64492

БЕТОНИ НА ОСНОВІ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЦЕМЕНТІВ, АКТИВОВАНИХ У ВИСОКОВОЛЬТНОМУ ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ

Автореферат

Архитектура, проектирование и строительство

Важливим напрямком у вирішенні цих проблем є розробка композиційних цементів в тому числі багатокомпонентних що містять різні мінеральні добавки природного та техногенного походження.

Украинкский

2014-07-07

292.5 KB

1 чел.

PAGE  2

дОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

ХАЛЮШЕВ Олександр Каюмович

УДК 625.84:620.22:621.3.01 (043.3/.5)

БЕТОНИ НА ОСНОВІ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЦЕМЕНТІВ,

АКТИВОВАНИХ У ВИСОКОВОЛЬТНОМУ

ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ

05.23.05 – будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Макіївка – 2010


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технологій будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг Донбаської національної академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:                доктор технічних наук, доцент

ЗАЙЧЕНКО Микола Михайлович,

Донбаська національна академія будівництва

і архітектури (м. Макіївка),

професор кафедри технологій будівельних матеріалів,

виробів та автомобільних доріг.

Офіційні опоненти:                 доктор технічних наук, професор

СЕРДЮК Василь Романович,

Вінницький національний технічний університет,

завідувач кафедри менеджменту, будівництва

та охорони праці-життєдіяльності;

                   кандидат технічних наук, с.н.с.

БРАГІНСЬКИЙ Віталій Григорович,

НДІ "Донецький ПромбудНДІпроект"

Української державної будівельної

корпорації "Укрбуд",

провідний науковий співробітник відділу будівельних

матеріалів, виробів і конструкцій.

Захист відбудеться "22" жовтня 2010 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 Донбаської національної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Україна, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, I учбовий корпус, зала засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донбаської національної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Україна, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, I учбовий корпус.

Автореферат розісланий  "21" вересня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради       Я.В. Назім


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблеми ресурсо- та енергозбереження при виробництві будівельних матеріалів, у тому числі в'яжучих речовин та бетонів на їх основі набувають у світі все більшого значення. Важливим напрямком у вирішенні цих проблем є розробка композиційних цементів, в тому числі багатокомпонентних, що містять різні мінеральні добавки природного та техногенного походження. Переваги композиційних цементів у порівнянні з клінкерним портландцементом розкриваються також з позицій як екологічного фактору – зниження викидів в атмосферу вуглекислого газу, використання відходів промисловості, так і технічного – покращення технологічних характеристик бетонних сумішей, підвищення фізико-механічних та експлуатаційних властивостей бетонів.

В той же час заміна клінкерної складової портландцементу мінеральними компонентами, близькими за гранулометрією – добавками-розріджувачами (мелений доменний граншлак, зола-винесення, природні пуцолани), призводить до уповільнення швидкості гідратації композиційних цементів в ранні строки і зниження їх активності. З іншого боку, високодисперсні компоненти – добавки-ущільнювачі (мікрокремнезем, метакаолін, тонкомелений вапняк), збільшують водопотребу композиційних цементів і бетонів на їх основі. Використання хімічних модифікаторів поліфункціональної дії (активатор тверднення + пластифікатор) забезпечує інтенсифікацію тверднення композиційних цементів і підвищення марочної міцності. Однак сульфатна активація пов'язана з підвищеним вмістом у складі новоутворень каменя в'яжучого етрингіту, а лужна активація може призвести до розвитку корозії заповнювачів, що містять аморфні різновиди діоксиду кремнію. Достатньо вагомою проблемою є також питання сумісності хімічних модифікаторів з мінеральними компонентами.

Композиційні цементи, що виготовляються в умовах заводів товарного (збірного) бетону шляхом дозування та змішування попередньо підготовлених вихідних компонентів, можуть бути модифіковані впливом високовольтного електричного поля. Це забезпечить підвищення технологічності бетонних сумішей, фізико-механічних та експлуатаційних властивостей бетонів. Така технологія дозволяє залучити у виробництво багатотоннажні місцеві мінеральні відходи промисловості, що значно розширює сировинну базу пуцоланових матеріалів і номенклатуру одержуваних композиційних цементів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались згідно з напрямками реалізації "Програми науково-технічного розвитку Донецької області на період до 2020 р." в межах науково-технічного проекту "Ресурсозберігаючі технології переробки мінеральних відходів промисловості Донбасу в ефективні будівельні матеріали та вироби", а також відповідно до держбюджетних науково-дослідних тем на замовлення Міністерства освіти і науки України: "Ефективні технології переробки промислових відходів органічного і мінерального походження в високоякісні дорожні бетони" (2003–2005 рр., № 0103U000588); "Розробка наукових, технічних та технологічних засад для створення бетонних та залізобетонних конструкцій, будівельних виробів з високими фізико-механічними та експлуатаційними властивостями" (2006–2008 рр., № 0106U002949), "Комплексне теоретико-експериментальне обґрунтування властивостей високоякісних будівельних матеріалів та розробка ефективних технологій їх виробництва" (2009–2010 рр., №0109U003040). Автор дисертації є виконавцем перелічених НДР: проводив експериментальні дослідження з розробки технології та визначення властивостей модифікованих композиційних цементів і бетонів на їх основі, впровадження розробок у виробництво.

Мета дослідження  розробка складів і технології модифікованих композиційних цементів і бетонів на їх основі з підвищеними фізико-механічними та експлуатаційними властивостями шляхом встановлення закономірностей впливу високовольтного електричного поля на процеси формування структури і властивості каменя в'яжучого та бетону.

Задачі досліджень:

- обґрунтувати вибір мінеральних добавок для модифікованих композиційних цементів на основі експериментальних досліджень їх гранулометричного складу, питомої поверхні та пуцоланової активності;

- визначити гранулометрію, форму зернин та хімічний склад композиційного цементу, модифікованого послідовно в комбінованому (постійне, потім змінне) високовольтному електричному полі;

- дослідити аутогезію дисперсних компонентів композиційних цементів та кінетику седиментації мінеральних дисперсій, оброблених у високовольтному полі коронного розряду;

- розробити і оптимізувати склади багатокомпонентних композиційних цементів з мінеральними добавками з відходів промисловості;

- дослідити процеси структуроутворення цементних паст на основі модифікованих композиційних цементів, визначити склад продуктів гідратації;

- визначити реологічні властивості бетонних сумішей, параметри порової структури, фізико-механічні та деформаційні властивості бетонів, одержаних на основі модифікованих композиційних цементів;

- виконати дослідно-промислові випробування способу активації дисперсних мінеральних компонентів бетону в високовольтному електричному полі та визначити його техніко-економічну ефективність;

- розробити технологічний регламент виробництва каменів бетонних та залізобетонних бортових з дрібнозернистих бетонів на основі композиційних цементів.

Об'єкт дослідження – композиційні цементи, бетонні суміші та бетони на основі модифікованих композиційних цементів.

Предмет дослідження – процеси і явища, що визначають закономірності процесу формування структури і властивостей бетонних сумішей і бетонів на основі композиційних цементів, модифікованих у високовольтному електричному полі.

