Мелкозернистый ремонтный бетон на основе пропитанного наполнителя
На правах рукописи
Тепсаев Ильяс Сулейманович
МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ РЕМОНТНЫЙ БЕТОН НА ОСНОВЕ ПРОПИТАННОГО НАПОЛНИТЕЛЯ
Специальность 05.23.05 – «Строительные материалы и изделия»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Махачкала 2010
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Грозненский государственный нефтяной институт» им. академика М.Д. Миллионщикова.
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Батаев Дена Карим-Султанович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Хаджишалапов Гаджимагомед
Нурмагомедович
кандидат технических наук, доцент
Лукьяненко Владислав Владимирович
Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук
Комплексный научно-исследовательский институт РАН
Защита диссертации состоится 25 декабря 2010 г. в 14:00 ч.. на заседании диссертационного совета Д 212.052.03 при Дагестанском государственном техническом университете по адресу: 367015, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля 70, ауд. 202.
т/фф. (8722) 62-37-61, Е-mail: [email protected].
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Дагестанскогоий государственногыйо технического ий университета»
Автореферат разослан « 254» ноября 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук,
доцент Зайнаулабидова Х.Р.
Общая характеристика работы
Актуальность. темы исследования. Процессы старения и разрушения зданий и сооружений в результате длительной эксплуатации, физико-химических и динамических воздействий, а также техногенных явлений, приводят к необходимости выполнения ремонтно-восстановительных и реконструктивных работ. Около 250 млн. кв.м. домов, после военных действий в чЧеченской республике требует выполнения не только ремонтных, но и реконструкционныхтивных работ, обеспечивающих продление жизненного цикла, исключения физического и морального износа зданий и сооружений
Большая часть средств в процессе ремонтно-восстановительных работ расходуется на устранение дефектов, ремонт и усиление строительных конструкций. Затраты на этот вид восстановительных работ с каждым годом имеет тенденцию возрастания.
Дефекты в строительных конструкциях, в т.ч. бетонных и железобетонных, возникают на стадиях их изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации, а также в результате воздействия стихийных факторов - землетрясений, наводнений, военных действий и т.д. Своевременное обнаружение и устранение этих дефектов в значительной степени повысят надежность и долговечность строительных конструкций, снизят расходы на проведение ремонтаных работ зданий и сооружений.
Традиционные методы ремонта и усиления бетонных и железобетонных конструкций сводятся, в основном, к наращиванию новых слоев бетона, созданию стальных обойм, или полной замене конструкций,, чточто, как правило, весьма трудоемко и дорого. Новые методы ремонта и усиления конструкций с применением мелкозернистых бетонов, на основе пропитанных наполнителей, более эффективны и способствуют повышению качества и производительности труда при производстве ремонтно-восстановительных работ.
Очевидно, что разработка и широкое применение эффективных и малотрудоемких методов ремонта строительных конструкций является задачей весьма важной и актуальной.
Целью диссертационной работы - разработка мелкозернистого бетона, на основе пропитанного наполнителя, для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных конструкций.
Для достижения цели необходимо решититьь следующие задачи:
- выполнить обзор существующих ремонтных материалов и способов улучшения их качества;
- определить пути повышения качества ремонтных составов и материалов на основе применения выбросов и отходов техногенной природы;
- выполнить анализ и оценку углеводородных выбросов и отходов нефтехимии и нефтепереработки;
- установить механизм взаимодействия углеводородных компонентов с минеральным наполнителем и определить теоретическую схему создания разнородной композиции;
- изучить физические и физико-химические процессы при использовании органических углеводородных отходов техногенной природы в качестве пропиточного материала;
- изучить физико-механические свойства мелкозернистого ремонтного бетона на основе пропитанного наполнителя;
- разработать технологию получения инертной композиции;
- определить состав, режимы и свойства инертной и вяжущей композиции;
-организовать опытно-промышленное производство мелкозернистого ремонтного бетона;
- разработать и внедрить технологию производства мелкозернистого бетона на основе пропитанного наполнителя;
- разработать нормативную документацию для реализации результатов теоретических и экспериментальных исследований;
- выполнить расчет эффективности использования ремонтного бетона на основе пропитанного наполнителя;
- выполнить технико-экономическое обоснование эффективности применения результатов работы.
