На правах рукописи

САЛАМАНОВА Мадина Шахидовна

Прессованные цементобетонные изделия с использованием мелкозернистых бетонов на модифицированном заполнителе


Специальность

05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Махачкала-2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова»

Научный руководитель -	доктор технических наук, профессор Муртазаев Сайд-Альви Юсупович
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Кокоев Мухаммед Нургалиевич кандидат технических наук, профессор Чернышева Наталья Васильевна
Ведущая организация-	ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»

Защита состоится «_16__» __12___2011 г. в 14 00 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.052.03 при ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет» по адресу: 367015, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70, ауд. 202.

Факс: 8(8722) 62-38-68, e-mail: [email protected].

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». Сведения о защите и автореферат диссертации размещены на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки РФ http://www. vak.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет» http://www. [email protected].

Автореферат разослан «15_» __11___ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к. т. н. Х.Р. Зайнулабидова

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время все более актуальным становится использование цементобетонных изделий для производства плит автомобильных дорог, устройства сборных покрытий спортивно-массовых сооружений, тротуарных дорожек вдоль городских проспектов и улиц и т.д. Технологичность их производства и возможность инвестирования представителями малого и среднего бизнеса является существенным обстоятельством, определяющим их перспективу развития. Особенностью этих изделий является практичность, архитектурная выразительность, эстетичность, простота монтажа и возможность замены их при ремонте. При эксплуатации таких изделий бетон подвергается интенсивным механическим воздействиям и чередующим­ся циклам замораживания и оттаивания, находясь в водонасыщенном состоянии. Внешние воздействия могут вызвать преждевременный выход этих изделий из эксплуатации, что и подтверждается многолет­ним опытом. Дефекты наблюдаются на участках дорог с интенсивным движением транспорта и пешеходов. Анализ причин появления дефектов указывает не только на недостаточную прочность материала, но и на необходимость повышения требований к его эксплуатационным свойствам.

Во многих регионах Российской Федерации, в том числе и в Чеченской Республике, наблюдается острый дефицит качественных материалов и сырья для производства высокоэффективных строительных композитов для дорожного строительства и коммунального хозяйства, поэтому назрела необходимость поиска эффектив­ных способов повышения качества бетона, позволяющие не только увеличить их прочностные характеристики, но и положительно влиять на морозо- и коррозионную стой­кость, истираемость. В связи с этим наиболее перспективным представляется использование технологии прессования мелкозернистого бетона, полученного с использованием модифицированного заполнителя и микронаполнителя из тонкомолотых кварцевых песков, которое позволяет получать изделия с высокой распалубочной прочностью и отказаться от дорогостоящей опалубки и тепловлажностной обработки изделий.

В связи с изложенным, важной проблемой является - разработка технологии производства цементобетонных конструкций для дорожного покрытия из прессованных изделий из бетонов, с использованием заполнителя, обработанного катионактивными добавками.

Работа выполнена в соответствии с федеральными целевыми программами «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы и «Социально-экономическое развитие Чеченской Республики на 2008-2012гг».

Степень изученности проблемы. Проведенный анализ позволил сделать вывод, что опыт разработки и промышленной реализации технологии производства прессованных цементобетонных изделий из жестких формовочных смесей невелик, в сравнении с опытом производства покрытий пластического формования. Процессы структурообразования прессованных мелкозернистых бетонов в настоящее время изучены недостаточно, исследования влияния катионактивных добавок на свойства бетонов мало изучены и свидетельствуют об актуальности проблемы разработки эффективных цементобетонных изделий с использованием мелкозернистых бетонов на модифицированном заполнителе.

Целью диссертационного исследования является разработка научно обоснованных способов формирования структуры и свойств прессованных мелкозернистых бетонов с использованием модифицированных заполнителей и тонкомолотых наполнителей из тонкомолотых кварцевых песков.

