Ефективні цементно-зольні сухі будівельні суміші для мурувальних розчинів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 666.97

Спеціальність 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЕФЕКТИВНІ ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНІ СУХІ БУДІВЕЛЬНІ СУМІШІ ДЛЯ МУРУВАЛЬНИХ РОЗЧИНІВ

Риженко Ігор Миколайович

Вінниця - 2009



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування, м. Рівне, Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Дворкін Леонід Йосипович, Національний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри технології будівельних виробів та матеріалознавства

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Рунова Раїса Федорівна, Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри технології будівельних конструкцій і виробів

- кандидат технічних наук, доцент Христич Олександр Володимирович, Вінницький національний технічний університет, доцент кафедри менеджменту будівництва, охорони праці та безпеки життєдіяльності

Захист відбудеться “ 07 “ травня 2009 року о 1430 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.052.04 Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ауд. 210 ГУК.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий “02“ квітня 2009 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.В. Швець



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. До найбільш актуальних проблем будівельного комплексу України відноситься зниження енергоємності матеріалів і виробів, зменшення витрати дорогих матеріальних ресурсів, до яких відноситься у першу чергу портландцемент, підвищення якості та культури будівельних робіт. Зниження енергоємності найбільш масових будівельних матеріалів - бетонів та розчинів, досягається комплексом технологічних заходів, у тому числі і широким застосуванням такої ефективної техногенної сировини, як зола-виносу. До перспективних напрямів застосування золи-виносу відноситься використання її у сухих будівельних сумішах (СБС). У композиції з іншими дисперсними мінеральними, а також хімічними добавками з'являється можливість отримання ефективних золовмісних сухих сумішей.

До найбільш масових розчинів, які застосовуються у будівництві, відносяться мурувальні. Введенні вапна у цементно-піщані розчини для підвищення їх пластичності та водутримуючої здатності не приводить до суттєвого зменшення витрати цементу, ускладнює технологію та обмежує область застосування мурувальних розчинів. Звичайні вапняно-цементні розчини не дозволяють забезпечити тонкий клейовий шов при кладці із застосуванням стінових каменів та блоків з ніздрюватих бетонів. Розв'язання задачі отримання сухих мурувальних сумішей з пониженою витратою цементу, в тому числі і для тонкошарової кладки, можливе при застосуванні композиції золи-виносу та комплексних хімічних добавок.

У даній дисертаційній роботі наведені результати досліджень цементно-зольних сухих будівельних сумішей для мурувальних будівельних розчинів. Розглядались цементно-зольні сухі суміші та розчині на їх основі, які містять комплексні добавки трьох типів:

на основі суперпластифікатора та повітровтягувальної добавки;

на основі суперпластифікатора та водоутримуючої добавки;

на основі суперпластифікатора та вапняно-карбонатного наповнювача.

Застосування у цементно-зольних сумішах вказаних модифікаторів дозволить забезпечити необхідну якість мурувальних розчинів з широким діапазоном їх можливого застосування та високими техніко-економічними показниками. золовмісний суперпластифікатор вапняний водоутримуючий

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались на кафедрі технології будівельних виробів і матеріалознавства Національного університету водного господарства та природокористування (НУВГП) відповідно до держбюджетних тем на замовлення Міністерства освіти і науки України І-30 “Енергоефективні будівельні матеріали з використанням техногенної сировини Західно-Українського регіону” (2007-2008 рр., № держреєстрації 0107U004175) та І-23 “Розробити нові ресурсозберігаючі модифікатори для мінеральних в'яжучих, розчинів і бетонів на основі місцевих сировинних матеріалів (2005-2006 рр., № держреєстрації 0105U001482). В рамках зазначених тем автор виконував дослідження властивостей золовмісних мурувальних розчинів з комплексними добавками.

Мета роботи полягає в розробці ефективних складів і технології золовмісних сухих мурувальних розчинових сумішей, до складу яких входять комплексні добавки трьох типів: суперпластифікатор + повітровтягувальна ПАР, супер-пластифікатор + вапняно-карбонатний наповнювач, суперпластифікатор + водоутримуюча добавка.

Задачі досліджень:

Дослідити реологічні і технологічні властивості модифікованих золовміс них сумішей та мурувальних розчинів, зокрема ефективну в'язкість, водопотребу, адгезійну здатність, міцність на стиск і згин, деформативність, корозійну і морозостійкість.

Дослідити особливості твердіння та структуроутворення розчинів на основі модифікованих золовмісних сумішей,

Розробити методику проектування складів золовмісних модифікованих сумішей, яка забезпечує отримання розчинів із заданими властивостями.

У дослідно-виробничих умовах підтвердити ефективність застосування пропонованих сухих будівельних сумішей для мурувальних розчинів.

Об'єкт дослідження. Сухі цементно-зольні будівельні суміші та розчини на їх основі з комплексними добавками трьох типів: суперпластифікатор + повітровтягувальна ПАР, суперпластифікатор + вапняно-карбонатний наповнювач, суперпластифікатор + водоутримуюча добавка.

Предмет дослідження. Реологічні та технологічні властивості, особливості гідратації і структуроутворення цементно-зольних паст та розчинових сумішей з добавками модифікаторів, фізичні та фізико-механічні властивості модифікованих золовмісних мурувальних розчинів.

Методи досліджень. При встановленні основних багатофакторних залежностей використані математичні методи планування експерименту.

При вивченні реологічних властивостей та процесів гідратації і структуроутворення використовували методи ротаційної віскозиметрії, пластометрії, електропровідності, хімічного визначення ступеня гідратації, контрактометрії, ультразвуковий метод. Параметри порової структури вивчали методом водопоглинання.

Комплекс основних будівельно-технічних властивостей розчинових сумішей та затверділих розчинів досліджували із застосуванням методів діючих стандартів та іншими апробованими методами.

