Рис. 1 Рентгенограмма пробы контактной зоны бетона на необработанном заполнителе

Сравнивая дифрактограммы двух образцов можно сделать вывод о том, что количество карбоната кальция более высокое в бетоне на необработанном заполнителе, что связано очевидно с более рыхлой структурой контактной

На дериватограммах автоматически для каждого из исследуемых образцов зарегистрировано три кривые: температурная (Т), дифференциальная (ДТА) и термовесовая (TG). ДТА кривая содержит три основных эндотермических эффекта: при 110-250°С, 510(490)°С, 780(760)°С.

Первый самый глубокий при Т=110-250°С складывается из гидратации эттрингита при Т=140 °С, удаления адсорбционно связанной воды из тонкодисперсных новообразований и частичной перекристаллизации гипса. Процессы сопровождаются наибольшей потерей

массы в количестве 7% для образцов на щебне из бетона и в количестве 4 % для образцов из бетона на необработанном заполнителе. Это указывает на то, что степень гидратации у этих образцов выше.

Рис. 2 Рентгенограмма пробы контактной зоны бетона на предварительно обработанном заполнителе

Второй эндоэффект при Т=490-510°С связан в основном с присутствием Са(ОН)2, дегидратация которого в бетоне на обработанном заполнителе сопровождается более низкой потерей массы ( 0,5 % и соответственно 0,75

Эндоэффект при Т=760-780°С соответствует гидратации и разложению гидросиликата кальция. При температуре Т-820-850°С у образцов из бетона на обработанном заполнителе наблюдается экзотермический эффект, характеризующий присутствие тоберморита. На это указывают линии с d= 3.03 и 12.7 A.

В итоге можно заключить, что результаты ДТА подтверждают данные РФА и в какой то степени их дополняют, особенно в плане кристаллизации гидросиликатов кальция и карбонизации Са(ОН)2.

Микроскопические исследования контактных зон между цементным камнем и заполнителем также показали разницу в их структурах. На микрофотографиях, полученных при увеличении в 3000 раз, контактной зоны цементного камня с необработанным заполнителем видно разного рода микротрещины и достаточно высокая пористость. В образцах бетона на обработанном заполнителе трещин в зоне контакта не наблюдается, что свидетельствует о плотном и хорошем сцеплении цементного камня с заполнителем. Это подтверждается и исследованиями сцепления необработанного и обработанного заполнителей с цементным камнем. Сцепление изучалось на образцах размером 10x10x10 см, которые изготовлялись следующим образом: сначала форма заполнялась на половину высоты цементным тестом, в которое погружались зерна заполнителя заподлицо с поверхностью. Через сутки на поверхность отформованной части образца укладывалась промасленная пленка с отверстиями в местах расположения заполнителя. Затем приформовывалась вторая часть куба из цементного теста. Это обеспечивалось условие, при котором приформованная часть куба имела сцепление только с поверхностью заполнителя. После ТВО образцы испытывались на растяжение методом раскалывания.

Результаты испытаний показали, что разрушение образцов с необработанным заполнителем происходило по контакту в виде отслоения. Это свидетельствует о том, что цементный камень имел прочность выше, чем контактная зона. Разрушение образцов с обработанным заполнителем происходило по цементному камню. Это свидетельствует о том, что прочность контактной зоны выше прочности цементного камня.

Были проведены также исследования прочности, пористости, процесса капиллярного всасывания и дилатометрические исследования бетонов на обработанных заполнителях. Результаты исследований представлены в

Исследования, представленные в табл.8 показали, что прочность исследуемых составов бетонов повысилась на 19-23%, снизился коэффициент К (величина водопоглощения) на 16-20% и снизилось «приведенное удлинение» бетонных образцов при замораживании и оттаивании на 17-20%.

Таблица 8

Свойства бетонов

№составов из табл.3.7 Прочность бетонов

R, МПа Общая пористость

По, % Константа всасывания «Приведенное удлинение»

?пр 10-5 см

3 66.8 13.4 8.4 8.1

4 70.5 13.2 7.56 8.5

5 77.8 12.8 6.75 8.3

6 91.7 12.2 6.42 8.0

Все это свидетельствует о создании более прочной и плотной структуры бетона. Наряду с этими исследованиями были проведены также исследования по определению морозостойкости и водонепроницаемости бетонных образцов составов 3,4,5 и 6 (табл.6): морозостойкость по ГОСТ 10069.3-95 «Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости», водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5-84 «Методы определения водонепроницаемости». Эти исследования показали, что морозостойкость бетонов на обработанных заполнителях составила около 400 циклов, водонепроницаемость более W12.

Исследования трещиностойкости выбранных составов бетонов по значению вязкости разрушения показали, что коэффициент интенсивности напряжений Кс, бетонов с обработанным заполнителем, повысился на 16 17%, что свидетельствует о том, что бетоны, приготовленные на предварительно обработанных заполнителях, имеют более плотную структуру контактной

Таким образом, проведенные исследования подтвердили возможность получения высококачественных бетонов, имеющих одновременно высокие показатели прочности и стойкости, путем регулирования величины и характера пор контактной зоны и возникновения дополнительных мелкокристаллических новообразований низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.

На основании проведенных исследований разработаны рекомендации по производству высококачественных бетонов для суровых климатических условий эксплуатаций, которые включают: общие положения, требования к материалам, особенности оптимизации составов и технологии приготовления высококачественных бетонных смесей с заданным комплексом свойств, охрану труда и технику безопасности.

Основные выводы

1. Обоснована возможность получения высококачественных бетонов с комплексом эксплуатационных требований путем предварительной обработки заполнителей комплексной добавкой, включающей микрокремнезем и гиперпластификатор и позволяющей создать условия формирования более плотной и прочной контактной зоны за счет дополнительных новообразований и снижения капиллярной пористости, способствующей повышению прочности, морозостойкости, водо-непроницаемости и трещиностойкости бетонов.

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

3.Установлено с помощью РФА, ДТА и электронной микроскопии, что предварительная обработка заполнителей комплексной добавкой при приготовлении бетонной смеси способствует образованию низко- и высокоосновных гидросиликатов кальция и снижению капиллярных пор в контактной зоне между цементным камнем и заполнителем.

4. Установлено, что использование полидисперсных наполнителей, получаемых путем механохимической активации отходов промышленности, которая обеспечивает увеличение удельной поверхности отходов, изменение структуры частиц на поверхности, образование дополнительных дефектов в решетках минералов, способствует получению более плотной и прочной структуры цементного камня в результате заполнения порового пространства цемента и способности при химическом взаимодействии с новообразованиями

5. Предложен фактор С1, представляющий объемную концентрацию цемента в многокомпонентном цементном тесте, от которого получена зависимость, учитывающая требуемую прочность бетона, активность наполнителя и цемента для определения оптимального количества наполнителя в высококачественном бетоне.

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

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

8. 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.

9. 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.

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

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

12. Исследование начального структурообразования высококачественных бетонных смесей показало, что исследуемые бетонные смеси, содержащие гиперпластификатор, отличаются удлиненным периодом формирования структуры, что особенно важно учитывать для многокомпонентных бетонов, подвергаемых тепловлажностной обработке.