Технология и свойства декоративного бетона на мраморном щебне и золоцементном вяжущем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Пластунов, Анатолий Григорьевич

• Пластунов, Анатолий Григорьевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пластунов, Анатолий Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Технология декоративных бетонов.

1.2. Свойства мрамора как заполнителя декоративных бетонов

1.3. Составы и свойства смешанных вяжущих с использованием золТЭС.

1.4. Научная гипотеза. Цель и задачи работы.

Выводы по главе.

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика сырья и материалов.

2.2. Оптимизация состава вяжущего и состава бетона.

2.3. Определение адгезии вяжущего к заполнителю.

2.4. Определение физико-механических свойств бетона и вяжущего.

2.5. Рентгенографический анализ вяжущего.

2.6. Определение тонкости помола и удельной поверхности вяжущего

2.7. Статистическая оценка достоверности результатов испытаний

Глава 3. СВОЙСТВА СМЕШАННОГО ВЯЖУЩЕГО.

3.1. Прочность при сжатии составов с необожженной глиной

3.2. Прочность при сжатии составов с добавкой шамота.

3.3. Кинетика твердения составов с необожженной глиной.

3.4. Кинетика твердения составов с добавкой шамота.

3.5. Особенности структуры и декоративные свойства глинистых добавок и смешанного вяжущего.

Выводы по главе. ?

Глава 4. СВОЙСТВА ДЕКОРАТИВНОГО БЕТОНА НА

МРАМОРНОМ ЩЕБНЕ.

4.1. Расчет состава бетона.

4.2. Зависимость прочности и декоративных свойств бетона от соотношения крупного и мелкого заполнителя. ^

4.3. Адгезия вяжущего к заполнителю.

4.4. Водопоглощение и морозостойкость. ^

Выводы по главе.

Глава 5. ТЕХНОЛОГИЯ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ

ОБЛИЦОВОЧНЫХ ПЛИТ ИЗ ДЕКОРАТИВНОГО БЕТОНА.

5.1. Технология смешанного вяжущего.^

5.2. Технология бетона и формования блоков.

5.3. Технология и свойства облицовочных плит. $

5.4. Экономическая эффективность производства изделий из декоративного бетона на смешанном вяжущем.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология и свойства декоративного бетона на мраморном щебне и золоцементном вяжущем»

Актуальность темы: Технический прогресс в промышленности строительных материалов предусматривает применение экологически чистых энерго- и ресурсосберегающих технологий с широким использованием сырья и отходов производства. В полной мере это относится к технологии декоративных бетонов, заменяющих добычу природного камня, позволяющих использовать отходы кам-необработки и низкомарочные вяжущие из местного сырья вместо дорогих пигментированных и дефицитных цветных цементов.

В Республике Хакасия организовано производство декоративного бетона и отделочных плит с использованием щебня - отхода переработки саянского мрамора и смешанного золоцементного вяжущего на основе золы Канско-Ачинских углей. Развитие технологии этого нового производства поставило ряд научных и прикладных задач по обеспечению эффективности и качества изделий. Потребовалось улучшить свойства вяжущего за счет применения добавок, регулирующих твердение его зольной части, сделать более привлекательным цвет вяжущего, повысить прочность его сцепления с мраморным заполнителем, ускорить твердение бетона и достижение распалубочной прочности, обеспечивающей бездефектную распиловку блоков на плиты и высококачественное шлифование их поверхности, устранить отколы, трещины, помутнения и другие дефекты поверхности, возникающие при эксплуатации изделий.

Указанные задачи легли в основу диссертационного исследования, выполненного по межвузовской программе «Строительство», в координации с планом научных работ Российской инженерной академии и региональными планами по экологии и природоохранной деятельности Республики Хакасия. Цель работы: Создать технологию декоративного бетона на мраморном щебне и отделочных плит из него на золоцементном вяжущем с глинистыми добавками, регулирующими твердение золы и улучшающими цвет вяжущего.

