Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы. цели и задачи исследования 11
1.1 Особенности пенобетона как одного из наиболее перспективных видов ячеистых бетонов 11
1.1.1 История возникновения и развития 11
1.1.2 Современные технологии производства пенобетона 12
1.1.3 Исходные компоненты растворной части смеси .14
1.1.4 Классификация пенообразователей, механизм образования, свойства и устойчивость пен 15
1.1.5 Механизм образования ячеистой структуры .20
1.1.6 Основные показатели качества пенобетона и их взаимосвязь .21
1.2 Существующие методы повышения стабильности пенобетонных смесей и регулирования свойств пенобетонов 25
1.3 Фибровое армирование пенобетона как метод улучшения показателей качества материала 30
1.4 Физико-химические и электрические явления в объеме пеноцементной системы на границе раздела фаз .33
1.5 Электрофизические методы воздействия на цементное тесто и бетонную смесь и анализ возможности их применения в технологии пенобетона .40
1.6 Цель и задачи исследований .46
2 Исследование возможностей управления структуро- образованием и свойствами пено- и фибропенобетонов технологическими режимами и малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием 48
2.1 Регулирование и управление структурообразованием и свойствами теплоизоляционных ячеистых бетонов различными технологическими факторами .48
2.2 Экспериментальные исследования влияния технологических факторов на структурообразование и свойства теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов .49
2.2.1 Программа экспериментальных исследований .49
2.2.2 Характеристики исходных материалов 52
2.2.3 Методика изготовления и испытания опытных образцов 54
2.3 Анализ результатов экспериментальных исследований 57
2.4 Выявление оптимальных технологических режимов и факторов 64
2.5 Регулирование и управление структурообразованием и свойствами теплоизоляционных ячеистых бетонов активацией пено- и фибропенобетонных смесей малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием .65
2.5.1 Идея и сущность активации ячеистобетонных смесей мало-энергоемким переменным электрофизическим воздействием 65
2.5.2 Теоретическое обоснование целесообразности активации ячеистобетонных смесей малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием .68
2.6 Экспериментальные исследования влияния активирования малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием на структурообразование и свойства пено- и фибропенобетонов .69
2.6.1 Программа экспериментальных исследований .69
2.6.2 Характеристики исходных материалов 72
2.6.3 Методика изготовления и испытания опытных образцов 74
2.7 Анализ результатов экспериментальных исследований 76
2.8 Выявление оптимальных параметров активации малоэнергоемким электрофизическим воздействием .87
2.9 Особенности изменения структурообразования и свойств пено- и фибропенобетонных смесей и бетонов при изготовлении их по рациональным выявленным технологическим режимам и с активацией их малоэнергоемким электрофизическим воздействием с оптимальными параметрами 89
2.10 Выводы по главе 2 .91
3 Исследование возможностей управления физико-механическими и конструктивными характеристиками пено- и фибропенобетонов, изготовленных по оптимальным технологическим режимам и активированных оптимальным малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, рецептурными факторами 93
3.1 Основные исследуемые физико-механические и конструктивные характеристики пено- и фибропенобетонов 93
3.2 Экспериментальные исследования влияния рецептурных факторов на физико-механические и конструктивные характеристики пено- и фибропенобетонов, изготовленных по оптимальным технологическим режимам и с активацией малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием 93
3.2.1 Программа экспериментальных исследований .94
3.2.2 Характеристики исходных материалов 100
3.2.3 Методика изготовления и испытания опытных образцов 102
3.3 Анализ результатов экспериментальных исследований физико-механических и конструктивных характеристик активированных пено- и фибропенобетонов 108
3.3.1 Физико-механические характеристики 108
3.3.2 Конструктивные характеристики .133
3.4 Выявление оптимального диапазона изменения рецептурных параметров пено- и фибропенобетонов, изготовленных по оптимальным технологическим режимам и с активацией малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием 141
3.5 Выводы по главе 3 .142
4 Разработка расчетных рекомендаций по оценке влияния рецептурно-технологических факторов на физико-механические и конструктивные характеристики активированных пено- и фибропенобетонов 145
4.1 Рекомендации по расчетному определению физико-механических характеристик активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от значений рецептурно-технологических факторов 145
