Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние проблемы, перспективы развития полимер-бетонов и задачи исследований
1.1. Влияние химических добавок на формирование структуры и свойства цементных композиций (Обзор отечественной и зарубежной литературы)
1.2. Современное состояние и перспективы развития производства полимерцементных легких бетонов в строительстве 32
1.3. Обоснование применения легких бетонов, модифицированных полимерами для ограждающих конструкций; 35
1.4. Задачи исследований 47
Выводы по главе I 48
Глава 2. Разработка составов легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов, модифицированных комплексной добавкой на основе водорастворимых смол 49
2.1. Основные характеристики использованных материалов 49
2.2. Теоретические основы модификации водорастворимыми смолами 55
2.3. Основы подбора составов легких бетонов, модифицированных комплексной добавкой 58
2.3.1. Подбор составов легкобетонной смеси 59
2.3.2. Критерии оценки оптимальности составов легких бетонов, модифицированных комплексной добавкой на основе водорастворимых смол 62
2.3.3. Влияние способа введения комплексной добавки на реологические свойства бетонной смеси 72
2.3.4. Вязкость цементного теста 75
2.3.5. Сроки схватывания цементного теста 77
2.3.6. Изменение подвижности легкобетонных смесей во времени 79
2.4. Оптимизация состава легкого бетона с применением метода математического планирования экспериментов 80
Выводы по главе 2 92
Глава 3. Исследование гидратации, структурооеразования, прочностных и деформативных свойств цементного камня и бетона, модифицированного комплексной добавкой 94
3.1. Методика исследований 94
3.2. Гидратация и структурообразование цементов на ранней стадии твердения 98
3.3. Прочность легкого бетона с комплексной добавкой 113
3.4. Усадка 119
3.5. Прочность сцепления бетона со стальной арматурой 122
3.6. Модуль упругости и деформативность 124
Выводы по главе 3 125
Глава 4. Исследования структуры, физико-химических и физических свойств цементного камня и легкого бетона с комплексной добавкой 127
4.1. Методика исследований 127
4.2. Морозостойкость керамзитобетона 129
4.3. Истираемость 133
4.4. Стойкость бетона в агрессивных средах 133
4.5. Водонепроницаемость 135
4.6. Влажность, водопоглощение и показатели пористости 137
4.7. Исследование гликроструктуры цементного камня. 139
4.8. Исследование микроструктуры керамзитобетона 144
4.9. Теплофизические характеристики 152
4.10.Рентгенофазовый анализ исследуемых систем .
Выводы по главе 4 164
Глава 5. Рациональные области применения и технико-экономический расчет 166
5.1. Рациональные области применения и опытное внедрение 166
5.2. Технико-экономическая эффективность применения стеновых панелей из керамзитобетона, модифицированного комплексной добавкой 168
5.3. Технико-экономическая эффективность применения конструкций полов из легкого бетона, модифицированного комплексной добавкой для животноводческих зданий 174
Выводы по главе 5 183
Общие выводы 185
Список использованной литературы 189
Приложения 210
- Современное состояние и перспективы развития производства полимерцементных легких бетонов в строительстве
- Теоретические основы модификации водорастворимыми смолами
- Гидратация и структурообразование цементов на ранней стадии твердения
- Исследование микроструктуры керамзитобетона
Введение к работе
Важнейшей задачей современного строительства является повышение эффективности, качества и долговечности конструкций и сооружений с учетом снижения их материалоемкости и капитальных затрат. В капитальном строительстве этим задачам в полной мере отвечает расширение изготовления и применения эффективных конструкций и изделий из легкого бетона.
Ведущими странами по применению легкого бетона в строительстве являются СССР, США, Австрия, Франция, Италия, ФРГ, Великобритания / I Л При этом Советский Союз занимает одно из ведущих мест в мире по абсолютному объему легкобетонного строительства. Успехи, достигнутые при применении легких бетонов в жилищном,общественном, промышленном и сельскохозяйственном строительстве подтвердили правильность развития этого направления. Использование легкого бетона позволило снизить массу конструкций на 35%, расход стали на 10%, трудозатраты на 10% / 2 /.
Прирост производства легкого бетона осуществляется нарастающими темпами. За последние 10 лет объем применения железобетонных конструкций из легкого бетона на пористых заполнителях возрос почти в 2,5 раза и его выпуск в 1982 году в стране составил свыше 22 млн.м3, или около 10% всего объема применяемого бетона. В среднем по стране наметилась следующая тенденция распределения легкого бетона по отраслям строительства: в жилищно-гражданском - 80%, в промышленном - 15%, сельскохозяйственном - 5% / 3 /.
