ЛУЖНІ ЗОЛОВМІСНІ ЦЕМЕНТИ ТА БЕТОНИ НА ЇХ ОСНОВІ : ЩЕЛОЧНЫЕ ЗОЛОСОДЕРЖАЩИЕ цементы и бетоны НА ИХ ОСНОВЕ

Краткое описание

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Київський національний університет будівництва і архітектури

На правах рукопису
Грабовчак валентина Валентинівна

УДК 691.5; 691.3

ЛУЖНІ ЗОЛОВМІСНІ ЦЕМЕНТИ ТА БЕТОНИ НА ЇХ ОСНОВІ

05.23.05 будівельні матеріали та вироби

Дисертація на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Науковий керівник
Кривенко Павло Васильович
доктор технічних наук, професор

Київ-2013

ЗМІСТ

Стор.

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ.......................................

6

ВСТУП........................

7

РОЗДІЛ 1 СТАН НАУКОВОЇ РОЗРОБКИ ТЕМИ ТА ТЕОРЕТИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ ДОСЛІДЖЕНЬ.....................................

18

1.1. Екологічні та економічні аспекти використання відходів ТЕС у промисловості будівельних матеріалів............................................................................

18

1.2. Шляхи отримання і властивості в’яжучих речовин на основі паливних зол...........................................................

24

1.3. Лужні в’яжучі речовини та бетони на основі паливних зол........................................................................................

32

1.4. Теоретичні передумови, наукова гіпотеза, мета та задачі досліджень.................................................................

39

РОЗДІЛ 2 ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИННИХ МАТЕРІАЛІВ ТА МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕНЬ............................

41

2.1. Сировинні матеріали...............................

41

2.2. Методи досліджень..............................................................

46

РОЗДІЛ 3 взаємозв'язок властивостей і процесів структуроутворення У в’яжучій системі «зола кальційвміщуючий компонент лужний компонент ДОБАВКА пар»...............

48

3.1. Вплив кальційвміщуючих компонентів на швидкість протікання процесів структуроутворення...................

48

3.2. Вплив структурних особливостей золи на швидкість протікання процесів структуроутворення...............

53

3.3. Дослідження швидкості протікання процесів структуроутворення лужних цементів на основі паливних зол.......................................................................

58

3.3.1. Вплив вмісту і виду лужного компонента на швидкість протікання процесів структуроутворення

58

3.3.2. Вплив вмісту і величини рН добавки лігносульфонату натрію на фізико-механічні властивості лужних золовмісних цементів....................................................

63

3.3.3. Вплив вмісту портландцементу ПЦ І-500 на основні властивості цементів.....................................................

66

3.4. Оптимізація складів лужних золовмісних цементів......

70

3.4.1. Система «зола портландцемент гранульований доменний шлак лужний компонент добавка ПАР»...............................................................................

71

3.4.1. Система «зола портландцемент лужний компонент добавка ПАР».............................

73

3.5. Технологічні методи управління властивостями лужних золовмісних цементів......................................................

75

3.6. Висновки до розділу 3....................

82

РОЗДІЛ 4 вивчення властивостей бетонів на основі лужних золовмісних цемнТІВ ТА РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЇХ ВИГОТОВЛЕННЯ І ВИКОРИСТАННЯ...............................................................

84

4.1. Вплив складу лужних золовмісних цементів на фізико-механічні властивості бетонів..........................................

84

4.2. Вплив вмісту цементної складової і пластифікуючої добавки на фізико-механічні властивості бетонів...........

88

4.3. Реологічні властивості бетонних сумішей........................

90

4.4. Вплив ПАР на міграцію лугів в твердіючому бетоні..

95

4.5. Експлуатаційні властивості та довговічність бетонів на основі лужних золовмісних цементів..................

99

4.5.1. Кінетика набору міцності бетону при температурах, які відрізняються від стандартних умов........................

100

4.5.2. Тепловиділення .......................................................

103

4.5.3. Корозійна стійкість..............................................

110

4.5.4. Власні деформації усадки бетонів..............................

114

4.5.5. Морозостійкість бетонів..................................

116

4.6. Висновки до розділу 4....................................................

117

РОЗДІЛ 5 ДОСЛІДНО-ПРОМИСЛОВЕ ВПРОВАДЖЕННЯ ВАЖКОГО ЛУЖНОГО ЗОЛОВМІСНОГО ЦЕМЕНТУ ТА БЕТОНУ НА ЙОГО ОСНОВІ.........................................

119

5.1.Розроблення технології виготовлення лужних золовмісних цементів.........................................

119

5.2. Висновки до розділу 5.................................

121

ВИСНОВКИ...........................................

123

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ..........

126

Додаток А. Результати експериментів з оптимізації складів лужних золовмісних цементів........................................................

144

Додаток Б. Результати експериментів з оптимізації складів важких бетонів на основі лужних золовмісних цементів................................................................................

146

ДодатокВ.Акт виготовлення дослідної партії лужного пуцоланового цементу.............................................................

148

Додаток Д. Розрахунок економічної ефективності впровадження лужного пуцоланового цементу.........................................

150

ДодатокЕ.Довідка впровадження лужного пуцоланового цементу.................................................................................

153

Додаток Є. Акт впровадження дослідної партії важкого бетону на основі лужного пуцоланового цементу для виготовлення блоків для противаги ліфтів........................

154

Додаток Ж. Розрахунок економічної ефективності впровадження важкого бетону на основі лужного пуцоланового цементу..................................................................................

155

Додаток З. Довідка провадження важкого бетону на основі лужного пуцоланового цементу.........................................................

