Содержание к диссертации
Введение 5
1. МОРОЗОСТОЙКОСТЬ ЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНОВ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ... 11
1.1. Морозостойкость цементных бетонов. Связь структуры цементного бетона с его морозостойкостью 11
1.2. Физический механизм разрушения цементных бетонов под действием влаги и знакопеременных температур 24
1.3. Методы определения и прогнозирования морозостойкости бетона.. З 3
1.4. Методы (способы) повышения морозостойкости цементных бетонов 43
1.5. Цели и задачи исследования 52
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 55
2.1. Материалы и технология изготовления цементных композитов 55
2.2. Методы экспериментальных исследований и применяемое оборудование 59
2.3. Планирование эксперимента и статистические методы анализа экспериментальных данных 66
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЖИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ БЕТОНОВ ОГРАЖДАЮ ЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 72
3.1. Модель и структурные характеристики цементной (монодисперсной) системы. Зависимость морозостойкости цементного композита от характеристик цементной системы 72
3.2. Особенности переноса влаги в материале ограждающей конструкции 80
Модели деградации цементных композитов, подверженных одно стороннему воздействию влаги и знакопеременных температур.
Аналитическое определение деградационных функций и парамет ров деградации 91
Выводы 96
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОДНО СТОРОННЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЛАГИ И ЗНАКОПЕРЕМЕН НЫХ ТЕМПЕРАТУР НА СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ КОМПО ЗИТОВ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 98
Зависимость физико-механических характеристик цементных композитов от степени наполнения цеолитсодержащей породой при различном значении водоцементного отношения 98
Исследование температурного состояния ограждающей конструк ции, подверженной одностороннему воздействию влаги и знако переменных температур 109
Изменение прочностных характеристик цементных композитов при одностороннем воздействии влаги и знакопеременных темпе ратур 116
Изменение характеристик порового пространства цементных ком позитов ограждающих конструкций при одностороннем воздейст вии влаги и знакопеременных температур 132
Склерометрическое исследование механизма разрушения цемент ных композитов ограждающих конструкции, подверженных одно стороннему воздействию влаги и знакопеременных температур 154
Применение метода деградационных функций для оценки долго вечности цементных бетонов ограждающих конструкций, рабо тающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопе ременных температур 164
4.7. Выводы 172
5. МЕТОДЫ (СПОСОБЫ) ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЦЕ МЕНТНЫХ БЕТОНОВ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ОДНОСТОРОННЕМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ ВЛАГИ И ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР 174
5.1. Повышение долговечности цементных бетонов ограждающих конструкций, подверженных одностороннему воздействию влаги и знакопеременных температур, путем применения демпфирующих компонентов 176
5.2. Повышение долговечности цементных бетонов ограждающих конструкций, подверженных одностороннему воздействию влаги и знакопеременных температур, путем применения интегрально-капиллярной системы " Акватрон-6" 184
5.3. Повышение долговечности цементных бетонов ограждающих конструкций, подверженных одностороннему воздействию влаги и знакопеременных температур, путем нанесения на наружную поверхность конструкций защитных покрытий 196
5.4. Выводы 206
6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 208
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 212
ПРИЛОЖЕНИЯ 233
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях, несмотря на разработку и внедрение новых эффективных строительных материалов и конструкций, цементный бетон по-прежнему занимает лидирующее положение в производстве ограждающих конструкций для зданий и сооружений различного функционального назначения. С каждым годом всё более наблюдается тенденция к увеличению темпов роста капитального строительства новых зданий и сооружений и реконструкции возведённых ранее, а, следовательно, потребность в конструкциях, изготовленных из цементных бетонов, будет постоянно расти.
Практика эксплуатации ограждающих конструкций жилых, гражданских и промышленных зданий, резервуаров, бункеров, силосов показала, что наблюдается быстрое разрушение конструкций из-за большого числа различных повреждений, которые выводят конструкцию из строя ранее расчетного срока эксплуатации или уменьшают эффективность её работы. Одной из важнейших причин появления большого числа повреждений бетонных ограждающих конструкций является морозная деструкция.
Если учесть, что Северная строительно-климатическая зона, характеризующаяся суровостью климата, занимает около 60% территории России, то морозостойкость бетонов является одним из основных факторов, обеспечивающих высокую долговечность и работоспособность ограждающих конструкций.
Ограждающие конструкции жилых, гражданских и промышленных зданий, резервуаров, бункеров, силосов систематически подвергаются совместному воздействию влаги (атмосферные осадки, технологические среды) и знакопеременных температур. При этом не всегда удается конструктивными мероприятиями обеспечить нормативную долговечность конструкций. Достаточно часто можно наблюдать как при комплексном воздей ствии воды и знакопеременных температур ограждающие конструкции разрушаются. Разрушение происходит послойно и этот процесс можно прогнозировать, а, следовательно, можно определить межремонтные сроки для восстановления разрушенного слоя.
Однако до сих пор задача прогнозирования (расчета) срока службы ограждающих конструкций при совместном действии воды и знакопеременных температур не ставилась и не решалась и до сих пор нет моделей позволяющих прогнозировать поведение ограждающих конструкций в этих условиях эксплуатации.
Поэтому проблема прогнозирования и повышения долговечности ограждающих конструкций при совместном действии воды и знакопеременных температур является актуальной и требует незамедлительного разрешения.
