Розширні та напружні цементи з добавками на основі модифікованого негашеного вапна - nadoest.com ))
Головна
Пошук за ключовими словами:
сторінка 1
Схожі роботи
Назва роботи кіл. стор. розмір
Визначення холіну за допомогою золотого планарного електроду, модифікованого... 1 19.26kb.
Pearl cream – metallic wax металевий віск 1 19.43kb.
Кваліметричне оцінювання ефективності схем суперфінішування шийок... 1 424.3kb.
Stucco italiano україна 1 80.6kb.
Натуральний бджолиний віск (Natural Bee wax) Вигляд 1 11.65kb.
Синтез гетерогенних каталізаторів на основі гетерополікислот та модифікованого... 1 15.61kb.
Вступна частина 1 52.43kb.
Повідомлення про результати процедури закупівлі Замовник: Найменування... 1 101.23kb.
Перелік питань до іспиту з предмета «Основи медсестринства» для студентів... 1 35.84kb.
Перелік підприємств-виробників промислової продукції Чернівецької... 3 685.96kb.
Затверджую: Голова комітету з конкурсних торгів 10-го вгрз о. 1 131.49kb.
Робоча програма судова медицина назва навчальної дисципліни 1 2010005... 6 1151.93kb.
Таращанський 1 219.63kb.

Розширні та напружні цементи з добавками на основі модифікованого негашеного вапна - сторінка №1/1


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»



Паращук Лідія Ярославівна

УДК 666.94


РОЗШИРНІ ТА НАПРУЖНІ ЦЕМЕНТИ З ДОБАВКАМИ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО НЕГАШЕНОГО ВАПНА
05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів-2012

Дисертацією є рукопис




Робота виконана в

Науковий керівник -



Національному університеті «Львівська політехніка» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України
кандидат технічних наук, доцент

Якимечко Ярослав Богданович,

доцент кафедри хімічної технології силікатів


Національного університету "Львівська політехніка"

Офіційні опоненти -

доктор технічних наук, професор

Салєй Аркадій Аркадійович,

професор кафедри хімічної

технології в’яжучих матеріалів

ДВНЗ «УДХТУ», м. Дніпропетровськ.





кандидат технічних наук



Терлига Сергій Юрійович,

директор товариства з обмеженою відповідальністю






науково-виробничого підприємства «Геліос», м. Львів





Захист відбудеться 2012 р. о годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.09 у Національному університеті «Львівська політехніка» (79013, Львів-13, пл. св. Юра 9, навчальний корпус ІХ, ауд. 214).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету «Львівська політехніка» (79013, Львів, вул. Професорська, 1)
Автореферат розіслано 2012 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук, професор С.Й. Солодкий
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Створення нових різновидів портландцементів загальнобудівельного та спеціального призначення – один з основних напрямів сучасних розробок в хімії і технології цементів. У групі спеціальних цементів особливе місце займають безусадні, розширні та напружні. Основні пошукові роботи під час розробляння таких цементів здійснюють у напрямі створення нових розширних компонентів та зменшення їхнього вмісту до 1,5 – 5% порівняно з відомими добавками, які використовують у значно більших кількостях (15 – 20%). За такого речовинного складу вартість розширних цементів незначно перевищує рядові, але їх застосування покращує експлуатаційні характеристики виробів, зокрема зростає механічна міцність, морозостійкість та водонепроникність.

Узагальнивши нагромаджений досвід, зазначаємо, що нові ефективні розширні компоненти можна отримати на основі негашеного вапна. Модифікування кальцію оксиду дасть змогу цілеспрямовано регулювати швидкість його гідратації та узгодити в часі розширення і структуроутворення цементного каменю. Тому актуальними з погляду теорії і практики є дослідження, спрямовані на вивчення впливу добавок різної природи на гідратаційну активність СаО та його здатність створювати напруження в структурі цементного каменю.



Зв'язок роботи з науковими програмами. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі хімічної технології силікатів Національного університету «Львівська політехніка» у рамках Закону України від 11 липня 2001 р № 2623-ІІІ «Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки», напрямок № 6 «Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі» відповідно до науково-технічної програми кафедри хімічної технології силікатів.

Мета і задання дослідження. Мета роботи полягає в розробленні складів розширних та напружних цементів різного цільового призначення з добавками модифікованого негашеного вапна, дослідженні гідратації та структуроутворення, а також їхніх фізико-механічних характеристик.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв’язати такі завдання:



  • встановити умови, за яких відбувається гідратаційне тверднення вапна та визначити способи модифікування СаО, придатні для одержання розширних і напружних бетонів;

  • дослідити вплив органічних добавок (сахаридів) з різним числом циклів на гідратацію СаО, встановити умови, за яких досягають максимального збільшення об’єму продуктів гідратації кальцію оксиду;

  • встановити параметри модифікування промислового негашеного вапна залежно від його технологічних характеристик для отримання розширного компоненту на його основі;

  • розробити склади розширних цементів та дослідити їх фізико-механічні характеристики;

  • розробити склади цементів з високою енергією напруження та встановити умови, за яких досягають максимального значення зусилля розширення;

  • встановити фізико-хімічні особливості гідратації і структуроутворення розширних та напружних цементів з добавками модифікованого негашеного вапна;

  • провести практичну апробацію розроблених розширних та напружних цементів, визначити їхні властивості та відповідність чинним вимогам, обґрунтувати техніко-економічний ефект та раціональні сфери використання.

Об’єкт дослідженя: процеси гідратації вапна з добавками-сповільнювачами, структуроутворення розширних та напружних цементів з модифікованим негашеним вапном.

Предмет дослідження: розширні та напружні цементи, одержані шляхом розмелювання портландцементу з негашеним вапном, модифікованим хімічними добавками.