Методи досліджень. Експериментальні дослідження виконано стандартними та спеціальними методами з використанням атестованих засобів вимірювальної техніки та випробувального обладнання. Використано сучасні фізико-хімічні методи аналізу: диференційний термогравіметричний, рентгенофазовий, інфрачервону спектроскопію, скануючу електронну мікроскопію з енергодисперсійною спектроскопією, диференційний термокінетичний аналіз. Визначення фізико-механічних та деформаційних властивостей бетонів проведено за стандартними методиками. Оптимізацію складу композиційних цементів виконано з використанням математичних моделей. Для обробки і аналізу результатів експериментів застосовано методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

– теоретично й експериментально обґрунтовано спосіб поверхневого модифікування портландцементу високодисперсними мінеральними добавками, який полягає в тому, що компоненти композиційного цементу різного ступеня дисперсності послідовно оброблюються в полі коронного розряду та високовольтному змінному електричному полі, що призводить до фіксації дрібних частинок мінеральних добавок на поверхні зернин портландцементу з утворенням сферичних агломератів і, як результат, зниження водопотреби композиційного цементу;

– з використанням комп'ютерного моделювання електричного поля коронного розряду розраховано концентрацію рухливих іонів в області корони, утворюваних матрицею вертикальних електродів, що дозволяє визначити основні конструктивні характеристики пристроїв для активації композиційних цементів;

– встановлено вплив оптимальних режимів високовольтної електричної активації компонентів композиційних цементів на процеси структуроутворення і тверднення цементних паст, що відображається підвищенням рухливості цементних паст, ступеня гідратації в'яжучого, утворенням у складі продуктів гідратації більшої кількості низькоосновних гідросилікатів кальцію, підвищенням активності в'яжучих та міцності бетонів на їх основі;

– визначено оптимальні співвідношення між мінеральними добавками (доменний граншлак, шлак та зола-винесення ТЕС, пил шамотно-каоліновий, вапняк, мікрокремнезем), які містяться в багатокомпонентних композиційних цементах, що у сукупності з оптимальними режимами високовольтної електричної активації забезпечує підвищення показників технологічних властивостей бетонних сумішей та фізико-механічних і деформативних властивостей бетонів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці і дослідно-промисловій апробації:

– складів багатокомпонентних композиційних цементів типу КЦ V/Б-400, що містять замість частини доменного граншлаку та золи-винесення мелений шлак ТЕС, мелений вапняк або пил шамотно-каоліновий, які за показниками якості відповідають вимогам ДСТУ Б В.2.7-46-96 і характеризуються прискореними темпами тверднення у ранньому віці у порівнянні з традиційними композиційними цементами;

– складів композиційних портландцементів типу ПЦ ІІ/Б-К-500, що містять замість частини доменного граншлаку мелений вапняк, пил шамотно-каоліновий або мікрокремнезем, які за показниками якості відповідають вимогам ДСТУ Б В.2.7-46-96 і не поступаються клінкерним портландцементам типу ПЦ І-500;

– пристроїв для модифікування композиційних цементів у високовольтному електричному полі (патенти України на винахід №№ 26894, 30862) – дослідно-промислове впровадження підприємством "Стакон", м. Донецьк;

– технологічного регламенту виробництва каменів бетонних та залізобетонних бортових з дрібнозернистих бетонів на основі композиційних цементів.

Результати дисертаційного дослідження впроваджено в навчальний процес при підготовці студентів спеціальності 6.092104 "Технологія будівельних конструкцій, виробів і матеріалів" в курсі лекцій та лабораторних робіт з дисциплін "В'яжучі речовини", Бетони і будівельні розчини".

Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати дисертації одержані здобувачем особисто, а саме: розроблено склади і технологію композиційних цементів; досліджено гранулометричний склад мінеральних добавок та модифікованого у високовольтному електричному полі цементу, процеси структуроутворення, склад продуктів гідратації в'яжучих речовин; визначено основні фізико-механічні та експлуатаційні властивості бетонів на основі модифікованих композиційних цементів; здійснено дослідно-промислове впровадження результатів дослідження з визначенням техніко-економічної ефективності запропонованих рішень.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи оприлюднені на національних і міжнародних конференціях та семінарах: "Композиційні матеріали підвищеної довговічності для будівництва" (Макіївка, 2004); "Інноваційні технології діагностики, ремонту та відновлення об’єктів будівництва і транспорту" (Алушта, 2005); "Структуроутворення, міцність і руйнування композиційних будівельних матеріалів і конструкцій" (Одеса, 2004, 2006, 2009); "Енергозаощадження у будівництві" (Чернівці, 2006); "Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди" (Рівне, 2008); "Сучасні будівельні конструкції і матеріали для промислового, цивільного та дорожнього будівництва" (Макіївка, 2006); The Third International Conference on the Alkali Activated MaterialsResearch, Production and Utilization (Prague, 2007); "Межрегиональные проблемы экологической безопасности" (Одеса, 2007); "Экология промышленных регионов" (Луганськ, 2008); "Сучасні технології бетону" (Київ, 2009).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 12 статей у наукових журналах і збірниках наукових праць, що входять до переліку ВАК України (три статті одноосібно), три публікації у матеріалах і тезах конференцій, одержано два патенти України на винахід.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 165 найменувань на 16 сторінках, п'яти додатків на 47 сторінках, містить 210 сторінок, у тому числі 140 сторінок основного тексту, 58 рисунків, 33 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дисертаційного дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення роботи, приведено інформацію щодо структури та обсягу дисертації, публікацій та апробації роботи.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан питання з напрямку теми дисертації, викладено теоретичні передумови досліджень, на основі яких сформульовано наукову гіпотезу роботи.

За прогнозами експертів "OneStone Consulting Group GmbH" світовий попит на цемент з кожним роком стрімко зростає – для забезпечення об'ємів будівництва, що плануються в 2010 році, світове споживання цементу становитиме 2840 млн. т, що на 540 млн. т більше у порівнянні з 2005 роком. При цьому цементна промисловість є одним з найкрупніших споживачів природної сировини і енергії. Важливим напрямком у вирішенні цих проблем є розробка композиційних цементів, у тому числі багатокомпонентних, що містять різні мінеральні добавки природного та техногенного походження.

Питанням розробки складів і технології композиційних цементів, встановленню закономірностей впливу мінеральних добавок на властивості бетонних сумішей і бетонів присвячені наукові дослідження вітчизняних та зарубіжних вчених: В.Г. Брагінського, В.М. Вирового, С.А. Висоцького, В.І. Гоца, Л.Й. Дворкіна, О.Л. Дворкіна, С.С. Капрієлова, С.В. Коваля, П.В. Кривенка, О.Г. Ольгінського, К.К. Пушкарьовой, Р.Ф. Руновой, М.А. Саницького, Х.С. Соболь, О.В. Ушерова-Маршака, Х. Тейлора, О.О. Шишкіна, A.K. Chatterjee, M. Collepardi, G. Daderko, R.K. Dhir, C.F. Ferraris, V.M. Malhotra, P.K. Mehta, Ch. Müller, L. Opoczky й ін.

Аналіз публікацій свідчить про те, що використання дисперсних мінеральних добавок у складі бетону дозволяє знизити витрати цементу, керувати кінетикою та ступенем гідратації композиційного в'яжучого, в результаті хімічної взаємодії добавок з продуктами гідратації портландцементу одержувати якісно нові з'єднання і структури. При цьому пуцоланова активність мінеральних добавок дуже різниться, тому доцільним є їх комбінування для досягнення високих показників якості та зниження собівартості виробництва цементу, у зв'язку з чим у світовій практиці збільшується виробництво багатокомпонентних цементів.

В той же час, незважаючи на те, що Європейським стандартом EN-197-1 передбачено широкий спектр мінеральних добавок, переважна більшість композиційних в'яжучих виробляється з доменним гранульованим шлаком та золою-винесення класу F. Однак в силу різного ступеня розмелювання клінкеру і шлаку цемент має не оптимальну гранулометрію, а коливання хімічного складу золи не забезпечує гарантовану якість цементів. Тому в країнах Європи, в т.ч. в Україні спостерігається тенденція зменшення вмісту шлаку у складах цементів шляхом часткової заміни іншими пуцоланами: класифікованою золою-винесення, метакаоліном, базальтом, перлітом, вапняком, пилом цементних печей тощо.

