Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ 12
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ существующих стыковых соединений сборных 12
железобетонных конструкций
1.2. Виды омоноличивающих составов для устройства стыков 17
сборных железобетонных конструкций
Омоноличивающие составы на основе портландцемент 17
Омоноличивающие составы на основе полимерных смол 22
1.2.3 Омоноличивающие составы на основе расширяющихся 24
цементов с «сульфоалюминатным» принципом расширения
1.3. Модификация как способ интенсификации расширяющих 37
деформаций цемента, твердеющего в среде с пониженной
влажностью
1.4. Выводы по главе 1 40
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ. 42
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЙ
2.1. Характеристика исходных материалов 42
2.2. Реологические и технологические методы испытания и 46
исследования цементных композиций
2.3. Физико-механические методы испытания цементных 49
композиций
Физико-химические методы анализа 51
Электрофизические методы исследования 52
Методы исследования фазового состава цементного камня 52
2.7. Физико-механические методы исследования в стыковых 53
соединениях
2.8. Статистическая обработка результатов 58
ГЛАВА 3. МОДИФИКАЦИИ РЯДОВОГО 59
ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА ДОБАВКАМИ,
ИНТЕНСИФИЦИРУЮЩИМИ ЕГО РАСШИРЕНИЕ
3.1. Подбор состава расширяющегося компонента и исследование 59
его влияния на свойства портландцемента
3.2. Физико-химическое обоснование выбора модификаторов, 67
интенсифицирующих образования гидросульфоалюмината кальция
высокосульфатной формы
3.3. Выводы по главе 3 102
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И 104 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОНТАЖНОГО РАСТВОРА
Разработка состава монтажного раствора по цементно-песчаному 104 соотношению
Технологические свойства монтажного раствора 107
Физико-механические свойства монтажного раствора 111
Деформации усадки-расширения монтажного раствора 111
Прочность монтажного раствора 114
4.3.3. Водопоглощение и показатели пористости монтажного 117
раствора
4.4. Выводы по главе 4 118
ГЛАВА 5. ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОНТАЖНОГО 120
РАСТВОРА С БЕТОНОМ КОНСТРУКЦИИ И
АРМАТУРНЫМИ СВЯЗЯМИ В СТЫКОВОМ СОЕДИНЕНИИ
Когезионно-адгезионные свойства монтажного раствора и 120 «старого» бетона
Моделирование работы стыкового соединения, омоноличенного 122 монтажным раствором
5.3. Моделирование деформаций усадки-расширения монтажного 125
\ раствора в стыке
Защитные свойства монтажного раствора по отношению 127 к стальной арматуре
Выводы по главе 5 129 ГЛАВА 6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 130 И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ МОНТАЖНОГО РАСТВОРА
6.1. Расчет технико-экономической эффективности сухой монтажной 130
смеси
6.1.1 Сравнение себестоимости І т сухой монтажной смеси со 130
стоимостью 1 т сухой «напрягающей» смеси
6.1.2. Расчет себестоимости 1 т сухой монтажной смеси 132
Разработка технических условий и технологического регламента 133 на производство сухой монтажной смеси
Защита результатов исследования патентом на изобретение 134
Условия и результаты промышленной проверки 135
6.4.1. Натурное испытание монтажного раствора в стыках колонн 135
Натурное испытание монтажного раствора на фрагменте 138 сборно-монолитного каркаса здания
Промышленное использование разработанного монтажного 143 раствора
6.5. Выводы по главе 6 145
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 147
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 149
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1, Технические условия ТУ 5745-032-02069622-2005
Сухая монтажная смесь.
Приложения 2. Технологический регламент на изготовление сухой
монтажной смеси по ТУ 5745-032-02069622-2005.