В соответствии с целью исследования в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

- подобраны составы и изучены свойства многокомпонентных вяжущих с использованием тонкомолотых наполнителей и различных химических добавок;

• 
  разработаны теоретические положения и основные принципы проектирования прессованных мелкозернистых бетонов с использованием модифицированного заполнителя;
  
• 
  выявлено оптимальное количество катионактивной добавки для получения модифицированного заполнителя с поверхностной активацией;
  

• 
  разработана технология производства цементобетонных изделий из мелкозернистого прессованного бетона с использованием модифицированного заполнителя и тонкомолотых наполнителей;
  
• 
  разработаны нормативные документы для реализации результатов теоретических и экспериментальных исследований и промышленного внедрения;
  
• 
  определена технико-экономическая эффективность предлагаемых прессованных мелкозернистых бетонов с использованием модифицированного заполнителя.
  

Научная новизна диссертационного исследования:

• 
  установлены закономерности формирования структуры и свойств прессованных мелкозернистых бетонов в зависимости от рецептурно-технологических факторов;
  
• 
  выявлено влияние модифицированного заполнителя и тонкомолотых наполнителей на процессы структурооб­разования и физико-механические свойства прессованных мелкозернистых бетонов;
  
• 
  исследованы эксплуатационные свойства прессованных композитов с использованием модифицированного заполнителя и тонкомолотых наполнителей, определяющих долговечность бетона в дорожных по­крытиях.
  

Практическая значимость диссертационной работы:

• 
  показана возможность утилизации отходов дробления горных пород при изготовлении изде­лий из прессованных мелкозернистых бетонов;
  
• 
  разработаны прессованные мелкозернистые бетоны с улучшенными эксплуатационными свойствами с применением тонкомолотых кварцевых песков и модифицированного заполнителя;
  
• 
  разработан технологический регламент на изготовление прессованных цементобетонных изделий;
  

- разработаны технические условия на изготовление прессованных изделий из мелкозернистого бетона.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований внедрены фирмой «Строй-Групп» при изготовлении прессованных плит покрытия с использованием мелкозернистых бетонов с использованием модифицированного заполнителя и тонкомолотых наполнителей из кварцевых песков.

Разработаны нормативные и технические документы:

-технические условия на изготовление прессованных цементобетонных плит с использованием модифицированного заполнителя;

-стандарт предприятия на получение многокомпонентного вяжущего с применением тонкомолотых наполнителей из кварцевых песков.

Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе при подготовке инженеров в рамках направления 270000 «Архитектура и строительство» по специальностям 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» и 270102 «Промышленное и гражданское строительство».

Достоверность полученных результатов подтверждается:

- использованием апробированных методов экспериментального исследования, поверенного оборудования;

- использованием современного программного обеспечения при обработке экспериментальных данных, испытанием необходимого количества контрольных образцов.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. 
   Всероссийской научно-практической конференции «Наука, образование и производство», г. Грозный, 2008;
   
2. 
   Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Пензенского государственного университета «Композиционные строительные материалы. Теория и практика», г. Пенза, 2008;
   
3. 
   Всероссийской научно-практической конференции «Наука и образование в Чеченской республике: состояние и перспективы», г. Грозный, 2011;
   
4. 
   Пятой международной конференции «Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование в XXI веке», ГОУ ВПО «Грозненский государственный нефтяной технический университет им. акад. М.Д. Миллионщикова», ГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», г. Грозный, 2010.
   

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 работ, в том числе 1 в изданиях, определенных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 200 наименований, изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 37 таблиц.


2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, дана краткая аннотация работы, ее научная новизна, практическая значимость, а также основные положения работы, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы.

В главе 1 проведен анализ состояния вопроса использования прессованных мелкозернистых бетонов в строительстве, натурные обследования прессованных цементобетонных изделий, дана оценка влияния структурных характеристик на свойства жестких мелкозернистых смесей, определено влияние химических добавок и микронаполнителей на процессы структурообразования и физико-механические свойства мелкозернистых бетонов.

