеличиваться в пределах 2.4% от массы цемента в расчете на безводное вещество добавки.

4. Выявлено положительное влияние физико-химического воздейt ствия воды затворения с добавкой ПФС при разработанном новом двухстадийном способе приготовления бетонной смеси на заполнителях с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц на прочностные и эксплуатационные свойства получаемых бетонов: марочная прочность повышается на 40.50%9 коэффициент трещиностойкости возрастает на 25%, коэффициент стойкости при циклических агрессивных воздействиях увеличивается на 20%9 прирост прочности в возрасте Т245 суток достигает 20.25%".

5. Установлено, что часть избыточной воды затворения смесей на заполнителях с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц, характеризующихся высокой водопотребностью, может быть удалена при контакте формуемой бетонной смеси с тонкодисперсными техногенными материалами. Наибольший прирост прочности бетона за счет удаления избыточной воды затворения, порядка 45%, отмечается при контакте формуемой бетонной смеси с золой уноса Новочеркасской ГРЭС.

6. Выявлено, что водопоглощающая способность тонкодисперсных материалов при их контакте с бетонной смесью определяется величиной предложенного критерия Кв, отражающего соотношение между значениями максимальной молекулярной и максимальной капиллярной влагоемкостей порошков: для эффективного удаления избыточной воды затворения из формуемой бетонной смеси, используемый материал должен удовлетворять условию Кд ^ 10.

7. Между предложенным критерием водо поглощающей способности тонкодисперсных техногенных материалов, в условиях их контактирования с формуемой бетонной смесью, и приростом прочности получаемых бетонов установлена тесная взаимосвязь: величина коэффициента корреляции достигает 0,94.

8. На основе экспериментально-статистической модели зависимости интенсивности удаления избыточной воды затворения от условий контактирования бетонной смеси с тонкодисперсными техногенными материалами установлено, что наибольший эффект достигается в слое золы уноса Новочеркасской ГРЭС толщиной до 4 см в течение 25.-.30 мин., за счет чего обеспечивается увеличение прочности бетона в 1,5 раза, снижение открытой пористости на 25% и уменьшение усадки на 60%,.

9, Опытно-промышленная апробация разработанной технологии приготовления и формования бетонных смесей на заполнителях с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц в условиях производства фундаментных блоков типа ФБС подтвердила возможность получения изделий, полностью отвечающих нормативным требованиям, со снижением их материалоемкости на 25.

ТО" Разработанная новая ресурсосберегающая технология, включающая двухстадийное приготовление бетонной смеси с предварительной обработкой заполнителей с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц водой затворения с добавкой ПФС и формование в условиях контакта бетонной смеси с золой уноса Новочеркасской ГРЭС, позволяет снизить себестоимость продукции на 15% и получить годовой экономический эффект в размере 144,4 млн руб. в расчете на производственную мощность технологической линии по выпуску фундаментных блоков 5000 м³ в год.