Методи дослідження: експериментальні дані одержано із застосуванням методів фізико-механічних випробувань, а також комплексу методів фізико-хімічного аналізу, зокрема: рентгенівської дифрактометрії, електронної та оптичної мікроскопії, диференційно-термічного аналізу, інфрачервоної спектроскопії, дисперсійного аналізу. Для оптимізації складів розширних цементів використано метод експериментально-статистичного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

  • науково обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість використання негашеного вапна, модифікованого добавками колоїдного гіпсу та сахарози, для розширних та напружних цементів різного функціонального призначення;

  • вперше розроблено рецептурно-технологічні умови поверхневого термомодифікування промислового негашеного вапна, які дають змогу зменшити його гідратаційну активність під час використання в розширних цементах;

  • подальший розвиток отримали теоретичні положення про способи регулювання активності СаО та встановлено особливості гідратації вапна в розчинах сахаридів;

  • на основі дослідження модельної системи СаО+СаSO4·2Н2О встановлено умови, за яких відбувається гідратаційне тверднення вапна в розширних композиціях;

  • встановлено закономірності структуроутворення розширних і напружних цементів та фізико-хімічні особливості процесів їхньої гідратації й тверднення залежно від способу модифікування кальцію оксиду, його вмісту та параметрів гранулювання.

Практичне значення одержаних результатів. На основі отриманих експериментальних даних встановлено можливість і показано доцільність застосування меленого негашеного вапна, модифікованого хімічними добавками, для одержання розширних цементів з високими фізико-механічними характеристиками, а також синтезу напружних цементів із зусиллям розширення до 5,0 МПа.

Розроблено технічні умови на розширний цемент ТУ У 26.5-02071010-141:2010, згідно з якими (залежно від вмісту вапна) він має позначення РЦВ - 5, РЦВ - 10, РЦВ - 20, РЦВ - 30.

Розроблені розширні цементи було використано на ВАТ «Львівський завод залізобетонних виробів № 2» для одержання розширних дрібнозернистих бетонів, призначених для замонолічування швів залізобетонних та бетонних елементів. Випробувану в науково-дослідному і проектному інституті ВАТ «Укрнафта» розширну композицію рекомендовано для тампонування водозабірних свердловин завглибшки до 200 м. У лабораторії ТзОВ «Поліремсервісмаш» (м. Тернопіль) було проведено натурні випробування на міцність відтинку труби, підсиленої бандажем на напружному бетоні. За їхніми результатами виготовлено дослідну партію напружного цементу, яку використано в УМГ «Львівтрансгаз» для ремонту газопроводу високого тиску на заболоченій ділянці магістрального газопроводу «Іванцевичі-Долина» – 2 в районі озера Любань (Волинська область).

Особистий внесок здобувача полягає в здійсненні детального огляду бібліографічних джерел, участі в постановці завдань досліджень, самостійному проведенні комплексу експериментальних робіт із вивчення впливу хімічних добавок на кінетику гідратації вапна та структуроутворення при введенні його до складу цементу, в опрацюванні отриманих даних, побудові математично-статистичних моделей досліджуваних властивостей, аналізі одержаних результатів у співпраці з науковим керівником роботи. Підготовлено наукові повідомлення і статті як особисто, так і в співавторстві.

Внесок співавторів спільних публікацій полягав в обговоренні результатів досліджень та розробленні рекомендацій щодо їхнього практичного застосування.

Обговорення, аналіз та узагальнення результатів досліджень проведено з науковим керівником – к.т.н., доц. Якимечком Я. Б.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи виступали предметом доповідей та об’єктом обговорення на: ІІІ Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів та молодих учених «Хімія та сучасні технології» (м. Дніпропетровськ, 2007); Міжнародній науково-технічній конференції «Фізико-хімічні проблеми в технології тугоплавких неметалевих силікатних матеріалів» (м. Харків, 2010); І Міжнародній конференції молодих учених «Хімія та хімічні технології 2010» (м. Львів, 2010); ІІ Міжнародній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Сучасні технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів» (м. Харків, 2011); Українській науково-технічній конференції «Фізико-хімічні проблеми в технології тугоплавких неметалевих та силікатних матеріалів» (м. Дніпропетровськ, 2011).

Публікації. Основні положення та наукові результати дисертаційної роботи опубліковано в 15 наукових працях, в тому числі 10 – у вітчизняних фахових виданнях, 5 – у матеріалах і тезах доповідей міжнародних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’ятьох розділів, загальних висновків, списку літературних джерел (160 найменувань) та 4 додатків. Роботу викладено на 182 сторінках машинописного тексту, які містять 43 таблиці та 56 рисунків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано її основну мету та завдання, визначено напрями роботи й зазначено основні положення, які отримав автор, що мають наукову новизну й практичну цінність.

У першому розділі проведено аналітичний огляд стану проблеми та визначено теоретичні передумови досліджень.

Сучасна практика ведення ремонтних робіт потребує широкого спектру розширних композиційних в’яжучих, які були б доступними та простими в застосуванні. Розширення цих композицій компенсувало б усадку виробів на основі портландцементу. Такі в’яжучі рекомендують до використання при одержанні безусадних та розширних бетонів і розчинів з високою водонепроникністю для замонолічування стиків збірних бетонних і залізобетонних конструкцій, а також для тампонування нафтових та газових свердловин з різними температурними умовами експлуатації.

Окремим видом розширних цементів є напружні – це цементи з великою енергією розширення, що можуть натягувати арматуру. Напружні композиції з високою енергією самонапруження застосовують для руйнування гірських порід. Перспективним напрямом використання напружних композицій є виготовлення на їхній основі захисних бандажів під час ремонту магістральних трубопроводів, що дає змогу виконувати реабілітаційні ремонтні роботи без вилучення трубопроводу з експлуатації та цілком відновити опорну здатність послабленої дефектної зони його корпусу.

