Составы и технология портландцементов Д20 повышенной прочности, быстротвердеющих и сульфатостойких пуццолановых цементов на основе термообработанных туффитов Карманинского месторождения

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день в мире в области строительства производство цемента возросло до нескольких миллиардов тонн. Такие страны мира, как Китай (2 млрд, т), Индия (290 млн. т), США (86 млн. т), Россия (80 млн. т), Индонезия (63 млн. т), Турция, Япония и Южная Корея (56 млн. т), Германия и Иран (53 млн. т) в этой области являются ведущими. В связи с этим развиваются научные исследования по направлению повышения водостойкости и специальных качеств цементов и получения композиционных портландцементов1. Сегодня модификация цементов современными методами, соответствующими мировому уровню, улучшение качества отвечающего требованиям стандартов, разработка технологии получения цементов с добавками и композиционных портландцементов является актуальной задачей. Цементная промышленность усовершенствуется на основе разработок получения природных (известь, диатомит, опока, трепел и т.д.) и искусственных (золы, шлаки, гранулированные доменные шлаки, нефелиновый шлам и т.д.) добавок. В их основе лежит выпуск высокопрочных, быстротвердеющих, расширяющихся специальных цементов, в связи, с чем расширяется область их использования. Для получения таких цементов на основе внесения добавок разработаны и внедрены сберегательные технологии производства композиционных портландцементов. Ведутся научные исследования в приоритетном направлении расширения объема выпуска строительных материалов, повышения их качества на высший конкурентоспособный уровень, снижения расходов на производство цементов и их себестоимость. В республике ведутся научно-исследовательские работы, направленные на освоения природных ресурсов, их комплексного использования, разработки цементов целевого назначения для строительной индустрии, по созданию новых видов гидравлических добавок цементам, способствующих их долговечности, создания технологии добавочного портландцемента. В Стратегии действий по дальнейшему развития Республики Узбекистан предусмотрены задачи: «Подъем промышленности путем перевода ее качественно на новый уровень, к дальнейшей интенсификации производства готовой продукции на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов, освоение выпуска новых видов продукции и технологии»2. В связи с этим, применение гидравлически активных минеральных добавок и на основе их переработки цемента является новой ступенью в решении этих задач. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в постановлениях и указах Президента У П-2641 от 25 октября 2016 года «О мерах по дальнейшему совершенствованию организации управления промышленностью строительных материалов республики», УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», У П-4891 от 6 апреля 2017 года «Критический анализ производства и состава товаров (работ, услуг), углубление локализации производств, направленных на импортозамещение», а также в других нормативных документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка технологии получения с добавкой термически обработанного туффита добавочного портландцемента Д20 и сульфатостойкого пуццоланового портландцемента. Научная новизна исследования заключается в следующем: определены интенсивные прохождения процессов гидратации, твердения и набора прочности портландцементов в присутствии туффитов, обожженных при 600°С; показано, за счет метакаолинита, стимулирующего образования С3А 6Н2О на начальной стадии и гидросиликатов кальция низкой основности в более поздние сроки твердения портландцемента, создается плотная, прочная структура, сохранившиеся без изменения карбонаты кальция и магния также оказывают интенсифирующее действие на гидратацию портландцемента выделением дополнительного количества Са(ОН)2 для связывания активного кремнезема туффитовой добавки; доказано, наилучшими показателями свойств обладают цементы, содержащие 20-30%-ные гидравлические добавки, состоящие из обожженного туффита при 600°С, и туффитосодержащие цементы и цементные растворы, которые являются высокопрочными, коррозионностойкими в сульфатных и сульфатно-магнезиальных растворах; разработана технология получения и состав добавочных и пуццолановых портландцементов на основе термически обработанных туффитов. Заключение 1. Научно обоснована и экспериментально доказана возможность осуществления направленного взаимодействия на процессы структурообразования цементного камня введением в состав цемента ранее не использовавшихся термообработанных туффитов полностью дегидратированными глинистыми составляющим при 600°С. 2. Впервые обнаружен и исследован с применением комплексных физико-химических методов эффект придания полиминеральному природному туффиту путем термообработки улучшения и усиления активации свойств минеральной добавки в цемент. Установлено, что термическая обработка туффита при температуре 600°С исключает отрицательное влияние глинистых примесей, содержащихся в природном туффите в цемент, превратив их к необратимым изменением в его структуре, повышением степени его дефектности, что обусловливает гидратационную активность по отношению к Са(ОН)з при нормальной температуре. 3. Обнаружена и комплексно исследована новая активная минеральная добавка в цемент - термообработанный природный туффит, содержащий в своем составе активный кремнезем и глинозем. Изучены прочностные показатели, процессы структурообразования, фазовый состав продуктов гидратации. Исследована роль термообработанного туффита в синтезе прочности смешанных цементов с добавкой, заключающемся в интенсификации процесса связывания Са(ОН)2 и образования гидросиликатов кальция CSH (I). 4. Показана и подтверждена возможность замены 20-30%-ной массовой доли клинкера указанной добавкой с повышением прочностных показателей вяжущего во все сроки твердения (от 1 суток до 2 лет), а в 28-суточном возрасте - на 4-5 МПа, при одновременном улучшении кинетики роста прочности после тепловлажностной обработки, повышении сульфатостойкости цементов и их морозостойкости. 5. Доказано, что добавка к портландцементам обожженной туффитовой породы повышает прочность и сульфатостойкость цемента, снижает усадочные деформации. Уменьшает массовую долю клинкера на 20-30% без снижения прочности показателей цемента в сравнении с контрольными образцами. 6. Портландцементы на основе обожженного туффита показали лучшую морозостойкость, сульфатостойкость и атмосферостойкость. На базе портландцементного клинкера с добавкой 20-30% туффитов, обожженных при 600°С, можно получать химически стойкие и морозостойкие цементы, использование которых позволяет получать портландцементы с добавкой 20% и пуццолановые цементы соответственно марки 500, 400 и придавать им специальные свойства (быстротвердеющий, расширяющийся и сульфатостойкий).