Монолитный бетон на основе высоконаполненного шлаком цемента
УДК 666.972 На правах рукописи
АЙТЖАНОВ МУРАТ НУРМАТОВИЧ
Монолитный бетон на основе высоконаполненного
шлаком цемента
05.23.05 – строительные материалы и изделия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Республика Казахстан
Алматы, 2010
Работа выполнена в Карагандинском государственном техническом университете
Научный руководитель доктор технических наук, профессор
Байджанов Д.О.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Соловьев В.И.
кандидат технических наук,
Жакипбеков Ш.К.
Ведущая организация: Казахский национальный технический
университет имени К.И. Сатпаева
Защита состоится 9 декабря 2010 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 14.03.01 в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ» по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ» по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6.
Автореферат разослан « » ноября 2010 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. |  | А.К. Куатбаев |
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Современное строительство практически полностью базируется на монолитном и каркасном домостроении. В обоих случаях несущие конструкции изготавливаются из бетона непосредственно на строительной площадке. Для изготовления несущих бетонных конструкций применяют портландцемент марки М400 – М500. Рядовой шлакопортландцемент, как правило, составов D30-D40 не используют из-за их медленного твердения в естественных условиях, так как при монолитном строительстве требуется быстрая оборачиваемость опалубок, а также из-за недостаточно высокой прочности в начальные сроки твердения. Шлакопортландцемент с высоким содержанием шлака (60-80% в составе цемента) цементные заводы не выпускают, поскольку реализовать низкомарочное вяжущее медленного твердения не представляется возможным.
Вместе с тем как с экономической, так и с экологической точки зрения, выпуск и применение шлакопортландцемента с высоким содержанием шлака выгодно, так как такое вяжущее существенно ниже по стоимости и одновременно позволяет улучшить экологию за счет утилизации побочных продуктов промышленности и снижения выбросов углекислого газа в атмосферу, выделяющихся при обжиге портландцементной сырьевой смеси.
Таким образом, разработка технологических мероприятий, обеспечивающих ускорение набора прочности бетонов естественного твердения на основе шлакопортландцемента с высоким содержанием шлака, и в связи с этим создание условий для увеличения оборачиваемости опалубок является актуальной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с концепцией Программы развития промышленности строительных материалов, изделий и конструкций на 2005-2014 годы, принятой и утвержденной Правительством РК, а также в различные годы входила в научно-технические программы МОН, а также с тематическим планом научных исследований КарГТУ.
Целью диссертационной работы является разработка способов интенсификации твердения и повышения прочности высоконаполненного шлаком цемента в начальные сроки твердения и исследование свойств монолитного бетона на его основе.
Для достижения поставленной цели были реализованы следующие частные задачи:
- исследовано влияние добавок-электролитов на схватывание и твердение высоконаполненного шлаком цементного теста;
- исследовано влияние комплексных добавок на схватывание и твердение высоконаполненного шлаком цементного теста;
- исследовано влияние механохимической активации на скорость твердения и прочность высоконаполненного шлаком цемента;
- изучены физико-механические и эксплуатационные свойства монолитных бетонов на основе высоконаполненного шлаком цемента;
- проведены опытно-промышленные испытания и технико-экономическое обоснование эффективности применения добавок для ускорения твердения и повышения прочности бетонов на основе высоконаполненного шлаком цемента.
Научная новизна работы:
- изучены закономерности схватывания и твердения высоконаполненного шлаком цементного теста в присутствии электролитов. Установлено, что для шлакоцементных систем наиболее эффективными ускорителями являются соли трехвалентных металлов, затем двухвалентных и одновалентных;
- установлены новые возможности в применении способа механохимии, заключающиеся в помоле компонентов в мельнице нового типа при малом количестве пластифицирующих добавок. Помол осуществляется при очень высокой скорости мелющего органа (6000 об/мин) в стесненных условиях ударным воздействием, что приводит к получению высокодиспергированных гидратационноактивных частиц;
- установлены закономерности кинетики набора прочности бетонов на основе высоконаполненного шлаком цемента в различные сроки твердения. Показано, что по сравнению с бетоном на основе обычного портландцемента, бетон на механоактивированном шлакопортландцементе составов D60 - D80 основную прочность набирает в первые 7 сут: через 2 суток его прочность составляет 45-50%, через 7 сут – 75-79% от 28-ми суточной прочности;
- оптимальные составы комплексных добавок в сочетании с электролитами, обеспечивающие ускоренное твердение бетона при пониженных температурах, а также при нормальных температурно-влажностных условиях.
