Delist.ru

Эффективные высококачественные бетоны для суровых климатических условий (29.06.2010)

Автор: Баженова Софья Ильдаровна

Получены зависимости количества добавки «Полипласт СП СУБ» от содержания в цементе С3А и его нормальной густоты, необходимые для расчета состава бетона.

Получена трехфакторная квадратичная модель прочности бетона с заполнителем, предварительно обработанным комплексной добавкой, учитывающая содержание микрокремнезема, гиперпластификатора «Полипласт СП СУБ» и количество воды.

Установлена взаимосвязь прочности, морозостойкости и водонепроницаемости высококачественных бетонов с предварительно обработанными заполнителями с коэффициентом интенсивности напряжений, величиной дилатометрического эффекта, величиной и характером пор и получены зависимости, необходимые для оптимизации состава бетон и прогнозирования его свойств.

Получены с помощью метода планирования эксперимента квадратичные зависимости прочности высококачественных бетонов от времени предварительной выдержки, скорости подъема температуры, а также времени и температуры изотермической выдержки, необходимые для оптимизации режимов тепловлажностной обработки.

Практическое значение. Разработана технология по производству высококачественных бетонов для суровых климатических условий, включающая способ обработки заполнителей комплексной добавкой, который позволяет получить бетоны с высокими эксплуатационными характеристиками.

Предварительная обработка заполнителей приводит к повышению прочности на 19-23% и трещиностойекости на 16-17% бетонов, а также к снижению коэффициента К (величина водопоглощения) на 16-20% и «приведенного удлинения» при замораживании на 17-20%.

Разработаны принципы оптимизации составов высококачественных бетонов высокой подвижности на основе установленных зависимостей свойств бетонных смесей и бетонов от главных факторов.

Новизна разработок подтверждена положительным решением по заявке №2009145031 «Способ приготовления бетонной смеси» от 07.12.09г.

Внедрение результатов исследований. Опытно-промышленное опробование разработанных рекомендаций по производству высококачественных бетонов осуществлялось в течении 2009 и 2010 гг. на предприятии ООО «ИНТРА-БАУ

Была выпущена партия 9000 м3

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ студентов МГСУ 2006-2010 гг., на Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» проводилась в рамках реализации Федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса «У.М.Н.И.К.» 2007-2010 гг., на Международной научно-практической конференции «Строительство-2008» в г.Ростов-на-Дону, на Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов» в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы в г.Белгород.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 158 страниц машинописного текста, 32 рис., 18 таблиц.

На защиту диссертации выносятся:

- обоснование возможности получения высококачественных бетонов путем предварительной обработки заполнителей комплексной добавкой;

- способ приготовления бетонной смеси с предварительной обработкой заполнителей;

- зависимости изменения состава, структуры и свойств высококачественных бетонов от главных факторов;

- многофакторные зависимости морозостойкости, прочности, пористости, водонепроницаемости и трещиностойкости от характеристик состава и

- закономерности изменения структуры и свойств высококачественных бетонов методами РФА, ДТА и электронной микроскопии;

- принципы оптимизации составов высококачественных бетонов;

- результаты опытно-промышленного опробования.

Содержание работы

В настоящее время активно осваиваются восточные регионы России, богатые природными ресурсами и отличающиеся суровыми климатическими условиями. Основным строительным материалом в этих условиях является бетон и железобетон, отличающийся высокой эксплуатационной надежностью. Таким требованиям могут отвечать так называемые высококачественные бетоны, в которых одновременно сочетаются высокая прочность бетонов (60-120 МПа и выше), морозостойкость более F400, водонепроницаемость свыше W=12, истираемость менее 0.4 г/см2 и т.п.

В работе сформулирована концепция получения высококачественных бетонов заключающаяся в использовании сложившейся производственной базы и традиционных материалов для производства бетонных смесей и бетонов с широким диапазоном свойств, а также в применении комплексных добавок, включающих высокоэффективные разжижители нового поколения.

В настоящее время появился отечественный гиперпластификатор, разработанный компанией «Полипласт» на основе полинафталинсульфатного суперпластификатора. Добавка представляет собой комплексный продукт: смесь регулятора реологических свойств, регулятора структурообразования и стабилизатора. «Полипласт СП СУБ» является добавкой широкого спектра действия. Она может использоваться как обычный суперпластификатор для различных бетонов и как добавка для получения самоуплотняющихся бетонов при определенном составе бетона, включающем мелкодисперсный наполнитель.