В дослідженнях М.М. Зайченка встановлена висока ефективність комбінування у складах органо-мінеральних модифікаторів високоміцних бетонів мікрокремнему з меленим шлаком ТЕС та пилом шамотно-каоліновим обертових печей випалу шамоту. В той же час вплив цих добавок у більшій кількості, тобто у складах композиційних цементів, на властивості бетонів не досліджено.

Заміна клінкеру портландцементу мінеральними компонентами, близькими за гранулометричним складом – добавками-розріджувачами (доменний граншлак, зола-винесення, природні пуцолани), призводить до уповільнення швидкості гідратації композиційних цементів в ранні строки і зниження їх активності, а високодисперсні компоненти – добавки-ущільнювачі (мікрокремнезем, метакаолін, тонкомелений вапняк), збільшують водопотребу композиційних цементів і бетонів на їх основі. Усунення цих проблем досягається шляхом різного роду активаційних впливів на окремі складові чи композиційний цемент в цілому: хімічного модифікування добавками поліфункціональної дії, механоактивацією тощо.

В різних галузях, де використовуються високодисперсні порошки, інтенсивно розвиваються дослідження за напрямом так званого сухого поверхневого модифікування (dry particle coating), суть якого полягає в фіксації високодисперсних частинок розміром 0,1-50 мкм (guest particles – "гостьові" частинки) на поверхні більш крупних – 1-500 мкм (host particles – частинки-носії) в процесі інтенсивного їх перемішування з великою кількістю зіткнень. Висока ефективність поверхневого модифікування досягається при достатньо великій різниці між розмірами "частинок-носіїв" і "гостьових" частинок. З цієї точки зору представляє практичний інтерес поверхневого модифікування портландцементу високодисперсним мікрокремнеземом. В цьому контексті слід відзначити перспективні розробки японських вчених (I. Tanaka, M. Koishi, K. Shinohara й ін.) – технологію формування "сфероїдального" цементу (spherical cement), суть якої полягає в обробці портландцементу з мінеральними добавками в спеціальному змішувачі–гібридизаторі. В процесі обробки частинки укрупнюються, знижуючи загальну питому поверхню, і набувають форми, близької до сферичної (kф0,85), що забезпечує зниження їх водопотреби та підвищення рухливості бетонних сумішей.

В той же час недоліком цього способу є значне налипання частинок на стінки змішувача, а також схильність високодисперсних компонентів утворювати власні агломерати, що знижує їх ефективність як індивідуальних частинок. Окрім того, адгезія частинок є наслідком їх тертя та зіткнень, що ініціює виникнення трибоелектричного заряду, що й саме забезпечує фіксацію частинок. Однак відносно невелике значення трибоелектричного заряду може бути недостатнім для сталого стану одержуваних "сфероїдів", цей заряд також значною мірою залежить від відносної вологості оточуючого середовища. Тому попереднє біполярне зарядження частинок у зовнішньому електричному полі забезпечує більш високу ефективність методу поверхневого модифікування. Отже, композиційні цементи, що виготовляються в умовах заводів товарного (збірного) бетону шляхом дозування та змішування попередньо підготовлених вихідних компонентів, можуть бути модифіковані при дії високовольтного електричного поля.

На основі аналізу відомої інформації, а також виходячи з гранулометричного складу та електроповерхневих властивостей мінеральних добавок – компонентів композиційних цементів, в роботі висунута наступна наукова гіпотеза. Обробку компонентів композиційних цементів, що містять мінеральні добавки-розріджувачі, необхідно здійснювати в уніполярному полі коронного розряду, що забезпечить електростатичне відштовхування частинок і підвищення технологічних характеристик бетонних сумішей. Компоненти композиційних цементів, що містять високодисперсні добавки-ущільнювачі, повинні заряджатися біполярно з наступною їх агломерацією у високовольтному змінному електричному полі. Зниження питомої поверхні цементу та сферична форма модифікованих частинок забезпечить підвищення технологічних властивостей бетонних сумішей, а гетерогенні заряди частинок – підвищення міцності адгезійних контактів і, відповідно, міцності каменя в'яжучого.

У другому розділі наведено властивості вихідних матеріалів, викладено методи досліджень, подано конструктивні характеристики установок для обробки компонентів композиційних цементів у високовольтному електричному полі, приведено результати комп'ютерного моделювання параметрів електричного поля коронного розряду.

При проведенні експериментів як вихідні матеріали прийнято:

  •  в'яжучі речовини: портландцемент, одержаний помелом у кульовому млині до питомої поверхні 320 м2/кг портландцементного клінкеру Амвросіївського цементного комбінату з гіпсовим каменем; портландцемент ПЦ I-500-H Балакліївського цементного комбінату;
  •  заповнювачі: пісок кварцовий Просянівського (Мкр=2,4) та Краснолиманського (Мкр=1,1) родовищ; золо-шлакова суміш Вуглегірської ТЕС (Мкр=3,1); щебінь гранітний Кальчикського кар'єру (фракція 5-10 мм);
  •  мінеральні добавки: мелений доменний гранульований шлак Макіївського металургійного комбінату, зола-винесення та мелений шлак Вуглегірської ТЕС; пил шамотно-каоліновий обертових печей випалу шамоту Володимирівського заводу вогнетривів, мікрокремнезем Стахановського заводу феросплавів, мелений вапняк Комсомольського рудоуправління;
  •  хімічні добавки: суперпластифікатор С-3 (ТУ 2481-001-51831493-00).

Експериментальні дослідження виконано за допомогою стандартних та спеціальних методів. Оцінку гранулометричного складу мінеральних компонентів здійснено з використанням растрового електронного мікроскопу "РМ–106 И" (зйомка у відбитих електронах). Хімічний склад структури матеріалів досліджено методом енергодисперсійної спектроскопії (EDS). Склад продуктів гідратації цементного каменя досліджено з використанням дериватографічного (дериватограф Q-1500) та рентгенофазового (дифрактометри "Дрон-3", "Дрон–413S", катод Cu (Ni)) методів. Структуроутворення цементних паст вивчали за допомогою конічного пластометру конструкції МДУ та диференціального автоматичного калориметру ДАК-1-1А (при температурі 30°С). Здобуті експериментальні дані опрацьовано методами математичної статистики.

Обробка композиційного цементу, що містить близькі за гранулометричним складом до портландцементу мінеральні компоненти (добавки-розріджувачі), здійснюється в пристрої, що працює за принципом дії вертикальних трубчатих електрофільтрів. З метою підвищення продуктивності пристрою та ефективності активації цементу камера електризації обладнана групою коронуючих електродів, упорядкованих в матрицю. За результатами комп'ютерного моделювання електростатичного поля коронного розряду встановлено, що об'ємна щільність зарядів у поверхні електродів становить 170 μКл/м3 (106 заряджених іонів в 1 мм3).

Обробка (поверхневе модифікування) композиційного цементу, що містить високодисперсні мінеральні добавки (добавки-ущільнювачі), здійснюється в пристрої, що складається з декількох послідовних вузлів: дозуючого пристрою; камери електризації (біполярного зарядження частинок); камери агломерації та приймального бункера модифікованого композиційного цементу (рис. 1).

Рис. 1. Схема експериментального пристрою для поверхневого модифікування портландцементу високодисперсними мінеральними добавками.

