СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ для ремонтных работ на композиционных вяжущих Соискатель: Беликов Д.А. Научный руководитель: д.т.н., профессор Лесовик В.С.

2

3 Цель работы: Разработка эффективных сухих строительных смесей для ремонта и реконструкции зданий и сооружений с использованием комплексного органоминерального модификатора исследование сырьевых ресурсов Курской магнитной аномалии (КМА) и разработка состава комплексного органоминерального модификатора (КОММ) изучение влияния КОММ на процессы твердения портландцемента разработка составов ремонтных сухих строительных смесей (РССС) для восстановления целостности композитов подготовка нормативных документов и реализация теоретических и экспериментальных исследований Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

4 Требования к современным ремонтным материалам на основе сухих строительных смесей Современные ремонтные материалы на основе сухих строительных смесей Совместимость с восстанавливаемым объектом Доступность и экономическая целесообразность Сжатые сроки ремонта Технологическое сопровождение постоянства качества Безусадочность водонепроницаемость морозостойкость Высокая коррозионная стойкость Возможность восстановления несущей способности

5 Классификация сухих смесей, используемых для ремонтных и восстановительных работ

6 Объекты ЖКХ требующие ремонта

7 Памятники героям войны, фрагменты дефектов

8 Состав и свойства применяемых материалов Химический состав сырьевых компонентов, % Наименование SiO 2 CaOAl 2 O 3 Fe 2 O 3 FeOMgONa 2 OK2OK2OSO 3 TiO 2 WППППрочее Шлак липецкий 39,0341,516,190,51-9,180,390,671,260,597,45-0,67 Мел 2,1142,30,440,18-0,230,040,080,07-24,1042,4112,14 Отходы ММС 77,721,480,576,587,122,26--0, ,14 Гипс природный 3,1331,070,600,45-2,470,010,3837,72-2,0923,870,3 Отсев дробления кварцитопесчаников 92,70,511,900,042,081,090,190,210,070,16-0,850,2 Суперпластификаторы: -«Melflux» производства SKW Polymers (Германия) -Линомикс СП-180 (ТУ ) Физико-механические свойства цемента ЦЕМ I 42,5 Н (ЗАО) «Белгородский цемент» ПоказательЗначение Удельная поверхность, м2/кг2910 Нормальная густота, %26,2 Тонкость помола, сито 0,08 (проход)91,2 Расплыв конуса, мм115 Сроки схватывания, час-мин начало конец Предел прочности, МПа изгиб сжатие 7,2 48,9 Химический состав клинкера SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaOMgOSO 3 CaOсвЩелочиClПрочее 21,365,463,6566,191,410,230,390,70,0150,29 Расчетный минералогический состав клинкера Минералогический состав клинкера, % C3SC3SC2SC2SС3АС3АC 4 AFПрочее 63,913,17,911,73,4

9 Разработка составов вяжущих композиций для ремонта бетонных и железобетонных изделий и конструкций Вид цемента Тонкость помола НГЦТ, % Сроки схватывания (час.- мин.) В/Ц Р к, мм Предел прочности, МПа Проходу через сито 0008, % Удельно й поверхн ости м 2 /кг Начало Конец Нормальное твердениеТВО ИзгибСжатиеИзгибСжатие 3 сут. 7 сут. 28 сут.3 сут.7 сут.28 сут.1 сут ГОСТ (Испытания проведены согласно ГОСТ – ГОСТ , ГОСТ ) Клинкер контрольный94,430624,63:515:050,361146,06,88,822,036,249,55,837,6 Клинкер контрольный +10% новолипецкого шлака 93,730425,34:075:300,361135,46,38,419,535,649,45,335,5 Клинкер контрольный +20% новолипецкого шлака 93,130725,64:205:500,371144,75,88,418,031,131,145,55,432,1 Клинкер контрольный +30% новолипецкого шлака 93,130025,74:256:050,371144,05,07,617,428,343,743,75,328,0 Клинкер контрольный +40% новолипецкого шлака 93,329226,04:255:200,371443,24,87,5815,826,042,05,125,4 Клинкер контрольный97,136524,73:423:530,361136,37,78,539,439,952,85,444,5 Клинкер контрольный +5% новолипецкого шлака 96,936024,94:004:350,361155,47,08,936,640,240,253,153,15,647,9 Клинкер контрольный +10% новолипецкого шлака 97,036025,63:505:000,361155,56,69,133,740,860,06,245,8 Клинкер контрольный +20% новолипецкого шлака 96,036325,63:505:100,361144,65,78,829,541,255,55,640,0 Клинкер контрольный +10% новолипецкого шлака 96,841425,83:534:470,371146,17,68,538,147,757,26,144,8 Клинкер контрольный +20% новолипецкого шлака 97,640926,23:534:470,361155,27,28,834,642,256,65,843,2

