Delist.ru

 Эффективные бетоны с использованием отхода производства минеральных удобрений (18.05.2010)

Автор: Григорьев Михаил Александрович

Пористость бетонов определялась путем трехстадийного насыщения. Первая группа пор определялась по насыщению образцов в среде 100 % влажности (П1), вторая группа пор - по насыщению этих образцов, погруженных в воду (П2), и третья группа пор - насыщением этих же образцов под вакуумом

Морозостойкость бетонов определялась ускоренным методом путем многократного замораживания и оттаивания по третьему методу при температуре минус 50 (С в растворе соли NaC(.

Коэффициент интенсивности напряжений определялся по результатам испытания образцов-призм с заранее сформированным надрезом, имитирующим

Физико-механические свойства некоторых исследованных бетонов представлены в таблице 4 (всего исследовалось 26 составов).

В результате математической обработки экспериментальных данных установлена связь прочности, морозостойкости и водонепроницаемости бетонов с величиной и характером пор:

прочность при сжатии RСЖ тяжелого бетона с ОМД, МПа

морозостойкость F тяжелого бетона с ОМД, циклы

водонепроницаемость Wo тяжелого бетона с ОМД, МПа

где П2 - вторая группа пор, характеризующая объем капиллярных пор.

В цементных пастах полученных на основе органо-минеральной добавки существенно изменяется структура, и резко изменяются состав новообразований и характер пор. Об этом свидетельствуют данные по определению групповой пористости по трем степеням насыщения. В результате сравнения вторая группа пор, характеризующая, главным образом, объем капиллярных пор оказалась ниже, чем у контрольного состава бетона.

Коэффициент интенсивности напряжений (КС) характеризует склонность бетона к трещинообразованию и связан, прежде всего, с основным дефектом бетона - порами, наличие которых вызывает наибольшую концентрацию напряжений. По величине КС можно судить о морозостойкости и водонепроницаемости бетонов:

для тяжелого бетона

, в то же время замедляется процесс развития трещин. Для тяжелого бетона эта зависимость описывается уравнением:

С увеличением первой параметрической точки увеличивается морозостойкость и водонепроницаемость исследуемых тяжелых бетонов, что подтверждается зависимостью:

С помощью метода планирования эксперимента, получены двухфакторные математические модели второго порядка, описывающие изменения величины прочности (Rсж) и плотности (р) образцов после 28 суток нормального твердения в зависимости от следующих факторов: количества добавки в бетоне (фактор X1) и количества воды затворения цементной пасты (фактор X2), которые позволяют оптимизировать свойства бетонов на вяжущих с органо-минеральной добавкой.

В связи с тем, что применение вяжущих с органо-минеральной добавкой позволяет получать высококачественные бетоны, был предложен способ оптимизации подбора состава бетона с учетом требований по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости. Способ заключается в решении системы всех трех уравнений, результатом, которого являются истинное водоцементное отношение (W), объемная концентрация цементного камня (C), минимальная требуемая активность цементной пасты (RЦП) и дозировка ОМД (a), необходимые для получения бетонов заданных свойств.

На основании проведенных исследований разработаны «Рекомендации по определению состава тяжелого бетона с органо-минеральными добавками для промышленного, гражданского и дорожного строительства» для получения бетонов класса В25, В30, марки по морозостойкости F200, F300 и водонепроницаемости W6, W8.

Разработанные рекомендации подтверждены опытно-промыш-ленным опробованием на полигоне фирмы ОАО «Агротекс-ЖБИ» (г. Кострома) при изготовлении водоотводных лотков, дорожных плит, бордюров, элементов трубопереездов и телескопических лотков с целью повышения эксплуатационных свойств изделий и конструкций при экономии исходных компонентов. Выпущены партии бетонных и железобетонных изделий в объеме 208 м3 со значительным экономическим эффектом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Обоснована возможность повышения эффективности и эксплуатационных свойств тяжелых и мелкозернистых бетонов за счет использования отхода производства минеральных удобрений в виде органо-минеральной добавки, которая обеспечивает повышение плотности, прочности цементного камня, улучшение контактной зоны за счет снижения капиллярной пористости и дополнительных новообразований в виде высоко – и низкоосновных гидросиликатов кальция.

Разработана технология получения органо-минеральной добавки на основе отхода производства минеральных удобрений и суперпластификатора, которая включает в себя предварительную сушку отхода, дозирование компонентов и помол в шаровой мельнице.