5

Автор защищает:

- научные предпосылки создания золоцементного вяжущего для декоративного бетона;

- состав и технологию золоцементного вяжущего с глинистыми добавками;

- представления о механизме взаимодействия золоцементного вяжущего с мраморным щебнем;

- состав и технологию декоративного бетона на мраморном щебне и золоце-ментном вяжущем с глинистыми добавками;

- результаты исследования физико-механических свойств декоративного бетона;

- технологию изготовления отделочных плит, результаты производственных испытаний и эксплуатационные показатели изделий.

Научная новизна:

- установлено, что глинистые добавки регулируют твердение золы и улучшают цвет золоцементного вяжущего;

- выявлена более активная роль низкообожженных глин в кинетике твердения и повышении интенсивности цвета золоцементного вяжущего при условии совместного помола всех его трех компонентов;

- показано, что золоцементное вяжущее с добавкой низкообожженной глины обладает повышенной адгезией к мраморному щебню и под влиянием реакций на его поверхности твердеет быстрее, улучшая технологические и прочностные свойства бетона;

- определены технологические параметры применения золоцементного вяжущего для декоративного бетона с требуемыми свойствами и получены новые данные о физико-механических свойствах плит из декоративного бетона.

-6'

Практическое значение:

- разработаны и промышлешю освоены технология получения золоцементно-го вяжущею с глинистыми добавками, технология декоративного бетона на мраморном щебне и технология отделочных плит из декоративного бетона на новом вяжущем;

- составлены и утверждены технические условия на производство золоце-ментного вяжущего с глинистыми добавками;

- достигнут экономический и социальный эффект от применения плит из декоративного бетона на строительных объектах Хакасии;

- результаты исследования использованы в учебном процессе Хакасского технического института.

Апробация работы: Основные положения диссертации и результаты исследования доложены и обсуждены на научно-технических конференциях: Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета, 19971999 гг., Хакасского технического института, г. Абакан, 1996-1998 гг. Пензенской государственной архитектурно-строительной академии, 1999 г., Сибирского отделения Российской академии наук («Материалы Сибири»), г. Барнаул,

1998 г., «Интеллектуальные ресурсы ХТИ-Хакасии», г. Абакан, 1997, «Актуальные проблемы строительного материаловедения», г. Томск, 1998 г., «Материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии», г. Москва,

1999 г.; на международных научных конференциях: «Энергообработка бетонной смеси в строительстве», г. Владимир, 1996 г.; «Поиск, оценка и рациональное использование природных ресурсов», г. Тула, 1998 г.; «Экология средних и малых городов», г. Москва, 1998 г.; «Реставрация, реконструкция, урбоэколо-гия», г. Одесса, 1998 г.; на региональной конференции «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов», г. Красноярск, 1999 г.; «Оптимизация в материаловедении», г. Одесса, 1999 г.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Пластунов, Анатолий Григорьевич

-•/Об-ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основе литературного анализа и патентного поиска установлена возможность замены цветных и пигментированных цементов в декоративных бетонах на золоцементное вяжущее с глинистыми добавками. Получен, исследован и оптимизирован состав многокомпонентного вяжущего, включающий (мае. %): высококальциевую золу Абаканской ТЭЦ - 40-45; портландцемент - 35-40 и глинистые добавки 25-15.

Установлено, что глинистые добавки в составе золоцементного вяжущего служат регулятором твердения золы, компенсируют объемные деформации при взаимодействии оксида кальция с водой, участвуют в образовании гидроалюмосиликатов кальция и тем самым повышают прочность и скорость твердения вяжущего.

Использование в составе низкообожженных глин (шамота, боя кирпича-недожога и др.) расширяет предел содержания глинистой добавки с 15-17% до 25-27%, при котором вяжущее, не теряя заданной прочности, проявляет декоративные свойства за счет повышения интенсивности цвета до 33-37%. Состав с глинистыми добавками обладает повышенной адгезией к мраморному щебню благодаря реакциям компонентов вяжущего с кальцитом и доломитом на поверхности зерен заполнителя. Это увеличивает прочность бетона, ускоряет его твердение, позволяет раньше распалубливать блоки-заготовки и таким образом улучшает условия получения облицовочных плит. Расчетом состава декоративного бетона и контрольными испытаниями установлено оптимальное соотношение по массе крупного заполнителя к мелкому (коэффициент крупности КГф = 1,45-1,85), при котором требуемая для облицовочных плит прочность на сжатие 30 МПа сочетается с достаточным камненасыщением поверхности (0,6-0,7 против стандартного минимума 0,55). Таким образом, достигнуты одновременно прочностные и декоратив

-У07ные свойства бетона.

