БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНЫХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ПРОДУКТОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДНЕПРОПЕТРОВСКОГО РЕГИОНА

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, розкрито наукову новизну та визначено практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, наведено відомості про апробацію результатів та публікації.

В першому розділі розглянуто стан проблеми використання вторинних продуктів промисловості в нашій країні та в світі. Над вирішенням цієї важливої економічної, енергетичної та екологічної проблеми працювали багато провідних вчених в галузі будівельного матеріалознавства. На підставі аналізу праць Ю.М. Баженова, В.Г. Батракова, М.А. Белелюбського, П.І. Боженова, Д. Боломея, В.А. Вознесенського, А.В. Волженського, І.М. Грушка, Б.В. Гусєва, Л.Й. Дворкіна, Г.Д. Діброва, В.Г. Зазімко, І.А. Іванова, А.І. Конопленка, П.В. Кривенка, Т.В. Ляшенко, Л.А. Малиніної, А. Меєра, О.П. Мчедлова-Петросяна, О.П. Нікіфорова, В.М. Пунагіна, О.М. Пшінька, В.Б. Ратінова, П.А. Ребіндера, Р.Ф. Рунової, М.В. Савицького, М.А. Саницького, А.М. Сєргеєва, Б.Г. Скрамтаєва, М.А. Сторожука, Н.Б. Урьєва, О.В. Ушерова-Маршака, А.П. Чехова, А.Е. Шейкіна, С.В. Шестоперова, Л.Г. Шпинової, О.О. Шишкіна, С.А. Щербака, В.Н. Юнга та інших учених визначено основні закономірності ефективного використання вторинних продуктів промисловості в цементних бетонах та розчинах.

Найбільше уваги в проведених дослідженнях приділено впливу зол виносу, які вводяться до бетонних сумішей, на їх технологічні властивості та фізико-механічні характеристики затверділого бетону. Встановлено, що як технологічні властивості бетонних сумішей, так і фізико-механічні характеристики затверділого бетону суттєво залежать не тільки від кількості зол виносу, які вводяться до бетонної суміші, а й від їх хімічного, мінералогічного та зернового складу.

Ще однією властивістю зол виносу, яка суттєво впливає на властивості бетонної суміші та затверділого бетону, є вміст вуглецю, який не згорів при спалюванні вугілля. Ці частки мають значну розвинену поверхню, а тому збільшують водопотребу бетонної суміші. Але точний механізм покращення структури, а відповідно і властивостей цементного каменю та бетону в цілому, при введенні в бетони зол виносу та інших дрібнозернистих вторинних продуктів промисловості не розкрито. Питання визначення загальної кількості дрібнозернистих вторинних продуктів промисловості, яку треба вводити в бетонні суміші, також залишається відкритим.

Вищеназвані невивчені завдання використання вторинних продуктів промисловості в бетонах залишаються актуальними і для Дніпропетровського регіону. А тому потрібно проводити додаткові дослідження з використанням не тільки місцевих вторинних продуктів промисловості, але також і хімічних домішок, отриманих на основі місцевих матеріалів, які значно дешевші імпортних, щоб визначити ефективні склади бетонних сумішей на основі місцевих вторинних продуктів промисловості.

Щоб вирішити цю задачу розроблено робочу гіпотезу, суть якої зводиться до наступного. Отримати бетони з потрібними фізико-механічними характеристиками, в тому числі низької міцності, потреба в яких значна, при утилізації в них максимально можливої кількості вторинних дрібнозернистих продуктів промисловості, можна на основі виявлених раніше закономірностей щодо раціонального зернового складу використовуваних компонентів. При цьому в складі дрібнозернистого компоненту разом з цементом необхідно враховувати дрібнозернисті фракції, які є в складі крупного і дрібного заповнювачів, а також ті, що додатково вводяться з дрібнозернистими вторинними продуктами промисловості. Для підвищення ефективності утилізації цих продуктів в бетонах необхідно визначити потрібну кількість комплексної пластифікуючої добавки ПЛКП-2, яка отримана переважно з місцевих продуктів хімічної промисловості.

В другому розділі наведено відомості про прилади і засоби, матеріали, їх основні характеристики та методи дослідження. Випробування проводилося на сертифікованому обладнанні за стандартними методиками у відповідності до діючих нормативних документів. Зокрема, міцність при стиску стандартних бетонних зразків визначали у відповідності до вимог ГОСТ 10180-90 та ГОСТ 18105-86 на пресах ПСУ-50 та ПСУ- 100/200.