Основою ефекту розширення є приріст об’єму твердої фази або спрямоване зростання кристалів. За природою добавки, що викликає розширення, цементи поділяють на сульфоалюмінатні та цементи з добавками оксидів кальцію чи магнію.

Вивченню технології та властивостей розширних цементів присвячено роботи вітчизняних учених В.В. Михайлова, В.С. Данюшевського, І.В. Кравченко, Т.В. Кузнєцової, О.О. Пащенка, Т.Г. Габададзе, І.Г. Лугініної, А.А. Салєя, Г.М. Шабанової, а також закордонних: М. Полівки, Ж.Л. Колоусека, П.К. Мехти, Х.Лафума, У. Ямадзакі та ін.

Узагальнення науково-технічної інформації в галузі розширних цементів дозволило зробити висновок про доцільність використання СаО як структуроутворного та розширного компоненту. Для в’яжучих систем з добавкою кальцію оксиду характерні стабільне розширення в початкові терміни тверднення та знижена усадка при висиханні.

Теоретичні основи кристалохімії клінкерних мінералів, природи гідратаційної активності СаО та ролі кальцію гідроксиду як матриці для формування гідросилікатів кальцію розроблено у фундаментальних роботах Х.Ф. Тейлора, М.В. Бєлова, В.В. Ілюхіна, Л.Г. Шпинової та М.А. Саницького, Х.С. Соболь.

Аналіз технологічних процесів одержання кальцієвих в’яжучих, шляхів зменшення гідратаційної активності негашеного вапна за рахунок регулювання швидкості протонізації іонів О2- дозволив встановити особливості процесів гідратації СаО в розчинах електролітів та органічних сполук. Виявлено умови, за яких відбувається гідратаційне тверднення кальцію оксиду з утворенням кристалічного каркасу із портландиту. На підставі цієї інформації зроблено висновок про можливість використання промислового вапна, модифікованого органо-мінеральними добавками, як структуроутворного компоненту розширних та напружних цементів.

У підсумковій частині огляду літератури сформульовано мету дисертаційної роботи, визначено завдання, які необхідно розв’язати в ході її виконання.

У другому розділі наведено характеристики вихідних матеріалів й описано основні методики досліджень, використаних у роботі.

Під час проведення експериментів використано портландцементи загальнобудівельного призначеня ПЦ І - 500 Подільського та Івано-Франківського цементних заводів та ПЦ ІІ/А-Ш 400 ПАТ «Миколаївцемент». Як розширні добавки використовували вапно І-го сорту Q 90 фірми «Tradical» (Польща) та ІІ-го сорту ПАТ «Глино-Наварійський вапняний завод» (Україна). Для сповільнення гідратації СаО застосовували гіпс марки Г-4, натрію сульфат та карбонат, а також органічні речовини: моно-, ди- і полісахариди. Для виготовлення розширних та напружних розчинів і дрібнозернистих бетонів застосовували кварцовий пісок з модулем крупності 1,55≤Мкр≤2,48.

Дослідження фракційного складу і визначення питомої поверхні розширних добавок проводили з допомогою седиментаційного аналізу та поверхнеміра ПМЦ-500. Аналіз питомої поверхні високодисперсних систем проводили з допомогою аналізатора питомої поверхні ДЖЕМІНІ-2360 з використанням методу газового потоку (аналізуючий газ – азот).

Визначення усадки здійснювали на зразках цементного каменю та дрібнозернистих бетонів у вигляді балочок розміром 2х2х8 см за допомогою оптичного мікрометра ИЗВ-3.

Фізико-механічні випробування цементів проводили згідно з ГОСТ 310.1-4; 310.6; 12730.0; 10180.1 й охоплювали визначення нормальної густоти цементного тіста, термінів тужавіння, границі міцності при стиску та згині цементного каменю й цементно-піщаного розчину, а для розширних цементів додатково визначали величину та зусилля розширення.

Для встановлення фазового складу цементного каменю на основі досліджуваних в’яжучих систем використовували фізико-хімічні аналізи: рентгенофазовий, комплексний диференційно-термічний та термогравіметричний, а також ІЧ-спектроскопічний. Дослідження мікроструктури препарованих зразків і фотографування сколів цементного каменю, гідратованого в різні терміни тверднення, проводили за допомогою оптичного мікроскопа МБС-9 та електронного сканувального мікроскопа РЕММА 102-02. Дослідження процесів гідратації негашеного вапна без добавок та з ними здійснювали за допомогою електронного мікроскопа JEM-100CX фіpми Jeol Ltd (Японія).

Оптимізацію складів розширних цементів проводили за допомогою методів експериментально-статистичного моделювання з використанням методу ортогонального центрально-композиційного планування.

У третьому розділі наведено результати досліджень кінетики гідратації вапна в різних реакційних середовищах і встановлено фізико-хімічні умови, за яких сповільнюється швидкість реакції та відбувається гідратаційне тверднення СаО.

З використанням СаО в розширних композиціях максимальна швидкість росту кристалів кальцію гідроксиду має досягатися після формування структури цементного каменю з певною початковою міцністю. Відомо, що під дією групи органічних речовин гідрофільного типу з досить великим числом гідроксильних груп у молекулі, які додають до води замішування в малих дозах, час перетворення СаО в Са(ОН)2 збільшується. До числа таких добавок належить сахароза. Проведеними дослідженнями встановлено, що введення її в кількості 0,1…1,0% сповільнює гідратацію вапна до 40 хв, тоді як перетворення кальцію оксиду в гідроксид у розчині без добавок відбувається протягом 5 хв.




1- СаО б/д

2- 1% крохмалю

3- 1% глюкози

4- 1% сахарози



Рис. 1. Вплив сахаридів з різним числом циклів на кінети-ку гідратації вапна.