Практическая значимость работы:
- разработан способ ускорения твердения бетонов в начальные сроки, заключающийся в механоактивации сырьевой смеси с добавками реламикс и формиат кальция. Способ обеспечивает возможность снятия опалубки на второй день после формовки;
- разработан технологический регламент приготовления монолитного бетона ускоренного твердения с использованием комплексной добавки;
- в производственных условиях проведено опробование технологии путем заливки по монолитной технологии наружных и внутренних стен;
- ожидаемый экономический эффект при выпуске 8 тысяч т шлакопортландцемента состава D80 в год составит 63, 336 млн тенге.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертации доложены на международных научных конференциях:
- международной научно-технической конференции: «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2009);
- международной научно-практической конференции: «Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации, контроля (Пенза, 2010);
- V международной научно-практической конференции: «Современные
вопросы мировой науки 2010» (Пржемысл, 2010);
- международной научной конференции: «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан – 2030» (Караганда, 2010);
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, в том числе в изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю МОН РК.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложений, содержит 102 страницы машинописного текста, 25 рисунков, 27 таблиц, список использованных источников из 110 наименований.
Результаты работы получены автором самостоятельно.
Основные положения, выносимые на защиту:
- закономерности схватывания и твердения высоконаполненного шлаком цементного теста с добавками трех-, двух- и одновалентных ионов;
- закономерности схватывания и твердения высоконаполненного шлаком цементного теста с комплексными добавками в сочетании с электролитами;
- оптимальные составы комплексных добавок, обеспечивающие ускоренное твердение бетона при пониженных температурах, а также при нормальных температурно-влажностных условиях;
- повышение марочной прочности и ускорение твердения высоконаполненного шлаком цемента механоактивацией исходных компонентов смеси в мельнице ударного импульса;
- результаты опытно-промышленных испытаний и технико-экономическое обоснование принятых решений.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
- Научно-технический анализ в области технологии высоконаполненного шлаком цемента и бетонов на его основе
Анализ данных научно-технической литературы показал, что в последние годы в странах СНГ в сфере строительства значительно увеличился интерес к специальным видам цементов и бетонов. Особый интерес представляют доменные шлаки. Они характеризуются сравнительно постоянным химическим составом и экологически безопасны. Материалы на основе металлургических шлаков могут особенно успешно использоваться в домостроении, в коммунально-техническом строительстве, в качестве оснований дорожных покрытий, как жаростойкий материал, как спекающая добавка и основной компонент в производстве керамических изделий.
В Казахстане в промышленности строительных материалов используется лишь небольшое количество доменных шлаков. Как правило, его в основном используют в цементной промышленности как активную добавку (в количестве 10-20%) при помоле клинкера в цемент. В России используется менее 20% доменных шлаков. Вместе с тем, в связи с резким ростом цен на энергоносители, в Японии и в Европе увеличивается производство смешанных вяжущих, в которых содержание портландцемента не превышает 20-30%, остальное - шлаки и другие побочные продукты различных производств. Отмечается, что использование малоклинкерных и смешанных вяжущих в производстве различных видов строительных материалов является актуальной задачей, так как это значительно снижает материало- и энергоемкость производства и позволяет получать материалы с рядом важных специфических свойств.
Проблема получения материалов, изделий и конструкций гидратационного твердения на основе доменных гранулированных шлаков состоит из большого количества взаимосвязанных частей. При этом все элементы системы связаны между собой, и достижение поставленной цели может быть реализовано с учетом всех её составляющих. Все эти вопросы относятся к проблематике системного анализа, при котором сложный объект, состоящий из многих взаимосвязанных компонентов, расчленяется на отдельные составные части и исследуется взаимосвязь между всеми компонентами.
2 Сырьевые материалы и методика проведения исследований
В качестве исходных материалов для приготовления вяжущего использованы: портландцемент завода АО «Бухтарминская цементная компания» и цементного завода «ЦентралАзияЦемент», шлак доменный гранулированный – побочный продукт комбината фирмы «АрселорМитталТемиртау». В работе использовано большое количество химических добавок – солей щелочных и нещелочных металлов, а также формиат кальция. В качестве комплексных добавок использованы «Реламикс», «Полипласт СП-1ВП», «Полипласт-МБ»; в качестве пластификатора - гиперпластификатор «мельфлюкс».
При приготовлении и испытании бетонных образцов были использованы песок Кулайгирского месторождения Карагандинской области, щебень местного производства и зола Карагандинской ТЭС.
Вода, использованная при получении бетона и цементного теста, удовлетворяла требованиям ГОСТ 23732.
Свойства портландцемента и шлакопортландцемента определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 310.1-76 и ГОСТ 310.4-76 (Цементы. Методы испытаний).
