Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет будівництва і архітектури

УДК 666.94; 666.95; 691.5

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Швидкотверднучі лужні шлакопортландцементи та бетони на їх основі

05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

Бондаренко Ольга Петрівна

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі будівельних матеріалів та в Науково-дослідному інституті в'яжучих речовин і матеріалів ім. В.Д. Глуховського Київського національного університету будівництва і архітектури

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Пушкарьова Катерина Костянтинівна, Київський національний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри будівельних матеріалів

Офіційні опоненти - доктор технічних наук Соболь Христина Степанівна, Національний університет “Львівська політехніка”, м. Львів, професор кафедри автомобільних шляхів

- кандидат технічних наук Дорошенко Юрій Михайлович, Національний транспортний університет, м. Київ, професор кафедри дорожньо-будівельних матеріалів та хімії

Захист відбудеться 11 березня 2009 р. о 13⁰⁰ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.05 “Основи та фундаменти. Будівельні матеріали та вироби. Екологічна безпека” Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03680, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31, ауд. 466.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03680, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий 05.02.2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент М.В. Суханевич

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. На сьогодні в будівництві однією з найважливіших є задача зниження матеріальних, енергетичних і трудових ресурсів, що в значній мірі досягається за рахунок розробки нових в'яжучих матеріалів з максимальним вмістом техногенної сировини.

Враховуючи існуючі екологічні проблеми, пов'язані з виробництвом традиційного портландцементу, особлива увага приділяється розробці пуцоланових цементів та шлакопортландцементів. В той же час на ринку спостерігається велика кількість шлакопортландцементу, який не користується попитом, що зумовлено його низькими будівельно-технологічними властивостями. Ось чому особливої актуальності набуває питання про необхідність покращення його властивостей за рахунок введення комплексної добавки, що містить лужну речовину. При цьому слід звернути увагу на те, що існуючі загальноприйняті технології (двокомпонентна схема виробництва в'яжучих речовин) передбачають використання лужної складової у вигляді водного розчину. Останнє ускладнює технологічний процес виробництва бетонних сумішей. Саме тому модифікування шлакопортландцементу бажано здійснювати за технологією сумісного помелу всіх компонентів в'яжучої речовини, в тому числі шлако-клінкерної суміші, лужного компонента з іншими складовими, та наступного їх замішування водою для отримання в'яжучих композицій з максимальним вмістом шлаку, що за своїми властивостями не поступатимуться звичайному портландцементу, а бетони на їх основі будуть відрізнятись прискореними строками тужавлення, швидким набором міцності, підвищеними морозо-, атмосферо-, зносо-, корозійною стійкістю та можливістю твердіти при додатніх та від'ємних температурах.

Передумовою для виконання даної роботи є пріоритетні праці Науково-дослідного інституту в'яжучих речовин і матеріалів імені В.Д. Глуховського у галузі розробки модифікованих в'яжучих систем, продукти гідратації яких представлені низькоосновними гідросилікатами кальцію, гідроалюмінатами та новоутвореннями, подібними до етрингіту, а також наукові праці, пов'язані з регулюванням строків тужавлення за рахунок введення органічних та мінеральних добавок.

Все вищезазначене, а саме теоретична можливість стабілізації продуктів гідратації композиційних в'яжучих композицій, до яких відносяться і шлакопортландцементні, потребує розробки нових методів регулювання складу та структури таких систем з метою встановлення можливості їх використання для отримання довговічних матеріалів з наперед заданими властивостями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у Науково-дослідному інституті в'яжучих речовин і матеріалів Київського національного університету будівництва і архітектури у відповідності до держбюджетної теми Міністерства освіти і науки України 2ДБ-2006 “Фізико-хімічні засади створення безгіпсових шлакопортландцементів і основ енергозберігаючих технологій бетонів з підвищеними експлуатаційними характеристиками” (2006-2008 рр., № державної реєстрації 0106U000642). В зазначеній роботі автор виконувала обов'язки виконавця.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка шлакопортландцементних в'яжучих систем, модифікованих комплексними добавками, які виготовлені за технологією сумісного помелу всіх компонентів в'яжучої речовини та наступного їх замішування водою з подальшим отриманням довговічних бетонів, що відрізняються прискореною швидкістю набору міцності та високими експлуатаційними характеристиками.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- дослідити сумісну дію модифікуючих комплексних добавок, що представлені органічними (ГКЖ, щавлевою кислотою, карбамідом та С-3, “Dynamon SР-3”, “Melflux”, натрієвий ЛСТ) і лужними сполуками (метасилікатом натрію) на технологічні та фізико-механічні властивості шлакопортландцементів;