158

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

В/Ц

- водоцементне відношення

НДІВМ

- Науково-дослідний інститут в’яжучих речовин і матеріалів ім. В.Д. Глуховського

ТЕС

- теплова електростанція

ДТА

- диференційно-термічний аналіз

РФА

- рентгенофазовий аналіз

ТВО

- тепловологісна обробка

CSH

- гідросилікати кальцію

ПАР

- поверхнево-активні речовини

d

- міжплощинна відстань кристалів

ЛЦЕМ ІІІ

- лужний пуцолановий цемент

ЛЦЕМ V

- лужний композиційний цемент

ВСТУП

Актуальність роботи. Аналіз сучасного виробництва будівельних матеріалів показує, що подальший його розвиток має бути спрямований на покращення екологічного стану навколишнього середовища шляхом використання техногенної сировини у складі будівельних матеріалів. Тому з кожним роком науковці намагаються розробити нові ресурсозберігаючі технології використання значної кількості відходів промисловості, а саме паливних зол і шлаків, у складі будівельних матеріалів.
Особливий інтерес викликають лужні цементи, що розробляються в Науково-дослідному інституті в’яжучих речовин і матеріалів ім. В.Д. Глуховського Київського національного університету будівництва і архітектури. Використання лужних цементів у складі будівельних матеріалів дає можливість поєднувати високі міцнісні та спеціальні властивості з низькою собівартістю за рахунок значного вмісту промислових відходів. Серед різних типів лужних цементів слід окремо виділити лужні золовмісні цементи, які переважають звичайні цементи за функціональними характеристиками, а їх використання сприяє підвищенню рівня ресурсозбереження та розв’язанню екологічних проблем утилізації відходів теплоенергетики.
На основі робіт вітчизняних і закордонних вчених (Глуховського В.Д., Кривенка П.В., Пушкарьової К.К., Гоца В.І., Чиркової В.В., Волженського А.В., Сергеєва А.М., Сіверцева Г.Н., Рябової А.Г., Плохія В.П., Паломо А., Фернандо-Хіменес А., Райнер М. і інших вчених) було встановлено вплив багатьох факторів на формування структури і властивостей штучного каменю з використанням паливних зол. Проте основними задачами даних робіт було підвищення пуцоланової активності паливних зол чи поліпшення мікро- і мезоструктури золовміщуючих бетонів, у тому числі з використання лужноактивованих золовміщуючих в¢яжучих систем. Такі напрямки досліджень дозволяють отримувати цементні композиції з вмістом паливних зол в межах 30 - 80 % за масою у складі цементів з показниками добової міцності, які відповідають сучасним вимогам. Однак основними недоліками таких систем є складність управління термінами тужавлення і швидкістю набору початкової міцності (повільне нарощування міцності в межах 1-7 діб). Тому дисертаційна робота спрямована на подальший розвиток наведених досліджень і поглиблення наукових уявлень щодо керування процесами структуроутворення і синтезу властивостей лужноактивованих золовмісних цементів і бетонів на їх основі.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Робота виконувалась у відповідності з держбюджетними темами Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України 5ДБ-2005 Розробка складів і технологій виробництва лужних пінобетонів поліфункціонального призначення, наповнених легкими заповнювачами мінерального та органічного походження” (2005-2007 рр., № державної реєстрації 0105U001336), 1ДБ-2008 Встановлення основ керування структурою та властивостями екологічно чистих лужних цементів на основі паливних зол” (2008-2010 рр., № державної реєстрації 0108U000228), № 7ДБ-2010 Розробка бетонів на високонаповнених лужних цементах та технологій їх виготовлення. Розробка проекту ДСТУ на бетони важкі лужні” (2010-2011 рр., № державної реєстрації 0110U002285), 7ДБ-2012 Розробка технологічних основ енергоефективного виробництва бетонів на лужних цементах для збірного і монолітного будівництва. Розробка проекту ДСТУН Б В.2.7 201..." (2012-2013 рр., № державної реєстрації 0112U001482) та 3ДБ-2011 Визначення основ формування структури та властивостей лужних бетонів з підвищеною корозійною стійкістю та зниженим тепловиділенням на основі паливних зол” (2011-2013 рр., № державної реєстрації 0111U002218). В зазначених роботах автор була виконавцем.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка технології управління процесами структуроутворення лужних золовмісних цементів і бетонів з покращеними технологічними і експлуатаційними характеристиками.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити основні задачі:
- дослідити вплив комплексної дії кальційвміщуючих компонентів різного складу і структури, водоредукуючих добавок (ПАР) і лужних компонентів з карбонатною і силікатною аніонною складовою на процеси формування структури золовмісних цементів і властивостей штучного каменя на їх основі;
- дослідити вплив виду золи (золи гідровидалення та золи пневмовидалення) на фізико-механічні властивості цементів;
- провести оптимізацію складів цементів у напрямку отримання високих показників їх технологічності, міцності і довговічності;
- провести перевірку поведінки оптимальних складів цементів у бетонах і розробити технологію управління їх властивостями при твердненні в різних температурно-вологісних умовах;
- розробити методи управління процесами структуроутворення в бетоні на мезо- і макрорівнях при твердненні в різних температурно-кліматичних умовах;
- дослідити спеціальні властивості бетонів і визначити методи керування ними;
- провести дослідно-промислову перевірку розроблених лужних цементів і бетонів та визначити їх ефективність.
Об’єктом досліджень є методи управління процесами структуроутворення лужних золовмісних цементів і бетонів на їх основі в напрямку підвищення їх технологічності і ефективності при використанні.
Предметом досліджень є лужні золовмісні цементи та бетони на їх основі.