Вихідні компоненти – мікрокремнезем (1) та портландцемент (2) через дозуючі пристрої роздільними потоками подаються у відсіки камери електризації (І) для біполярного зарядження – портландцемент в камеру з позитивним коронуючим електродом, мікрокремнезем – негативним. Заряджені крупні частинки портландцементу та дрібні частинки мікрокремнезему в камері агломерації (ІІ) під впливом змінного електричного поля коливаються з різною амплітудою і частотою. Градієнт частоти і амплітуди коливань обумовлює численні зіткнення частинок і фіксацію дрібних частинок мікрокремнезему на більш крупних частинках портландцементу, що призводить до утворення сфероїдальних агломератів (3).

Виконано розрахунок сил аутогезії для двох частинок, що складають агломерат – портландцемент (d1 = 10 мкм) і мікрокремнезем (d2 = 0,1 мкм). Показано, що для незаряджених частинок величина сил електричної взаємодії дуже мала у порівнянні з молекулярними та капілярними силами. Біполярне зарядження частинок при потенціалі коронуючих електродів +18 і -18 кВ значно підвищує електричну компоненту сил аутогезії, яка за значенням наближається до величини молекулярних сил.

У третьому розділі досліджено пуцоланову активність мінеральних добавок, визначено найбільш раціональні комбінації мінеральних добавок у складах композиційних цементів, що забезпечують їх максимальну активність при мінімальній витраті клінкерного портландцементу ПЦ I, виконано оптимізацію складів композиційних цементів типів КЦ V/Б та ПЦ II/Б-К (ДСТУ Б В.2.7-46-96).

За даними РФА встановлено, що за ступенем аморфності досліджувані мінеральні добавки з відходів промисловості Донбасу розташовуються у такий ряд: мікрокремнезем сухого газоочищення (МКСГ) мелений шлак ТЕС (МШ) мікрокремнезем мокрого газоочищення (МКМГ) доменний граншлак (ДГШ) зола-винесення ТЕС (ЗВ) пил шамотно-каоліновий (ПШК). Мікрокремнезем сухого газоочищення – це найбільш ефективна ультрадисперсна мінеральна добавка, але в силу її високої водопотреби та дефіциту прийнята лише у складах модифікованих в електричному полі композиційних портландцементів типу ПЦ II/Б-К.

Незважаючи на наявність великої кількості кристалічних з'єднань у складі пилу шамотно-каолінового, його пуцоланова активність за поглинанням вапна з насиченого розчину є достатньо високою – CaO=30,1 мг/г протягом 50 діб (коефіцієнт гідратаційної активності ). Таке ж значення коефіцієнту гідратаційної активності встановлено для меленого шлаку ТЕС. В той же час останній має значно меншу водопотребу в порівнянні з пилом шамотно-каоліновим. Тому як основну мінеральну добавку, що замінює частину доменного гранульованого шлаку у складах композиційних цементів типу КЦ V/Б, прийнято мелений шлак ТЕС.

Експериментами, що виконані за схемою дисперсійного аналізу при використанні латинського квадрату 33, знайдено найбільш оптимальні у складах композиційних цементів комбінації меленого шлаку ТЕС з іншими мінеральними добавками, а саме – золою-винесення, пилом шамотно-каоліновим та меленим вапняком (МВ), які прийняті в якості додаткових мінеральних компонентів.

Оптимізацію складів композиційних цементів типу КЦ V/Б здійснено з використанням методу математичного планування експерименту (ПФЕ 2k). Витрата меленого доменного гранульованого шлаку у всіх складах цементу прийнята незмінною – 30 %. Основну мінеральну добавку – мелений шлак ТЕС, додавали до 100 % в залежності від витрат додаткової мінеральної добавки (фактор Х1=7,5±7,5 %) та портландцементу (фактор Х2=32,5±7,5 %).

За функцію відгуку прийнято параметр Y1(X1, X2) – межа міцності при стиску зразків-кубів цементного каменя – не менше 50 МПа.

Одержано наступні рівняння регресії для складів, в яких як додаткову мінеральну добавку використано відповідно пил шамотно-каоліновий, мелений вапняк та золу-винесення:

                                                     (1)

                                                          (2)

                                          (3)

Графічна інтерпретація математичних залежностей та коефіцієнт множинної кореляції представлені на рис. 2.

а)

б)

в)

Рис. 2. Залежність міцності при стиску цементного каменя від витрат портландцементу (x2) та пилу шамотно-каолінового (а); меленого вапняку (б); золи-винесення (в) – (x1).

Композиційний портландцемент типу ПЦ II/Б-К одержано шляхом сумісного помелу у шаровому млині клінкеру портландцементу, гіпсу, доменного гранульованого шлаку, мікрокремнезему агломерованого з відвальних шламів Стахановського заводу феросплавів (МКМГ) та шлаку ТЕС. Для інтенсифікації процесу помелу та зниження водопотреби композиційного портландцементу додавали суперпластифікатор С-3 у кількості 0,2% від маси портландцементу.

За результатами оптимізації одержано наступні склади композиційних цементів типів КЦ V/Б та ПЦ II/Б-К (табл. 1).

Таблиця 1

Склад і властивості композиційних цементів

Компонент

композиційного цементу, %

Тип і назва ПЦ по EN 197-1/

ДСТУ Б В.2.7-46-96

CEM II /B-M ПЦ II/Б-К-

CEM V/В

КЦ V/Б-

Показник якості

МКМГ

МШ

ПШК

МВ

ЗВ

Клінкер портландцементу

65

65

39

39

39

39

Доменний граншлак

5

5

31

31

31

31

Шлак ТЕС

20

15

30

15

15

15

Мікрокремнезем

10

15

-

-

-

-

Пил шамотно-каоліновий

-

-

-

15

-

-

Вапняк

-

-

-

-

15

-

Зола-винесення

-

-

-

-

-

15

С-3

0,2

-

-

-

-

Тонкість помелу, %

86

86

90

92

86

88

Нормальна густота, %

26,5

27

24,5

27,0

22,5

22,5

Строки тужавлення:

  •  початок, год.-хв.
  •  кінець, год.-хв.

1-75

2-65

1-65

2-50

2-50

6-30

1-55

3-45

1-25

4-15

3-40

7-25

Міцність при стиску (28 діб)

53,0

51,5

41,0

42,0

44,0

43,5

Міцність при згині (28 діб)

7,1

6,9

6,5

7,2

7,0

6,8

Четвертий розділ присвячено дослідженню впливу високовольтного електричного поля на реологічні властивості та гранулометрію мінеральних дисперсій, структуроутворення та склад продуктів гідратації композиційних цементів.

Характерною особливістю оброблених в електричному полі коронного розряду мінеральних порошків у порівнянні з контрольними пробами є більш низькі значення насипної щільності та кута природного укосу. Це обумовлено зміною балансу сил, що виникають при взаємному контакті частинок. Зокрема, електричні сили виникають в результаті донорно-акцепторних процесів і утворення подвійного електричного шару на поверхні між частинками, що стикаються. Високовольтна обробка порошків викликає поляризацію зарядів частинок. В результаті між окремими ділянками з уніполярним зарядом, виникають кулонівські сили відштовхування, що знижують аутогезію частинок.

Вплив високовольтної електричної обробки на взаємодію між частинками оцінювали за кінетикою осідання твердої фази (мінеральні добавки, цемент) у рідині (вода, керосин). Седиментація частинок відбувається під впливом сили тяжіння, при цьому за відсутністю бар'єру відштовхування частинки утворюють агрегати, що підвищує швидкість їх осідання. При уніполярному або біполярному зарядженні частинок в електричному полі швидкість седиментації відповідно уповільнюється або прискорюється. Ці ефекти можна використовувати з метою модифікування композиційних цементу.