В настоящее время техническая целесообразность, экономическая эффективность и перспективность применения легких бетонов в различных областях строительства не вызывает сомнения. Об этом достаточно полно свидетельствуют данные исследований отечествен - 6 ных и зарубежных ученых, мировой опыт строительства и его возрастающий объем. Не случайно поэтому, что в последние годы намечается тенденция вытеснения из некоторых традиционных областей тяжелого бетона легким, особенно в области ограждающих конструкций.
Характеризуясь в целом широким комплексом уникальных строительно-технических свойств, легкие бетоны на пористых заполнителях, как и вообще бетоны, не лишены некоторых существенных недостатков, резко снижающих эффективность их практического использования в ограждающих конструкциях. В связи с этим, возникла необходимость совершенствования легких бетонов.
Как показывают многочисленные исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, проблема повышения качества легкого бетона для ограждающих конструкций может эффективно решаться с помощью модификации его активными химическими соединениями по механизму действия, напоминающими легирующие компоненты в сталях. Такая модификация должна быть целенаправленной и при малых расходах модификаторов, что предопределяет практическую реализацию этого перспективного направления.
Повышение качества и снижение материалоемкости ограждающих конструкций определены рекомендациями П Всесоюзной конференции по легким бетонам (Минск, 1975), УШ Всесоюзной конференции по бетону и железобетону (Харьков, 1977) и IX Всесоюзной конференцией по бетону и железобетону (Ташкент, 1983).
Актуальность работы, в настоящее время средняя объемная масса легких бетонов для однослойных наружных ограждающих конструкций составляет 1200 кг/м3. Марочная прочность таких бетонов в среднем равна 75, коэффициент теплопроводности - около 0,35 Вт/(м. С). Это низкие показатели, которые не отвечают требованиям современного строительства. Не удовлетворяют также современным требованиям многие виды применяемых полов в животноводческих помещениях по теплотехническим, физико-механическим, технико-экономическим показателям и долговечности. Поэтому разработка новых составов легких бетонов для указанных конструкций с улучшенными физико-механическими, физико-химическими свойствами и повышенной долговечностью является весьма актуальной задачей, имеющей научное и народнохозяйственное значение.
Тема настоящей работы поставлена в развитие целевой комплексной научно-технической программы 0.Ц.03І подпрограммы 0.55.І6.Ц "Разработать и внедрить новые эффективные строительные конструкции высокой заводской готовности", задания 01.04.02 " Разработать и внедрить конструкции наружных стеновых панелей из легких бетонов с улучшенными технико-экономическими показателями, в том числе наружные стеновые панели повышенной заводской готовности (с окнами) из легкого бетона объемной массой менее 900 кг/м3 и прочностью 50-75 кгс/см .Кроме того, часть вопросов диссертации рассматривалась в соответствии с важнейшей темой лаборатории легких бетонов и конструкций НИИЖБ "Разработать новые виды легких бетонов для теплых полов в животноводческих помещениях и выдать рекомендации по их устройству".
Целью настоящей работы являлась разработка новых составов конструквдонно-теплоизоляционных легких бетонов с улучшенными свойствами и исследование их основных характеристик применительно для полов в животноводческих помещениях и наружных стен преимущественно для районов повышенной сейсмической активности.
Научная новизна работы:
- разработан и предложен для практического применения новый эффективный материал - полимерцементный легкий бетон для ограждающих конструкций с улучшенными физико-механическими свойствами и повышенной долговечностью;
- установлены оптимальные соотношения компонентов составов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов методом математического планирования эксперимента;
- сформулированы основные принципы и способы физико-химической модификации легких бетонов малыми дозами полимерных материалов;
- рассмотрен и объяснен механизм влияния комплексной полимерной добавки на состав, структуру, свойства и долговечность бетона.
Практическая ценность:
- обоснована техническая возможность и экономическая целесо образность модификации легких бетонов полимерами с целью повышения их качества;
- выявлены оптимальные составы конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов с предложенной комплексной добавкой, что способствует расширению области применения разработанных бетонов в ограждающих конструкциях;
- разработаны "Рекомендации по изготовлению сборных стеновых панелей из полимерцементных легких бетонов для гражданского, промышленного и сельскохозяйственного строительства" и "Рекомендации по устройству теплых сплошных полов из легкого бетона, модифицированного полимерами, для животноводческих помещений".
