Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 15
1.1 Свойства и применение быстротвердеющих композитов на основе гипсовых вяжущих 15
1.2 Технологические особенности получения композитов 33
1.3 Способы повышения водостойкости гипсовых вяжущих 1.3.1 Химические добавки в композитах на основе композиционных гипсовых вяжущих 53
1.3.2 Оптимизация структуры композиционных гипсовых вяжущих за счет применения микроармирующих волокон 56
1.4 Гипсосодержащее техногенное сырье 60
Выводы по главе 1 66
2 Теоретические основы получения водостойких композиционных гипсовых вяжущих (КГВ) 68
2.1 Теория твердения 68
2.2 Повышение эффективности водостойких композиционных гипсовых вяжущих .
2.3 Управление процессом структурообразования за счет применения минеральных кремнеземсодержащих добавок 84
2.4 Особенности формирования микроструктуры затвердевших вяжущих 90
2.5 Влияние гранулометрии на свойства вяжущих 123
2.6 Повышение эффективности композитов за счет использования химических добавок 135
2.7 Влияние комплексных химических добавок на процессы структурообразования КГВ 139
2.8 Повышение эффективности композитов за счет использования микроармирования 147 Выводы по главе 2 153
3 Свойства легких бетонов в зависимости от состава 155
3.1 Проектирование состава керамзитобетона для стеновых и перегородочных изделий 156
3.2 Влияние состава на физико-механические свойства изделий 160
3.3 Деформативные характеристики изделий
3.3.1 Деформативные свойства при кратковременном нагружении .. 173
3.3.2 Деформации усадки и набухания 175
3.4 Влияние состава на долговечность композитов 178
Выводы по главе 3 180
4 Стеновые изделия для малоэтажного строительства . 181
4.1 Свойства мелкозернистого бетона в зависимости от состава 185
4.2 Деформативные характеристики изделий из мелкозернистого бетона 196
4.3 Долговечность композитов из мелкозернистого бетона 200
4.4 Оптимизация структуры мелкоштучных стеновых материалов из мелкозернистого бетона 201
4.5 Влияние физических полей на процессы твердения мелкозернистых бетонов на КГВ
2 4.5.1 Радиационно-термическая активация 205
4.5.2 Активация магнитным полем
2 4.6 Физико-механические свойства тяжелого бетона на крупном заполнителе в зависимости от состава 213
4.7 Деформативные свойства изделий на крупном заполнителе 217
4.8 Оптимизация структуры бетона на КГВ за счет высокоплотного зернового состава заполнителя 218
4.9 Исследование контактной зоны крупного заполнителя и гипсоцементного камня 227 Выводы по главе 4 230
5 Конструкционные изделия на КГВ для индустриального строительства 231
5.1 Свойства конструкционных изделий в зависимости от состава 232
5.2 Реологические свойства системы «КГВ – комплексная химическая добавка – вода» 243
5.3 Деформативные свойства 258
5.4 Повышение долговечности конструкционных изделий 267 Выводы по главе 5 268
6 Бетоны для устройства дорожных оснований на КГВ 269
6.1 Быстротвердеющие бетонные смеси для строительства и ремонта дорог в условиях чрезвычайных ситуаций 269
6.2 Реологические свойства высокопроникающих бетонных смесей для укрепления щебеночных оснований 270
6.3 Состав и свойства бетона для укрепления щебеночных оснований дорог 285
6.4 Физико-механические свойства бетона для оснований дорог с использованием асфальтобетонного гранулята 290
Выводы по главе 6 294
7 Сухие строительные смеси на основе композиционных гипсоангидритовых вяжущих 295
7.1 Получение гипсоангидритового вяжущего из фосфогипса 295
7.2 Свойства сухих строительных смесей в зависимости от состава 303
7.3 Структурообразование затвердевших композиционных вяжущих 306
Выводы по главе 7 309
8 Эффективность производства и применения водостойких композиционных гипсовых материалов .. 310