Для поверхневого модифікування портландцементу високодисперсним мікрокремнеземом масова частка "гостьових" частинок W, % (мікрокремнезем) розміром та щільністю  розраховується із таких припущень: частинки мають сферичну форму, які моношаром (N кількість частинок) вкривають "частинки-носії" розміром  і щільністю  (портландцемент):

.    (4)

При співвідношенні  (зокрема, /10) .

Якщо прийняти середній розмір частинок мікрокремнезему =2 мкм, а портландцементу =20 мкм, то масова частка "гостьових" частинок згідно з (4) становить 25,5 %.

Після звичайного перемішування суміші матеріалів, що містить портландцемент (75 %) і мікрокремнезем (25 %), кількість кутастих частинок неправильної форми зменшується (рис. 3 в), в більшому ступені це спостерігається для суміші цих матеріалів, оброблених в пристрої для поверхневого модифікування (рис. 3 г). При цьому зустрічаються укрупнені агрегати розміром до 50-100 мкм (рис. 4 а). За даними енергодисперсійної спектроскопії поверхня таких "сфероїдів" (точка 1, рис. 4 б) представлена наступними оксидами, %: SiO2 (84,93); SO3 (11,91); Al2O3 (1,85); MgO (0,84); K2O (0,45), що характерно для хімічного складу мікрокремнезему. Для порівняння частинка на поверхні "сфероїду" (точка 2) представлена таким набором оксидів, %: CaO (51,44); SiO2 (37,31); Fe2O3 (4,21) SO3 (2,24 %); Al2O3 (1,43); K2O (3,07), що є наближеним до хімічного складу портландцементу.

Рухливість цементних паст складу "портландцемент – мікрокремнезем – суперпластифікатор С-3 (1 %) оцінювали за індексом текучості G, що визначається за формулою G=F2/502-1, де F – середній діаметр розтікання суміші за Суттардом. Встановлено, що для цементної пасти складу ПЦ (210 г) – МКСГ (70 г) – С-3 (2,8 г), В/В=0,32 індекс G становить 1,1, в той час як для цементної пасти на основі модифікованого цементу величина G=1,1 досягається при водов'яжучому співвідношенні В/В=0,285 (на 11 % менше у порівнянні з контрольним складом). Це забезпечує підвищення міцності при стиску цементного каменя у віці 28 діб нормального тверднення на 37 %.

Термокінетичний аналіз (швидкість тепловиділення) тверднення цементної пасти з добавкою 25 % мікрокремнезему сухого газоочищення свідчить про незначне уповільнення процесу гідратації у порівнянні з контрольним клінкерним цементом (рис. 5). Ще в більшій мірі знижується висота першого екзоефекту для модифікованого цементу. Це пов'язано, по-перше, зі зменшенням вмісту клінкерної складової цементу, по-друге, напевно з тим, що шар ультрадисперсних частинок мікрокремнезему та продуктів гідратації на поверхні зернин портландцементу знижує проникність води.

Рис. 3. СЕМ дисперсних матеріалів: а) – портландцемент; б) – мікрокремнезем; в) – механічна суміш портландцементу з мікрокремнеземом; г) – суміш портландцементу з мікрокремнеземом після поверхневого модифікування.

Рис. 4. СЕМ частинки модифікованого композиційного портландцементу (а) з енергодисперсійною спектроскопією (б).

Рис. 5. Криві швидкості тепловиділення цементних паст:

1 – портландцемент (ПЦ); 2 – портландцемент з добавкою мікрокремнезему (ПЦ+МК, контрольний зразок); 3 – портландцемент з добавкою мікрокремнезему (ПЦ+МК, модифікований зразок).

Екстремум другого екзоефекту для портландцементної пасти зафіксовано через 9,5 годин гідратації, в той же час добавка мікрокремнезему зсуває його положення до 13-14 годин для контрольного зразку і 15-16 годин – для модифікованого зразку. При цьому максимальна величина тепловиділення спостерігається саме для модифікованого цементу, що свідчить про підвищення його ступеня гідратації. Ці дані узгоджуються з результатами диференційного термогравіметричного та рентгенофазового аналізів каменя в'яжучого, що тверднув за нормальних умов протягом 28 діб. Для модифікованого цементу спостерігається зниження інтенсивності дифракційних відбитків ліній аліту (d=0,386; 0,277; 0,176 нм) та портландиту (d=0,491; 0,311; 0,263; 0,193; 0,170 нм) при одночасному збільшенні ліній, характерних для низькоосновних гідросилікатів кальцію (d=0,304; 0,280; 0,182 нм). Такі ж закономірності зафіксовано при аналізі рентгенограм модифікованих в електричному полі цементів, що містять добавку пилу шамотно-каолінового (золи-винесення ТЕС).

В п'ятому розділі приведено результати досліджень реологічної характеристики бетонних сумішей – в'язкості при вібрації (ефективної в'язкості), а також механічних, деформаційних (в умовах короткочасного і тривалого навантаження) та експлуатаційних властивостей бетонів на основі композиційних цементів, активованих у високовольтному електричному полі.

Встановлено, що ефективна в'язкість дрібнозернистих бетонних сумішей на основі композиційних цементів, що містять комплекс мінеральних добавок з меленого доменного граншлаку, меленого шлаку ТЕС та золи-винесення ТЕС / меленого вапняку (КЦ V/Б-ЗВ / КЦ V/Б-МВ – склад цементу див. табл. 1), вище відповідно на 11 і 25 % у порівнянні з бетонною сумішшю на основі портландцементу типу ПЦ I (рис. 6). Це обумовлено більш високою водопотребою мінеральних добавок композиційних цементів, зокрема меленого вапняку. В той же час, уніполярне зарядження в електричному полі компонентів композиційного цементу – портландцементу і мінеральних добавок, забезпечує зниження ефективної в'язкості модифікованих сумішей на основі композиційних цементів КЦ V/Б-ЗВ і КЦ V/Б-МВ відповідно на 23 і 27 % у порівнянні з аналогічними контрольними складами.

Рис. 6. Показники ефективної в'язкості бетонних сумішей на композиційному цементі типу КЦ-V/Б.

Для бетонної суміші на основі композиційного портландцементу типу КЦ-ІІ/Б-К, що містить мелені добавки доменного граншлаку та агломерованого мікрокремнезему мокрого газоочищення, зростання величини ефективної в'язкості у порівнянні з бетонною сумішшю на основі портландцементу типу ПЦ I більш суттєве – на 55 %. Електростатична обробка портландцементу і мінеральних добавок в полі позитивної корони забезпечує зниження ефективної в'язкості на 26 %. В той же час слід відзначити, що рухливість бетонної суміші за показником осадки стандартного конусу змінюється не так суттєво – максимальний водоредукуючий ефект від електроактивації компонентів цементу не перевищує 5-7 %.

Порівняльні характеристики фізико-механічних, деформаційних та експлуатаційних властивостей бетонів на основі композиційного цементу типу КЦ V/Б-МВ приведено в табл. 2. Збільшення міцності бетону при стиску зразків, виготовлених на основі модифікованого (активованого в високовольтному електричному полі) цементу пояснюється зниженням на 5 % водоцементного співвідношення бетонних сумішей при забезпеченні необхідної рухливості, а також підвищення ступеня гідратації активованого в'яжучого. Це сприяє формуванню більш щільної структури бетону (зафіксовано підвищення середньої густини, а також зниження середнього радіусу пор  та підвищення їх однорідності за розмірами α, що визначено за кінетикою водопоглинання). В свою чергу, більш щільна структура бетону на модифікованому цементі обумовлює підвищення його деформаційних та експлуатаційних характеристик.