Реализация работы. Разработанные материалы внедрены в производстве сборных стеновых панелей для жилых зданий Туркменской ССЯР и монолитных сплошных полов в животноводческих помещениях совхоза им. 50-летия СССР Калининской области. Автор защищает:
- новые составы легких полимерцементных бетонов для ограждающих конструкций;
- теоретическое и практическое обоснование возможности и целесообразности модифицирования конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона водорастворимыми полимерами;
- предложенную новую комплексную добавку, состоящую из кар-бамидной смолы, полиамидной смолы и поверхностно-активной добавки;
- механизм действия влияния разработанной добавки на физико-механические свойства и долговечность бетонов;
- результаты исследований влияния комплексной добавки на гидратацию вяжущего, фазовый состав новообразований и формирование структуры;
- результаты оптимизации составов бетонов;
- рекомендации по назначению оптимальных режимов тепловлаж ностной обработки легкого бетона с комплексной добавкой на основе водорастворимых смол;
- совершенствование заводской технологии по производству ограждающих конструкций из разработанных бетонов;
- рекомендации по изготовлению сборных стеновых панелей из полимерцементных легких бетонов для зданий различного назначения;
- рекомендации по устройству монолитных сплошных полов из легкого бетона модифицированного полимерами для животноводческих помещений;
- обоснование экономической целесообразности применения разработанных легких бетонов в современном строительстве.
Настоящая работа выполнялась в лаборатории легких бетонов и конструкций ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательского института бетона и железобетона Госстроя СССР.
Современное состояние и перспективы развития производства полимерцементных легких бетонов в строительстве
В последние годы в СССР и за рубежом полимерцементным бетонам уделяют большое внимание. Как уже отмечалось, модификация бетонов полимерами позволяет получать материалы с новыми свойствами. При сравнительно небольшом расходе полимеров, простой технологии достигается высокая технико-экономическая эффективность таких бетонов в ряде отраслей строительного производства /149/.
Практическое применение полимерцементных бетонов в строительстве постоянно расширяется. В настоящее время показана технико-экономическая целесообразность применения полимерцементных бетонов в строительной индустрии, химической и нефтехимической промышленности, мелиоративном строительстве на ирригационных и магистральных каналах, в гидротехнических сооружениях, специальном дорожном строительстве и других отраслях народного хозяйства.
Полимерцементные композиции охватывают весьма широкий и разнообразный круг научных и прикладных проблем, что позволяет говорить о них уже сейчас как о важной самостоятельной и прогрессирующей области прикладной химии, переплетающейся с рядом смежных физикохимических и других дисциплин.
Основные научные разработки полимерцементных бетонов направлены, главным образом, на установление механизма модификации вяжущего полимерами, на изучение реологических свойств бетонных смесей, оптимизацию режима твердения вяжущего и отверждение полимерной фазы.
Научные основы технологии полимерцементных бетонов специфичны тем, что эта область материаловедения лежит на стыке учения о полимерах, химии неорганических вяжущих веществ и технологии бетонов.
Интенсивные поиски рациональных путей модификации цементного бетона полимерными материалами постоянно расширяется. Под модификацией в данном случае понимается совокупность методов и приемов, направленных на существенное улучшение свойств бетонной смеси и затвердевшего бетона, осуществляемых с применением химических добавок как на стадии приготовления бетонных смесей, так и на затвердевшем бетоне. Введение различных химических веществ на стадай приготовления бетонной смеси с целью изменения реологических свойств, структуры и физико-механических характеристик бетона является наиболее распространенным направлением модификации цементных бетонов. Об интенсивности этого направления свидетельствуют работы трех международных конгрессов по полимербетонам, проведенных в Лондоне (1977), Токио (1980) и Кориямо (1981), которые показали, что по использованию полимербетонов, в частности поли-мерцементных бетонов в строительстве, Советский Союз прочно занимает одно из ведущих мест в мире. Ведущими странами по использованию полимерцементных бетонов являются США, Англия, Франция, ФРГ, Япония, Италия, Швеция, Болгария, ГДР, Чехословакия, Румыния.
Советскими учеными внесен большой вклад в разработку теории и практики полимерцементных бетонов.