Физико-механические свойства бетонных образцов определяли с использованием ГОСТов 10180-78 (Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение), 7076-99 (Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме). Кроме стандартных испытаний определялись и специфические свойства бетона при введении добавок – ускорителей твердения.
Влияние добавок на скорость твердения бетона исследовали в два этапа. На первом этапе изучали влияние добавки на скорость схватывания цементного теста с целью получения предварительных данных о твердении цемента с добавками. Эти исследования проводили на приборе ВИКа по методике определения нормальной густоты и сроков схватывания цемента, рекомендуемой ГОСТ 310.3 «Цементы. Методы испытаний». При испытаниях варьировали процентное содержание добавки в цементе, а количество воды подбирали таким образом, чтобы обеспечивалась нормальная густота цементного теста. В результате, кроме сроков схватывания, были получены данные о влиянии добавки на количество воды затворения, что позволило получить предварительные сведения о влиянии добавки на водопотребность цемента.
Для изготовления опытных образцов использовали лабораторный смеситель, собственной конструкции с рабочей ёмкостью 30 л миксерного типа с вертикальным валом, вращающимся со скоростью 250 об/мин.
Образцы после окончания формования бетона выдерживали в ванне с гидравлическим затвором и испытывали в различные сроки твердения.
3 Влияние добавок-электролитов на интенсификацию твердения и прочность шлакопортландцемента
Контрольные испытания влияния добавки гранулированного доменного шлака размолотого до удельной поверхности 3000 см2/г на скорость схватывания и кинетику твердения шлакопортландцемента (рисунки 1 и 2) показывают значительное удлинение начала и конца схватывания вяжущего, снижение скорости набора и конечной прочности материала. При содержании шлака в количестве 60% начало схватывания удлиняется с 1 ч 40 мин до 2 ч 45 мин, конец схватывания - с 4 ч 30 мин до 5 ч 50 мин, а при содержании шлака в количестве 80% начало и конец схватывания составляют соответственно 4 ч 05 мин и 6 ч 10 мин. Прочность вяжущего при повышении в его составе шлаковой составляющей от 20 до 80% адекватно снижается: на сжатие с 39 МПа до 16 МПа, на изгиб – с 7 МПа до 3 МПа. При таком снижении вяжущих свойств шлакопортландцемент не может быть использован в технологии монолитного бетона и требует кардинального увеличения прочности и скорости его набора.
Рисунок 1 – Изменение скорости схватывания шлакопортландцемента в зависимости от содержания шлака в составе цемента
Рисунок 2 – Изменение прочности на изгиб и сжатие образцов 28-ми суточного возраста в зависимости от содержания шлака в составе цемента
В практике монолитного строительства для сокращения сроков выдержки уложенного бетона с последующим ускорением строительного процесса эффективно применение электролитов – добавок ускорителей твердения бетона. При выборе типа добавок учитывали их побочное действие на арматуру, закладные детали и бетон. В частности наиболее сильный ускоритель твердения, хлористый кальций, можно вводить в количестве не более 0,5%, причем они не допускаются для применения в конструкциях с тонкой и предварительно напряженной арматурой, а сульфат натрия может вызвать появление высолов на поверхности конструкций.
В связи с этим для интенсификации набора прочности монолитного бетона на основе шлакопортландцемента с высоким содержанием шлака использовали как хлоридные, так и бесхлоридные ускорители твердения, в том числе комплексные ускорители твердения заводского производства, включающие электролиты, пластификаторы и другие компоненты различного функционального назначения. Широкая номенклатура добавок реализуемых в Казахстане дилерами различных зарубежных компаний, а также российских производителей предопределяют возможность апробации добавок разного типа, отличающихся механизмом и эффективностью действия.
При опробовании электролитов использовали соли одно-, двух- и трехвалентных металлов и определяли их влияние на скорость схватывания и кинетику набора прочности шлакопортландцемента с содержанием шлака 40-80%. Установлено, что наиболее эффективными ускорителями являются соли трехвалентных металлов, затем – двухвалентных и одновалентных. Из всех видов солей более сильное ускоряющее действие оказывают хлориды, среди которых можно особо выделить хлориды железа и алюминия.
Добавки-электролиты ускоряют схватывание шлакопортландцемента, но практически все, кроме CaCl2 и АlCl3 снижают прочность вяжущего. Между тем, согласно цели работы необходимо обеспечить не только быстрое твердение, но и достаточную прочность, с тем, чтобы шлакопортландцемент, мог использоваться для получения различных видов бетонных изделий, в т.ч. и в монолитном строительстве наряду с рядовым портландцементом.