Таблиця 2

Фізико-механічні, деформаційні та експлуатаційні властивості бетонів на

основі композиційного цементу типу КЦ V/Б-МВ

Назва показника

Од. вим.

Значення показника для бетону на основі КЦ V/Б-МВ

контрольного

модифікованого

1

Середня густина

кг/м3

2290

2350

2

Водопоглинання за масою

%

6,4

5,3

3

Границя міцності при стиску:

  •  28 діб
  •  90 діб
  •  360 діб

МПа

48,6

54,8

58,4

56,7

63,2

66,8

4

Усадка

мм/м

0,63

0,55

5

Марка за морозостійкістю

-

F150

F200

6

Початковий модуль пружності

ГПа

-

38,6

7

Призмена міцність у віці 150 діб після тривалого осьового обтиснення h=s/Rb=0,5

МПа

-

35,8

8

Міра повзучості (150 діб, рівень навантаження η=σ/Rb=0,5)

-

-

C=4,0910-5

9

Деформації повзучості (η=σ/Rb=0,5)

-

-

Висновки

  1.  Теоретично й експериментально обґрунтовано способи активації композиційних цементів у високовольтному електричному полі, суть яких полягає в тому, що обробка композиційних цементів, що містять мінеральні добавки, близькі за гранулометричним складом до портландцементу, здійснюється в уніполярному полі коронного розряду, яке створюється групою вертикальних коронуючих електродів, упорядкованих в матрицю. Композиційні цементи, що містять високодисперсні добавки-ущільнювачі, активуються методом сухого поверхневого модифікування, що передбачає попереднє біполярне зарядження частинок цементу і мінеральних добавок з подальшою їх агломерацією у високовольтному змінному електричному полі.
  2.  На основі комп'ютерного моделювання електричного поля коронного розряду виконано розрахунок концентрації рухливих іонів в області корони, створюваних матрицею вертикальних електродів, що дозволяє визначити основні конструктивні характеристики пристроїв для активації композиційних цементів. При діаметрі поперечного перерізу електроду d=0,6 мм, відстані між електродами 20 мм, потенціалі -25 кВ, величині струму корони 0,5 mА/м об'ємна щільність заряду у поверхні електроду становить 170 μКл3 (106 заряджених іонів в 1 мм3).
  3.  Виконано розрахунок сил аутогезії для двох частинок, що складають сфероїдальний агломерат – частинки портландцементу (d1 = 10 мкм) і частинки мікрокремнезему (d2 = 0,1 мкм), який показує, що для незаряджених частинок величина сил електричної взаємодії () дуже мала у порівнянні з молекулярними () і капілярними силами (). Біполярне зарядження частинок в полі коронного розряду при потенціалі коронуючого електроду +18 и -18 кВ значно підвищує електричну компоненту сил аутогезії –  Н.
  4.  За результатами дослідження пуцоланової активності мінеральних добавок з відходів промисловості Донбасу визначено найбільш раціональні комбінації мінеральних добавок у складах композиційних цементів типу КЦ V/Б, що забезпечують активність в'яжучого не менше 40 МПа при мінімальній витраті клінкерного портландцементу та різні терміни тужавлення. Оптимальні склади композиційного портландцементу типу ПЦ II/Б-К, що містять мінеральні добавки у вигляді доменного гранульованого шлаку та агломерованого мікрокремнезему, за показниками якості не поступаються портландцементу ПЦ I-500, що підтверджено порівняльними випробуваннями, виконаними акредитованою лабораторією НДІ "Донецький ПромбудНДІпроект".
  5.  Досліджено вплив високовольтної електричної обробки на взаємодію між частинками. За даними скануючої електронної мікроскопії з енергодисперсійною спектроскопією встановлено, що в результаті електроповерхневого модифікування портландцементу високодисперсним мікрокремнеземом в суміші "портландцемент (75%) – мікрокремнезем (25%)" кількість дрібних зернин зменшується, а переважна більшість частинок набуває сферичної форми в результаті утворення агломератів розміром 25-50 мкм, що забезпечує зниження водопотреби цементу на 11 % і підвищення міцності при стиску цементного каменя на 37 % у порівнянні з контрольним цементом.
  6.  Визначено закономірності впливу режимів обробки компонентів композиційних цементів у високовольтному електричному полі на процеси структуроутворення і тверднення. За даними термокінетичного та диференційного термогравіметричного аналізів встановлено підвищення ступеня гідратації модифікованих в електричному полі композиційних цементів. Результати рентгенофазоваго аналізу каменя в'яжучого свідчать про зменшення інтенсивності дифракційних відбитків портландиту та підвищення інтенсивності ліній гідросилікатів кальцію.
  7.  Встановлено, що дрібнозернисті бетонні суміші на основі композиційних цементів типу КЦ V/Б та ПЦ II/Б-К, що активовані у високовольтному електричному полі за відповідними режимами, характеризуються меншими на 23-27 % показниками ефективної в'язкості (в'язкості при вібрації) у порівнянні з аналогічними контрольними складами бетонних сумішей, що забезпечує зменшення водопотреби бетонних сумішей на 5-7 % при досягненні необхідних показників рухливості. Це сприяє формуванню більш щільної структури бетону (підвищення середньої густини, зниження середнього радіусу пор  та підвищення їх однорідності за розмірами α). В свою чергу, більш щільна структура бетону на модифікованому композиційному цементі обумовлює підвищення його деформаційних та експлуатаційних характеристик.
  8.  Розроблено "Технологічний регламент виробництва каменів бетонних і залізобетонних бортових з дрібнозернистого бетону на основі композиційних цементів типу КЦ-V/Б, активованих в полі коронного розряду, що впроваджено підприємством "Стакон", м. Донецьк (економічний ефект 378,3 тис. грн. за рахунок економії портландцементу типу ПЦ-І). Склади композиційних цементів типу КЦ-V/Б впроваджено ВАТ "Комсомольське рудоуправління" при виробництві виробів бетонних стінових дрібноштучних (економічний ефект 59,7 тис. грн.).

Основні положення дисертації опубліковані у таких роботах:

  1.  Zaichenko N. The effect of electrostatic activation parameters on the rheologic and strength properties of fine-grained concrete / N. Zaichenko, N. Golodenko, A. Khalyushev // Journal of Civil Engineering and Management. – 2007. – Vol. 13, No 3. – P. 237-244 (Особистий внесок – дослідження седиментації мінеральних компонентів бетону).
  2.  Електрофізичне поверхневе модифікування портландцементу дисперсними мінеральними добавками / В.І. Братчун, М.М. Зайченко, О.К. Халюшев, О.В. Сахошко // Сучасне промислове та цивільне будівництво. – 2006. – Т. 3, № 2. – С. 71-79. (визначення питомої поверхні мінеральних дисперсій, реологічних властивостей цементних паст та міцності цементного каменя).
  3.  Халюшев А.К. Поверхностное модифицирование портландцемента ультрадисперсной добавкой микрокремнезема / А.К. Халюшев // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – 2009. – Вип. 35. – С. 354-364.
  4.  Халюшев А.К. Мелкозернистые бетоны на основе композиционных цементов, модифицированных в высоковольтном поле коронного разряда / А.К. Халюшев, Н.М. Зайченко // Будівельні конструкції: Міжвід. наук.-техн. зб. наук. праць (будівництво). – Вип. 72. – К.: ДП НДІБК, 2009. – С. 589-597. (Розробка складів дрібнозернистого бетону, дослідження фізико-механічних властивостей).
  5.  Халюшев А.К. Оптимизация состава композиционных цементов с минеральными добавками на основе отходов промышленности / А.К. Халюшев, Н.М. Зайченко, С.С. Поливцев // Зб. наук. праць "Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди". – Рівне: Вид-во НУВГП, 2008. – Вип. 16 (Ч. 1). – С. 103-110. (Оптимізація складу композиційних цементів).
  6.  Халюшев А.К. Композиционные цементы на основе утилизированных отходов промышленности / А.К. Халюшев, В.Г. Вешневская, С.С. Поливцев // Зб. наук. праць Луганського національного аграрного ун-ту. Серія: Технічні науки. – Луганськ: Вид-во ЛНАУ, 2008. – № 81. – С. 476-481. (Розробка складів композиційних цементів, проведення експериментальних досліджень).
  7.  Халюшев А.К. Оценка эффективности комбинирования минеральных добавок в мелкозернистом бетоне / А.К. Халюшев // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. – 2008-1(69). – С. 93-98.
  8.  Халюшев А.К. Портландцемент с минеральными добавками, активированный в поле коронного разряда / А.К. Халюшев // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. – 2007-1(63). – С. 70-74.
  9.  Зайченко Н.М. Влияние высоковольтного электростатического поля коронного разряда на межчастичные взаимодействия в цементных пастах / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – 2006. – Вип. 23. – С. 88-93. (Дослідження реології цементних паст).
  10.  Зайченко Н.М. Мелкозернистые бетоны с модифицированными карбонатными наполнителями / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев // Сб. научн. тр. – Дн-вск: ПГАСА, 2005. – Вып. 35, Ч. 1. – С. 219-226. (Дослідження впливу параметрів електрообробки на міцність бетону, розшифровка рентгенограм).
  11.  Зайченко Н.М. Свойства портландцемента, активированного в электростатическом поле коронного разряда / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев, В.Г. Вешневская // Ежегод. научно-техн. сб. – 2005. - № 3(8). – Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. – С. 231-236. (визначення питомої поверхні цементу).
  12.  Зайченко Н.М. Оптимизация состава высокопрочного бетона по критериям удобоукладываемости смесей и прочности бетона / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев, Е.В. Сахошко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – 2004. – Вип. 15. – С. 126-133. (Виконання експериментальних досліджень).
  13.  Пат. 26894 Україна, МПК E 04 G 21/04. Пристрій для електростатичної активації цементу: Пат. 26894 Україна, МПК E 04 G 21/04 М.М. Зайченко, М.М. Голоденко, О.К. Халюшев (Україна). – № u200705931; Заявл. 29.05.07; Опубл. 10.10.07, Бюл. № 16. – 4 с.: іл. (Розробка конструкції пристрою).
  14.  Пат. 30862 Україна, МПК E 04 G 21/04. Пристрій для формування сфероїдального цементу: Пат. 30862 Україна, МПК E 04 G 21/04 М.М. Зайченко, М.М. Голоденко, О.К. Халюшев (Україна). – № u200713666; Заявл. 06.12.07; Опубл. 11.03.08, Бюл. № 5. – 4 с.: іл. (Розробка пристрою для формування сфероїдального цементу в високовольтному електростатичному полі).
  15.  Zaichenko N.M. High-strength fine-grained concretes with modified mineral admixtures of fly ash and milled slag of power station / N.M. Zaichenko, A.K. Khalyushev, E.V. Sakhoshko // Alkali Activated Materials – Research, Production, Utilization: International Conf., June 2007: Proc. – Prague (Czech R.), 2007. – P. 745-756. (Дослідження пуцоланової активності мінеральних добавок).
  16.  Халюшев А.К. Оценка эффективности применения композиционных цементов в мелкозернистом бетоне / А.К. Халюшев // Труды междун. симп. "Межрегиональные проблемы экологической безопасности". – Одеса "Чорномор'є". – 2007. – С. 30.
  17.  Зайченко Н.М. Высокопрочные мелкозернистые бетоны на модифицированном портландцементе / Н.М. Зайченко, А.К. Халюшев // Енергозаощадження у будівництві: ІІ Науково-техн. конф. – Головні доповіді. – Чернівці, 2006. – С. 35-37. (Проведення експериментальних досліджень).

АНОТАЦІЯ

Халюшев О.К. Бетони на основі композиційних цементів, активованих у високовольтному електричному полі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – будівельні матеріали та вироби. – Донбаська національна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2010 р.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної задачі підвищення якості бетонних та залізобетонних виробів, а також енерго- та ресурсозбереження на основі теоретичного й експериментального обґрунтування способів активації композиційних цементів, що містять у своєму складі мінеральні добавки з різним ступенем дисперсності; встановлення закономірностей формування структури і властивостей бетонних сумішей і бетонів з композиційними цементами, модифікованими впливом високовольтного електричного поля (поля коронного розряду, а також поля коронного розряду у поєднанні з високовольтним змінним полем).

Визначено оптимальні співвідношення між мінеральними добавками з відходів промисловості Донбасу, на основі яких розроблено склади багатокомпонентних композиційних цементів типу КЦ V/Б-400, що містять замість частини доменного граншлаку та золи-винесення мелений шлак ТЕС, мелений вапняк або пил шамотно-каоліновий, та склади композиційних портландцементів типу ПЦ ІІ/Б-К-500, що містять замість частини доменного граншлаку мелений вапняк, пил шамотно-каоліновий або мікрокремнезем, які за показниками якості відповідають вимогам ДСТУ Б В.2.7-46-96. У сукупності з оптимальними режимами високовольтної електричної активації використання таких цементів у складах бетонних сумішей забезпечує підвищення показників їх технологічних властивостей та фізико-механічних і деформативних властивостей бетонів.

Випуск дослідно-промислової партії виробів (камені бетонні та залізобетонні бортові) з дрібнозернистого бетону, що містить композиційний цемент, активований в полі коронного розряду, здійснено підприємством "Стакон", м. Донецьк. Досягнуто зниження собівартості 1 м3 бетонної суміші за рахунок економії клінкерного портландцементу типу ПЦ-І (економічний ефект 378,3 тис. грн.).

Ключові слова: композиційний цемент, мінеральна добавка, пуцоланова активність, гранулометричний склад, гідратація цементу, властивості бетону, поверхневе модифікування, високовольтне електричне поле, активація.

АННОТАЦИЯ

Халюшев А.К. Бетоны на основе композиционных цементов, активированных в высоковольтном электрическом поле. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 – строительные материалы и изделия. – Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Макеевка, 2010 г.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи повышения качества бетонных и железобетонных изделий, а также энерго- и ресурсосбережения на основе теоретического и экспериментального обоснования способов активации композиционных цементов, содержащих в своем составе минеральные добавки с различной степенью дисперсности; установления закономерностей формирования структуры и свойств бетонных смесей и бетонов с композиционными цементами, модифицированными воздействием высоковольтного электрического поля (поля коронного разряда, а также поля коронного разряда в сочетании с высоковольтным переменным полем).

В первом разделе выполнен анализ современного состояния вопроса по направлению темы диссертации, изложены теоретические предпосылки исследований, на основе которых сформулирована научная гипотеза работы.

Во втором разделе приведены основные физико-механические свойства исходных компонентов композиционных цементов и бетонов. Изложены методы исследований, приведены конструктивные характеристики установок для обработки компонентов композиционных цементов в высоковольтном электрическом поле, приведены результаты компьютерного моделирования параметров электрического поля коронного разряда. Разработана экспериментальная установка для обработки композиционного цемента, содержащего добавки-уплотнители. Выполнен расчет сил аутогезии для двух частиц, составляющих сфероидальный агломерат – частицы портландцемента (d1=10 мкм) и частицы микрокремнезема (0,1 мкм).

