Установлено, что независимо от изменения значе­ний максимальных и минимальных радиусов пор при различных добав­ках, эффективный радиус пор к 28-суткам твердения приближается к значению 10,7-11,0 нм, что близко к размеру неоднородности специально синтезированных гидросиликатов кальция.

Критерием сульфатостойкости служит коэффициент сульфатостойкости, определяемый отношением прочности при сжатии образ­цов, подверженных сульфатным воздействиям к прочности контроль­ных образцов. По результатам 12 месячного испытания видно, что добавки заметно увеличивают сульфатостойкость образцов, коэффициент стойкости их во всех отрезках времени выше, чем у контрольных.

Среди цементов с добавками сравнительно наибольшей степени разрушения подвержены образцы, изготовленные с добавкой КМ-3К. Рентгенографические исследования цементного камня с добавкой КМ-3К показали, что в образцах, подвергавшихся сульфатному воздействию через 6 мес появляется эттрингит (d=0,973; 0,561; 0,277; 0,256; 0,221 нм). С увеличением сро­ка действия сульфатной агрессии количество эттрингита заметно увеличивается. Об этом свидетельствует возрастание интенсивнос­ти аналитической линии d = 0,973 нм. В результате появляются внутренние напряжения, вызывающие трещины и разрушение цементного камня.

Прирост прочности бетона в воде при длительном хранении связан с образованием новых цементирующих веществ, то есть, с возникновением и действием эффекта Раско. Несмотря на это, коэффициент сульфатостойкости бетонов на основе вяжущих с добавками КМ-3Б и КМ-3К 360 сут составляет 0,79 и 0,84.

Критерием стойкости образцов в атмосфере является коэффициент атмосферостойкости цементного камня, выраженный отношением предела прочности испытанных после соответствующих сроков хранения образцов в атмосфере к прочности контрольных (твердевших в нор­мальных условиях при 90 % влажности) образцов.

К числу факторов атмосферного происхождения относятся попе­ременное увлажнение и высушивание, воздействие СО2 и измене­ние температуры. В 180 - суточном возрасте наблюдается повышение прочности образцов по сравнению с 90-суточным. При этом предел прочности растворных образцов с добавками больше, чем у контроль­ных на 9,3-12,5 МПа. Повышение прочности в этом возрасте, по-ви­димому, объясняется воздействием сначала дождливого весеннего, а затем сухого и жаркого летнего климата (образцы поставлены на испытание в начале апреля месяца). В весенний период образцы за счет дождя насыщаются влагой, что благоприятствует гидрата­ции негидратированных минералов. Это подтверждается тем, что на рентгенограммах всех образцов в возрасте 90 сут присутствуют линии негидратированных минералов клинкера, интенсивность этих линий уменьшается пропорционально возрасту твердения.

Исследована морозостойкость бетонов и растворов состава 1:3,5 (вяжущее: песок). Коэффициент стойкости образцов характери­зовался числом циклов, при котором потеря прочности составляет не более 25 %, а массы - не менее 5 %.

Результаты исследований показали, что пос­ле 50 циклов замораживания и оттаивания коэффициент стойкости образцов почти одинаков. Через 100 циклов прочность контрольных образцов (без добавок) имеет тенденцию к снижению. При этом коэффициент стойкости снижается на 17%, а потеря массы состав­ляет 2%. Коэффициент стойкости образцов с добавкой снижается на 5-8%. После 150 циклов замораживания и оттаивания коэффициент стойкости растворных образцов с добавками составляет 0,78-0,9. При этом сравнительно низкий коэффициент стойкости у образцов с добавкой КМ-3К. Известно, что микротвердость контакта портландцемента с карбонатными породами ниже или же со временем несколько понижается в сравнении с микротвердостью контакта портландцемента с кварцевым наполнителем. Это обстоятельство проявляется при попеременном замораживании и оттаивания, так как проникая в нарушаемую зону контакта, вода при замерзании увеличивается в объеме, и по-видимому, наиболее интенсивно разрушает структуру цементного камня.

Коэффициент морозостойкости бетона М 300 на основе вяжущих с добавками КМ-3Б и КМ-3Ш через 200 циклов составляет соответственно 0,85 и 0,90, а бетона на основе цемента без добавки – 0,80. Потеря массы бетонных образцов через 200 циклов составляет 1-1,5 %.

Таким образом, наибольшей сульфато - и морозостойкостью обладают мате­риалы на основе вяжущих с добавкой КМ-3Ш. Это объяс­няется их однородной микропористой структурой с наименьшим разбросом значений радиусов микропор. Модифицирующее действие комплексных добавок на микроструктуру цементного камня растет в зависимости от вида минеральных составляющих карбонат → кварц → железосодержащий или КМ-3К→ КМ-3Б→ КМ-3Ш и в такой же последовательности увеличивается долговечность бетонов и растворов на их основе.

6 Особенности технологии и процессов твердения бетонов на основе малоклинкерных вяжущих в различных условиях твердения

В целях ускорения твердения бетона на основе модифицированных малоклинкерных вяжущих применяется тепловлажностная обработка изделий. Исследовано влияние основных параметров тепловлажностной обработки изделий на их прочность: температуры прогрева, температуры изотермической выдержки и продолжительности изотермической выдержки.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Наибольшая прочность бетона на основе модифицированных многокомпонентных вяжущих с добавкой КМ-3К достигается при температуре изотермического прогрева – 90 оС и составила 27,5 МПа, при 70 оС прочность 24,5 МПа, а при 60 оС – 21,5 МПа, т. е. набирает более 70 % марочной прочности. При температуре тепловлажностной обработки выше 90 оС набор прочности практически не наблюдается. Оптимальной температурой тепловлажностной обработки бетона исследуемых составов является температура 80 оС.