Наукова новизна отриманих результатів:

Експериментально доведена можливість отримання мурувальних розчинів для тонкошарової кладки з підвищеними експлуатаційними властивостями на основі сухих цементно-зольних сумішей при введенні до їх складу комплексних добавок, які містять суперпластифікатор у сполученні з повітровтягувальною або водоутримуючою добавкою чи вапняно-карбонатним наповнювачем.

Встановлені особливості впливу пропонованих комплексних добавок на початкове структуроутворення, ступінь гідратації, кінетику поглинання Са(ОН)2 золою-виносу та параметри пористості модифікованого цементно-зольного каменю.

Отримані чисельні залежності показників властивостей розчинових сумішей і мурувальних розчинів на основі цементно-зольних СБС з комплексними добавками залежно від факторів їх складу, умов твердіння та експлуатації.

Практичне значення отриманих результатів:

Запропоновано склади комплексних добавок-модифікаторів, які дозволяють суттєво поліпшити властивості цементно-зольних розчинів, зокрема:

знизити їх водопотребу, подовжити час збереження необхідної легкоукладальності, збільшити водоутримуючу здатність;

підвищити адгезійні властивості, міцність, тріщиностійкість, корозійну стійкість, морозостійкість мурувальних розчинів.

Отримано ряд чисельних залежностей, що дозволяють прогнозувати та регулювати властивості розчинів на основі цементно-зольних сухих сумішей з комплексними добавками, які містять суперпластифікатор у сполученні з повітровтягувальною або водоутримуючою добавкою чи вапняно-карбонатним наповнювачем.

Розроблено методику проектування складів модифікованих цементно-зольних сухих сумішей та мурувальних розчинів на їх основі з комплексом заданих властивостей, запропоновані склади золовмісних СБС, оптимальні за критерієм собівартості.

Особистий внесок здобувача полягає у виконанні експериментальних досліджень, обробці та інтерпретації отриманих даних і впровадженні результатів досліджень у виробництво. Зокрема, автором самостійно:

розроблено та реалізовано програму експериментальних досліджень з використанням методів планування експерименту та статистичної обробки результатів;

досліджено реологічні властивості цементно-зольних розчинів з комплекс-ними добавками, до складу яких входить суперпластифікатор у сполученні з повітровтягувальною або водоутримуючою добавкою чи вапняно-карбонатним наповнювачем. Отримані та проаналізовані математичні моделі нормальної густоти, ефективної в'язкості, водопотреби, повітровтягування, водовідділення та рухливості розчинових сумішей з комплексними добавками.

досліджено особливості гідратації і структуроутворення цементно-зольних паст та розчинів з комплексними добавками;

отримано та проаналізовано залежності адгезійних властивостей, міцності, морозостійкості мурувальних розчинів від факторів складу. Досліджені властивості модифікованих розчинів, які визначають їх довговічність;

запропоновано методику розрахунку складу модифікованих цементно-зольних розчинів на основі отриманих математичних моделей;

виконано дослідно-промислову апробацію результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на науково-практичній конференції "Бетони та вироби на основі бетону" (Київ, НДІБМіВ, 2007р.), VI-му та VII-му науково-практичних семінарах “Структура, властивості та склад бетону” (Київ, 2007, 2008 рр.), науково-технічній конференції "Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди" (Рівне, НУВГП, 2008р.), наукових конференціях викладачів, аспірантів та студентів НУВГП (2007, 2008 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 8 друкованих праць, в тому числі 4 у фахових збірниках наукових праць, 3 - у матеріалах доповідей семінарів та конференцій, 1 - у закордонному виданні (Росія).

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, додатку, списку використаних джерел із 120 найменувань. Загальний обсяг дисертації 184 сторінки, у тому числі 132 сторінки основного тексту, 48 таблиць, 63 рисунки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі до дисертації обґрунтовано актуальність теми, сформульована мета і задачі дисертаційного дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення роботи, приведена інформація щодо структури та обсягу дисертації, публікації та апробація роботи та наведена загальна характеристика роботи.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан питання з напряму теми дисертації, викладено теоретичні передумови досліджень, на основі яких сформульована наукова гіпотеза роботи.

Відповідно до розробленої теорії цементних бетонів та розчинів з активними мінеральними наповнювачами властивості наповнених цементних систем є результатом синтезу хімічних, фізико-хімічних і фізико-механічних впливів на різних рівнях їх структури, у яких наповнювач приймає саму активну участь. У роботах ряду дослідників показано, що введення добавок-наповнювачів, зокрема золи-виносу та карбонатного наповнювача є ефективним напрямком зниження витрати в'яжучих і регулювання будівельно-технічних властивостей розчинів.

Завдяки пуцолановій активності, введення золи-виносу в цементно-водні системи не тільки збільшує обсяг гідратних новоутворень, але й прискорює процес гідролізу, збільшує ступінь гідратації цементу, що, у кінцевому рахунку, позитивно позначається на міцності цементного каменю. Особливо цей ефект повинен бути істотним для систем з підвищеною витратою цементу і відповідним вмістом гідролізного вапна, до яких можна віднести і мурувальні розчини.

Введення золи сприяє зменшенню водовідділення розчинової суміші і, на відміну від інших наповнювачів, не погіршує, а покращує її рухливість. Пластифікуюча та водоутримуюча здатність золи насамперед обумовлює перспективність її застосування в мурувальних розчинах, які доцільно виготовляти на основі сухих будівельних сумішей. Значний інтерес для мурувальних золовмісних розчинів становить також введення карбонатного наповнювача (КН), доцільність якого основана насамперед на відомих теоретичних уявленнях В.М. Юнга про цементний камінь, як “мікробетон”. Окрім того, карбонати кальцію можуть взаємодіяти з алюмовмісними клінкерними мінералами, утворити комплексні сполуки.

