Размещено на http://www.allbest.ru

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА

ТА АРХІТЕКТУРИ

МАТКОВСЬКИЙ ВАЛЕРІЙ ДМИТРОВИЧ

УДК 691.542:666.972.7+691.33

АКТИВОВАНІ ЦЕМЕНТОШЛАКОВІ СУСПЕНЗІЇ І БЕТОНИ НА ЇХ ОСНОВІ

05.23.05 - будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОДЕСА-2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури (ОДАБА) Міністерства освіти та науки України

Науковий керівник:

д.т.н., професор Барабаш Іван Васильович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри міське будівництво та господарство, м. Одеса

Офіційні опоненти:

д.т.н., професор Федоркін Сергій Іванович, Національна академія природоохоронного і курортного будівництва, ректор, завідувач кафедри технології будівельних конструкцій і будівельних матеріалів, м. Сімферополь

к.т.н., доцент Мартинов Володимир Іванович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, доцент кафедри виробництво будівельних виробів та конструкцій, м. Одеса

Провідна установа: Донбаська національна академія будівництва та архітектури, кафедра технологій будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг, Міністерство освіти і науки України, м. Макіївка.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури: м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент Карпюк В.М.

ВСТУП

Актуальність теми. Значне підвищення цін на всі види мінеральних в'яжучих, подорожчання палива і енергоносіїв надає особливу актуальність дослідженням, які спрямовані на вирішення завдань зменшення матеріало- і енергоємності виробництва будівельних матеріалів і виробів. Одним із основних факторів зниження витрат портландцементу є уведення до його складу дрібномелених мінеральних добавок як природного походження (кварцові піски, вапняки), так і побічних продуктів інших виробництв (металургійні шлаки, золи-винесення). Особливо привабливим в цьому напрямку є доменний гранульований шлак - попутній продукт виплавки чугуну. Використання доменного шлаку знижує вартість цементу на 15-20 %, підвищує стійкість в м'якій і сульфатній воді в порівнянні із звичайним портландцементом. Підвищення міцності таких змішуваних в'яжучих можливо шляхом підвищення їх хімічної активності. Чільне місце в цьому ряді займають механічні методи активації мінеральних в'яжучих. Серед механічних методів особливе місце займають механохімічні способи активації в'яжучих як полімінеральних і полідисперсних систем. Механохімічні способи достатньо легко вписуються в існуючі технологічні схеми виробництва бетонних сумішей. цементний клінкер шлак доменний

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана згідно з науковим напрямком кафедри будівельних матеріалів ОДАБА “Механохімічна активація мінеральних в'яжучих речовин” та держбюджетною темою Міністерства освіти і науки України “Механохімічна активація мінеральних в'яжучих речовин в технології будівельних матеріалів і виробів” (2003-2004 рр, № державної реєстрації 0103U000508).

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення ефективності використання цементного клінкеру і економії енергоресурсів за рахунок реалізації механохімічної активації і введення в технологічну суміш меленого доменного шлаку оптимальної дисперсності і кількості.

Для досягнення поставленої мети вирішували такі задачі:

- проаналізувати механізми механохімічної активації суспензій портландцементу з добавкою меленого шлаку як грубодисперсних систем;

- визначити вплив режимів механохімічної активації, кількості і дисперсності доменного шлаку, кількості С-3 на зміну ефективної в'язкості цементошлакової суспензії;

- оцінити вплив режимів механоактивації на зміну властивостей твердіючих цементошлакових суспензій;

- оптимізувати склади бетонів на механоактивованому в'яжучому з урахуванням ресурсозбереження і зменшення енерговитрат на їх приготування;

- провести дослідно-промислове впровадження бетонів на механоактивованому цементошлаковому в'яжучому, виконати економічне обґрунтування доцільності впровадження виконаної розробки.

Об'єкт досліджень - бетони на механоактивованому цементошлаковому в'яжучому.

Предмет досліджень - процеси, які проходять при механохімічній активації цементошлакових суспензій і властивості бетонів на механоактивованому в'яжучому.

Методи досліджень. Традиційні методики за діючими нормативними документами для вивчення фізико-механічних властивостей вихідних та отриманих матеріалів; методи математичної статистики та планування експерименту при оптимізації складів бетону на механоактивованому цементошлаковому в'яжучому.