Приложение 3. Патент РФ №2259964 «Сухая цементно-песчаная
»
смесь»
Приложение 4. Протокол экспериментального исследования железобетонного сборно-монолитного каркаса здания Приложение 5. Акт внедрения сухой строительной смеси монтажного раствора для замоноличвания стыков сборных железобетонных колонн жилого дома в г.Казани
Введение к работе
Актуальность работы. Особенностью современного строительства в России является внедрение новых и модернизация существующих конструктивных решений каркасно-связевых систем зданий различного назначения из сборного и сборно-монолитного железобетона. В рамках национального проекта «Доступное и комфортное жилье» на 2002-2010 годы в регионах России реализуются, хотя и медленно, мероприятия, связанные с модернизацией заводов ЖБИ, КПД и ДСК, с целью перехода от традиционных конструктивных систем к более эффективным, обеспечивающим гибкость планировки зданий и высокое качество строительства. [1, 2, 3, 4]. В результате достигнут даже некоторый подъем объемов выпуска сборного железобетона в период с 1999 г. по 2004 г. на 6,23 млн. м [2, 5]. В то время как в России растет доля монолита, на Западе наблюдается устойчивая тенденция развития сборного железобетона (в т.ч. КПД). Свидетельством этому служит ряд специальных конгрессов по сборному железобетону, прошедших во Франции, Англии, Финляндии и даже США - стране, традиционно ориентированной на монолитное строительство [1,6].
Одновременно с этим в нашей стране значительно возрос интерес и к монолитному железобетону, который существенно улучшает объемно-планировочные и архитектурно-выразительные решения зданий, предлагая потребителю разнообразное и комфортное жилье. Особенное распространение монолитный железобетон получил в таких городах как Санкт-Петербург, Москва, в республиках Чувашия и Татарстан, в Свердловской, Челябинской и других областях.
Рациональное сочетание сборного и монолитного железобетона взаимно компенсирует недостатки обоих типов, и позволяет создавать новые каркасные системы сборно-монолитного типа (например, сборно-каркасно-
монолитная система домостроения «Аркос», разработанная БелНИИС, безригельная каркасная система типа «КУБ», французские сборно-монолитные каркасные дома системы «САРЕТ» и др.).
Разнообразие каркасных систем ведет к разнообразию стыков их элементов, от качества которых зависит прочность, жесткость и надежность всей конструкции. Одним из немногих эффективных стыков ЖБК, в частности, колонн является бессварной «колодцевый», в котором выпуски арматуры одной конструкции замоноличиваются в специальных углублениях (колодцах) в бетоне другой. Основным эксплуатационно-техническим требованием к конструкции бессварного стыка (штепсельный, муфтовый, гильзовый и др.) является его монолитность и равнопрочность. А это определяется, в первую очередь прочностью омоноличивающего материала и его сцепления (адгезии) с бетоном и арматурными выпусками сопрягаемых конструкций.
Для стыковых соединений в массовом сборном и сборно-монолитном строительстве применяются мелкозернистые смеси на основе расширяющихся цементов (напрягающего, гипсоглиноземистого, расширяющегося портландцемента, цемента с компенсированной усадкой), которые устраняют и ослабляют главный недостаток бетонов на основе рядового портландцемента - усадочные деформации. Однако, эффект расширения, при всех достоинствах названных цементов, реализуется в них лишь при поступлении в твердеющий состав влаги извне. А это зачастую трудно обеспечить в реальных условиях. В частности, это проблематично для указанного выше бессварного стыка с частично или полностью закрытым объемом. Подтверждением этому являются исследования Михайлова, Кравченко, Тейлора, Ларионовой, Рояка и др., которыми установлено, что твердение расширяющихся цементов в воде сопровождается интенсивным расширением, в нормально-влажностных условиях - незначительным расширением, а в воздушо-сухих условиях сопровождается даже усадкой.
Поэтому, весьма актуальным является поиск способов интенсификации собственных деформаций расширения омоноличивающих композиций, изготовленных на рядовых портландцементах. При этом остаются постоянными задачи улучшения их технологических свойств, повышения прочности и долговечности. Решение этих задач, по нашему мнению, возможно путем модификации портландцемента комплексными полифункциональными добавками, способными направленно регулировать физико-химические процессы гидратации компонентов вяжущего и структурообразования цементного камня.