Ефективність добавок-наповнювачів в цементних розчинах і бетонах суттєво збільшується при введенні добавок ПАР, які можна розглядати як один із способів активації наповнювача. У ряді робіт показана ефективність спільного введення в бетонні суміші добавок-наповнювачів і суперпластифікаторів. Крім зменшення міжфазної поверхневої енергії при створенні адсорбційно активного середовища, що позитивно позначається на величині адгезійних контактів, ПАР також виконують дефлокулюючий вплив на високодисперсні золи, схильні до агрегування.

Поряд з додаваннями ПАР показана можливість модифікування розчинів і бетонів, наповнених золою й іншими порошками, полімерними добавками. Розчини і бетони з добавками неполярних полімерів мають меншу проникність і високу стійкість при насиченні водою та іншими рідинами, зокрема хімічно агресивними речовинами. Зниження пористості і наповнення пор полімерами, а також втягненим повітрям приводить до підвищення морозостійкості розчинів і бетонів.

Таким чином, введення золи-виносу у поєднанні з іншими хімічними та мінеральними добавками-модифікаторами дозволяє виготовляти ефективні сухі суміші для мурувальних та інших будівельних розчинів. Серед актуальних напрямків технології СБС для мурувальних розчинів можна виділити:

забезпечення необхідних властивостей при пониженій витраті цементу без додаткового введення вапна;

розробку складів розчинів, які забезпечують тонкошарове нанесення у вигляді клею при монтажі стін із блоків з ніздрюватого бетону та інших виробів.

Робоча гіпотеза, покладена в основу виконаних досліджень, полягає в тому, що отримання сухих розчинових сумішей для тонкошарової кладки із зниженою витратою цементу можна здійснити шляхом введення у цементно-піщані суміші золи виносу і композиційних поліфункціональних модифікаторів (ПФМ) типів: суперпластифікатор (СП) + повітровтягувальна ПАР (ПД), супер-пластифікатор + полімерна водоутримуюча добавка (ефіри целюлози - ЕЦ), суперпластифікатор + карбонатний наповнювач (КН).

У другому розділі для вирішення поставлених у роботі завдань розроблено блок-схему досліджень, яка включала чотири етапи.

Дослідження впливу добавок-модифікаторів на реологічні властивості, гідратацію і структуроутворення цементно-зольних та цементно-зольно-карбонатних паст.

Дослідження впливу зольного і золокарбонатного наповнювачів та добавок-модифікаторів на властивості розчинових сумішей.

Дослідження експлуатаційних властивостей мурувальних розчинів на основі модифікованих золовмісних СБС.

Дослідження властивостей, які визначають довговічність золовмісних мурувальних розчинів. Промислова апробація отриманих результатів.

При проведенні досліджень використані наступні матеріали:

портландцемент ПЦ-І М500 Здолбунівского ВАТ “Волинь-цемент” (питома поверхня 295...310 м2/кг, НГ=26,1...26,4%);

зола-виносу Бурштинської ТЕС з питомою поверхнею 275...305 м2/кг, НГ=25,1...27,2%, вмістом вільного СаО 2,5...3,0%;

карбонатний наповнювач - пил обертових печей по випалу вапна ВАТ “Любомирський ВСЗ”, який містить карбонат та оксид кальцію. Активність пилу за вмістом активних СаО + MgO знаходиться в межах 30...35 %, час гасіння 15...20 хв., прохід через сито № 002 - не менше 85 %;

кварцовий пісок з родовищ Славутського району Хмельницької обл. - Нетішинського та Сільце, з модулем крупності 1,42 та 1,69;

порошкоподібний суперпластифікатор “Поліпласт СП-3” нафталін формальдегідного типу;

суху порошкоподібну повітровтягувальну добавку “Міх-DH” - суміш синтетичних повітровтягувальних компонентів та натрієвих солей абієтинової кислоти;

водоутримуючу добавку - метилгідроксиетилцелюлозу Tylose МН 15002Р6.

Для ефективної реалізації дослідів, формалізації дослідних даних, технологічного аналізу й оптимізаційних рішень використовували метод математико-статистичного моделювання. Варійовані фактори при плануванні експерименту вибирали таким чином, щоб отримані рівняння регресії могли характеризувати склади досліджуваних розчинів і забезпечувати їхнє проектування.

Для визначення питомої поверхні наповнювачів використовували метод повітропроникності, гранулометричний склад визначали седиментаційним аналізом в гасі за допомогою торзійних ваг. Для визначення ефективної в'язкості цементно-зольних паст із добавками ПФМ використовували ротаційний віскозиметр РВ-8М. Кінетику структуроутворення в часі вивчали за допомогою ультразвукового методу, а також методів визначення електропровідності та конічної пластометрії.

Комплекс основних будівельно-технічних властивостей в'яжучих і розчинових сумішей на їх основі досліджували із застосуванням методів діючих стандартів.

У третьому розділі наведено результати досліджень властивостей модифікованих цементно-зольних розчинових сумішей, зокрема їх реологічних властивостей, водопотреби, водовідділення, повітровтягування, легкоукладальності.

Реологічні властивості сумішей оцінювали за зміною нормальної густоти та ефективної в'язкості цементних та цементно-зольних паст під дією ПФМ. Як у цементних, так і в цементно-зольних пастах найбільше зниження НГ і в'язкості досягається при переважанні в складі комплексних добавок усіх типів суперпластифікатора. При цьому найбільше зменшення вязкості (майже у 3 рази) досягається для цементних паст при вмісті СП-3, рівному 0,7 % маси цементу. Для цементно-зольних паст при такому ж вмісті суперпластифікатора в'язкість зменшується лише в 1,5...2 рази.

Повітровтягувальна добавка дещо збільшує нормальну густоту, однак зменшує в'язкість паст, хоча і значно менше, ніж суперпластифікатор. Сумісне введення СП-3 і повітровтягувальної добавки викликає близький до адитивного ефект зменшення в'язкості цементно-зольних паст.

