Введение к работе
Актуальность. Состояние строительной отрасли Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) характеризуется увеличением объемов строительства в связи с реализацией проектов в сфере нефтегазодобычи и развитием инфраструктуры региона. Для решения проблемы недостаточной обеспеченности жильем на территории ХМАО действует ряд региональных программ. Одной из которых является целевая программа «Стимулирование развития жилищного строительства в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре в 2011-2015 годах». Основными целями данной программы являются: проведение комплекса мероприятий по развитию регионального строительного комплекса и расширению его потенциальных возможностей, а также развитие базы промышленности строительных материалов с учетом внедрения энергоэффективных и ресурсосберегающих технологий, материалов и решений, с выходом на максимальную обеспеченность строительными материалами.
Наиболее пригодным способом возведения объектов на территориях, удаленных от развитой транспортной сети и мест изготовления бетонных изделий, является монолитное строительство. В то же время сложные климатические условия в северных районах сдерживают прогрессивное развитие строительства. Поэтому актуальным направлением является решение задач по обеспечению возможности ведения бетонных работ в условиях отрицательных температур с сохранением заданных параметров бетонных смесей и получением высоких эксплуатационных характеристик бетона.
Для обеспечения требуемых свойств бетонов в зимних условиях необходимо повышение марки цемента или увеличение его расхода. К тому же, значительные объемы строительной деятельности требуют больших объемов поставки вяжущего. Решение данной проблемы возможно за счет использования современных композиционных вяжущих и бетонов на основе местного сырья с учетом его минерального состава.
Работа выполнялась в рамках тематического плана г/б НИР № 1.1.07 «Разработка фундаментальных основ получения композиционных вяжущих с использованием наносистем» на 2007-2011 гг.
Цель работы. Разработка композиционного вяжущего и мелкозернистого бетона для монолитного строительства в северных районах на основе сырья ХМАО.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
исследование минерального состава и физико-механических свойств песков Эсского и Махневского месторождений ХМАО, как кремнеземного компонента композиционного вяжущего и заполнителя для мелкозернистого бетона;
разработка составов композиционного вяжущего и изучение его свойств;
проектирование состава мелкозернистого бетона на композиционном вяжущем для монолитного строительства в северных районах;
подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований и промышленная апробация.
Научная новизна. Предложены принципы повышения эффективности мелкозернистого бетона для монолитного строительства в условиях пониженных температур, заключающиеся в управлении процессами структурооб-разования за счет использования композиционного вяжущего на основе цемента и полиминеральных полевошпат-кварцевых песков, оказывающего комплексное влияние на формирование бетона в присутствии противомороз-ных добавок. Создаваемые условия гидратации позволяют снизить влияние отрицательных температур на процессы твердения и, как следствие, набор прочности бетона, уменьшив падение прочности по сравнению с образцами, твердевшими в нормальных условиях.
Разработана многофакторная схема влияния химических и физико-механических факторов на формирование твердофазной структуры цементного камня мелкозернистого бетона на основе вяжущих низкой водопотреб-ности (ВНВ) при отрицательных температурах. Данная схема позволяет оценить влияние каждого фактора в отдельности и в их совокупности при проектировании композита с заданными физико -механическими характеристиками. Эти факторы обеспечивают улучшение физико-механических характеристик мелкозернистого бетона, твердеющего при отрицательных температурах. Введение противоморозной добавки в ВНВ позволяет сохранить количество C-S-H образований при твердении в условиях отрицательных температур на уровне, близком к нормальным условиям твердения.
Установлено влияние состава кремнеземного компонента на гранулометрию композиционного вяжущего. Присутствие в составе полиминерального песка полевых шпатов, которые обладают спайностью и более низкой твердостью, по сравнению с кварцем, приводит: к улучшению размолоспособно-сти вяжущего, а, следовательно, снижению энергозатрат на помол; полимодальному распределению частиц по размерам и созданию более плотной упаковки частиц ВНВ; снижению микропористости цементного камня мелкозернистого бетона.
Получены математические модели зависимости предела прочности при сжатии и при изгибе, а также средней плотности композиционного вяжущего от соотношения кварцсодержащего и пластифицирующего компонентов в его составе, позволяющие определить оптимальное соотношение системы «кремнеземный компонент - цемент - пластифицирующая добавка» для получения требуемых характеристик вяжущего при минимальных материальных затратах.
Практическая значимость работы. Изучены минеральный состав и физико-механические характеристики песков Эсского и Махневского месторождений ХМАО, что позволило определить рациональные области их использования при получении мелкозернистых бетонов на основе композиционных вяжущих.
Разработаны составы композиционных вяжущих на основе песка Эсского месторождения, позволяющие при сохранении физико-механических характеристик бетона снизить расход цемента и противоморозного компонента.
Установлены оптимальные дозировки противоморозной и комплексной добавок в мелкозернистый бетон для монолитного строительства при отрицательных температурах с учетом использования ВНВ.
Получены составы мелкозернистого бетона различных классов по прочности на основе ВНВ-50 и ВНВ-70 с использованием в качестве мелкого заполнителя песка Махневского месторождения для применения в монолитном строительстве при отрицательных температурах.
Внедрение результатов исследований. Результаты работы внедрены при производстве вяжущих низкой водопотребности и бетонных смесей на заводе строительных материалов ООО «Югорскремстройгаз» Югры, а также при строительстве Ледового дворца, административных и жилых зданий в городе Югорске.
Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы при производстве мелкозернистого бетона для монолитного строительства разработаны следующие нормативные документы:
-рекомендации по использованию сырья Ханты-Мансийского автономного округа при производстве композиционного вяжущего;
-стандарт организации СТО 02066339-001-2011 «Мелкозернистые бетоны для монолитного строительства на основе сырья Ханты-Мансийского автономного округа с использованием композиционного вяжущего»;
-технологический регламент на производство вяжущего низкой водопотребности на основе сырья Ханты-Мансийского автономного округа.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе: при подготовке инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов изделий и конструкций»; магистров по направлению «Строительство».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены: на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства: материалы» (Саранск, 2006); Международной конференции «Ломоносов» (Москва, 2008); Международной научно-практической конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии и
оборудование, экологически безопасные технологии» (Минск, 2008); Международной конференции с элементами научной школы «Создание новых материалов для эксплуатации в экстремальных условиях» (Якутск, 2009); Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» (Белгород, 2011).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 13 научных публикациях, в том числе, в 3 статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент RU 2361834. На сырьевую смесь для изготовления мелкозернистого бетона получено ноу-хау № 20110014.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, включающего 24 таблицы, 34 рисунка, библиографический список из 180 наименований, 7 приложений.