Установлено с помощью методов инфракрасной спектроскопии наличие в отходе производства минеральных удобрений основных химических соединений в виде SiO2, Al2O3, AlF3.

Установлена зависимость удельной поверхности портландцемента и отхода производства минеральных удобрений от длительности механохимической активации.

Установлена зависимость процесса начального структурообразования мелкозернистого бетона от различного содержания органо-минеральной

С помощью метода РФА установлено, что механохимическая активация отхода производства минеральных удобрений способствует интенсивному взаимодействию частиц органо-минеральной добавки с цементом, образуя дополнительные высоко – и низкоосновные гидросиликаты кальция.

Получены двухфакторные математические модели, отражающие изменения плотности и прочности бетонов с органо-минеральной добавкой от количества введенной добавки и воды затворения цементной пасты, позволяющие выбрать оптимальные дозировки для достижения наибольшей прочности и плотности бетона.

Установлены зависимости водопотребности и активности цементных паст, периода формирования структуры мелкозернистого бетона от различного содержания органо-минеральной добавки.

Получена зависимость прочности тяжелого бетона от количества органо-минеральной добавки на основе отхода производства минеральных удобрений и суперпластификатора С-3.

Установлена взаимосвязь морозостойкости, водонепроницаемости и прочности тяжелых бетонов с органо-минеральной добавкой с параметрами микротрещинообразования, коэффициентом интенсивности напряжений, величиной и характером пор и получены зависимости прочности, морозостойкости и водонепроницаемости от главных факторов, необходимые для прогнозирования свойств, структуры и оптимизации состава бетона.

Разработаны принципы оптимизации состава бетона, основанные на совместном рассмотрении многофакторных зависимостей прочности, морозостойкости и водонепроницаемости, полученных методом математического планирования эксперимента. Оптимизация осуществлялась на основе структурных характеристик, активности и дозировки органо-минеральной добавки, влияющие на формирование макро- и микроструктуры бетона как композита.

Получены бетоны с использованием отхода производства минеральных удобрений классов В25 и В30, морозостойкостью F200, F300 и водонепроницаемостью W6, W8.

Проведено производственное опробование разработанных предложений по изготовлению водоотводных лотков, дорожных плит и бордюров, а также элементов трубопереездов и телескопических лотков с использованием отхода производства минеральных удобрений.

Разработаны «Рекомендации по определению состава тяжелого бетона с органо-минеральными добавками для промышленного, гражданского и дорожного строительства.

Определена экономическая эффективность использования отхода производства минеральных удобрений в виде органо-минеральной добавки при производстве сборных железобетонных изделий. Ожидаемый экономический эффект в ценах на 4 августа 2009 года от внедрения изделий из тяжелого бетона класса В30 составил 986,02 руб./м3 и В25 - 1200,03 руб./м3 при сравнении с бетонами, которые получены на традиционных материалах.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Алимов Л.А., Григорьев М.А. Тенденции и перспективы развития органо-минеральных добавок в технологии бетонов. // Вестник МГСУ. Спецвыпуск № 2/2009. - С.127-133.

2. Григорьев М.А., Алимов Л.А. Влияние органо-минеральных добавок на структуру и свойства цементных композиций. / Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе. Материалы 61 - й международной научно-практической конференции. - В 3 томах. - Кострома: Изд. КГСХА, 2010. Том 2. - С.13-15.

3. Григорьев М.А., Алимов Л.А., Цыбакин С.В., Свиридов А.В. О роли органо-минеральных кремнеземсодержащих добавок в строительстве. / Актуальные проблемы науки в АПК. Материалы 60-й международной научно-практической конференции. - В 3 томах. - Кострома: Изд. КГСХА, 2009. Том II. - С.60-62.

4. Григорьев М.А., Алимов Л.А. Тенденции и перспективы развития органо-минеральных добавок в строительстве. / Труды Костромской государственной сельскохозяйственной академии. - Выпуск. 70. - Кострома: Изд. КГСХА, 2009. - С.43-51.

5. Григорьев М.А., Алимов Л.А., Цыбакин С.В., Свиридов А.В., Дубровина Ю.Ю. Применение активных минеральных наполнителей в строительных бетонах и растворах. / Актуальные проблемы науки в АПК. Материалы 60-й международной научно-практической конференции. - В 3 томах. - Кострома: Изд. КГСХА, 2009. Том II. - С.57-58.

загрузка...