Введение к работе
Актуальность. Сегодня в строительной практике все большее распространение получают высококачественные бетоны нового поколения, обладающие высокой (60-80 МПа) и сверхвысокой прочностью (выше 80 МПа), низкой проницаемостью, повышенной морозостойкостью. Принципиальные достижения в уровне их качества связаны с комплексным модифицированием их структуры микро- и нанодисперсными органоминеральными добавками (как правило, на основе аморфного кремнезема и пластификаторов). И это обеспечивает создание высокоплотной, микропористой, высокодисперсной структуры, которая одновременно закономерно характеризуется высоким запасом внутренней энергии. Вследствие этого при эксплуатационных воздействиях мера изменения, реализация конструкционных свойств высокопрочных модифицированных бетонов, определяемая энергетикой их твердой фазы и порового пространства, может характеризоваться определенными отличительными особенностями. Системных, комплексных знаний по проблеме изменения состояния и свойств бетонов нового поколения под воздействием эксплуатационных процессов пока еще не получено, поэтому данные бетоны выделяются в работе в качестве объекта исследования.
Влажностные деформации для цементных бетонов всегда считались одним из критических факторов для их надежности и долговечности. Накопленный к настоящему времени опыт возведения и эксплуатации зданий из высокопрочных модифицированных бетонов выявил, что проблема трещинообразова- ния от развития влажностных деформаций в конструкциях с их применением не только не снимается, но является еще более острой и актуальной. Поэтому экспериментальное изучение факторов, определяющих величину влажностных деформаций высокопрочных бетонов нового поколения, и разработка на этой основе технологических приемов управления ее показателями имеет важное практическое значение и принимается в данной работе в качестве предмета исследования.
Целью диссертационной работы является минимизация влажностных деформаций высокопрочных модифицированных бетонов на основе регулирования их состава и структуры.
Задачи исследования.
-
Теоретически обосновать систему параметров состава и структуры высокопрочных модифицированных бетонов, которые являются критериальными для развития процессов влагообмена и деформирования.
-
Экспериментально установить зависимость кинетики и показателей эксплуатационного влагообмена модифицированных бетонов с параметрами их состава и структуры.
-
Экспериментально установить количественную взаимосвязь величины влажностных деформаций модифицированных бетонов с параметрами их состава и структуры.
-
Обосновать рекомендации по составам высокопрочных модифицированных бетонов по критерию минимальной деформативности.
5. Разработать предложения по учету особенностей деформирования высокопрочных модифицированных бетонов при расчете строительных конструкций.
Научная новизна работы:
-
для высокопрочных модифицированных бетонов теоретически обоснован перечень и впервые экспериментально установлен граничный диапазон параметров структуры, критериальных для регулирования баланса сил при увлажнении-обезвоживании и деформировании - удельной площади поверхности твердой фазы, ее энергетических характеристик, объема и структуры пористости;
-
на основе комплексной идентификации строения впервые показано, что для высокопрочных модифицированных бетонов в применяемом на практике диапазоне их составов обеспечивается формирование 4 групп структур, для которых значения размерно-геометрических и энергетических характеристик твердой фазы и порового пространства отличаются в 2-4 раза;
-
показано, что трансформация строения модифицированных бетонов в рамках выделенных в работе его структурных групп оказывается фактором регулирования силы взаимодействия материала с водой, что позволяет изменять показатели процессов влагообмена и деформирования в 3-4 раза;
- получены количественные зависимости взаимосвязи величины деформаций высокопрочных модифицированных бетонов с характеристиками их твердой фазы и порового пространства;
-
научно обоснованы оптимальные с точки зрения минимизации влажно- стных деформаций параметры структуры высокопрочных модифицированных бетонов, обоснованы ограничения по их составам, обеспечивающие формирование оптимальных структур.
Диссертационная работа выполнялась в рамках программы фундаментальных исследований РААСН по приоритетному направлению «Развитие строительного материаловедения, технологии и нанотехнологии. Новые высокопрочные, сверхпрочные, легкие, сверхлегкие и долговечные строительные композиционные материалы» (2007-2009 г.г.); планового задания Федерального агентства по образованию «Развитие теории и основ конструирования строительных наноструктурированных композитов нового поколения» (2008 - 2011 г.г.)
Достоверность полученных результатов обеспечена методически обоснованными комплексными количественными исследованиями состава, структуры и свойств модифицированного бетона с использованием современных средств измерения; применением вероятностно-статистических методов обработки полученных результатов. Оценка адекватности разработанной методики стандартным условиям испытаний осуществлялась путем сопоставления с результатами стандартных измерений.
Практическое значение работы заключается в разработке: рекомендаций по составам высокопрочных бетонов с минимальной эксплуатационной деформируемостью; предложений по значениям коэффициентов линейных влаж- ностных деформаций; методики оценки деформаций бетона в условиях, моделирующих влажностные режимы эксплуатации.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы при разработке рекомендаций по составам модифицированных бетонов классов В65, В70,В75, В80 для ООО «Коттедж-Строй» (396657, г. Россошь, Воронежской обл. ул. Промышленная, 17) и ООО «АвтоБетонСтрой 24» (г. Воронеж 394084, г. Воронеж, ул. Чебышева, 30); подготовке инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» и магистров по направлению 270100 «Строительство» в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре» (Липецк, 2007 г.); XV академических чтениях РААСН (Казань, 2010 г.); научно- технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАСУ (Воронеж, 2007-2011 г.г.).
Автор защищает.
-
разработанную систему представлений и новые научные данные о структурных факторах управления процессами влагообмена и эксплуатационной деформируемостью высокопрочных модифицированных бетонов;
-
методику исследований процессов деформирования материала в условиях, учитывающих характеристики эксплуатационной среды;
-
результаты экспериментальных исследований закономерностей процессов влагообмена и развития деформаций высокопрочных модифицированных бетонов;
-
систему экспериментальных данных о взаимосвязи деформативных характеристик модифицированных бетонов с их составом и структурой;
-
практические предложения по условиям получения высокопрочных модифицированных бетонов с пониженной эксплуатационной деформируемостью и учету их деформативных характеристик при расчете конструкций.
Публикации. Основные положения и результаты диссертационных исследований представлены в 7 статьях общим объёмом 41 стр. (из них лично автору принадлежат 24 стр.). Три работы опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы, который включает 130 наименований и содержит 202 страницы, в том числе 130 страниц машинописного текста, 30 таблиц, 46 рисунков и 6 приложений.