Вопросами анализа причин разрушения мелкоштучных цементобетонных изделий для дорожного покрытия занимались ведущие ученые страны В.В. Стольников, Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов В.А. Невский, A.M. Подвальный, В.П. Шурыгин, Г.А. Ткаченко и др. Их исследования позволили установить основные факторы, определяющие недостаточную коррозионную стойкость бетона, связанную высокой неоднородности их структуры.

Опыт разработки и промышленной реализации технологий производства прессованных цементобетонных изделий из жестких формовочных смесей небогат, в сравнении с опытом получения традиционных покрытий пластического формования. Недостаточно исследованы вопросы использования химических добавок в жестких формовочных смесях, в условиях повышенных давлений и скоростей деформаций, так как добавки, которые используются в технологии пластического формования, недостаточно эффективны в условиях дефицита воды и высоких динамических нагрузок.

Существует принципиальная возможность повышения физико-механических и эксплуатационных характеристик мелкозернистого бетона для производства прессованных цементобетонных изделий путем химической активации заполнителя катионактивными добавками и использования тонкомолотых наполнителей из кварцевых песков. Процессы структурообразования прессованных мелкозернистых бетонов в настоящее время изучены недостаточно. Исследования влияния катионактивных добавок на свойства бетонов мало изучены. Существующие методы контроля свойств бетонных смесей, разработанные применительно к технологии пластического формования, к жестким смесям неприменимы, поэтому нужна их разработка.

В главе 2 приведены характеристики использованных материалов и методы исследования основных физико-механических и эксплуатационных свойств цементных композиций в виде мелкозернистых прессованных бетонов.

Для исследований применялся цемент, соответствующий ГОСТ 10178-85, выпускаемый Чири-Юртовским цементным заводом (ПЦ 500-Д0), г. Грозный. Химический и минералогический состав клинкера для изготовления цементов приведены в таблицах 1, 2.

Для изготовления прессованных мелкозернистых бетонов использовались мытые пески Червленского месторождения и мелкие пески Веденского месторождения. Химический состав песков приведен в табл. 3.

Таблица 1

Химический состав цемента

Наименование	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaO	SO3	TiO2	ппп	Na2O	K2O
Чири-Юртовский цемент	20,09	5,3	4,06	2,03	63,14	2,44	0,066	2,2	0,22	0,38

Таблица 2

Минералогический состав цемента

Завод-изготовитель и марка	Удельная повер-хность, см2/г	Нормальная густота, %	Плот-ность, кг/м3	Минералогический состав, %				Активность МПа, 28сут
				C3S	C2S	С3А	C4AF	сжа-тии	изги-бе
Чири-Юртовский ПЦ 500 Д0	3300	25	3100	59	16	8	13	52,6	6,2

Так как применяемые пески относятся к группе мелких, то в исследованиях, для выравнивания фракционного состава, применялись отсевы дробления от переработки горных пород Аргунского карьера, основные физико-механические характеристики которых приведены в табл. 4.

Таблица 3

Химический состав песков

Наименование	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaO	SO3	TiO2	ппп
Червленский песок	64,27	12,55	3,78	2,31	7,48	0,36	0,10	5,8
Цанар-Корт Ведено наполнитель	78,28	5,45	0,99	2,40	2,36	0,19	0,08	1,8

Для регулирования процессов структурообразования и физико-механических свойств прессованного бетона в состав формовочных смесей вводили различные виды добавок:

• 
  суперпластификатор С-3, соответствующий ТУ 6-36-0204229-625-90, произведенный п/о «Оргсинтез» в г. Новомосковск Тульской области и состоящий из продуктов конденсации меламинсульфокислоты и формальдегида;
  
