Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы. цель и задачи исследования .12
1.1 Существующие способы электрофизического воздействия в технологии цементных бетонов 12
1.1.1 Электротермическое воздействие на бетоны и бетонные смеси .13
1.1.2 Электромагнитная активация компонентов бетонной смеси .16
1.2 Ячеистые бетоны как объект исследования 28
1.3 Способы и возможности электрофизической активации в технологии ячеистых бетонов 32
1.4 Армирование пенобетонов дисперсными волокнами как фактор улучшения характеристик материала .35
1.5 Цель и задачи исследований 38
2 Экспериментальные исследования структуро образования и физико-механических свойств пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнерго емким переменным электрическим полем .40
2.1 Идея, сущность и теоретическое обоснование предлагаемого способа регулирования структурообразования и свойств пено- и фибропенобетонных смесей и бетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием .40
2.2 Характеристики исходных материалов .43
2.3 Программа экспериментальных исследований физико-механических свойств активированных пено- и фибропенобетонов 45
2.4 Особенности изготовления пено- и фибропенобетонных смесей и опытных образцов из них .51
2.5 Методики испытаний опытных образцов .53
2.6 Анализ результатов экспериментальных исследований
2.7 Дополнительные экспериментальные исследования и анализ полученных результатов 68
2.8 Выявление рациональных режимов малоэнергоемкого электрофизического воздействия на пено- и фибропенобетонные смеси и бетоны 73
2.9 Особенности структурообразования пено- и фибропенобетонных смесей и бетонов при активации их малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием .83
2.10 Выводы по главе 2 .86
3 Экспериментальные исследования конструктивных характеристик пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием 88
3.1 Основные конструктивные характеристики пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием 88
3.2 Программа и методика экспериментальных исследований прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием .88
3.3 Особенности методики испытаний опытных образцов 89
3.4 Анализ результатов экспериментальных исследований прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования активированных пено- и фибропенобетонов .93
3.4.1 Прочность 93
3.4.2 Предельные деформации .98
3.4.3 Модуль упругости 99
3.4.4 Диаграммы «напряжения-деформации» 99
3.5 Коэффициент конструктивного качества активированных пено- и фибропенобетонов 100
3.6 Усадка и ползучесть активированных пено- и фибропенобетонов .102
3.6.1 Общая постановка исследований усадки и ползучести .102
3.6.2 Особенности методики экспериментальных исследований 104
3.6.3 Анализ результатов исследований усадки и ползучести 106
3.7 Выводы по главе 3 .109
4 Предложения по расчетной оценке физико механических и конструктивных характеристик и диаграмм деформирования пено- и фибропено-бетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием 111
4.1 Рекомендации по расчетному определению физико-механических характеристик пено- и фибропенобетонов в зависимости от параметров малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия .111
4.2 Предложения по расчетной оценке конструктивных характеристик пено- и фибропенобетонов в зависимости от параметров малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия 118
4.3 Нормативные и расчетные сопротивления пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим
воздействием 1224.4 Расчетное определение физико-механических и конструктивных характеристик пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием в зависимости от возраста бетона 125
4.5 Рекомендации по аналитическому описанию диаграмм деформирования "напряжения-деформации" при сжатии и растяжении активированных пено- и фибропенобетонов в различные сроки твердения и их взаимосвязь 129
4.6 Предложения по расчетной оценке усадки и ползучести пено- и фибробетона, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием .131
4.7 Выводы по главе 4 .133
5 Разработка технологии промышленного производства пено- и фибропенобетонных изделий с активацией малоэнергоемким переменным электрическим полем 135
5.1 Особенности предлагаемой технологии производства изделий из активированных теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов .135
5.1.1 Обеспеченность предприятия нормативно-технической документацией 135
5.1.2 Характеристика необходимого производственного оборудования.137
5.1.3 Сырьевые материалы, их доставка, подготовка и хранение 138
5.1.4 Дозирование компонентов и подготовка форм 139
5.2 Технология производства пено- и фибропенобетонных изделий на предприятии с применением малоэнергоемкой электрофизической активации бетонных смесей 139
5.3 Характеристика производимых стеновых блоков 142
5.4 Контроль изготовления и качества продукции .143
5.5 Техника безопасности, охрана труда и окружающей среды 146
5.6 Опытно-промышленная установка для электрической активации, ее схема и описание .151
5.7 Обоснование технической эффективности предлагаемой технологии
производства неавтоклавного активированного пено- и фибропенобетона .153
5.8 Расчет экономической эффективности предлагаемой технологии производства активированного пено- и фибропенобетона .155
5.9 Разработка технологии получения активированных пено- и фибропенобетонов в условиях стройплощадки и возведения стеновых конструкций из них .159
5.10 Выводы по главе 5 162
Основные выводы 163
Литература
- Электротермическое воздействие на бетоны и бетонные смеси
- Программа экспериментальных исследований физико-механических свойств активированных пено- и фибропенобетонов
- Программа и методика экспериментальных исследований прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием
- Предложения по расчетной оценке конструктивных характеристик пено- и фибропенобетонов в зависимости от параметров малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия
Введение к работе
Актуальность темы. Современное материаловедение выдвигает в качестве основных задач создание новых и совершенствование существующих строительных материалов и технологий их производства.
