Введение к работе
Актуальность.
В настоящее время имеется положительный опыт использования мелкозернистых бетонов в жилищном и гражданском монолитном строительстве в районах Севера Сибири, в которых нет крупного заполнителя, в то же время имеются практически неограниченные запасы мелкого кварцевого песка, который классифицируется как некондиционный. При этом, производство мелкозернистых бетонов требует повышенного расхода цемента, что вызывает удорожание бетонных и железобетонных конструкций на 20-30%, а твердение бетона сопровождается развитием значительных усадочных деформаций, отрицательно сказывающихся на его трещиностойкости и долговечности.
Решением задачи повышения эффективности мелкозернистых бетонов на основе некондиционных песков для суровых условий эксплуатации является применение наномодификатора, получаемого путем механохимической активации этих песков, в сочетании с комплексными добавками.
Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Цель и задачи работы.
Целью диссертации является получение эффективных мелкозернистых бетонов с использованием наномодификаторов на основе некондиционных кварцевых песков.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
обосновать возможность получения эффективных мелкозернистых бетонов путем использования наномодификаторов на основе некондиционных песков;
оптимизировать режимы механохимической активации некондиционных песков в активаторах нового поколения;
разработать оптимальные составы мелкозернистых бетонов с наномодификаторами;
установить основные зависимости мелкозернистых бетонных смесей и бетонов с наномодификаторами от основных факторов;
разработать основные технологические приемы по производству эффективных мелкозернистых бетонов для монолитного строительства в
суровых условиях эксплуатации;
- выполнить опытно-производственную апробацию полученных результатов.
Научная новизна.
Обосновано получение эффективных мелкозернистых бетонов для монолитного строительства путем замены части цемента наномодификатором, получаемым помолом некондиционного песка в промышленном активаторе с вертикальной рабочей камерой со скоростью вращения ротора не менее 10000 об/мин до получения порошкообразного продукта с размером частиц от 120 нм, размещающихся в межзерновом пространстве базового цемента, что способствует формированию качественной структуры цементного камня, образованию стабильных низко- и высокоосновных гидросиликатов кальция, а также снижению капиллярной пористости и повышению долговечности бетона.
С применением метода математического планирования эксперимента получена трехфакторная квадратичная модель прочности мелкозернистого бетона, учитывающая влияние количества наномодификатора, суперпластификатора и цемента, необходимая для прогнозирования свойств материала.
Установлено, что наномодификатор существенно снижает водопотребность высокоподвижных мелкозернистых бетонных смесей за счет перераспределения воды в бетонной смеси и изменения форм ее связей, а также способствует снижению седиментации и улучшению контактной зоны между цементным камнем и заполнителем.
Установлены зависимости прочности и пористости, а также характера поровой структуры мелкозернистых бетонов с наномодификатором от основных технологических факторов.
Получена зависимость морозостойкости исследуемых мелкозернистых бетонов от величины «приведенного удлинения» и величины капиллярной пористости, позволяющих прогнозировать поведение мелкозернистого бетона в суровых условиях эксплуатации.
Установлена взаимосвязь морозостойкости с вязкостью разрушения (коэффициентом интенсивности напряжения) модифицированных мелкозернистых бетонов, позволяющая прогнозировать формирование их структуры и свойств в процессе производства и эксплуатации.
Получены мелкозернистые бетоны с пониженными деформациями усадки за счет использования расширяющейся добавки на сульфалюминатной основе, что позволило получить мелкозернистые повышенной трещиностойкости и долговечности.
Практическая значимость.
Разработаны основные принципы производства и применения мелкозернистых бетонов с использованием наномодификатора с удельной поверхностью до 500 м2/кг и содержанием наноразмерных частиц в количестве до 25% от массы активированного песка. При этом, наномодификатор, получаемый в результате механохимической обработки местного некондиционного кварцевого песка, содержит суперпластификатор С-3 в количестве 0.7-1%.
Разработаны составы литого наномодифицированного мелкозернистого бетона с классом по прочности не менее В30, имеющего морозостойкость 150-270 циклов, с пониженной усадкой и повышенной трещиностойкостью.
Внедрение результатов исследований.
На основании проведенных исследований разработаны Технические условия на мелкозернистый бетон на мелких некондиционных кварцевых песках Севера Сибири и рекомендации по технологии приготовления, укладки мелкозернистых бетонных смесей на основе портландцемента и нано-модификатора для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций.
Разработанная технология монолитного домостроения на основе некондиционного песка была реализована при строительстве здания администрации г. Губкинский (ЯНАО). Общий объем уложенного бетона класса В25…В40 на основе мелкозернистого бетона с наномодификатором составил 6750 м3, включая 2250 м3 уложенного в зимних условиях при температуре -15…-37оС. Результаты работы использованы при строительстве гостиничного комплекса ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз» общей площадью 5400 м2. При этом, приготовлено и уложено в тело опалубки 3640 м3мелко-зернистого бетона класса В30 с наномодификатором, включая 1710 м3, уложенных в зимних условиях.
Общий экономический эффект от внедрения указанных разработок составил 23,5 млн.руб.
Апробация работы.
Основные положения результатов работы докладывались на научно-практических конференциях по итогам научно-исследовательских работ молодых ученых МГСУ в течение 2009 – 2011 гг, на Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», проводимых в рамках реализации федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К.» в течение 2009 – 2011 гг., а также на международной конференции «IBAUSIL» (г. Веймар, Германия) в 2009г и 2012г.
На защиту выносятся:
- положения о повышении эффективности мелкозернистых бетонов на местных некондиционных кварцевых песках Севера Сибири;
- зависимости прочностных свойств, трещиностойкости, морозостойкости от В/Ц, средней плотности, величины и характера пор;
- технология мелкозернистых бетонов с наномодифицирующей добавкой;
- составы мелкозернистого бетона литой консистенцией с наномодифицирующей добавкой;
-результаты опытно-промышленного внедрения.
Объём работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, списка использованной литературы и приложений, содержит 143 страницы машинописного текста, 58 таблиц, 70 рисунков и список литературы, включающий 126 наименований.