Продолжительность изотермической выдержки изделий на исследуемом бетоне также оказывает влияние на его прочность при сжатии. Наибольшая прочность бетона достигается при 80 оС и изотермической выдержке при данной температуре – 9 ч. Прочность бетонов на основе модифицированных многокомпонентных вяжущих при этом составила 23,5-25,0 МПа. При той же температуре и 6-и часовой выдержке прочность бетона с добавкой КМ-3К составляла - 21,0 МПа или 70 % проектной прочности, а для бетонов с добавками КМ–3Ш и КМ-3Б оптимальными является соответственно 7 и 8 часовые выдержки изотермического прогрева.

Наряду с тепловлажностным способом термообработки бетонов на основе многокомпонентного вяжущего была проведена гелиотермообработка изделий. Известные и широко применяемые способы гелиотермообработки бетона осуществляются с использованием покрытий и с применением светопрозрачных теплоизолирующих покрытий (СВИТАП), хорошо зарекомендовавших себя при высокой плотности солнечной радиации. Безобогревное твердение изделий с использованием внутреннего тепловыделения гидратирующегося цемента, широко распространенное за рубежом, пока у нас почти не применяется. Альтернативным решением задачи интенсификации твердения бетона является энергосберегающая технология использования солнечной энергии с применением гелиотермообработки, особенно актуальная для многих регионов Казахстана с сухим и жарким климатом.

При рассмотрении особенностей технологии бетона в условиях сухого жаркого климата необходимо выделить два аспекта: выбор материалов и способов бетонирования, определяющих физико-механические свойства бетона и долговечность сооружений. Основные требования к цементам, применяемым в бетонах в условиях сухого жаркого климата, сводятся к следующим:

-  цемент должен быть высокомарочным (марка не ниже 400), быстротвердеющим;

-  нормальная густота цементного теста не должна превышать 27 %;

-  начало схватывания должно наступать не ранее 1,5 ч от начала затворения.

Модифицированные малоклинкерные вяжущие с использованием отходов цветной металлургии удовлетворяют вышеприведенным требованиям. Примененные в них химические добавки не замедляют, как обычно, а ускоряют их темпы твердения, не повышают нормальную густоту теста вяжущего.

Исследованы влияния уровня влагопотерь свежеформованной бетонной смеси и повторного вибрирования на прочность бетона. В экспериментах приняты следующие условия твердения и уплотнения:

- нормальные воздушно-влажностные условия (Вв) – температура 20 ±2 °С, относительная влажность более 90 %;

- воздушно-сухие условия (Вс) – температура 30±5 °С, относительная влажность 50±10 %;

- предварительный обдув сформованных изделий в течение 1 и 2 ч горячим воздухом (ПОГВ);

Уплотнение бетонной смеси проводится двумя способами:

а) однократное вибрирование в течение 30 с;

б) трехкратное вибрирование по 30 с интервалами 20 мин.

Анализ полученных данных показывает, что прочность бетонов твердевших в воздушно-сухих условиях, характерных для сухого жаркого климата, при однократном вибрировании составляет 63-68 %. Предварительный обдув изделий горячим воздухом в течение 1 и 2 ч существенного результата не дает. Снижение прочности бетона, твердевшего в воздушно-сухих условиях, объясняется протеканием физических деструктивных процессов, определяющее место среди которых занимает пластическая усадка. В нормальных условиях твердения деформация бетона безопасна, но с повышением температуры среды и снижением ее влажности негативное действие деформации возрастает.

Предварительный обдув горячим воздухом и трехкратное вибрирование по 30 с с интервалами 20 мин значительно повышает прочность бетонов твердевших в воздушно-сухих условиях. При обдуве горячим воздухом в течение одного часа и трехкратном вибрировании по 30 с с интервалами 20 мин прирост прочности достигает до 37 %, а при обдуве в течение двух часов – 52-57 %.

За оптимальный срок повторного вибрирования принято время достижения кривой темпа пластической усадки – 1-1,5 ч.

Начальные влагопотери отрицательно сказываются на прочностных свойствах бетона, твердевшего в нормальных условиях. При этом влагопотеря (9-10 %) снизила прочность бетонов с комплексными добавками на 5–10 %. При предварительном обдуве поверхности бетона горячим воздухом в течение 2 часов влагопотеря составляет 18-20 % и снижение прочности бетона 15-25 %.

Положительно влияет на прочность бетона, твердевшего в воздушно-сухих условиях предварительный обдув поверхности бетона горячим воздухом и повторное вибрирование. Если прочность бетона с начальной влагопотерей 9-10 % составляет 15-25 %, то после начальной влогопотери 20 % прочность бетона увеличивается до 50%.

Установленные отличия процессов твердения бетона в различных условиях, видимо, связано с наличием или отсутствием пластической усадки и соответственно темпами структурообразования в исследуемых условиях твердения.

Экстремальный характер зависимости прочности бетона от уровня начальных влагопотерь связан с соотношением между последним и количеством свободной гравитационной влаги в системе. Количественное совпадение между ними обеспечивает экстремум прочности.

Коэффициент ускорения твердения бетона М200 при тепловлажностной обработке по режиму 2+6+2 ч составляет 0,61-0,70, а бетона М300 по режиму 2+4+1 ч – 0,62-0,74. Коэффициент ускорения твердения по отношению к классу по прочности на сжатие составляет для всех составов 0.8-0,94 (выше 0,7), т. е. они могут применяться для предварительно напряженного железобетона.

