Промышленность строительных материалов — одна из ресурсоемких отраслей народного хозяйства. В настоящее время перехода к рыночным отношениям высокая ресурсоемкость является одним из важнейших факторов, сдерживающих развитие этой отрасли, следовательно всего строительного комплекса. Поэтому" находясь под влиянием требований строительства, промышленность строительных материалов в свою очередь воздействует на технический процесс в строительстве, активно преобразуя характер и темп строительного производства, влияя на стоимость строительных работ и всего строительного комплекса.
Известно [23,82], что затраты на материалы составляют более половины общей стоимости строительно-монтажных работ и около трети капитальных вложений в весь строительный комплекс страны. Поэтому с целью снижения затрат на капитальное строительство необходимо в первую очередь добиться существенного уменьшения затрат в производстве строительных материалов.
Решение этой задачи тесно связано с широким вовлечением в производство строительных материалов техногенных отходов и наиболее рациональном их использовании. Это, во-первых, позволяет достичь существенной экономии природного сырья и, во-вторых, благоприятно повлияет на экологическую обстановку в регионах накапливания техногенных отходов.
Весьма важным фактором в настоящее время, влияющим на экономику отрасли, является энергосбережение [63,150].
Эти два направления находятся под пристальным вниманием исследователей и всех специалистов промышленности строительных материалов. Приоритетными научно-исследовательскими работами являются те, которые направлены на всемерное ресурсосбережение и широкое внедрение промышленных отходов в производство строительных материалов [40,43−46,5154,64,97−99]. При этом особую ценность представляют работы, выявляющие новые возможности тех или иных отходов по созданию местных вяжущих веществ и строительных материалов на их основе. Это не только приводит к экономии природных ресурсов и улучшению экологической обстановки, но и резко снижает объемы перевозок сырья и материалов, а следовательно, снижает производственные затраты предприятий, производящих строительные материалы, и самих строительных организаций.
В этом плане следует выделить работы, направленные на достижение глубокой переработки сырья, создание безотходных и экологически чистых технологий, а также обеспечивающих получение строительных материалов с высокими показателями общестроительных, функциональных и эксплуатационных свойств [4−6,10−14,26,36,39,43−46,52,68,94,114−122,153].
Актуальность. В настоящее время строительная индустрия базируется на применении цементного бетона (железобетона) и растворов. Технология цемента характеризуется высокими топливно-энергетическими затратами, связанными с необходимостью добычи, транспортировки и переработки огромного количества нерудных полезных ископаемых. Поэтому цементные бетон (железобетон) и растворы представляют собой дорогостоящий строительный материал.
Сократить расход цемента, а в некоторых случаях и полностью отказаться от него, поможет широкое вовлечение в производство местных вяжущих веществ техногенных отходов различных производств.
Значительным промышленным отходом, возможности переработки которого раскрыты еще не полностью, является бой щелочных искусственных стекол (строительного, гарного, электролампового, кинескопного и т. п.).
Вовлечение в хозяйственный оборот стеклобоя позволяет получать материал с высокими эксплуатационными и специальными свойствами, не уступающими, а иногда и превосходящими, свойства традиционно применяемых на основе портландцемента, решать экономические и экологические задачи.
Технология изготовления бесцементного бетона на основе стеклобоя базируется на использовании существующих промышленных линий по производству бетона, что позволяет получить значительный экономический эффект в сфере промышленного производства.
Решение проблемы повышения эффективности вяжущих свойств тонко-измельченного стеклобоя и использование его как вяжущего может быть осуществлено путем комплексного использования потенциальных возможностей многотоннажных отходов строительного, электролампового и стекольного производства. Это позволить получить мелкозернистые бесклинкерные бетоны бекзавтоклавного твердения с прочностью до 15−20 МПа, морозостойкостью более 150 циклов, водопоглощением до 9% при минимальных трудовых, материальных и энергетических затратах.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с «Целевой комплексной программой Минэнерго СССР по использованию отходов на 198 690 годы и на период до 2000 года» и с федеральной программой «Переработка отходов электростанций и промышленности» (Постановление СМРФ от 6 декабря 1993 года № 1265).
Цель работы является разработка составов и технологии мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе смешанного бесклинкерного вяжущего, не уступающих по своим эксплуатационным характеристикам бетонам на основе портландцемента.
Задачи исследований.
1. Разработка теоретических положений получения смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом.
2. Разработка технологии производства мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе смешанного бесклинкерного вяжущего.
Научная новизна работы. Разработаны теоретические положения твердения смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом в условиях тепловлажностной обработки.
Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования смешанного бесклинкерного вяжущего для производства мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения.
Установлены основные зависимости свойств смешанного бесклинкерного вяжущего мелкозернистого бетона и изделий безавтоклавного твердения от технологических параметров.
Идентифицирован качественный состав новообразований контактного слоя смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмель-ченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом после тепловлажностной обработки.
Разработана технология производства изделий из мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе смешанного бесклинкерного вяжущего.
Практическое значение и реализация результатов работы. Определены рациональные составы смешанного бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного стеклобоя с алюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом и мелкозернистого бетона на его основе.
Разработана технология, позволяющая изготавливать изделия из мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе смешанного бесклинкерного вяжущего на существующих заводах по производству железобетонных изделий.