Для зменшення трудомісткості експериментальних досліджень та забезпечення достовірності їх результатів використовувалося математичне планування експериментів. Вибрано трифакторний метод математичного моделювання на основі ортогонального плану. Розрахунок математичної моделі експерименту та побудова графічних залежностей проводилися за спеціальною програмою, яка розроблена в Одеській державній академії будівництва та архітектури на кафедрі «Процеси та апарати в технології будівельних матеріалів» проф. В.А. Вознесенським і доц. Б.Л. Огарковим. Адекватність (достовірність) отриманих рівнянь визначали за F-критерієм (критерієм Фішера).

При проведенні експериментальних досліджень використовувалися такі матеріали. Крупний заповнювач – гранітний щебінь фракції 5-20 мм Новопавлівського кар’єру Дніпропетровської області, середня густина породи 2660 кг/м³, насипна середня густина 1370 кг/м³, пустотність 48%. Дрібний заповнювач – пісок кварцовий річний, середня густина породи 2630 кг/м³, насипна середня густина 1550 кг/м³, пустотність 41%, модуль крупності 1,56. Крім того в якості дрібного заповнювача в окремих експериментах використовували гранвідсів Новопавлівського кар’єру та граншлак заводу імені Петровського. В якості наповнювача використовували золу виносу Придніпровської ТЕС та хвости збагачення залізняку Криворізького ПГЗК. Характеристики наповнювачів, особливо їх зерновий склад, змінюються в залежності від їх місцеположення у відвалах. Питома поверхня золи виносу змінюється в межах від 200 до 700 м²/кг за Блейном. В цій золі багато недопалених залишків – від 12 до 20%, відповідно від 20 до 40% змінюється водопоглинання.

В якості в’яжучого використовували Криворізький портландцемент  II/Б-Ш-400, який задовольняє вимогам ДСТУ Б В.2.7-46-96. Активність цементу за ГОСТ 310.4-81 складала 39,8 МПа. В окремих експериментах використовували такий же цемент активністю 23,2 МПа за ГОСТ 310.4-81, який втратив активність через значний термін зберігання, щоб визначити можливість і ефективність його використання в бетонах низької міцності з наповнювачами з місцевих вторинних продуктів промисловості.

Для модифікації бетонів, зокрема покращення зручноукладальності, використовували комплексну хімічну добавку місцевого виробництва ПЛКП-2, яка випускається у відповідності до вимог ТУ УВ.2.7-24.6-312244931-001:2005. Ці добавки в основі мають вторинні продукти коксохімічного виробництва - тіосульфати, радоніди, сульфати натрію. Для покращення пластифікуючих властивостей додатково введено С-3. Її застосовували у відповідності до вимог ДБН В.2.7-64-97 та  ДСТУ Б В.2.7-69-98.

В третьому розділі визначено склади бетонних сумішей на основі місцевих вторинних продуктів промисловості за критерієм раціональності зернового складу компонентів. У відповідності до проведених раніше досліджень установлені дві основні умови, виконуючи які можна забезпечити раціональний зерновий склад компонентів, а відповідно мінімальну пустотність бетонної суміші та найбільш ефективне використання цементу: по-перше, співідношення середнього розміру фракцій середньої до дрібної повинно складати приблизно 10:1, а для трифракційної бетонної суміші відповідно 100:10:1; по-друге, співвідношення абсолютних об’ємів зерен цих фракцій для двофракційної суміші середньої до дрібної повинно складати 70:30, а для трифракційної крупної до середньої та до дрібної – 52:23:25.

Важливою особливістю визначення складу бетонної суміші за критерієм раціональності зернового складу її компонентів є необхідність в складі дрібної фракції враховувати разом з цементом дрібнозернисту складову, яка вноситься з заповнювачами, а також ту, що додатково вводиться з вторинними дрібнозернистими продуктами промисловості. При цьому треба враховувати, що при приблизно рівній щільності компонентів, які використовуються, встановлене співвідношення кількості компонентів можна забезпечувати за їх масою. Але якщо середня густина зерен компонентів відрізняється більш як на 20%, масу компонентів треба визначати через відповідний коефіцієнт.

Для забезпечення раціонального зернового складу компонентів бетонної суміші при визначенні вмісту кожної складової спочатку визначали та аналізували її зерновий склад. До крупних зерен відносили зерна з розміром більшим 2,5 мм, до середніх – від 0,16 до 2,5 мм, а до дрібних – менші 0,16 мм.

Вміст кожної з виділених за встановленим критерієм фракцій в матеріалах, які використовувалися в дослідженнях, визначений розсівом на стандартних ситах і представлений в табл. 1. За розробленими раніше методиками аналітичним або графічним методами визначали вміст кожної складової в бетонній суміші, забезпечуючи вищеназваний раціональний зерновий склад компонентів в ній.