Наукова новизна отриманих результатів:

- теоретично обґрунтована і експериментально доведена правомірність запропонованої концепції зниження енерго- і матеріалоємності бетонних виробів за рахунок механохімічної активації цементошлакових суспензій;

- визначені оптимальні режими швидкісного змішування цементних суспензій наповнених меленим шлаком, забезпечуючих гранично-можливе руйнування початкової структури системи;

- виявлено значне підсилення ефекту зниження в'язкості цементошлакової суспензії при сумісній дії на неї швидкісного змішування і добавки С-3;

- визначені закономірності впливу кількості і дисперсності доменного шлаку на фізико-механічні характеристики бетону.

Практичне значення отриманих результатів:

- оптимізовані режими швидкісного змішування суспензії портландцементу з добавкою доменного шлаку, які забезпечують максимальне зниження їх ефективної в'язкості;

- визначені оптимальні значення концентрації і дисперсності доменного шлаку, які забезпечують мінімізацію витрат портландцементу в бетонах з наперед заданими фізико-механічними властивостями;

- запропоновані оптимальні склади бетонів, суміші яких виготовлялись по роздільній технології з використанням швидкісних трибозмішувачів;

- на виробничих майданчиках ВАТ “ДБК” м. Одеси виготовлена експериментальна партія внутрішніх стінових панелей загальним об'ємом 45м³.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів та впровадження розробленої технології у виробництво. Особистий внесок здобувача в науковій роботі:

- проаналізовані методи та засоби активації мінеральних в'яжучих речовин і процеси які виникають при цьому;

- досліджена сумісна дія швидкісного змішування і суперпластифікатору С-3 на зміну ефективної в'язкості цементошлакових суспензій;

- виявлено вплив питомої поверхні доменного шлаку в в'яжучому на міцність бетону при стиску;

- оптимізовані склади бетонів на механоактивованому в'яжучому класів В15…В50, що забезпечують мінімізацію клінкерної складової портландцементу.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень представлені на міжнародних семінарах по моделюванню і оптимізації композитів (МОК 40; 44; Одеса. 2001, 2005р.р.).

Публікації. Основні положення дисертації викладені в 7 друкованих працях, у тому числі 4 ? в наукових спеціалізованих виданнях і 3 ? в збірниках міжнародних семінарів.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з введення, основної частини (6 розділів), висновків, списку літературних джерел і додатка. Загальний обсяг роботи складає 156 сторінок, 34 рисунків і 6 таблиць. Список використаних літературних джерел включає в себе 168 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, наведено основні результати, показано їх практичне значення.

У першому розділі проведено аналітичний огляд стану проблеми та обґрунтовані напрямки досліджень.

Розвиток будівельної індустрії вимагає великих витрат природної сировини. Скорочення запасів легкодоступних родовищ мінералів, які зазвичай використовуються в промисловості будівельних матеріалів, неминуче викликає застосування побічних продуктів промислових виробництв і, в тому числі, доменних шлаків. Актуальність утилізації доменних шлаків визначається і тим, що їх кількість в відвалах безперервно збільшується, що приводе до зростання коштів на їх утримання.

Для шлаків загальновизнаний гідравлічний характер твердіння, який полягає в ступеневому процесі гідратації склоподібних мінералів з утворенням, в основному, низькоосновних гідросилікатів кальцію. Традиційно, для одержання будівельних виробів і матеріалів з підвищеними фізико-механічними характеристиками на шлаковміщуючих в'яжучих, використовують автоклавну технологію виробів. Зниження температури тепловологої обробки до 90 °С і нижче викликає зменшення гідравлічної активності доменних шлаків і, як наслідок, зниження міцності матеріалу. Використанню шлаків, в тому числі доменних, в виробництві мінеральних в'яжучих речовин і бетонів на їх основі присвячені роботи учених і наукових колективів, які виконані під керівництвом П.І. Баженова, Ю.С. Бурова, Ю.М. Бутта, Б.Н. Виноградова, О.В. Волженського, В.Д. Глуховського, Л.Й. Дворкіна, В.С. Колокольнікова, П.В. Кривенко, Л.А. Малініної, С.А. Миронова, Р.Ф. Рунової, А.М. Сєргєєва, М.М. Сичова, В.В. Тімашова.

