Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
Глава 1. Состояние проблемы получения эффективных высококачественных бетонов для суровых климатических условий. Цель и задачи
работы 9
Глава 2. Материалы и методики исследований 56
2.1. Применяемые материалы 56
Цемент 56
Песок 57
Щебень 57
Добавки 57
Наполнители 57
2.2. Методы исследования 58
Методика определения коэффициента интенсивности напряжения бетона 59
Методика определение коэффициента линейного температурного расширения 61
Методики определения морозостойкости 63
Расчетный метод определения капиллярной пористости 66
Методика определения дилатометрических исследований бетона 67
Методики определения структурного и вещественных составов материала 72
Глава 3. Исследование состава, структуры и свойств высококачествен
ных бетонов с отходами промышленности 73
Рабочая гипотеза .- 73
Исследование наномодификаторов на основе отходов промышленности 79
Выбор активатора для получения наномодификаторов на основе техногенных отходов 82
Исследование свойств активированных наномодификаторов
на основе отходов промышленности 88
3.2.3. Исследование влияния активированных наномодификато-
ров на свойства бетонов 96
3.3. Исследование состава и свойств высокоподвижных бетонных
смесей 99
Определение оптимального расхода гиперпластификатора в высокоподвижных бетонных смесях 99
Определение расхода цемента производили по зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения с учетом применения гиперпластификатора 103
Принципы определения составов бетонов с заданными прочностью и подвижностью 103
Оценка трещиностойкости высококачественных бетонов на основе теории механики разрушения 120
Выводы по третьей главе 122
Глава 4. Исследование влияния технологических факторов на структу
ру и свойства многокомпонентных бетонов. Практические результаты
работы 126
4.1 .Изучение процесса раннего структурообразования высокока
чественного бетона 126
Влияния тепловлажностной обработки на свойства высококачественного бетона 131
Рекомендаций по производству высококачественных бетонов
на основе высокоподвижных бетонных смесей 134
Общие положения 134
Требования к материалам 134
Особенности оптимизации состава высококачественного
бетона 135
4.3.4. Особенности технологии приготовления высококачественной бетонной смеси, обеспечивающей требуемые значения прочности,
водонепрницаемости и морозостойкости бетонов 137
4.3.5. Охрана труда и техника безопасности 138
Основные выводы 139
Приложение. Акт о внедрении результатов исследований 142
Библиографический список 144
Введение к работе
Актуальность. В настоящее время активно осваиваются восточные регионы России, богатые природными ресурсами и отличающиеся суровыми климатическими условиями. Развитие этих регионов связано со строительством дорог, коммуникаций, жилых и промышленных объектов. Основным строительным материалом в этих условиях может быть бетон и железобетон, отличающийся высокой эксплуатационной надежностью.
Решение указанной задачи связано с использованием высококачественных бетонов повышенной эффективности, обладающих одновременно высокими показателями прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, трещиностойкости. Технология высококачественных бетонов основывается на управлении структурообразованием бетона на всех этапах производства и эксплуатации.
Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Цель и задачи. Основной целью работы является получение эффективных высококачественных бетонов для суровых климатических условий
Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
обосновать возможность повышения эффективности высококачественных бетонов на основе высокоподвижных бетонных смесей путем регулирования их структуры;
разработать принципы управления структурообразованием бетона на всех этапах его производства и эксплуатации;
обосновать способ получения наномодификаторов на основе отходов зол ТЭС и отсевов дробления известняковых пород;
установить зависимости прочностных характеристик, морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости бетонов от их состава и структуры;
установить влияние тепловлажностной обработки на формирование структуры и свойств высококачественных бетонов;
разработать рекомендации по определению составов высококачественных бетонов;
провести опытно-производственное опробование результатов исследования.
Научная новизна. Обоснована возможность получения высококачественных бетонов с комплексом эксплуатационных требований путем предварительной обработки заполнителей комплексной добавкой, включающей микрокремнезем и гиперпластификатор и позволяющей создать условия формирования более плотной и прочной контактной зоны за счет дополнительных новообразований и снижения капиллярной пористости, способствующей повышению прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости бетонов.