Методи досліджень. Експериментальні дослідження виконані із застосуванням сучасних методів фізико-хімічного аналізу: рентгенофазового (РФА), диференціально-термічного (ДТА), растрової електронної мікроскопії з використанням зондового аналізу. Визначення фізико-механічних (міцність при стиску, при згині) та спеціальних (тепловиділення, морозо- та корозійна стійкість) властивостей проведено за стандартними методиками згідно діючих нормативних документів. Розрахунки та оптимізацію складів лужних золовмісних цементів та бетонів на їх основі проведено із застосуванням експериментально-статистичних методів планування експерименту Statistica”.
Наукова новизна одержаних результатів:
- поглиблено уявлення про механізм впливу кальційвміщуючих добавок різної основності на швидкість і направленість протікання процесів структуроутворення лужних золовмісних цементів у присутності кальцинованої соди і лігносульфонату натрію та встановлено інтервали співвідношення сухих компонентів: золи-винесення, кальційвміщуючих добавок, лужних компонентів і лігносульфонату натрію, в межах яких досягаються найкращі показники набору міцності цементного каменю. Показано, що внаслідок поступового розчинення та взаємодії кальцинованої соди і лігносульфонату натрію утворюються аніонактивні комплекси лігносульфонату з групою [СО3]2-, які уповільнюють зростання концентрації Na2O у водному розчині, що подовжує індукційний період процесів гідратації і тверднення та дозволяє при введенні в цемент активних кальційвміщуючих добавок керувати швидкістю процесів структуроутворення;
- встановлено закономірність зміни екзотермії лужних золовмісних цементів, яка залежно від виду і вмісту кальційвміщуючих складових та лужних компонентів змінюється в ряду: «зола гранульований доменний шлак лужний компонент» < «зола гранульований доменний шлак портландцемент лужний компонент» < «зола портландцемент лужний компонент», що дозволило рекомендувати технологічні методи догляду за бетоном при твердненні в умовах різних температур (t = +5...+30 °С);
- визначено особливості формування структури бетону в різних температурно-вологісних умовах та показано, що для гальмування процесів масопереносу лужних іонів внаслідок градієнтів температур і вологості ефективним є введення до складу бетону добавок гідрофобізуючої (полігідросилоксани, стеарати) та редиспергуючої плівкоутворюючої («NeolithР 6000») дії. Встановлено, що використані добавки забезпечують фіксацію лужних іонів в об’ємі структури бетону до зв’язування їх в нерозчинні фази;
- встановлено особливості формування складу корозійностійкого бетону, які обумовлені його мікро- і макроструктурою, залежать від виду і кількості кальційвміщуючої добавки та характеризуються синтезом новоутворень, в складі яких переважають низькоосновні гідросилікатні (CSH(В)), гідроалюмосилікатні (Ca2Al2Si2O8·4H2O), лужно-лужноземельні гідросилікатні (NaCa2[Si3O8(OH)]) та лужні гідроалюмосилікатні (Na2О·Al2O3·2SiO2·H2O) фази, що забезпечують понижену пористість штучного конгломерату (менше 4 %).
Практичне значення одержаних результатів:
- розроблено та оптимізовано склади лужних золовмісних цементів марок М400...М500, що характеризуються високим вмістом (до70%) золи і низьким вмістом лужного компонента 2,3...4,1% в перерахунку на Na2O. Такі цементи за фізико-механічними властивостями не поступаються портландцементам аналогічних марок і характеризуються початком тужавлення 60...120 хв, кінцем тужавлення 2...6 год, міцністю через 2 доби тверднення в межах 8,5....15 МПа;
- розроблено технологічні методи виготовлення бетонів класів С12/15...С25/30, які характеризуються низьким тепловиділенням (Q=185...320 Дж/г), високою корозійною стійкістю у сульфатному середовищі (Кс=0,741,45), спроможністю твердіти понижених (0+5°C) і підвищених (+25+30°C) температурах при твердненні в різних вологісних умовах;
- проведено дослідно-промислове впровадження розроблених цементів та бетонів на їх основі. Фактичний економічний ефект від застосування лужного золовмісного цементу становить 242,92 грн на 1 тонну готової продукції і досягається як за рахунок зниження собівартості вихідних компонентів, так і шляхом підвищення терміну експлуатації конструкцій; економічний ефект від використання лужного пуцоланового цементу в бетоні становить 60,15 грн на 1 м3 бетону;
- результати роботи використані у розробці проекту ДСТУ-Н Б А.1.1 201 «Настанова з виготовлення та застосування лужних цементів, бетонів та конструкцій, в тому числі монолітних».
Особистий внесок здобувача полягає у виконанні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів та впровадженні розроблених матеріалів у виробництво, що відображено у наукових працях:
1. Ковальчук О.Ю. Дослідження тепловиділення лужних цементів на основі паливних зол / О.Ю. Ковальчук, В.В. Грабовчак // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. Науково-технічний збірник. Товариство «Знання» України. К.: 2012. - № 46. С. 29 34.
- досліджено тепловиділення в'яжучих систем: «зола мелений гранульований доменний шлак лужний компонент добавка ПАР», «зола мелений гранульований доменний шлак портландцемент лужний компонент добавка ПАР» та «зола портландцемент лужний компонент добавка ПАР». Показано, що лужні золовмісні цементи відносяться до низькотермічних порівняно з аналогами на основі на основі цементів загальнобудівельного призначення.
2. Ковальчук О.Ю. Проектування складу та дослідження властивостей лужних бетонів на основі паливних зол / О.Ю. Ковальчук, В.П. Омельчук, В.В. Грабовчак // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. Науково-технічний збірник. Товариство «Знання» України. К.: 2012. - № 43. С. 69 72.
- розроблено і оптимізовано склади важких бетонів класів С12/15...С25/30 на основі лужного композиційного і лужного пуцоланового цементів марки М400.