Підвищення активності доменних шлаків можливо за рахунок механічної активації їх поверхні в спеціально сконструйованих змішувачах-активаторах. Серед механічних методів особливе місце займають механохімічні методи активації мінеральних в'яжучих як полімінеральних і полідисперсних систем (В.В. Болдирєв, В.М. Вировой, В.Г. Величко, О.В. Волженський, І.М. Грушко, М.М. Круглицький, М.В. Михайлов, П.Ф. Овчинніков, П.О. Ребіндер, Н.Б. Урьєв, М.Ш. Файнер, С.І. Федоркін, Г. Хайніке, І.А. Хінт, Г.С. Ходаков). Якщо процес гідратоутворення здійснювати в середовищі яке рухається, то продукти новоутворень, відриваючись від поверхонь часток, будуть виноситись в об'єм дисперсійного середовища. Можливість критичної концентрації зародкоутворень на поверхні часток будуть зменшуватися, що приведе до залучення нових об'ємів в'яжучого в хімічні обмінні процеси з дисперсійним середовищем. Зіткнення часток в турбулентному потоці викликає модифікацію їх поверхонь, що приводе до підвищення реакційної здібності в'яжучих.

Враховуючи наведене, метою даної роботи є підвищення ефективності використання цементного клінкеру і економії енергоресурсів за рахунок реалізації механохімічної активації і введення в технологічну суміш меленого доменного шлаку оптимальної дисперсності і кількості.

Проведений аналіз літературних джерел вказує на можливість досягнення поставленої мети і дозволяє запропонувати наукову гіпотезу: підвищення поверхневої активності часток портландцементу і доменного шлаку за рахунок їх механохімічної обробки, що повинно інтенсифікувати хімічні реакції при мінімальному підведенні теплової енергії. Це дозволить більш повно розкрити потенційні можливості цементошлакового в'яжучого при одночасному зниженні енерго- і матеріалоємності бетонів.

В другому розділі наведені основні характеристики компонентів для виготовлення механоактивованих суспензій і бетонних сумішей на їх основі, а також методи випробувань тужавіючих і затверділих композицій. В експериментах в якості в'яжучого використовувались тонкомолоті суміші портландцементу і доменного шлаку з М_осн=1,01. Доменний шлак моловся до питомої поверхні 100, 300 і 500 м²/кг. Вміст шлаку у в'яжучому коливався від 5 до 65 %. В якості мілкого заповнювача використовувався кварцовий пісок с М_кр=2,2; крупного заповнювача - гранітний щебінь фракцій 5-10 і 10-20 мм в співвідношенні (по масі) 1:1. В експериментах використовувались три види пластифікуючих добавок: а) суперпластифікатор “С-3”; суперпластифікатор “Дофен”; пластифікатор “ПФС”. Активація суспензій цементошлакового в'яжучого здійснювалась в лабораторному швидкісному змішувачі з регульованою кількістю обертів - від 900 до 3600 об/хв.

Побудова і аналіз експериментально-статистичних моделей (ЕСМ) виконувались по стандартним методикам з застосуванням діалогової системи COMPEX, розробленої на кафедрі ПАТБМ Одеської державної академії будівництва та архітектури. Всі моделі побудовані із степенем ризику б=0,2. Передбачувана здатність моделей оцінювалась по розходженню розрахункових і експериментальних значень аналізуємих властивостей в контрольних точках.

Для вивчення впливу меленого доменного шлаку та активації на властивості тужавіючих цементошлакових композицій контролювали строки тужавлення (ф_n; ф_к), зміну температури (ДТ, °С), структурну міцність (R_m) і кількість хімічно зв'язаної води (К_х.в.). Крім того, оцінювали вплив прийнятих факторів на фізико-механічні характеристики бетону в різні терміни твердіння. В якості незалежних перемінних прийняті: а) температура ізотермічної витримки (Х₄=65±25°С); кількість в'яжучого в 1 м³ бетону (Х₅=350±100 кг); вміст молотого доменного шлаку в в'яжучому (Х₆=35±30 %). В якості сумішних факторів були прийняті питомі поверхні доменного шлаку (S_пит=300±200 м²/кг) при умові v₁+v₂+v₃=1.

Виготовлення контрольних зразків здійснювалось по традиційній технології.