4.2 Предложения по расчетной оценке конструктивных характеристик активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от значений рецептурно-технологических факторов 151
4.3 Рекомендации по расчетному определению влияния рецептурно-технологических факторов на физико-механические и конструктивные характеристики активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от возраста бетона 155
4.4 Нормативные и расчетные характеристики пено- и фибропенобетонов, изготовленных по рациональным технологическим режимам, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием с оптимальными параметрами и с применением оптимальных значений рецептурно-технологических факторов .159
4.5 Рекомендации по аналитическому описанию диаграмм деформирования "напряжения-деформации" при сжатии и растяжении пено- и фибропенобетонов, изготовленных с применением оптимальных значений рецептурно-технологических факторов при различных возрастах и их взаимосвязь .161
4.6 Выводы по главе 4 164
5 Практическое внедрение разработанных технологии производства, составов бетона и методик расчета характеристик активированных пено- и фибропено-бетонов .166
5.1 Разработка и внедрение заводской технологии производства активированных теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов и изделий из них .166
5.1.1 Формирование базы нормативно-технической документации .166
5.1.2 Формирование комплекса необходимого производственного оборудования 167
5.1.3 Опытно-промышленная установка для электрической активации..168
5.1.4 Характеристики производимых стеновых блоков .170
5.1.5 Технологический регламент на производство теплоизоляционных пено- и фибропенобетонных блоков, активированных малоэнерго-емким переменным электрофизическим воздействием 171
5.2 Рекомендации по проектированию составов активируемых теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов 179
5.3 Внедрение разработанной оптимальной рецептуры активированных пено-и фибропенобетонов 183
5.4 Внедрение разработанных расчетных предложений по оценке характеристик активированных пено- и фибропенобетонов 186
5.5 Техническая и экономическая эффективность разработанных технологических, рецептурных и конструктивных предложений .190
5.6 Внедрение разработанных рекомендаций в учебный процесс .192
5.7 Выводы по главе 5 192
Основные выводы 194
Литература .198
Приложение. Документы о внедрении результатов исследований .212
- Существующие методы повышения стабильности пенобетонных смесей и регулирования свойств пенобетонов
- Экспериментальные исследования влияния технологических факторов на структурообразование и свойства теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов
- Экспериментальные исследования влияния рецептурных факторов на физико-механические и конструктивные характеристики пено- и фибропенобетонов, изготовленных по оптимальным технологическим режимам и с активацией малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием
- Рекомендации по расчетному определению влияния рецептурно-технологических факторов на физико-механические и конструктивные характеристики активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от возраста бетона
Введение к работе
Актуальность темы. Совершенствование свойств строительных
материалов, технологий их производства и составов – важнейшие задачи современного материаловедения. Это в особенности относится к ячеистым теплоизоляционным бетонам, из которых выделяются пено- и фибропенобетоны – одни из самых массовых в практическом строительстве благодаря своим свойствам, экономичности, надежности и долговечности.
Их эффективность можно еще более повысить технологическими и рецептурными факторами – новыми технологиями производства, в частности малоэнергоемкой активацией, в сочетании с совершенствованием рецептуры.
Получение усовершенствованных технологическими и рецептурными факторами теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов с повышенными физико-механическими и конструктивными характеристиками и возможностью их расчетного определения является актуальной и важной задачей, решение которой позволит расширить их внедрение в практику строительства.
Цель диссертационной работы - разработка способов регулирования
структурообразования и свойств теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов,
активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим
воздействием, технологическими и рецептурными факторами, получение пено- и
фибропенобетонов и изделий из них лучшей структуры и с лучшими физико-
механическими и конструктивными характеристиками, предложение
теоретических рекомендаций по их расчетному определению.