3. Ковальчук О.Ю. Дослідження можливості контролю і регулювання усадочних деформацій лужних композиційних цементів / О.Ю. Ковальчук, В.В. Грабовчак // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. Одеса, 2011. Вип. 43. С. 186 191.
- показано способи регулювання усадочних деформацій штучного каменю на основі лужного композиційного цементу, що характеризуються синтезом новоутворень, в складі яких переважають низькоосновні лужноземельні гідросилікатні фази.
4. Грабовчак В.В. Ефективність використання зололужних цементів при проектуванні складу бетону з покращеними технологічними і експлуатаційними властивостями / В.В. Грабовчак // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. Науково-технічний збірник. Товариство «Знання» України. К.: 2011. - № 39. С. 28 34.
- розглянуто та експериментально обґрунтовано доцільність використання пластифікуючих і плівкоутворюючих добавок для покращення технологічних і експлуатаційних властивостей важких бетонів на основі зололужних цементів.
5. Кривенко П.В. Вивчення корозійної стійкості лужних цементів на основі паливних зол / П.В. Кривенко, В.В. Грабовчак, В.М. Калінченко // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Вип. 21. Рівне, 2011. С. 38 43.
- досліджено корозійну стійкість лужних золовмісних цементів в розчинах морської солі та сульфатів магнію і натрію.
6. Ковальчук О.Ю. Бетони загальнобудівельного призначення на основі зололужного цементу / О.Ю. Ковальчук, В.В. Грабовчак, М.О. Попович // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. Одеса, 2010. Вип. 39. С. 365 370.
- показано можливість отримання важких бетонів класу С25/30 на основі лужних золовмісних цементів, які здатні тверднути як в нормальних умовах, так і в повітряно-сухих без погіршення основних фізико-механічних властивостей.
7. Ковальчук Г.Ю. Виробництво лужних цементів на основі механо-хімічно активованих паливних зол / Г.Ю. Ковальчук, О.Ю. Ковальчук, В.В. Грабовчак // збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІ Вогнетривів ім. А.С. Бережного». Харків: «Каравелла», 2010. - №110. С. 537 542.
- показано можливість створення ефективних екологічних матеріалів на основі вітчизняних паливних зол, досліджено фізико-механічні та експлуатаційні характеристики таких матеріалів.
8. Ковальчук Г.Ю. Дослідження впливу походження золи на властивості лужних цементів / Г.Ю. Ковальчук, О.Ю. Ковальчук, В.В. Грабовчак // Будівельні матеріли, вироби та санітарна техніка. Науково-технічний збірник 2010. - Вип. 37. - С. 100-102.
- показано можливість використання різних українських паливних зол для виробництва лужних цементів на їх основі. Встановлено вплив НВЧ та виду лужного компоненту на кінетику набору міцності штучного каменю на основі лужних золовмісних цементів.
9. Бетони загальнобудівельного призначення на основі лужного пуцоланового цементу / О.Ю. Ковальчук, Г.Ю. Ковальчук, О.М. Петропавловський, В.В. Грабовчак / Будівельні матеріли, вироби та санітарна техніка. Науково-технічний збірник. К.: 2009. - Вип. 34. - С. 26-30.
- розроблено склади та досліджено властивості бетонів загальнобудівельного призначення на основі лужних пуцоланових цементів з вмістом паливної золи до 70%. Вивчено експлуатаційні властивості розроблених бетонів.
10. Ковальчук Г.Ю. Вивчення властивостей паливних зол та матеріалів на їх основі / Г.Ю. Ковальчук, О.Ю. Ковальчук, В.В. Грабовчак // Вісник Одеської державної академії будівництва і архітектури. Одеса «Місто Майстрів», 2009. Вип. 35. С. 182-186.
- досліджено хімічний склад та особливості роботи у складі лужних цементів деяких українських паливних зол, доведено можливість створення ефективних матеріалів на їх основі.
11. Грабовчак В.В. Використання зололужних цементів для пластифікації бетонних сумішей / В.В. Грабовчак // Экология и промышленность. Ежеквартальный научно-производственный журнал. УкрГНТЦ «Энергосталь». Харьков, 2012. - №1 (30). С. 51 53.
- досліджено фізико-механічні характеристики бетонів на основі лужних золовмісних цементів та показано можливість покращення технологічних властивостей бетонних сумішей шляхом введення пластифікуючих добавок.
12. Grabovchak V. High Corrosion Resistant Ash Alkali Activated Cements / V. Grabovchak // Internationale Baustofftagung: Weimar, 12-15 sept. 2012. 2012. - Tagungsbericht, Bd. 1. - С. 1-0772-10779.
- показано можливість отримання лужних золовмісних цементів, які характеризуються підвищеною корозійною стійкістю у розчинах морської солі, солей сульфату магнію та сульфату натрію;
13. Грабовчак В.В. Лужні золовмісні цементи та бетони на їх основі / В.В. Грабовчак, М.О. Попович // Збірник тез студентських доповідей 73-ї науково-практичної конференції 3-7 квітня 2012 року, м. Київ. С. 85.
- розроблено і оптимізовано склади лужних золовмісних цементів та отримано на їх основі бетони класів С12/15...С25/30;
14. Alkaline Fly-Ash Cements and concretes: influence of care on early stage of hardening / P.V Krivenko., G.Y. Kovalchuk, O.Y. Kovalchuk, V.V. Grabovchak // Non-Traditional Cement & Concrete IV. Brno June27-30, 2011. P. 286-291.
- показано можливість використання лужних золовмісних цементів у складі бетонів, застосування яких передбачає різні температурно-вологісні умови.
15. Грабовчак В.В. Дослідження технологічних та експлуатаційних властивостей важких бетонів на основі зололужних цементів / В.В. Грабовчак, В.М. Калінченко, О.М.Попович // Збірник тез студентських доповідей 72-ї науково-практичної конференції. Частина 1. 22-25 березня 2011 року, м. Київ. С. 176.
- показано, що за експлуатаційними показниками бетони на основі лужних золовмісних цементів не поступаються бетону на основі шлакопортландцементі, а в певних випадках і переважають;
16. Грабовчак В.В.Дослідження технології регулювання усадки лужних композиційних цементів / В.В. Грабовчак // Наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів. Частина 2. Тези доповідей 1-3 листопада 2011р, КНУБА. Київ, 2011. &nd