Добавка Tilosе, будучи загусником, викликає суттєвий ефект збільшення як Кн.г, так і в'язкості цементно-зольних паст. Збільшує нормальну густоту та в'язкість паст при В/Ц=const також добавка вапняно-карбонатного наповнювача. Привертає до себе увагу наявність певних ефектів взаємодії впливу компонентів ПФМ. Зокрема, із збільшенням вмісту ЕЦ чи карбонатного наповнювача вплив суперпластифікатора СП-3 проявляється сильніше.

Зола-виносу при постійному В/Ц, збільшуючи загальну концентрацію в пастах дисперсної фази і зменшуючи водов'яжуче відношення при В/Ц=const, закономірно викликає підвищення вязкості. Проте цей ефект значною мірою згладжується з введенням добавок ПФМ, і особливо при переваженні в останніх суперпластифікатора.

Найбільш суттєве зниження водопотреби розчинових сумішей має місце при переважанні у їх складі суперпластифікатора СП-3. Повітровтягувальна добавка, будучи слабшим пластифікатором ніж СП-3, у композиції з останнім проявляє значний пластифікуючий ефект. Синергетичний пластифікуючий ефект суперпластифікатора СП-3 та повітровтягувальної ПАР можна пояснити різним механізмом їх розріджуючої дії. У механізмі дії суперпластифікатора СП-3, як відомо, переважає ефект електростатичного відштовхування частинок цементу. Пластифікуюча дія повітровтягувальних ПАР зумовлена, в основному, ефектом змащення повітряної емульсії, яка суттєво збільшує здатність системи деформуватись при прикладанні до неї зовнішніх зусиль. Об'єднання у ПФМ вказаних механізмів пластифікуючої дії його складових дозволяє забезпечити відповідний розріджуючий ефект.

Добавка ЕЦ будучи загущувачем цементних і цементно-зольних паст приводить до певного збільшення їх водопотреби. При введенні ПФМ, який містить поряд з ЕЦ суперпластифікатор СП-3, водопотреба сумішей зменшується, однак “загущуючий” ефект ЕЦ відчувається у всьому дослідженому діапазоні зміни вмісту СП-3.

Введення вапняно-карбонатного наповнювача до складу комплексної добавки також приводить до збільшення водопотреби розчинових сумішей, однак завдяки введенню суперпластифікатора вдається значним чином нівелювати різницю у водопотребі сумішей з КН та без нього.

Мінімальне водовідділення суміші спостерігається при введенні добавки ЕЦ. Збільшенням вмісту СП-3 і, відповідно, зменшенням Кн.г у сумішах зі всіма видами ПФМ тенденція до водовідділення зростає. Разом з тим, введення до складу ПФМ повітровтягувального компонента і особливо ефірів целюлози дозволяє цю тенденцію знівелювати і забезпечити достатню седиментаційну стійкість сумішей. Приблизно оцінити кількість води, яка утримується модифікованими цементно-зольними сумішами може за залежністю

Вут = (1,35...1,65)Кн.г (Ц+З) + ВпП + КРмод,

де Рмод - параметр, який для досліджених ПФМ оцінюється вмістом ПД та ЕЦ.

На повітровміст досліджених цементно-зольних паст впливає вміст як золи, так і усіх компонентів ПФМ. Збільшення золоцементного відношення та введенням КН приводить помітного зменшення повітровтягування. Добавки СП-3 та ЕЦ порівняно слабо збільшують повітровтягування, особливо у порівнянні з ПД. Остання залежно від вмісту у цементно-зольній пасті, може збільшити її повітровміст у 1,5...3 рази. Введення піску у пасти сприяє додатковому повітровтягуванню, що погоджується з відомими даними.

Окремі досліди були проведені для вивчення зміни рухливості в часі золоцементних сумішей з добавками ПФМ. Введення золи-виносу при З/Ц<0,4 позитивно позначається на збереженні рухливості, при подальшому збільшенні золоцементного відношення темп падіння рухливості дещо збільшується. Прискорення темпу падіння рухливості сумішей з підвищеним золоцементним відношенням пояснюється прискоренням строків тужавлення цементу.

Стабілізуючий вплив на втрату рухливості чинить повітровтягувальна і, особливо, водоутримуюча добавка. Вони дозволяють суттєво подовжити живучість розчинових сумішей, які містять суперпластифікатор. Суміші, які містять КН, втрачають рухливість швидше, ніж без нього. Криві падіння рухливості розчинових сумішей з добавками ПФМ можна розбити на етапи відносної стабільності та прогресуючого зниження рухливості. Як весь період зниження рухливості, так і період відносної стабільності (рис. 1) тісно корелюється з періодом формування структури на кривих пластичної міцності за інших рівних умов. На темп падіння рухливості у більшій мірі впливає добавка золи.

У четвертому розділі наведені результати дослідження особливостей структуроутворення та гідратації модифікованих цементно-зольних розчинів.

Структурно-механічною характеристикою твердіння дисперсних систем є пластична міцність. Аналіз отриманих пластограм (рис. 2) цементно-зольних паст з комплексними добавками ПФМ показує, що зола і добавки ПАР, особливо на основі ефірів целюлози, дещо подовжують період коагуляційного структуроутворення. Добавка суперпластифікатора в цементно-зольних пастах викликає більш інтенсивний ріст пластичної міцності на другій ділянці пластограм, яка відповідає періоду зміцнення коагуляційної і початку формування кристалізаційної структури. На цій ділянці введення зольного наповнювача в поєднанні з добавками ПФМ викликає лавиноподібне збільшення пластичної міцності, що погоджується з теоретичними передумовами їхнього впливу на процес кристалізації новотворень. Уже приблизно через 2...3 год. після кінця тужавлення пластична міцність модифікованих паст збільшується майже в 4 рази і досягає 2,7 Па. Для немодифікованих паст така величина пластичної міцності досягається через значно більший проміжок часу.