Установлено с помощью методов РФА, ДТА и электронной микроскопии, что предварительная обработка заполнителей комплексной добавкой при приготовлении бетонной смеси способствует образованию низко- и высокоосновных гидросиликатов кальция и снижению капиллярных пор в контактной зоне между цементным камнем и заполнителем.
Установлено, что использование полидисперсных наполнителей, получаемых путем механохимической активации отходов промышленности, которая обеспечивает увеличение удельной поверхности отходов, изменение структуры частиц на поверхности, образование дополнительных дефектов в решетках минералов, способствует получению более плотной и прочной структуры цементного камня в результате заполнения порового пространства цемента и появления дополнительных новообразований.
Предложен фактор СІ, представляющий собой отношение абсолютного объема цемента к сумме абсолютных объемов цемента, наполнителя и воды, характеризующий объемную концентрацию цемента в многокомпонентном цементном тесте. Это фактор С1 позволяет определить оптимальное количество наполнителя в высококачественном бетоне., учитывая требуемую прочность бетона, активность наполнителя и цемента.
Получены зависимости количества добавки «Полипласт СП СУБ» от содержания в цементе СзА и его нормальной густоты, необходимые для расчета состава бетона.
Получена трехфакторная квадратичная модель прочности бетона с заполнителем, предварительно обработанным комплексной добавкой, учитывающая содержание микрокремнезема, гиперпластификатора «Полипласт СП СУБ» и количество воды.
Установлена взаимосвязь прочности, морозостойкости и водонепроницаемости высококачественных бетонов с предварительно обработанными заполнителями с коэффициентом интенсивности напряжений, величиной дилатометрического эффекта, величиной и характером пор и получены зависимости, необходимые для оптимизации состава бетон и прогнозирования его свойств.
Получены с помощью метода планирования эксперимента квадратичные зависимости прочности высококачественных бетонов от времени предварительной выдержки, скорости подъема температуры, а также времени и температуры изотермической выдержки, необходимые для оптимизации режимов тепловлажностной обработки.
Практическое значение. Разработана технология по производству высококачественных бетонов для суровых климатических условий, включающая способ обработки заполнителей комплексной добавкой, который позволяет получить бетоны с высокими эксплуатационными характеристиками.
Предварительная обработка заполнителей приводит к повышению прочности на 19-23% и трещиностойекости на 16-17% бетонов, а также к
снижению коэффициента К (величина водопоглощения) на 16-20% и «приведенного удлинения» при замораживании на 17-20%.
Разработаны принципы оптимизации составов высококачественных бетонов высокой подвижности на основе установленных зависимостей свойств бетонных смесей и бетонов от главных факторов.
Новизна разработок подтверждена положительным решением по заявке №2009145031 «Способ приготовления бетонной смеси» от 07.12.09г.
Внедрение результатов исследований. Опытно-промышленное опробование разработанных рекомендаций по производству высококачественных бетонов осуществлялось в течении 2009 и 2010 гг. на предприятии ООО «ИНТРА-БАУ М». Была выпущена партия 9000 м3
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ студентов МГСУ 2006-2010 гг., на Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», которая проводилась в рамках реализации Федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса «У.М.Н.И.К.» 2007-2010 гг., на Международной научно-практической конференции «Строительство-2008» в г.Ростов-на-Дону, на Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов» в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы в г.Белгород.
На защиту диссертации выносятся:
обоснование возможности получения высококачественных бетонов путем предварительной обработки заполнителей комплексной добавкой;
способ приготовления бетонной смеси с предварительной обработкой заполнителей;
зависимости изменения состава, структуры и свойств высококачественных бетонов от главных факторов;
многофакторные зависимости морозостойкости, прочности, пористости, водонепроницаемости и трещиностоикости от характеристик состава и строения;
закономерности изменения структуры и свойств высококачественных бетонов методами РФ А, ДТА и электронной микроскопии;
- принципы оптимизации составов высококачественных бетонов;
- результаты опытно-промышленного опробования.