У третьому розділі аналізується вплив механохімічної активації, а також кількості і дисперсності доменного шлаку на ефективну в'язкість цементошлакових суспензій. Виявлено, що інтенсивне механічне змішування руйнує початкову (коагуляційну) структуру суспензії, знижуючи при цьому її ефективну в'язкість. Виявлено вплив швидкості обертів ротора змішувача на зміну h_min, рис. 1. Приведена крива зміни мінімальної ефективної в'язкості цементошлакових суспензій свідчить про те, що збільшення кількості обертів від 900 до 2700 об/хв приводе до зниження з_min з 0,22 до 0,1 Па·с, тобто на 55 %. Подальше підвищення швидкості обертів до 3600 об/хв приводе до зменшення мінімальної в'язкості не більш як на 2-4 %. Виявлено, що в результаті швидкісного змішування суспензій в'яжучого без добавки поверхнево-активної речовини її в'язкість знижується порівняно з в'язкістю практично незруйнованої структури в 1,6 разів, що рівнозначно уведенню в немеханоактивовану суспензію суперпластифікатору С-3 в кількості 0,2 %. Критерієм оцінки ефективності швидкісного змішування цементошлакових суспензій був прийнятий безрозмірний коефіцієнт (К), визначаємий як відношення в'язкості практично незруйнованої (h_o) структури до мінімально можливої в'язкості, яку суспензія приймає за:

а) рахунок швидкісного змішування (h_зм); б) введення добавок ПАР (h_ПАР); в) їх сумісного використання (h_?^Е). Розрахунковий коефіцієнт зниження в'язкості при сумісній дії на цементошлакову суспензію швидкісного змішування і добавки ПАР (К_? ^Р) дорівнює:

К_?^Р=К_зм ^.К_ПАР

де К _?^Р - розрахункове значення ефективної в'язкості.

Невиконання даної умови вказує на присутність синергетичного (при К_?^Р< К_?^Е), або антагоністичного (при К_?^Р > К_?^Е) ефектів при сумісній дії на суспензію досліджуваних факторів.

Експериментально підтверджена наявність значного синергетичного ефекту зниження в'язкості суспензії при сумісному впливу на неї швидкісного змішування і добавок ПАР. Критерієм кількісної оцінки даного ефекту був прийнятий рівень синергізму (У_с), визначаємий як відношення реального коефіцієнту зниження в'язкості (К_?^Е) суспензії до його розрахункового значення (К_?^Р). Результати проведених дослідів на цементошлакових суспензіях (Ш=20 %), рис. 2, показують, що рівень синергізму тим вищий, чим більша концентрація добавки і вища їх пластифікуюча здібність. Так, при використанні С-3 цей показник зростає з У_с=1,3 (концентрація С-3 =0,5%) до 7,5 (концентрація С-3 =2%). У випадку використання пластифікуючої добавки “Дофен” У_с зростає з 1,6 (концентрація добавки 0,5 %) до У_с=3,8 (концентрація добавки 2 %). При сумісному впливі на цементошлакову суспензію швидкісного змішування і добавки ПФС синергетичний ефект практично не проявляється (У_с=1,0...1,25).

Аналогічні результати отримані і для цементних суспензій з вмістом доменного шлаку від 5 до 65 %. Це дозволяє зробити висновок про універсальність синергетичного ефекту зниження в'язкості концентрованих дисперсних систем на цементошлакових в'яжучих при сумісному впливі на них швидкісного змішування і добавок ПАР.

В четвертому розділі проаналізовано вплив механохімічної активації на властивості твердіючих цементошлакових суспензій. Модифікація поверхні часток цементу і доменного шлаку в швидкісному змішувачу за рахунок їх зіткнень призводе до підвищення їх хімічної активності. Підтвердженням аморфізації поверхневого шару часток в середовищі, з яким вони взаємодіють, являються експериментальні дані по кількісній зміні хімічно зв'язаної води, температури твердіючої суспензії, термінів тужавлення, структурній міцності.

Експериментально визначено, що в добовому віці кількість хімічно зв'язаної води в цементному камені на механоактивованому чистоклінкерному портландцементі на 80 % більше, ніж в контрольних зразках. З часом різниця в кількості хімічно зв'язаної води зменшується і в 28-и добовому віці не перевищує 30 %. Уведення в портландцемент доменного шлаку приводе до зниження кількості хімічно зв'язаної води. В той же час механоактивація цементошлакової суспензії з вмістом доменного шлаку 35 % дозволяє хімічно зв'язати 14,3 % води в 28-и добовому віці, що на 4 % вище по відношенню до кількості хімічно зв'язаної води контрольних зразків на чистоклінкерному портландцементі.