Дослідження ступеня гідратації паст показало, що у ранньому віці окремі компоненти ПФМ, представлені органічними добавками, проявляють певний стабілізуючий ефект на гідратацію цементно-зольного в'яжучого (рис. 3). Це, очевидно, пояснюється екрануючою дією утворених адсорбційних шарів на зернах цементу та золи. За величиною стабілізаційного впливу на ранню гідратацію цементу компоненти ПФМ можна розмістити в ряд: ЕЦ > ПД > СП. У 28-добовому віці цементно-зольного каменю стабілізуючий вплив усіх досліджених комплексних добавок не відчувається. Перехід від цементно-зольних паст до цементно-зольно-вапняно-карбонатних збільшує кількість гідратної води як у 7 діб нормального твердіння (до 23 %), так і в 28 діб (до 7 %).

Вивчали методом титрування кінетику поглинання СаО золою-виносу з введенням добавок СП, ЕЦ та ПД, також їх комбінацій. Результати визначення пуцоланової активності золи-виносу за поглинанням вапна після 30-денного витримування золи з добавками в насиченому розчині вапна наведені в табл. 1.



Таблиця 1 - Пуцоланова активність золи-виносу з добавками

№ з/п	Зола-виносу	Вміст компонентів ПФМ, % маси цементу	Поглинання СаО, мг/г, через, діб
		СП-3	ПД	ЕЦ	3	7	28
1	Зола-виносу	-	-	-	9,5	18,8	35,5
2	Зола виносу з добавкою ПФМ1	0,3	-	-	7,3	17,1	37,1
3		-	0,03	-	6,1	17,5	34,8
4		0,3	0,03	-	6,5	18,1	36,2
5		0,7	0,03	-	6,3	17,8	37,2
6	Зола виносу з добавкою ПФМ2	-	-	0,1	6,9	17,5	35,1
7		0,3	-	0,1	6,4	18,3	36,2
8		0,3	-	0,3	6,1	17,5	35,4
9		0,7	-	0,3	5,9	17,8	35,9

Як випливає з табл. 1, як окремі компоненти ПФМ, так і їх комбінації якого-небудь суттєвого впливу на пуцоланову активність золи-виносу не чинять. Разом з тим, органічні добавки впливають на кінетику поглинання СаО золою-виносу в перші строки твердіння, помітно не зменшуючи поглинання золою СаО в 28 діб.

Аналіз порової структури цементного каменю, визначеної методом водопоглинання, показує, що при В/Ц=Кн.г введення добавок ПАР змінює параметри порової структури цементного і цементно-зольного каменю. Найбільше зниження відкритої пористості спостерігається при використанні пластифікуючого ефекту добавок, котрий позначається на зменшенні Кн.г.

Величина інтегральної пористості для ряду складів дещо зростає, особливо при введенні добавок повітровтягувальної добавки та вапняно-карбонатного наповнювача. В усіх випадках при введенні добавок ПФМ має місце перерозподіл пор в бік збільшення кількості закритих і зменшення відкритих пор, доступних для насичення водою. При цьому простежується чітка тенденція до зменшення середнього розміру пор і збільшення їх однорідності. Зменшення відкритої пористості при введенні добавок ПФМ досягається як підвищенням щільності каменю за рахунок зниження Кн.г, так і додатковим утворенням умовно-замкнутих повітряних пор за рахунок повітровтягувальної добавки. З позицій досягнення більш сприятливої порової структури цементного каменю доцільно при використанні в розчинових сумішах водоутримуючих добавок у вигляді ефірів целюлози (Tilosе) та вапняно-карбонатного наповнювача комбінувати їх з суперпластифікуючою добавкою.

У п'ятому розділі наведено результати досліджень будівельно-технічних властивостей золовмісних модифікованих мурувальних розчинів, а також методика проектування їх складів, яка забезпечує забезпечення їх нормованих показників при мінімальній собівартості.

Однією з задач модифікування будівельних розчинів є збільшення їх адгезійної здатності, що сприяє підвищенню якості і довговічності кладки. Особливо важливим є забезпечення адгезійної здатності для клеєвих мурувальних розчинів. В даній роботі адгезійну здатність цементно-зольних розчинів визначали як міцність на відрив від бетонної основи зразка розміром 5050 мм, випиляного з керамічної плитки.

Аналіз отриманих даних показує, що вплив на адгезійну міцність Rад.золоцементного відношення має екстремальний характер. При цьому максимум Rад. спостерігається при З/Ц = 0,35...0,4. Суперпластифікатор СП-3 та повітровтягувальна добавка позитивно впливають на адгезію розчинів як в результаті зміни їх поверхневої енергії, так і в результаті зміни якісних характеристик контактного шару. Введення СП-3 покращує характеристики контакт-ного шару розчину, очевидно, насамперед збільшення його змочуваності і зменшення вмісту надлишкової вологи. При збільшення вмісту суперпластифікатора з 0 до 0,35 % від маси цементу адгезійна міцність зростає на 16...35 % при В/Ц=0,6 та на 25...40 % при В/Ц=1,0. Подальше збільшення вмісту СП-3 до 0,7 % приводить до збільшення Rад. ще на 13...20 %.

Введення в розчини повітровтягувальної і, особливо, полімерної добавки Tilosе забезпечує необхідну водоутримуючу здатність розчинної суміші і знижує товщину необхідного клеєвого шару, що також позитивно позначається на величині адгезії. За інших рівних умов збільшення вмісту повітровтягувальної добавки від 0 до 0,025 % від маси цементу збільшує адгезійну міцність на 30...45 %, при подальшому збільшенні вмісту ПД адгезійна міцність дещо знижується. Збільшення вмісту водоутримуючої добавки Tilosa від 0 до 0,15 % приводить до зростання адгезійної міцності на 25...55 %, подальше зростання вмісту добавки слабо впливає на адгезію золовмісних розчинів.

