Введение к работе
Актуальность темы исследования. В соответствии со «Стратегией развития промышленности строительных материалов на период до 2020 года и дальнейшую перспективу до 2030 года» в рамках создания комфортных, конкурентных условий для новых производств необходимо внедрение эффективных технологий на основе инновационных строительных материалов. При этом среди приоритетных направлений в инновационных технологиях промышленности строительных материалов указывается необходимость расширения объмов производства модифицированных сухих строительных смесей (ССС).
Обоснованность и необходимость развития технологии ССС и
расширения как объемов, так и номенклатуры производства подтверждается
растущим рынком этих материалов в РФ. Производимая и применяемая в
нашей стране номенклатура ССС достаточно широка и практически полностью
закрывает потребности строительной отрасли. При этом около 40% всей
выпускаемой продукции приходится на клеевые смеси и смеси для устройства
стяжек и самонивелирующихся полов. В связи с этим, усилия многих
исследователей как в нашей стране, так и за рубежом направлены на
совершенствование рецептуры и технологии ССС данного сегмента. С учетом
достаточно глубокой проработанности вопросов влияния рецептурно-
технологических факторов ССС на их свойства, новые прорывы и технические
достижения в этом направлении возможны на основе исследований в
направлении более полного использования потенциала применяемых
минеральных вяжущих, особенно быстротвердеющих и безусадочных. В этой
связи перспективным направлением является совершенствование смешанных
многокомпонентных минеральных вяжущих, позволяющих получать
качественно новые свойства растворов, в т.ч. полученных из ССС. Перспективным представителем можно считать класс быстротвердеющих расширяющихся вяжущих, в частности, предложенный И.В. Кравченко гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ), применяющийся в промышленных масштабах с 1951 г. Достижения современной химической технологии в сфере высокоэффективных пластифицирующих добавок позволяют модифицировать вяжущие и ССС на их основе на качественно новом уровне. Не менее важным направлением является также модификация ГГРЦ другими вяжущими веществами, например, портландцементом (ПЦ). Применение новых и известных компонентов с учетом результатов последних научных достижений в этой сфере может раскрыть потенциал известных минеральных вяжущих на качественно новом уровне.
В связи с вышеизложенным, в работе формулируется рабочая гипотеза о
том, что регулируя соотношение минеральных компонентов ГГРЦ в сочетании
с ПЦ и эффективной суперпластифицирующей добавкой (СП), можно
управлять физико-механическими и деформационными свойствами
модифицированного ГГРЦ (МГГРЦ) в широком диапазоне и получать на
основе МГГРЦ различные ССС с требуемыми показателями прочности, сцепления с основанием и собственными деформациями.
Степень разработанности темы. Известно, что ССС не менее, чем на 95% состоят из минеральных компонентов (вяжущие, наполнители, заполнители, минеральные добавки) и содержат не более 5% полимерных и химических добавок. В этой связи, большая часть закономерностей, установленных для мелкозернистых бетонов (МЗБ) применима и для технологии ССС. Развитию научных представлений о взаимосвязи состава, структуры, технологии и свойств М3Б в нашей стране посвящены труды Баженова Ю.М., Батаева Д.К.-С., Львовича К.И., Мажиева Н., Муртазаева С.-А.Ю., Несветаева Г.В. и многих других.
Одним из направлений совершенствования свойств ССС, не теряющих
свою актуальность, является применение смешанных вяжущих со
специальными свойствами. К таким относится и большой класс
расширяющихся вяжущих, например ГГРЦ. Расширяющимся вяжущим и ГГРЦ, в частности, посвящены работы ученых Бабушкина В.И., Кравченко И.В., Михайлова В.В., Мчедлова-Петросяна О.П., Несветаева Г.В. и другие.
Расширяющие вяжущие оказались востребованными в растворах и бетонах различного назначения: от ремонтных и инъекционных составов до пенобетона.
Несмотря на 70-ти летнюю историю ГГРЦ по-прежнему содержит в себе нереализованный потенциал. Достижения строительной химии, особенно в части пластифицирующих добавок позволяет модифицировать свойства композитов на более высоком уровне. При одновременном использовании портландцемента появляются дополнительные возможности для модификации свойств вяжущих и композитов на его основе.
Целью исследования является развитие научных представлений об основных закономерностях формирования прочностных и деформационных свойств модифицированного портландцементом и эффективным СП цементного камня ГГРЦ, уточнение закономерностей «состав-структура-технология-свойства» и разработка основных положений проектирования состава МГГРЦ и ССС на его основе.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- исследовать влияние рецептурных и технологических факторов на
формирование свойств ГГРЦ, модифицированного портландцементом и
эффективным СП;
- выявить основные количественные закономерности изменения свойств
цементного камня МГГРЦ от соотношения минеральных компонентов и
влияние состава МГГРЦ на свойства растворов, полученных из ССС;
- уточнить известные закономерности «состав-структура-технология-
свойства» применительно как к МГГРЦ, так и к ССС на его основе
Объект исследования – сухие строительные смеси, полученные на основе МГГРЦ.