Механоактивація приводе до збільшення швидкості досягнення максимальної температури твердіючих цементошлакових суспензій. Експериментально встановлено, що в активованій цементошлаковій суспензії (вміст шлаку становить 65 %) максимум піка розігріву настає на 5 годин раніше ніж в контрольних зразках, рис. 3.

Механохімічна активація приводе до значної зміни періодів формування структури цементошлакових композицій. Так, початок тужавлення цементошлакової суспензії (вміст шлаку 35 %) скорочується з 4 год. 45 хв. до 3 год. 25 хв., а кінець тужавлення з 6 год. 25 хв. до 4 год. 30 хв.

Таким чином, обробка цементошлакової суспензії в швидкісному змішувачі дозволяє прискорювати періоди формування структури твердіючого цементного каменю, що особливо важливо для монолітного будівництва.

Експериментально підтверджено, що величина і швидкість зростання структурної міцності механоактивованих цементошлакових суспензій відрізняється від показників у аналогічних по складу немеханоактивованих суспензіях. Слід відмітити значний вплив питомої поверхні доменного шлаку на зміну структурної міцності. Так, найбільша швидкість зростання структурної міцності твердіючої механоактивованої суспензії спостерігається при 5-и відсотковому вмісту у в'яжучому доменного шлаку питомої поверхні 500 м²/кг. При цьому максимальне значення (1,2МПа) структурної міцності спостерігається на 30 хв. раніше, ніж при використанні шлаку з S_пит=300 м²/кг і на 60 хв. - при використанні шлаку з S_пит=100 м²/кг. Для суспензій з вмістом шлаку у в'яжучому 35 і 65 % максимальна швидкість зростання структурної міцності спостерігається також при використанні шлаку питомої поверхні 500 м²/кг.

В п'ятому розділі проведено проектування та дослідження властивостей важкого бетону на механоактивованому цементошлаковому в'яжучому. Експеримент виконувався по Д-оптимальному плану -“трикутники (v_i) на кубі (Х_i)”. В якості сумішних факторів (v_i) були прийняті питомі поверхні меленого доменного шлаку (S_пит=300±200 м²/кг). Незалежними рецептурно-технологічними факторами були прийняті:

- температура ізотермічної витримки (Х₄=65±25°С);

- вміст в'яжучого в 1м³ бетону (Х₅=350±100 кг);

- вміст молотого шлаку у в'яжучому (Х₆=35±30 %).

Для контролю готувались бетонні зразки аналогічного складу на немеханоактивованому в'яжучому.

Графічна інтерпретація математичної моделі, описуючої вплив рецептурно-технологічних і сумішних факторів на міцність бетону при стиску на механоактивованому в'яжучому відразу після ТВО зображена на рис. 4. Встановлено, що питома поверхня доменного шлаку значно впливає на міцність бетону. Максимальна міцність спостерігається у бетонів, в склад в'яжучого якого входе доменний шлак (35%) двох питомих поверхонь v₁ і v₃ в співвідношенні (по масі) 1:1, що забезпечує питому поверхню 300 м²/кг. Введення в в'яжуче аналогічної кількості доменного шлаку з S_пит=300 м²/кг забезпечує міцність бетону 25 МПа, що майже на 30 % нижче.

Із впливом часу максимальна міцність бетонних зразків зміщується в область складів, які вміщують значну кількість в в'яжучому доменного шлаку питомої поверхні 500 м²/кг, рис. 5. Так, максимальна міцність бетонних зразків, випробуваних через 28 днів після ТВО, спостерігається для бетону, в цементошлакове в'яжуче якого входить доменний шлак питомих поверхонь 100 і 500 м²/кг в співвідношеннях від v₁:v₃=1:2 до v₁:v₃=1:3.

