Введение к работе
Актуальность темы. Одним из главных достижений в области технологии цементных бетонов последних 10-15 лет является освоение в промышленных масштабах производства и применения суперпластификаторов и комплексных модификаторов типа МБ. Данные добавки позволяют получать высокоподвижные водоредуцированные бетонные смеси, обеспечивающие высокую технологичность и достижение высоких прочиостей бетонов на сжатие до 120-200 МПа,
Следует отметить, при этом, что высокопрочные бетоны на основе водоредуциро-ванных смесей являются высокоплотными структурами, утратившими в значительной степени резерв капиллярного пространства (пористости) при сохранении определенного объема непрогидратировавших клинкерных фаз. Данные структуры сохраняют геле-вую пористость, т. е. способность к подводу воды по механизму сорбции или капиллярного подсоса. При продолжающейся гидратации в подобных системах возможно формирование распора и внутриструктурного напряженного состояния. Эта особенность поведения высокопрочных бетонов на основе водоредуцированных смесей остается неизученной в мировой и отечественной практике, в том числе и потому, что отсутствуют длительные исследования поведения подобных структур на поздних стадиях твердения. В полной мере это касается и цементных систем на вяжущих с удельной поверхностью свыше 5000 см2/г, быстро теряющих так называемый «клинкерный фонд» (далее КФ) и способность к компенсации негативного влияния локальных структурных повреждений различной природы.
Работа посвящена исследованию специфики структурообразования названных систем на поздних стадиях твердения, поиску решений по нейтрализации деструктивных процессов и обеспечению стабильности свойств цементных систем,
Целью работы является исследование процессов разупрочнения цементных систем в условиях потери «клинкерного фонда» и утраты капиллярного пространства с разработкой способов нейтрализации негативного влияния данных факторов на прочность и долговечность цементных бетонов.
Задачи исследований:
систематизация деструктивных проявлений и их физико-химической и физико-механической природы при структурообразовании цементного камня и цементных бетонов;
исследование роли «клинкерного фонда» как фактора, обеспечивающего нейтрализацию локальных повреждений и долговечность цементного камня и цементных бетонов;
экспериментально-теоретическое обоснование возможности сохранения резерва «клинкерного фонда» цемента за счет оптимизации содержания в его составе белито-вой фазы;
исследование структурообразования водоредуцированных цементных систем, исчерпывающих в ранние сроки объем капиллярной пористости;
исследование особенностей процесса структурообразования цементных систем с добавками аморфного микрокремнезема;
разработка технологических решений по обеспечению эксплуатационной надежности цементных бетонов посредством нейтрализации деструктивных процессов и снижения дефектности структуры.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что цементные бетоны на основе высокодисперсных цементов с
удельной поверхностью свыше 4500-5000 см2/г, теряющие «клинкерный фонд» на ран
них стадиях структурообразования, неполноценны по фактору обеспечения и поддер
жания достигнутого уровня прочности на поздних стадиях твердения.
-
Уточнены механизмы упрочнения цементного камня при введении добавок аморфного микрокремнезема, обусловленные связыванием микрокремнеземом значительной части механически слабой фазы цементного камня - гидроокиси кальция в низкоосновные гидросиликаты кальция, а применительно к водоредуцированным системам - также и нейтрализацией развития внутриструктурных напряжений.
-
Применительно к водоредуцированным водоцементным системам, сохраняющим значительное количество непрогидратировавшего клинкера как потенциального источника развития внутриструктурных напряжений, установлен механизм нейтрализации этих напряжений при введении модификатора типа МБ, обусловленный формированием гидросиликатной составляющей при связывают гидроокиси кальция аморфным микрокремнеземом в безраспорном режиме, без увеличения объема твердой фазы.
Практическая значимость. Разработаны рекомендации по оптимизации дисперсности и гранулометрического состава цементов с точки зрения сохранения твердеющим бетоном резерва «клинкерного фонда» с целью обеспечения эксплуатационной надежности и долговечности железобетонных конструкций в течение всего нормативного срока службы.
Обоснована целесообразность производства и применения высокопрочных бетонов на основе водоредуцированных бетонных смесей с использованием комплексной добавки, содержащей суперпластификатор и аморфный микрокремнезем в качестве компонента, обеспечивающего нейтрализацию деструктивного действия внутриструктурных напряжений в бетоне. Даны рекомендации по оптимальному количеству вводимого аморфного микрокремнезема с целью повышения прочности цементных бетонов и сохранения требуемого уровня щелочности среды для обеспечения защиты арматуры от коррозии.
Реализация работы. На ООО «ДСФ Строитель-ЮЛ» выпущена партия бортовых камней с минеральным наполнителем - побочным продуктом камнеобработки и комплексной добавкой «Полипласт-МБ». Получены бетонные изделия из оптимально подобранных водоредуцированных бетонных смесей с комплексным модификатором на основе аморфного микрокремнезема при высоких прочностных и эксплуатационных характеристик изделий за счет нейтрализации внутриструктурных напряжений. Бортовые камни применены на объектах г. Уфы.
На ООО «Уфимская бетонно-растворная компания» для устройства аэродромного покрытия выпущена промышленная партия товарного бетона с комплексным модификатором «ПФМ-НЛК» в объеме 1895 м . Конструкция аэродромного покрытия из запроектированной и уложенной бетонной смеси по результатам проведенных испытаний имеет высокие эксплуатационные показатели по морозостойкости, водонепроницаемости за счет применения полифункционального модификатора бетона, обеспечивающего получение подвижной водоредуцированной бетонной смеси (В/Ц=0>29).
Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на VII-XIII научно-технических конференциях при международной специализированной выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство» (Уфа, 2004-2010), международном конгрессе «Наука и инновации в строительстве» (Воронеж, 2008), всероссийской конференции «Строительное материаловедение сегодня: актуальные проблемы и перспективы развития» (Челябинск, 2010), XV Академи-
ческих чтениях РААСН - международной научно-техническая конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (Казань, 2010), V Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза, 2010).
Достоверность научно-экспериментальных результатов обосновывается достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием современного оборудования в аккредитованной испытательной лаборатории.
Объем работы. Диссертация изложена на 160 страницах, включает 44 таблицы, 39 рисунков и состоит из введения, шести глав, выводов, приложений и списка литературы из 187 наименований.
Основные положения, выдвигаемые на защиту:
результаты экспериментальных исследований деструктивных процессов, происходящих в цементных системах на основе высокодисперсных цементов;
результаты теоретических исследований по определению количества гидроокиси кальция и образованных гидросиликатов кальция при гидратации и перекристаллизации клинкерных фаз портландцемента с учетом взаимодействия гидроокиси кальция с аморфным микрокремнеземом;
результаты теоретических и экспериментальных исследований по нейтрализации разупрочнения водоредуцированных цементных систем введением аморфного микрокремнезема, обусловленной связыванием гидроокиси кальция с образованием гидросиликатов кальция без увеличения объема твердой фазы.