10 Клинкер контрольный +30% новолипецкого шлака 98,240926,14:135:300,361145,47,19,031,340,253,15,742,8 Клинкер контрольный +40% новолипецкого шлака 97,540626,04:045:200,361134,15,78,025,433,451,25,438,3 Клинкер контрольный +10% новолипецкого шлака 97,144626,13:353:470,371136,4 8,240,251,358,86,348,6 Клинкер контрольный +20% новолипецкого шлака 97,145226,24:004:250,361136,07,29,338,845,455,66,147,6 Клинкер контрольный +30% новолипецкого шлака 98,246126,33:284:230,361135,96,88,836,143,558,06,050,0 Клинкер контрольный +40% новолипецкого шлака 97,545826,33:204:100,371144,76,29,628,836,952,55,844,3 Клинкер контрольный +10% новолипецкого шлака 97,850926,22:503:500,361137,67,88,546,356,763,16,952,5 Клинкер контрольный +20% новолипецкого шлака 97,350726,42:453:190,361136,57,09,542,850,061,76,350,3 Клинкер контрольный +30% новолипецкого шлака 97,249026,62:404:000,381136,17,58,639,349,260,16,749,1 Клинкер контрольный +40% новолипецкого шлака 97,349426,63:173:320,381145,56,08,333,143,154,86,346,8 Клинкер контрольный +10% новолипецкого шлака 97,554227,02:184:000,381146,68,3 46,354,657,46,752,1 Клинкер контрольный +20% новолипецкого шлака 97,154227,02:253:120,381156,77,58,442,952,760,36,351,7 Клинкер контрольный +30% новолипецкого шлака 97,856327,01:522:270,381146,77,19,140,451,163,16,551,6 Клинкер контрольный +40% новолипецкого шлака 96,955927,42:152:320,381135,67,27,637,748,160,45,951,7 Клинкер контрольный +10% новолипецкого шлака 97,759326,92:102:280,381157,47,88,448,456,663,35,952,9 Клинкер контрольный +20% новолипецкого шлака 97,760827,02:102:270,381146,37,68,445,855,463,36,050,5 Клинкер контрольный +30% новолипецкого шлака 96,661827,61:402:020,381136,67,07,942,453,060,75,954,3 Клинкер контрольный +40% новолипецкого шлака 97,060827,81:512:170,381136,27,38,238,748,959,76,052,0 Продолжение таблицы

11 Зависимость влияния количества шлака при разных удельных поверхностях в вяжущих композициях на предел прочности образцов, в возрасте 3, 7, 28 сут. Зависимость при изгибеЗависимость при сжатии

12 Зависимости влияния количества шлака при разных удельных поверхностях в вяжущих композициях после ТВО а – предел прочности при изгибе, б – предел прочности при сжатии а) б) Сроки схватывания минерально-шлаковых композиций в зависимости от удельной поверхности шлака при содержании: а – 10%, б –20%, в – 30%, г – 40% а) б) в) г)

13 Композиционные вяжущие и их свойства Реограммы суспензий композиционного вяжущего с различным содержанием добавки 1 – контрольный, 2 – композиционное вяжущее с содержанием «Линомикс» 0,5%, 3 – композиционное вяжущее с содержанием «Линомикс» 1% Графики полимодального распределения частиц композиционных вяжущих 1 – ЦЕМ I 42,5 Н (Sуд=300 м²/кг), 2 – Sуд=300 м²/кг; 3 – Sуд=400 м²/кг; 4 – Sуд=500 м²/кг; 5 – Sуд=600 м²/кг а)содержание шлака 10% б) содержание шлака 20%

14 Характер зависимости сроков схватывания композиционных вяжущих от их удельной поверхности, содержания шлака и добавки 1 – ЦЕМ I 42,5 Н (Sуд=300 м²/кг); 2, 3,10,11 – Sуд=300 м²/кг; 4, 5,12,13 – Sуд=400м²/кг; 6, 7, 14,15 – Sуд=500 м²/кг; 8, 9, 16,17 – Sуд=600 м²/кг а)содержание шлака 10% б) содержание шлака 20%

15 Зависимость влияния количества шлака при разных удельных поверхностях в композиционном вяжущем на пределы прочности при изгибе и при сжатии, в возрасте 3,7,28 сут. а) содержание шлака 10% б) содержание шлака 20% 1 – ЦЕМ I 42,5 Н (Sуд=300 м²/кг); 2, 3,10,11 – Sуд=300 м²/кг; 4, 5,12,13 – Sуд=400 м²/кг; 6, 7, 14,15 – Sуд=500 м²/кг; 8, 9, 16,17 – Sуд=600 м²/кг Анализ физико-механических показателей свидетельствует, что прочность композиционных вяжущих, превышает прочность бездобавочных цементов, при изгибе на 13 % и при сжатии на 24 %. Использование разработанного композиционного вяжущего позволяет обеспечить получение прочного и долговечного ремонтного раствора.