Відносний приріст міцності бетону (К) на механоактивованому в'яжучому по відношенню до контролю неоднозначний в досліджуваному факторному просторі. Так, відносний приріст міцності К значно збільшується із зниженням температури ізотермічного прогріву в вивченому діапазоні вмісту доменного шлаку у в'яжучому. Зниження температури ізотермічної витримки з 90 до 40°С приводе до підвищення величини К з 1,35 до 2,7 (вміст шлаку в цементошлаковому в'яжучому складає 65 %). В значно більшій мірі проявляється вплив механоактивації цементошлакового в'яжучого на міцність бетону, твердіючого в нормальних умовах. Так, якщо границя міцності при стиску бетону на немеханоактивованому в'яжучому в одноденному віці не перевищує 2,5 МПа (витрата в'яжучого - 350 кг/м³; вміст доменного шлаку в в'яжучому - 35 %), то механоактивація цементошлакового в'яжучого аналогічного складу підвищує міцність бетону у 8 разів (R_ст^МА=20,0 МПа). З впливом часу приріст міцності сповільнюється і в 28-и денному віці не перевищує 50...55 %, рис. 6.

Механохімічна активація в значній мірі відновлює хімічну активність компонентів цементошлакового в'яжучого, яка знижується при їх тривалому зберіганні. Так, в 28-и денному віці, границя міцності при стиску бетонів, виготовлених по традиційній технології (в'яжуче немеханоактивоване) через 6 місяців після помелу портландцементу і доменного шлаку складає відповідно: 68 % - температура ізотермічної витримки 90°С; 46 % - температура ТВО 40°С; 38 % - температура твердіння 20°С.

Для бетонів на механоактивованому в'яжучому, твердіючих в аналогічних умовах, втрата міцності не перевищувала: 10% - при температурі ізотермічної витримки 90°С; 25 % - при температурі ТВО 40°С; 30% - при температурі твердіння 20°С.

Шостий розділ присвячено вирішенню питань оптимізації складів і режимів твердіння бетонів на механоактивованому цементошлаковому в'яжучому, а також експериментально-промислового впровадження розробленої технології для виготовлення внутрішніх стінових панелей загальним об'ємом 45 м³ на підприємстві ВАТ “Домобудівний комбінат” м. Одеси. Критеріями якості бетону були прийняті:

- клас бетону за міцністю при стиску від В15 до В50;

- міцність при стиску після ТВО не нижче 70 % від марочної.

Експериментально доведено, що механохімічна активація цементошлакового в'яжучого дозволяє збільшити вміст меленого доменного шлаку в в'яжучому на 30...35 % порівняно з контролем, а також знизити питому витрату пару з 423 до 210 МДж/м³, забезпечуючи при цьому необхідні критерії якості бетону. Економічний ефект від впровадження розробки складає 22 грн. 35 коп. на 1 м³ бетону.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Проаналізовані механізми механохімічної активації цементошлакових суспензій як грубодисперсних систем. Часте зіткнення часток дисперсної фази в турбулентних потоках дисперсійного середовища приводе до здирання з їх поверхонь плівок новоутворень, порушенню кристалічних ґраток і, як наслідок, до підвищення хімічної активності в'яжучого.

2. Визначені оптимальні режими швидкісного змішування цементошлакових суспензій, які забезпечують максимальне зниження їх ефективної в'язкості. Сумісна дія на суспензію швидкісного змішування в присутності добавок ПАР приводе до зниження її ефективної в'язкості в 10-15 разів. Показано, що незалежно від питомої поверхні доменного шлаку швидкісне змішування суспензій в'яжучого забезпечує граничне руйнування початкової структури.

3. Досліджено вплив режимів механоактивації на зміну властивостей твердіючого цементошлакового в'яжучого. Обробка суспензій в'яжучого в швидкісному змішувачі приводе до прискорення процесів гідратоутворення, що підтверджується скороченням термінів тужавлення на 1,5-2 години, підвищенням температури розігріву суспензій на 70-80 %, прискоренням росту структурної міцності на 40...50 % в порівнянні з аналогічними складами суспензій на немеханоактивованому в'яжучому.

4. Виявлена залежність міцності при стиску бетону від гранулометричного складу меленого доменного шлаку в цементошлаковому в'яжучому. Введення в портландцемент доменного шлаку двох питомих поверхонь 100 і 500 м²/кг в співвідношенні 1:1 по масі підвищує міцність бетону на 25...30 % по відношенню до бетону, в в'яжуче якого вводилась аналогічна кількість (35 %) меленого шлаку питомої поверхні 300 м²/кг.

Встановлено, що механохімічна активація дозволяє зменшити витрати портландцементу на 30...35 % за рахунок доменного шлаку, а також знизити питому витрату тепла з 423 до 210 МДж/м³, забезпечуючи при цьому одержання бетону необхідної якості. Оптимізовані склади класів бетону за міцністю при стиску від В15 до В50.