Коэффициент ускорения твердения бе­тонов М200, твердеющих по режиму 2+6+2 ч при температуре 85 ºС, составил 0,73 - 0,79; для бетонов М300, твердеющих по режиму 2+4+1 ч при t=65 ºС составляет 0,73 - 0,84. Коэффициент относительной прочности бетонов после тепловлажностной обработки составляет 0,98-1,06. Предложен­ный режим обеспечивает более качественную термообработку бетона, что подтверждается ко­эффициентом вариации его прочности после тепло­влажностной обработки – 6,1-7,8 % и после 28 сут твердения 6,0-7,5 %.

Таким образом, тепловлажностная обработка бетона с предварительной подсушкой и повторным вибрированием бетонной смеси перед ее проведением обеспечивает структурообразование стабильнее всех других рассмотренных выше ре­жимов твердения.

■

Полученные результаты экспериментов позволили рекомендовать рациональные способы изготовления и тепловлажностную обработку бетона на малоклинкерном вяжущем в условиях сухого жаркого климата.

После уплотнения бетонной смеси, уложенной в форму, изделие предварительно выдерживают в течение 1,5-2 ч (зависит от водовяжущего отно­шения). В процессе ого предварительного выдерживания над поверхностью изделия создают условия для конвективного тепломассообмена продолжитель­ностью 3/4 общего времени предварительного выдерживания. После удаления 25% воды затворения изделие прекращают обдувать и оставляют в спокойной среде в течение 0,3-0,5 ч для выравнивания влагосодержания по сечению и затем подвергают повторному вибрированию.

После повторного уплотнения бетонной смеси на поверхность изделия наносят 30 %-ный раствор СДБ (ЛСТ) из расчета 0,2 % от массы вяжущего.

Обработанное 30 %-ным раствором СДБ изделие далее подвергали тепловлажностной обработке по режимам 2+6+2 при t= 85 °С или 2+4+1 при t=65 °C.

В сухую жаркую погоду можно использовать гелиотермообработку под СВИТАП. В качестве светопрозрачных покрытий могут быть применены полиэтиленовые пленки, органическое стекло, стекло витринное. Суточная прочность бетонов, твердеющих пол покрытием СВИТАП составляет 55-60 % от проектной марки.

Физико-механические и строительно - эксплуатационные свойства бетонов на малоклинкерном вяжущем, твердевших в условиях сухого жаркого климата определяли по стандартным методикам.

Следует отметить, что деформативность бетона на многоком­понентном вяжущем сопоставима с деформативностью бетона на портланд­цементе из-за действия перекрестных эффектов. Если особен­ности гидратации малоклинкерного вяжущего с преобладанием продуктов гидратации в виде низкоосновных гидросиликатов и микропор, способствуют интенсивному развитию уса­дочных деформаций, то экранизирующее действие дислоцированных на по­верхности зерен вяжущего модифицирующая добавка снижает количество адсорбционно связанной воды, компенсируя развитие сил капиллярной контракции.

Снижение деформативных свойств бетона после тепловлажностной обработки связано с укрупнением гидратных новообразований и увеличением средней крупности пор, а также со снижением его фактического В/В, а следовательно формированием более плот­ной структуры, Отмеченное повлияло и на повышение морозостойкости бетона.

Соотношение между экспериментальным значением предела прочности бетона на осевое растяжение и кубиковой прочностью бетона удовлетворительно описывается формулой Фере : RBt =0,5 R.

Тепловлажностная обработка бетона после предварительной подсушки и повторного вибрирования повышает его морозостойкость.

Бетон, твердеющий в условиях сухого жаркого климата, подвер­жен значительным влагопотерям, формирующим его структуру с развитой от­крытой пористостью. Кроме этого, как установлено выше, пониженное содержание портландита в твердеющем многокомпонентном вяжущем приво­дит к снижению рН жидкой фазы бетона и нарушению пассивации бетона. Однако портландит в присутствии С-3 образует органоминеральный ком­плекс, замедляющий пуццолановые реакции, что поддерживает рН среды на уровне, достаточном для обеспечения пассивного состояния арматуры.

Таким образом, системы на основе малоклинкерного вяжущего обладают достаточной сульфатостойкостью. Преимущество модифицированных малоклинкерных вяжущих заключается в том, что при гидратации алюминаты кальция взаи­модействуя с карбонатами кальция и магния, входящими в состав добавки КМ-3К, образуют труднорастворимые гидрокарбоалюминаты (ЗСаО·А12Оз·СаСОз·

(МgСОз)∙11Н2О), повышающие коэффициент сульфатостойкости вяжущего.

7 Опытно-промышленная проверка и внедрение результатов исследований

Производство железобетонных изделий по поточно-агрегатной технологии с использованием модифицированных многокомпонентных вяжущих внедрено на комбинате «Ачполиметалл». Результаты испытаний подтвердили возможность получения из рядового цементного клинкера (активность до 42,0 МПа) модифицированное малоклинкерное вяжущее марок 500 и 550, отвечающее требованиям ГОСТ 10178.

Опытно-промышленная проверка в условиях сухого жаркого климата технологии бетона на основе многокомпонентного вяжущего с ис­пользованием отходов цветной металлургии проведена на полигоне производственной базы НПП «Техностроймат». Тепловлажностную обработку изделий проводили по режиму 3+6+2 ч при t=75-80 °С. После тепловлажностной обработки тяжелый бетон класса В7,5 набрал 82 % проектной прочности.