Список литературы

ВИСНОВКИ

1. Теоретично обґрунтовано і експериментально доведено можливість отримання лужних золовмісних цементів за рахунок оптимізації складових в системі «зола-винесення кальційвміщуючий компонент лужний компонент добавка ПАР» і технології їх використання в бетонах, які впливають на швидкість протікання процесів структуроутворення і формування властивостей штучного каменя.
2. Визначено особливості процесів структуроутворення лужних золовмісних цементних композицій в системі: «кальційвміщуючий компонент зола-винесення лужний компонент добавка ПАР». Показано, що при введені кальцинованої соди і лігносульфонату натрію в цемент у сухому стані внаслідок поступового їх розчинення утворюються аніонактивні комплекси лігносульфонату з [СО3]2-, які уповільнюють підвищення концентрації Na2O у водному розчині, що подовжує індукційний період процесів гідратації і тверднення і дозволяє при введенні в цемент активних кальційвміщуючих добавок керувати швидкістю процесів структуроутворення у напрямку уповільнення початку тужавлення і підвищення міцності на ранніх етапах тверднення (2...7 діб).
3. Оптимізовано склади лужних золовмісних цементів і визначено, що шляхом варіювання типом кальційвміщуючої складової (гранульований доменний шлак, портландцементний клінкер, портландцемент, комплексний склад: шлак + клінкер чи портландцемент) і її вмістом в межах 10...30 % за масою, варіювання лужного компонента (кальцинована сода, метасилікат натрію, та їх суміш) в межах 4...8 % за масою і лігносульфоната натрію в межах 0,5...1% за масою золовмісні цементи при замішуванні водою характеризуються початком тужавлення 60...120 хв, кінцем 2...6 годин, відсутністю хибного тужавлення, міцністю в стандартних розчинах через 2 доби 10...15 МПа, через 28 діб 39,6...53,2 МПа тверднення в нормальних умовах.
4. Показано ефективність управління строками тужавлення і легкоукладальністю розроблених цементів і бетонів за рахунок використання лігносульфонатів з різними водневими показниками і визначено, що в межах зміни їх рН = 8,25...9,9 має місце уповільнення строків початку тужавлення на 16-20 % і пониження водопотреби до 20 %.
5. Визначено тепловиділення розроблених цементів та бетонів при гідратації та твердненні і встановлено закономірності залежності екзотермії від складу цементу та визначено ряд цієї залежності «зола гранульований доменний шлак лужний компонент добавка ПАР» < «зола гранульований доменний шлак портландцемент лужний компонент добавка ПАР» < «зола портландцемент лужний компонент добавка ПАР», що дозволило рекомендувати технологічні методи догляду за бетонами при твердненні в умовах різних температур (t = +5...+30 °С).
6. Визначено особливості формування структури і властивостей бетону в різних температурно-вологісних умовах та показано, що для гальмування процесів масопереносу лужних іонів внаслідок градієнтів температур і вологості ефективним є введення до складу бетону добавок гідрофобізуючої (полігідросилоксани, стеарати) та редиспергуючої плівкоутворюючої («Neolith Р 6000») дії, що забезпечує фіксацію лужних іонів в об’ємі структури бетону до зв’язування їх в нерозчинні фази. Це дозволило розробити технологію виготовлення бетонів залежно від умов їх твердення.
7. Вивчено основні і спеціальні властивості бетонів в межах зміни їх легкоукладальності П1...П5 і життєздатності 1,5...2 год. Показано, що бетони відносяться до низькоекзотермічних бетонів (Q = 185320 Дж/г) з характеристиками класів за міцністю С12/15С25/30, характеризуються високою корозійною стійкістю в морський воді (Кс = 0,951,39), розчинах Na2SO4 концентрацій 5 % та 10 % (Кс = 11,45) та розчинах MgSO4 з концентрацією 2 % та 4 % (Кс = 0,741,18), а за показниками морозостійкості не поступаються портландцементним бетонам аналогічних класів. Отримані показники забезпечуються коригуванням основності в¢яжуючої системи, синтезом в мікроструктурі низькоосновних гідросилікатів і лужних гідроалюмосилікатних сполук з високою щільністю і низькою пористістю макроструктури бетону, яка не перевищує 4 %.
8. Проведено дослідно-промислове виготовлення лужного пуцоланового цементу і впровадження технології його використання в бетонах. Економічний ефект від заміни шлакопортландцементу на лужний пуцолановий цемент складає 242,92 грн. за 1 тону продукції, що досягається за рахунок зниження собівартості вихідних компонентів, а при використанні в бетоні економічний ефект складає 60,15 грн на 1 м3 бетону.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Алехин Ю. А. Экономическая эффективность использования вторичных ресурсов в производстве строительных материалов / Алехин Ю. А., Люсов А. М. М.: Стройиздат, 1988. 344 с.
2. Wolter A. Belite cements and low energy clinker / A. Wolter // Cement international. 2005. № 6. P. 106 117.
3. Glavind M. Sustainable Concrete Structures: A Win-Win Situation for Industry and Society / M. Glavind D. Mathiesen, C. V. Nielsen // In: Achieving Sustainability in Construction: Proceed. Internat. Congress Global Construction: Ultimate Concrete Opportunities”. Dundee, 2005. P. 1-14.
4. Harrison, J. The Role of Concrete Post Kyoto: The Unrecognized Sequestration Solution / J. Harrison // In: Achieving Sustainability in Construction: Proceed. Internat. Congress Global Construction: Ultimate Concrete Opportunities”. Dundee, 2005. P. 426-438.