К наиболее актуальным и прогрессивным строительным материалам относятся теплоизоляционные бетоны, среди 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 благодаря новым технологиям производства, в частности применением электротехнологий, в особенности малоэнергоемких. Пионерные исследования в этом направлении дают основания предположить, что при активировании бетонных смесей малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием возможно получение теплоизоляционных бетонов с повышенными физико-механическими и конструктивными характеристиками.
Получение таких пено- и фибропенобетонов с возможностью расчетного определения всех их необходимых инженерных характеристик является актуальной и важной задачей, решение которой позволит расширить их внедрение в практику строительства, существенно повысив его эффективность.
Рабочая гипотеза. Улучшение физико-механических и конструктивных свойств пено- и фибропенобетона в результате обработки бетонных смесей малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием за счет более плотной упаковки частиц инертных компонентов в межпоровых перегородках вследствие того, что в результате создаваемого электрическим полем возникающего периодического механического воздействия на электрически заряженные зёрна заполнителя, они вместе с их сольватными оболочками совершают колебательные движения, разрушая случайные непрочные структурные связи в наполненном цементном тесте и вызывая его тиксотропное разжижение в микрообъёмах.
Цель диссертационной работы - разработка лабораторного способа и заводской технологии малоэнергоемкой активации переменным электрофизическим воздействием пено- и фибропенобетонных смесей, получение пено-и фибропенобетонов и изделий из них улучшенной структуры и с более высокими физико-механическими и конструктивными характеристиками, предложение теоретических рекомендаций по их расчетному определению.
Задачи исследования:
- выполнить анализ существующих теоретических представлений о способах электрофизического воздействия на пено- и фибропенобетоны,
бетонные смеси и их компоненты; оценить целесообразность активации их малоэнергоемким переменным электрическим полем;
- изучить физико-химические процессы, происходящие при активации
пено- и фибропенобетонных смесей малоэнергоемким переменным
электрическим полем;
- исследовать влияние параметров малоэнергоемкого переменного
электрического поля на эффективность активации пено- и фибропенобетонных
смесей;
- предложить теоретические рекомендации по расчетному определению
физико-механических и конструктивных характеристик пено- и
фибропенобетонов в любом возрасте и при любых параметрах активации;
- разработать опытно-промышленную установку, выполнить
производственные испытания способа активации пенобетонных смесей
переменным электрическим полем.
Объект исследования – активированные малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием пено- и фибропенобетоны и изделия из них.
Предмет исследования – новые способ и технология малоэнергоемкой
активации переменным электрофизическим воздействием пено- и
фибропенобетонных смесей и изделий из них.
Методы исследований – технологические, численные и
экспериментальные, математического и физического моделирования, анализа размерностей, математической статистики.
Достоверност ь разработанных технологических рекомендаций и методов расчета подтверждается результатами статистической обработки численных и экспериментальных исследований автора и других исследователей.