- встановити механізм впливу комплексної добавки оптимального складу на процеси структуроутворення шлакопортландцементів, а також фізико-хімічні закономірності процесів гідратації модифікованих в'яжучих систем як на ранніх, так і на пізніх етапах твердіння;

- оптимізувати склади лужних шлакопортландцементів, модифікованих комплексними добавками, та визначити технологічні і фізико-механічні характеристики розроблених в'яжучих систем;

- експериментально дослідити фізико-механічні та спеціальні властивості бетонів на основі розроблених складів шлакопортландцементів, модифікованих комплексною добавкою;

- провести практичне випробування розроблених лужних шлакопортландцементів, модифікованих комплексними добавками, та бетонів на їх основі, оцінити їхню техніко-економічну ефективність та раціональні галузі використання.

Об'єктом досліджень є штучний камінь, отриманий на основі лужних шлакопортландцементів, модифікованих комплексною добавкою.

Предметом досліджень є направлене регулювання процесів структуроутворення та твердіння лужних шлакопортландцементів, модифікованих комплексними добавками, які забезпечують формування матеріалу з покращеними експлуатаційними характеристиками, в тому числі корозійною стійкістю та можливістю твердіти при додатніх та від'ємних температурах.

Методи досліджень. Експериментальні дослідження виконані із застосуванням сучасних методів фізико-хімічного аналізу: рентгенофазового, диференціально-термічного, електронної растрової мікроскопії з використанням зондового аналізу та ІЧ-спектроскопії, а також диференціальної скануючої мікрокалориметрії. Визначення фізичних (середня густина, пористість, водопоглинання), фізико-механічних (міцність при стиску, при згині) та спеціальних (зносо-, атмосферо-, морозо- та корозійна стійкість) властивостей проведено за традиційними методиками згідно діючих нормативних документів. Розрахунки та оптимізацію складів лужних шлакопортландцементів, модифікованих комплексними добавками, та бетонів на їх основі проведено із застосуванням експериментально-статистичних методів планування експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів:

- теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено можливість отримання швидкотверднучих лужних шлакопортландцементів і бетонів на їх основі за рахунок направленого впливу на процеси гідратації та формування мікро- і макроструктури штучного каменю шляхом додаткового введення на стадії виготовлення цементу комплексної добавки поліфункціональної дії, до складу якої входять: гідрофобізатор, лужний компонент, водоредукуюча та сповільнююча добавки;

- визначено синергетичний вплив сумісної дії добавок на зміну основності утворених гідросилікатів кальцію і встановлено, що величина цього показника знижується від CaO/Sio₂ = 2,1…2,5 (для вихідної шлакопортандцементої системи) до 1,3…1,63 (для системи: шлакопортландцемент + лужний компонент), 1,13…1,25 (для системи: шлакопортландцемент + лужний компонент + сповільнювач), 1,18…1,3 (для системи: шлакопортландцемент + лужний компонент + водоредукуюча добавка) та 1,1…1,2 (для системи: шлакопортландцемент + лужний компонент + сповільнювач + водоредукуюча добавка;

- встановлено взаємозв'язок процесів формування фазового складу новоутворень і синтезу властивостей штучного каменю та показано, що прискорена кінетика набору міцності, підвищена мікротвердість контактної зони “в'яжуча речовина - заповнювач” та покращені експлуатаційні характеристики бетону на основі розглянутих в'яжучих систем (міцність, морозо-, атмосферо-, зносо- та корозійна стійкість у розчинах сульфатів натрію і магнію), пов'язані з формуванням новоутворень, в складі яких відсутні портландит і високоосновні гідросилікати кальцію, а переважають низькоосновні (афвіліт, CSH (В), скоутит, тоберморит, піктоліт) та рентгеноаморфні гідроалюмосилікатні фази;