В третьем разделе комплексом методов исследована пуццолановая активность минеральных добавок из отходов промышленности Донбасса. Определены оптимальные соотношения между минеральными добавками, на основе которых разработаны составы многокомпонентных композиционных цементов типа КЦ V/Б-400, которые содержат вместо части доменного граншлака и золы-уноса молотый шлак ТЭС, молотый известняк или пыль шамотно-каолиновую, и составы композиционных портландцементов типа ПЦ ІІ/Б-К-500, которые содержат вместо части доменного граншлака молотый известняк, пыль шамотно-каолиновую или микрокремнезем, которые по показателям качества отвечают требованиям ДСТУ Б В.2.7-46-96.

В четвертом разделе исследовано влияние высоковольтного электрического поля на реологические свойства и гранулометрию минеральных дисперсий, структурообразование и состав продуктов гидратации композиционных цементов.

По данным термокинетического и дифференциального термогравиметрического анализов установлено повышение степени гидратации модифицированных в электрическом поле композиционных цементов. Результаты рентгенофазоваго анализа камня вяжущего свидетельствуют об уменьшении интенсивности дифракционных отражений портландита и повышения интенсивности линий гидросиликатов кальция.

В пятом разделе приведены результаты исследования реологических характеристик бетонных смесей – вязкости при вибрации (эффективной вязкости), а также механических, деформационных (в условиях краткосрочного и длительного нагружения) и эксплуатационных свойств бетонов на основе композиционных цементов, активированных в высоковольтном электрическом поле.

Установлено, что мелкозернистые бетонные смеси на основе композиционных цементов КЦ V/Б и ПЦ II/Б-К, активированных в высоковольтном электрическом поле при соответствующих режимах, характеризуются меньшими на 23-27 % показателями эффективной вязкости, что обеспечивает снижение водопотребности бетонных смесей на 5-7 %. Это обусловливает формирование более плотной структуры бетона, повышение его деформационных и эксплуатационных свойств.

Выпуск опытно-промышленной партии изделий (камни бетонные и железобетонные бортовые) из мелкозернистого бетона, содержащего композиционный цемент, активированный в поле коронного разряда, осуществлен предприятием "Стакон", г. Донецк. Достигнуто снижение себестоимости 1 м3 бетонной смеси за счет экономии клинкерного портландцемента (экономический эффект 378,3 тыс. грн.).

Ключевые слова: композиционный цемент, минеральная добавка, пуццолановая активность, гранулометрический состав, гидратация цемента, свойства бетона, поверхностное модифицирование, высоковольтное электрическое поле, активация.

ABSTRACT

Khalushev A.K.  Concretes on the base of composite cements activated in the high-voltage electric field. – Manuscript.

The Thesis submitted for the scientific degree of Candidate of Technical Science on a speciality 05.23.05 - Building Materials and Products. – The Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture, Makiyivka, 2010.

Dissertation is devoted to the decision of actual task of upgrading concrete and reinforced concrete products as well as energy and material saving based on the theoretical and experimental methods of composite cements activation, which contain in the composition mineral additives with different degree of dispersion; establishing the objective laws of structure formation and properties of concrete mixtures as well as concretes with composite cements modified with an influence of high-voltage electric-field (corona digit field, corona digit field in combination with AC high-voltage field).

Optimum concentrations between the mineral additives of waste products of Donbas have been established. On the basis of these concentrations the compositions of multiblended composite cements CEM V/B-32,5 which contain the ground slag of thermal power stations, burnt clay-kaolin dust as a part replacement of blast-furnace slag are developed. The compositions of composite Portland cements CEM ІІ/B-M-42,5 which contain burnt clay-kaolin dust, milled limestone or agglomerated micro silica as a part replacement of blast-furnace slag are developed also. These cements are in the accordance with the requirements of the State Standard of the Ukraine.

The production of experimentally-industrial samples of fine-grained concrete containing modified in electric field composite cements has been carried out at the Work "Stakon", Donetsk. The prime price decreasing of 1 м3 concrete mix is due to the economy of Portland cement (economical effect is 378300 UAH).

Key words: composite cement, mineral additive, pozzolanic activity, granulometric composition, hydration of cement, concrete properties, surface modification, high-voltage electric field.

Підписано до друку 14.09.2010 р. Формат 60х84 1/16.

Умов. друк. арк. 0,9. Друк лазерний. Зам. № 472. Накл. 100 прим.

Надруковано в ТОВ "Цифрова типографія"

Адреса: м. Донецьк, вул. Челюскінців, 291 а, тел. (062) 338-07-31, 338-07-30


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66208. Онкогенные вирусы. Особенности противоопухолевого иммунитета 113 KB
  Идея о возможной роли вирусов в возникновении рака была поддержана И. Опухолеродное действие вирусов на клетки принципиально отличается от инфекционного действия и процесс вирусного канцерогенеза не является инфекционным.
66209. ВИХОВАННЯ І ШКОЛА В ЕПОХУ СЕРЕДНЬОВІЧЧЯ 64.5 KB
  Навчання починали з механічного заучування на латині молитов і 150 псалмів а потім вивчали латинську азбуку читання і письмо. Виникла така форма навчання як учнівство. Найкращим методом навчання вважався пошук найкоротшого шляху досягнення знань.
66210. Технология найма и отбора персонала 79.5 KB
  Цель набора персонала состоит в создании резерва кандидатов на все рабочие места с учетом в том числе и будущих организационных и кадровых изменений увольнений перемещений уходов на пенсию окончаний сроков контрактов изменений направлений...
66211. Модель проектной группы MSF для небольших команд 66 KB
  Задачи ролевых групп Группа Управление программой : управляет процессом разработки с целью получения готового продукта в отведенные сроки; регулирует взаимоотношения и коммуникацию внутри проектной группы; следит за временным графиком проекта и готовит отчетность о его состоянии...
66212. СТАНОВЛЕННЯ І РОЗВИТОК ЗАРУБІЖНОЇ ПЕДАГОГІЧНОЇ НАУКИ І ПРАКТИКИ У 17 – 19 СТОЛІТТЯХ 71 KB
  Вона була незалежна від церкви і держави існувала на пожертвування і високу плату за навчання. Єдиних навчальних планів не було кожна школа складала програму навчання на власний розсуд. Уряди численних німецьких держав ставились вимоги до організації початкових шкіл у містах і селах навчання хлопчиків...
66213. Сущность и основные формы адаптации персонала 54.5 KB
  Организация процесса адаптации Понятие цели и основные направления адаптации После заключения трудового контракта человек приступает к выполнению трудовых обязанностей. При этом человек проходит через период адаптации.
66215. РЕФОРМАТОРСЬКА ПЕДАГОГІКА ЗАРУБІЖНИХ КРАЇН НАПРИКІНЦІ 19 – НА ПОЧАТКУ 20 СТОЛІТТЯ 86.5 KB
  Перед масовою народною школою постало завдання розробити нові форми навчання і виховання з метою підняття рівня освіти. При Феррі 1832-1893 було запроваджено автономію університетів розроблено нові навчальні плани середньої школи в яких більше уваги приділялось вивченню природничих наук...
66216. Деловая оценка персонала в организации 60.5 KB
  Структура процесса требования к проведению аттестации Понятие виды функции оценки персонала Деловая оценка – процесс определения эффективности деятельности сотрудников в ходе реализации задач организации. Объектом аттестации может быть отдельный сотрудник рабочее место соответствие его требованиям...