Прочность и стойкость бетонов зависят главным образом от объема макропор в бетоне и их строения. При рассмотрении макроструктуры выделяют следующие основные элементы: крупный и мелкий заполнители, цементный камень и контактная зона между цементным камнем и заполнителем. Возникновение контактной зоны между цементным камнем и заполнителем связано с тем, что в бетонной смеси зерна заполнителя разделяют цементное тесто на микрообъемы. В связи с этим формирование структуры цементного камня и контактной зоны происходит в тонких слоях. Заполнитель оказывает существенное влияние на распределение воды в бетонной смеси и формы ее связи. Только незначительная часть воды (около 2%) связывается химически в результате взаимодействия с цементом. Большая часть воды (93-95%) в бетонной смеси связано механически и находится в межзерновом пространстве.

Под влиянием поверхности заполнителя за счет адсорбционных, молекулярных и капиллярных сил эти слои теряют подвижность. Толщина зоны взаимодействия зависит от свойств заполнителя и цемента и в среднем составляет около 10-15 мкм. По своему составу и свойствам контактная зона отличается от остального цементного камня. Сращивание зерна заполнителя с цементным камнем связано с миграцией гидроксида кальция, образующегося при гидролизе трех- и двухкальциевого силиката, к поверхности зерен. В результате на поверхности зерен заполнителя образуются кристаллы Са(ОН)2 и СаСО3. Прочность контактного слоя в бетоне плотной структуры в 5-7 раз ниже прочности цементного камня.

Таким образом, одним из эффективных способов повышения прочности и стойкости бетонов может стать, например, введение комплексных добавок на поверхность заполнителя, которые взаимодействуя с гидроксидом кальция изменяли бы характер и объем пор и заполняли бы контактную зону новообразованиями.

Введение супер- и гиперпластификатора при низких значениях В/Ц способствует образованию тонкозернистого геля, который быстрее и полнее заполняет меньшую первоначальную пористость твердой фазы при наличии тонкодисперсных добавок. Уменьшение размеров кристаллов цементного камня и его пор ведет к повышению прочности и стойкости материала. Гидратация цемента в стесненном и тонкораздробленном пространстве твердой фазы при низких значениях В/Ц и использовании тонкодисперсных наполнителей позволяет получать очень прочные бетоны, стойкие к различным внешним воздействиям. Использование наполнителей с размером частиц от 0.1 до 100 нм приводит не только к повышению плотности материала, но и в результате взаимодействия с новообразованиями цементного камня создают плотную и прочную контактную зону на поверхности частиц твердой фазы.

В высококачественных бетонах в качестве комплексных добавок традиционно применяют наполнители в основном техногенного происхождения. Техногенные отходы отличаются высокой неоднородностью, низкой химической активностью. Поэтому для получения эффективных наномодификаторов необходимо техногенные отходы следует подвергнуть обработке в активаторах нового поколения.

В результате механической активации возрастает реакционная способность наполнителей, повышается их однородность, ускоряются химические реакции, как между твердофазными компонентами, так и между твердыми и жидкими, наблюдаются изменения состава и строения измельченного вещества.

В связи с этим для оптимизации состава и прогнозирования свойств высококачественных бетонов на основе высокоподвижных бетонных смесей необходимо установить зависимости свойств бетонных смесей и бетонов от параметров структуры, состава и технологических факторов.

Для подтверждения высказанных положений в работе были использованы следующие материалы.

- портландцемент Воскресенского цементного завода марки М500, с нормальной густотой 27.5%, портландцемент Подольского завода марки М400, с нормальной густотой 27%. Характеристики используемых цементов приведены в табл. 1,2,3.

- добавка суперпластификатор С-3 – коричневый порошок, изготовлен на основе продуктов поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида (ТУ 6-36-020429-625-90), произведенный Новомосковским химическим комбинатом органического синтеза,

Характеристики используемых цементов

п/п Наименование

цементов Активность,

МПа Сроки схватывания, ч.-мин. Удельная

поверхность,

см2/г Нормальная

загрузка...