16 Основные показатели ремонтных составов на разработанных композиционных вяжущих Наименование показателя На крупнозернистом пескеНа мелкозернистом песке Наименование показателя Техничес кие требован ия Кварцевый песок Отсевы дробления кварцито- песчаников Бой дробленого лома от памятников Искусственно состаренный аналог лому Технические требования Кварцевый песок Отсевы дробления кварцито- песчаников Бой дробленного лома от памятников Искусственно состаренный аналог лому 1 Наибольший размер зерен заполнителя, мм, не более 1,25 0,63 2 Влажность смеси, %, не более 0,30,20,30,2 3Подвижность, Пк ПК1 ПК3 4 Сохраняемость: подвижности, мин., не менее Прочность при сжатии, МПа, через: 1 сут. 3 сут. 28 сут Прочность при изгибе через 28 сут., МПа, не менее 5,06,77,07,97,85,06,97,38,38,1 7 Прочность сцепления с бетонным основанием через 28 сут., МПа, не менее 1,01,92,12,62,51,02,22,43,53,4 8 Деформации в возрасте 28 сут., %, не более (усадка) -0,1- 0,090- 0,081- 0,030- 0,040-0,1-0,092- 0,087- 0,032- 0,043 9 Морозостойкость, циклы Не менее Не менее

17 Микроструктура контактного слоя ремонтного раствора, приготовленного из композиционного вяжущего и восстанавливаемого бетонного изделия Микроструктура контактного слоя ремонтного раствора, приготовленного из обычного цементно-песчаного раствора и восстанавливаемого бетонного изделия

18 Подбор оптимальных составов композиционных вяжущих Первичные результаты эксперимента опыта Варьирование фактора Исследуем ые параметры Х 1 (Содержание шлака,%) Х 2 (Содержание Линомикс,% ) Х 3 (Удельная поверхность, м 2 /кг) Предел прочности при сжатии, Мпа , , , , , , , , ,545056, ,545065, , , , ,530058, ,545060, ,545059, ,545060,22 Уравнение регрессии прочности раствора при сжатии. В результате статистической обработки экспериментальных данных получаем уравнение регрессии для средней прочности при сжатии: y=60,075-4,5х 1 +3,7х 2 +2,7х 3 +0,3244(х 1 ) 2 -0,6756(х 2 ) 2 +1,3244(х 3 ) 2 +1х 1 х 2 Предложена математическая модель с использованием методов планирования эксперимента композиционных вяжущих на основе имеющихся сырьевых материалов, управляя технологическими процессами Условия планирования эксперимента ФакторыУровни варьирования Интервал варьирования Натуральный вид Кодированный вид 0+1 Содержание шлака,%х1х Содержание Линомикс,% х2х2 00,51,00,5 Удельнная поверхность, м 2 /кг x3x Номограмма зависимости прочности при сжатии композиционного вяжущего от содержания добавки, удельной поверхности и дозировки шлака

19 Состав и свойства комплексного органоминерального модификатора Состав комплексного органоминерального модификатора п/пКомпонентыСодержание, % 1Портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н19,6 2Х19,8 3Х329,1 4Х439 5Х52 6Х20,5 Итого 100 Графики распределения частиц Рентгенограмма Сроки схватывания композиционных вяжущих на основе КОММ Нормальная густота композиционных вяжущих на основе КОММ Разработана широкая номенклатура с использованием КОММ его особенностью является полиминеральность и полифункциональность

20 Рентгенограммы гидратированных композиционных вяжущих Цемент в возрасте 28 сутЦемент+пластификатор в возрасте 28 сут Сравнительный анализ рентгенограмм всех прогидратированных цементов в возрасте 28 сут. показал, что в рентгенограммах гидратированного цемента с синтезированным модификатором следует отметить, что интенсивности дифракционных максимумов значительно интенсивнее, что свидетельствует о протекании активных взаимодействий в данной системе Цемент+пластификатор в возрасте 28 сут Цемент+синтезированный модификатор в возрасте 28 сут