В работе были исследованы современные комплексные добавки, выпуск которых получил развитие на российских заводах, в частности добавки серии «Полипласт», выпускаемые на одноименной фирме «ПОЛИПЛАСТ». Из большого многообразия добавок были выбраны добавки, обладающие ускоряющим и упрочняющие бетон действием, в частности «Полипласт СП-1ВП» (обладает пониженным воздухововлечением, применяется в сочетании с добавками специального назначения – ускорителями либо замедлителями схватывания), комплексная добавка «Реламикс» (по химическому составу представляет собой смесь неорганических (политианидов) и органических (полинафталинметиленсульфонатов) солей натрия), комплексная добавка на органоминеральной основе «Полипласт-МБ» (согласно проспекту фирмы применение данной добавки в бетонные смеси обеспечивает раннюю распалубочную прочность при производстве монолитных работ, изготовление бетонов с высокими требованиями по прочности, морозостойкости и вонепроницаемости, повышение живучести бетонной смеси).
Результаты испытаний с добавкой «реламикс» в сочетании с ускорителем твердения – формиатом кальция (таблица 1) показали улучшение свойств ШПЦ составов D60 и D80 в разные сроки твердения. Вместе с тем, был сделан вывод о том, что простое введение добавок не позволяет качественно изменить свойства высоконаполненного шлаком вяжущего.
Таблица 1 - Влияние добавок на свойства смеси и прочность шлакопортландцемента состава D60 и D80
| Наименование добавки | Содержание добавки, % | В/Ц | Сроки схватывания, ч-мин | Прочность при сжатии, МПа, через сутки | |||
| начало | конец | 2 | 7 | 28 | |||
| Шлакопортландцемент D60 | |||||||
| Без добавки | - | 0,48 | 2-45 | 5-50 | 5,9 | 10,4 | 22,2 |
| Реламикс/формиат кальция | 0,3/0,3 1/0,3 2/0,5 2/1 | 0,46 0,46 0,45 0,41 | 2-35 2-30 2-20 2-10 | 4-00 3-50 3-40 3-20 | 6,5 8,4 10,5 11,7 | 14,1 17,5 22,3 23,6 | 25,6 28,7 31,4 35,5 |
| Шлакопортландцемент D80 | |||||||
| Без добавки | - | 0,48 | 4-05 | 6-10 | 1,8 | 5,2 | 16,0 |
| Реламикс/формиат кальция | 0,3/0,3 1/0,3 2/0,5 2/1 | 0,45 0,45 0,43 0,4 | 3-45 3-35 3-25 3-15 | 6-00 6-00 5-50 5-40 | 2,5 2,9 4,1 4,8 | 7,9 8,8 13,3 17,2 | 19,2 23,4 24,6 25,8 |
4 Механоактивация составляющих шлакопортландцемента на мельнице ударного импульса и свойства монолитного бетона на его основе
Радикальное решение проблемы повышения реакционноспособности высоконаполненного шлаком вяжущего может быть реализовано применением механохимической активации материала с использованием достижений современной химии, физики, механики. Введением большого количества суперпластификатора (2-5%) и длительным помолом, как правило, в шаровой мельнице получены вяжущие низкой водопотребности (ВНВ) на цементе, гипсе, гипсоцементнопуццолановом вяжущем. Их отличительной чертой является высокая марочная прочность (М600-М1000 и более) и высокая текучесть растворной смеси. На практике ВНВ не находят применение из-за высокой стоимости, ненадобности при формовании обычных несущих конструкций высокомарочного цемента и значительной пластифицированности смеси. В работе при проведении исследований обосновано применение метода механоактивации с корректировкой составов и применения измельчительного аппарата с принципом действия близкого к принципу действия дезинтеграторной мельницы (рисунок 2). Конструкция рабочей части мельницы авторами не раскрывается; известно, что помол осуществляется при очень высокой скорости мелющего органа (6000 об/мин) в стесненных условиях ударным воздействием, что приводит к получению высокодиспергированных частиц. Мощность опытной установки – 3,6 т/ч, позволяет использовать сырье с исходной влажностью до 10%.
Рисунок 2 – Опытно-экспериментальный комплекс для тонкого и сверхтонкого помола материалов
Регулирование тонкости помола осуществляли изменением количества подаваемого сырья, расхода и скорости воздуха для отбора измельченного материала. Сырьевую смесь из портландцемента D20, гранулированного шлака и добавок подавали в мельницу после предварительного перемешивания.
Испытания показали высокую размолоспособность сырьевых материалов в мельнице ударного импульса, причем отсутствовал процесс налипания материала на стенки аппарата как при помоле с добавками, так и без добавок. Были получены шлакопортландцементы различного состава с удельной поверхностью зерен до 8000 см2/г. Определение их физико-механических свойств позволило констатировать получение вяжущего с марочной прочностью от М400 до М600 при содержании шлака в составе цемента от 60 до 80% и высокой скорости набора прочности (таблица 2).