Научная новизна работы:. Впервые получены результаты по исследованиюисследования ремонтного бетона на основе пропитанного наполнителя:
-теоретически обоснованы физические и физико-химические процессы при использовании углеводородных отходов техногенной природы в качестве пропиточного материала;
-разработаны теоретические положения повышения стойкости мелкозернистого ремонтного бетона на основе пропитанного наполнителя;
-установлен механизм взаимодействия углеводородных компонентов с минеральным наполнителем и разработана теоретическая схема создания разнородной композиции;
-установлены закономерности структурообразования мелкозернистого ремонтного бетона на основе пропитанного наполнителя;
-установлены закономерности омоноличивания контактной зоны между инертным наполнителем и цементным камнем;
-установлены многофакторные математические зависимости кинетики пропитки мелкозернистого наполнителя.
На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы:
-результаты теоретических и экспериментальных исследований физических и физико-химических свойств мелкозернистого ремонтного бетона на основе пропитанного наполнителя;
-результаты теоретических и экспериментальных исследований физико-механических свойств мелкозернистого ремонтного бетона на основе пропитанного наполнителя;
-результаты теоретических и экспериментальных исследований стойкости и структурообразования мелкозернистого ремонтного бетона на основе пропитанного наполнителя;
-механизм взаимодействия углеводородных компонентов с минеральным
наполнителем и теоретическая схема создания разнородной композиции;
-технология получения инертной композиции;
-состав, режимы и свойства инертной и вяжущей композиции;
-результаты теоретических и экспериментальных исследований механизма омоноличивания контактной зоны.
Практическое значение. Результаты исследований бетона с пропитанным наполнителем позволили:
- предложить технологию пропитки мелкозернистого наполнителя углеводородными отходами нефтехимии и нефтепереработки;
- предложен мелкозернистый бетон на основе пропитанного наполнителя для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных конструкций;
-разработаны мобильная установка и мини-завод для производства и доставки мелкозернистого ремонтного бетона на место ремонтно-строительных и ремонтных работ;
-разработаны технические условия ТУ 5745-001-45267841-10 «Мелкозернистый ремонтный бетон класса В20 на основе портландцемента, кварцевого песка и органической добавки»;
Разработанные в настоящей работе «рекомендации» рассмотрены на заседании Учреждения Российской академии наукКНИИ Комплексного научно-исследовательского института РАН от_27.08.10 г и рекомендованы к производству как ремонтный составбетон, а также как раствор бетон к для производствуа, строительных изделий и конструкций:
- Разработанные составы внедрены в ООО «Чеченский СевКав НИПИ аграпром» и ООО «ГрозСтрой» с годовым экономическим эффектом:
– ООО «Чеченский СевКав НИПИагропром» - 1,5 млн.р.;
– ООО «ГрозСтрой» - 2,2, млн. р. (см. приложение 7 и 8).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Республиканских научно-практических конференциях с 2005-2010 гг. (список публикаций по теме).
Публикации. По результатам исследований опубликованы 12 печатных трудов, включая тезисы докладов, доклады и научные статьи в сборниках и научных журналах, в том числе 1 работа без соавтора, 3 статьи в изданиях из перечня ВАК. Получен патент РФ на изобретение № 2392071. Составлены технические условия. ТУ 5745-001-45267841-10
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. В диссертации изложеносодержит на 195 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунка, 29 таблиц, 7 приложенийы, и библиографический список из 204 авторов наименованийпо списку использованной литературы и 7 приложений..
Содержание работыСодержание работы
. Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследования, сформулированы цели и задачи исследования, показана его научная новизна и практическая значимость, пути реализации ремонтного состава, количество публикаций и объем работы.
Глава 1
В первой главе дается общий обзор ремонтных составов для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных конструкций. Раскрываются общие
свойства модифицированных мелкозернистых бетонов в сравнении с комплексными составами. Раскрывается разнообразие и пути улучшения технологий в приготовлении и применении ремонтных составов на основе магистральных отходов техногенной природы. Объясняются способы повышения качества ремонтных составов на основе пропитанных органическими добавками мелкозернистых наполнителей.