Определены рациональные области применения изделий из разработанного мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе смешанного бесклинкерного вяжущего, доказана эффективность производства и применения предложенной продукции.
Установлено, что использование смешанного бесклинкерного вяжущего при изготовлении мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения позволяет снизить себестоимость 1 м² изделий по сравнению с 1 м² изделий | из мелкозернистого бетона на основе портландцемента на 25−30%.
Внедрение результатов исследований. Опытно-промышленное опробование результатов исследований осуществлялось на заводе А.О." Фирма ЖБИ-6″ г. Волгограда. Из разработанного бетона выпущена партия фасад-I ных плит.
Для предприятия Минэлектронпрома разработан и внедрен технологический проект цеха по производству изделий из бесклинкерного бетона производительностью 180 тыс. м2 в год элементов мощения.
Апробация работы. Диссертационная работа выполнялась в период с 1984;1997 гг. Основные положения диссертационной работы доложены на международных, Всесоюзных, республиканских и институтских научных конференциях в 1987;1998гг., в том числе: III научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Молодые ученые — отрасли строительных материалов и строительству. Перспективное развитие промышленности строительных материалов в XII пятилетке» (Белгород, 1987 г.) — научно — технической конференции молодых ученых и специалистов Минстройматериалов СССР и Минвуза РСФСР «Актуальные проблемы строительства» (Воронеж, 1987 г.) — Региональной научно-практической конференции «Использование отходов промышленности в производстве строительных материалов» (Волгоград, 1989 г.) — научно-технической конференции к 40-летию Волгоградского инженерно-строительного института (Волгоград, 1992 г.) — на I межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области «Экология и охрана окружающей среды, строительство» (Волгоград, 1994 г.) — научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСА (Волгоград, 1987;1997 гг.) — международном научном Симпозиуме «Глобальные проблемы экологии. Энергосбережение, энергоэффективность и экологическая безопасность» в рамках международного Конгресса «Экология, жизнь, здоровье» (Волгоград, 1996 г.) — международной научно-технической конференции «Современные проблемы строительного материаловедения» Вторые Академические чтения РААСН (Казань, 1996 г.) — международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы строительной экологии и охраны окружающей Среды» (Кемер, Турция, 1996 г.) — международной технической конференции Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций" (Волгоград, 1998 г.). Основное содержание диссертации опубликовано в 16 работах и подана заявка на получение патента .
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 154 страница-машинописного текста, включающего 29 таблиц, 18 рисунков и фотографий, список литературы из 168 наименований, 6 приложений.
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ.
1. Разработаны теоретические положения твердения смешанного бесклинкерного вяжущего.
2. Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования смешанного бесклинкерного вяжущего для получения мелкозернистых бетонов и стеновых материалов на их основе, что открывает новый эффективный путь утилизации отходов искусственных стекол и алюмосодержащих отходов химической промышленности.
3. Определены рациональные составы смешанного бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе. Для получения мелкозернистого бетона марки не ниже М 150 необходимо:
— 33% смешанного бесклинкерного вяжущего на основе стеклобоя, в котором 22,8% алюмосодержащей добавки;
— 3,9% (от массы вяжущего) щелочного активизатора;
— 67% мелкого заполнителя;
— при водо-вяжущем отношении равном 0,3.
4. Физико-химические исследования структурообразования при твердении раствора синтезируемого вяжущего вещества и бетона показали, что под воздействием температуры, щелочной среды и в присутствии алюмосодержащей добавки происходит образование водостойких соединений, представленных синтетическими цеолитами типа гидронефелина (Na20 А12Оэ 2Si02 Н20), нитролита (Na20 А1203 3Si02 2Н20), анальцима (Na20 А1203 4Si02 2НгО).
5. Установлены основные зависимости свойств (прочности, плотности, во-допоглощения и т. д.) смешанного бесклинкерного вяжущего, мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения от технологических параметров.
6., Определены главные технологические параметры, позволяющие получать мелкозернистый бетон марки не ниже М 150 — удельная поверхность смешанного бееклинкерного вяжущего 4000−4500 см2/г. количество щелочного компонента — 4% (от массы вяжущего), при водо-вяжущем отношении равном 03 — уплотнение бетонной смеси — вибрирование с прнгрузомрежим тегою" влажностной обработки: подъем температурьг — 3 ч;
— экзотермическая выдержка при температуре 90 + 5 °C — 7 ч;
— снижение температуры -2 ч,.
7, Разработана технология производства мелкозернистых бетонов безавтоклавного твердения на основе смешанного бееклинкерного вяжущего п изделий из них на базе стандартного оборудования.
Определены рациональные области применения изделий из разработанного мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе смешанного бестчшшкерного вяжущего,.
9, Проведено производственное опробование разработанной технологии при производстве фасадных плит,.
ИХ Определена технико-экономическая целесообразность производства п применении строительных изделий (фасадных плит) из мелкозернистого бетона безавтоклавного твердения на основе смешанного бееклинкерного вяжущего. Экономический эффект при замене портландцемента на смешанное бесклинкерное вяжущее, состоя? цее из совместноизмельченного стеклобоя с аяюмосодержащей добавкой, активизированного щелочным компонентом, составляет 27,5% на 1 м².