8.1 Апробация и внедрение водостойких композиционных гипсовых материалов 310
8.1.1 Технология производства конструкционных изделий для индустриального строительства 311
8.1.2 Устройство щебеночных оснований высокопроникающими смесями на основе КГВ 314
8.1.3 Технология устройства дорожных оснований на основе КГВ и асфальтобетонного гранулята 316
8.1.4 Производство изделий из керамзитобетона на КГВ 325
8.1.5 Технология производства мелкоштучных стеновых материалов на КГВ 3
8.2 Разработка нормативных документов 330
8.3 Экономическая эффективность производства конструкционных изделий на КГВ для индустриального строительства 331
8.4 Расчет экономии материальных затрат при использовании бетонных смесей на КГВ для укрепления щебеночных оснований дорог 335
8.5 Экономическая эффективность производства изделий из керамзитобетона на КГВ 338
8.6 Экономическая эффективность производства мелкоштучных стеновых материалов из мелкозернистого бетона на КГВ 342
Выводы по главе 8 352
Основные выводы 354
Список использованной литературы
- Оптимизация структуры композиционных гипсовых вяжущих за счет применения микроармирующих волокон
- Особенности формирования микроструктуры затвердевших вяжущих
- Деформативные свойства при кратковременном нагружении
- Физико-механические свойства тяжелого бетона на крупном заполнителе в зависимости от состава
Оптимизация структуры композиционных гипсовых вяжущих за счет применения микроармирующих волокон
Натуральный гипс во всех своих формах применялся уже на заре цивилизации благодаря доступности, простоте его обработки и переработки, низкой цене и эстетическим качествам. Гипсовые строительные материалы традиционно использовали в Древнем Египте, Персии, Риме, Греции при возведении зданий и сооружений, многие из которых сохранились до наших дней [1–9, 267, 331, 342]. Геологи установили, что гипс начал появляться на поверхности Земли 200 - 300 миллионов лет назад. Исследования, проводимые археологами, показали, что впервые натуральный гипс начал использоваться около 9 000 г. до н.э. в Анатолии (сегодняшняя Турция).
При археологических раскопках в Израиле, южнее озера Тибериас, были обнаружены полы, покрытые гипсом за 7 тысяч лет до н.э.. Аналогичные находки были сделаны в городе Ерихо, там гипс применяли за 16 тысяч лет до н.э. За 3 тысячи лет до н.э. гипс использовали как стройматериал в Евфрате вблизи города Урук.
Египтяне в 5000 - 2600 г.г. до н. э. начали первыми применять обожженный гипс, который использовался для приготовления различных видов растворов для каменной кладки, а также для штукатурки и устройства полов и др. Его применяли в облицовочных плитах для связки камней (толщиной около 0,5 мм), заделки швов, а также в качестве своеобразной подушки между камнями, которая предохраняла их кромки от разрушения (рисунок 1.1). Гипс для египетских растворов обжигался слабо и неравномерно (в гончарных печах или на кострах), часто содержал кальцит и песок.
В результате химического анализа многочисленных проб образцов древних растворов, штукатурок и современного египетского гипса было установлено в их составе, наряду с гипсом, содержание переменного количества карбоната кальция и кварцевого песка, что привело к представлению о намеренном добавлении в раствор и штукатурку извести, которая при их твердении постепенно переходит в карбонат.
Таким образом, в зависимости от количества карбоната кальция и гипса в затвердевшем образце, древнеегипетские растворы и штукатурки изготавливались либо на одной извести, либо на смеси ее с песком и гипсом. Многие из исследованных гипсовых растворов и штукатурок из пирамид и прилегающих к ним гробниц в Гизе и Саккаре характеризуются повышенными эксплуатационными характеристиками (таблица 1.1).