- розкрито механізм направленого формування порової структури і властивостей цементного каменю на основі лужних шлакопортландцементів та встановлено, що оптимальні умови для синтезу мікроструктури створюються при введенні водоредукуючої добавки полікарбоксилатного типу до складу комплексної добавки за рахунок утворення гелевих пор, середній діаметр яких змінюється в вузькому діапазоні на 1 добу твердіння (3,9…6,0 нм) та майже не підлягає суттєвим змінам через 7 діб (4,1…6,1 нм), забезпечуючи утворення цементного каменю з низькими значеннями пористості (менше 5%) і водопоглинання (менше 4%) та стабільною кінетикою нарощування міцності у часі.

Практичне значення одержаних результатів:

- запропоновано технологію виробництва швидкотверднучого лужного шлакопортландцементу, яка дозволяє отримувати суміш шлаку, клінкеру, лужного компонента, гідрофобізуючої, водоредукуючої та сповільнюючої добавок у сухому стані з подальшим замішуванням водою, що характеризується підвищеним терміном зберігання;

- розроблено і оптимізовано склади модифікованих шлакопортландцементів та доказано ефективність заміни до 60% клінкера доменним гранульованим шлаком з можливістю одержання в'яжучих речовин марки 500 (в разі використання комплексної добавки, що містить метасилікат натрію і щавлеву кислоту) та марки 600 (при застосуванні метасилікату натрію і водоредукуючої добавки полікарбоксилатного типу);

- розроблено і оптимізовано з використанням швидкотверднучих лужних шлакопортландцементів склади бетонів класів В40 та В45 з підвищеними експлуатаційними властивостями, в тому числі стабільною міцністю у часі та корозійною стійкістю (К_с = 1,65…1,9);

- проведено промислове впровадження важкого бетону на основі швидкотверднучого лужного шлакопортланцементу при виробництві фундаментних блоків з використанням розробленої технології, яка стала передумовою зниження собівартості виробів як за рахунок зменшення вартості вихідних компонентів, так і за рахунок підвищення терміну експлуатації конструкцій. Економічний ефект від застосування розробленого важкого бетону становить 371,48 грн. на 1 м³ готової продукції.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів та впровадженні розроблених матеріалів у виробництво. Особистий внесок здобувача в наукові роботи:

- розглянуто фізико-хімічні закономірності регулювання складу новоутворень та властивостей швидкотверднучих лужних шлакопортландцементних в'яжучих систем за рахунок модифікації їх комплексними добавками [1];

- встановлено особливості формування структури та її вплив на фізико-механічні властивості швидкотверднучих бетонів на основі лужного шлакопортландцементу. Застосування модифікованого шлакопортландцементу з підвищеним вмістом шлаку (до 57%) забезпечує отримання бетонів класу В40 - в разі використання метасилікату натрію в комплексі зі щавлевою кислотою та В45 - при застосуванні метасилікату натрію разом із пластифікуючою добавкою полікарбоксилатного складу [2];

- розглянуто можливість розширення строків тужавлення та покращення кінетики набору міцності шлакопортландцементних в'яжучих композицій, виготовлених за технологією сумісного помелу всіх компонентів в'яжучої речовини та наступного їх замішування водою, за рахунок модифікації їх комплексними добавками [3];

- запропоновано основні принципи компонування шлакопортландцементних в'яжучих систем, що відрізняються високою швидкістю нарощування міцності за рахунок модифікації їх лугомісткими добавками [4];

- вивчено особливості активації шлакопортландцементу комплексними добавками, введеними при помелі, і показано можливість отримання бетонів на їх основі з заданими технологічними та експлуатаційними характеристиками за рахунок направленого синтезу новоутворень певного складу та структури [5];

- встановлено вплив комплексу добавок (гідрофобізатор - лужний компонент - сповільнювач - пластифікатор) на мікропористість шлакопортландцементних в'яжучих систем, виготовлених за технологією сумісного помелу всіх компонентів в'яжучої речовини та наступного їх замішування водою, яка передбачає сумісний помел портландцементного клінкеру, шлаку та вищевказаних добавок [6];