Поскольку содержание пластификатора в составе добавки не превышает 0,3%, то полученный методом механохимии шлакопортландцемент соответствует стандарту и может быть использован без ограничений для изготовления любых видов бетонных и железобетонных изделий, включая при строительстве зданий и сооружений по монолитной технологии.
Исследование составов продукта твердения шлакопортландцемента D60 методом РФА (рисунок 3) показали, что в обоих образцах в основном содержится тоберморит следующей формулы - 5CaО6SiО2·2,5H2O). Применение метода механоактивации не повлияло на фазообразование шлакопортландцемента.
Таблица 2 – Влияние тонкости помола, добавок «реламикс» и формиата кальция на кинетику набора прочности шлакопортландцемента составов D60- D80
| Состав ШПЦ | Реламикс, % | Формиат кальция, % | Удельная поверхность, см2/г | Прочность на сжатие, МПа, через, сутки | Марка ШПЦ | ||
| 2 | 7 | 28 | |||||
| D60 | - | - | 4000 6000 8000 | 10,3 12,2 13,6 | 20,1 25,3 29,2 | 36,8 45,2 48,7 | М300 М400 М400 |
| D60 | 0,3 0,5 0,7 | - - 0,5 | 4000 6000 8000 | 18,2 24,5 28,2 | 29,1 36,3 48,6 | 41,5 55,8 64,1 | М400 М550 М600 |
| D70 | - | - | 4000 6000 8000 | 8,8 10,8 11,6 | 17,2 21,3 24,7 | 31,4 38,6 41,2 | М300 М300 М400 |
| D70 | 0,3 0,5 0,7 | - - 0,5 | 4000 6000 8000 | 16,9 20,4 24,5 | 23,1 27,8 42,4 | 38,5 46,3 55,8 | М300 М400 М550 |
| D80 | - | - | 4000 6000 8000 | 7,0 8,5 10,3 | 13,8 16,7 20,2 | 25,1 30,4 36,7 | М200 М300 М300 |
| D80 | 0,3 0,5 0,7 | - - 0,5 | 4000 6000 8000 | 14,7 18,6 22,8 | 25,5 32,6 40,9 | 33,5 42,3 51,8 | М300 М400 М500 |
При исследовании свойств определялись основные эксплуатационные свойства монолитного бетона, включающие прочность на сжатие в разные сроки твердения, прочность на разрыв, деформативные характеристики, морозостойкость, влажность, коэффициент теплопроводности.
Испытания на морозостойкость показали, что все составы бетонов выдерживают 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания и соответствуют марке F100 по морозостойкости. Коэффициент теплопровод ности бетона при влажности 10% составляет 1,82 Вт/(м·оС), в сухом состоянии – 1,74 Вт/(м·оС) (таблица 3).
а
в
Состав вяжущего D60: а – без механоактивации, б - механоактивированное
Рисунок 3 - Рентгенограммы образцов раствора «ШПЦ:наполнитель» равное 1:3, твердевших в течение 3 месяцев
Таблица 3 - Физико-механические свойства бетона на основе шлакопортландцементов D60 и D80
| Проектная марка бе-тона | Вид шлакопо-ртландцемента | В/Ц | Осадка конуса, см | Прочность на сжатие через 28 сут, МПа | Прочность на разрыв, МПа |
| В20 | ШПЦ D60 М400 | 0,52 | 12 | 27,8 | 2,6 |
| В25 | ШПЦ D60 М500 | 0,51 | 13 | 35,2 | 2,8 |
| В30 | ШПЦ D60 М600 | 0,53 | 12 | 42,4 | 2,9 |
| В25 | ШПЦ D80 М400 | 0,54 | 14 | 37,1 | 2,5 |
| В30 | ШПЦ D80 М500 | 0,49 | 13 | 39,3 | 2,3 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Проанализировано состояние производства портландцемента и шлакопортландцемента в Республике Казахстан, странах СНГ и европейских странах. Показано, что в постсоветских государствах в основном выпускается портландцемент марки М400 состава D20, в зарубежных – различные виды цементов, в т.ч. и шлакопортландцемент.
2. Показано, что основной причиной малого объема производства шлакопортландцемента является его низкая скорость набора прочности и резкое снижение марки вяжущего при увеличении в его составе шлаковой составляющей, в частности до значений D60 и D80.
3. Изучено влияние на экологию среды техногенных отходов производства - доменных гранулированных шлаков. Показано, что шлаки занимают большие площади, которые могли бы быть использованы по сельскохозяйственному и другим назначениям.