Задачи исследования:
- выявить технологические режимы и факторы, приводящие к
максимальному улучшению структурообразования и свойств теплоизоляцион
ных пено- и фибропенобетонов;
- исследовать возможности улучшения структурообразования и свойств
теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов активацией малоэнергоемким
переменным электрическим полем, определить его оптимальные параметры;
- предложить способы регулирования свойств активированных
теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов рецептурными факторами;
- разработать рекомендации по расчетному определению физико-
механических и конструктивных характеристик активированных пено- и
фибропенобетонов в зависимости от рецептурных и технологических
параметров в любом возрасте и при любых параметрах активации;
- внедрить в практику разработанные технологии и составы пено- и
фибропенобетонов, заводскую установку для активации малоэнергоемким
переменным электрическим полем, наладить серийный выпуск изделий из
активированных пено- и фибропенобетонов.
Объект исследования – активированные малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием пено- и фибропенобетоны и изделия из них.
Предмет исследования – технологические и рецептурные факторы в регулировании структурообразования и свойств активированных пено- и фибропенобетонов.
Методы исследований – технологические, численные и
экспериментальные, математического и физического моделирования, анализа размерностей, математической статистики.
Достоверност ь разработанных технологических и рецептурных
рекомендаций, а также методов расчета подтверждается результатами статистической обработки численных и экспериментальных исследований автора и других исследователей.
Научная новизна работы:
- выявлены технологические факторы и режимы, оказывающие
наибольшее влияние на структурообразование и свойства пено- и
фибропенобетонов;
предложен способ регулирования свойств и структурообразования пено-и фибропенобетонных смесей и бетонов активированием их малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, выявлены значения его оптимальных параметров;
выявлены рецептурные параметры, оказывающие наибольшее влияние на структурообразование и свойства пено- и фибропенобетонов, изготовленных по рациональным технологическим режимам и с применением малоэнергоемкой электрофизической активации с оптимальными параметрами;
разработаны рекомендации для расчетного определения физико-механических и конструктивных характеристик, а также диаграмм деформирования активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от значений технологических и рецептурных факторов, а также возраста бетона;
проведены широкомасштабные экспериментальные и численные исследования физико-механических и конструктивных характеристик, а также и структурообразования пено- и фибропенобетонов класса В1, плотностью D500 с процентом фибрового армирования синтетическими волокнами =4%, изготовленных по рациональным технологическим режимам и с применением малоэнергоемкой электрофизической активации с оптимальными параметрами, показавшие в возрасте 7…365 суток лучшие характеристики и доказавшие эффективность предложенного способа регулирования свойств;
- для проектирования определены и рекомендованы при надежности 0,95
значения нормативных и расчетных сопротивлений на сжатие и растяжение для
предельных состояний первой и второй групп пено- и фибропенобетонов класса
В1, плотностью D500 с =4%, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием с оптимальными значениями его параметров;
- разработаны и внедрены заводская технология производства стеновых
блоков из активированных теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов, их
рациональные рецептуры, практические рекомендации по определению их
характеристик, рассчитана техническая и экономическая эффективность,
налажен серийный выпуск изделий на производственном предприятии.
Практическая ценность и внедрение результатов работы:
издан СП «Блоки стеновые пено- и фибропенобетонные, активированные малоэнергоемким электрическим воздействием» (ЗАО «Ростовский завод ЗЖБК», Ростов н/Д, 2013г.); налажен серийный выпуск блоков (ЗАО « Ростовский завод ЗЖБК», Ростов н/Д); новые блоки внедрены при строительстве 10 реальных объектов в ЮФО;
рекомендации по определению физико-механических и конструктивных характеристик активированного пено- и фибропенобетона использованы при проектировании 2 реальных объектов ООО «Югстройпроект» (г.Ростов н/Д);
внедрение результатов в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете, Воронежском государственном архитектурно-строительном университете, Кабардино-Балкарских государственном университете и государственной аграрной академии.