- розглянуто особливості формування мікроструктури цементного каменю на основі шлакопортландцементу, модифікованого лужним компонентом та сповільнювачем твердіння. Зазначені добавки забезпечують утворення мікроструктури цементного каменю з дискретною системою мікропор, яка складається з багаточисленних областей розподілу пор, що позитивно впливає на міцнісні показники отриманого штучного каменю на всіх етапах твердіння [7];

- показано вплив комплексних добавок, до складу яких входять лужний компонент, сповільнювач твердіння та суперпластифікатори різних типів, на формування мікроструктури лужного шлакопортландцементу. Ефект від дії добавок полягає в утворенні мікроструктури штучного каменю з переважною кількістю гелевих пор, діаметр яких змінюється в досить узькому діапазоні (6..7 нм), і майже не підлягає суттєвим змінам у часі, що забезпечує переважання конструктивних процесів над деструктивними та стабільну кінетику нарощування міцності, особливо у віці 1…7 діб [8];

- встановлено можливість покращення технологічних властивостей лужних шлакопортландцементних в'яжучих систем за рахунок модифікації їх комплексними добавками [9];

- отримано склади лужних шлакопортландцементів, які характеризуються високою кінетикою нарощування міцності, причому на 2, 7 та 28 добу міцнісні показники перевищують міцність бездобавочних в'яжучих систем відповідно на 33, 22 і 28%. Розроблені лужні шлакопортландцементи можуть бути рекомендовані для виробництва спеціальних бетонів та отримання бетонів високої якості з максимальним вмістом відходів металургійної промисловості [10];

- вивчено вплив комплексних добавок на фізико-механічні характеристики лужного шлакопортландцементу, який містить значну кількість відходів металургійної промисловості, а також можливість одержання композиційних матеріалів на його основі [11].

- показано можливість повного зв'язування лугів в нерозчинні сполуки, що дозволяє не тільки запобігти розвитку внутрішньої корозії цементного каменя, пов'язаної з наявністю вільних лугів в його складі, але й гарантує необхідні технологічні та фізико-механічні характеристики модифікованих шлакопортландцементів [12];

- розроблено склади швидкотверднучих лужних шлакопортландцементів, що за строками тужавлення та міцністю при стиску відповідають вимогам ДСТУ Б В.2.7-46-96, і які доцільно використовувати для отримання штучного каменю спеціального призначення з наперед заданими технологічними та експлуатаційними характеристиками [13];

- вивчено фізико-хімічні особливості структуроутворення лужних шлакопортландцементних в'яжучих систем і показано, що у складі продуктів гідратації ідентифіковані переважно низькоосновні гідросилікати кальцію, афвіліт та піктоліт, які сприятимуть покращенню кінетики набору міцності та забезпечать підвищену довговічність штучного каменю [14];

- показано, що використання комплексної добавки забезпечує більш інтенсивний набір міцності шлакопортландцементних в'яжучих речовин на всіх етапах твердіння за рахунок активації алюмосилікатної складової. Модифікація композицій добавкою-сповільнювачем позитивно впливає на склад новоутворень, забезпечуючи повну гідратацію всіх компонентів в'яжучих систем, а водоредукуюча добавка обумовлює необхідні технологічні й міцнісні характеристики, що відкриває можливість отримувати в'яжучі композиції з покращеними експлуатаційними властивостями [15];