Введення карбонатного наповнювача збільшує, так як і зольний наповнювач, об'єм гідратних новоутворень, що також позитивно позначається на величині адгезійної міцності розчинів. Збільшення вмісту карбонатного пилу до 15 % від маси цементу приводить до збільшення адгезійної міцності на 16...33 % у всі строки твердіння за інших рівних умов.

Аналіз результатів досліджень міцності розчинів на стиск та згин у віці 28 діб показав, що в досліджених цементно-зольних розчинах визначальний вплив на міцність як при стиску, так і при згині чинить В/Ц. Наступним за значимістю фактором є вміст суперпластифікатора. Помітну роль також відіграє золоцементне відношення, вплив якого як на міцність при стиску, так і на міцність при згині є екстремальним. Для усіх досліджених складів близьким до оптимального є З/Ц=0,35...0,4. Найбільше вплив золоцементного відношення спостерігається для розчинів з комплексним золо-карбонатним наповнювачем.

Вплив добавок - поліфункціональних модифікаторів на міцність розчинів залежить від їх складу та вмісту. При постійній рухливості збільшення вмісту суперпластифікатора СП-3 у складі ПФМ закономірно приводить до збільшення міцності. Зокрема, при збільшенні вмісту СП-3 від 0,3 до 0,7 % міцність розчину на стиск зростає на 23...34 %, на згин - на 18...24 % за інших рівних умов. Збільшення вмісту водоутримуючої і, особливо, повітровтягувальної добавки (рис. 4) приводить до зниження міцності на 10...14 % у першому та на 14...21 % у другому випадку. Найбільш помітне зниження міцності спостерігається при максимальному вмісті добавок ЕЦ Tilosе та ПД Mix-DH.

Однак при оцінці впливу цих добавок варто врахувати той факт, що при укладанні на пористі основи негативний вплив цих добавок на міцність модифікованих розчинів нівелюється підвищеною легкоукладальністю розчинних сумішей та високою якістю розчинового шва.

Збільшення частки КН у складі в'яжучого до певної межі приводить до помітного збільшення міцності розчину при близьких значеннях цементно-водного відношення (рис. 5). При збільшенні вмісту КН від 50 до 100 кг/м3 міцність розчину на стиск зростає на 13...20 % залежно від вмісту золи і суперпластифікатора, на згин - на 9...15 %. Збільшення вмісту КН понад 100 кг/м3 недоцільне, оскільки подальшого збільшення міцності при цьому не спостерігається, до того ж при високому вмісті КН водопотреба розчину помітно зростає.

Для мурувальних розчинів важливе значення має забезпечення високих показників властивостей, які їх забезпечують довговічність. Критерієм тріщиностійкості розчинів може бути відношення міцності на розтяг до міцності на стиск (Rр.з /Rст). Модифікування розчинів органічними добавками позитивно позначається на згаданому критерії тріщиностійкості (рис. 6). Збільшення його значень характерне для модифікованих розчинів як у віці 28 діб, так і в інші строки твердіння.

Для оцінки сульфатостійкості наповнених розчинів визначали зміну міцності на розтяг при розколюванні (Rр.р) у 5%-вому розчині Na2SO4. Відповідно до відомої класифікації, середовище вважається сильноагресивним, якщо при експлуатації конструкцій у ньому протягом року зниження міцності досягає більше 20 %, середньогресивним - 5...20 %, слабоагресивним - менше 5 % і неагресивним - 0 %. У наших дослідженнях 5%-вий водний розчин Na2SO4 виявився сильноагресивним середовищем для розчину без наповнювача. Для розчинів, наповнених лише золою, воно виявилось слабоагресивним, а для модифікованих розчинів - неагресивним. Для них відзначається не зниження міцності в 5 %-вому розчині Na2SO4, а навіть її деякий ріст.

Марка за морозостійкістю досліджених розчинів (Кмрз0,95) коливається в діапазоні F25...F250. Найвищу морозостійкість мають розчини, які містять повітровтягувальну добавку. Темп падіння міцності таких розчинів по мірі заморожування і відтавання виявився також більш низьким, ніж для бетонів без добавки. Позитивно впливають на морозостійкість розчинів, хоча і меншою мірою, добавки СП-3 та ефіру целюлози. Для наповнених розчинів з мінімальним вмістом органічних добавок та низькою витратою цементу (В/Ц=1,0) морозостійкість виявилась в межах 25...75. Нижчу морозостійкість мають розчини з найвищим співвідношенням зола : цемент.

У ранні строки твердіння добавка золи-виносу збільшує усадочні деформації розчинів, які при подальшому твердінні вирівнюються з деформаціями розчинів без золи. Ступінь зменшення усадочних деформацій розчинів зростає по мірі збільшення пластифікуючого ефекту ПФМ.

Запропонована методика розрахунку складів модифікованих розчинів полягає у сумісному розв'язанні отриманих математичних моделей властивостей (міцності зчеплення з основою, марочної міцності, морозостійкості та інш.) відносно факторів складу - В/Ц, З/Ц, вмісту компонентів ПФМ. Оптимізація отриманих складів за собівартістю виконується дисоціативно-кроковим методом.

У шостому розділі представлено експериментальні дані про вплив технологічних параметрів приготування модифікованих золовмісних сумішей (способу та тривалості перемішування), а також терміну їх зберігання на експлуатаційні властивості. Наведені також результати промислової апробації CБC, які свідчать про те, що за рахунок введення пропонованих ПФМ високі нормативні показники мурувальних розчинів можуть бути забезпечені при зменшенні собівартості на 25....40 %.