Современная химия полимерных материалов производит такие продукты (модификаторы), которые удачно механически, физически или физико-химически совмещаются с компонентами цементных бетонов, принципиально изменяя их свойства / 75 /. Научные разработки и внедрение новых составов технологических приемов приготовления и применения полимерцементных бетонов ведутся в НЙИЖБе, МИИТе, ЛИИЖТе, НИЛ и ФХММ и ТП, ТашЗНИИЭПе, МИСИ, Гидропроекте, тресте В 38 Минстроя СССР и других организациях. Разработкой полимерных добавок для бетонов занимаются ВНИИСК, НИИМономеров, НИИШІ, а также некоторые строительные организации.
Большой интерес представляет модификация бетонов водорастворимыми смолами. Работы этого направления успешно развиваются ЛИИЖТом, МИИТом, РИСИ и другими научными и строительными организациями. В результате разработок полимерцементные бетоны на водорастворимых смолах начали использовать для предварительно напряженных и ряда других конструкций. Вместе с тем объем применения полимерцементных бетонов, в частности полимерцементных легких бетонов еще не соответствует запросам и требованиям, предъявляемым современным строительством, а производство полимерных добавок осуществляется еще в небольшом количестве. Широкое внедрение добавок в практику сборного и монолитного железобетона сдерживается из-за недостаточной эффективности, отрицательных побочных явлений, токсичности, а также ввиду их высокой стоимости и дефицитности.
Недостаточно ведется работа по централизованному производству полимерцементных бетонов и по механизации технологии их применения. Недостаточен и уровень научных разработок, особенно по легким бетонам и с комплексными полимерными добавками. Все это свидетельствует о необходимости постановки исследований в этой области.
Одним из кардинальных направлений совершенствования строительства в настоящее время и на последующие годы признано снижение массы, материале- и энергоемкости строительных материалов и конструкций / 150-152 /. Снижение материале- и энергоемкости конструкций достигается за счет совершенствования их проектирования и применения более прочных и легких материалов. Следует отметить, что при этом должны строго учитываться технико-экономические показатели капитального строительства и производства строительных материалов / 153-155 /. Наиболее эффективным методом снижения материалоемкости, а также энергетических и трудовых затрат, как уже отмечалось, является химизация бетона. Она обеспечивает получать бетоны с новыми улучшенными свойствами и высокой долговечностью. Например, при введении шшстифипирующих и комплексных добавок в небольших количествах расход цемента сокращается больше, чем на 20%. При этом значительно снижается трудоемкость формования железобетонных изделий, уменьшаются энергозатраты. Кроме улучшения технике-экономических факторов, принципиально улучшаются и физико-механические характеристики бетона / 156 /.
Теоретические основы модификации водорастворимыми смолами
Знание основных закономерностей, связывающих структуру и свойства органических соединений и бетонов, позволяет целенаправленно выбирать ту или иную добавку для реализации заданного качества. Характерными особенностями водорастворимых смол в отличие от некоторых других полимерных добавок являются: - эффективность действия в малых количествах, не превышающих 1-2$ массы цемента; - низкая вязкость, обеспечивающая быстрое и однородное перемешивание легкобетонной смеси; - физико-химическая совместимость с составляющими бетона; - обеспечивают твердение бетона при тешювлажностной обработке, в воздушно-сухих, во влажных и водных условиях; - не вызывают коррозии стальной арматуры; - недефицитны и сравнительно дешевы. Карбамидные смолы по объему выпуска занимают первое место. Они являются самыми дешевыми среди выпускаемых химической промышленностью синтетических смол. Широкое распространение водо -растворимые карбамидные смолы.нашли и по ряду других положительных свойств /157/. Благодаря этим свойствам карбамидные водорастворимые смолы нашли применение и в легких бетонах. Например в работе /158/ исследовалось влияние карбамидной смолы на свойства легких бетонов. В качестве отвердителя применялась щавелевая кислота. Показано, что при введении в легкобетонную смесь карбамидной смолы значительно повышается прочность бетона как в воздушно-сухом, так и в водонасыщенном состоянии. Примерно в 2 раза уменьшается капиллярный подсос и на 30-40$ снижается водопоглощение бетонов. Водонепроницаемость повышается на 1,5 ступени.
Так как карбамидные смолы отверждаются, как правило, кислыми катализаторами, то при разработке комплексной добавки это свойство нами было использовано. В качестве такого отвердителя в работе была принята полиамидная смола $ 89.