Предмет исследования – процессы и явления, определяющие взаимосвязь свойств полученной смеси, вяжущего и конечного продукта. Научная новизна работы заключается в:
- развитии научных представлений об основных закономерностях
формирования прочностных и деформационных свойств цементного камня
МГГРЦ;
разработанном на уровни изобретения составе МГГРЦ, включающем ПЦ – 15-25 масс %, молотый гипсовый камень с удельной поверхностью от 3200 до 7100 см2/г – 21,2-26,1 масс %, винная кислота – 0,04-0,06 масс %, СП «Melflux 5581F» - 0,3-0,4 масс %, глиноземистый цемент – остальное, при условии, что отношение массы молотого гипсового камня к сумме масс молотого гипсового камня и глиноземистого цемента находится в пределах диапазона 0,25-0,35;
уточнении зависимостей «состав-структура-технология-свойства» для МГГРЦ и ССС на его основе;
- теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении
возможности управления свойствами МГГРЦ в широком диапазоне за счет
варьирования соотношения минеральных компонентов и получения на их
основе инновационных ССС различного функционального назначения.
Теоретическая значимость исследования обозначена тем, что:
- доказана возможность изменения свойств МГГРЦ в широком диапазоне
в зависимости от соотношений минеральных компонентов;
- применительно к проблематике диссертации эффективно использован
комплекс численных методов исследования, в том числе многофакторных
экспериментов;
- изучены связи качественного и количественного состава разработанного
вяжущего и смесей на его основе с физико-механическими и
деформационными свойствами;
- раскрыты рецептурно-технологические условия обеспечения
водостойкости смеси на основе МГГРЦ.
Практическая значимость результатов работы заключается в том, что:
впервые получено смешанное вяжущее на основе ГГРЦ, модифицированного портландцементом и СП на основе эфиров поликарбоксилатов;
изучено влияние рецептурно-технологических и некоторых эксплуатационных факторов на формирование свойств МГГРЦ и ССС на его основе;
- предложены зависимости для проектирования состава МГГРЦ с
заданными свойствами и ССС на его основе;
- разработаны составы ССС ускоренного твердения на основе МГГРЦ для
устройства самовыравнивающейся стяжки пола с повышенной
трещиностойкостью и для облицовки вертикальных и горизонтальных
поверхностей керамическими и керамогранитными плитами.
Методология и методы исследования: уточнение основополагающих
зависимостей «состав-технология-структура-свойства», экспериментальные исследования с использованием стандартных и оригинальных методик, численные эксперименты на основе предложенных в работе математических моделей. Объект исследования – структура и свойства сухих строительных смесей на основе МГГРЦ.
Положения, выносимые на защиту:
обоснование необходимости и способы комплексного модифицирования ГГРЦ посредством введения в состав ПЦ, СП и винной кислоты;
зависимости для расчета состава МГГРЦ с заданными свойствами для получения на его основе ССС различного назначения;
- результаты исследований влияния соотношения ГЦ, ПЦ и молотого
гипсового камня в присутствии СП и винной кислоты на прочностные и
деформационные свойства цементного камня и растворов на его основе,
полученных из ССС.
Степень достоверности научных положений, выводов и
практических рекомендаций, результатов исследований и выводов
обеспечена использованием методов измерений и испытаний в соответствии с
действующими стандартами на поверенном оборудовании, обработкой
экспериментальных данных методами математической статистики с
применением современной вычислительной техники и компьютерных программ, количеством контрольных образцов-близнецов, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10%.
Реализация результатов работы: результаты исследований
рассмотрены, одобрены и используются ООО ИСК «БУДМАР» и АО «КПС».
Апробация работы. Основные положения и результаты
диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
1. Всероссийской научно-технической конференции «Качество
строительных материалов, изделий и конструкций» (АЛЕФ. Махачкала, 2013),
2. Международной научно-практической конференции
«Строительство и архитектура - 2015». (ФГБОУ ВПО «Ростовский
государственный строительный университет», Союз строителей южного
федерального округа, Ассоциация строителей Дона. 2015 г.).
-
I Международная научно-практическая конференция "Современные бетоны и технологии: проблемы, решения, перспективы", г. Краснодар, КубГТУ, 2016 г.
-
Международной научно-практической конференции «International Innovation Research» (г. Пенза, 2017 г.).
-
Международной научно-практической конференции «European Scientific Conference» (Часть 1. г. Пенза, 2018 г.)
-
II Международная научно-практическая конференция "Современные бетоны и технологии: проблемы, решения, перспективы", г. Краснодар, КубГТУ, 2018 г.
Личный вклад соискателя заключается в планировании и реализации экспериментальных исследований, обработке и интерпретации полученных
данных, внедрении результатов исследований. Основные научные результаты получены лично соискателем. Отдельные вопросы теоретических и экспериментальных исследований и внедрение результатов выполнены с соавторами, приведенными в списке публикаций.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 работ, в т.ч 3 – в рецензируемых изданиях из Перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка из 183 наименований. Основная часть изложена на 191 странице машинописного текста, содержит 89 рисунков, 48 таблицы, 6 приложениях.