Научная новизна работы:
- предложен способ регулирования свойств и структурообразования пено-
и фибропенобетонных смесей и бетонов активированием их малоэнергоемким
переменным электрофизическим воздействием;
- 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% с
применением предложенного способа активации малоэнергоемким переменным
электрофизическим воздействием, показавшие в возрасте 7, 28, 90, 365 суток
лучшие характеристики и доказавшие эффективность предложенного способа;
- выявлены оптимальные параметры обработки пено- и фибро-пенобетонных смесей малоэнергоемким переменным электрическим полем;
- для определения физико-механических и конструктивных характеристик
пено- и фибропенобетонов, активированных предложенным способом, в
зависимости от параметров малоэнергоемкого переменного электрофизического
воздействия и в зависимости от возраста бетона, предложены расчетные
формулы, определены значения их параметров и коэффициентов;
- для расчетного описания диаграмм «а - є» при сжатии и растяжении в любом возрасте пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, предложено использовать зависимость ЕКБ-ФИП с учетом разработанных рекомендаций по оценке изменения их прочностных и деформативных характеристик;
выявлена взаимосвязь изменений характеристик и диаграмм деформирования при сжатии и растяжении пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, в различном возрасте;
- для проектирования определены и рекомендованы при надежности 0,95
значения нормативных и расчетных сопротивлений на сжатие и растяжение для
предельных состояний первой Rb и Rbt и второй группы RbjSer и RbtjSer пено- и
фибропенобетонов класса В1, плотностью D500 с = 4%, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием;
выявлены и разработаны предложения по расчетной оценке усадки и ползучести пено- и фибропенобетонов класса В1, плотностью D500 с = 4%, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием;
разработана и внедрена заводская технология производства стеновых блоков из теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, обоснована ее техническая и рассчитана экономическая эффективность, налажен серийный выпуск изделий на производственном предприятии.
Практическая ценность и внедрение результатов работы:
издан Стандарт предприятия «Блоки стеновые пено- и фибропенобетонные, активированные малоэнергоемким электрическим воздействием» (ЗАО «ЗЖБК», Ростов н/Д, 2013г.);
налажен серийный выпуск блоков стеновых пено- и фибропенобетонных, активированных малоэнергоемким электрополем (ЗАО «ЗЖБК», Ростов н/Д);
внедрение новых стеновых пено- и фибропенобетонных блоков при строительстве свыше 10 реальных объектов в ЮФО;
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:
– разработанные лабораторный способ и заводская технология активации малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием пено- и фибропенобетонных смесей и изделий из них;
– результаты численных исследований работы активированных пено- и фибропенобетонов;
– результаты экспериментальных исследований физико-механических и конструктивных характеристик активированных пено- и фибропенобетонов;
– выявленные наиболее эффективные величины параметров
малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия;
– рекомендации по расчетному определению физико-механических и конструктивных характеристик активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием пено- и фибропенобетонов, 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…Ш академических чтениях ЮРО РААСН по строительным наукам (Кисловодск, ЮРО РААСН, 2010…2012гг.)
Публикации. Основные результаты опубликованы в 15 работах, включая 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ и 9 статей в других изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 180 стр. состоит из введения, пяти глав, общих выводов и содержит 136 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 29 таблиц, библиографический список из 151 наименования и 5 страниц приложений.
Электротермическое воздействие на бетоны и бетонные смеси
Главными функциями кремнеземистого компонента, в роли которого могут выступать песок, зола-унос ТЭС, молотый гранулированный шлак и т.д., является снижение расхода вяжущего, усадки бетона, а также повышение качества изделий и экономической эффективности производства [34].
Наиболее широко при производстве пенобетонов используют кварцевый песок. Предпочтение отдается пескам, содержащим не менее 90% кремнезема. Также используются пески с меньшим содержанием кремнезема, например барханные (полиминеральные).
Пенообразователями для получения пенобетонов называют вещества, водные растворы которых образуют пену. В начальный период производства пенобетона в качестве пенообразователя использовались клееканифольный, сапониновый, смолосапониновый, казеино-канифольный, гидролизованная кровь и другие.
В настоящее время появились возможности для получения более качественных технических пен в связи с развитием промышленности поверхностно активных веществ (ПАВ). Такую роль могут выполнять анионактивные, катионактивные, неионогенные, амфотерные вещества.
Синтетические пенообразователи производятся в соответствии с техническими условиями, поэтому они обладают постоянством свойств и срок их годности больше, чем у природных.