На защиту выносятся:
- технологические и рецептурные способы регулирования
структурообразования и характеристик активированных пено- и
фибропенобетонных смесей и изделий из них;
- результаты широкомасштабных экспериментальных и численных
исследований структурообразования, физико-механических и конструктивных
характеристик активированных теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов;
- выявленные наиболее эффективные величины параметров
технологических и рецептурных факторов, а также малоэнергоемкого
переменного электрофизического воздействия;
- рекомендации по расчетному определению физико-механических и
конструктивных характеристик активированных пено- и фибропенобетонов в
зависимости от величин технологических и рецептурных параметров,
основанные на анализе сходимости численных и экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и
обсуждались на научных конференциях «Строительство-2010…2013» (Ростов
н/Д, РГСУ, 2010…2013гг.), 40…42 научно-технической конференции
СевКавГТУ (Ставрополь, 2011…2013гг.), I…IV академических чтениях ЮРО РААСН по строительным наукам (Кисловодск, ЮРО РААСН, 2010…2013гг.)
Публикации. Основные результаты опубликованы в 15 работах, включая 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 - патент РФ и 9 - в других изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 211 стр. состоит из введения, пяти глав, общих выводов и содержит 170 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 41 таблицу, библиографический список из 154 наименований и 5 страниц приложений.
Автор выражает глубокую благодарность за огромную помощь и ценные консультации Юрию Ивановичу Гольцову, кандидату физико-математических наук, доценту кафедры физики и светлой памяти Геннадия Алексеевича Ткаченко, кандидата технических наук, профессора, заведующего кафедрой технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики Ростовского государственного строительного университета, под руководством которого начиналась работа.
Существующие методы повышения стабильности пенобетонных смесей и регулирования свойств пенобетонов
Существует множество факторов, влияющих на стабильность и качество пенобетонных смесей: вид и дозировка пенообразователя, качество и количественное соотношение вяжущего и заполнителя, величина водотвёрдого (В/Т) отношения, время и скорость перемешивания смеси, а также реологические свойства шликера (растворная смесь). Сложность процесса поризации заключается в достижении рационального водосодержания смеси. С одной стороны, увеличение В/Т отношения способствует облегчению процессов распределения пузырьков воздуха в системе вследствие снижения сдвиговых нагрузок и роста объёма вовлечённого воздуха. С другой стороны, высокое водосодержание смеси повышает капиллярную пористость, приводя к уменьшению толщины межпоровых перегородок и снижению их прочности. Поэтому, хотя высокое В/Т отношение пенобетонных смесей и является решающим фактором их поризации, оно также способствует уменьшению стабильности системы. Эти проблемы полностью или частично решаются с помощью дополнительных способов стабилизации пенных структур.
В работах [10, 43, 51, 17, 52, 53, 55, 130 и др.] отмечается повышение стабильности пенобетонных смесей за счёт введения в них тонкодисперсных стабилизаторов из осадочных или кислых горных пород (мел, микрокремнезём), а также отходов промышленного производства (зола-унос ТЭС, тонкодисперсный шлак). При этом происходит уменьшение скорости движения жидкости по каналам Плато (утолщения в местах стыков пленок, образующие в поперечном сечении треугольник) и превращение плёнок в псевдотвёрдое состояние за счёт быстрого схватывания.
Е.В. Измалковой [43] в качестве карбонатного наполнителя использовался мягкий мел. При интенсивном перемешивании цементно мелового шликера происходит дополнительная диспергация крупных зёрен мела с образованием тонкодисперсных частиц, играющих важную роль в структурообразующих процессах. Эти частицы способствуют образованию адсорбционных слоёв из труднорастворимых кальциевых солей, гидрофобизации мельчайших меловых частиц и экранизации ими воздушных пузырьков, что создаёт условия для получения устойчивых к осадке смесей.
В работах [17, 52] рассматривалось повышение стабильности пеноцементных систем при помощи введения активных минеральных добавок, в частности высокодисперсного микрокремнезёма, который, наряду с положительной ролью в структурообразовании смеси, в определённом количестве приводит к повышению прочности пенобетона на сжатие до 40 % [48].