5. За результатами досліджень на виробничій площі ВАТ “Одеський домобудівний комбінат” випущена експериментально-промислова партія внутрішніх стінових панелей загальним об'ємом 45 м³. Економічний ефект від впровадження розробки складає 22 грн. 35 коп. на 1 м³ бетону.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ:

1. Барабаш И.В., Выровой В.Н., Матковский В.Д. Механоактивированные цементные композиции для ремонтных работ. В сб.: “Проблеми експлуатації, ремонту та реконструкції транспортних споруд в новому тисячолітті”. -Київ. -Український транспортний університет.-2000.- С.397-399.

Внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних робіт, обробка результатів.

2. Барабаш И.В., Щербина С.Н., Бабий И.Н., Матковский В.Д. Влияние физико-химической активации на кинетику набора прочности КСМ на основе портландцементов//Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наукових праць.-Рівне: РДТУ.-2000.-Вип.5.-С.3-10.

Внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних робіт, обробка результатів.

3. Барабаш И.В., Матковский В.Д., Выровой В.Н. Моделирование механизмов организации структуры механоактивированных грубодисперсных систем //В сб. “Моделирование и оптимизация в материаловедении. -МОК. -Одесса: Астропринт,2001. - С.69-70.

Внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних робіт, побудова математичних моделей фізико-механічних властивостей і їх інтерпретація.

4. Барабаш И.В., Бабий И.Н., Матковский В.Д. Цементные бетоны на механоактивированном вяжущем. -Вісник ОДАБА. -Вип.10.-2003. -С.15-19.

Внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних робіт, обробка результатів.

5. Барабаш И.В., Проскуряков А.О., Матковский В.Д. Основные направления использования механоактивированных минеральных вяжущих//В сб. “Моделирование и оптимизация в материаловедении”-МОК'44.-Одесса.-Астропринт.-2005.-С.129.

Внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних робіт, обробка результатів.

6. Барабаш И.В., Матковский В.Д., Щербина С.Н. Механоактивированные цементы с добавкой доменного шлака и бетоны на их основе //Вісник ОДАБА.-Одеса: -ОДАБА,-2006.-Вип. 24.-С.151-157.

Внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних робіт, обробка результатів.

7. Матковский В.Д., Барабаш И.В., Щербина С.Н. Кинетика изменения эффективной вязкости цементошлакових суспензий в условиях скоростного смешения //Вісник ОДАБА.-Одеса: -ОДАБА,-2007.-Вип. 25.-С.212-217.

Внесок здобувача: обробка та інтерпретація результатів досліджень.

АНОТАЦІЯ

Матковський В.Д. Активовані цементошлакові суспензії і бетони на їх основі. - Рукопис.

Рукопис дисертації подано на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби. - Одеська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України. Одеса, 2007.

В дисертаційній роботі наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень, які присвячені підвищенню ефективності використання цементного клінкеру і економії енергоресурсів за рахунок реалізації механохімічної активації і введення в технологічну суміш меленого доменного шлаку оптимальної дисперсності і кількості. Визначені оптимальні режими швидкісного змішування цементних суспензій, наповнених меленим шлаком, які забезпечують гранично-можливе руйнування початкової структури системи. Механоактивація цементошлакової суспензії приводе до скорочення термінів тужавлення на 1,5...2 години, підвищенню розігріву її на 70...80 %, прискоренню росту структурної міцності на 40...50 % в порівнянні з контролем. Активація дозволяє зменшити витрату портландцементу за рахунок доменного шлаку на 30...35 %, що забезпечує економічний ефект в розмірі 22грн. 35 коп. на 1 м³ бетону. Оптимізовані склади класів важких бетонів за міцністю при стиску від В15 до В50. За результатами досліджень на виробничій площі ВАТ “Одеський домобудівний комбінат” випущена експериментально-промислова партія внутрішніх стінових панелей загальним об'ємом 45 м³.

Ключові слова: цементошлакова суспензія, механохімічна активація, суперпластифікатор, оптимізація, важкий бетон.

АННОТАЦИЯ

Матковский В.Д. Активированные цементошлаковые суспензии и бетоны на их основе. - Рукопись.

Рукопись диссертации представлена на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины. Одесса, 2007.