Дослідження впливу сахаридів з різною кількістю циклів (моно-, ди- та полісахаридів) на кінетику гідратації вапна за В/В=2,0 (рис.1) показали, що під час додавання крохмалю гідратація відбувається протягом 7 хв, з глюкозою – 32 хв, а із сахарозою – 40 хв. При цьому максимальна температура знижується від 99 до 570С.

У в’яжучих композиціях з оксидним типом розширення залежно від їхнього призначення кількість добавки СаО може змінюватися від 5,0 до 30,0 мас. %. Для забезпечення нормальної густоти тіста чи розчину таких складів потрібна різна кількість води, відповідно й змінюється водо-вапняне співвідношення. Проведені дослідження показали, що зменшення кількості води за вмісту 1,0% сахарози приводить до підвищення максимальної температури гідратації до 1390С і зменшення часу її досягнення до 7,5 хв (рис. 2).






Рис. 2. Вплив водо-вапняного відношення на температу-ру та час гасіння вапна з добавкою 1,0 % сахарози.


Під час взаємодії СаО з водою формується захисна оболонка та відбувається зміна товщини подвійного електричного шару. Навколо частинки СаО утворюється прошарок із адсорбованих молекул сахарози та води, що зв’язані в процесі сольватації полярними групами. Ці явища мають визначальний вплив на початкові стадії гідратації СаО.

За даними електронної мікроскопії (рис. 3,а), навколо частинки негашеного вапна після 5 хв гідратації в розчині 1,0% сахарози формуються субмікрокристали портландиту із середнім розміром 50-100 нм. Внаслідок їх нагромадження формується дифузійний бар’єр, який потім руйнується за рахунок напружень росту та викликає утворення мікротріщин на поверхні частинок СаО. В утворені мікротріщини проникає вода, яка активно взаємодіє з внутрішніми прошарками вапна. У результаті цього гідратація пришвидшується, що підтверджує різке підвищення температури системи. Повне перетворення кальцію оксиду в гідроксид проходить через 30 – 40 хв. Гідратоване вапно складається з кристалів Са(ОН)2 у вигляді гексагональних пластинок, які об’єднуються в глобули діаметром 1 – 5 мкм (рис. 3,б).




1мкм

а



10мкм

б

Рис. 3. Поверхня частинки вапна через 30 хв (а) та агреговані кристали портландиту після 40 хв (б) гідратації в 1,0% розчині сахарози.


За наявності сахарози проявляється ефект хімічної та адсорбційної пептизації, за рахунок якого зростає дисперсність гідратних продуктів, які утворюються на поверхні частинок СаО (рис. 4).



а



б



в


Рис. 4. Поверхня частинок вапна: негідратованого (а); гідратованого 5 хв (б) та 30 хв (в) в 1,0% розчині сахарози.

Встановлено, що ефект сповільнення гідратації вапна зростає в декілька разів за використання аморфної сахарози. Зазначений продукт отримували нагріванням кристалічної сахарози до температури 150±100С. На ІЧ-спектрах аморфної сахарози помічено зміни частот валентних коливань С-Н й С=С на ділянках 2850-3100 та 3200 – 3800 см-1. Зміна внутрішньої будови зумовлює відмінності в механізмі впливу сахарози на гідратацію СаО. Так, досягнення максимальної температури гідратації в розчині аморфної сахарози за В/В=1,0 відбувалося через 2,5 год, а для кристалічної цей час становив 38 хв.

Максимальне зменшення гідратаційної активності негашеного вапна досягається за його сумісного нагрівання з тонкомеленою сахарозою до температури її аморфізації. За таких умов відбувається фізична адсорбція розплаву сахарози на частинках СаО, що призводить до значного сповільнення швидкості гідратації (табл.1).


Таблиця 1

Вплив добавки сахарози на час та температуру гідратації вапна, модифікованого різними способами (В/В=1,0)

Вид добавки

Час досягнення температури 600С, хв

Час досягнення максимальної температури, хв

Максимальна температура, 0С

Сахароза кристалічна

21

38

89

Сахароза аморфна

136

141

100

Сахароза аморфна*

307

315

107

*отримували за сумісного нагрівання з негашеним вапном
Портландит, що утворюється під час гідратації СаО, залежно від умов кристалізації може відігравати роль розширного або структуроутворного компоненту, коли відбувається гідратаційне тверднення вапна. Таких умов досягають за використання як добавки суспензії високоактивного гіпсу, який отримували із півводного (за В/Г=2,0) шляхом безперервного перемішування до моменту кінця тужавіння. Додавання високоактивного гіпсу в кількості 5… 50% від маси СаО за В/В=2,0 збільшує час досягнення максимальної температури до 9… 25 хв, при цьому міцність вапняного каменю зростає до 27,0 МПа.

У четвертому розділі розроблено склади безусадних, розширних та напружних цементів з добавками на основі модифікованого негашеного вапна, досліджено їхні фізико-механічні характеристики та особливості тверднення.

Усадка цементного каменю і дрібнозернистого бетону на його основі залежить від мінералогічного складу портландцементу. Випробування різних видів портландцементів показали, що важливу роль у цьому процесі відіграє вміст С3А, перекристалізація продуктів гідратації якого з гексагональної сингонії в кубічну супроводжується зміною їхнього об’єму. Визначення усадки дрібнозернистих бетонів із використанням різних цементів показали, що негативний вплив підвищеного вмісту С3А можна зменшити забезпеченням вологих умов тверднення протягом щонайменше 14–17 діб.

Для досягнення максимальної міцності за мінімальної усадки підібрано фракційний склад дрібного заповнювача. Найкращі характеристики мали зразки, що містять кварцовий пісок із розмірами зерен 0,14-0,315 мм. Використання занадто дрібних та грубих зерен зменшує показники фізико-механічних характеристик та підвищує величину усадки. Такий ефект можна пояснити тим, що зазначена фракція забезпечує найщільнішу упаковку суміші.