5. Naik T. R.: Sustainability of Cement an Concrete Industries/ T. R. Naik // In: Achieving Sustainability in Construction: Proceed. Internat. Congress Global Construction: Ultimate Concrete Opportunities”. Dundee, 2005. P. 141-150.
6. Reiner M. Green Buildings and Fly Ash Concrete The Commerce City, Colorado Project / M. Reiner, K.L. Rens, A. Ramaswami // In: Achieving Sustainability in Construction: Proceed. Internat. Congress Global Construction: Ultimate Concrete Opportunities”. Dundee, 2005. P. 111-118.
7. Mehta P. K. Role of Fly Ash in Sustainable Development / P. K. Mehta // In: Concrete, Fly Ash and the Environment Proceedings. 1998. P. 13-25.
8. Бурбан Н. П. Екологічні аспекти використання золи виносу теплових електростанцій / Н. П. Бурбан, В. М. Атаманюк // Захист навколишнього середовища. Енергоощадність. Збалансоване природокористування: збірник матеріалів I міжнародного конгресу / Національний університет "Львівська політехніка" та ін. Л.: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2009. - 157 с. - C. 16-17.
9. Пал М. Х. Енергія та захист навколишнього середовища / М. Х. Пал Падеборн: Видавництво FIT-Verlag, 1996. 449 с.
10. Гоц В. І. Ефективні будівельні матеріали та вироби на основі активованих паливних зол і шлаків: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня док. техн. наук: спец. 05.23.05 Будівельні матеріали та вироби” / В. І. Гоц.; КНУБА. Київ, 2009. 36 с.
11. Manz O.E. Worldwide production of coal ash and utilization in concrete and other products / O.E. Manz. Fuel. - Vol. 76. - № 8. 1997. Р. 691-696.
12. Ушеров-Маршак А.В. Химические и минеральные добавки в бетон / А.В. Ушеров-Маршак Харьков: Колорит, 2005. 280 с.
13. Krivenko P. V. Fly Ash Based Alkaline Cements Аpplication: Proceeding of 2007 - Intern. Conf. [Alkali Activated Materials Research, Production and Utilization”] / P. V. Krivenko, G. Yu. Kovalchuk. Prague, 2007. Р. 313-332.
14. Шидловський А. К. Паливно-енергетичний комплекс України на порозі третього тисячоліття / А.К. Шидловський, М. П. Ковалка. К.: УЄЗ, 2001. 400 с.
15. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве / М. Венюа. М.: 1980. 415 с.
16. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций. М.: Стройиздат, 1986. 81 с. 59.
17. Целиковський Ю. К. Екологічні та економічні аспекти утилізації золошлаків ТЕС [Електронний ресурс] Режим доступу до журн. http://bibliofond.ru/12 (дата звернення 17.11.2011).
18. Сергеев А. М. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности / А. М. Сергеев. Киев: Будівельник, 1984. 120 с.
19. Мелентьева В. А. Состав и свойства золы и шлака ГЭС. Справочное пособие / В. А.Мелентьева. Л.: Энергоатомиадат, 1985. 285 с.
20. Рябова А.Г. Шлакощелочные вяжущие и бетоны на основе зол, шлаков и золошлаковых смесей тепловых электростанций: автореф. дисс. на соискание науч. степени канд. техн. наук: спец 05.23.05 / А.Г. Рябова; КИСИ. Киев, 1968. 19 с.
21. Сиверцев Г. Н. Процессы при твердении бетонов на основе топливных шлаков и горелых пород Химические процессы твердения бетонов / Г.Н. Сиверцев М.: Тр.НИИЖБ, 1960. Вып. 18. С. 45.
22. Волженский А.В. Исследование процессов твердения шлакопортландцемента с топливными гранулированными шлаками / А.В. Волженский [и др.] // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура. 1971. - №6. 84 с.
23. Иванов И. А. Легкие бетоны на основе зол электростанций / Иванов И. А. М.: Стройиздат, 1972. 128 с.
24. Бабачев Г. Н. Золы и шлаки в производстве строительных материалов / Г. Н. Бабачев; [пер. с болг. Л. Шаринова]. К.: Будівельник, 1997. 136 с.
25. Pushkarova K.К. Features of Processes Hydration and Hardening of Binding Compositions Вased on Fluidized Fly Ash: Proc. of Seventh NCB International Seminar on Cement and Building Materials / K. Pushkarova, W. Domoslawsky. New Delhi, India, 2000. P. XI-125XI-134.
26. Characterisation of Solid Wastes From Circulating Fluidised Bed Combustion / E.J. Anthony, G.G. Ross, E.E. Berry, R.T. Hemings, R.K. Kissel. // J. Energy Resour. Technol. - March 1995. - Volume 117, Issue 1, 18 (6 pages) P.180-190.[Електронний ресурс] (дата звернення 02. 12. 2011).
http://asmedl.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JERTD2000117000001000018000001&idtype=cvips&gifs=yes&ref=no
27. Дворкин Л.И. Строительные материалы из промышленных отходов / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. Ростов-на Дону: Феникс, 2007. 348 с.
28. Руди Д.И., Золы ТЭС Украины сырье для производства керамических стеновых изделий / Д.И. Руди, Ю.М. Величенко, Л.Ю. Письменная // Строительные материалы и конструкции. 1993. - №4.
29. [Електронний ресурс] http://manualsem.com/book/740-budivelni-materiali-z-vidxodiv-palivno- energetichnoyi-girnicho-vidobuvnoyi-i-zbagachuvalnoyi-pr/5-11-vidxodi-palivno-energetichnoyi-promislovosti.html/ (дата звернення 08. 09. 2010).
30. Дворкин Л. И. Строительные материалы из промышленных отходов / Л. И. Дворкин, И. А. Пашков Киев: Вища школа, 1989. 208 с.
31. Ленчев А. Использование зол ТЭС для производства смешанных цементов / А. Ленчев, И. Дончев, Л. Гигова. // Цемент и его применение. № 2. 1999. С. 36 38.
32. Сергеев А.М. Теория и практика массового использования зол и шлаков теплових электростанций в производстве бетона: автореф. дис. на соискание науч. степени канд. техн. наук.: спец. 05.23.05 / А.М. Сергеев; ЛИСИ Л., 1988. С 48.