Разработана заводская технология приготовления зологлиноцементного вяжущего с предварительной подготовкой сухих компонентов и последующим измельчением всей смеси. Теоретически (уравнение оптимизации состава) и экспериментально (в производственных условиях) показано, что совместный помол компонентов состава обеспечивает достаточную активность вяжущего.

Разработана и обеспечена нормативной документацией технология приготовления бетонной смеси, формования блоков, изготовления декоративных плит. Технологические параметры производственных процессов обоснованы расчетами состава вяжущего и бетона, экспериментальной проверкой свойств материалов и решением оптимизационных задач. По показателям плотности, прочности, водо- и морозостойкости, истираемости, декоративным качествам бетон и плиты из него удовлетворяют требованиям стандартов и технических условий. Опыт применения подтверждает эксплуатационную пригодность плит из декоративного бетона на смешанном вяжущем.

Экономический эффект от замены пигментированного цемента на зологли-ноцементное вяжущее 948 тыс. руб./год. При этом годовой расход портландцемента сокращается на 500 тонн. Экономическая эффективность производства отделочных плит из бетона на мраморном щебне и зологлиноце-ментном вяжущем 4873 тыс. руб./год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пластунов, Анатолий Григорьевич, 1999 год

1. Декоративные бетоны с использованием местных материалов и отходов промышленности для малых архитектурных форм / Слесарева Н.И., Коваленко Г.Д., Краснюк В.А.: Обзор, информ. ЦБНТИ Минжилкомхоза. Вып. З.М., 1986.- 51 с.

2. Пискарев В.А. Декоративно-отделочные строительные материалы: Учеб. пособие для вузов.- М.: Высш. школа, 1977,- 213 с.

3. A.c. № 485992, МКИ С04В 27\00. Способ изготовления декоративного заполнителя / Г.Т. Лутаков, И.А. Фалалеева, A.A. Тритенко. Опуб. 30.09.75, БИ № 36.

4. Домокеев А.Г., Иванов О.М., Чевений В.А., Кулькова В.М. Влияние пигментов на некоторые свойства цветных бетонов для полов. Изд. Ростовского университета, 1966,- 18 с.

5. Лукина. Опубл. 07.09.80, БИ № 33.

6. Беляков Г.Г. Применение новых материалов для устройства полов,- Л.: Стройиздат, 1968,- 118 с.

7. Воробьев В.А. Строительные материалы: Учеб. для инж.-строит. вузов. Изд. 5-е, перераб,- М.: Высш. школа, 1973,- 276 с.

8. Гордон С.С. Структура и свойства тяжелых бетонов на различных заполнителях.- М.: Стройиздат, 1969.- 151 с.

9. Любимова Т.Ю., Пинуа Э.Г. О свойствах контактной зоны на границе между вяжущим и заполнителем в бетоне / Коррозия бетона и методы защиты. Труды НИИЖБ.- М.: 1962, вып. 28.

10. Рыбьев И.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ (искусственные строительные конгломераты): Учеб. пособие для вузов.- М.:- у//

11. Высш. школа, 1978.- 309 с.

12. Баженов Ю.М., Дворкин Л.И. Ресурсосбережение в строительстве за счет применения побочных промышленных продуктов: Учеб. пособие.- М.: ЦМИПКС, 1986,-67 с.

13. Павленко С.И. Мелкозернистые бетоны из отходов промышленности: Учеб. пособие для вузов.- М.: Изд. АСВ, 1997,- 176 с. >. Савинкина М.А., Логвиненко А.Г. Золы Канско-Ачинских бурых углей.

14. Новосибирск: Наука, 1979,- 168 с. ). Шарловская Н.С., Ривкин A.C. Влияние минеральной части сибирских углей на загрязнение поверхности нагрева парогенераторов,- Новосибирск: Наука, 1973.-241 с.