Проведено фізико-механічні випробування дрібнозернистого бетону з добавками меленого негашеного вапна. Забезпечуючи початкове розширення цементного каменю на першу добу 0,72 мм/м, введення негашеного вапна призводить до падіння міцності на 40% порівняно зі зразками без добавки. Збільшення кількості вапна зумовлює зростання нормальної густоти цементного тіста, що також негативно позначається на фізико-механічних характеристиках цементного каменю.

Для створення умов, за яких відбувається гідратаційне тверднення СаО, до складу в’яжучих композицій додатково вводили високоактивний колоїдний гіпс. За спільного використання негашеного вапна та колоїдного гіпсу отримано розширний цемент.

Оптимальний вміст компонентів розширної добавки (2,25 мас.% гіпсу та 2,25 мас.% СаО) визначено методом ортогонального центрально-композиційного планування. Такий склад добавки забезпечує отримання цементу марки 400 з величиною розширення до 1,52 мм/м (табл. 2). Слід зазначити, що розширним композиціям, які містять добавки гіпсу та вапна, притаманні понижені значення величини усадки під час висихання. Це пов’язано зі збільшенням вмісту кристалічної фази в продуктах гідратації, представлених підвищеною кількістю етрингіту та портландиту, що утворюється в результаті гідратаційного тверднення СаО.


Таблиця 2

Вплив кількості розширної добавки на фізико-механічні та деформаційні характеристики розширних цементів

Добавка

В/Т

Розширення, мм/м

Міцність при стиску, МПа у віці, діб

Гіпс, мас.%

Вапно, мас.%

2

7

28

-

2,0

0,36

1,48

4,0

15,6

29,8

2,0

-

0,29

1,05

12,7

32,2

52,4

2,25

2,25

0,27

1,52

15,3

32,3

42,0

Розроблено розширні та напружні в’яжучі з добавками на основі термічно модифікованого негашеного вапна. У результаті того, що сахароза перебуває в аморфному стані та практично повністю адсорбована на поверхні частинок вапна, вона не впливає на терміни тужавіння цементу в складі розширної композиції. Не зауважено також її сповільнювальної дії на процеси гідратації клінкерних мінералів. Однак термічно модифіковане вапно створює значно більші деформації розширення порівняно зі звичайним СаО (рис. 5). За оптимального вмісту добавки термічно модифікованого вапна (2,5 мас%) величина розширення у віці 14 діб становить 1,72 мм/м. Крім того, величини розширення досягають за нижчого вмісту СаО (2,0 – 2,5 %) порівняно зі складами, де використовували звичайне негашене вапно.






Рис. 5. Деформації розширення цементних композицій з добавкою СаО, модифікованого різними способами: 1 – 5,0 мас.% СаО; 2 – 5,0 мас.% СаО +1,0 мас.% сахарози; 3 – 5,0 мас.% СаО термічно модифікованого 1,0 мас.% сахарози.
Для мікроструктури цементного каменю з добавкою модифікованого вапна характерне збільшення кількості пластинчастих кристалів портландиту та високо-основних голкоподібних гідросилікатів типу CSH (ІІ), які визначають механічну міцність такої системи. Виявлено велику кількість паралельно розташованих пластинчастих кристалів Са(ОН)2. Очевидно, що їхній спрямований ріст з поверхні частинок СаО викликає розширення цементного каменю.

Тверднення в’яжучих композицій з підвищеною кількістю модифікованого вапна у звичайних умовах супроводжується явищами саморуйнування. Однак у стисненому стані можна отримати цементний камінь із міцністю понад 10,0 МПа. Так, міцність при стиску на 7 добу тверднення з вмістом 10,0% СаО становила 14,9 МПа, 20 й 30% - 10,8 та 10,2 МПа відповідно. Спаду міцності не виявлено після повного перетворення СаО в Са(ОН)2, яке відбувається протягом 7–9 діб тверднення. Такі композиції створюють розширення до 5,0 МПа на 7 добу тверднення.

На кінетику розширення цементних композицій великий вплив має сорт вапна, яке використовують як добавку. Досліджено параметри гідратації високоактивного й середньоактивного СаО, модифікованих різними способами за В/В= 0,27. Гідратація кальцію оксиду середньоактивного без добавок проходила за 5 хв, що значно перевищує час перетворення СаО на гідроксид високоактивного вапна. Термічне модифікування дає змогу збільшити час перетворення оксиду на гідроксид майже до години. Дослідження впливу сорту вапна, модифікованого термічним способом, на деформації розширних композицій з добавкою 5,0 мас.% СаО показали, що в початкові терміни тверднення зразки, які містили високоактивне вапно, мали більше значення лінійних деформацій, оскільки частинки високоактивного СаО гідратуються значно швидше порівняно із середньоактивним. Однак на 28 добу розширення, зумовлене добавкою кальцію оксиду середньої активності, перевищує деформації цементу з добавкою високоактивного вапна. Водночас добавка СаО середньої активності меншою мірою знижує міцнісні характеристики цементного каменю, ніж високоактивного. Тому за однакової кількості добавки термічно модифікованого вапна різних сортів доцільно використовувати вапно нижчої активності.

Умови тверднення змінюють мікроструктуру та фазовий склад цементного каменю (рис. 6). За вільного розширення основна структура цементного каменю представлена новоутвореннями у вигляді губчастої маси (рис. 6,а). На поверхні сколу цементного каменю, що тверднув у стиснених умовах, помітно дуже дрібні кристали портландиту (рис. 6,б).




а



б

Рис. 6. Електронні мікрофотографії поверхні сколу каменю розширного цементу, що тверднув 360 діб в умовах: вільного розширення (а); обмеження розширення (б).