Вообще применение полиамидной смолы Л 89, как самостоятельной добавки, в строительной практике известно. В частности об этом указывается в работе /159/, в которой показано, что при введении водорастворимой смолы № 89 в количестве 1,5$ массы цемента (в пересчете на сухое вещество), прочность керамзитобетона на сжатие повышается на 10$. Бетоны, модифицированные этой смолой, имеют повышенные границы микротрещинообразования керамзитобетона.
В то же время добавка смолы її 89 не влияет на предельную сжимаемость бетона. Но при этом увеличивается предельная растяжимость его. Модуль упругости керамзитобетона при сжатии снижается на 5-10$, а при растяжении не изменяется.
В настоящей работе применена комплексная добавка, состоящая из водорастворимой карбамидной смолы, смолы В 89 и СДБ. Применение СДБ в качестве составляющей комплексной добавки обусловлено тем, что легкие бетоны в отличие от тяжелых /160-162/ характеризуются худшей удобоукладываемостыо. Для получения необходимой подвижности легкобетонных смесей требуется повышенный расход воды. Поэтому затвердевший бетон имеет большую начальную влажность и в дальнейшем высокую ползучесть и усадку. Вода, оставшаяся в бетоне в несвязанном состоянии, увеличивает объем открытых капиллярных пор. Вследствие этого бетон может иметь высокое водопоглощение и проницаемость, низкую стойкость к воздействию различных агрессивных сред. Поэтому для улучшения удобоукладывае-мости, а значит для снижения водопотребности в комплексную добавку вводили СДБ. Однако, как было установлено, функции СДБ в комплексной добавке значительно шире, чем только роль пластификатора. Она к тому же, играет роль стабилизатора карбамидной смолы.
С помощью модификации легких бетонов полимерами для ограждающих конструкций, как показали предварительные исследования, можно улучшать подвижность и удоукладываемость легкобетонной смеси за счет снижения поверхностной энергии натяжения на границе раздела фаз ("твердое тело - жидкость") и повысить прочность легкого бетона. Повышение прочности бетона может быть достигнуто за счет модифицирования структуры цементного камня, а также формирования мелкокристаллической однородной структуры. С помощью такой модификации можно более равномерно распределить пористость, уменьшить общий объем крупных пор и увеличить количество микро-пор. Все это позволит уменьшить количество микродефектов в цементном камне. Кроме этого, в результате отверждения комплексной добавки внутри сформировавшейся цементной структуры возможно образование полимерной структуры за счет наличия в исходных олигоме-рах функциональных групп: метилольных, амидных и гидроксильных.
При такой модификации можно ожидать снижения усадки легкого бетона вследствие удержания в поровом пространстве цементного камня повышенного количества воды в адсорбционно-связанном состоянии. Вследствие того, что в структуре бетона преобладает объем мелких пор, логично предполагать, что будут улучшаться гидрологические свойства (водопоглощение и водонепроницаемость). Благодаря мелкопористой структуры можно ожидать повышение морозостойкости бетона.
Гидратация и структурообразование цементов на ранней стадии твердения
Настоящие исследования выполнялись по стандартным действующим методикам. Для оценки влияния предложенной комплексной добавки на свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона в качестве контрольных образцов были приняты идентичные составы без добавки. Степень гидратации, фазовый состав гидратных новообразований и структуру цементного камня и легкого бетона, модифицированного комплексной добавкой, изучали согласно /172 - 175 /. Исследования выполнялись в лаборатории физико-химических исследований бетонов НИИЖБ.
Гидратацию портландцементов на ранней стадии твердения изучали по составу изменения жидкой фазы в соответствии с /172, 173/. Исследования выполнялись на цементном тесте при в/Ц =0,5 (с последующей корректировкой на равноподвижные смеси). Для отделения жидкой фазы от твердой применяли метод фильтрации под давлением, который позволял отделить жидкую фазу через определенные промежутки времени в течение 24ч после затворения цементного теста. В жидкой фазе цементного теста определяли общую щелочность, рН, Са2+, м,+, К+, Na+,So . Общую щелочность измеряли на автоматическом титраторе для потенциометрического титрования. рН жидкой фазы устанавливали на рН-метре высокого класса, снабженного микроэлектродами. Содержание кальция и магния изучали комллексометрическим методом с индикатором кислотным хром темно-синим, а калия и натрия - на пламенном фотометре. Содержание сульфатов определяли весовым методом. Количественную оценку эттрингита устанавливали согласно /172/. Гидрат-ную воду определяли по потере при прокалывании при 800С и относили к массе прокаленной навески.
