Високоенергетичні розширні цементи на основі модифікованого негашеного вапна

Abstract

Дипломна робота присвячена розробці спеціальних цементів, що характеризуються високою еенргією розширення (до 60...80 МПа) та використовуються для руйнування крихких матеріалів: бетону, цегляної кладки, гірських порід. В першому розділі проведений розширений аналіз літературних джерел, в яких розглянуті способи отримання розширних та руйнівних цементів, обгрунтована роль тих чи інших компонентів в їх складі, досліджені фізико-механічні властивості та процеси гідратації даних цементів. На основі аналізу літературних джерел зроблено наступні заключення: - найбільш ефективним компонентом розширних цементів є оксид кальцію, який в процесі гідрації, за рахунок переходу СаО в Са (ОН)2 може збільшуватись в об’ємі до 5...6 разів та створюючи при цьому значні напруження в тверднучій системі; - для узгодження процесу розширення і набору міцності тверднучої системи доцільним є модифікування СаО з метою зменшення його гідратаційної активності різними способами: спеціальними додатками, висотемпературним випалом, використанням легуючих додатків при випалі, то що; - недоліком відомих руйнівних композицій є те, що вони практично не працюють в умових низьких температур. Таким чином, на основі аналізу літературних джерел зроблено висновок про доцільність використання негашеного вапна, модифікованого хімічними додатками, як основного складника руйнівних композицій та розробці нових видів в’яжучого, що працює при від’ємних температурах (до -150 С). В другому розділі наведено характеристики вихідних матеріалів (минералогічний та хімічний склад, фізико-механічні властивості) для одержання розширних композицій. Описані методи випробувань одержаних цементів: фізико-хімічні (термічний та рентгенофазовий аналізи), а також реологічні (метод розпливу спеціального конуса, визначення швидкості осадження вапняних суспензій) та фізико-механічні (визначення зусилля розширення та міцність при стиску отриманого каменю). В експериментальній частині на основі результатів фізико-хімічних досліджень розроблені склади розширних композицій для позитивних температур, що складаються з меленого негашеного вапна, кальцинованої соди та сахарози. Використаний метод математичного планування для оптимізації складу композиції. Оптимальний вміст добавок: сода - 1,0...1,2 %, сахароза - 0,8...1,1 %. Для від’ємних температур (до -15 0С ) запропоновано склад розширної композиції, що складається з негашеного вапна, технічних лігносульфонатів та Са(NО3)2 в кількості 2...3,5 мас.%. З метою встановлення механізму дії додатків на процеси гідратації СаО проведені термографічні дослідження та визначення зміни рН з часом тверднення. В кінці роботи наведений список літератури, що складається із 30 джерел зарубіжних та українських вчених.

The thesis is devoted to the development of special cements characterised by high expansion energy (up to 60...80 MPa) and used for the destruction of brittle materials: concrete, masonry, and rocks. In the first section, an extended analysis of literature sources is carried out, which discusses the methods of producing expanding and destructive cements, substantiates the role of certain components in their composition, and investigates the physical and mechanical properties and hydration processes of these cements. The following conclusions were made based on the analysis of literature sources: - the most effective component of expansion cements is calcium oxide, which in the process of hydration, due to the transition of CaO to Ca(OH)2, can increase in volume up to 5...6 times and create significant stresses in the curing system; - in order to coordinate the process of expansion and strength gain of the hardening system, it is advisable to modify CaO in order to reduce its hydration activity in various ways: special additives, high-temperature firing, the use of alloying additives during firing, etc; - the disadvantage of the known destructive compositions is that they practically do not work at low temperatures. Thus, based on the analysis of literature sources, it was concluded that it is expedient to use quicklime modified with chemical additives as the main component of destructive compositions and to develop new types of binder that work at negative temperatures (down to -15 0C). The second section describes the characteristics of the starting materials (mineralogical and chemical composition, physical and mechanical properties) for the production of expansion compositions. The methods of testing the obtained cements are described: physicochemical (thermal and X-ray phase analyses), rheological (special cone floatation method, determination of the rate of lime suspension deposition) and physical and mechanical (determination of the expansion force and compressive strength of the obtained stone). In the experimental part, based on the results of physicochemical studies, the compositions of expansion compositions for positive temperatures consisting of ground quicklime, soda ash and sucrose were developed. A mathematical planning method was used to optimise the composition. The optimal content of additives is: soda - 1.0...1.2 %, sucrose - 0.8...1.1 %. For negative temperatures (up to -15 0C), the composition of an expanding composition consisting of quicklime, technical lignosulfonates and Ca(NO3)2 in the amount of 2...3.5 wt.% was proposed. In order to establish the mechanism of action of additives on the processes of CaO hydration, thermographic studies and determination of pH changes with the time of solidification were carried out. The paper concludes with a list of references consisting of 30 sources of foreign and Ukrainian scientists.