Аналіз дифрактограм цементів без добавок та з добавкою 30,0 мас.% негашеного модифікованого вапна через 7, 28 та 90 діб тверднення (рис. 7) свідчить про те, що процеси їхньої гідратації проходять активно з утворенням основних гідратних фаз. Так, під час гідратації портландцементу без добавок фіксуються лінії гідратних фаз кальцію гідроксиду (d/n= 0,263; 0,493 нм) та незначної інтенсивності лінії етрингіту (d/n= 0,973; 0,561 нм). Збільшуються також рефлекси кальциту (d/n= 0,302 нм). До 90 доби тверднення інтенсивність ліній алітової та белітової фаз (d/n= 0,218; 0,260; 0,277 нм) значно знижується, а гідратних новоутворень закономірно зростає.

Додавання 30,0 мас.% СаО дещо змінює дифракційну картину: значно збільшуються інтенсивності ліній кальцію гідроксиду (d/n= 0,263; 0,493 нм) та кальциту (d/n=0,302 нм), а на лінії етрингіту накладаються рефлекси нової фази – моногідрокарбоалюмінату кальцію (d/n=0,763 нм), структуроутворна роль якого з часом зростає.








Рис. 7. Дифрактограми цементного каменю без добавок (а) та з добавою 30% модифікованого СаО (б) у віці:1 – 7 діб; 2 – 28 діб; 3 – 90 діб.
Отже, введення 30,0 мас.% СаО до складу в’яжучого збільшує кількість кристалічної фази не тільки за рахунок утворення основних гідратних фаз та портландиту, а й новоутворень, що є продуктами карбонізації Са(ОН)2.

Збільшення кількості модифікованого вапна в складі в’яжучої композиції дає змогу отримати напружні цементи з високою енергією розширення. Зміною вмісту СаО від 10 до 30% можна в широких межах регулювати зусилля розширення від 0,3 до 4,8 МПа.

Використання гранульованого вапна збільшує зусилля розширення порівняно з тонкомеленим за однакового вмісту його у в’яжучих композиціях. Встановлено, що величина розширення зростає прямо пропорційно до збільшення тиску гранулювання (рис. 8), причому термічна обробка гранульованого вапна з добавкою 1,0 мас.% сахарози дає змогу отримати значно вищі самонапруження в цементному камені.

Аналіз мікроструктури напружного цементного каменю показав, що між гранулою гідратованого СаО й основним каменем утворюється проміжна ділянка. За даними РФА, у цій ділянці виявлено підвищений вміст гідратних сполук кристалічної будови. Можна стверджувати, що такі проміжні зони утворюються навколо зерен СаО в напружних цементах.






Рис. 8. Вплив тиску пресування та способу модифікування вапна з добавкою 1,0% сахарози на зусилля розширення напружних цементів: 1 – 20,0 МПа; 2–30,0 МПа; 3–20,0 МПа + термообробка; 4–30,0 МПа + термообробка.

Розроблено склади дрібнозернистих напружних бетонів, які використовують для ремонту трубопроводів високого тиску з метою підвищення надійності та довговічності газонафтотранспортних систем. Застосовуючи напружний бетон, можна виконувати реабілітаційні ремонтні роботи без вилучення споруди з експлуатації та повністю відновити опорну здатність послабленої дефектної зони корпусу трубопроводу. Тиск, що виникає в міжтрубному просторі під час тверднення бетонної суміші, викликає ефект розвантаження основної труби, передаючи частину навантаження з неї на бетон та муфту.

Експериментальні дослідження напружено-деформованого стану системи «труба–бандаж» проводили на моделі труби, конструкцію якої показано на рис. 9.


Рис. 9. Схема зміцненого сталебетонним бандажем відтинку трубопроводу: 1 – основна труба, 2 – муфта, 3 – напружний бетон, 4 – давачі кільцевих напружень, 5 – давачі поздовжніх напружень.

Поздовжні та кільцеві деформації труби вимірювали тензодавачами, встановленими у двох діаметрально протилежних точках у вертикальній площині. Встановлено, що вже на 3 добу тверднення напруження, створені цементом, досягають свого найбільшого значення, причому в основній трубі виникають напруження стиску, а в бандажі – напруження розтягу.

Заміна частини цементу на кварцовий пісок (рис. 10,б) в кількості 40,0 мас.% призводить до зростання напружень стиснення в основній трубі порівняно з композицією без заповнювача. За таких умов створені в дрібнозернистому напружному бетоні кільцеві напруження дають змогу передати частину навантажень, які виникають під час помпування транспортованої речовини, з труби на ремонтний бандаж. За зменшення напружень в основній трубі сповільнюються процеси руйнування металу, а кільцевий шар бетону захищає її від корозії.







Рис. 10. Напруження розтягу в бандажі (1); стиску в трубі (2); у лабораторній установці з динамометром (3), що виникають при твердненні: а – напружного цементу; б – напружного дрібнозернистого бетону.


У п’ятому розділі наведено результати промислового впровадження розроблених розширних та напружних цементів.

Розширний цемент РЦВ-5 використано на ПАТ «Львівський завод залізобетонних виробів № 2» для одержання дрібнозернистого бетону, призначеного для замонолічування залізобетонних та бетонних елементів. У науково-дослідному і проектному інституті ВАТ «Укрнафта» випробувано розширну композицію РЦВ-10, яку рекомендовано для тампонування водозабірних свердловин завглибшки до 200 м. Дослідну партію напружного цементу РЦВ-30 випробувано в лабораторії ТзОВ «Поліремсервісмаш» (м. Тернопіль) та використано на УМГ «Львівтрансгаз» для ремонту газопроводу високого тиску на заболоченій ділянці магістрального газопроводу «Іванцевичі–Долина» – 2 у районі озера Любань. На вказані цементи розроблено технічні умови ТУ У 26.5-02071010-141:2010.

