Введение к работе
Актуальность. Ведущие ученые мира в области строительного материаловедения считают, что бетон на цементном связующем еще многие годы будет оста- , ваться одним из основных материалов в строительстве. В настоящее время на первое место выходят проблемы многоуровневого структурообразования, так как именно их решение создает базу для последующих модификаций структуры цементного камня и бетона- И здесь, как показывают достижения в таких фундаментальных областях науки, как химия поверхностных явлений, теория дисперсных систем, коллоидная и физическая химия, имеются дополнительные возможности, которые основаны на более полном использовании потенциала внутренних сил твердеющей системы с целью дальнейшего совершенствования структуры и свойств цементного камня как матрицы для бетонов практически всех видов.
Под внутренними силами мы подразумеваем межфазные и межчастичные взаимодействия, проявляющие себя в любых дисперсных системах, как результат действия избыточной поверхностной энергии каждой из участвующих в процессах структурообразования фаз. Как показывает уже имеющийся опыт, наибольшего эффекта от управления балансом внутренних сил можно добиться на ранних стадиях структурообразования, включающих технологические переделы приготовления бетонных смесей и формования изделий. Одним из наиболее действенных факторов управления балансом внутренних сил в цементных бетонах является В/Ц-отношение.
Следует отметить, что в бетоноведении, как научной дисциплине, фактору В/Ц-отношения уделено исключительно большое внимание, накопленные теоретические и практические результаты позволяют вполне осознанно подходить к назначению составов бетонов, прогнозировать их свойства. Примером высшего достижения в этом направлении является закон водоцементного отношения.
В тоже время нельзя не отметить, что закон водоцементного отношения действует лишь в определенных пределах изменения В/Ц-отношения, обеспечивающих ' получение относительно подвижных бетонных смесей. Однако, в современном строительстве диапазон В/Ц-отношениЙ значительно расширился, особенно в связи с проектированием высокопрочных бетонов с применением технологий прессованных и вибропрессованных изделий. Расходы воды уходят в минимально низкие значения, при которых даже уплотненная бетонная смесь становится трехфазной (твердые частицы — вода — воздух) в отличие от двухфазной (твердые частицы — вода) для высоких значений В/Ц-отношений. А это существенным образом изменяет баланс внутренних сил, влияет на структуру свежеотформованного бетона.
В данной работе как раз и представлены результаты исследований влажност-ного фактора в предельно широком интервале его изменения, установлены особенности и границы структурных изменений, вызванных влажностным фактором. Не менее важным является вопрос о преемственности структурных характеристик на всех этапах технологии бетонных изделий.
Вышеотмеченным и определяются цель и задачи выносимой на защиту работы.
Целью диссертационной работы является исследование влияния количества воды в цементно-водной композиции и в цементном камне, как важнейшего фактора структурообразования с точки зрения проявления внутренних сил.
Задачи исследований:
-
Обосновать исходные теоретические позиции по целенаправленному использованию в процессах структурообразования влажных дисперсных систем потенциала внутренних сил дисперсной системы.
-
Разработать методологические и методические принципы исследования.
-
Выполнить экспериментальные исследования, позволяющие оценить вклад внутренних сил и процессов самоорганизации структуры в общем механизме раннего структурообразования системы «цемент-вода» в предельно широком диапазоне ее влажностных состояний.
-
Выполнить экспериментальные исследования, позволяющие оценить преемственность влияния влажностного фактора на всех этапах структурообразования цементно-водной дисперсии и цементного камня.
-
Обобщить полученные результаты и на их основе разработать практические рекомендации по учету влажностного фактора при проектировании структуры бетона заданного назначения с заданными свойствами.
Научная новизна работы состоит в том, что:
-установлено влияние влажностного фактора на раннюю структуру цементно-водной системы, которое проявляется в виде изменения баланса внутренних сил в дисперсной системе, в котором участвуют пленочное расклинивающее и капиллярное стягивающее давления, а также электростатическое притяжение или отталкивание цементных частиц;
- определены и рассмотрены основные типы ранней структуры цементно-водной дисперсии и изучены особенности их влияния на процесс формования, а также на качество полученного свежеотформованного материала;
-установлена взаимосвязь между ранней структурой цементно-водной дисперсии и структурой, свойствами затвердевшего цементного камня;
-представлены варианты целенаправленного формирования структуры цементного камня как на стадиях подготовки формовочной массы и ее уплотнения, так и на стадиях отвердевания цементосодержащей композиции.
Достоверность полученных результатов обеспечена методически обоснованными комплексными исследованиями структуры цементно-водной системы на всех этапах получения; применением вероятностно-статистических методов обработки результатов экспериментов.
Практическое значение работы определяется тем, что обоснованная теоретически и подтвержденная практически пошаговая градация структурных характеристик цементного камня позволяет целенаправленно назначать на практике требуемые интервалы значений В/Ц-отношения и тем самым прогнозировать структуру и свойства бетона сообразно назначению изделий и имеющих место способов их формования.
Внедрение результатов. Результаты диссертационных исследований внедрены при оптимизация состава мелкозернистого бетона по В/Ц-отношению, а также параметров изготовления вибропрессованных тротуарных плит в ОАО «Воронежский завод ЖБК». Методические разработки и результаты исследований использованы в учебном процессе по специальности 270106 — «Производство строительных изделий, материалов и конструкций» при постановке лабораторного практикума по дисциплине «Химия цемента и вяжущих веществ», при постановке УИРС.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на
Международной конференции «Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения» (VIII академические чтения, Самара, 2004); Международной конференции «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (IX академические чтения, Пенза-Казань, 2006), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского ГАСУ (Воронеж, 1998-2006).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе в центральных изданиях - 2.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и содержит 197 страниц машинописного текста, включая 14 таблиц^ рисунков, список литературы из 133 наименований, 4 приложения.