Во второй главе раскрывается механизм взаимодействия углеводородных компонентов с минеральным наполнителем: на рис.1 приведена электродипольная схема разнородной композиции:
Рис. 1. Электродипольная схема разнородной композиции
- т.т. – твердое тело или мелкозернистый наполнитель;
- о.д. – органическая добавка;
- с.с. – солевой состав воды или катионные соединения от химреакций цемента;
- г.г. – гидроксильная группа ОН;
- а.с. с.о. – анионная сольватная оболочка;
- к.з.к. – катионное зерно клинкера.
– объясняется схема образования микротрещин в образце под внешним воздействием и необычность разрушения образца, с пропитанным наполнителем;
– определена толщина пленки, образуемой на поверхности наполнителя при его пропитке углеводородными отходами;
– объясняются физические и физико-химические процессы, происходящие в бетоне при использовании органических углеводородных отходов техногенной природы в качестве пропиточного материала;
– при пропитке мономера с последующей полимеризацией «залечиваются» многие дефекты бетона;
– структура бетона омоноличивается, стабилизируется;
– бетон становится недоступным для вредных внешних воздействий (влияющих на долговечность, прочность, стойкость к физико-механическим воздействиям);
– полимерные добавки заполняют поры и микротрещины вытесняют воду, что предотвращает разрушение бетона изнутри, и ряд других свойств;
– удельное электросопротивление полимеркомпозита выше композита без полимерных добавок;
– при полимеризации бетона увеличивается его изностойкость;
– при полимеризации бетона увеличивается его кавитационная сопротивляемость.
В третьей главе раскрывается механизм создания разнородной композиции на основе пропитанного наполнителя (табл. 1), отходов камнедробления (табл.2).
Таблица 1
Массовый состав композита на основе мелкозернистого наполнителя
| Состав | Вяжущее, кг | Вода, л | Мелкозернистый наполнитель, кг | Органические добавки, кг | Состав бетона в соотношениях | ||
| ц:н: н | в:ц: ц | ||||||
| С не пропитанным наполнителем | 560 | 280 | 1380 | 0 | 1:2,38 | 0,5 | |
| С пропитанным наполнителем | 560 | 280 | 1380 | 12,35 | 1:2,38 | 0,5 | |
Таблица 2
Массовый состав композита на основе нефракционированных отходов камнедробления
| Состав | Вяжущее, кг | Вода, л | Нефракциони-рованные отходы, кг | Органические добавки, кг | Состав бетона в соотношениях | ||
| ц:н: н | в:ц: ц | ||||||
| С не пропитанным наполнителем | 560 | 280 | 1380 | 0 | 1/2,38 | 0,5 | |
| С пропитанным наполнителем | 560 | 280 | 1380 | 21,36 | 1/2,38 | 0,5 | |
Автор предлагает ввести совершенно новую технологию в создании и применении ремонтного состава.
Рис. 2. Технологическая схема производства ремонтного состава и строительных изделий
Мелкозернистый наполнитель (или мелкозернистые отходы камнедробления) нагреваются до 150-180С, что высвобождает их от адгезионной воды. В нагретый наполнитель вводятся органические добавки (с наноразмерной толщиной) при быстром перемешивании лабораторным миксером (2500 об/мин.) в течениие трех минут, затем портландцемент и вода (1500 об/мин.) в течениие трех минут. Технологический процесс происходит при непрерывном смешивании состава до получения однородной консистенции. Введение органических добавок и покрытие наполнителя наноразмерными пленками отторгает 25% адгезионной воды с поверхности наполнителя, которая уходит в межзерновое пространство на гидратацию цемента.
ПАВ. В состав органических добавок входят и ПАВ,поверхностно-активные вещества, которые увеличивают подвижность раствора и в следствии, увеличение плотности, пластичности и удобоукладываемости.
Использование наноразмерных пленок на поверхности зерен мелкозернистого наполнителя из органических добавок имеют свои преимущества. Коагуляционная структура бетона образуется сразу же после затворения сухого механического состава водой, в результате взаимодействия сольватированных частиц твердой фазы цемента при их сближении. Но в данном случае сольватной оболочкой твердого тела является органическая добавка, которая не взаимодействует с водой ни физически, ни химически, соответственно вся вода уходит в межзерновое пространство, увеличивая концентрацию продуктов гидратации цемента.
