Актуальность темы
Сегодня, в период возрождения и становления хозяйства России, все большее внимание уделяется промышленному строительству.
Одной из основных задач при этом является устройство недорогих, теплых, экологически чистых, технологичных полов, на долю которых приходится до 20% стоимости и до 30% трудоемкости строительных работ по возведению промзданий.
Основными показателями, определяющими качество материалов для полов, являются: интенсивный набор прчности, повышенные прочностные характеристики, стойкость к истирающим и химическим воздействиям, пониженные теплои электропроводность, стабильность свойств, отсутствие выделения вредных веществ и пыли в процессе их эксплуатации, технологичность материала.
Для устройства полов промзданий используются бетоны на клинкерных цементах, ангидритовом вяжущем, полимербетоны. Однако, все они не лишены недостатков. Так, бетоны на клинкерных цементах имеют низкую скорость набора прочности и стойкость в агрессивных средах, а также высокую истираемость, а бетоны на ангидритовом вяжущем обнаруживают высокий уровень усадочных деформаций, низкие трещи нестойкость и сцепление с основанием, что часто приводит к вспучиванию и разрушению покрытия пола, полимербетоны отличаются вредными выделениями в процессе эксплуатации и высокой ценой вяжущего.
Лучше других указанным выше требованиям соответствуют бетоны на основе магнезиального цемента (цемента Соредя), применяемые в мировой и отечественной строительной практике для устройства полов в зданиях различного назначения.
В ходе исследований свойств магнезиального цемента и бетонов на его основе, проведенных А. А. Байковым, П. П. Будниковым, Ю. М. Буттом,.
Е.И.Ведем, А. В. Волженским, И. П. Выродовым, А. М. Кузнецовым и другими учеными, разработаны методы регулирования свойств этих эффективных материалов, которые были использованы в настоящей работе.
Однако объемы применения магнезиальных бетонов в России сравнительно невелики. Это связано, прежде всего, с ограниченностью сырьевой базы, так как значительные запасы высококачественного магнезита остались за пределами нашей страны, а оставшиеся ресурсы используются, в основном, для получения огнестойких материалов в металлургической промышленности. Каустический магнезит для нужд строительства в нашей стране не производится. •.
Магнезиту найдена достойная альтернатива — доломит, дешевый и весьма распространенный породообразующий минерал, представляющий собой двойную углекислую соль магния и кальция СаСОз*М§ СОз, из которой при обжиге получают каустический доломит.
Вместе с тем, до настоящего времени свойства этого материала изучены недостаточно, отсутствует необходимая научно-техническая документация.
Многочисленные попытки отечественных исследователей создать высококачественные бетоны на основе каустического доломита были, как правило, безуспешными. На наш взгляд/ причиной указанных неудач было использование несовершенного технологического оборудования для обжига доломита, не способствующего получению качественного вяжущего (значительный выход периклаза и оксида кальция).
Кроме того, до последнего времени отсутствовали модификаторы магнезиально-доломитовых бетонов, позволяющие получить высокопрочный и водостойкий материал.
Нами выдвинута рабочая гипотеза о возможности значительного улучшения качества магнезиально-доломитового вяжущего и бетонов на его основе за счет назначения научно обоснованных режимов обжига сырья и использования модификаторов на стадии помола каустического доломита. При этом мы полагали, что получение композитных вяжущих обеспечит равномерное распределение модификатора и, как следствие, позволит получить высокопрочные и водостойкие бетоны на их основе.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые исследованы: У влияние структуры доломитового сырья на свойства образующегося каустического доломитавлияние условий обжига на свойства и активность вяжущегоособенности процесса структурои фазообразования каустического доломита, модифицированного химическими добавками, а также кинетики набора прочности бетона на его основе. Автор защищает: концепцию получения высококачественных магнезиальных бетонов из каустического доломита для изготовления наливных полов промышленных зданийрезультаты экспериментальных исследований по оптимизации параметров обжига сырья различного химико-минералогического составаданные по химическому и фазовому составу продуктов обжигарезультаты исследования основных строительно-технических свойств вяжущих в зависимости от вида сырья, параметров обжига, условий измельчения и других фактороврезультаты исследования технологических свойств бетонных смесей и физико-механических свойств и долговечности бетонов на их основерезультаты влияния различных химических добавок, в том числе алюминатных, фосфатных, алюмофосфатных, боратных и комплексов на их основе, на кинетику измельчения каустического доломита, сохраняемость подвижности бетонных смесей, темпы твердения и прочность бетонов, а также их собственные деформации, водостойкость, морозостойкость и водонепроницаемостьрезультаты исследования технической возможности и эффективности применения комплексных химических добавок на основе фосфатных и.