Розрахунок економічної ефективності проводили порівнянням розроблених цементів з наявними на ринку аналогами. Так, для розширного цементу РЦВ-5 умовна економія становить 4403 грн на 1т, а напружного РЦВ-30 – 3759 грн/т. Отже, застосування розроблених розширних та напружних цементів дає змогу підвищити надійність виробів та споруд, зменшуючи при цьому матеріальні затрати на їх виготовлення.

На основі проведених досліджень розроблено технологічну схему одержання розширних добавок на основі модифікованого негашеного вапна, що охоплює такі стадії: дроблення шматкового негашеного вапна, розмелення негашеного вапна з добавками сахарози в млині періодичної дії, термічне модифікування негашеного вапна в сушильному агрегаті, гранулювання отриманого матеріалу та упакування в герметичну тару.


ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено актуальну проблему з розроблення розширних та напружних цементів, у яких розширним компонентом виступає модифіковане негашене вапно. Внаслідок проведених досліджень сформульовано такі висновки:

  1. Теоретично обґрунтовано й експериментально підтверджено можливість одержання розширних та напружних цементів з добавками негашеного вапна, модифікованого сахарозою та колоїдним гіпсом, які сповільнюють швидкість взаємодії кальцію оксиду з водою та створюють умови для його гідратаційного тверднення, що дозволяє одержати дрібнозернисті бетони, залежно від вмісту СаО (5,0…30,0 мас.%), з величиною розширення 1,5…1,72 мм/м чи із самонапруженням 5,0…15,0 МПа.

  2. Комплексом фізико-хімічних методів аналізу встановлено, що найефективнішими добавками, які змінюють кінетику гідратації СаО, є моно- та полісахариди. Механізм дії дисахариду (сахарози) проявляється в комплексному впливі на гідратацію кальцію оксиду та формуванні адсорбційно-сольватної оболонки, яка змінює будову подвійного електричного шару навколо частинок СаО. Показано, що за наявності сахарози відбувається адсорбційне диспергування вапна, що супроводжується утворенням субмікрокристалічних частинок Са(ОН)2 із розмірами 50-100 нм. У результаті росту таких частинок на поверхні і в порах зерен СаО виникають напруження, які зумовлюють розширення системи.

  3. Для одержання розширних композицій на основі промислового негашеного вапна середньої активності доцільно модифікувати його добавками сахарози в кількості 0,5-1,0%, яку можна вводити з водою замішування чи під час спільного розмелення компонентів в’яжучого. Розроблено технологію термохімічного модифікування високоактивного вапна, яка полягає в тепловій обробці тонкомеленої суміші вапна та сахарози за температури 150±100С. У результаті такого модифікування відбувається перетворення сахарози із кристалічного стану в аморфний та її фізична адсорбція на поверхні частинок вапна, при цьому за рахунок максимального наближення добавки до зони реакції гідратація СаО сповільнюється на 5–6 год. Встановлено, що під час використання термічно модифікованого вапна можливо досягнути високих значень розширення за меншого вмісту розширного компоненту (3–4%) порівняно з композиціями на основі звичайного вапна.

  4. Розроблено в’яжучі композиції, у яких для створення ефекту розширення використано комплексну добавку, що складається з негашеного вапна та колоїдного гіпсу. Фізико-механічні випробування розширних цементів із зазначеною комплексною добавкою показали, що для таких композицій характерні підвищена міцність у ранні терміни тверднення (до 32,0 МПа) та величина розширення 1,5–1,6 мм/м за оптимального вмісту добавки. Первинне розширення такої системи створюється в результаті утворення етрингіту та портландиту. За наявності гіпсу внаслідок гідратаційного тверднення вапна формується кристалічний каркас із портландиту, який зменшує величину усадки цементного каменю у віддалені терміни тверднення.

  5. Розроблено склади напружних цементів, що розвивають зусилля розширення до 15,0 МПа, у яких як добавку використано термічно модифіковане СаО в кількості 10-30% в тонкомеленому чи гранульованому стані. Встановлено, що, використовуючи гранульоване вапно, необхідної рухливості напружних композицій досягають за меншої кількості води замішування, що призводить до зростання зусилля розширення до 15,0 МПа.

  6. У напружних композиціях з добавками термохімічно модифікованого негашеного вапна, що тверднули в стиснених умовах, фазовий склад продуктів гідратації представлено портландитом, високоосновними гідросилікатами типу CSH (IІ) та AFt-фазами. Для мікроструктури такого каменю характерна висока щільність, відсутність пор розміром понад 1 мм, голкоподібних кристалів, що зумовлено характером їх росту в стиснених умовах.

  7. На основі проведених досліджень розроблено технічні умови на розширні та напружні цементи. Здійснено промисловий випуск дослідної партії розширного цементу в кількості 2 т, з якої одержано розширний дрібнозернистий бетон для замонолічування залізобетонних та бетонних елементів. Дослідну партію напружного цементу використано для ремонту газопроводу високого тиску в районі озера Любань (Волинська область). Проведено фізико-механічні випробування напружних цементів на ВАТ «Укрнафта» та встановлено їхню відповідність ДСТУ Б В.2.7-86-99 (ГОСТ 26798.1-96) «Цементи тампонажні. Методи випробувань» та ТУ У.В.2.7-26.6-32312060-003:2005 «Матеріали тампонажні розширні (РТМ)». Економічний ефект від впровадження розширних цементів типу РЦВ-5 становить 4403 грн/т, а типу РЦВ-30 відповідно 3759 грн/т порівняно з наявними на ринку аналогами.


ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У ПРАЦЯХ:


  1. Паращук Л.Я. Вплив сахаридів на кінетику гасіння вапна /Л.Я. Паращук, Я.Б. Якимечко, Б.Р. Панчук // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – Львів, 2010. − № 667. – С. 16-20.

Особистий внесок: участь в експериментальних дослідженнях, аналіз джерел літератури, опрацювання результатів.