В образцах с пропитанным органическими добавками наполнителем, микротрещина созданная в цементном камне нагружающей силой F завершается на органической добавке очередного зерна мелкозернистого наполнителя (рис. 3.)
Рис. 3. Схема разрушения образца с органическими добавками
Разрушение происходит по вертикали в плоскостях максимальных напряжений (рис. 4).
Рис. 4. Разрушение образца с органическими добавками
Микротрещина имеет строгую направленность, по вертикали и, начав в цементном камне, оно обходит зерно мелкозернистого наполнителя по органическим добавкам, разрушая их связь, которые в свою очередь частично поглаошщают энергию нагружающей силы F и вновь возникают на противоположной стороне накопив, некоторую дополнительную энергию (рис. 5).
Рис. 5. Схема образования микротрещины в ячейке зерна мелкозернистого наполнителя, образца с пропитанным наполнителем:
1 – микротрещина в цементном камне;
2 – слой органических добавок;
3 – зерно мелкозернистого наполнителя;
4 – точка выхода микротрещины из органических добавок в цементный камень, накопления энергии силой F и образования продолжения микротрещины в цементном камне;
5- цементный камень
F – сила внешнего давления (сила нагружения образца),
Fн – сила возникающая за счет внутренних напряжений в образце от его сжатия.
Fр – сила разрушения образца.
F – дополнительная сила необходимая для образования (начала) микротрещины.
Органические добавки снижают хрупкость бетона, и в бетоне происходит несколько, пластическое разрушение.
Органические добавки меняют и химические процессы в растворе. Из-за дополнительных 25% адгезионной и диффузионной воды увеличивается гидратация цементных зерен, увеличиваются продукты гидратации цемента, из-за высокой температуры ускоряются химические процессы в растворе, происходит быстрое затвердевание раствора и т.д.
В этой главе так же представлены материалы, принятые для составления разнородной композиции:
- вода – питьевая, артезианская с глубины 100м соответствует ГОСТ 23732
- вяжущее – портландцемент «Себряков» марка 500 Д 20 ПЛ. ГОСТ 10178-85. Сертификат соответствия № POCC. PU СЛ 02 Н 0015
- мелкозернистый наполнитель – кварцевый песок из карьера ст. Червленной, Чеченской Республики, мытый. Группа песка – очень мелкий. Содержание пылевидных и глинистых частиц – 1,5 %;
Плотность: истинная 2005 кг/м3;
Насыпная – 1310 кг/м3;
Средняя – 1500 кг/м3;
Влажность – 0 %.
– Нефракционированные отходы – мелкозернистые отходы камнеи – дробления, из карьеры Аргунский, Чеченской Республики. Группа щебня средний. Модуль крупности Мк = 5,76. Содержание пылевидных и глинистых частиц, после промывки, 1,6%.
Плотность: истинная 2341кг/м3
Насыпная – 1530 кг/м3;
Пустотность – 36 кг/м3;
Влажность, после нагрева, – 0 %.
– Органические добавки – углеводородные отходы нефтехимии и нефтепереработки (табл. 3).
Таблица 3
Групповой химический состав углеводородных органических отходов нефтехимии и нефтепереработки нефтеперерабатывающего завода г.Г. Грозного.
| Наименование показателя | № пробы в композиции | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Групповой химический состав. % масс: - асфальтены - смолы I - смолы II - углеводороды: парафинонафтеновые ароматические легкие средние тяжелые | ||||
| 8,1 9,9 16,8 10,0 9,4 8,8 37,0 | 8,1 10,1 16,7 12,0 9,9 8,7 34,7 | 9,0 12,4 17,3 11,8 9,0 8,8 31,1 | 9,2 12,2 18,0 11,7 9,4 8,6 30,9 | |
В соответствии с Госстандартами произведены ряд исследований образцов ремонтного состава. Приборами для испытаний являлись стандартные установки ПРГ – 50 и Р – 337. Образцы для испытаний изготовлялись в формах 
и сферической формы с диаметром 7374 мм.