- доведено ефективність отримання лужних шлакопортландцементів за технологією сумісного помелу всіх компонентів в'яжучої речовини та наступного їх замішування водою, причому синергетичний ефект досягається при використанні шлакопортландцементних в'яжучих композицій, що містять 40…60% шлаку та комплексну добавку, яка включає як прискорювач твердіння - метасилікат натрію (у кількості 1…3% або 0,29…0,88% у перерахунку на Na₂O) та як сповільнювач - щавлеву кислоту у кількості 1,5% [16].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були висвітлені на 67, 68 та 69 науково-практичних конференціях Київського національного університету будівництва і архітектури (2006-2008 рр.); наукових конференціях молодих вчених, аспірантів і студентів КНУБА (2006-2008 рр.); п'ятій науково-технічній конференції “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (Рівне, НУВГП, 2006 р.); науково-практичному семінарі “Сучасні технології бетону” (Київ, ДНДІБК, 2006 р.); всеросійській науково-практичній конференції “Строительное материаловедение - теория и практика” (Москва, 2006 р.); 46-му міжнародному семінарі “Моделирование и оптимизация в материаловедении” (Одеса, ОДАБА, 2007 р.); міжнародній конференції “Alkaline activated materials” (Прага, Чеська республіка, 2007 р.); VІ науково-практичному семінарі “Структура, властивості та склад бетону” (Київ, НУВГП, 2007 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Бетони та вироби на основі бетонів” (Київ, НДІБВМ, 2007 р.); VІ науково-технічної конференції “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (Рівне, НУВГП, 2008 р.); 47-му міжнародному семінарі “Моделирование и оптимизация в материаловедении” (Одеса, ОДАБА, 2008 р.); V ювілейній міжнародній науково-технічній конференції “Стройхимия 2008” (Київ, МВЦ, 2008 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 друкованих робіт, в тому числі 9 - у наукових фахових виданнях; 7 - у матеріалах доповідей вітчизняних і міжнародних конференцій та семінарів.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 129 сторінках друкованого тексту основної частини, яка складається зі вступу, п'яти розділів та висновків. Повний обсяг дисертації становить 175 сторінок і включає 52 рисунки на 50 сторінках, 18 таблиць на 18 сторінках, список використаних джерел зі 148 найменувань на 15 сторінках та 4 додатки на 9 сторінках.

Зміст роботи

Доведено, що при застосуванні комплексу добавок (лужна сполука, сповільнюючий та водоредукуючий компоненти) має місце зниження основності, про що свідчить зменшення величини відношення CaO/Sio₂ до 1,1…1,2 (рис. 2 б), тоді як без сповільнювача (щавлевої кислоти) це відношення знаходиться в межах 1,18…1,3. Формування щільної структури модифікованого лужного шлакопортландцементу за рахунок переважного синтезу низькоосновних гідросилікатів кальцію та майже повне зв'язування лужного компонента в рентгеноаморфні гідроалюмосилікатні фази забезпечує утворення штучного каменю з покращеним міцнісними та експлуатаційними характеристиками.

Таким чином, в результаті проведених досліджень розроблено принципи композиційної побудови лужних швидкотверднучих шлакопортландцементів, які виготовлені за технологією сумісного помелу всіх компонентів в'яжучої речовини та наступного їх замішування водою, що передбачають підбір складу комплексної добавки поліфункціональної дії, що містить: гідрофобізатор, прискорювач (лужну сполуку), водоредукуючий та сповільнюючий компоненти. Використання вказаних компонентів, які є сумісними між собою, у складі комплексної добавки дає змогу в разі отримання пластифікованих сумішей (розплив стандартного конуса сягає 160 мм) прискорити швидкість набору ранньої міцності отриманого штучного каменю до 70% та стабілізувати приріст показників міцності (до 45%) на пізніх етапах твердіння.

Четвертий розділ присвячений розробці та оптимізації складів бетонів на основі швидкотверднучих лужних шлакопортландцементних в'яжучих речовин, модифікованих комплексними добавками.

На базі запропонованих шлакопортландцементних в'яжучих речовин із підвищеним вмістом шлаку (до 60%) запроектовано склад бетонних сумішей, що забезпечують отримання бетонів класів В40 - в разі використання метасилікату натрію у комплексі зі щавлевою кислотою та В45 - при застосуванні метасилікату натрію разом з “Melflux”, пористість яких не перевищує 5%, а водопоглинання - не більше 4%. При цьому приріст міцності зразків модифікованого бетону становить у віці 7 діб - 30…50%, у віці 28 діб - 35…53% та у віці 90 діб - 25…30%, значення міцності при стиску - відповідно 37,1 і 42,9 МПа, 54,6 і 61,8 МПа та 64,3 і 68,9 МПа (табл. 1).

