МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ ИЗ МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ДОМЕННЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ШЛАКОВ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, об'єкт та предмет дослідження, наведені теоретичні положення, які склали основу наукових досліджень та практичних розробок, визначено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, приведено інформацію про апробацію результатів та публікації.

Перший розділ присвячено аналізу стану проблеми одержання дрібнозернистих бетонів з високими фізико-механічними властивостями та загальній характеристиці доменних гранульованих шлаків з позицій їх використання в якості дрібного заповнювача для бетонів.

З аналізу праць видатних вчених О.В. Волженського, Ю.М. Баженова, І.А. Кірєєнка, М.В. Михайлова, І.М. Красного, С.А. Миронова, П.А. Ребіндера, Б.Г. Скрамтаєва, В.В. Стольникова, Г.І. Ступакова, Л.А. Малініної, А.М. Шейніна, Ю.Д. Чистова, Б.В. Гусєва, О.М. Краснова, К.І. Львовича, С.С. Капрієлова, К.В. Чауса, А.А. Ананенка, Г.П. Сахарова, Г.Г. Волокітіна та інших встановлено взаємозв'язок між фізико-механічними властивостями дрібнозернистих бетонів та факторами, які впливають на їх якість.

У дослідженнях Ю.М. Баженова, Г.П. Сахарова, М.І. Фєдиніна, М.І. Діаманта, О.А. Мирюка, Р.В. Лєсовіка, Н.І. Алфімової відзначено значний вплив на міцність і стійкість дрібнозернистого бетону величини міцності контактної зони цементного каменю та дрібного заповнювача. При навантаженні бетонних елементів тріщини найчастіше зароджуються саме в контактній зоні цементного каменю та заповнювача через істотне розходження їх фізико-механічних властивостей (модуля деформації, коефіцієнта Пуассона, коефіцієнта лінійного термічного розширення) і розмірів контактуючих фаз, а також наявність мікродефектів на поверхні розподілу фаз. Міцність контактної зони бетону в ранній термін тверднення залежить, насамперед, від ступеня механічного зчеплення контактуючих компонентів, в більш пізній термін тверднення – від адгезії заповнювача з цементним каменем. Тому необхідно застосовувати матеріали зі свіжоутвореною шорсткуватою поверхнею, з розвиненим рельєфом та чистою поверхнею. Забруднення поверхні компонентів бетону перешкоджає зближенню часток в'яжучого та заповнювача й утворенню міцних контактів між ними. Механічна обробка компонентів бетону здрібнюванням або перемішуванням дозволяє одночасно провести збагачування матеріалів (очищення їх часточок від забруднюючих речовин) та їх механічну активацію (утворення свіжих поверхонь).

Вивченню властивостей металургійних шлаків, а також будівельних матеріалів та виробів, виготовлених на їх основі, присвячений ряд робіт таких вчених, як: В.І. Бабушкін, В.І. Большаков, П.П. Будніков, Ю.М. Бутт, О.В. Волженський, В.Д. Глуховський, М.І. Діамант, П.В. Кривенко, В.Ф. Крилов, В.В. Лапін, О.С. Миронов, О.П. Нікіфоров, І.А. Пашков, А.А. Пащенко, Г.В. Пухальський, С.М. Рояк, Р.Ф. Рунова, Г.Н. Сіверцев, М.І. Фєдинін, М.А. Філатов, К.І. Хохолєв, М.К. Целуйко, С.В. Шестопьоров, С.А. Щербак, М.П. Елінзон, В.Н. Юнг та багато інших.

З огляду на специфіку структури та фізико-механічних властивостей доменних гранульованих шлаків, для керування якістю будівельних виробів на їх основі рекомендують проводити спеціальну обробку шлаків перед їх застосуванням.

На підставі вищесказаного було висунуто робочу гіпотезу про те, що механічна активація з одночасним перемішуванням та збагачуванням всіх компонентів дрібнозернистої бетонної суміші в одній установці збільшує контактну міцність між її заповнювачем і в’яжучим та механічну міцність  бетону за рахунок поліпшення фізико-хімічних й механічних властивостей оброблюваних матеріалів.