33. Кривенко П. В. Золощелочные вяжущие / П. В. Кривенко, А. Г. Рябова // Цемент. 1990. № 11. С.14-16.
34. Загайчук А.С. Исследование свойств и портландецентов, растворов и бетонов с добавками отдельных фракций золы-уноса тепловых электростанций: автореф. дис. на соискание учен. степени канд. техн. наук.: спец. 05.23.05 / А.С. Загайчук; КИСИ. Киев, 1973. 21 с.
35. Nasim A. S. Fly ash classification on the basis of chemical composition / A.S. Nasim, D.N. Singh // Proc. Intern. Symposium of Ash Utilisation. Lexington, Kentucky, 1997. P 745 752.
36. Пушкарьова К. К. Використання паливних зол України для отримання композиційних матеріалів з наперед заданими властивостями / К.К. Пушкарьова, О.А. Назим // Строительные материалы и изделия. К.: 2001. - №3. С.17 19.
37. Arjunan P. Combined Effect of Chemical, Mechanical and Thermal Activation of Low Calcium Fly Ash / P. Arjunan, M.R. Silsbee, D.M. Roy // Proc. of the 11th Intern. Congress on the Сhemistry of Сement (ICCC) Cements Contribution to the Development in the 21st Century”. Durban, South Africa, 2003. P. 951 957.
38. Активність високонаповнених зололужних композицій на основі золи-виносу / П.В. Кривенко, Г.Р. Блажис, В.І. Гоц, Г.С. Ростовська // Вісник Придніпровської державної академії будівництва. 2002. № 9. С. 29 36.
39. Features of Processes Hydration and Hardening of Binding Compositions Вased on Fluidized Fly Ash: Proc. of Seventh NCB International Seminar on Cement and Building Materials / K. Pushkarova, W. Domoslawsky. New Delhi, India, 2000. P. XI-125XI-134.
40. Кривенко П.В. Специальные шлакощелочные цементы / П.В. Кривенко. К.: Будівельник, 1992. 192.с.
41. Use of a Database of Chemical Mineralogical and Physical Properties of North American Fly Ash to Study the Nature of Fly Ash and its Utilization as a Mineral Admixture in Concrete / G.I. Mc Cathy, I.K. Solem, O.E. Manz, D.I. Hassett // MRS Symposium Proceeding, Material Research Society, Pittsburg, 1999. v. 178. P. 3-33.
42. Элинзон М.П. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов / М.П. Элинзон, С.Г. Васильков. М.: Стройиздат, 1982. 221 с.
43. Geocement on base of the ashes: genesis of microstructure and characteristic in condition of the processes hydration-dehydration: Proc. of 8th Intern. Symp. [Brittle Matrix Composites”] / P.V. Krivenko, G.Yu. Kovalchuk, A. Palomo, A. Fernandez-Jimenez. - Warsaw: ZTUREK RSI and Woodhead Publ., 2006. P. 55-62.
44. Волженский А. В. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов / А.В. Волженский, И.А. Іванов, Б.Н. Виноградов. М.: Стройиздат, 1984. 256 с.
45. Данилович И.Ю. Использование зол с повышенным содержанием несгоревшего топлива в строительных материалах / И.Ю. Данилович, О.Б. Высоцкая, Г.В. Варсанова // Бетоны на основе золы и шлака ТЭС и комплексное их использование в строительстве: Тез. докл. Всесоюз. конф. Новокузнецк, 1990. т.1 С. 57 60.
46. Иванов И.А. Пути повышения эффективности золшлаков в бетоне / И.А. Иванов // Бетоны на основе золы и шлака ТЭС и комплексное их использование в строительстве: Тез. докл. Всесоюз. конф. Новокузнецк, 1990. т.1. С.126-124.
47. Козлова К.В. Использование зол тепловых электростанций в производстве строительных материалов / К.В. Козлова. Барнаул: Алтайское книжное издательство, 1975. 150 с.
48. Мокрушин А.Р. Использование золошлаковых отходов ТЭС в энергетическом строительстве / А.Р. Мокрушин, А.А. Логунов, А.В. Семерсова. Л.: ВНИИТ им. Б. Е. Веденеева, 1975. 94 с.
49. Пушкарьова К.К. Перспективні технології утилізації відходів паливно-енергетичної промисловості та ефективність їх застосування приотриманні будівельних матеріалів з підвищеними експлуатаційними характеристиками / К.К. Пушкарьова, О.А. Гончар, В.В. Павлюк // Строительные материалы и изделия Киев, 2005. - №4 С.20-23.
50. Применение местных материалов в строительстве / Г.Д. Дибров, А.М. Сергеев, Е.И. Шмитько [и др.]. Киев: Будівельник, 1975. 184с.
51. Плохий В.П. Мелкозернистый бетон на основе высокоуглеродистых зол для пресованных изделий: автореф. дис. на соискание учен. степени канд. техн. наук.:05.23.05 / В.П. Плохий; КИСИ. Киев, 1993. 20 с.
52. Композиційні цементи на основі золоцементносульфатних сумішей, модифікованих добавкою метакаоліну / К.К. Пушкарьова, О.А. Гончар, В.В.Павлюк, І.М. Павлюк // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. Вип. 15. Одеса: Місто майстрів, 2004. С. 238 - 243.
53. Кривенко П.В. Дослідження впливу золи-винесення на термомеханічні властивості жаростійких шлаколужних в’яжучих речовин / П.В. Кривенко, С.Г. Гузій, Г.Ю. Ковальчук // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Вип. ΙΙ. Рівне, 2004. С 47 - 55.
54. Хаба П.М. Лужноактивовані композиційні малогіпсові золовмісні цементи та бетони на їх основі: автореф.дис. на на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук.:05.23.05 / П.М. Хаба. Львів, 1998 20 с.
55. Каприелов С.С. Высокопрочные бетоны с органоминеральными модификаторами серии «МБ». Структура и свойства / С.С. Каприелов, А.В. Шейнфельд // Бетон на рубеже третьего тысячелетия: Материалы 1-й Всерос. конф. По проблемам бетона и железобетона. кн. 2. Москва, 9-14 сентября 2001. С. 1019 - 1026.
56. Макаренко С.В. Эффективные бетоны на основе золощелочных в’яжучих с регулируемой структурой: автореф. дис. на соискание учен. степени канд. техн. наук: 05.23.05 / С.В. Макаренко: ВСГТУ. Улан-Удэ, 2011. 22 с.