Производство модифицированных малоклинкерных вяжущих и бетонов классов В7,5; В15; В 25 внедрено в (п. Тенгиз, Атырауская область) и ТОО «Real Industrial» (г. Алматы). Бетоны соответствовали всем требованиям нормативов и использованы для изготовления подстилающего слоя фундаментных блоков и дорожных плит. Фактическую среднюю прочность и показатели однородности прочности бетонов определяли согласно ГОСТ 18105.0. Коэффициент вариации тяжелых бетонов классов В7,5 и В15 соответственно составляет 5,58 и 4,25 %.

Применение модифицирующих комплексных добавок позволяет снизить расход вяжущего в бетонах классов В7,5; В15 и В25 соответственно на 30, 60 и 80 кг/м3. Предполагаемый экономический эффект от внедрения данной технологии производства бетона класса В25 в РБУ с одного кубического метра бетона составляет – 3759,4 тенге или при годовом объеме 10 тыс. м3 бетона составляет – тенге.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации представлены новые научно-обоснованные результаты разработки технологии производства модифицированных малоклинкерных цементных систем, обеспечивающие решение важной научно-практической проблемы энерго - и ресурсосбережения.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации, полученные лично автором при выполнении диссертационной работы, заключаются в следующем:

1. Разработаны химико-технологические основы применения некоторых отходов цветной металлургии Казахстана в качестве минеральных составляющих комплексных добавок модифицированных вяжущих. Показано, что комплексные добавки значительно повышают скорость гидратации сили­катных минералов C3S и b - C2S. Степень гидратации камня C3S через 28 сут твердения составляет 50 %, а с добавкой 15 % ШЦП и 20 % ОБОФ и 30 % ОКОФ соответственно - 54; 58,4 и 52,4 %. Оптимальная дозировка суперпластификаторов Сикамент-FF-N или С-3 для C3S и b - C2S соответственно составляют 0,97 % и 0,22 % от массы мономинералов.

2. Установлено, что стеклообразный шлак цинкового производства, имея в своем составе оксид железа, подвергается растворению и гидролизу при нормальной температуре. Продукт гидратации C3S - портландит катализирует процесс взаимодействия ШЦП с водой, повышая рН среды. В результате этого частицы добавки покрываются тонкой пленкой гелеобразного гидроксида железа и кремниевой кислоты. Большая удельная поверхность и высокая клеющая способность геля, говорят об их цементирующей способности. При оптимальной дозировке шлака цинкового производства (15 % от массы C3S) кроме Са(ОН)2, α и γ - гидратов C2S и CSН2 образуется также C2S2Н2. С введением в состав C3S ОБОФ (до 20 %) интенсивность линий с d = 0,336 нм, характерных для C2S3Н2, заметно увеличивается, что сопровождается уменьшением количества Са(ОН)2. Содержание портландита в камне C3S 28-суточном возрасте твердения составляет 23,0 %, а с 20 % добавкой ОБОФ - 17,3 %. Интенсив­ность линий 0,492 нм, характерная для портландита, наименьшая с применением ОБОФ. На термограммах камня C3S с ОБОФ в начальные сроки твер­дения (3 и 7 сут) появляется эндоэффект при 460°С, характерный для аморфного портландита. В аморфном виде находятся 30-56 % портландита от их общего количества, что и приводит к ускорению твердения C3S в начальные сроки твердения.

3. Показано, что введение ОКОФ (до 30% от массы) не изменяет степень гидратации C3S. Степень гидратации C3S с добавкой ОКОФ через 3 и 7 сут твердения соответст­венно составляет 52,4 % и 61,4 %. Однако, в 28 сут возрасте твер­дения степень гидратации с добавкой, 74,0, а без неё 71,5 %.

Степень гидратации камня b - C2S в 28-суточном возрасте – 20,1; с добавкой 2,5 % ШЦП и 5 % ОКОФ соответственно 32,5 % и 25 %. При 5%-ной дозировке ОБОФ скорость гидратации b - C2S в начальные сроки твердения повышается более чем в два раза.

Добавки увеличивают общее количество продуктов гидра­тации C3S и b - C2S, а также снижают их основность. Ново­образованиями в камне C3S с добавками являются гиролит и CSH (I), a y камня b - C2S при введении добавок появляется СSН(II). Количество этих низкоосновных гидросиликатов каль­ция растет пропорционально времени твердения и сопровождается уменьшением количества портландита.

4. Введение в состав С3А и С4AF минеральных добавок и суперпластификатора «Сикамент-FF-N» соответственно 0,11 % и 0,20 % от массы минерала, снижая деструктивный фактор теплоты гидратации, способствует формирова­нию гидратов более активной морфологической формы, тем самым, упрочняет структуру камня. С введением ШЦП в структуре камня С4AF появляются FeOOH, а с добавлением ОКОФ - образуются комплексные соединения типа 3СаО(Аl2О3,Fe2O3) ∙ (Са, Mg)СО3 ∙11H2O. Комплексная добавка ОБОФ + СП «Сикамент-FF-N» повышает энергию связи воды в новообразованиях, тем самым положительно влияет на физико-механические свойства камня С4AF.

5. Отходы, в минеральном отношении представляя добавку комплексного состава, увеличивают общее количество новообразо­вания гидратированных мономинералов - силикатов. При этом значительно снижается количество крупных кристаллов портландита и увеличивается однородность гидратной структуры. Введение в сос­тав С3А, С4AF добавок, снижая деструктивный фактор теплоты гидрата­ции, способствует формированию гидратов улучшенной морфологи­ческой формы. Выявлены возможности направленного управления процессом структурообразования и физико-механическими свойст­вами бетона путем регулирования минералогического состава це­мента и выбора вида и оптимального количества добавки.

