Введение к работе
Актуальность. В настоящее время из всех существующих технологий возведения зданий и сооружений наиболее перспективным является монолитное строительство - способ возведения сооружений из бетона, которая позволяет в короткие сроки возводить объекты строительства практически любой этажности и формы.
Возрастающие требования, предъявляемые к современным объектам, создают необходимость применения такой методики строительства, которая дает возможность возведения зданий с разнообразными архитектурными и объемно-планировочными решениями. В условиях стесненной застройки или реконструкции в исторически сложившейся среде способ монолитного строительства является не только оптимальным, но и зачастую, единственно возможным.
В связи с активным развитием программы развития жилищного строительства в Российской Федерации, в том числе Белгородчины на рынке индивидуального жилищного строительства появилось большое разнообразие применяемых материалов для монолитного строительства. Известно, что для монолитного строительства бетоны должны обладать высокой степенью трещиностойкости, прочностью при сжатии, растяжении и изгибе, низкой усадкой, достаточной водонепроницаемостью и морозостойкостью. Для обеспечения таких свойств необходимо создание эффективных высокопрочных бетонов.
Армированный бетон является классическим сочетанием мелкозернистых бетонов с добавками различных армирующих средств -стальных, стеклянных или синтетических. Этот вид бетона называется фибробетоном и предназначается для создания особо прочных конструкций. Фибробетон, который применяется при монолитном строительстве, позволяет создавать конструкции любой сложности и конфигурации, а фибробетонные смеси значительно улучшают качество и долговечность здания.
Диссертационная работа выполнена в рамках: ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы, внутревузовских грантов «Геоника. Предмет и задачи. Реализация в строительном материаловедении» на 2012 - 2014 гг. и «Фибробетон с
использованием нанодисперсного модификатора для каркасно-монолитного строительства» Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 г..
Цель и задачи работы. Повышение эффективности эксплуатационных характеристик дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов с использованием нанодисперсного порошка (НДП) из гидротермальных
источников вулканогенных областей для монолитного строительства.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка составов и оптимизация структуры композиционных вяжущих с использованием нанодисперсного порошка из гидротермальных источников;
исследование характера влияния эффективных пластификаторов и НДП на свойства композиционных вяжущих и бетонов на их основе;
проектирование составов и изучение свойств высококачественных армированных мелкозернистых бетонов для монолитного строительства;
подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований. Внедрение результатов исследования.
Научная новизна работы. Установлена возможность повышения эффективности композиционного вяжущего, полученного путем домола портландцемента с пластифицирующей добавкой «Полипласт ПРИМЕИУМ» в вибромельнице до удельной поверхности 600 м /кг за счет управления процессами структурообразования при синтезе цементной матрицы путем использования нанодисперсного порошка с удельной поверхностью до 160000 м2/кг, полученного из гидротермальных источников вулканогенных областей. Введение НДП в количестве 0,01% от массы вяжущего ускоряет процесс синтеза новообразований связывая выделяющие при гидратации алита СаО в гидросиликаты кальция различной основности. Оптимизируя таким образом микроструктуру цементного камня, что позволяет получить вяжущее активностью 120 МПа.
Предложены принципы оптимизации структуры мелкозернистых бетонов на наноуровне за счет использования композиционного вяжущего и нанодисперсного порошка; на микроуровне за счет создания высокоплотной упаковки заполнителя; на макроуровне за счет введения стальной и полипропиленовой фибры. Это позволило разработать широкую номенклатуру
использования мелкозернистого фибробетона для монолитного строительства с пределом прочности при сжатии до 169,6 МПа, морозостойкостью F 700 и высокими деформативными характеристиками.
Установлен характер влияния состава вяжущего: количества нанодисперсного порошка, суперпластификатора и фибр на деформативные характеристики мелкозернистого бетона для монолитного строительства. Оптимизация структуры на нано-, и микроуровне позволила повысить призменную прочность бетона до 130 МПа. Введение стальной и полипропиленовой фибр увеличило модуль упругости бетона до 113 МПа.
Практическое значение работы. Предложены составы композиционных вяжущих на основе портландцемента, пластифицирующей добавки и нанодисперсного порошка с обеспечением активности вяжущего 120 МПа.
Разработаны мелкозернистые фибробетоны с использованием композиционных вяжущих, отсева дробления кварцитопесчаника и песка, для монолитного строительства с пределом прочности при сжатии до 169,6 МПа, прочностью на изгиб до 21,6 МПа и морозостойкостью F 700.
Полученные результаты и основанные на них рекомендации позволяют повысить надежность, долговечность и экономичность зданий и сооружений.
Внедрение результатов исследований. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлена на предприятии ООО «Строительная компания №1» г. Белгорода.
Для внедрения результатов работы разработаны рекомендации на изготовление монолитного фибробетона для промышленного и гражданского строительства; стандарт организации «Фибробетоны для монолитного строительства с использованием нанодисперсного порошка, полученного из гидротермальных источников».
Теоретические положения и результаты исследований и опытно-практическое внедрение использовались в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270106.65 «Производство строительных материалов, изделии и конструкций»; бакалавров по направлению 270800.62 «Строительство», магистров по направлению 270800.68 «Строительство» магистерской программы «Технология производство строительных материалов, изделий и конструкций» и «Инновации и трансфер технологии».
Апробация работы. Результаты исследований и основные материалы диссертационной работы доложены на Областной научно-практической конференции (г. Белгород, 2010 г.) «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее»; 68-ой Всероссийской научно-технической конференции, (г. Самара, 2011 г.) «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре»;; на Международной научно-технической конференции молодых учёных БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород, 2011 г.); на Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» (XX научные чтения), БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород, 2011г.); VIII Международной научно-практической конференции «Дни науки - 2012» (Чехия, Прага); на Конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (г. Казань, 2012 г.); на Международной научной конференции «Эффективные композиты для архитектурной геоники» 18-19 сентября 2013 (г. Белгород).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в тринадцати научных публикациях, в том числе, в двух статьях ведущих рецензируемых изданиях, рекомендуемых для публикации по диссертационным исследованиям. Зарегистрировано ноу-хау № 20130036.
На защиту выносятся:
- причины повышения эффективности комплексных вяжущих за счет
использования нанодисперсного порошка;
- механизм влияния нанодисперсного порошка из гидротермальных
источников на физико-механические свойства и структуру композиционного
вяжущего;
- принципы проектирования мелкозернистых бетонов для монолитного
строительства зданий;
- вопросы оптимального дисперсного армирования стальной и
полипропиленовой фиброй мелкозернистого бетона;
- результаты экспериментально-теоретических исследований влияния
нанодисперсного порошка на состав, свойства и микроструктурные
особенности фибробетона для монолитного строительства;
- технико-экономическое обоснование и внедрение результатов
исследований.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста, включающего 28 таблиц, 63 рисунка и фотографии, списка литературы из 240 наименований, 6 приложений.