4. Исследовано влияние добавок-электролитов на сроки схватывания шлакопортландцементного теста и прочность затвердевшего камня на его основе. Установлено, что наиболее эффективными ускорителями являются соли трехвалентных металлов, затем – двухвалентных и одновалентных. Из всех видов солей более сильное ускоряющее действие оказывают хлориды, среди которых можно особо выделить хлориды железа и алюминия.
5. Исследовано влияние индивидуальных и комплексных добавок на кинетику набора прочности шлакопортландцементного теста. Установлено, что наилучшие результаты достигаются при совместном введении формиата кальция и пластифицирующе-ускоряющей добавки «Реламикс».
6. Разработана технология получения шлакопортландцемента D60 марки по прочности на сжатие М400, М550 и М600 и D80 марки по прочности на сжатие М300, М400 и М500. В состав вяжущего входит 0,5% формиата кальция и 0,3-0,7% добавки «Реламикс».
7. Исследовано влияние тонкости помола составляющих на основные физико-механические свойства шлакопортландцемента. Установлено, что компоненты вяжущего необходимо измельчать до удельной поверхности 6000-8000 см2/г.
8. Подобраны оптимальные составы бетона с классом по прочности на сжатие В25 и В30. В зависимости от состава шлакопортландцемента его расход составляет 320-410 кг/м3.
Изучены физико-механические свойства бетонов на основе шлакопортландцементов D60 и D80. Прочность на сжатие бетонов составляет 26,3-37,1 МПа, на разрыв – 1,6-2,1 МПа, модуль упругости – (27,5-32,2)103, морозостойкость – F100, коэффициент теплопроводности 1,74 Вт/(м·оС).
9. Проведены работы по производственному опробованию технологии шлакопортландцемента и бетонированию наружных и внутренних стен из бетонной смеси с его применением. Опытные работы подтвердили достоверность лабораторных исследований.
10. Выполнен технико-экономический расчет производства и применения шлакопортландцемента с высоким содержанием шлака. Показано, что при выпуске 8 000 т шлакопортландцемента в год экономический эффект составит 63, 336 млн тенге.
Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленная цель, включая разработку технологии и составов шлакопортландцемента с высоким содержанием шлака, исследования физико-механических свойств, проведение опытно-промышленных испытаний характеризуется полнотой решения данной проблемы.
Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Полученные результаты, научные положения и выводы могут быть использованы специалистами строительной индустрии, работниками ВУЗов, НИИ, представителями малого и среднего бизнеса при организации производства высоконаполненного шлаком цемента, проведении бетонных работ с использованием механоактивированного шлакопортландцемента.
Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Результаты исследований можно использовать непосредственно для внедрения в производство. Опытно-производственное опробование технологии подтвердило технико-экономическую эффективность производства и применения механоактивированного шлакопортландцемента.
Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Научная новизна диссертации, обзор литературы, а также полученные научно-технические результаты свидетельствуют о соответствии выполненной работы современному уровню. Основным результатом является установление возможности получения и применения высоконаполненного шлаком цемента.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1 Садуакасов М.С., Байджанов Д.О., Айтжанов М.Н., Ауельбеков С.Ш. Самоуплотняющиеся бетоны на основе шлакопортландцемента // Вестник НИИстромпроекта.- Алматы, 2009.- № 5-6.- С. 153-155.
2 Садуакасов М.С., Байджанов Д.О., Айтжанов М.Н. Применение гранулированных доменных шлаков при получении самоуплотняющихся масс // Новые энерго- и ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Пенза, 2009.- С.35-37.
3 Байджанов Д.О., Садуакасов М.С., Айтжанов М.Н. Активация минералов на мельнице ударно-импульсного действия // Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030»: материалы Междунар. науч. конф.- Караганда, 2010.- С.320-321.
4 Айтжанов М.Н. Монолитный бетон на шлакопортландцементе // Композиционные строительные материалы: материалы Междунар. научно-техн. конф. - Пенза, 2010.- С.3-5.
5 Торпищев Ш.К., Байджанов Д.О., Билалов М.А., Айтжанов М.Н. К вопросу о повышении химической активности материалов, диспергированных в аппаратах ударно-импульсного действия // Современные вопросы мировой науки 2010: материалы Междунар. научно-практ. конф.- Пржемысл, 2010.- 41-50.
6 Садуакасов М.С., Айтжанов М.Н., Байджанов Д.О. Шлакопортландцемент с высоким содержанием шлака для момнолитного бетона // Труды Университета КарГТУ.- Караганда, 2010.- № 2.- С.78-79.