15. A.c. №> 1308587, МКИ С04В 7/24. Вяжущее / Козлова В.К., Г.И. Овчаренко,

16. B.Л. Свиридов, В.М. Караулов. Опубл. 07.05.87, БИ № 17.-Y-fZ

17. A.c. № 1423519, МКИ С04В 7/28. Вяжущее / А.Х. Назиров, P.A. Назиров,

18. B.C. Шибанов, В.И. Шамов, Г.И. Кириллов, Н.С. Кособуцкий, Ю.Е. Никифоров. Опубл. 15.09.89, БИ № 34.

19. A.c. № 1350138, МКИ С04В 7/28. Вяжущее / Ю.Е. Никифоров, P.A. Назиров. Опубл. 07.11.87, БИ № 41. ). Патент № 2036177, Россия, МКИ С04В 7/28. Вяжущее / В.М. Селиванов,

20. Селиванов В.М., Шильцина А.Д., Хегай О.Н. О физико-химической сущности процессов твердения золы ТЭЦ и глины в составе безобжигового цемента H Интеллектуальные ресурсы ХТИ-Хакасии. Тез. докл. региональн. науч.-практ. конфер,- Абакан, 1977,- С.58-59.

21. Козлова В.К. Использование зол тепловых электростанций в производстве строительных материалов,- Барнаул: Алтайск. книжн. изд-во, 1975.- 188 с.

22. Состав и свойства золы и шлака ТЭС: Справочное пособие. Под ред В.А. Мелентьева,- Л.: Энергия, 1985.-84с.к Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковых смесей тепловых электростанций,- М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1986,- 86 с.

23. К Влияние помола золы на физико-механические свойства золосиликатного вяжущего // Г.Д. Урываева, К.В. Васильева, В.М. Савойский и др.- Изв. высш. учеб. завед. Строительство и архитектура, 1984, № 1,- С.83-86.

24. Ощепков H.A., Худоногова З.А. Активизация вяжущих свойств высококальциевых зол-уноса тепловых электростанций и перспектива экономии цемента в строительстве // Изв. высш. учеб. завед. Строительство,- 1995,- № 12,- С.64-69.

25. Сычев Ю.И. Распиловка камня,- М.: Стройиздат, 1989,- 210 с.

26. Боженов П.И. Комплексное использование минерального сырья и экология,- М,; Недра, 1994,- 161 с.

27. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона.- М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1982.103 с.

28. Пластунов А.Г., Хрулев В.М., Селиванов В.М., Макагонова Е.В. Вяжущее для декоративного бетона на основе золы тепловых электростанций /У Экология средних и малых городов. Тез. докл. Междунар. научн.-техн. кон-фер,- М.: ВИМИ, 1998,- С.91-92.

29. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов: Учеб. пособие,- М.: Высш. школа, 1973.- 500 с. Леонтьев Н.Л. Техника статистических вычислений. Изд. 2-е, испр.и до-полн,- М.: Лесная промышл., 1966.- 246с.

30. Балахнин М.В., Проталинский А.Н. Зола-унос и ее применение в бетоне.-Новосибирск: НИСИ, 1982,- 84 с.

31. Пластунов А.Г., Хрулев В.М., Мартынов К.Я., Шибаева Г.Н. Мозаичный бетон на мраморном щебне // Материалы Сибири. Тез. докл. науч.-техн. конфер,- Барнаул-Ново-сибирск: СО РАН, 1998,- С.169.

32. Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник.- М.:Высш. школа, 1990,- 495с.

33. Иванов Ф.М., Крылов В.В. Физико-механические испытания цемен-тов:Учеб, пособие,- М.: Высш. школа, 1972.- 192с.

34. Физико-химические методы исследования бетонов. Сб. научн. трудов. Под ред. З.М. Ларионовой, Л.П. Курасовой,- М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1988,- С.4-8.к Горшков B.C. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ,- М.: Высш. школа, 1981,- 334 с.

35. Хрулев В.М., Пластунов А.Г. Вяжущее с повышенной адгезией к мрамору /У Реставрация, реконструкция, урбоэкология. Доклады Междунар. симпоз,-Одесса: Акад. архитект. Украины, 1988,- С.250.