В ходе экспериментов определена оптимальная масса органических добавок. Она составляет 0,55% от общей массы раствора или 12,34 кг на 1м3 бетона, для мелкозернистого наполнителя и 0,95% или 21,36 кг для отходов камнедробления.
Образцы, приготовленные из раствора с пропитанным наполнителем, по прочности на сжатие, на 35-40% выше стандартного раствора и на 13-16% выше для нефракционированных отходов камнедробления (рис. 6, рис. 7, табл.4,табл.5).
Рис.6. Зависимость изменения прочности ремонтного состава с пропитанным наполнителем от изменения массы органических добавок
Таблица 4
Результаты испытаний образцов из мелкозернистого наполнителя размером 10х10х10 см на сжатие
| № | R | m | % от состава | R3 сж |  |
| МПа | кг | % | МПа | % | |
| 16,349 | 10 | 0,45 | 15,61 |  | |
| 11,98 | 0,53 | 18,71 | |||
| 12,35 | 0,55 | 22,976 | |||
| 18,06 | 0,8 | 13,697 | |||
| 20 | 0,89 | 12,37 |
где 
- прочность образцов без органических добавок,
m – масса органических добавок,
R – прочность на сжатие после 3-х суток твердения образцов с пропитанным наполнителем;
Е – процент прочности образцов с пропитанным наполнителем по отношению к прочности образцов без пропитки.
Рис. 7. Зависимость прочности раствора из нефракционированных отходов камнедробления, пропитанных органическими добавками, от массы органических добавок
Таблица 5
Результаты испытаний образцов из нефракционированных отходов камнедробления, размером 10х10х10 см на сжатие
| № | R | m | % от состава | R3 сж | Процентное соотношение прочностей |
| МПа | кг | % | МПа | % | |
| 34,268 | 12,72 | 0,57 | 26,675 |  | |
| 21,36 | 0,95 | 38,968 | |||
| 31,2 | 1,39 | 27,995 |
Пористость образцов с пропитанным наполнителем на 10-15% ниже, чем у образцов с непропитанным наполнителем.
Водопоглаощаемость образцов с пропитанным органическими добавками наполнителем на 20-25% ниже, чем у образцов с непропитанным наполнителем.
Для образцов с пропитанными органическими добавками наполнителем прочность на растяжение при раскалывании ниже на 4,6%, чем для образцов с непропитанным наполнителем.
Рис. 8 Зависимость прочности на изгиб от В/Ц соотношения
Таблица 6
Изменение прочности Rизг от В/Ц – соотношения
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Rизг (МПа) | 3,614 | 3,65 | 2,8125 | 3,88 | 1,0452 |
| В/Ц | 0,5 | 0,414 | 0,276 | 0,259 | 0,207 |
Большую роль в определении физико-механических свойств играет прочность на сжатие и изгиб от водоцементного соотношения. Из рис.8, табл.6 и рис.9, табл.7 видно, что прочность на растяжение при изгибе балки выше при В/Ц = 0,259 и прочность на сжатие при В/Ц 0,414, у образцов с пропитанным наполнителем.
Рис. 9 Зависимость прочности на сжатие от В/Ц для образцов с пропитанным наполнителем
Таблица 7
Изменения прочности на сжатие Rсж от В/Ц - соотношения
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Rсж(МПа) | 12,058 | 13,02 | 8,298 | 9,973 | 3,42 |
| В/Ц | 0,5 | 0,414 | 0,276 | 0,259 | 0,207 |
Результаты исследования образцов на адгезию с пропитанным наполнителем от В/Ц дали следующие результаты (табл. 8 и рис. 10), в то время как сцепление стандартных растворов при В/Ц = 0,5 R= 0,3735 МПа, а с пропитанным наполнителем при В/Ц = 0,5 R= 0,82 МПа.