Таблиця 1. Кінетика зміни міцності бетонів на основі модифікованих шлакопортландцементних в'яжучих систем

*Примітка. Склад-порівняння на основі модифікованого безгіпсового портландцементу

Вивчено вплив комплексних добавок на особливості формування мікро- та макроструктури та підтверджено позитивну роль кристалохімічної подібності мінералів заповнювача та новоутворень у синтезі міцності штучного каменю. На основі даних електронно-мікроскопічного та рентгенофазового аналізів досліджено характер впливу комплексних добавок на формування контактної зони “крупний заповнювач - в'яжуча речовина” та встановлено, що введення комплексних добавок змінює склад, форму новоутворень та інтенсивність кристалоутворення у досліджуваних системах. Модифікація шлакопортландцементів добавками “метасилікат натрію + щавлева кислота” або “метасилікат натрію + “Melflux” приводить до формування новоутворень, які забезпечують щільне зчеплення та зрощування заповнювача з в'яжучою речовиною, що, в свою чергу, сприяє підвищенню фізико-механічних характеристик бетонів на основі модифікованих в'яжучих композицій.

Ефективність модифікації шлакопортландцементних композицій комплексними добавками визначається не тільки складом новоутворень, але й зміною мікротвердості контактної зони “в'яжуча речовина - заповнювач”. Аналіз отриманих даних свідчить, що показники мікротвердості зразків на основі шлакопортландцементних композицій, модифікованих комплексними добавками, підвищуються на 14…18% і становлять 4600…4700 МПа - при введенні метасилікату натрію та щавлевої кислоти, 4700…4800 МПа - при застосуванні метасилікату натрію і “Melflux”, тоді як для в'яжучої системи без добавок значення мікротвердості лежать в межах 4200…4300 МПа.

На основі дослідження кінетики набору міцності, атмосферо-, морозо-, зносо- та корозійної стійкості розроблених складів бетонів вивчена їх довговічність.

Показано, що бетони на основі швидкотверднучих лужних шлакопортландцементів відрізняються незначною усадкою та підвищеною зносостійкістю (показники усадочних деформацій знижуються на 40...50%, а стиранності на 20…25%, порівняно з бездобавочними композиціями).

Отримані бетони після 150 циклів навперемінного заморожування та відтавання, характеризуються підвищеними (на 3…5%) міцнісними показниками порівняно з контрольними. Запроектовані бетони витримали 300 циклів навперемінного зволоження та висушування без втрати міцності (приріст міцності основних зразків становить 17…19% порівняно із контрольними).

Досліджено корозійну стійкість бетонів на основі шлакопортландцементних систем, модифікованих комплексними добавками, у агресивних середовищах, представлених розчинами сульфату натрію та сульфату магнію. Встановлено, що введення до складу в'яжучих речовин комплексних добавок сприяє підвищенню коефіцієнтів корозійної стійкості К_с1¹²⁶ та К_с1¹⁸⁰ на 175…207% (порівняно з портландцементом) та на 135…156% (порівняно з бездобавочним шлакопортландцементом). Така ж тенденція спостерігається для коефіцієнтів К_с2¹²⁶ та К_с2¹⁸⁰, які для модифікованих систем зростають на 183…200% (порівняно з системами на основі портландцементу) і на 132…143% (порівняно з шлакопортландцементом без добавок). Отримані значення коефіцієнтів корозійної стійкості К_с = 1,65…1,9 перевищують показники корозійної стійкості К_с = 0,78…1,22 (для сульфатостійких портландцементів) та К_с = 0,91…1,4 (для шлаколужних в'яжучих речовин). Підвищені показники міцності, морозо-, атмосферо-, зносо- та корозійної стійкості вказують на довговічність та перспективність застосування розроблених бетонів для отримання матеріалів спеціального призначення.

В п'ятому розділі наведено результати дослідно-промислового впровадження швидкотверднучого лужного шлакопортландцементу та бетону на його основі, що був використаний при випуску 20 штук фундаментних блоків ФБС 24.4.6.-Т (ГОСТ 13579-58). Проведені дослідження експлуатаційних характеристик запропонованих бетонів свідчать про ефективність заміни портландцементу на розроблені в'яжучі речовини, які отримані з використанням відходів металургійної промисловості, що у майбутньому можуть бути запропоновані як альтернатива портландцементу. Фактичний економічний ефект від застосування важкого бетону на основі швидкотверднучого лужного шлакопортландцементу становить 371,48 грн. на 1 м³ готової продукції і досягається як за рахунок зниження собівартості вихідних компонентів, так і за рахунок підвищення терміну експлуатації конструкцій.

