Розширні та напружні цементи з добавками на основі модифікованого негашеного вапна

Abstract

Дисертаційна робота присвячена питанням розроблення теоретичних основ отримання розширних та напружних цементів спеціального призначення з добавками на основі негашеного вапна. Вивчено вплив сахаридів та комплексних хімічних добавок на гідратацію СаО. За результатами експериментальних досліджень визначено оптимальні умови тверднення та фракційний склад заповнювачів для отримання безусадних дрібнозернистих бетонів. Встановлено закономірності впливу мінералогічного складу портландцементного клінкеру на величину усадки цементного каменю. Проведено оптимізацію добавок для одержання розширних композицій, запропоновано технологію виробництва розширних і напружних цементів. Встановлено позитивний ефект від додавання гіпсу, за наявності якого внаслідок гідратаційного тверднення вапна формується кристалічний каркас із портландиту, у результаті чого величина усадки цементного каменю у віддалені терміни тверднення зменшується. Показано, що для мікроструктури каменю напружної композиції, яка тверднула в обмежених умовах, характерні висока щільність та відсутністьпор розміром понад 1 мм. Здійснено апробацію розроблених складів розширних і напружних цементів у промислових умовах. Диссертационная работа посвящена вопросам разработки теоретических основ получения расширяющихся и напрягающих цементов с добавками на основе негашеной извести, исследованию процессов их гидратации и структурообразования. Установлено, что для регулирования скорости гашения извести целесообразно применять добавки на основе сахарозы. Исследован механизм гидратации СаО в присутствии сахарозы. Разработана технология термохимического модифицирования негашеной извести, характеризирующаяся получением СаО низкой гидратационной активности. По результатам экспериментальных исследований определено влияние химического состава клинкера на усадку цементного камня. Установлены оптимальные условия твердения и фракционный состав заполнителя для получения безусадочных мелкозернистых бетонов. При использовании добавки, состоящей из негашеной извести и высокоактивного гипса в вяжущих композициях, эффект расширения создается за счет гидратационного твердения СаО. Наличие в цементном камне повышенного количества кристаллической фазы (портландита) уменьшает усадочные деформации в ранние сроки твердения. Комплексом проведенных физикохимические исследований установлены особенности гидратации расширяющихся цементов с добавками модифицированной негашеной извести. Определено, что уплотнение и расширение цементного камня происходит за счет растущих кристаллов портландита. Изучены параметры гидратации высокоактивного и среднеактивного СаО, модифицированого разными способами, а также его влияние на деформационные и физико-механические характеристики расширяющихся цементов. При содержании в составе вяжущей композиции более 20 мас.% СаО в цементном камне возникают напряжения до 5,0 МПа. Микроструктура камня напрягающей композиции, твердевшей в обжатых условиях, характеризируется высокой плотностью и отсутствием пор размером более 1 мм. Использование гранулированной, при удельном давлении 20,0-30,0 МПа, извести дает возможность получить вяжущее с троекратным повышением усилия расширения по сравнению с тонкомолотой известью. Установлено отличие фазового состава продуктов гидратации вокруг гранул прогидратированной извести и основной массой цементного камня. Разработан и испытан на пилотной установке состав мелкозернистого напрягающего бетона с оптимальным количеством кварцевого песка и расширяющейся добавки для ремонта трубопровода методом наложения бетонного бандажа. Напряжения, что возникают в бетоне, позволяют разгрузить трубу и передать на нее часть рабочих нагрузок, создающихся в процессе эксплуатации трубопровода. Предложена технологическая схема производства расширяющихся и напрягающих цементов с добавками негашеной модифицированной извести. Составы расширяющихся и напрягающих цементов использованы ОАО «Львовский завод железобетонных изделий №2», в научно-исследовательском и проектном институте ОАО «Укрнафта», ОАО «Львовтрансгаз» для изготовления особо ответственных изделий с высокими эксплуатационными характеристиками. This thesis covers the issues of development of theoretical framework for obtaining special purpose expansive and strained cements with modified quicklime based additives. An impact of saccharides and complex chemical additives on СаО hydration has been examined. Referring to the results of the experimental researches, optimal conditions for hardening as well as a fractional composition of fillers intended to obtain non-shrinking fine-grained concretes have been determined. The thesis represents a tendency of the mineralogical composition of Portland clinker to influence the size of a cement stone shrinkage. The additives have been optimized with the aim to obtain the expansive composition. In this respect, the thesis suggests the technology of the production of expansive and strained cements. By creating a positive effect, gypsum additive has been proved to form a crystalline carcass out of portlandite due to lime hydration hardening. As a result of this, the size of the cement stone shrinkage tends to reduce within later periods of hardening. It is suggested that a microstructure of stone with the strained composition being hardened under restricted conditions is characteristic of high density as well as absence of pores more than 1 mm in size. The developed compositions of expansive and strained cements have undergone approbation under industry conditions.