  1. Якимечко Я.Б. Дослідження гідратації гідроксиду кальцію в присутності сахарози / Я.Б. Якимечко, Л.Я. Паращук //Східно-європейський журнал передових технологій. – Харків, 2010. − № 1. – С. 53-55.

Особистий внесок: аналіз механізму гідратації вапна, опрацювання результатів і формування висновків.

  1. Якимечко Я.Б. Про механізм розширення негашеного вапна / Я.Б. Якимечко, Л.Я. Паращук, Н.І. Петровська // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Хімія, хімічна технологія та екологія. – Харків, 2010. − № 22. – С. 114-119.

Особистий внесок: здійснення експериментальних робіт, опрацювання отриманих результатів.

  1. Паращук Л.Я. Проблема зсідання цементів та методи її усунення / Л.Я. Паращук // Хімічна промисловість України. – 2010. - № 6. - С. 25-27

  2. Паращук Л.Я. Розширні цементи з підвищеним вмістом вапна / Л. Я. Паращук //Збірник наукових праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів ім. А.С. Бережного». – Харків, 2010. - № 110. – С.543-548.

  3. Паращук Л.Я. Фазовий склад продуктів гідратації розширних цементів з додатками негашеного вапна / Л.Я. Паращук, Я.Б. Якимечко, В.В. Кочубей // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск, 2011. − № 2. – С. 56-59.

Особистий внесок: здійснення експериментальних робіт щодо встановлення фазового складу продуктів гідратації розширних цементів, аналіз результатів, оформлення статті.

  1. Розширний дрібнозернистий бетон для ремонту магістральних трубопроводів високого тиску / [Л.Я. Паращук, Я.Б. Якимечко, Б.С. Білобран, Р.Я. Якимечко] // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Теорія та практика будівництва. – Львів, 2010. − № 664. – С. 144-149.

Особистий внесок: виконання досліджень у напрямі розроблення складу дрібнозернистого напружного бетону.

  1. Паращук Л.Я. Використання меленого негашеного вапна в якості компоненту для одержання розширних цементів / Л. Я. Паращук // Східно-європейський журнал передових технологій – Харків, 2010. − № 5. – С. 26-28.

  2. Паращук Л.Я. Дослідження гідратації розширних цементів з додатками гранульованого модифікованого вапна / Л.Я. Паращук, В.В. Кочубей // Науковий вісник НЛТУ України: зб. наук.-техн. праць. – Львів, 2011. – Вип 21.5. – С.126-130.

Особистий внесок: обґрунтування доцільності використання гранульованого вапна для одержання напружних цементів, аналіз результатів, підготовка матеріалів до публікації.

  1. Parashchuk L. The use of granulated lime for expansive cement with high-energy self-tension / L. Parashchuk, V. Kochubei, Ya. Yakymechko // Chemistry & Chemical Technology. - Lviv, 2011. – Vol 5. - №3. – РР.341-345.

Особистий внесок: дослідження впливу гранульованого вапна на фазовий склад напружних цементів, опрацювання та аналіз отриманих результатів.

  1. Паращук Л.Я. Бетони, модифіковані розширними додатками / Л.Я. Паращук // ІІІ Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія і сучасні технології». – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2007. – С. 169.

  2. Паращук Л.Я. Розширні цементи з підвищеним вмістом вапна / Л.Я. Паращук // Міжнародна науково-технічна конференція «Фізико-хімічні проблеми в технології тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів». – Харків, 2010. – С.157-159.

  3. Паращук Л.Я. Термографічні дослідження процесу гідратації портландцементу з додатками модифікованого СаО / Л.Я. Паращук // І Міжнародна конференція молодих вчених «Хімія та хімічні технології».− Львів, 2010. – С. 148-149.

  4. Паращук Л.Я. Особливості використання негашеного вапна в розширних дрібнозернистих бетонах / Л. Я. Паращук // ІІ Міжнародна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Сучасні технології важкотопких неметалевих і силікатних матеріалів».– Харків, 2011. − С. 36-37.

  5. Паращук Л.Я. Напружні цементи з добавками негашеного вапна / Л.Я. Паращук, Я.Б. Якимечко // Українська науково-технічна конференція «Фізико-хімічні проблеми в технології тугоплавких неметалевих матеріалів». – Дніпропетровськ, 2011. – С. 77.

Особистий внесок: участь у плануванні і проведенні досліджень, опрацювання експериментальних даних та написання тез доповіді.
АНОТАЦІЯ
Паращук Л.Я. Розширні та напружні цементи з добавками на основі модифікованого негашеного вапна. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Національний університет «Львівська політехніка» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України. Львів, 2012.

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.

Ключові слова: усадка, розширні та напружні цементи, негашене вапно, модифікуючі добавки, гідратація, зусилля розширення, портландит.
АННОТАЦИЯ
Паращук Л.Я. Расширяющиеся и напрягающие цементы с добавками на основе модифицированной негашеной извести. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.11 – технология тугоплавких неметаллических материалов. Национальный университет «Львовская политехника» Министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины. Львов, 2012.

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 физико-химические 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.

Ключевые слова: усадка, расширяющиеся и напрягающие цементы, негашеная известь, модифицирующие добавки, гидратация, усилие расширение, портландит.
SUMMARY
L.Ya. Parashchuk. Expansive and strained cements with modified quicklime based additives. – Manuscript.

Thesis for the Ph.D degree of Engineering Sciences in speciality 05.17.11 – Technology of refractory non-metallic materials. Lviv Polytechnic National University, Ministry of education and science, youth and sports of Ukraine. Lviv, 2012.



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.

Key words: shrinkage, expansive and strained cements, quicklime, modifying additives, hydration, expansion strength, http://www.multitran.ru/c/m.exe?a=110&t=4053686_2_1&sc=244portlandite.