57. Uchikawa H. Binary and ternary components blended cement, in: S. L. Sarkar (Ed), Mineral Additives in Cement and Concrete / H. Uchikawa, T. Okamura // ABI Books Private Ltd. New Delhi, India, 1993. Р. 1 - 7.
58. Joshi R.C. Types and Properties of Fly Ash / R.C. Joshi, R.P Lohtia // In: Proceed. Internat. Conf. Progress in Cement and Concrete”. New Delhi, 1993. Vol. 4: Mineral Admixtures in Cement and Concrete. P. 118 - 157.
59. Xu A.; Sarkar S.L.: Hydration and Properties of Fly Ash Concrete / A. Xu, S.L. Sarkar // In: Proceed. Internat. Conf. Progress in Cement and Concrete” New Delhi, 1993. Vol. 4: Mineral Admixtures in Cement and Concrete. P. 174 -225.
60. Позняк О.Р. Багатокомпонентні цементи з механохімічною активацією для жаростійких матеріалів: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.17.11 / О.Р. Позняк: ЛІБІ. Львів, 2000. 16 с.
61. Sustainable Development through the Use of High-Volume Fly Ash Cements /O.S. Kavalerova, E.K. Pushkarova, V.I. Gots, G.Yu. Kovalchuk // Proceed. 16th Internat. Conf. іbausil”. Weimar (Germany), 2006. P. 1-0933 1-0940.
62. Веригин У.А. Разработка и создание аппаратов для производства строительніх материалов на основе анализа процессов активации в дисперсных средах. автрореф. дисс. на соискание науч. степени канд. техн. наук. / У.А. Веригин. М., 1990. 19 с.
63. Низьколужні високонаповнені золобетони економічний матеріал для будівництва / П.В. Кривенко, Г.Р. Блажіс, Г.С. Ростовська, Д.В. Опанасюк // Вісник Національного університету водного господарства та навколишнього середовища. Рівне, 2005. - №4 (28). С. 130-136.
64. Бабаев Ш.Т. Высокоэффективные бесцементные вяжущие на основе зол и шлаков тепловых электростанций / Ш.Т., Бабаев, Н.Ф. Башлыков, В.Р. Фаликшан // Строительные материалы. 1991. №6. С. 17-18.
65. Fossey, S.D. Superclassified PFA for Self-Compacting Concrete / S.D. Fossey, E.A.Byars, H.Y. Zhu // In: Proceed 11th Internat. Conf Durban, 2003. P. 769-779.
66. Seedat E.Y. Super-Pozz: An Ultra-Fine Pozzolanic Class F Fly Ash for Superior Concerte / E.Y. Seedat, R.A.Kruger // In: Proceed 11th Internat. Conf. Durban, 2003. P. 780-790.
67. Jiang L. Pore structure and its effects on strength of high volume fly ash paste /L. Jiang, Y. Guan //Cement and Concrete research. 1999. Vol. 29. 631s.
68. Van Os Hendrik G. Cement Manufacture and the Environment / Hendrik G. Van Os, Amy C. Padovani // In: Journal of Industrial Ecology. 1996. №1. P. 89-105.
69. Mechanical treatment of fly ashes: strength development and workability of mortars containing ground fly ashes / J. Monzo, J. Paya, E. Peris-Mora, M.V. Borrachero // Proceed. of the 5-th Intern. Conference [Fly Ash, Silica Fume, and Natural Pozzolans in Concrete”]. Milwaukee, Wisconsin, USA, 1995. V. 1. Р. 339-354.
70. Перспективи використання золи-винесення в композиційних цементах/ Саницький М.А., Соболь Х.С., Марків Т.Є., Кропивницька Т.П. // Збірник «Теплова енергетика нові виклики часу». - Львів: НВФ «Українські технології». 2009. С.432-443.
71. Iler, R.K.: The Chemistry of Silica / Iler R.K. // Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry. John Wiley & Sons Рublish, 1979.
72. Pushkarova K.K.; Domoslawsky W.: Features of Processes Hydration and Hardening of Binding Compositions Based on Fluidized Fly Ash. In: Proc. of 7th NCB Internat Seminar on Cement and Building Materials, New Delhi (2000). P.XI-125 XI-134.
73. Malhotra V.M. High-Performance, High-Volume Fly Ash Concrete Materials, Mixture Proportioning, Properties, Construction Practice, and Case Histories / V.M. Malhotra, P.K. Mehta // In: Supplementary Cementing Materials for Sustainable Development Inc. Ottawa, 2002.
74. The Development of Blended Supplementary Cementing Materials Consisting of High and Low Calcium Fly Ashes / S. Antiohos, V.G. Papadakis, K. Maganari, S. Tsimas // In: Proceed 11th Internat. Conf. Durban, 2003. P. 747-756.
75. Pozzolanic Reaction of Fly Ash Cement System / M. Kobayakawa, S. Hanehara; K. Hwang, F. Tomosawa // In: Proceed. 11th Internat. Conf. Durban, 2003. P. 951-957.
76. Glukhovsky V.D. Ancient, Modern and Future Concretes / V.D. Glukhovsky // In: Proc. Intern. Seminar "Durability of Concrete". Götheborg, 1989. P. 53-62.
77. Глуховский В.Д. Щелочные и щелочно-щелочноземельные гидравлические вяжущие и бетоны / В.Д. Глуховский // Киев: Вища школа,1979. 232 с.
78. Вяжущее. А.с. 44894, СССР, МКИ С 04./В.Д. Глуховский (СССР)// Открытия, изобретения. 1974, №42 (с приоритетом от 19.07.58). С. 46.
79. Глуховский В.Д. Грунтосиликаты. Киев: Госстройиздат УССР, 1959. 134 с.
80. Глуховский В.Д. Избранные труды / В.Д. Глуховский. К.: Будівельник, 1992. 208 с.
81. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях/ Глуховский В.Д., Кривенко П.В., Старчук В.Н. [и др.]. Киев: Вища школа, 1981. 224 с.
82. Кривенко П.В. Синтез в’яжучих с заданными свойствами в системе Ме2О-МеО-Ме2О3-SiО2-Н2О: автореф. дисс. на соискание учен. степени д-ра техн. наук. спец. 05.17.11/ П.В. Кривенко: КПИ. Киев, 1986. 40с.
83. Пашков И.А. Исследование грунтосиликатных бетонов на основе грунтов, шлаков и соединений щелочных металлов: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.05/ И.А. Пашков: КИСИ. Киев, 1987. 21 с.
84. Рунова Р.Ф. Иссл