Висновки

1. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено можливість отримання швидкотверднучих лужних шлакопортландцементів і бетонів на їх основі за рахунок направленого впливу на процеси гідратації та формування мікро- і макроструктури штучного каменю шляхом додаткового введення на стадії виготовлення цементу комплексної добавки поліфункціональної дії, до складу якої входять: гідрофобізатор, лужний компонент, водоредукуюча та сповільнююча добавки.

2. Визначено синергетичний вплив сумісної дії добавок на зміну основності утворених гідросилікатів кальцію і встановлено, що величина цього показника знижується від CaO/Sio₂ = 2,1…2,5 (для вихідної шлакопортандцементої системи) до 1,3…1,63 (для системи: шлакопортландцемент + лужний компонент), 1,13…1,25 (для системи: шлакопортландцемент + лужний компонент + сповільнювач), 1,18…1,3 (для системи: шлакопортландцемент + лужний компонент + водоредукуюча добавка) та 1,1…1,2 (для системи: шлакопортландцемент + лужний компонент + сповільнювач + водоредукуюча добавка).

3. Встановлено взаємозв'язок процесів формування фазового складу новоутворень і синтезу властивостей штучного каменю та показано, що прискорена кінетика набору міцності, підвищена мікротвердість контактної зони “в'яжуча речовина - заповнювач” та покращені експлуатаційні характеристики бетону на основі розглянутих в'яжучих систем (міцність, морозо-, атмосферо-, зносо- та корозійна стійкість у розчинах сульфатів натрію і магнію), пов'язані з формуванням новоутворень, в складі яких відсутні портландит та високоосновні гідросилікатами кальцію, а переважають низькоосновні (афвіліт, CSH (В), скоутит, тоберморит, піктоліт) та рентгеноаморфні гідроалюмосилікатні фази.

4. Розкрито механізм направленого формування порової структури і властивостей штучного каменю на основі лужних шлакопортландцементів, оптимальні умови для якої створюються при введенні водоредукуючої добавки полікарбоксилатного типу до складу комплексної добавки за рахунок утворення гелевих пор, середній діаметр яких змінюється в вузькому діапазоні на 1 добу твердіння (3,9…6,0 нм) та майже не підлягає суттєвим змінам через 7 діб (4,1…6,1 нм), причому об'єм мікропор при цьому збільшується в 4 рази, порівняно з об'ємом пор немодифікованого шлакопортландцементу. Це сприяє утворенню цементного каменю з низькими значеннями пористості (менше 5%) і водопоглинання (менше 4%) та підвищеними міцнісними характеристиками як на ранніх етапах твердіння (через 2 доби - 30 МПа), так і на пізніх (через 28 діб - 62,4 МПа, через 90 діб - 73,8 МПа).

5. Розроблено і оптимізовано склади модифікованих шлакопортландцементів та доведена ефективність заміни до 60% портландцементного клінкера доменним гранульованим шлаком, при цьому міцність отриманих цементів через 2 доби сягає 30 МПа, через 28 діб - 62,4 МПа, що перевищує міцність традиційного шлакопортландцементу з таким же вмістом шлаку на 75% і 45% відповідно.

6. Розроблено і оптимізовано склади бетонів на основі швидкотверднучих лужних шлакопортландцементів класів В40 (в разі використання метасилікату натрію у комплексі зі щавлевою кислотою) та В45 (при застосуванні метасилікату натрію разом із водоредукуючою добавкою полікарбоксилатного типу) з високими характеристиками міцності (на 2 добу - 32 МПа, на 28 добу - 65 МПа).