6. Состава жидкой фазы системы «цемент-вода» и «цемент-модифицирующая комплексная добавка-вода» имеют существенные отличия определяющие темпы твердения и механизм гидратации многокомпонентного вяжущего. Гидратация вяжущего с добавкой КМ–3Ш и КМ-3К проходит стадии метастабильного состояния системы в ранние сроки твердения, характеризующиеся высокой величиной перенасыщения жидкой фазы по отношению к Са(ОН)2 , когда за короткий пе­риод создаются условия для быстрого выделения значительного количества гидратов в твердую фазу, что определяет скорость гидратации и сокращает период структурообразования цементного теста. Введение в состав цемента 30 % КМ–3Ш и 35 % КМ-3К сокращает период структурообразования цементного теста соответственно на 60 и 30 минут и увеличивает марочную прочность малоклинкерного вяжущего на 15 %, а через 3 года на 24-40 %.

7. В цементном камне с добавкой КМ-3К, кроме характерных гидратов цемента Са(ОН)2, - гидрата C2S и эттрингита, содержатся низкоосновные гидраты - CSH(1), BSH(1) и a - гидрат C2S. Добавка ОБОФ снижает скорость структурообразования цементного теста. С увеличением срока твердения (до 3 лет) благодаря пуццоланическим реакциям количество метастабильного Са(ОН)2 снижается более чем в два раза, при этом увеличивается количество гелеобразной CSH и a - гидрата C2S, что при­водит к увеличению прочности цемента с 40 %-ной добавкой КМ–3Б на 25 % по сравнению с контрольным цементом. Структура цементного камня с добавками за счет тесного переслоения части кристаллов эттрингита, портландита с гелевидными плотными CSH фазами, а также из-за уменьшения коли­чества и размеров кристаллов Са(ОН)2 отличается более однород­ным строением от структуры контрольного цементного камня, что положительно влияет на прочностные свойства бетона.

8. Бетоны на основе цемента с добавкой КМ-3К отличаются повышенной прочностью на растяжение при изгибе (М 200-4,3; М ,2 МПа). Добавка КМ-3Ш повышает скорость гидратации многокомпонентного вяжущего и бетоны на их основе через 3 сут набирают 50-80 % марочной прочности. По прочностным свойствам бетоны на основе цементов с добавками соответствуют нормативным требованиям.

Бетоны на основе цементов с добавками КМ–3Ш и КМ-3К рекомендуются для производства монолитных и сборных железобетонных конструкций в гражданском и промышленном строительстве. Бетон на цементе с добавкой КМ–3Б целесообразно применять в монолитных массивных сооружениях.

9. Наибольшей сульфато- и морозостойкостью обладают мате­риалы на основе вяжущего с комплексной добавкой КМ-3Ш. Это объяс­няется однородной микропористой структурой с наименьшим разбросом значений радиусов микропор. Модифицирующее действие комплексных добавок на микроструктуру цементного камня возрастает в зависимости от вида комплексных добавок КМ-3К→ КМ-3Б→ КМ-3Ш и в такой же последовательности увеличивается долговечность бетонов и растворов на их основе.

10. Бетоны на основе малоклинкерного вяжущего с комплексными добавками набирают наибольшую прочность при температуре тепловлажностной обработки 80 оС и с изотермической выдержкой – 8 ч. Режим оптимальной тепловлажностной обработки составляет 2+8+2 ч. Прочность бетона, твердевшего в воздушно-влажных условиях, при увеличении продолжительности повторного вибрирования до 60 с повышается на 6-7 МПа. Продолжительность повторного вибрирования составляет 60 с и рекомендуется проводить его через 1,5 ч после формования изделий.

11. Производство железобетонных изделий по поточно-агрегатной технологии с использованием модифицированных малоклинкерных вяжущих внедрено на комбинате «Ачполиметалл» и на строительной базе НПП «Техностроймат» (г. Кентау). Производственные испытания показали, что на основе клинкера с активностью до 45 МПа можно получить многокомпонентное вяжущее марок 500 и 550, отвечающее требованиям ГОСТ 10178.

Производство модифицированных многокомпонентных вяжущих и бетонов классов В7,5; В15; В 25 внедрено в (п. Тенгиз, Атырауская область) и ТОО «Real Industrial» (г. Алматы).

Экономический эффект от внедрения этой технологии сос­тавит более 37 млн. тенге в год.

Оценка полноты решения поставленных задач. Обоснована научная теория и установлены закономерности процесса структурообразования и гидратации модифицированного малоклинкерного вяжущего, а также разработана промышленная технология производства высокоэффективных вяжущих и бетонов. Минеральные составляющие в твердеющей цементной системе являются подложкой для кристаллизации гидратных фаз, способствуя изменению их морфологии в соответствии со структурной особенностью добавки и образуя пространственные текстуры определенной формы, состоящей из стабильных новообразований гидросиликатов кальция, армирующих и упрочняющих цементный камень.

Рекомендации по использованию результатов. Разработанные составы и технология производства модифицированных малоклинкерных вяжущих и бетонов на их основе прошли опытно-промышленные внедрение на предприятиях Республики Казахстан. Предлагается расширить разработанную технологию вяжущих и бетонов в различных условиях твердения: нормальных условиях, тепловлажностной обработке и в условиях сухого жаркого климата.