При изучении кинетики структурообразования цементного теста использовали метод роста пластической прочности системы. Для данного исследования применяли усовершенствованный конический пластометр, подготовленный в лаборатории физико-химических исследований бетонов НИИЖБ. Определение пластической прочности с помощью этого метода сводилось к измерению нагрузки, необходимой для погружения конуса в твердеющее цементное тесто на определенную глубину, которая контролировалась с помощью измерительного индикатора.
Прочность при сжатии бетонов исследовали согласно ГОСТ 10180-78. Исследования выполняли на кубах с ребром 100 и 150 мм, изготовленных серией из 6 шт. Бетонные смеси уплотняли на лабораторной виброплощадке типа 435А, обеспечивающей вертикальные колебания частотой 2900+100 колебаний в минуту и амплитудой 0,5+0,05 мм. Изготовленные образцы твердели в нормальных условиях (температура 20+2С и влажность воздуха не менее 95%) и подвергались тепловлажностной обработке - паропрогреву по режиму (3+3+6+2)ч при температуре изотермической выдержки 80-85С. Тепловую обработку исследуемых составов бетонов проводили в лабораторной пропарочной камере емкостью 0,8 м3, оборудованной программным регулятором ПРТЭ-2м для автоматического поддержания заданного режима. Испытание образцов проводили на прессе П-50 с передачей нагрузки на них со скоростью 0,6+0,02 Ша/с.
Прочность на осевое растяжение бетонов изучали в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-78 на призмах квадратного сечения 100x100x400 мм, изготовленных серией из 3 шт. Образцы для исследования твердели в естественных условиях, а также подвергались тепловой обработке. Образцы испытывали на машине Амслер (Швейцария), При этом скорость приложения нагрузки на образец составляла 0,05 0,002 МПа/с.
Прочность на растяжение при изгибе легких бетонов определяли согласно ГОСТ 10180-78. Для данного исследования была изготовлена серия образцов 100x100x400 мм, состоящих из 3 шт. Образцы твердели в нормальных условиях и подвергались тепловой обработке. Нагрузка к образцам прикладывалась двумя сосредоточенными силами с возрастающей скоростью, составляющей 0,05 0,002 МПа/с. Испытание проводилось на прессе П-5.
Усадку составов легких бетонов исследовали по ГОСТ 24544-81. Для определения усадки были изготовлены призмы 100x100x400 и 150x150x600 мм, не гидроизолированные от влагообмена с окружающей средой. Серия изготовленных образцов состояла из 3 шт. Образцы до исследования твердели во влажных условиях, исключающих возможность испарения влаги из бетона, и подвергались тепловлаж-ностной обработке. Образцы испытывали в помещении, в котором температура составляла 20+2С и относительная влажность воздуха 60 5$. Усадку измеряли с помощью индикатора часового типа с точностью до 0,01 мм с базой 200 мм.
Прочность бетона на сцепление с арматурой определяли по методике, разработанной НИИЖБ /176/. Испытания выполняли на образцах в виде призм сечением 140x140 мм, высотой 100 мм, изготовленных серией из 5 шт. Образцы твердели после паропрогрева в нормальных условиях до 28 сут. При бетонировании образцов по геометрической оси призм центрально располагали одиночный стержень из горячекатаной арматурной стали класса А-ІУ диаметром 12 мм, длиной 500 мм. С одной стороны стержень выступал из бетона на 380 мм, с другой - на 20 мм. Призмы армировали проволочным каркасом, изготовленным из низкоуглеродистой арматурной проволоки диаметром 5 мм. Каркас состоял из четырех замкнутых поперечных хомутов размером 120x120 мм, соединенных по углам продольными отрезками такой же проволоки длиной 100 мм. Образцы нагрузили ступенями через 25 кН.
Смещение свободного конца стержня относительно бетонов измеряли с помощью изгибаемой рамы из полосовой стали, на которой фиксировали зажим для крепления индикатора, измерительная ножка которого в рабочем положении упиралась в торец свободного конца арматуры.
Исследование микроструктуры керамзитобетона
Водонепроницаемость легких бетонов определяли испытанием образцов-цилиндров диаметром и высотой 150 мм. Для данного исследования были изготовлены образцы серий из 6 шт. с последующим хранением их в естественных условиях до 28 сут. Исследование на водонепроницаемость указанных образцов проводилось по ГОСТ 12730.5-78.