Цель работы: разработка методов прогнозирования долговечности цементных бетонов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур, и способов (методов) повышения их долговечности за счет использования минеральных наполнителей, химических добавок, демпфирующих компонентов и применения различных видов защитных покрытий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- установить связь между структурными характеристиками цементной системы и морозостойкостью цементного композита и изучить явления влагопереноса в капиллярно-пористых телах в случае насыщения пористой среды жидкостью;
- экспериментально изучить зависимость прочности и характеристик пористости наполненных цементных композитов от количества вводимого минерального наполнителя и водоцементного отношения, а также их влияния на долговечность цементных композитов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур;
- исследовать изменение прочности и характеристик порового пространства цементных композитов по высоте поперечного сечения ограждающей конструкции, подверженной одностороннему воздействию влаги и знакопеременных температур;
- с помощью метода определения склерометрической микротвердости изучить характер и особенности механизма деградации цементных композитов ограждающих конструкций при одностороннем воздействии влаги и знакопеременных температур;
- разработать модель деградации и метод прогнозирования долговечности цементных композиционных материалов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур, учитывающих первоначальное улучшение прочностных свойств цементного композита;
- экспериментально изучить влияние введения в бетонную смесь демпфирующих компонентов на долговечность цементных бетонов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур;
- экспериментально изучить влияние введения в бетонную смесь интегрально-капиллярной системы на долговечность цементных бетонов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур;
- провести экспериментальные исследования влияния нанесения на наружную поверхность ограждающих конструкций различных видов защитных покрытий на их долговечность при одностороннем воздействии влаги и знакопеременных температур.
Научная новизна работы состоит в разработке, экспериментальном и теоретическом обосновании метода прогнозирования долговечности це ментных композиционных материалов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур, основанного на применении деградационных функций, а также разработке способов (методов) повышения долговечности цементных композитов ограждающих конструкций при данных условиях эксплуатации.
Новизна работы подтверждается следующими результатами:
- теоретически обоснована зависимость морозостойкости цементного композита от структурных характеристик цементной системы и получены характеристики поровой среды материала, выраженные с помощью функции плотности вероятности распределения кривизны порового пространства капиллярно-пористого тела по радиусам;
- экспериментально исследовано изменение прочности и характеристик порового пространства цементных композитов по высоте поперечного сечения ограждающих конструкций, подверженных одностороннему воздействию влаги и знакопеременных температур;
- разработан метод прогнозирования долговечности цементных композиционных материалов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур;
- разработана феноменологическая модель деградации цементных композитов, учитывающая эффект временного улучшения прочностных свойств материала под действием агрессивной среды;
- получена полиномиальная модель зависимости прочности и характеристик пористости наполненных цементных композитов от количества вводимого минерального наполнителя и водоцементного отношения, а также изучено их влияния на долговечность цементных композитов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур;
- с использованием метода определения склерометрической микротвердости изучены характер и особенности механизма деградации цемент ных композитов ограждающих конструкций при одностороннем воздействии влаги и знакопеременных температур;
- разработаны способы (методы) повышения долговечности цементных композиционных материалов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур, за счет использования минеральных наполнителей, химических добавок, демпфирующих компонентов и применения различных видов защитных покрытий;
Практическое значение работы заключается в создании способов (методов) повышения долговечности цементных бетонов ограждающих конструкций, работающих в условиях одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур. Предложены составы цементных композитов, обладающие повышенной стойкостью в подобных условиях эксплуатации. Предложен минеральный наполнитель для цементных вяжущих, снижающий расход цемента при улучшении конструкционных свойств материала и повышении его долговечности при циклическом морозном воздействии. Разработана методика оценки долговечности ограждающих конструкций на основе цементных вяжущих с учетом одностороннего воздействия влаги и знакопеременных температур.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международных, российских, региональных и республиканских научно-технических конференциях и семинарах: Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы строительного материаловедения. Первые Соломатовские чтения" (Саранск, 2002 г.), Международной научно-технической конференции "Актуальные вопросы строительства" (Саранск, 2004-2005 г.), Всероссийской научно-технической конференции "Использование отходов промышленности и местных сырьевых ресурсов регионов при получении строительных материалов и изделий. Третьи Соломатовские чтения" (Саранск, 2005 г.), Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы со временного строительства. Строительные материалы и конструкции" (Пенза, 2005 г.), научно-технической конференции "Долговечность строительных материалов и конструкций" (Саранск, 2006 г.), Академических чтениях РААСН "Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения" (Казань, 2006), Общем собрании РААСН "Проект и реализация - гаранты безопасности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург, 2006).
Результаты исследований использованы при производстве бетонных и железобетонных изделий, элементов и конструкций на предприятии ОАО «Железобетон» (г. Саранск, Республика Мордовия) и производстве сухих строительных смесей (участие в разработке 4 технических условий) на предприятии ОАО «Мордовцемент» (п. Комсомольский, Республика Мордовия).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 14 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы из 197 наименований, изложена на 232 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 17 таблиц и приложения.
Работа выполнена на кафедре "Строительные конструкции" архитектурно-строительного факультета Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва".
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю член-корреспонденту РААСН, доктору технических наук, профессору Селяеву Владимиру Павловичу и научному консультанту кандидату технических наук, доценту Куприяшкиной Людмиле Ивановне за консультации и помощь при подготовке и выполнении работы.