Оборатных соединений, введенных на стадии помола полуобожженного доломита, для улучшения технологических свойств бетонных смесей, нормализации деформаций и повышения водо-, морозостойкости и водонепроницаемости.
Практическое значение диссертационной работы заключается в том, что на основании проведенных исследований: разработаны и осуществлены организационно-технические мероприятия по подготовке оборудования и выпуску экспериментальных партий каустического доломита путем обжига сырьевого доломита на экспериментальном стенде «Инергит» — проведены работы по опытному применению бетонов на модифицированном каустическом доломите для изготовления наливных полов промзданий.
В ходе работы создана нормативно-техническая база производства и применения вяжущих из каустического доломита и бетонов на их основе, разработаны Технические условия на вяжущее из каустического доломита и Технические условия на бетон на основе^ каустического доломита для полов промышленных зданий, а также Рекомендации по устройству полов промзданий из бетонов на основе магнезиально-доломитового вяжущего.
Результатом работы явилось создание технологии, изучение свойств и определение областей и условий применения бетонов на основе каустического доломита, обеспечивающих достижение высоких физико-механических показателей и долговечности, в том числе водостойкости и морозостойкости.
Апробация работы. Основные разделы и работа в целом докладывались и обсуждались: на 1-й Всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона, 2001 г. (г. Москва) — на 5-м Международном Коллоквиуме «Industrieboden», 2003 г. (Остфилдерн/Штуттгарт) — на Международном конгрессе «Ресурсои энергосбережение в реконструкции и новом строительстве», 2004 г. (г. Новосибирск) — на 2-й Всероссийской.
Международной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон. Пути развития.», 2005 г. (г. Мрсква).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 5 статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, списка использованной литературы из 79 наименований и приложений и изложена на 181 странице, в том числе 21 рисунка и 70 таблиц.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
1. На основании анализа литературных источников и нормативно-технической базы производства и применения магнезиальных вяжущих и бетонов обоснована целесообразность применения в качестве исходного сырья для устройства полов промзданий доступных местных доломитов.
2. Проведены экспериментальные исследования по оптимизации параметров обжига доломита в зависимости от его вида и качества. На основании результатов физико-механических испытаний и комплексных физико-химических исследований установлено, что температура, эффективность обжига и вяжущие свойства каустического доломита зависят от структуры сырьевого доломита. При близком химическом составе наилучшие результаты получены при использовании доломита с хорошо оформленной кристаллической структурой, характеризующегося узким температурным интервалом разложения MgC03. Быстрый (в течение 15 минут) обжиг крупнокристаллического доломита при температуре 780−820°С обеспечивает практически полное разложение карбоната магния и достижение высоких прочностных показателей (более 40 МПа в возрасте 1 суток и более 60 МПа в У возрасте 28 суток). Уменьшение размера кристаллов сырьевого доломита сопровождается снижением температуры и увеличением температурного интервала разложения MgCOj. При этом повышение прочности каустического доломита на основе мелкокристаллических сырьевых доломитов обеспечивается увеличением температуры и/или продолжительности обжига.
3. Оптимальные параметры обжига доломита уточнены при выпуске опытных партий каустического доломита на экспериментальном стенде «Инергит». При этом выявлена возможность управления процессом обжига с целью достижения наибольшей степени разложения MgC03 без образования У примесей СаО. Для повышения эффективности обжига доломитов с мелкокристаллической структурой выполнен комплекс организационно-технических мероприятий, в том числе по оборудованию экспериментального стенда выносной топкой, обеспечивающей возможность получения высококачественного каустического доломита.
4. Исследовано влияние параметров измельчения и дисперсности (удельной поверхности и гранулометрического состава) каустического доломита на его вяжущие свойства (прочность и темпы твердения). Показано, что целесообразно ограничить дисперсность каустического доломита в пределах 500−700 м2/кг.