Оценка технико-экономической эффективности разработанной технологии производства модифицированных малоклинкерных вяжущих и бетонов проведена путем сравнения себестоимости продукции по известной технологии и с применением предлагаемых технологических решений. Экономический эффект внедрения технологии малоклинкерных вяжущих веществ и бетонов получен за счет применения комплексной модифицирующей добавки на основе местных и техногенных материалов, снижения расхода цемента, энергосбережения и решения экологических проблем.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Научно-исследовательские результаты в сравнении с известными достижениями в данной области свидетельствуют о соответствии выполненной работы научному уровню. Разработанные новые научно-обоснованные результаты в области технологии модифицированных малоклинкерных цементных систем обеспечивают решение научно-практической проблемы энерго - и ресурсосбережения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 , , Жакипбеков процессов клинкерообразования и гидратации цементов с помощью инфракрасной спектроскопии // Применение колебательных спектров к исследованию неорганических и координационных соединений: материалы Всесоюз. научн совещ.- Красноярск, 1987.- С.81.

2 , Сулейменов кварцсодержащих отходов на процессы твердения и свойства цемента // Комплексное использование минерального сырья.- 1988.- № 3.-С. 59-61.

3 , Урлибаев применения отходов обогащения полиметаллических руд при производстве строительных материалов // Наука - строительному производству: материалы научно-практ. конф. ученых Сибири и дального Востока.- Новосибирск, 1989.- С. 74-75.

4 , , Жакипбеков прочностных и деформационных свойств тяжелых бетонов на основе местных вяжущих //Информационный листок. Южно-Казахстанский ЦНТИ.- Шымкент, 1990.- № 90-13.- 4 с.

5 , , Жакипбеков производства мелких стеновых блоков на основе промышленных отходов //Информационный листок. Южно-Казахстанский ЦНТИ.- Шымкент, 1990.- № 000-90.- 4 с.

6 А. С. 1692959. СССР. Вяжущее / , , ; опубл. 22.11.91, Бюл. №43.-3 с.

7 А. С. 1799859. СССР. Вяжущее / , , ; опубл. 10.02.93, Бюл. №9.- 3 с.

8 , Атабеков отходов горнорудной промышленности в качестве пуццолановых добавок // Совершенствование техники и технологических процессов в строительстве автомобильных дорог и автотранспорта: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, 1993.- Ч. 2.-С.113-115.

9 , , Атабеков вяжущее на основе горнодобывающей промышленности // Комплексное использование минерального сырья.- 1994.- № 5.- С. 61-64.

10 , , Атабеков многокомпонентного вяжущего на основе отходов цветной металлургии // Комплексное использование минерального сырья.- 1994.- № 5.- С.73-77.

11 Жакипбеков гидратации многокомпонентного вяжущего // Строительные материалы ХХI века. Технология и свойства. Импортозамещение: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, 2001.- Кн. 2.- С. 41-43.

12 Жақыпбеков Ш.Қ. Цементтің құрылым құрауына активті минералды қоспаның ықпалы // «ХХI ғасыр құрылыс материалдары. Технология. Импортығыстыру: «НИИстромпроек» ЖАҚ еңбектер жинағы.-Алматы, 2001.- 2 к.- Б.48-49.

13 Жақыпбеков Ш.Қ. Көп компонентті байланыстырғыш негізіндегі бетон және темірбетон бұйымдарын өндіру технологиясы // Региональные проблемы экологии и безопасности жизнодеятельности: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, КазГАСА, 2002. – С. 204-206.

14 , Жақыпбеков Ш.Қ., Архабаев ілікті технотекті қалдықтарды байланыстырғыш өндірісінде қолдану ерекшеліктері // Региональные проблемы экологии и безопасности жизнодеятельности: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, КазГАСА, 2002. – С. 200-203.

15 , Жақыпбеков Ш.Қ., Өндіріс қалдықтарын құрылыс материалдарына пайдалану жолдары // Региональные проблемы экологии и безопасности жизнодеятельности: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, КазГАСА, 2002. – С. 203-204.

16 Жақыпбеков Ш.Қ. Үш кальцийлі силикаттың гидратациялық қасиетіне кешенді қоспалардың ықпалы // ХХ1 век и вызовы глобализации: материалы Республиканской научно-теоретической конференции.- Алматы, КазГАСА, 2004.- С.92 – 96.

17 Жакипбеков -эксплуатационные свойства бетонов на основе модифицированного многокомпонентного вяжущего //Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, КазГАСА, 2005.- С.210-213.

18 Жакипбеков гидратации многокомпонентных модифицированных вяжущих в условиях сухого жаркого климата // Современные строительные материалы, технология и методы проектирования: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, КазГАСА, 2005.- С.27-31.

19 Жакипбеков на основе модифицированного многокомпонентного вяжущего // Эффективные модифицированные строительные материалы: материалы научно-практ. конф. НИИстромпроекта.- Алматы, 2006. С. 147 – 150.

20 Жақыпбеков Ш.Қ. Көп компонентті байланыстырғыштың беріктігі жоғары құрылым кұрауына кешенді қоспалардың ықпалы // Вестник КазГАСА.- 2006.- № 4 (22).-С.84-87.

21 А. С. 12114. Вяжущее / , , ; опубл. 15.08.94, Бюл. № 8.- 2 с.

22 А. С. 13551. Способ получения вяжущего / , , ; опубл. 20.10.95, Бюл. № 10.- 3 с.

23 Жакипбеков твердения модифицированных вяжущих веществ // Вестник НИИстромпроекта.- 2007.- № – С.31-36.