21 Композиционные вяжущие с использованием комплексного органоминерального модификатора (КОММ) Реограммы суспензий композиционного вяжущего с различным содержанием КОММ 1 – контрольный, 2 – 10% КОММ, 3 – 15% КОММ, 4 – 20% КОММ Результаты физико-механических испытаний композиционных вяжущих на основе КОММ п/п Составы,% Сроки схватывания, мин Нормальна я густота, % Предел прочности при сжатии, МПА Портлан дцемент КОММначалоконец в возрасте 28 сут. ТВО ,0537, , ,2777, ,3540,23 Результаты физико-механических испытаний композиционных вяжущих на основе КОММ Полимениральность и высокая удельная поверхность модификатора вносят коррективы в процессы синтеза новообразований за счет пересыщения раствора, высокого разнообразия морфологии и зарядов минеральных частичек, полифункциональности

22 Основные показатели качества ремонтных растворов, приготовленных на композиционном вяжущем (КВ) и вяжущем с использованием комплексного органоминерального модификатора (КОММ) п\п Наименование показателя На крупнозернистом заполнителе На мелкозернистом заполнителе Технические требования Результаты испытаний Технические требования Результаты испытаний КВКОММКВКОММ 1. Наибольший размер зерен заполнителя, мм, не более 1,25 1,25 0,63 2. Влажность смеси, %, не более0,3 0,2 0,2 0,30,2 3. Подвижность, ПкПк1 Пк1 Пк3 4. Сохроняемость подвижности, мин., не менее Прочность при сжатии, МПа, через: 1 сут. 3 сут. 28 сут Прочность при изгибе через 28 сут., МПа, не менее 5,06,57,25,07,37,9 7. Прочность сцепления с бетонным основанием через 28 сут., МПа, не менее 1,01,72,31,01,92,8 8. Деформации в возрасте 28 сут., %, не более (усадка) -0,1-0,030-0,020-0,1-0,032-0, Морозостойкость, циклыне менее не менее

23 Микроструктура контактного слоя ремонтного раствора, приготовленного из вяжущего с использованием комплексного органоминерального модификатора (КОММ) и бетонного основания

24 Технологическая схема производства сухих ремонтных строительных смесей на основе композиционных вяжущих 1 – приемный бункер инертных заполнителей; 2, 6, 8 – транспортеры; 3 – расходный бункер;4 – шнековый питатель; 5 – сушильный барабан; 7 – элеватор; 9 – плужковый сбрасыватель; 10, 11 – силосы заполнителей; 12,13 – силосы композиционных вяжущих; 14– силосы комплексного органоминерального модификатора; 15 – бункер добавки; 16 – бункер цемента; 17 – бункер минерального компонента; 18,19,20 – дозатор сыпучих компонентов; 21 – помольная установка; 22 – пневматический насос; 23,24,25,26 – шнеки питатели; 27 – накопительный бункер; 28 – смеситель; 29 – бункер ССС; 30 – фасовочная машина; 31 – склад готовой продукции

25 Ремонтные составы для внедрения при ремонте объектов ЖКХ /Составы, % Соотношение КВ/Заполнитель Подвижность, Пк Сохраняемость подвижности, мин. Прочность при сжатии, МПа Прочность при изгибе через 28 сут., МПа не менее Прочность сцепления с бетонным основанием, через 28 сут. Деформативность Водонепроницаемость Морозостойкость, циклы КВ на основе КОММ Заполнитель * 3 сут.28 сут :2Пк 14548,170,28,62,43-0,02W :2,5Пк 15047,469,08,42,39-0,01W :3Пк 15139,860,56,92,29-0,01W :3,5Пк 25337,546,85,82,15-0,02W :4Пк 25536,945,45,51,98-0,02W375 * - заполнитель фракции не более 1,25 мм

26 Технико-экономическое обоснование производства сухих ремонтных смесей на основе композиционных вяжущих Изменения материальных затрат на 1т сухой строительной смеси на основе КОММ Исходный состав Проектные составы Материал Ед. изм. Ед. цен., руб. Состав с местным песком Состав с вольским песком Норма расхода Затраты руб. Норма расхода Затраты руб. Норма расхода Затраты руб. Цемент ЦЕМ I 42.5H кг3, Местный песок кг0, –– Вольский песок кг1,5–––– Х5 кг Х1 кг8––14,7117,614,7117,6 Х2 кг4––0,753 3 Х4 кгутилиз––58,5утилиз58,5утилиз Х3 кгутилиз––43,65утилиз43,65утилиз Итого: ,6 3907,6 Удешевление себестоимости на 1 т на 190% и Э год = ( ,6) · = тыс.р.. Применение полиминерального модификатора, в состав которого входят метаморфогенный кварц с разнообразными включениями и дефектной кристаллической решеткой, кальцит, аморфная и скрыто- кристаллическая фаза шлака, суперпластификатор, приводит к созданию высокоплотной структуры цементного камня

27 Спасибо за внимание!