5. По результатам физико-химических исследований и физико-механических испытаний различных лабораторных и опытных партий разработаны и обоснованы методики, позволяющие однозначно охарактеризовать каустический доломит по основным показателям качества, в том числе химическому составу, срокам схватывания, прочностным характеристикам и др.
6. Разработаны методы модифицирования магнезиальных цементных систем на основе каустического доломита химическими добавками, вводимыми на стадии помола вяжущего. В качестве модификаторов использованы бораты, фосфаты и органические комплексообразователи.
7. С использованием комплекса физико-химических методов исследований изучены особенности процессов гидратации и структурообразования, структура и прочность цементного камня на основе модифицированных каустических доломитов. Установлена сильная корреляционная зависимость между фазами трии пентаоксихлорида магния, ответственными за синтез прочности, а также вовлечение кальцита в процесс фазообразования на стадии формирования переходных фаз. Показано, что модифицированный цементный камень содержит, кроме указанных выше фаз, рентгеноаморфную гелеобразную массу, включающую в свой состав фосфори борсодержащие соединения, что позволяет сформировать плотную структуру и повысить водостойкость магнезиальных бетонов.
8. Исследованы технологические свойства бетонных смесей, физико-механические свойства и долговечность бетонов на основе каустического доломита и плотных заполнителей в зависимости от различных факторов соотношение «каустический доломит: заполнитель», плотность и расход затворителя). Установлено, что применение каустического доломита обеспечивает получение бетонов с прочностью от 30 до 90 МПа при достижении 80% прочности в возрасте 3−7 суток.
9. Показано, что физико-механические свойства бетона на каустическом доломите не уступают показателям качества бетонов на каустическом У магнезите, в том числе для изготовления высокойагружаемых индустриальных полов. Выявленные в ходе экспериментов повышенные деформации расширения бетонов на каустическом доломите могут быть снижены введением химических добавок на основе фосфатных и боратных соединений.
10. Экспериментально подтверждена стойкость бетонов на каусщаеском доломите в условиях длительного воздействия спирта, масел, бензина, дизельного топлива и других органических соединений. Повышение водостойкости достигается введением химических добавок на основе фосфатных и боратных соединений, что, в свою очередь, обеспечивает У морозостойкость и водонепроницаемость магнезиального бетона на уровне F 100 и W 10.
11. Выявлена техническая возможность и эффективность применения каустического доломита для получения пенобетонов с плотностью от 300 до •j.
1400 кг/м. Установлено, что коэффициент теплопроводности пенобетонов на каустическом доломите составляет 0,09−0,51 Вт/м °С, что соответствует уровню теплопроводности традиционных пенобетонов с соответствующей плотностью. Звукоизолирующая способность стены из магнезиального пенобетона.
1 о плотностью 540−900 кг/м составляет 41−45 дцБ/м, коэффициент звукопоглощения в диапазоне частот от 100 до 2000 Гц составляет 0,057−0,83 соответственно, что позволяет отнести пенобетон на каустическом доломите к эффективным звукоизоляционным материалам.
12. Экспериментально обоснована целесообразность применения в качестве заполнителей для магнезиальных бетонов на каустическом доломите ряда промышленных отходов, в том числе древесной стружки, золошлаковых смесей, бумажных отходов, отходов переработки автомобильных шин и пластиковых отходов, при частичной или полной замене ими природного заполнителя (строительного песка и щебня). При этом обеспечивается получение магнезиальных бетонов плотностью 1400−2000 кг/м3 с прочностью от 8 до 32 МПа в возрасте 28 суток и поверхностной твердостью в диапазоне от 30 до 200 МПа, что соответствует требованиям нормативных документов.
13. Разработаны технические условия «Вяжущее из каустического доломита» и «Бетон на вяжущем из каустического доломита», также «Рекомендации по технологии устройства полов промзданий из бетонов на основе модифицированного магнезиально-доломитового вяжущего».
14. Результаты экспериментальных исследований подтверждены при опытно-промышленном применении бетона на каустическом доломите для устройства полов промышленных зданий различного назначения общей площадью более 2 тыс. м. Экономическая эффективность применения модифицированного каустического доломита вместо каустического магнезита при устройстве полов промзданий достигает 81,5 руб. на 1 м пола (средняя л цена 1 м пола из магнезиального бетона — 750 руб.).