Пенами называют дисперсные системы, состоящие из пузырьков газа, разделенных пленками жидкости (или твердого вещества). При этом, как правило, дисперсной фазой является газ, а жидкость (или твердое вещество) рассматривается как дисперсионная среда. Роль основы пен играют пленки, разделяющие пузырьки газа и образующие пленочный каркас. При рассмотрении готового пенобетона как дисперсной системы, можно говорить о твердой дисперсионной среде и газовой дисперсной фазе. Структура пен во многом определяется соотношением объемов газовой и твердой (жидкой) фаз. Механизм образования пузырька пены заключается в формировании адсорбционного слоя на межфазной поверхности газообразного включения в жидкой среде, содержащей ПАВ. При выходе пузырька на поверхность раствора, он оказывается окруженным двойным слоем ориентированных молекул.
Необходимо отметить сложность процесса пенообразования ввиду влияния множества физико-химических, технических и других факторов. От условий проведения технологического процесса зависят закономерности, характеризующие процесс образования пены.
Пенные системы характеризуются рядом свойств, среди которых выделяется пенообразующая способность - количество пены, выражаемое ее объемом, которое образуется из постоянного объема раствора при соблюдении определенных условий в течение данного времени.
Из практики известно, что однокомпонентные системы с большой поверхностью быстро разрушаются независимо от поверхностного натяжения. В случае отсутствия избытка молекул ПАВ в поверхностном слое, пленки таких жидкостей (их еще называют «чистыми») разрушаются под влиянием сил притяжения, несмотря на достаточно большую толщину. Таким образом, для получения устойчивой пены жидкая фаза должна быть представлена, по крайней мере, двумя компонентами. Необходимо, чтобы один из данных компонентов обладал поверхностно-активными свойствами и был способен адсорбироваться на межфазной поверхности.
Дисперсность пен оценивается средним диаметром пузырьков, удельной поверхностью раздела «раствор – воздух» или распределением пузырьков по размерам. Допускается оценивать дисперсность пен средним диаметром пузырьков ввиду сложности получения монодисперсной пены. Наибольшее влияние на данную характеристику пен оказывают такие физико-химические свойства раствора, как концентрация ПАВ, вязкость, поверхностное натяжение.
В свою очередь, размер пузырьков непосредственным образом влияет на стабильность пены. Было установлено, что при различных условиях получения пены и применении различных пенообразователей, существует некоторый индивидуальный размер пузырьков, при котором пена наиболее стабильна. При описании реологических свойств пен нужно заметить, что напряжение сдвига пен связано с размером пузырьков. При одинаковых условиях пены с пузырьками меньших размеров обладают большей структурно-механической прочностью. В то же время вязкость пен в процессе старения увеличивается в первый период, а затем, в зависимости от вида ПАВ, уменьшается либо остается постоянной.
По способу образования пены подразделяются на химические (газовая фаза получается в результате химических реакций) и механические (газовая фаза образуется за счет эжекции или принудительной подачи воздуха) [122].
Программа экспериментальных исследований физико-механических свойств активированных пено- и фибропенобетонов
Анализ полученных результатов основных экспериментальных исследований позволил выявить примерный диапазон изменения оптимальных параметров малоэнергоемкой активации пено- и фибропенобетонных смесей переменным электрическим полем, при котором влияние его на изменение характеристик – как физико-механических, так и конструктивных – было максимальным. Так, при максимальном эффекте от активации значение напряженности поля было вблизи значения 3 В/см, частоты - в районе 50 кГц и времени воздействия - в диапазоне примерно 1 мин.
Все приведенные значения величин напряженности, частоты и времени воздействия, в связи с изменением в наших основных исследованиях варьируемых факторов в достаточно широких пределах и с довольно большим шагом, являются приблизительными и нуждаются в уточнении.
Для этого, после установления базовых значений основных параметров малоэнергоемкой активации переменным электрофизическим воздействием, с целью уточнения их оптимальных величин нами были проведены дополнительные экспериментальные исследования 280 кубов и 168 пластин.
После проведения всех запланированных – как основных, так и дополнительных – экспериментальных исследований нами были проанализированы полученные результаты с целью выявления рациональных режимов малоэнергоемкого электрофизического воздействия на пено- и фибропенобетонные смеси и бетоны.