Важной особенностью тонкодисперсных компонентов является не только уменьшение скорости стекания жидкости по каналам Плато, но и ускоренное схватывание, переводящее плёнку в псевдотвёрдое состояние и, таким образом, исключающее возникновение в материале пенобетона микроучастков с пониженной прочностью. Судя по результатам, полученным С.А. Коломацким [51], этому условию в полной мере удовлетворяют цементы с высокой удельной поверхностью, взятые из аспирационных систем мельниц. Использование цементов с удельной поверхностью от 650 до 1200 м2/кг кардинально меняет седиментационные свойства суспензий, в которых при высоком В/Ц отношении (0,7…1,5) расслоение отсутствует. Такие суспензии из высокодисперсных цементов позволяют получить качественные пенобетонные смеси низких плотностей. А.Н. Юндиным и его учениками в качестве тонкодисперсного наполнителя в пенобетонных смесях исследовался шлам химводоочистки. Результаты разработки применялись при производстве плит из пеношламобетона плотностью 350 – 400 кг/м3 для утепления кровли главного котельного цеха Ростовской ТЭЦ-2 [143]. Подобные исследования проводились и в СамГАСА [55]. В смесях с карбонатным шламом Самарской ТЭС, имеющим удельную поверхность Sуд= 450 – 600 м2/кг, осадка пены отсутствовала, а пенобетон на их основе имел равномерную микропористость с толщиной межпоровых перегородок от 10 до 100 мкм. В работе В.В. Гусейновой [33] также отмечается положительный эффект от замены части цемента шламом химводоочистки в количестве до 20 %, а именно образование равномерно распределённой мелкоячеистой структуры. Также наблюдается улучшение физико-механических характеристик пеношламобетона за счёт модифицирования его суперпластификатором С-3 и сульфатом натрия в количестве соответственно 0,5 и 2 % от массы цемента, а именно повышение прочности до 100 % и уменьшении водосодержания на 45 %. Для повышения стабильности пенобетонных смесей используются добавки-стабилизаторы и загустители [122]. В.К. Тихомиров установил, что улучшение стабильности пен возможно за счёт повышения вязкости пенных плёнок, чему способствуют добавки типа КМЦ, жидкого стекла, полиакриламида, костного клея. По П.А. Ребиндеру [101] на поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой образуется слой из молекул стабилизатора, обладающего высокой структурной вязкостью и механической прочностью, что обеспечивает стабильность дисперсных систем. Такому условию соответствует эффект при введении в смесь добавок белкового типа. Н.В. Мальцев [67] исследовал влияние высокомолекулярных добавок (растворимое стекло, желатин, казеин) на стабилизацию пенобетонных смесей. При добавлении казеина и желатина от 0,1 до 0,2 % от массы твёрдых компонентов осадка пенобетонной смеси снижается более чем в 2 раза. Вид цемента – ещё один фактор, влияющий на получение стабильных высококачественных пенобетонных смесей. В.В. Пушкиной [98] было исследовано влияние гипсоглинозёмистого расширяющегося цемента (ГГРЦ) на физико-механические, тепло- и гигрофизические показатели неавтоклавного пенобетона в сравнении с портландцементом. При использовании ГГРЦ усадка пенобетона снижается более чем в 2 раза, появляется возможность получения пенобетонов классов B2,5 – B5 при марке по средней плотности D700 – D900. При этом пенобетон класса B3,5 имел марку по морозостойкости не менее F25 при средней плотности 800 кг/м3, а класса B5 – не менее F35 при средней плотности 900 кг/м3.
Экспериментальные исследования влияния технологических факторов на структурообразование и свойства теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов
Одним из возможных способов регулирования и управления структурообразованием и свойствами теплоизоляционных ячеистых бетонов является подбор рационального сочетания технологических факторов.