У другому розділі наведено дані про використані сировинні матеріали та обладнання, а також викладено методики проведення лабораторних досліджень із визначення режимів механічної активації доменних гранульованих шлаків, бетонної суміші та властивостей дрібнозернистого бетону, виготовленого з них.

В якості сировинних компонентів для виготовлення дрібнозернистої бетонної суміші використовувались наступні матеріали:

- гранульований доменний шлак виробництва ПАТ «Євраз – Дніпропетровський металургійний завод ім. Петровського» в якості дрібного заповнювача та наповнювача в бетон з М_к=3,2-3,42;

- портландцемент із мінеральними добавками марки ПЦ II / Б-Ш-400 виробництва Криворізького цементного заводу ПАТ «ХайдельбергЦемент Україна» в якості в’яжучого;

- вода технічна.

Радіологічні дослідження доменного гранульованого шлаку виконувались гамма-спектрометричним методом вимірювання за допомогою приладу СЕГ-001 АКП-С. Було визначено, що він відноситься до першого класу застосування будівельних матеріалів, тобто може використовуватись для всіх видів будівництва. Хімічний склад шлаків, згідно із заводськими даними, достатньо постійний. Вони мають модуль основності М_о=1,17-1,19; модуль активності М_а=0,199-0,205; коефіцієнт якості К_я=1,585-1,619.

Визначення фазово-мінералогічного складу шлаку та новоутворень дрібнозернистого бетону здійснювалось методами рентгеноструктурного та диференційно-термічного аналізів за допомогою ДРОН-4 та дериватографа систем А.Ердея, Ф.Пауліка, І.Пауліка відповідно. Для розшифровки результатів аналізів використано літературні дані В.С. Горшкова, В.В. Тімашева, В.Г. Савельєва, Ю.М. Бутта.

Вивчення структурних особливостей доменних гранульованих шлаків та зразків участків дрібнозернистого бетону здійснювалось методом оптико-мікроскопічних досліджень за допомогою бінокулярного мікроскопу МБС-10 та світлового мікроскопу Neofhot 2.

В роботі приведено технічні дані про використаний автором змішувач-активатор роторного типу РС-06, в якому здійснювалось приготування дрібнозернистої бетонної суміші.

У третьому розділі наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень застосування механічної активації компонентів бетонної суміші при виробництві дрібнозернистих бетонів.

Аналіз та узагальнення літературних даних, а також проведені дослідження вказують на те, що в результаті здійснення механічної активації матеріалів вдається значно підвищити їх хімічну активність, ступінь адгезії та поліпшити ряд інших фізико-механічних властивостей активованих матеріалів. Це відбувається за рахунок механічної деструкції поверхневих шарів матеріалу та його часткового домелу. Так, зняті дифрактограми порошків доменного гранульованого шлаку, активованого в змішувачі-активаторі (рис. 1) при різній тривалості, свідчать про дефектність кристалічних решіток поверхневих шарів заповнювача та аморфізацію його поверхні. Із збільшенням тривалості обробки відносна інтенсивність піків дифрактограм зменшується, а їх ширина, навпаки, збільшується.

На підставі даних про величини інтенсивностей дифрактограм було розраховано ступінь аморфізації обробленого гранульованого шлаку, яка збільшується на 18,9; 35,5; 38,8; 51,5 та 55,6% при тривалості активації 15, 30, 45, 60 та 90 с відповідно.

В результаті визначення гранулометричного складу шлаку, обробленого при різній тривалості активації в змішувачі-активаторі, було виявлено зниження кількості крупних фракцій (5-2,5 мм) з 13-16% до 0,25-3% та збільшення кількості дрібних фракцій (0,16 мм і менше) з 2,0-3,5% до 19,5-25,5% в порівнянні з початковим складом шлаку. Криві розсіву активованого шлаку, представлені на рис. 2, практично повністю входять в область заповнювачів, рекомендованих для бетонів згідно з ДСТУ Б В.2.7-32-95, на відміну від зразків неактивованого шлаку. Вони лише трохи перевищують вміст дрібних фракцій, які можуть грати роль активного мікронаповнювача, особливо в пісних сумішах.