Влажность бетона определяли согласно ГОСТ 12730.2-78 на образцах 100x100x100 мм, изготовленных серией из 3 шт. Образцы, предназначенные для данного исследования, твердели в нормальных условиях и подвергались тепловой обработке.
Водопоглощение и показатели пористости исследованных составов бетонов изучали на кубах 100x100x100 мм, выполненных отдельной серией по 3 шт. Образцы, предназначенные для исследования, твердели в камере нормального твердения и подвергались теп-ловлажностной обработке. Исследование образцов на водопоглощение выполнялось согласно ГОСТ 12730.3-78. Показатели пористости изучали по ГОСТ 12730.4-78.
Микроструктуру цементного камня и бетона изучали на сканирующем электронном микроскопе 3 S И -255 (Япония) на образцах 30x30x30 и 100x100x100 мм. Увеличение снимков - от 45 до 2000 раз. Исследования выполняли на свежих сколах образцов размерами 7x7 мм, которые готовились следующим образом. Свежий скол образца устанавливали на подставке объектодержателя диаметром 10 мм и напыляли углерод в установке ЭВП-2 (электро-вакуумный пост) для создания токопроводящего слоя. При установке образца на подставку его поверхность дополнительно заземляли токопрово-дящим клеем. Условия получения реплик и снимков для всех образцов были одинаковы.
Теплофизические характеристики бетонов изучали на пластинах размерами 250x250x50 мм. Такие исследования выполнялись в Центральной лаборатории долговечности ограждающих конструкций НИИСФ с участием автора работы. Исследования по изучению теплопроводности легких бетонов выполнялись согласно методике, разработанной НИИСФ /205, 206/. В соответствии с этой методикой определяли теплофизические характеристики легких бетонов путем создания теплового импульса и регистрации изменения температуры в исследуемом материале с последующим вычислением коэффициентов теплопроводности и температуропроводности. При этом с целью уменьшения погрешности одновременно с температурными измерениями оценивали диэлектрическую проницаемость бетонов, по которой определяли их объемную влажность, а затем - тепловую активность и по полученным данным расчетным путем находили искомые теплофизические характеристики легких бетонов.
Рентгенофазовый анализ портландцементов и продуктов их гидратации выполнялся качественным методом на рентгеновском дифрак-тометре ДРОН-1,5 с гониометрической приставкой ІЇЇ-2. Подготовка образцов для качественного анализа производилась согласно работы /175/. Степень гидратации C3S , C2S , С4-АГ и С3А определяли по величине непрогидратированного остатка этих минералов. Причем величины остатков указанных минералов устанавливались по изменению интенсивности аналитических линий. Интенсивность аналитических линий определяли над усредненной линией фона. Фазовый состав продуктов гидратации цементного камня с комплексной добавкой определялся путем сравнения межплоскостных расстояний и интенсивности линий.
Одним из основных критериев, определяющих долговечность и эксплуатационные свойства наружных ограждающих конструкций является морозостойкость. Исследованиями Г.И.Горчакова, М.З.Симонова и других была показана возможность получения легких бетонов, не уступающих по морозостойкости тяжелым бетонам. Это нашло отражение в ряде нормативных документов, Так, СНиП II-2I-75 нормирует для легких бетонов наибольшую марку по морозостойкости - Мрз-500.
В настоящее время наиболее подробна изучена морозостойкость керамзитобетона. Установлена зависимость морозостойкости керам-зитобетона от вида его заполнителей, количества воды затворения, расхода цемента и других факторов /207/. При этом показано, что основными факторами, влияющими на морозостойкость керамзитобетона, являются капиллярная пористость цементного камня (при слитном строении бетона) и морозостойкость керамзита. Но имеются также исследования (Г.П.Курасова, К.М.Кацгаба), показывающие зависимость морозостойкости керамзитобетона не от морозостойкости крупного заполнителя, а от способности заполнителя поглощать жидкую фазу из бетонной смеси, способствующей тем самым образованию стойкой растворной составляющей.
Согласно современным воззрениям /208/ морозостойкость бетона зависит от следующих факторов: - разности коэффициентов температурного расширения составляющих бетона; - замерзания воды в замкнутом пространстве; - перемещения воды по тепловому потоку и возникновению гидравлического сопротивления; - сегрегации льда при установившейся зоне промерзания.