В одностадийной технологии изготовления ячеистобетонной смеси управлять процессом структурообразования, а также регулировать свойства конечного продукта можно с помощью изменения интенсивности (скорости и времени) поризации, вида смесителя и конструкции перемешивающего органа.
Изменение в определенном диапазоне данных технологических факторов позволяет создавать поры разного размера и изменять степень поризации. Следовательно, происходит регулирование средней плотности бетона на протяжении всего цикла приготовления поризованной смеси.
Таким образом, управляя структурообразованием путем варьирования технологических факторов, можно регулировать такие свойства ячеистого бетона как среднюю плотность, а, следовательно, и механическую прочность, теплопроводность.
При недостаточной скорости перемешивания ячеистобетонной смеси значительно снижается пористость, а средний диаметр пор увеличивается – происходит их коалесценция, что пагубно влияет на свойства бетона и сильно затрудняет их регулирование в процессе структурообразования материала.
Наоборот, неоправданно высокая скорость поризации смеси требует увеличения затрат энергии и стоимости оборудования, что экономически нецелесообразно. Поэтому одной из основных задач исследования является выбор оптимального вида смесителя и конструкции перемешивающего органа, а также рациональной скорости его вращения.
Немаловажную роль в механизме структурообразования ячеистобетонных смесей в смесителях турбулентного типа играет продолжительность их поризации.
Увеличение продолжительности поризации шликера (смеси цемента и заполнителя с водой) при прочих равных условиях приводит к снижению средней плотности бетона за счет повышения степени воздухововлечения и, как результат, пористости. При этом, естественно, снижается и прочность при сжатии ячеистого бетона.
Как известно, проектная плотность поризованного бетона задается соотношением компонентов твердой фазы, воды и пенообразователя, а также правильным выбором вида и концентрации пенообразователя. Но для выполнения этого условия необходимо предварительное рациональное задание продолжительности (или интервала времени) поризации бетонной смеси, которая обеспечивает стабилизацию процесса воздухововлечения в смесь.
Следовательно, одной из немаловажных задач данного исследования является выбор оптимальной продолжительности поризации бетонной смеси и ее рационального сочетания с другими технологическими факторами, обеспечивающего получение ячеистого бетона с наилучшими физико-механическими и конструктивными свойствами.
Экспериментальные исследования влияния технологических факторов на структурообразование и свойства теплоизоляционных пено и фибропенобетонов 2.2.1 Программа экспериментальных исследований
Чтобы выполнить поставленные задачи были проведены экспериментальные исследования влияния технологических факторов на физико-механические свойства пено- и фибропенобетонов. При этом рассчитывались следующие свойства бетонов, нормируемые ГОСТ 25485-89:
1) предел прочности при сжатии;
2) средняя плотность;
3) теплопроводность.
В опытах варьировались следующие факторы:
- вид турбулентного смесителя и конструкция перемешивающего органа (Лабораторный турбулентный смеситель СА 400/500; Вертикальная роторная мешалка WiseStir HS-120A с двумя насадками);
- время поризации смеси (2; 4; 6; мин);
- скорость перемешивания (600; 750; 900 об/мин).
Введем условные обозначения для смесителей и перемешивающих органов:
1) лабораторный турбулентный смеситель СА 400/500 – «СА»;
2) вертикальная роторная мешалка WiseStir HS-120A (насадка 1) – «HS1»;
3) вертикальная роторная мешалка WiseStir HS-120A (насадка 2) – «HS2».
Экспериментальные исследования влияния рецептурных факторов на физико-механические и конструктивные характеристики пено- и фибропенобетонов, изготовленных по оптимальным технологическим режимам и с активацией малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием
После рассмотрения различных технологических режимов и факторов и их влияния на некоторые физико-механические свойства пено- и фибропенобетонов необходимо исследовать влияние рецептурных факторов на физико-механические и конструктивные характеристики для широкого внедрения таких видов бетона в практику строительства.