Таблица 8
Результаты на прочность сцепления от В/Ц образцов с пропитанным наполнителем
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Rсж (МПа) | 0,478 | 0,55 | 0,66 | 0,717 | 0,82 |
| В/Ц | 0,3 | 0,35 | 0,414 | 0,45 | 0,5 |
Рис. 10 Зависимость прочности на сцепление от В/Ц образцов с пропитанным наполнителем
1 – прочность на сжатие, 2 – В/Ц
Органические добавки проявляют водородную активность, что, в принципе, не создает химического соединения ни с мелкозернистым наполнителем, ни с водой.
Из расчетов определения толщины пленок, используя формулу Ладинского, следует, что общая толщина слоя органических добавок вокруг мелкозернистого наполнителя = 43,9 нм.
Из выше изложенного следует, что органические добавки создают совершенно новые структурные связи в ремонтном составе, улучшая его физико-химические свойства.
Ремонтный состав на основе пропитанного мелкозернистого наполнителя хорошо адгезирует на старую поверхность при В/Ц = 0,5, при остальных отношениях В/Ц – адгезия ухудшается. Новый, с пропитанным наполнителем и старый, без пропитки наполнителя ремонтный состав в переходном слое не создает монолитной структуры. Прочность шва при раскалывании образца на адгезию у раствора с пропитанным наполнителем и старого раствора с не пропитанным наполнителем равно 0,82 МПа, в то время как у контакта старого без пропитки и нового с непропитанным наполнителем 0,3735 МПа. Отсюда следует, что шов между образцами старого раствора и раствора с пропитанным наполнителем в 2,2 раза прочнее. Из-за пониженной пористости и водопоглаошаемости, повышенной прочности – ремонтный состав с пропитанным наполнителем выдерживает большие физические нагрузки, имеет больший срок эксплуатации.
Если из ремонтного состава изготовить образцы сферической формы диаметром 73-74 мм с пропитанным наполнителем и без пропитки наполнителя и поместить их в автоклав высокого давления, до 1500 кг/см2, то прочность образцов с непропитанным наполнителем увеличивается с 37,2 МПа до 94,62 МПа и с 37,2 МПа стандартного состава до 69,35 МПа у образцов с пропитанным органическими добавками наполнителем, что составляет 254,4% и 186,4% повышение прочности соответственно (рис. 11)
Рис. 11 Гистограмма изменения прочности образцов от гидростатического сжатия:
1.- Ппрочность образца без гидростатического сжатия,;
2 и 3- после гидростатического сжатия с непропитанным наполнителем;
3- и с пропитанным наполнителем. соответственно.
Из вышеизложенного следует, что, изменяя композитный состав, изменяя технологию изготовления ремонтного состава, можно создать как ремонтный состав, так и строительные изделия и конструкции из этого состава с более улучшенными физико-механическими свойствами.
В четвертой главе разработана опытно-промышленная установка (мини РБУ) для изготовления ремонтного состава. Данная установка позволяет производить на месте ремонтный состав, изделия из ремонтного состава. (рис.12). Так же установка позволяет получать сухую смесь для ремонтного состава. В данной главе, также разработана мобильная установка (рис. 13) для перевозки ремсостава непосредственно на аварийный участок и изготовление из сухого состава раствора. Данная мобильная система автоматизирована и ручной труд, в изготовлении ремсостава, отсутствует. Новая технология, предложенная автором, позволяет улучшить физико-механические характеристики бетона, добавкой бросовых отходов нефтехимии и нефрепепеработки заключая зерна наполнителя в наноразмерные пленки. Потери на нагрев мелкозернистого наполнителя с лихвой окупаются за счет увеличения физико-механических свойств ремсостава и экономии цемента и воды, а так же повышением срока эксплуатации. При сравнении с известными способами улучшения физико-механических свойств ремонтного состава, данный состав, на основе магистральных отходов нефтехимии и нефтепереработки, позволяет получить двойной эффект:
1. Социальный:
а) производство нового строительного ремонтного состава с более лучшими физико-механическими свойствами;
б) производство, из этого ремонтного состава, новых строительных изделий и конструкций;
в) утилизация нефтяных отходов в качестве органических добавок к ремонтному составу.
2. Экономический.
Используя бросовые отходы (до 1,5 млн.м3) нефтехимии и нефтепереработки как «катализатор» улучшения физико-механических свойств и используя совершенно новые технологии в изготовлении ремонтного состава можно сэкономить и цементцемент, и воду не изменяя В/Ц.