36. Черкинский Ю.С. Полимерцементный бетон,- М.: Стройиздат, 1980.- 384 с.

37. Пластунов А.Г., Селиванов В.М., Хрулев В.М. Золоцементное вяжущее для декоративного бетона // Материалы Сибири. Тез. докл. науч. конфер. СО РАН, Барнаул, 1998.-С.172.

38. Богомолов Б.Н., Киселев A.B. Особенности сырьевых материалов цементных заводов Сибири / Вяжущие материалы Сибири и Дальнего Востока. Сб. научн. статей.- Новосибирск: Наука, 1970,- С.139-144.

39. Васильева К.В., Денисова Л.П. К вопросу экономической целесообразности организации производства белого цемента в Сибири / Вяжущие материалы Сибири и Дальнего Востока. Сб. научн. статей,- Новосибирск: Наука, 1970.- С.28-35.

40. Исследование золы и шлака Абаканской ТЭЦ на возможность их применения в бесцементных мелкозернистых бетонах для несущих и ограждающих конструкций. Научн.-иссл. отчет / С.А. Павленко,- Новокузнецк: Сиб. гос. горно-металлург. акад., 1994.-28 с.

41. Селиванов В.М., Шильцина АД., Пластунов А.Г. Комплексное использование золы и шлака Абаканской ТЭЦ в строительстве // Интеллектуальные ресурсы ХТИ-Хакасии. Тез. докл. региональн. науч.-практ. конфер.- Абакан, 1997,- С.54-55.

42. Селиванов В.М., Шильцина А.Д., Пластунов А.Г. Расширение сырьевой-SS6базы строительства Хакасии за счет использования вторичных ресурсов /У Интеллектуальные ресурсы ХТИ-Хакасии. Тез. докл. региональн. науч,-практ. конфер,-Абакан, 1997.- С.70-71.

43. Клюковский Г.И. Общая технология строительных материалов. Изд. 2-е, переработ, и дополн.- М.: Высш. школа, 1976,- 400 е., разд. УИ.18, С.257-258.

44. Краюхин Г.А. Экономическая эффективность изобретений и рационализаторских предложений,- Л.: Лениздат, 1983.- 120 с.

45. Härdtl R., Schuß 1 R. Einfluß von Stenkohlenflugasche auf Alkalirlaktien in Beton // Betonwerk plus Fertigteil Technologie/- 1996,- 62, №11. S.94-98,100,101.

46. Ozyildirim C., Halstead W. Improved concrete quality with cjmbinations of flu-ash and silica fume // ACJ Mater. J.- 1994,- 91, №6, p.587-594.

47. De grandes Possibilités d" Application pour des petits Produits en Beton // Beton.- 1988,-№98, p.65-70.

48. Wodlley G.R., Conlin G.R. Pulverized fuel Ash Concrete in Construction of natural dravent cooling Tower // Proceedings of the Institution on Civil Engineers.-1989.-vol.86, №1, p. 89-90.

49. Benn-Shausen H. Pfa in blended cement its production and application // World Cement.- 1988,- 19, №6, p. 250-255.

50. Fraay A.L.A., Bijen I.M., Haaw J.M. The reaction of fly ash in concrete. A critical exsamination // Cement and Concrete Research.- 1989.- 19, №2, p. 235-246.

51. Schneisen P. Zur Mineralogie von Braunkohlenfil-teraschen (BFA) als Grundlage für ihre Vervendung: Ausgewählte Beitt. Kollog. 46. Berg- und Hüttenmänn, Tag. «Therm. Abfallbehandl. // Freiberg. Forschungs A.- 1996,- //7 838, s.53-70.

52. Fly ash in Concrete: some select uses // Indian Concrete Jornal.- 1990. Vol.64, №10, p.453-454.

53. Giergiezny E., Giergiezny Z., Werynska A. Wlasciwosci materialow wlazacych zawierajacych popiol lotny ze spalania wegla brunatnego // Cement, Wapno, Gips.- 1988.-41, №ll.-c.239-241, 253,244.