• 
  минерально-химическая добавка «БИО-НМ» - ТУ 58 7000-001-58690085-03, произведенная ООО «Биотекс-СП» г. Москва, рекомендуется применять для бетонов с высоким требованиями по эксплуатационным свойствам. Пластификатор на основе фракционированных лигносульфонатов, неорганических солей, простых эфиров целлюлозы и сополимеров акрилового ряда;
  
• 
  катионактивная добавка для модификации заполнителя алкилдиметилбензиламмоний хлорид (АДМАХ) - бесцветная, прозрач­ная жидкость с молярной массой µ_ср=346-376 (ТУ 2482-008-04706205-2004), изготовленной «КАТАПАВ 1214С.80» в г. Волгодонске.
  

Формула: R(CH₃)₂[NCH₂C₆H₅]⁺C1, где R - остаток, содержащий C₁₂- C₁₈;

• 
  гидрофобизирующий 30% водно-спиртовый раствор полиметилсиликоната натрия марки ГКЖ-11 (ТУ 6-02-696-76), полученный из кубов остатков ректификации метилхлорсиланов. Производится Данковским химическим заводом Липецской области.
  

Таблица 4

Физико-механические характеристики отсевов дробления Аргунского карьера

Вид за­полнителя	Полные остатки (%) на ситах, мм						Модуль крупно­сти пес­чаной составля ющей смеси	Межзер новая пустот ность, %	Насып­ная плот­ность, кг/м3	Марка по дробимо- сти фр.5- 10мм
	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16
Рядовой отсев дробления	38,2	65,1	73,1	73,1	91,5	95,3	4,3	44,3	1510	М1000
Мытый отсев дробления	75,2	96,9	97,8	98,2	98,3	98,4	4,89	46,0	1535	Ml000

Порошкообразные добавки (С-3, БИО-НМ) перед применением растворялись и вместе с водой затворения добавлялись в состав бетонной смеси, а жидкими добавками (АДМАХ, ГКЖ-11) осуществлялась поверхностная обработка заполнителя.

Для улучшения эксплуатационных свойств в состав мелкозернистой смеси вводились фибры полипропиленовые ВСМ – 18 с длиной волокон 18 мм и диаметром 20-30 мкм. Производитель ООО «Альянс-Строительные Технологии», полный аналог фиброволокон Британской марки «Fibrin» производства компании «Adfil». Физико-механические характеристики волокон представлены в табл. 5.

Таблица 5

Физико-механические характеристики волокон

Тип волокна	Плотность, г/см3	Прочность на растяжение, МПа∙103	Модуль упругости, МПа∙103	Удлинение при разрыве, %
Полипропиленовое	0,9	0,4-0,77	3,5-8,1	10-23

Для проведения экспериментов в специально изготовленной цилиндрической пресс-форме (высота и диаметр 7см) изготавливались серии образцов-цилиндров, которые прессовались при удельном давлении 30 МПа. На образцах-цилиндрах изучалось влияние модифицированного заполнителя на процессы структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства прессованных мелкозернистых бетонов. Прочность при сжатии, предел прочности на растяжение при изгибе, предел прочности на растяжение при раскалывании определялась по ГОСТ 10180-90, призменная прочность определялись в соответствии ГОСТ 10180-90. В специальных пресс-формах были изготовлены образцы-призмы размером 40х40х160 мм.

Испытания бетонов на морозостойкость осуществлялись по ГОСТ 10060.2 для дорожных бетонов. В соответствии с ГОСТ 310.4-81 определялась водостойкость бетона. Величина открытой пористости определялась по ГОСТ 12730.4 «Бетоны. Методы определения показателей пористости». Испытания образцов бетона на водонепроницаемость проводились на установке УВБ-МГ4 в соответствии с ГОСТ 12730.5-84. Испытания на истираемость осуществлялись в соответствии с ГОСТ 13087-81 на круге ЛКИ-3.

Макро- и микроструктура прессованного образца изучалась с помощью растрового электронного микроскопа системы Quanta 200 3D .

следующая страница>