7. Визначено характеристики зміни експлуатаційних властивостей розроблених бетонів у часі і показано, що після 150 циклів навперемінного заморожування та відтавання їхня міцність підвищилась на 2,94…4,25%; після 300 циклів навперемінного зволоження та висушування - на 17…19%; після зберігання у розчинах сульфату натрію та сульфату магнію встановлено, що введення до складу в'яжучих речовин комплексних добавок сприяє підвищенню коефіцієнтів корозійної стійкості К_с1¹²⁶ та К_с1¹⁸⁰ (відношення границі міцності при стиску зразків після витримування в агресивному розчині до границі міцності при стиску зразків, які випробували в момент занурення основних зразків у розчин) на 175…207% (порівняно з портландцементом) і на 135…150% (порівняно з шлакопортландцементом). Така ж тенденція спостерігається для коефіцієнтів К_с2¹²⁶ та К_с2¹⁸⁰ (відношення границі міцності при згині зразків після витримування в агресивному розчині до границі міцності при згині зразків, які випробували в момент занурення основних зразків у розчин), котрі для модифікованих систем зростають на 183…200% (порівняно з системами на основі портландцементу) і на 132…143% (порівняно з шлакопортландцементом без добавок); після випробування на стиранність її показники знижуються на 20…25%, порівняно з бетоном на традиційному шлакопортландцементі.

8. Запропоновано технологію виробництва швидкотверднучого лужного шлакопортландцементу, яка дозволяє отримувати суміш шлаку, клінкеру, лужного компонента, гідрофобізуючої, водоредукуючої та сповільнюючої добавок у сухому стані з подальшим замішуванням водою, що характеризується підвищеним терміном зберігання.

9. Впроваджено розроблений швидкотверднучий лужний шлакопортландцемент при виготовленні бетонних фундаментних блоків з підвищеною корозійною стійкістю. Економічний ефект від застосування розробленого важкого бетону становить 371,48 грн. на 1 м³ готової продукції і досягається як за рахунок зниження собівартості вихідних компонентів, так і за рахунок підвищення терміну експлуатації конструкцій.

Основні положення дисертації викладено у працях

1. Особливості процесів структуроутворення лужних шлакопортландцементів та бетонів на їх основі / [Пушкарьова К.К., Гончар О.А., Бондаренко О.П., Магдичанська І.С.] // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. - Рівне, 2008. - Вип. 17. - С. 54-61.

2. Пушкарьова К.К. Особливості процесів формування структури та властивостей швидкотверднучих бетонів на основі лужного шлакопортландцементу / Пушкарьова К.К., Гончар О.А., Бондаренко О.П. // Науково-технічний збірник “Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка”. - Київ: НДІБМВ, 2007. - Вип. 26. - С. 83-90.

3. Пушкарьова К.К. Особливості регулювання властивостей лужних шлакопортландцементів / Пушкарьова К.К., Гончар О.А., Бондаренко О.П. // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури “Сучасне промислове та цивільне будівництво”. - Макіївка, 2007. - Т. 3, № 2. - С. 95-102.

4. Основні засади композиційної побудови швидкотвердіючих лужних шлакопортландцементів / [К.К. Пушкарьова, О.А. Гончар, О.П. Бондаренко, Стасюк Є.В.] // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. - Рівне, 2007. - Вип. 15. - С. 76-82.

5. Пушкарьова К.К. Дослідження особливостей синтезу міцності штучного каменю на основі лужного шлакопортландцементу / Пушкарьова К.К., Гончар О.А., Бондаренко О.П. // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: “Зовнішрекламсервіс”, 2007. - Вип. 27. - С. 277-283.

6. Особливості формування мікроструктури цементного каменю на основі лужного шлакопортландцементу / [Пушкарьова К.К., Гончар О.А., Бондаренко О.П., Сопов В.П.] // Науковий вісник будівництва. - Харків, ХДТУБА: “ХОТВ АБУ”, 2007. - Вип. 41. - С. 215-221.

7. Вплив комплексних добавок на формування мікроструктури цементного каменю на основі лужного шлакопортландцементу / [Пушкарьова К.К., Сопов В.П., Гончар О.А., Бондаренко О.П.] // Науково-технічний збірник “Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка”. - Київ: НДІБМВ, 2007. - Вип. 27.- С. 51-55.

8. Дослідження процесів формування мікроструктури штучного каменю на основі лужного шлакопортландцементу, модифікованого комплексними добавками / [Пушкарьова К.К., Гончар О.А., Бондаренко О.П., Іонов Д.С.] // Строительные материалы и изделия. - Київ, 2007. - №5-6. - С. 12-14.