24 Жакипбеков процессов твердения вяжущих веществ на основе комплексных модифицирующих добавок // Вестник строителя.- Алматы, 2008.- № 6 (8).-С.18-20.

25 Жакипбеков создания ресурсосберегающей технологии производства цемента // Вестник НИИстромпроекта.- 2007.- № С.45-49.

26 Жакипбеков вяжущих веществ в присутствии комплексных модифицирующих добавок // Промышленность Казахстана.- Алматы, 2007.- № 6 (45).- С.59-61.

27 , Бакирова модифицирующей добавки в цементном камне // Актуальные проблемы естественнонаучных дисциплин: материалы Междунар. научно-метод. конф.- Алматы, КазГАСА, 2008.- Ч. 2.- С. 120-123.

28 Жакипбеков состояние и перспективы развития промышленности строительных материалов и изделий в Республике Казахстан // Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, 2008.-С

29 Жақыпбеков Ш.Қ. Түсті металлургия қалдықтарын цемент өндірісінде қолданудың физика-химиялық негіздері // Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, КазГАСА, 2008.- С.117-120.

30 Жакипбеков получения модифицированных многокомпонентных вяжущих и бетонов для сухого жаркого климата // Сборник инвестиционных проектов по приоритетным направлениям развития экономического комплекса города Алматы.- Алматы, 2008.- С. 114-115.

31 Жақыпбеков Ш.Қ., Шалтабаева өндірісінде технотекті қалдықтарды қолданудың тиімділігі // Химия в строительных материалах и материаловедение ХХ1 века: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Шымкент, 2008.- С. 64-70.

32 , , Шалтабаева на основе модифицированных вяжущих веществ // Теория и практика композиционных строительных материалов: материалы Республ. научно-практ. конф.- Ташкент, ТАСИ, 2008.- С.305-307.

33 Особенности твердения модифицированных многокомпонентных вяжущих веществ // Поиск.- 2009.- №3.- С. 266-269.

34 Физико-механические свойства цемента с активизированной добавкой // Поиск.- 2009.- №4.- С. 268-271.

35 , Шалтабаева вещества с комплексной модифицирующей добавкой // Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, 2009.- С.15-19.

36 , , Механизм твердения модифицированных вяжущих веществ // Архитектура и строительство в новом тысячелетии: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, 2009.- С.302-306.

37 , , Нусипбеков модифицированных добавок на свойства вяжущих веществ и бетона // Вестник НИИстромпроекта.- 2009.- № С.88-91.

38 , Шалтабаева твердения многокомпонентных вяжущих веществ // Natural Science Edition, Journal of Xinjiang University.- 2009.- Vol. 26, № 4. - P. 503-504.

39 , Шалтабаева вяжущие вещества и особенности процесса их гидратации // Архитектура. Строительство. Дизайн.- Ташкент, ТАСИ, 2009.- № 3-4.- С.28-30.

40 , Шалтабаева вяжущие вещества на основе отходов // Строительная индустрия Казахстана: кадры, новые материалы и технологии: материалы Республ. научно-практ. конф. посвящ. 80-летию со дня рождения академика НИА РК , НИА РК-КазГАСА.- Алматы, 2009.- С.165-167.

41 , Шалтабаева активация многокомпонентного вяжущего вещества // Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Алматы, 2010.- Ч. 1.- С.26-30.

ТҮЙІН

ЖАҚЫПБЕКОВ Шәріпхан Қасымбекұлы

Технотекті қалдықтар қолданылған түрленген аз клинкерлі байланыстырғыштар мен бетондар

05.23.05 – Құрылыс материалдары және бұйымдары

Зерттеу нысаны. Түсті металлургия қалдықтарын минералды қоспа ретінде пайдаланып, кешенді түрлендіргіштің тиімді құрамы анықталды. Түрлендірген аз клинкерлі байланыстырғыштың құрылым түзеу және гидраттану процесін зертеу арқылы цемент тасы мен бетонның қатаю кезеңдері мен фазалық құрамын бағытты түрде реттеу жолдары айқындалды. Қалпы жағдайда, булы жылумен әңдеу және құрғақ ыстық климатта түрлендірілген бетонның қатаю ерекшеліктері мен құрылыстық- қолданыстық қасиеттері зерттелді.

Жұмыстың мақсаты. Цинк өндірісі қожын және Кентау мен Белогорск кен байыту фабрикаларының қалдықтарын қолдану арқылы түрлендірген аз клинкерлі байланыстырғыштар мен бетондар әндірісінің қор және қуат үнемдеу технологиясын жасау.

Зерттеу тәсілдері. Заманауи зерттеу тәсілдері: ИҚС, ДТТ, РФТ, электронды микроскоп, химиялық, физика-химиялық, сұйық фазалық әдістемелер мен математикалық жоспарлау тәсілдері қолданылды.

Жұмыс қорытындылары. Жергілікті байланыстырғыш заттар мен бетонның қуат және қор үнемдеу технологиясын жасау ғылыми-тәжрибелік проблемасын шешуді қамтамасыз ететін, түрленлірілген байланыстырғыш заттар мен бетондардың технологиясы және ғылыми негізделінген тұжырымдамасы жасалынды. Қазақстан түсті медаллургиясы қалдықтарын, байланыстырғыш заттың түрлендіргіші ретінде қолданудың химия-технологиялық негшіздері алғаш рет ұсынылды.