На рисунках 2.3 – 2.12 представлены закономерности изменения физико механических и конструктивных свойств пено- и фибропенобетонов в зависимости от величин параметров малоэнергоемкого переменного электрического воздействия. Отметим по результатам анализа в целом, что наиболее максимальное положительное влияние электроактивация оказывает на прочность, среднюю плотность, теплопроводность и паропроницаемость.
Выявлено влияние активации и на сорбционную влажность материалов. Отметим, однако, что экспериментально установлено, что отпускная влажность не изменяется настолько же существенно в соответствии с какой-либо ярко выраженной закономерностью при активации переменным электрическим полем.
После проведения сравнительного анализа свойств активированных и неактивированных пено- и фибропенобетонов были установлены оптимальные режимы электрической активации.
Экспериментально подтверждена гипотеза о возможности управления свойствами активированных пено- и фибропенобетонов путем изменения параметров малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия -напряженности, частоты и времени активации. Значения напряженности поля, при котором эффект от активации был максимальным, находятся в зоне вблизи значения 3±0,5 В/см. Наиболее эффективной частотой оказалось значение 50±10 кГц. Оптимальное время воздействия оказалось в диапазоне 1±0,5 мин. Приведенные значения величин напряженности, частоты и времени воздействия, в связи с проведением нами дополнительных исследований, с более мелким шагом изменения варьируемых параметров по сравнению с основными исследованиями, можно считать окончательными и не нуждающимися в дальнейшем уточнении. Анализ проведенных нами широкомасштабных экспериментальных исследований показал также, что при активации малоэнергоемким переменным электрическим полем с выявленными наиболее оптимальными величинами его параметров, физико-механические характеристики пено- и фибропенобетонов изменились соответственно: - прочность при сжатии - увеличилась на 19% и 21,6%; - средняя плотность - снизилась на 1,9 и 2,5%; - отпускная влажность - заметно не изменилась; - сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 75% и 97% - снизилась соответственно на 7,4% и 9,5% и на 1,7% и 6,8% ; - теплопроводность - снизилась на 25% и 12%; - паропроницаемость - увеличилась на 9% и 12%. Тем самым очевидно, что сопоставление физико-механических характеристик пено- и фибропенобетонов, изготовленных по обычной технологии и с применением предложенного способа активации малоэнергоемким переменным электрическим воздействием, показало высокую эффективность последнего.
Программа и методика экспериментальных исследований прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием
Начальный модуль упругости при сжатии Еb и растяжении Еbt у пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, во все сроки твердения был до 19,3…30,9% выше, чем у пено- фибропенобетонов, изготовленных по обычной технологии. Повышение начального модуля упругости объяснялось повышением прочности и уменьшением предельных деформаций пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, по сравнению с теми же характеристиками пено- и фибропенобетонов, изготовленных по обычной технологии, что смещало вверх и влево максимум на диаграмме «напряжения-деформации».
Диаграммы «напряжения-деформации» Диаграммы деформирования «напряжения-деформации» – для них при сжатии и при растяжении пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, по сравнению с пено- и фибропенобетонами, изготовленными по обычной технологии, принятых за эталонные, при всех сроках твердения характерны уже упомянутые выше особенности (рис.3.4): - максимум смещается вверх и влево; - угол подъема в начале координат растет; - увеличивается подъемистость диаграммы в восходящей ветви. В целом же очевидно, что при активации малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием становится возможным получение пено- и фибропенобетонов улучшенной структуры и с более высокими физико-механическими характеристиками.
Изменение диаграмм деформирования «напряжения-деформации» пено- и фибропенобетонов, изготовленных по активационной технологиям по сравнению с изготовленными по обычной технологии.
Коэффициент конструктивного качества активированных пено- и фибропенобетонов В современной строительной практике и научной деятельности одной из важнейших задач является повышение прочностных характеристик пено-и фибропенобетонов при снижении при этом их средней плотности. В технологии ячеистых бетонов этот показатель характеризуется обычно значением коэффициента конструктивного качества (ККК), представляющего собой отношение значения прочности материала при сжатии Rb к квадрату значения его средней плотности р: ККК = (3.1) Очевидно, что в наших активированных теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов возможно повысить ККК в связи с тем, что за счет применения предлагаемого способа малоэнергоемкой электрической активации переменным электрическим полем прочность этих бетонов повышается, а плотность - наоборот, снижается.