Исследовались физико-механические характеристики, нормируемые ГОСТ 25485-89: - предел прочности при сжатии; средняя плотность; отпускная влажность; сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 75 % и 97 %; теплопроводность; паропроницаемость, и конструкт ивные характ еристики: - прочность на осевое сжатие; прочность на осевое растяжение; предельные деформации при осевом сжатии; предельные деформации при осевом растяжении; модуль упругости пено- и фибропенобетонов, изготовленных по оптимальным технологическим режимам и с активацией их малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием с оптимальными параметрами, выявленными в главе 2. Экспериментальные исследования влияния рецептурных факторов на физико-механические и конструктивные характеристики пено- и фибропенобетонов, изготовленных по оптимальным технологическим режимам и с активацией малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием Сначала нами были проведены экспериментальные исследования влияния рецептурных факторов на физико-механические свойства пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием с рациональными параметрами. В первую очередь были проведены эксперименты для рационализации вида и гранулометрии компонентов бетонной смеси.
В опытах варьировались рецептурные факторы:
- вид цемента (ЦЕМ I 42,5Н, CEM I 42,5 R);
- вид заполнителя (песок, зола-унос);
- гранулометрический состав заполнителя (песок: фр. 0,08-0,16 мм; 0,16-0,315 мм; 0,315-0,63 мм; 0,08-0,63 мм; зола-унос: удельная поверхность частиц – Sуд = 1280 см2/г и Sуд = 1530 см2/г);
- вид пенообразователя (белковый «Ареком-4», синтетические «Центрипор» и «Макспен»);
- наличие добавки-суперпластификатора С-3;
- процент армирования фиброй = 3; 4; 5 %.
Впоследствии, после выбора рациональных видов и крупности компонентов пенобетонной смеси, был еще проведен ряд опытов, направленных на получение оптимального соотношения компонентов в твердой фазе бетона (П/Ц), водотвердого отношения (В/Т) и содержания пенообразователя.
Соотношение песка и цемента П/Ц варьировалось от 0,1 до 0,9 через 0,2; водотвердое отношение В/Т – от 0,43 до 0,55 через 0,03; содержание пенообразователя – от 1,2 до 2,4 % через 0,3 %.
Программа экспериментальных исследований представлена на рисунках 3.1 – 3.2 и в таблице 3.1.
Для исследований было изготовлено и испытано всего 4970 опытных кубов из пено- и фибропенобетона размером 7,07х7,07х7,07см, а также 1495 пено- и фибропенобетонных пластин размером 25х25х4см и 1495 пластин размером 10x10x3см.базового вяжущего был использован бездобавочный портландцемент ЦЕМ I 42,5Н промышленного холдинга «Евроцемент груп» по ГОСТ 31108-2003, соответствующий ПЦ 400-Д0 по ГОСТ 10178-85. В отдельных экспериментах использовался Турецкий цемент М500 «BATICIM Bati Anadolu Cimento» CEM I 42,5 R (портландцемент) – аналог ПЦ 500-Д0 – по ГОСТ 31108-2003. Свойства данных цементов приведены в таблице 3.2, а минералогический состав – в таблице 3.3. Оценка свойств используемых цементов проводилась по ГОСТ 310.1-76 «Цементы. Методы испытаний. Общие положения», ГОСТ 310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости помола», ГОСТ 310.3-76 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема», ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения пределов прочности при изгибе и сжатии», ГОСТ 30744-2001 «Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка».
Рекомендации по расчетному определению влияния рецептурно-технологических факторов на физико-механические и конструктивные характеристики активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от возраста бетона
Итак, выше нами уже были разработаны предложения и рекомендации по расчетному определению изменения физико-механических, конструктивных характеристик активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от величин параметров составов бетонов в возрасте 28 суток.
Рациональный диапазон изменения величин этих параметров нами уже определен, более того – нами уже определены конкретные значения рациональных величин этих параметров (рецептура), при которых изменение физико-механических и конструктивных характеристик активированных пено и фибропенобетонов наиболее велико и благоприятно для их дальнейшей работы в конструкциях.