ВИСНОВКИ

В результаті виконаних досліджень реологічних властивостей встановлено, що введення до складу цементно-зольних сумішей комплексних добавок - поліфункціональних модифікаторів, дозволяє суттєво зменшити їх нормальну густоту і ефективну в'язкість і забезпечити стабілізуючий вплив на ці параметри (“життєздатність” сумішей). Певний стабілізуючий ефект на зменшення в'язкості цементних паст у часі чинить також зола-виносу при оптимальному золоцементному відношенні. Наслідком зниження в'язкості паст під дією ПФМ є суттєве зниження водопотреби сумішей, особливо при максимальному вмісті у складі модифікаторів суперпластифікатора СП-3.

Модифікування цементно-зольних розчинів пропонованими комплексними добавками дозволяє збільшити адгезійну міцність розчинів на 45 %...55 %. Збільшенню адгезійної міцності розчинів сприяє підвищення дисперсності золи-виносу, а також співвідношення в'яжуче : пісок. Міцність розчинів на стиск зростає до 34 %, на згин до 24 % при вмісті СП-3 до 0,7 % від маси цементу і незмінній рухливості суміші Деяке зниження міцності спостерігається при вмісті добавки ЕЦ понад 0,3 %, а повітровтягувальної добавки понад 0,04 %. Однак при оцінці впливу цих добавок необхідно враховувати їх позитивний вплив на водоутримуючу здатність розчинів та їх морозостійкість. Модифікація розчинів добавками ПФМ позитивно позначається на співвідношенні міцності на розтяг при розколюванні до модуля пружності (умовної розтяжності), а також на їх сульфатостійкості. Морозостійкість розчинів з модифікуючими добавками лежить в межах 25...250 циклів і підвищується в першу чергу залежно від їх повітровтягуючої здатності.

Зола у композиції з добавками ПАР та ефірами целюлози подовжує період коагуляційного структуроутворення цементних розчинів. Добавка СП викликає в цементно-зольних системах більш інтенсивний розвиток кристалізаційного структуроутворення. У віці 28 діб характерний більш високий ступінь гідратації цементу в цементно-зольних пастах з добавками досліджених ПФМ, ніж у цементних. У ранньому віці компоненти ПФМ, представлені органічними добавками, проявляють певний стабілізуючий ефект на гідратацію цементно-зольного в'яжучого. За величиною стабілізуючого впливу на ранню гідратацію цементу компоненти ПФМ можна розмістити в ряд: ЕЦ > ПД > СП-3. У 28-добовому віці цементно-зольного каменю стабілізуючий вплив усіх досліджених компонентів ПФМ не відчувається. Як окремі компоненти ПФМ, так і їх комбінації не чинять суттєвого впливу на пуцоланову активність золи-виносу, уповільнюючи поглинання СаО лише в перші строки твердіння.

У роботі запропонована методика розрахунку складів модифікованих розчинів, яка полягає у сумісному розв'язанні отриманих математичних моделей властивостей (міцності зчеплення з основою, марочної міцності, морозостійкості та інш.) відносно факторів складу - В/Ц, З/Ц, вмісту компонентів ПФМ. Оптимізація складів за собівартістю виконується дисоціативно-кроковим методом.

Промислова апробація пропонованих CБC була виконана шляхом випуску дослідної партії в умовах ТОВ "Адена" (м. Рівне). Результати випробувань зразків дослідно-промислових СБС свідчать про те, що за рахунок введення пропонованих ПФМ високі нормативні показники мурувальних розчинів для тонкошарової кладки можуть бути забезпечені при зменшенні собівартості на 25...40 %.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У ТАКИХ РОБОТАХ

1. Рыженко И.Н. Свойства золосодержащих растворов из сухих смесей / Дворкин Л.И., Гарницкий Ю.В., Рыженко И.Н. // Будівельні вироби та санітарна техніка: зб. наук. праць, вип. 26, 2007. - С. 24-29.

2. Рыженко И.Н. Исследование золы-уноса как компонента сухих строительных смесей / Дворкин Л.И., Гарницкий Ю.В., Рыженко И.Н. // Шляхи підвищення надійності проектування будівництва та експлуатації гідротехнічних споруд меліорації: матеріали VІ науково-практичного семінару “Структура, властивості та склад бетону”. - Київ, 2007. - С. 47-54.

3. Риженко І.М. Особливості проектування складу мурувальних розчинів на основі сухих золовмісних сумішей / Дворкін Л.Й., Риженко І.М., Гарніцький Ю.В. // Вісник Національного університету водного господартсва та природокористування: зб.наук. праць. вип. 2(42), част. 1. - Рівне, НУВГП, 2008. - С. 252-256.

4. Риженко І.М. Довговічність модифікованих золовмісних мурувальних розчинів / Дворкін Л.Й., Гарніцький Ю.В., Риженко І.М. // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Зб. наук. праць. Випуск 17. - Рівне, 2008 р. - С. 20-27.

5. Использование золы-уноса в качестве компонента сухих строительных смесей / Дворкин Л.И., Дворкин О.Л., Рыженко И.Н. [та інш.].// Materialy IУ mezinarodni vedecкo-praкtiкa кonference. Evropska veda ХХ1stoleti-2008, Praqa Publishinq House “ Tolucation and Science”, 2008. - С. 52-56.

6. Рыженко И.Н. Структурообразование кладочных растворов на основе сухих цементно-зольных смесей / Дворкин Л.И., Гарницкий Ю.В., Рыженко И.Н. // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Зб. наук. праць. Випуск 16. Част. 1 - Рівне, 2008 р. - С. 90-95.

7. Сухие золосодержащие смеси для кладочных растворов / Дворкин Л.И., Дворкин О.Л., Рыженко И.Н. [та інш.]. - Ж. Сухие строительные смеси, № 3, 2008. - С. 8-12.

8. Риженко І.М. Деформативні властивості золовмісних СБС для мурувальних розчинів / Гарніцький Ю.В., Риженко І.М. // Зб. наук. праць “Бетони і розчини з використанням ефективних добавок та відходів промисловості”: матеріали VII наук.техн. семінару “Структура, властивості та склад бетону”. - Київ, ТОВ “ПОЛІПРОМ”, 2008. - С. 65-69.



