Введение к работе
Актуальность работы. Производство бетонных изделий и конструкций – наиболее материало-, энерго- и трудоемкая область строительной индустрии. Важнейшей задачей современного строительного материаловедения является разработка высокоэффективных способов улучшения структуры, физико-механических и функциональных свойств бетонов и изделий, а также снижение удельных расходов вяжущего и дорогостоящих модифицирующих добавок. Одним из основных направлений в совершенствовании структуры и свойств бетона, экономии цемента является применение функциональных химических добавок. Однако только с помощью химических добавок изменить свойства бетона с учётом уровня современных требований весьма сложно. Кроме того, большой расход добавок, улучшая одни свойства бетона, ухудшает другие. Другим путём направленного изменения структуры и свойств бетона и бетонной смеси является активация их компонентов. Среди многочисленных способов активации компонентов бетона и бетонной смеси наибольший интерес для строительной индустрии представляют магнитная и механическая активация водных систем, в частности комбинированная механическая и магнитная активация воды затворения. Совместная механомагнитная активация воды затворения и растворённых в ней функциональных добавок (солей ряда металлов) сможет не только улучшить прочностные свойства получаемого бетона, но и на порядок снизить количество вводимых в бетон химических добавок. В связи с этим применение механомагнитной активации растворов электролитов в производстве мелкозернистого бетона представляется актуальным.
Тематика исследований, представленных в диссертации, поддержана грантом РФФИ № 09-08-136-71 (2009–2010 гг.). Работа выполнялась также в соответствии с планом НИР РААСН по теме «Разработка методов механоимпульсной активации жидких компонентов в производстве бетона и бетонных работ» № 2.4.28. (2004–2008 гг.) и базовой тематикой НИР ИГАСУ.
Цель работы – получение мелкозернистых бетонов повышенной прочности и ускоренного твердения на основе механомагнитоактивированных растворов неорганических добавок. Это позволит изменить микроструктуру бетонного камня, придать требуемые свойства мелкозернистому бетону, существенно уменьшить концентрацию неорганических добавок, снизить удельный расход цемента, уменьшить энергозатраты на производство бетона.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
- выявить механизм действия механомагнитной активации растворов неорганических добавок на процесс гидратации цементного камня и установить основные закономерности структурообразования цементного камня в присутствии этих добавок;
- установить характер и степень влияния активированных растворов добавок на свойства цементного камня, бетонной смеси и бетона с помощью методов тонкого анализа;
Научный консультант
советник РААСН, д. т. н., проф. М.В. Акулова
- определить оптимальные параметры обработки раствора неорганических добавок в роторно-импульсном аппарате с магнитом при помощи методики трехфакторного планирования эксперимента;
- разработать составы и технологию приготовления бетонной смеси с применением активированного раствора добавок – ускорителей схватывания бетонной смеси и твердения мелкозернистого бетона;
- обосновать технико-экономическую эффективность использования механомагнитной активации водных систем в технологии приготовления бетона.
Научная новизна работы.
Исследован механизм действия механомагнитной активации растворов тиосульфата натрия и хлорида кальция на процессы гидратации цементного теста и твердения цементного камня;
- установлены закономерности изменений свойств цементного теста и цементного камня при применении механомагнитной активации водного раствора с неорганическими добавками.
Впервые предложены:
- механомагнитный способ активации водных растворных систем затворения бетонов, содержащих функциональные неорганические добавки;
- способ улучшения структуры, прочностных и функциональных свойств бетона, основанный на использовании активированных растворных систем затворения.
Применена методика построения математической модели, представляющей собой регрессионные зависимости второго порядка, полученные на основе данных трёхфакторного эксперимента. Определены опытные составы мелкозернистого бетона.
С помощью дериватографического анализа изучен механизм структурообразования кристаллогидратов при твердении цементного камня, затворённого на активированной воде с растворёнными в ней функциональными добавками.
Составы мелкозернистого бетона на механомагнитоактивированных растворах добавок защищены патентом РФ.
Практическая значимость работы.
Установлено, что механомагнитная активация растворов добавок – ускорителей схватывания бетонных смесей и твердения бетона позволяет снизить расход добавок в 100 и более раз при сохранении их свойств и улучшении прочностных свойств бетона.
На основании результатов проведённых исследований разработаны:
- новый ресурсосберегающий состав мелкозернистого бетона на основе активированных водных систем затворения;
- новый комбинированный способ получения активированных водных систем затворения мелкозернистых бетонов, основанный на последовательной их механической и магнитной активации;
- гибкие технологические схемы активации водных систем затворения мелкозернистых бетонов для предприятий стройиндустрии;
- обоснована технико-экономическая эффективность использования механомагнитной активации водных систем в технологии изготовления бетона.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований, представленных в диссертации, использованы при изготовлении изделий из мелкозернистого бетона на предприятии ОАО «Домостроительная компания» (г. Иваново). Методические разработки, выполненные на основе данных научных исследований, использованы в учебном процессе: при выполнении лабораторных, курсовых и дипломных работ студентами направления «Строительство».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлялись: на XIII–XVI международных научно-технических конференциях «Информационная среда вуза» (Иваново, 2006–2009); Пятой научной конференции аспирантов и соискателей (Иваново, 2007); региональной конференции «Актуальные вопросы храмового строительства» (Иваново, 2007).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 работ, из них в журналах, рекомендованных в перечне ВАК, – 2, получен 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы, содержащего 127 наименований и 4 приложения. Материал изложен на 145 страницах, включающих 32 рисунка, 26 таблиц.
Работа выполнена на кафедре строительного материаловедения и специальных технологий ГОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» (ИГАСУ).