Цель исследования. Разработка безусадочного монтажного раствора с повышенными технологическими и физико-механическими показателями путем модификации портландцемента добавками, обеспечивающими его твердение с расширением в стыках с ограниченным доступом влаги.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследования:
- обосновать с позиции физико-химии твердения цементов выбор
функциональных компонентов комплексного модификатора;
- исследовать структурообразование с расширением цементного камня
при гидратации модифицированного портландцемента с целью оптимизации
состава комплексного модификатора и его содержания;
- исследовать реологические характеристики модифицированных
цементных композиций и изучить технологические и физико-механические
свойства монтажного раствора на их основе;
- провести механические испытания стыков для определения характера
разрушения, несущей способности и деформативности;
- разработать технологию изготовления сухой монтажной смеси,
выпустить опытную партию и применить её в стыках колонн жилых зданий.
Научная новизна.
Обоснована и экспериментально подтверждена возможность интенсификации образования гидросульфоалюмината кальция
высокосульфатной формы при твердении портландцемента в среде с пониженным влагосодержанием путем введения комплексного модификатора, способного обеспечивать безусадочность монтажного раствора;
Выявлен механизм интенсифицирующего влияния добавок сульфата
натрия и С-3 на образовании эттрингита (ГСАК-3), заключающийся в
понижении концентрации гидроксида кальция и увеличения щелочности при
твердении портландцемента с расширяющим компонентом;
Установлено, что механизм положительного влияния
суперпластификатора С-3 на расширение цементного камня связан с
уменьшением открытой и капиллярной пористости и увеличением доли
свободной (неадсорбированноЙ) воды (9-Ю %), вступающей в реакцию
образования эттрингита.
Практическая значимость работы. Разработаны оптимальные составы комплексного модификатора портландцемента и на их основе безусадочного монтажного раствора с повышенными технологическими и эксплуатационно-техническими характеристиками для омоноличивания стыков сборных железобетонных конструкций зданий и сооружений (патент №2259964 от 05.04.04).
Разработаны технические условия и технологический регламент на производство сухой монтажной смеси, состоящей из портландцемента, комплексного модификатора и песка. Получены положительные результаты опытно-промышленных испытаний монтажного раствора.
Внедрение результатов работы. На основе результатов проведенных исследований на базе кафедры ТСМИК Казанского государственного архитектурно-строительного университета изготовлено 2,5 тонны сухой монтажной смеси, которая была использована для омоноличивания 158 стыков железобетонных колонн при строительстве пятиэтажного жилого дома сборно-монолитного типа в г. Казани.
Достоверность результатов экспериментальных исследований и выводов обеспечена:
- соответствием полученных результатов с общими положениями
физико-химии и структурообразования цементных композиций;
использованием поверенного оборудования при испытании материалов, современных методов исследования структуры и свойств цементного камня (РФА, ДТА, комлексонометрия, потенциометрия, тепловыделение) и статистической обработкой результатов;
- испытанием фрагмента железобетонного сборно-монолитного каркаса
здания, горизонтальные стыки колонн которого были омоноличены
разработанным монтажным раствором. Показано, что узлы каркаса обладают
достаточной несущей способностью, жесткостью и трещиностойкостью и
соответствуют требованиям действующих норм на проектирование. Это
позволило рекомендовать разработанный состав монтажного раствора при
строительстве сборных железобетонных каркасов зданий.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на: всероссийской конференции «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза, 2006 г.), десятых академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения» (Пенза-Казань, 2006 г.), V республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Наука. Инновация. Бизнес» (г.Казань, 2005), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, 2005г.), ежегодных республиканских научных конференциях Казанского государственного архитектурно-строительного университета (2003-2006 г.г.). Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, включающих 6 статей, 2 тезиса и патент №2259964 «Сухая цементно-песчаная смесь». За разработку монтажного раствора Академией наук РТ совместно с Инвестиционно-венчурным фондом автору вручен
диплом на республиканском конкурсе «50 лучших инновационных идей Республики Татарстан».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка используемой литературы из 156 наименований, изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунка, 29 таблиц, 5 приложений.
Автор благодарит кафедру «Технологии строительных материалов, изделий и конструкций» КазГАСУ за возможность выполнения в её стенах данной диссертации, научного руководителя проф. Хозина В.Г. и научного консультанта доц. Морозову Н.Н.