АНОТАЦІЯ

Риженко І.М. Ефективні цементно-зольні сухі будівельні суміші для мурувальних розчинів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця - 2009.

Дисертація присвячена дослідженням модифікованих цементно-зольних сухих будівельних сумішей, які використовуються для мурувальних робіт, в тому числі для тонкошарової кладки з використанням каменів з ніздрюватого бетону. Розглядались цементно-зольні сухі суміші та розчині на їх основі, які містять комплексні добавки-модифікатори трьох типів: на основі композиції суперпластифікатора та повітровтягувальної добавки; на основі композиції суперпластифікатора та водоутримуючої полімерної добавки; на основі композиції суперпластифікатора та вапняно-карбонатного наповнювача .

Встановлено, що застосування золи-виносу та вказаних модифікаторів дозволяє забезпечити високі нормативні показники розчинових сумішей для мурувальних робіт та розчинів, зокрема легкоукладальність, міцність на стиск, морозостійкість, міцність зчеплення з основою при пониженій витраті цементу. Розчинові суміші мають підвищену життєздатність. Застосування запропонованих модифікаторів дозволяє виключити зі складу розчинів вапно, спростити технології їх виготовлення та використання.

За результатами досліджень розроблена методика розрахунку складу золовмісних модифікованих розчинів та запропоновані їх раціональні склади для марок М50...М150. Отримані результати підтверджені у виробничих умовах шляхом випуску дослідної партії сухих сумішей.

Ключові слова: зола-виносу, мурувальний розчин, сухі будівельні суміші, поліфункціональний модифікатор.



АННОТАЦИЯ

Рыженко И.Н. Эффективные цементно-зольные сухие строительные смеси для кладочных растворов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Винницкий национальный технический университет, Винница - 2009.

Диссертация посвящена исследованием модифицированных цементно-зольных сухих строительных смесей для кладочных растворов, в т.ч. используемых при применении эффективных стеновых материалов - камней из ячеистых бетонов, пустотелых керамических камней и блоков. Для эффективного применения таких изделий необходимо устройство растворного шва малой толщины, выполнить который невозможно на обычном известково-песчаном растворе. Кроме того, такая кладка требует применения растворов относительно высоких марок с повышенным расходом цемента, что делает актуальной задачу снижения его расхода.

Рассматривались цементно-зольные сухие смеси и растворе на их основе, которые содержат полифункциональные модификаторы (ПФМ) трех типов: на основе композиции суперпластификатора "Полипласт СП-3" и воздухововлекающей добавки; на основе композиции суперпластификатора и водоудерживающей полимерной добавки; на основе композиции суперпластификатора и известково-карбонатного наполнителя. В качестве последнего использована тонкодисперсная пыль электрофильтров печей по обжигу извести, состоящая из 65…70 % карбоната кальция и 30…35 % извести.

Установлено, что применение золы-унос и указанных модификаторов позволяет обеспечить высокие нормативные показатели растворных смесей и растворов для кладочных работ, в частности удобоукладываемость, прочность на сжатие, морозостойкость, прочность сцепления с основание при пониженном расходе цемента. В частности, модифицирование золосодержащих растворов предложенными модификаторами позволяет увеличить адгезионную прочность растворов на 45…55 %, марочную - до 34 %. Растворные смеси имеют повышенную жизнеспособность. Применения предложенных модификаторов позволяет исключить из состава растворов известь, упростить технологию их изготовления и использования.

Растворы на основе предложенных составов имеют повышенную коррозионную стойкость, их морозостойкость изменяется в пределах 25…250 циклов и возрастает при увеличении содержания воздухововлекающего компонента модификатора. Применение ПФМ изменяет характер пористости растворов, увеличивая долю замкнутых пор, что также позитивно сказывается на морозостойкости.

Органические компоненты предложенных ПФМ оказывают некоторое стабилизирующее влияние на гидратацию и начальное (коагуляционное) структурообразование растворов. Наличие суперпластификатору ускоряет период кристаллизационного структурообразования. Компоненты ПФМ практически не влияют на кинетику поглощения золой извести из раствора, замедляя ее только в начальный период.

По результатам исследований разработана методика расчета состава золосодержащих модифицированных растворов и предложены их рациональные составы для марок М50...М150. Полученные результаты подтверждены в производственных условиях путем выпуска опытной партии сухих смесей. Экономический эффект от внедрения предложенных сухих смесей составит 25…40 %.

Ключевые слова: зола-унос, кладочный раствор, сухие строительные смеси, полифункциональный модификатор.



ANNOTATION

Ryzhenko I.М. Effective cement-fly ash drypack mixes for masonry mortars. - A manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on speciality 05.23.05 - building materials and articles. - Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia - 2009.

The thesis is devoted to the research work on modified cement-fly ash drypack mixes for masonry mortars. There are considered cement-fly ash drypack mixes and mortars, which contain multifunctional modifiers (MFM) of three types: on the basis of superplasticizer and air-entraining admixture composition; on the basis superplasticizer and water-retaining polymer admixture composition; on the basis of superplasticizer and lime-carbonate filler.

It was determined that application of fly-ash and modifiers indicated allows to provide high nominative parameters of mortar mixes for masonry works and mortars, i. a. workability, compressive strength, frost resistance, adhesiveness to the base at reduced cement content. Mortar mixes have increased livability. The application of the modifiers suggested permits to exclude lime from the mortars, to simplify their production and use technology.

There have been worked out the calculation method of ash-containing modified mortars and their rational compositions suggested for grades 50-150 are offered. The results obtained had been confirmed in industrial conditions by experimental lot production of drypack mixes.

Keywords: fly-ash, masonry mortar, drypack mixes, multifunctional modifier.

Размещено на Allbest.ru