Массу сэкономленного цемента и воды можно определить по экспериментальной формуле автора.
где:
mэ – масса с экономленного цемента или воды;
m – масса используемого цемента или воды на 1м3 раствора;
R0 – прочность образцов стандартного ремонтного состава без органических добавок;
R – прочность образцов ремонтного состава с органическими добавками;
n – число компонентов композита (вода + вяжущее + мелкозернистый наполнитель + органические добавки = 4);
1,48 – безразмерный коэффициент Тепсаева И.С.
Данная формула, с точностью до 95-100%, подтверждается экспериментально, именно для данного состава раствора.
Рис. 13. Мобильная установка для изготовления ремонтного состава из сухой готовой смеси
- емкость для воды;
- растворосмеситель обыкновенный;
- мини шнек с гибким рукавом 3а;
- изотермическая емкость для сухого ремонтного состава (с подогревом 4а от генератора);
- электрогенератор;
- кабина оператора с пультом управления установкой;
В четвертой главе так же дается технико-экономическое обоснование и внедрение результатов исследования. Дается экономическая целесообразность применения мелкозернистых наполнителей в бетоне и в растворе. Разработана технология производства мелкозернистого бетона на основе пропитанных органическими добавками мелкозернистых наполнителей. Произведен расчет эффективности использования бетонов на основе органического сырья. Произведен расчет народно-хозяйственного эффекта
Эн.х. = Ээ-п + Эпот + Ээкох + Эсоц, где
Ээ.п. – годовой экономический эффект энергетического предприятия;
Эпот – годовой экономический эффект потребителя;
Ээкол –годовой экономический эффект от воздействия на окружающую среду;
Эсоц – годовой экономический эффект социального плана.
Основные выводы
- Разработан новый ремсостав на основе мелкозернистого наполнителя пропитанных органическими углеводородными отходами нефтехимии и нефтепереработки;Научно обоснована целесообразность и эффективность пропитки наполнителя в мелкозернистом бетоне для ремонтных и ремонтно-восстановительных работ.
- разработана новая методика производства ремонтного состава;Разработан новый ремонтный состав на основе мелкозернистого наполнителя пропитанного органическими углеводородными отходами нефтехимии и нефтепереработки.
- Экспериментально установлено, что пропитка мелкозернистого наполнителя осуществляется при температуре 150-180 С.
- Разработана новая методика производства ремонтного состава с пропиткой наполнителя органическими добавками толщиной до 43-44 нм.
- Выявлена оптимальная масса органических добавок: 0,55% или 12,34 кг/м3 бетона на основе пропитанного мелкозернистого наполнителя и 0,95 % или 20,35 кг/м3 для бетона на основе нефракционированных отходов камнедробления.
- Гидростатическое сжатие способствует уменьшению пор, увеличению плотности бетона, диффузии сольватных оболочек цемента, увеличению контактных зон, уменьшению объёма капилляров, выдавливанию воды и воздуха из раствора, что в конечном итоге приводит к увеличению прочности бетона с пропитанным наполнителем до 186 %, а бетон с непропитанным наполнителем - 254%.
- показано влияние органических добавок на физико-механические свойства ремонтного состава.
- Установлено, что прочность на сжатие у бетона с пропитанным наполнителем на 40,5 % выше, чем у бетона с непропитанным наполнителем при горячей формовке образцов, а прочность на изгиб выше на 30-40%.
- Установлено, что прочность на сжатие бетона на основе охлаждённой сухой смеси с пропитанным наполнителем повышается до 372,5%.
- определена оптимальная доза органических добавок к ремсоставу;
разработана технология утилизации нефтеотходов путем использования их в качестве органических добавок к ремсоставу;
- Разработана технология утилизации нефтяных отходов для использования их в качестве органических добавок к ремонтному составу.
- показано влияние органических добавок на физико-механические свойства ремсостава;
- показана экономическая эффективность использования нефтяных отходов в качестве органических добавок к ремонтному составу;.
- разработаны стационарная мини РБУ и мобильная установка для производства раствора из сухого состава на основе пропитанного наполнителя и доставки на место ремонтных аварийных работ.