7 Байджанов Д.О., Айтжанов М.Н., Садуакасов М.С. Технология получения шлакопортландцемента с высоким содержанием шлака // Актуальные проблемы современности.- Караганда: Болашак – Баспа, 2010.- № 7(57).- С.4-7.
ТЙІН
Айтжанов Мрат Нрматович
Шлак млшері жоары шлакопортландцемент негізіндегі монолитті бетон
05.23.05 – рылыс материалдары жне бйымдары
Зерттеу нысаны. рылыс материалдары, наты шлак млшері жоары шлакопортландцемент негізіндегі монолитті бетон.
Жмысты масаты. атуды бастапы мерзімінде шлак млшері жоары шлакопортландцементті атаюын арындату мен беріктігін жоарлату тсілін жасау жне оны негізіндегі монолитті бетонны асиеттерін зерттеу.
Зерттеу тсілдері. Портландцемент жне шлакопортландцементті асиеттері ГОСТ 310.1-76 жне ГОСТ 310.4-76 (Цементтер. Сына дістемелері) талаптарына сйкес аныталды.
ГОСТ 10180-78 (Бетондар. Сыу жне созу бетіктіктігін анытау дістемелері), ГОСТ 7076-99 (рылыс материалдары мен бйымдары.Траты жылу режимінде жылуткізгіштік пен жылу керергісін анытау дістемесі) олдану арылы бетон лгілеріні физика-механикалы асиеттерін анытау. Стандартты сынатармен атар атаюды жеделдететін оспаларды осуда бетонны арнайы асиеттері де аныталды.
оспаларды атаюды жылдамдыына сері екі кезеде аныталды. Бірінші кезеде оспалы цементтін атаюы трысындаы бастапы малматтар алу масатында оспаларды атыу жылдамдыына ыпалы зерттелді. Бл зерттеулер ВИК приборында цементті алыпты оюлыы мен ату мерзімдерін анытауа сынылан ГОСТ 310.3 (Цементтер. Сына дістемелері) бойынша жргізілді. Сына барысында цемент оспасыны пайызды рамы згертілді, ал су млшері цемент илеміні алыпты оюлыы арылы аныталды. Нтижесінде, ату мерзімдерімен атар, оспаларды араластырылатын су млшеріне сері аныталды, яни цементті су ажеттілігіне оспаларды ыпалы жайындаы бастапы малматтар алынды.
Жмыс орытындылары.
-шлакопортландцементті илемні атаю мерзімдері мен оны негізіндегі атан тасты беріктігіне элекртолит-оспаларды ыпалы зерттелді. Е тиімді жылдамдатыш ш, одан со екі жне бір валентті металл тздары болтыны аныталды. Тздарды ішіндегі аса жоары жылдамдатыш сер ететін хлоридтер, оларды арасында темір мен алайы хлоридтерін ерекше крсетуге болады;
- шлакопортландцементті илемні беріктігіні алыптасу кинетикасына жеке жне кешенді оспаларды ыпалы зерттелді. Кальций формиаты мен пластифицирлеуші-жылдамдатыш «Реламикс» оспасын бірге осанда е жоары нтижеге жететіндігі длелденді;
- шлакопортландцемент D 60-ты сыуа беріктігі бойынша маркасы М400, М550, М600 жне D80-ні сыуа беріктігі бойынша маркасы М300, М400, М500 алу технологиясы жасалынды. Байланыстырыш рамына 0,5% кальций формиаты мен 0,3-0,7 % «Реламикс» оспасы кіреді;
-шлакопортландцементті физика-механикалы асиеттеріне оспа рамыны нтаталу дрежесіні ыпалы зерттелді. Байланыстырыш раушыларын 6000-8000 см2/г меншікті бетке дейін нтатау ажеттігі аныталды;
-беріктігі бойынша классы В25 жне В30 бетонны тиімді рамдары алынды. Шлакопортландцементті рамына байланысты оны шыыны 320-410 кг/м3 райды;
-шлакопортландцементтер D60 мен D 80 негізіндегі бетондарды физика-механикалы асиеттері зерттелді. Бетонны сыуа беріктігі 26,3-37,1 МПа, созуа- 1,6-2,1 МПа, иілімділік модулі- (27,5-32,2)·103, аяза тзімділігі – F100, жылуткізгіштік коэффициенті 1,74 Вт/(м·°С);
-шлакопортландцемент технологиясын ндірістік жадайда байау жне оларды олдана сырты, ішкі абыралаларды бетондау жмыстары жргізілді. Сына жмыстары тжрибелік жмыстарды дрыстыын длелдеді.
ндіріске енгізілу дрежесі - ылыми зерттеу нтижелері рылыс нысанында маркасы М400, рамы D60 шлакопортландцементі олдану арылы монолитті сырты жне ішкі абыралар ю арылы сыналды.
