Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в строительном комплексе Российской Федерации и зарубежных стран широко применяется модифицированные бетоны с совместной добавкой минеральных порошков и супер- либо гиперпластификаторов. Это позволяет значительно снизить водопотребность бетонных смесей, резко повысить класс прочности и морозостойкость изделий.
Эксплуатация изделий из бетонов с органоминеральными добавками нового поколения, отличающихся очень низким водоцементным отношением, выявил также некоторые их недостатки, например, повышенную ползучесть, более высокую, чем у бетонов традиционного состава деформативность при увлажнении и высушивании. В Арабских Эмиратах отмечены повреждения бетонных изделий в условиях мягкого климата.
В этой связи уместно отметить, что в настоящее время недостаточно исследованы вопросы совместимости химических и минеральных добавок в составе бетонной смеси. Известно большое значение поверхностных явлений при формировании структуры твердения бетона. В супер- и гиперпластифицированных цементных системах оно еще более возрастает. При рациональном сочетании в структуре бетона его компонентов, несущих поверхностные заряды, может быть достигнуто значительное повышение эксплуатационных свойств изделий. В противном же случае взаимодействие поверхностных сил может вызвать деструктивные явления в цементной матрице бетона.
В связи с изложенным, данная работа посвящена исследованию влияния электроповерхностных свойств дисперсных минеральных добавок на эффективность супер- и гиперпластификаторов как регулятор процессов гидратации, структурообразования и твердения цементных систем.
Цель диссертационной работы заключается в разработке способов регулирования кинетики тепловьщеления, структурообразованием и твердением матрицы бетонов с учетом знака заряда органических модификаторов.
Задачи исследований
1) исследовать поверхностные свойства модельных минеральных
порошков, большинство которых применяется как компоненты
органоминеральных добавок в бетон;
2) установить закономерности влияния минеральных и химических
пластифицирующих добавок по отдельности и в их смеси на ранние
стадии взаимодействия цемента с водой;
3) выявить влияние электроповерхностных свойств минеральных
порошков на формирование реологических свойств цементных систем;
исследовать влияние ОМД на твердение цементного камня и мелкозернистого бетона;
разработать составы мелкозернистого бетона и испытать их рациональные составы с органоминеральной добавкой.
Научная новизна работы:
1. В первые 1-5 минут перемешивания в цементной матрице бетона
преобладает положительно заряженные микро- и наночастицы,
состоящие из гидроалюминатов и гидроксида кальция. Их
электростатическое и донорно-акцепторное взаимодействие с активными
центрами, находящимися на поверхности дисперсных минеральных
добавок, в основном определяет величины предела текучести и
пластической вязкости цементных дисперсий. Взаимодействие их с
положительно заряженными частицами гидратных фаз в первые минуты
определяет повышенные значения предела текучести и пластической
вязкости цементной дисперсии. Частицы заполнителя - кварцевого песка
действуют гораздо слабее, чем порошок из-за малой удельной
поверхности.
2. Наибольшее кластерообразование наблюдается при добавлении
кварцевого песка и других частиц, несущих отрицательный эффективный
заряд на своей поверхности. При добавлении в цементную матрицу
бетона минеральных порошков с высоким содержанием положительно
заряженных активных (электроноакцепторных) центров
кластерообразования ослабляется из-за отталкивания одноименных
зарядов частиц.
3. Без минеральных добавок на начальной стадии формирования
цементной матрицы бетона наблюдается преимущественно гомогенное
зародышеобразование, а при добавлении кварцевого песка последние
служат подложками, вызывающими гетерогенное образование
зародышей гидратных соединений. Особенно интенсивно этот процесс
происходит на отрицательно заряженных активных центрах.
4. Установлена корреляционная связь между Z-потенциалом
минеральных порошков и степенью тиксотропного восстановления
структуры цементной дисперсии, мерой которого является предел
текучести на обратной ветви реограммы.
Достоверность результатов работы обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных средств и методов измерений; применением современных физико-химических методов; использованием статистической обработки результатов экспериментов. Полученные данные не противоречат
известным положениям строительного материаловедения и результатам исследований других авторов.
Практическая значимость. Результаты работы способствуют решению следующих практических задач:
- влияние минеральных добавок на формирование тиксотропных
свойств цементной матрицы бетонных смесей может быть использовано
для регулирования ее расслаиваемости и водоотделения, а также при
разработке экономичных самоуплотняющихся бетонных смесей с
добавкой сульфонатных олигомеров;
использованием синергизма действия минеральных и органических добавок можно на 10-15% сократить расход цемента и пластификатора в составе бетонной смеси;
повышение трещиностойкости и долговечности бетонных изделий путем использования минеральных и химических добавок с учетом необходимости предотвращения дисбаланса зарядов компонентов строительного материала;
-разработанные экономичные составы мелкозернистых бетонов с добавкой смеси дисперсных минеральных порошков и супер- (гипер-) пластификаторов могут найти практическое применение при изготовлении полов и других элементов зданий и сооружений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Пенза, 2008); Международной научно-технической конференции «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы их развития» (г. Минск, Белоруссия,2009); III Международной научно-технической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия» (г. Губкин, 2010); Международной научно-технической конференции к 125-летию НТУ «ХПИ» (г. Харьков, Украина, 2010); 2-й Международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (г.Брянск, 2010); Областной научно-практической конференции «Белгородская область: прошлое, настоящее, будущее» (г. Белгород, 2010); VI Академических чтениях РААСН «Современные композиты и наносистемы в строительном материаловедении» (г. Белгород, 2011).
Внедрение результатов. Научно-практические результаты диссертационных исследований реализованы в производственном процессе ООО «Стройколор ЖБК-1» (г.Белгород) при строительстве домов коттеджного типа в пос. Таврово Белгородской области. Методические разработки и результаты работы внедрены в учебный
процесс при подготовки инженеров по специальности 270106 -«Производство строительных материалов, изделий и конструкций»; магистров и бакалавров по направлению «Строительство» - дисциплина «Вяжущие вещества». Материалы диссертации были использованы при подготовки учебного пособия «Минеральные вяжущие вещества». На защиту выносятся:
особенности распределения отрицательно- и положительно-заряженных активных центров на поверхности дисперсных частиц кварцевого песка, доменного щлака, магнетитового концентрата и известняка;
закономерности влияния минеральных и пластифицирующих органических добавок, а также их смесей на кинетику тепловыделения в первые минуты контакта дисперсий с водой;
закономерности влияния органических, минеральных добавок и их смесей на закономерность формирования структурно-механических, в том числе тиксотропных свойств цементной матрицы бетона;
корреляционную связь между электрокинетическим потенциалом и показателями кинетики начальной стадии гидратации и структурообразования цементной матрицы;
ресурсосберегающие составы мелкозернистых бетонов марок 300-400 общестроительного назначения.
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в 8 опубликованных работах, в том числе одна статья опубликована в журнале из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и содержит 132 страницы, в том числе 132 страницы машинописного текста, включая 28 таблиц, 44 рисунков, список литературы из 146 наименований, 2 приложения.