Это в полной мере подтверждает анализ результатов, полученных в наших экспериментальных исследованиях.
Значения ККК пено- и фибропенобетонов, вычисленные по формуле (3.1) на основе экспериментальных результатов представлены в таблице 3.4.
На основании анализа полученных данных можно сделать вывод об увеличении ККК пено- и фибропенобетонов при их активации переменным электрическим полем.
Кроме этого получено, что при выявленных оптимальных значениях параметров электроактивации эти бетоны обретают максимальный коэффициент конструктивного качества. 3.6 Усадка и ползучесть активированных пено- и фибропенобетонов 3.6.1 Общая постановка исследований усадки и ползучести Усадка бетона - совокупность объемных деформаций, обусловленных изменениями влагосодержания и физико-химическими процессами гидратации цемента (исключая экзотермические деформации, относимые к температурным).
Физико-химические процессы, протекающие при взаимодействии цемента с водой, вызывают внутренние и внешние объемные изменения.
Внутренние объемные изменения системы «цемент+вода», независимо от условий твердения, отрицательны и составляют в бетоне около 3%, а в цементном камне 8…15% от суммы объемов исходных материалов. Внешние объемные изменения, при исключении поверхностных факторов, представляют собой собственно усадку и в 10-20 раз меньше полной усадки при свободной влагоотдаче.
Усадка бетона обусловлена, в основном, усадкой цементного теста, так как усадка заполнителей ничтожна и вызывается капиллярными явлениями при их высыхании. Усадка бетона - одна из основных причин появления собственных напряжений, приводящих в ряде случаев к образованию трещин.
Ползучесть бетона обусловлена, в основном, ползучестью цементного камня, заполнители же обладают значительно меньшей ползучестью. Соотношение между структурными составляющими цементного камня определяет величину его ползучести, поскольку гелевая составляющая является вязкой, а кристаллический сросток - упругим. Деформации ползучести в цементном камне обусловлены вязкостью первой и сопротивлением второго. Заполнители, обладая значительно меньшей ползучестью, препятствуют ползучести цементного камня, по мере развития которой происходит перераспределение напряжений - в цементном камне они уменьшаются, а в заполнителях - увеличиваются.
Ползучесть бетона является следствием комплексного влияния многих явлений, зависит от уровня напряжений, возраста бетона, температурно-влажностных и других условий и в значительной мере влияет на сопротивление внешним воздействиям.
Если для пено- и фибропенобетонов, изготовленных по традиционной технологии, имеются рекомендации по определению усадки и ползучести [45], то для пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, таких данных в научной литературе нет. В связи с этим, задачей наших исследований являлось изучение усадки и ползучести пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием [63].
Особенности методики экспериментальных исследований Для решения поставленных задач было изготовлено всего 40 призм размерами 10х10х40 см - по 10 пено- и фибропенобетонных, изготовленных по обычной технологии и по 10 пено- и фибропенобетонных, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием. Одновременно из тех же бетонов изготавливались контрольные кубы – по 3 на каждый вид бетона.
Учитывая, что усадка и ползучесть бетонов при прочих равных условиях в основном зависят от содержания цементного теста (цемента + воды), во всех опытных образцах оно было одинаковым и равным 350+223 = 573 кг/м3.
Процент армирования фибрами в опытных образцах был равен 4%. Все опытные образцы изготавливались по описанным выше технологиям, распалубливание форм осуществлялась через 3 суток со дня бетонирования, и в дальнейшем находились в помещении с температурой t = 20 + 3 оС и относительной влажностью воздуха W = 85 + 5%.
Измерение усадочных деформаций начиналось после распалубливания образцов с 3-х суточного возраста. Исследование деформаций ползучести начиналось с загружения призм в пружинных установках в возрасте 28 суток. Измерение как усадки, так и ползучести производилось индикаторами часового типа с ценой деления 0,001 мм, укрепленными на боковых поверхностях призм.