ндіріске енгізілуге сыныс- рылыс йымдарына шлак млшері жоары шлакопортландцемент цехын салуа жене цемент зауыттарына жасалынан тсілдерді енгізу сынылады.
олданылу аясы – рылыс материалдары, цемент жне бетон ндірісі.
Экономикалы тиімділігі – есептер бойынша 8000 т шлакопор-тландцемент ндіргенде жылды экономикалы тиімділік 63,336 млн тенгені райды
Зерттеу нысаныны даму болашаы- жобаны жоары тиімділігі мен ндіріске енгізуге дайын екенін ескере, шлакопортландцемент технологиясыны баса да салалара ке тарайтындыын ктуге болады, атап айтанда рылысты ра оспалар т.б. бйымдар ндірісінде.
RESUME
Murat Aitzhanov
Monolithic concrete on base of slag Portland cement with high content of slag
05.23.05 – Building materials and products
Object of investigation. Building materials, i.e. monolithic concrete on base of slag Portland cement with high content of slag.
Aim of the work. The development of methods of intensification of slag Portland cement hardening and its strength in the period of beginning of hardening and investigation of monolithic concrete qualities.
Methods of conducting of the work. Qualities of Portland cement and slag Portland cement were defined in correlation with requirements iof GOST 310.1-76 and GOST 310.4-76 (Cements. Methods of testing).
Physical-mechanical characteristics of specimens were defined by GOSTs 10180-78 (Concretes. Methods of definition of strength on compression and tensile), 7076-99 (materials and products building. Method of definition of heat conductivity and thermal resistance under stationary heat regime). Besides standard methods of testing there were defined specified qualities of concrete with admixtures – accelerators of hardening.
The effect of admixtures on the velocity of concrete hardening was studied in two stages. On the first stage the effect of admixture on the velocity of cement paste was studied for getting the preliminary data about hardening of cement with admixtures. These investigations were conducted on VICa apparatus by method of definition of normal thickness and period of hardening of cement recommended by GOST 310.3 “Cements. Methods of testing”. Under testing the percentage content of admixture in cement was varied and the content of water was taken so that the normal thickness of cement paste was supplied. In result data about the admixture effect on water content was received that allowed to receive the preliminary data about the admixture effect on water consumption of cement.
Main results of the work. The effect of admixtures- electrolytes on the period of slag Portland cement paste hardening and the strength of harden stone on its base are studied. It is stated that the salts of trivalent metals are the more effective accelerators. Chlorides, particularly iron and alumina chlorides are the more effective.
The effect of individual and complex admixtures on kinetics of slag Portland cement paste set of strength is studied. It is stated that the more effective results are received under mutual introducing of calcium formate and plasticizing-accelerating admixture “Relamix”.
The technology of slag Portland cement D60 preparing marks M400, M500 and M600 and D80 marks of M300, M400 and M500 is developed. The binder has 0,5% of calcium formate and 0,3-0,7 % of Relamix in its content.
The effect of fineness of grind of components on the main physical-mechanical characteristics of slag Portland cement is studied. It is stated that the binder components must be grinded to specific surface 6000-8000 cm2/g.
The optimal compositions of concrete of>
Physical-mechanical qualities of concretes on base of slag Portland cements D60 and D80 are studied. Compressive strength of concretes is 26,3-37,1 MPa, cleavage strength 1,6-2,1 MPa, modulus of elasticity (27,5-32,2) ·103, freeze resistance F100, thermal conductivity 1q,74 Vt/(m oC).
Works on production test of slag Portland cement technology and concrete coating of offside and inside walls from concrete mixture with that cement are conducted. The validity of laboratory tests is confirmed experimentally.
Level of introduction. – The results of scientific study are tested on construction object flooding the offside and inside walls by monolithic concrete on base of slag portland cement M400 of D60 composition.
Recommendations for introducing. This work is recommended for introducing in construction companies using the plant on slag Portland cement production with high content of slag and on cement plants also.
Application. Building materials, cement and concrete production. Economical effect and value of the work. According to calculations for 8000 t of slag Portland cement economical effect is 63 336 mlh. tenge a year.
Progressive suggestions of object of studying development. The high effectiveness of this project and its readiness for introducing give the hope of practical introducing of technology of slag cement and expansion of its application, for example in dry building mixtures and other products production.
Подписано к печати « 3 » ноября 2010 г.
Формат 60х84/16. Печать офсетная. Бумага офсетная.
Объем 1,2 п.л.
________Тираж 100 экз. Заказ № 349_______________
Типография АО «НЦ НТИ»
050026, г. Алматы, ул. Богенбай батыра, 221