Поэтому не имеет особого смысла повторять уже проведенные выше расчеты и предлагать рекомендации по расчетному определению изменения свойств активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от величин параметров составов бетонов в любой срок их твердения.
Однако имеет смысл далее разработать и предложить рекомендации по расчетному определению физико-механических и конструктивных характеристик активированных пено- и фибропенобетонов в любой срок их твердения – то есть в зависимости от возраста – именно для выявленных нами конкретных значений рациональных величин составов бетона, при которых изменение этих характеристик пено- и фибропенобетонов дает наилучшие результаты.
Разработанные ниже наши расчетные предложения заключаются в рекомендациях по аналитическому описанию коэффициентов изменения физико-механических и конструктивных характеристик активированных пено-и фибропенобетонов при приведенных выше наиболее рациональных значениях параметров составов бетонов в зависимости от возраста бетона в виде: где K - коэффициент, равный отношению той или иной из рассматриваемых характеристик активированных пено- и фибропенобетонов к ее базовому значению, за которую принимается ее величина в возрасте 28 суток;
f – соответствующая функция;
t – возраст пено- или фибропенобетона.
За единую базовую функцию f (t) в формуле (4.2) примем зависимость П. Сарджина, рекомендованную ЕКБ-ФИП для описания диаграмм деформирования бетона (рисунок 4.5):
В качестве функции Y/YR в выбранной нами зависимости (4.3) выступают приращения Л физико-механических свойств (прочность при сжатии, средняя плотность, отпускная влажность, сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 75% и 97%, теплопроводность, паропроницаемость и конструктивных свойств (прочность Rb, Rb% деформативность bR, bm и начальный модуль упругости Eъ=Еыпри сжатии и растяжении) пено- или фибропенобетонов, а в качестве аргумента Х/XR -относительный возраст бетонов t/28 , то есть возраст в сутках, отнесенный к базовому - 28 суток.
Статистическая обработка полученных результатов позволила вычислить значения управляющих параметров К зависимости (4.3) для определения всех указанных свойств активированных бетонов в любом возрасте и проанализировать их.
Анализ показал, что значения К для всех аналогичных параметров конструктивных характеристик при сжатии и растяжении (прочности, предельных деформаций, модуля упругости) относительно близки между собой (таблица 4.6), что дало основание рекомендовать в целях унификации для расчетов единые значения К при определении аналогичных параметров при сжатии и растяжении.
Анализ показал хорошую сходимость разработанных теоретических рекомендаций с нашими экспериментальными результатами. Сначала отметим, что ввиду малой плотности и малой прочности рассматриваемые нами бетоны, в том числе активированные малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, являются лишь теплоизоляционными материалами, а не конструкционными. Однако небольшую роль в совместном сопротивлении стеновых конструкций внешним нагрузкам они, тем не менее, играют, в особенности с учетом улучшения их свойств в результате активации. Поэтому определение их нормативных и расчетных сопротивлений все же приобретает некий смысл. В связи с этим, после исследования изменения физико-механических, а затем и конструктивных характеристик активированных пено- и фибропенобетонов в зависимости от параметров рецептуры смесей и разработки предложений по их расчетному определению в возрасте 28 суток, необходима, в первую очередь, разработка рекомендаций по расчетному определению их нормативных и расчетных сопротивлений для возможности расчета по нормам по предельным состояниям I и II групп. Для этого нужна определенная статистика, сформированная в результате анализа множества экспериментальных данных. Ввиду этого нами были проанализированы результаты проведенного нами большого количества экспериментальных исследований призм и восьмерок из активированных пено- и фибропенобетона. По итогам статистической обработки опытных данных нами были определены нормативные сопротивления сжатию и растяжению активированных пено- и фибропенобетонов при надежности 0,95. Их значения, являющиеся одновременно расчетными сопротивлениями для предельных состояний II группы Rb,ser и Rbt,ser для пено- и фибропенобетонов с процентом фибрового армирования =4% представлены в таблице 4.7.