Древнеегипетские растворы и штукатурки представляли собой слабо обожженный гипс с переменным содержанием естественных примесей карбоната кальция и песка, затворяемый водой. Данный материал перемалывался и заливался в опалубку в составе раствора и обезвоживался естественным образом при нагреве под солнечными лучами. Для увеличения времени начала схватывания и твердения в гипсовый раствор добавлялась молочная сыворотка. Широко поставленное в Древнем Египте производство и применение строительного гипса в растворах и штукатурках каменных сооружений было рационально в техническом отношении и вполне соответствовало экономическим и климатическим условиям страны. Таблица 1.1 – Химический состав гипсовых растворов Древнего Египта [267]
В Индии такой «гипсовый цемент» обнаружен в постройках, относящихся приблизительно к 2000 г. до н. э. Знания о производстве строительного гипса из Египта распространились в Мессопотамию, Вавилон, Ассирию, где натуральный гипсовый камень применялся в качестве материала для облицовки полов и стен, а также статуй и стукко.
В Греции (остров Крит, дворец Кноссоса 2000-1400 г.г. до н.э) многие наружные стены были возведены из гипсового камня, а швы в кладке заполнены гипсовым раствором. Из гипса приготавливалась декоративная штукатурка, в которую вдавливались пластинки или полоски различных цветных минералов, создающие геометрический орнамент (ромбы, спирали и т.п.). Цветные орнаменты штукатурки и лепных украшений использовались в течение нескольких тысяч лет и актуальны до настоящего времени.
Далее сведения о гипсе через Грецию пришли в Рим и распространилась в центральной и северной Европе (начиная с 6 века н.э.). После вытеснения римлян из центральной Европы знания о производстве и применении гипса были утрачены во всех регионах севернее Альп.
С XI столетия (романский период) использование гипса вновь стало возрастать. Под влиянием монастырей распространилась технология, по которой пустоты внутри фахверковых зданий заполняли смесью гипса с сеном или конским волосом. Применялись чистые гипсовые растворы, а также смешанные с известью, песком и кирпичной пылью – более половины зданий этого периода в Париже, Кракове (костел Пресвятой Девы Марии) построены на гипсовых растворах,
В раннее средневековье в Германии, особенно в Тюрингии, было известно применение гипса для напольных стяжек, кладочных растворов, декоративных изделий и памятников, отличающихся долговечностью. В Саксен-Анхальте сохранились остатки гипсовых полов ХI века. Их прочность сравнима с прочностью нормального бетона.
Особенность средневековых гипсовых растворов заключается в том, что вяжущие и наполнители состояли из идентичных материалов. В качестве наполнителей использовали гипсовый камень, измельченный до круглых зерен, не заостренных и не пластинчатых. Применялся гипс с высокой тониной помола и экстремально низкой водопотребностью. Соотношение воды к вяжущему составляло менее 0,4. Раствор содержал мало воздушных пор, его плотность была примерно равна 2000 кг/м3. После твердения раствора образовывалась связанная структура, состоящая только из дигидрата сульфата кальция. Более поздние гипсовые растворы производились с гораздо большей водопотребностью, поэтому их плотность и прочность значительно меньше. Технология изготовления средневековых гипсовых растворов была открыта только в последние годы, сейчас она применяется при реконструкции и реставрации старинных зданий.
В XII–XIV столетиях в Германии, Польше, Италии, Англии с применением гипса выполнялись бесшовные полы и декоративные панели, основы под фрески, стенные штукатурки, гипсовые декорации.
Особенности формирования микроструктуры затвердевших вяжущих
В результате испытаний было установлено, что с увеличением количества воды затворения увеличивается подвижность и сроки схватывания паст, но снижается прочность образцов во все сроки твердения.
В связи с этим в работе рассмотрены вопросы сравнительной эффективности действия некоторых модификаторов различной химической природы: СБ–на основе отходов производства резорцина; MELMENT– на основе меламина; С-3, Полипласт СП-1 – на основе нафталина; СДО – лигнин, смола древесная омыленная (отход деревообрабатывающих комбинатов); ЛСТ – лигносульфонат, Un-iplast P211 и Uniplast SP95 (широко применяемые в Палестине) – на основе отходов производства сахарного тростника.
Определено влияние лимонной кислоты и содержащих ее жидких отходов производства – цитратного фильтрата (ЦФ), отхода производства капролактама (ЩСПК) на сроки схватывания вяжущего, а также изучено влияние ускорителя твердения - СЖ (сульфата железа) на свойства гипсоцементных систем. Результаты исследования некоторых из них на КГВ с отходами ММС представлены в таблице 2.14.