Предложения по расчетной оценке конструктивных характеристик пено- и фибропенобетонов в зависимости от параметров малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия
Для возможности практического внедрения пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, и строительных изделий из них необходимо уметь определять расчетным путем их основные физико-механические, а также конструктивные характеристики. Ранее, в главе 2 нами было установлено изменение физико-механических, а в главе 3 - конструктивных характеристик и диаграмм деформирования пено- и фибропенобетонов в результате активации их в процессе изготовления малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием и влияния на них параметров последнего.
Теперь же, в настоящей главе нами производится разработка теоретических предложений по расчетному определению этих характеристик. 4.1 Рекомендации по расчетному определению физико-механических характеристик пено- и фибропенобетонов в зависимости от параметров малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия
Ниже разрабатываются рекомендации по расчетному определению физико-механических характеристик в возрасте 28 суток пено- и фибропенобетонов, подвергнутых обработке малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, исследованных в главе 2:
В качестве функций Fi приняты изменившиеся в результате обработки малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием физико-механические характеристики пено- и фибропенобетонов (прочность при сжатии, средняя плотность, отпускная влажность, сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 75% и 97%, теплопроводность, паропроницаемость).
В качестве же аргументов x, y, z приняты параметры малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия (напряженность, частота и время действия) в абсолютных показателях, принятые в расчетах за переменные факторы, уровни варьирования которых приведены в табл.4.1.
Сопоставление опытных и теоретических параметров, определенных по зависимостям (4.1) с подставленными значениями коэффициентов bi из таблицы 4.4, показало их хорошую сходимость.
Коэффициенты множественной корреляции составили для зависимостей, учитывающих изменение прочности при сжатии, средней плотности, отпускной влажности, сорбционной влажности при относительной влажности воздуха 75% и 97%, теплопроводности и паропроницаемости для пено- и фибропенобетона в среднем соответственно 0,995; 0,993; 0,991; 0,996; 0,995; 0,991 и 0,99. Это свидетельствует о высокой тесноте корреляционной связи и надежности предлагаемых расчетных рекомендаций. Отметим, что проведенные расчеты были реализованы для физико механических характеристик в возрасте 28 суток пено- и фибропенобетонов, активированных малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием.
Аналогичные расчеты можно было бы провести и для физико-механических характеристик пено- и фибропенобетонов, активированным малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием в любом другом исследованном нами возрасте, но для учета изменения их во времени (при различном возрасте бетонов) нами был избран другой подход, приведенный ниже в п.4.4.
В настоящем параграфе разрабатываются предложения по расчетному определению и конструктивных характеристик в возрасте 28 суток пено- и фибропенобетонов, подвергнутых обработке малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, исследованных в главе 3:
Последняя характеристика, как показали наши экспериментальные исследования, практически не отличалась при сжатии и растяжении, поэтому рекомендации по ее определению разрабатывались для модуля упругости единые как для сжатия, так и для растяжения.
В целях единообразия расчетных зависимостей изменение конструктивных характеристик пено- и фибропенобетонов, подвергнутых обработке малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием, предлагается учитывать также с помощью тех же регрессионных зависимостей (4.1), вид и значения коэффициентов которых определяется методами математического планирования эксперимента. На этот раз в них в качестве функций Fi приняты измененные при обработке малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием конструктивные характеристики пено- и фибропенобетонов (прочность на осевое сжатие, предельные деформации при осевом сжатии, соответствующие максимальной прочности, прочности на осевое 118 растяжение, предельные деформации при осевом растяжении, соответствующие максимальной прочности, начальный модуль упругости при осевом сжатии/растяжении).
В качестве же аргументов x, y, z также приняты все те же параметры малоэнергоемкого переменного электрофизического воздействия (напряженность, частота и время действия), выраженные в абсолютных показателях. Значения коэффициентов bi регрессионных зависимостей (4.1) для различных конструктивных характеристик пено- и фибропенобетонов при обработке малоэнергоемким переменным электрофизическим воздействием приведены в таблице 4.5.
Похожие диссертации на ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАЛОЭНЕРГОЕМКИХ ПЕРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА СВОЙСТВА АКТИВИРОВАННЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПЕНО- И ФИБРОПЕНОБЕТОНОВ