Кешенді қоспа силикатты-минералдардың фазалық құрамын өзгертеді, гидраттық құрылымның біркелкілігі және тұрақтылығы артып, морфологиялық пішіндері жақсарады. Минералды қоспаның құрамы мен мәлшерін бағытты түрде реттеу арқылы, байланыстырғыш заттың және бетонның физика-механикалық қасиеттері мен цемент тасының қатаю процесін өзгерту жолдары анықталды.

Негізгі конструктивтік, технологиялық және техникалық пайдалану сипаттамалары. Кешенді коспаның тиімді мөлшері минералды кұраушының түріне байланысты байланысытрғыш массасынаң 30-40 % құрайды және оның сығуға беріктігін 4,5 – 11,5 МПа арттырады. Мысалы, КМ-3Ш кешенді қоспасы көпкомпонентті байланыстырғыштың маркалық беріктігін 15 %, ал 3 жылдық мерзімде – 40 % арттырады. Кешенді қоспалардың түрлендіргіш әрекеті және осы қасиетіне сәйкес бетонның құрылыстық-қолданыстық сипаты келесі ретпен артады: КМ-3К→ КМ-3Б→ КМ-3Ш.

Өндіріске енгізілу дәрежесі және қолданылу аймағы. Түрлендірген аз клинкерлі байланыстырғыш және оның негізіндегі бетонның технологиялық регламенттері жасалды және бірқатар кәсіпорындарда өндіріске енгізілді. Қалыпты жағдайда қатаятын, булы жылумен өңделетін немесе құрғақ ыстық климатта қалыпталатын бетон мен темірбетон технологиясын тұрғын үй және азаматтық құрылыс материалдары мен бұйымдары өндірісіне енгізу көзделген.

Экономикалық және экологиялық тиімділігі. Түрлендірген аз клинкерлі байланыстырғыш және оның негізіндегі бетон технологисын қолдану цемент шығынын азайтады, бетон немесе темірбетон бұйымдарын өңдеуде жылу қуатын төмендетеді және экологиялық өзекті мәселелерді жақсартуға оң ықпалын тигізеді.

Зерттеу нысанының даму болашағы. Түрлендірген аз клинкерлі байланыстырғыш және оның негізіндегі бетон технологисын монолитті құрылыста немесе темірбетон өндірісінде қолдану, дәстүрлі портландцемент түрлерімен салыстырғанда арзан және құрылыс материалдары мен конструкцияларының ұзақ мерзімділігін және сапасының жоғарлығын қамтамасыз етеді.

SUMMARY

Zhakipbekov Sharipkhan

Modifired unclinker hardening and concretes based on

technical wastes

05.23.05 - Building materials and products

The Object of the studies. Optimum part of a complex modifying additive using waste of non-ferrous metallurgy as a mineral component. Opportunities directed to control the processes structure formation and physical-mechanical properties of concrete by controlling the mineralogical composition of cement and selection of the type and optimum amount of additives. Features of concrete technology based on modified multi-binder in various conditions of hardening: normal conditions, thermal processing and under conditions of dry hot climate.

The Purpose of the study. Justification of scientific theory and the establishment of the regularities of structure formation and hydration of the modified multicomponent binder, as well as development on the basis of the data of industrial production technology of high effective binder and concretes based on them.

Methods of studies. Complex of modern research methods are used, including electron microscopy, X-ray graphic, derivatographic, liquid-phase analysis, etc.

The results of work. New research-based results described in the field of chemistry and technology of modified multi-cement systems, providing solution of scientific and practical problems for the development of energy-and resource-saving production technologies of local binders. Developed chemical and technological basis for the use of certain waste of non-ferrous metallurgy of Kazakhstan as mineral components for modifying additive binders. Waste in the mineral supplement for providing an integrated structure, increases the total number of neoplasm of hydrated monomineral-silicates. With this, a great number of large crystals of portlandite reduces and increases the homogeneity of the hydrate structure. Indicated a possible process of control of the structure formation and physical-mechanical properties of concrete, by controlling the mineralogical composition and the choice of cement type and optimum amount of additives.

The main technological and field-performance data’s. The optimum dosage of supplements is complex, depending on the type of mineral component of 30-40% of weight of binder and increases the compression strength on 4,5-11,5 MPa. For example, at the optimal dosage of complex additives KM-3SH brand strength of multicomponent binder is increased by 15%, and after 3 years at 22-40%. Modifying effect of complex additives on the microstructure of cement increases KM-3K -> KM-3B -> KM-3SH and in the same sequence of increasing durability of concrete.

Degree of the introduction. The developed formulations and production technology of modified multicomponent binders and concretes have a pilot-scale implementation at the enterprises of the Republic of Kazakhstan. It is proposed to extend the developed technology binding and concrete in different curing conditions: normal conditions, thermal processing and under conditions of dry hot climate.

Assessment of technical and economic efficiency. Developed technologies for the production of modified multicomponent binders and concretes made by comparison of production costs for certain technologies and the application proposed technological solutions. The economic impact in the technology of binders and concrete is achieved by using an integrated modifying additive on the basis of local and man-made materials, reducing the consumption of cement, energy saving with streaming-current and non streaming technology, as well it addresses the environmental concerns.

Assessment of the scientific level of performance. Research results in comparison with the known achievements in this field indicates the work performed under the present level. Developed new research-based results in the field of chemistry and technology of modified multi-component cement systems, provide a solution to the scientific and practical problems for the development of energy-and resource-saving production technologies of local binders and concretes.

Подписано к печати «20» сентября 2010 г.

Формат 60х84/16. Печать офсетная. Бумага офсетная.

Объем 2,3 п. л.

________Тираж 100 экз. Заказ № 235_______________

Типография АО «НЦ НТИ»

21

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3