Большинство исследуемых химических добавок (суперпластификаторов С-3, Полипласт СП-1, MELMENT F10, СБ-3) значительно увеличивают подвижность смеси с 0,120 до 0,225 м и приводят к снижению количества воды затворе-ния на 9-25%, до 6 % для добавки ШСПК, на 7- 24% для добавки СДО.
Добавка СБ-3 (0,1-0,5 % от массы вяжущего) способствует регулированию сроков схватывания вяжущего (от 9,0 до 25 мин) с незначительным снижением прочности во все сроки твердения.
Применение органического водопонижающего реагента Uniplast P211 (0,1-0,3%) позволяет снизить в 2 раза В/Вяж отношение, что способствует увеличению в 2 раза прочности затвердевшего КГВ, повышению в 1,5 раза водостойкости, а также замедлению начала схватывания вяжущего в 8 раз (от 8- 00 до 65 мин).
Эффективными замедлителями сроков схватывания КГВ являются добавки ШСПК (0,1-0,2%), ЦФ (0,3-1,5%) и лимонная кислота (0,03-0,07%), позволяющие регулировать их в широких пределах (от 15 мин до 40 мин). При этом значитель 138 ное снижается прочность КГВ камня во все сроки твердения. Добавки СДБ, СДО в количестве 0,1- 0,3 % приводят к меньшему эффекту замедления сроков схватывания, при этом прочность снижается на 10-15%. СЖ (сульфат железа) в количестве 0,25-0,5% от массы вяжущего резко сокращает сроки схватывания вяжущего.
На сегодняшний день большинство рекомендуемых добавок, улучшая одни характеристики композитов, почти не изменяют другие. Поэтому в последние годы является актуальным использование комплексных химических добавок (КХД), которые «спроектированы» так, чтобы их составляющие усиливали взаимно полезный эффект каждой добавки в отдельности, то есть обладали полифункциональностью действия (таблица 2.14).
Разработаны КХД, включающие в себя суперпластификаторы и замедлители сроков схватывания КГВ: С-3+ЩСПК; ЩСПК+ЛСТ+СЖ; С-3+ЦФ; СБ-3+ЦФ; лимонная кислота + MELMENT F10; Полипласт СП-1+ЦФ, Полипласт СП-1+лимонная кислота; Uniplast P211+Uniplast SP95, которые позволяют в более широких пределах регулировать сроки схватывания (от 44 до 72 мин) и увеличить скорость твердения КГВ от 2 до 4 раз, в связи с чем предполагается широкое применение их в строительстве.
Влияние комплексных химических добавок на процессы структурообразования КГВ Фазовый состав продуктов гидратации и дисперсная структура определяют прочностные характеристики и долговечность материалов на основе минеральных вяжущих веществ. Достаточно высокая прочность затвердевшего КГВ обеспечивается не только величиной сил связей, но и характером их распределения в объеме твердого тела. Пористость является основным критерием, характеризующим структуру, формирование которой зависит от способа уплотнения, температуры, фазового состава, степени закристаллизованности минералов и других факторов.
В работе в разные сроки твердения с помощью рентгеноструктурного и дифференциально-термического анализов были исследованы фазовый состав, процессы гидратации и структурообразования камня на КГВ с различными крем-неземсодержащими добавками.
В результате исследований установлено, что при введении комплексной химической добавки снижается объем микропор, что обусловлено мелкодисперсными новообразованиями, в том числе гидросиликатами кальция, размещающимися в поровом пространстве гипсового сростка (рисунок 2.43) не приводит к изменениям химического состава новообразований, а лишь способствует уменьшению количества и размеров крупнокристаллических блоков в микроструктуре затвердевшего КГВ c одновременным увеличением удельного количества новообразований на 23 % (таблица 2.15), более совершенных по форме кристаллов, что приводит к повышению прочности и плотности. Уменьшается общая пористость затвердевшего КГВ на 10-12 %, что положительно сказывается на капиллярном водопоглощении (снижается на 15-20 %) и прочности материала (увеличивается
Минеральные добавки в составе КГВ активно участвуют в процессе гидратации. Основными цементирующими веществами исследованных проб КГВ с отходами ММС (как наиболее эффективной минеральной добавке) являются [170]: двуводный сульфат кальция (d=7,62;4,28; 3,81… ), карбонат кальция (d=2,502; 2,088; 1,89…), кварц (d=3,34; 1,54…), частично закристаллизованный тобер 143
моритоподобный гидросиликат кальция (d =11,3; 5,00; 3,07; 2,87; 2,79; 2,41; 1.99; 1.84;1,81…), следы портландита (d =2,73; 1,95; 1,93; 1,78…).