Список публикаций по данной теме: Основные положения диссертации опубликованы
в следующих работах
Статьи в изданиях из перечня ВАК
- Батаев Д. К-С. «Строительные материалы с использованием углеводородных выбросов нефтехимии и нефтепереработки»/ Д. К-С. Батаев, И. С. Тепсаев, Х. Н.Мажиев// Вестник МАНЭБ. 2008,-№3,-Т.4. с 121-123
- Батаев Д. К-С. «К проблемам повышения экологической безопасности строительного комплекса ЧР»/ Д. К-С. Батаев, Х. Н.Мажиев, С-А. Ю. Муртазаев, М.У. Умаров, И. С. Тепсаев // Вестник МАНЭБ, 2010,№2, Т.15.
- Батаев Д. К-С. «Экологические проблемы населенных пунктов сельских районов ЧР» / Д. К-С. Батаев, Х. Н.Мажиев, С-А. Ю. Муртазаев, М.У. Умаров, И. С. Тепсаев // Вестник МАНЭБ, -2010,-№2,-Т.15.
Патенты
- Патент РФ на изобретение №2392071 от 20 июня 2010 « Способ утилизации отходов нефтепереработки для строительных материалов» / Д. К-С. Батаев, Х. Н.Мажиев, И. С. Тепсаев, Т. В. Мунаев, Г. К-С. Батаев, С. К. Айсханов, С. А. Бекузорова. Заявитель комплексный научно-исследовательский институт Российской академии наук. Автору в соавторстве с Батаевым Д. К-С. принадлежит идея применения в технологии мелкозернистого ремонтного бетона пропитка наполнителя при температуре 150-1800 С органическими нефтеотходами и 100% результатов экспериментальных исследований, положенных в основу патента.
Статьи в сборниках трудов, конференций, периодических изданий
- Тепсаев И.И. «Исследование на пористость ремонтного состава на основе добавок магистральных отходов НПЗ г. Грозного»/ И. И. Тепсаев,И. С. Тепсаев , Хаджиев В.Р.// Материалы межвузовского студенческого научно-практической конференции, посвященной к 85-летию ГГНИ. г. Грозный, 23 декабря 2005 г.
- Батаев Д. К-С. «Ремонтный состав на основе использования в качестве модификатора углеводородных отходов нефтехимии и нефтепереработки»./ Д. К-С. Батаев, М. А-В. Абдуллаев, И. С. Тепсаев//Сборник научных трудов КНИИ РАН ЧР 2007 г.
- Тепсаев И. С. «Исследование физико-механических свойств ремонтного состава на основе химдобавок магистральных отходов НПЗ г. Грозного».// Сборник научных трудов КНИИ РАН ЧР 2007 г.
- Батаев Д. К-С. «Строительные материалы с использованием углеводородных выбросов нефтехимии и нефтепереработки»./ Д. К-С. Батаев, И. С. Тепсаев, Х. Н.Мажиев, С. А. Бекузорова.// VIII Международная научно-практическая конференция « Экология и ресурсо – энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства». Сборник статей. Пенза, 2008г.
- Батаев Д. К-С. «Утилизация отходов – нефтепродуктов при строительных работах»./ Д. К-С. Батаев, И. С. Тепсаев, Х. Н.Мажиев, С. А. Бекузорова.// Сборник Международноу научно-практичсекой конференции. Кемерово, 2008 г.
- Батаев Д. К-С. «Новая технология утилизации отходов нефтепродуктов»./ Д. К-С. Батаев, И. С. Тепсаев, Х. Н.Мажиев.// Материалы Международной научно-практической конференции г. Сочи, 12-14 ноября 2008 г.
- Батаев Д. К-С. «Использование отходов НП и НХ в качестве химдобаков в ремонтом в составе».// И. С. Тепсаев, Х. Н.Мажиев.
- Батаев Д. К-С. «Исследование физико- механическихфизико-механических свойств ремонтного состава на основе магистральных отходов нефтехимии и нефтепереработки».// Д. К-С. Батаев, Д.Т. Озниев, Г. К-С. Батаев, И. С. Тепсаев. Сборник научных трудов КНИИ РАН 2009 г.