Защищается диссертационная работа, содержащая результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на повышение эффективности использования цементного клинкера и экономии энергоресурсов за счёт реализации механохимической активации и введения в технологическую смесь молотого доменного шлака оптимальной дисперсности и количества. Проанализированы механизмы механохимической активации цементошлаковых суспензий как грубодисперсных систем. Интенсивные столкновения частичек дисперсной фазы в турбулентных потоках, создаваемых скоростным смесителем, приводят к сдиранию с их поверхностей продуктов новообразований, нарушению кристаллических решёток и, как следствие, к повышению химической активности вяжущего.

Экспериментально установлены режимы скоростного смешения цементошлаковых суспензий, обеспечивающих максимальное снижение их эффективной вязкости. Выявлен эффект синергизма при воздействии на цементошлаковую суспензию скоростного смешения в присутствии суперпластификатора С-3.

Вязкость механоактивированной суспензии снижается по сравнению с вязкостью практически неразрушенной структуры в 10…15 раз. Установлено, что независимо от удельной поверхности молотого шлака скоростное смешение цементошлаковой суспензии обеспечивает предельное разрушение начальной структуры.

Выявлено влияние режимов механоактивации (скорость вращения ротора, время активации) на изменение свойств твердеющих цементошлаковых суспензий. Активация суспензий в скоростном смесителе приводит к ускорению процессов гидратации, что подтверждается сокращением сроков схватывания на 1,5…2 часа, повышением температуры разогрева суспензии на 70…80 %, ускорением набора пластической прочности на 40…50 % по сравнению с аналогичными составами суспензий на немеханоактивированном вяжущем.

Определена зависимость прочности при сжатии бетона от гранулометрического состава молотого шлака в цементошлаковом вяжущем. Введение в портландцемент доменного шлака двух удельных поверхностей 100 и 500 м²/кг в соотношении 1:1 по массе приводит к повышению прочности бетона на 25…30 % по сравнению с бетоном, в вяжущее которого вводилось аналогичное количество доменного шлака удельной поверхности 300 м²/кг. Механохимическая активация позволяет снизить расход портландцемента на 30...35 % за счёт доменного шлака, а также снизить удельный расход тепла с 423 до 210 МДж/м³, обеспечивая при этом получение бетона требуемого качества. Оптимизированы составы классов тяжёлых бетонов по прочности при сжатии от В 15 до В 50.

На производственных площадях ОАО “ДСК” (г. Одесса) выпущена опытно-промышленная партия внутренних стеновых панелей общим объемом 45 м³. Экономический эффект от внедрения данной разработки составляет 22 грн. 35 коп. на 1 м³ бетона.

Ключевые слова: цементошлаковая суспензия, механохимическая активация, суперпластификатор, оптимизация, тяжёлый бетон.

ANNOTATION

Matkovsky V.D. Activated cement-slag suspensions and concretes on their basis. - Manuscript.

The manuscript of dissertation is submitted for academic degree of Ph.D. of technical sciences by the speciality 05.23.05 - Materials of construction and articles.- Odessa State Academy of Building and Architecture of Department of Education and Science of Ukraine. Odessa, 2007.

The results of theoretical and experimental researches which are devoted the increase of efficiency of the use of cement clinker and economy of energy resources owing to realization of the mekhanochemical activation and introduction to technological mixture of the ground blast-furnace slag of optimum dispersion and amount are resulted in dissertation work. The optimum modes of the speed mixing of cement suspenziy, filled with the ground slag are certain, providing maximum possible destruction of initial structure of the system. Mekhanoaktivation of cement-slag suspensions results in reduction of terms of hardening on 1,5 … 2 hours, to the increase of warming-up of it on 70…80%, to the acceleration of growth of structural durability on 40…50% as compared to control. Activating allows to decrease the charges of portlandtcement due to a blast-furnace slag on 30…35%, that provides an economic effect in the size of 22 grn.35 kop. on 1 м³ of concrete.

Compositions of classes of heavy concretes are optimized after durability at a compression from В15 to В50. As a result of researches on the production area of VAT the "Odessa house-building combine" experimentally industrial party of internal wall panels is produced in an amount 45 м³.

Keywords: cement-slag suspension, mekhanochemical activation, superplasticizer, optimization, heavy concrete.

Размещено на http://www.allbest.ru

...