У образцов 7-суточного возраста без КХД на рентгенограммах присутствует пик эттрингита небольшой интенсивности (d=5.6; 4.92…). У образцов с КХД в возрасте одного года на рентгенограмме имеются лишь следы эттрингита.
На рентгенограммах в образцах с комплексной химической добавкой пики двуводного гипса несколько интенсивнее, чем у бездобавочных образцов, что подтверждает повышенную дисперсность его кристаллов и степень гидратации. Уменьшилась интенсивность пиков Ca(OH)2 и C2SH2 проб камня, твердевшего в течение 1 года, что свидетельствует о связывании гидроксида кальция кремнеземом и углекислотой воздуха и продолжающейся гидратации.
На термограммах образцов (рисунок 2.45), твердевших 7 суток, видны три эндотермических эффекта: при температуре 160-220 оС - первый сдвоенный эффект, характерный для двуводного гипса; при температуре 560 оС - второй, характерный для портландита; при температуре 890-910 оС - третий, вызванный диссоциацией карбоната кальция; эффект при 879 оС характерен наличием кварца в свободном состоянии. При температуре 500 оС экзотермический эффект характерен при окислении, содержащихся в отходах ММС, Fe+2 в Fe+3. При температуре 780 – 820 оС экзотермические эффекты разложения C2SH2 и CSH(B) накладываются на эндотермический эффект декарбонизации, что говорит о близком составе новообразований образцов, модифицированных комплексной химической добавкой и без нее.
Общие потери массы составили от 17,4 до 19,8 %, что свидетельствует о достаточной интенсивности твердения.
Электронно-микроскопические исследования образцов КГВ камня показали различие морфологии и плотности упаковки новообразованных кристаллов гипса. В пробах КГВ камня с комплексной химической добавкой характер распределения пор по размерам изменяется в сторону увеличения доли мелких и уменьшения объема крупных, при этом количество замкнутых пор, равномерно распределенных по объему композита увеличивается (рисунок 2.46, 2.47).
Деформативные свойства при кратковременном нагружении
В исследованиях использовали КГВ с минеральной добавкой отходов ММС (при соотношении минеральная добавка : портландцемент – 1:1). Они оказывают существенное влияние на силу водородной связи Si-O с молекулами воды, изменяя ее состояние, деформируют и упрочняют структуру КГВ камня, формируя в ней фазы внедрения.
Результаты влияния магнитного поля (индукция магнитного поля 0,35) на физико-механические свойства затвердевшей мелкозернистой бетонной смеси на техногенном железистом песке представлены в таблице 4.17. № п/п Вид вяжущего Соотношение КГВ : заполнитель В/Вяж Рас-плыв, мм Средняяплотностьсмеси, кг/м3 Прочностьприсжатии,МПа 1 КГВ 1:2 0,5 150 1980 / 2000 7,4 / 8,3 2 0,85 2040 / 2065 6,9 / 9,2 Примечание: - бетонная смесь, подвергшаяся магнитной обработке; 1– состав на кварцевом песке; 2 – состав на отходах ММС Анализ полученных данных показал, что гидратация КГВ в МЗБ без магнитной обработки проходит менее интенсивно, чем с магнитной обработкой.
Степень гидратации КГВ оценивалась по снижению интенсивности линий портландита (d=2,73; 1,95; 1,93;1,78…) и увеличению интенсивности линий частично закристаллизованного низкоосновного гидросиликата кальция CSH(B) (d=11,3; 5,00; 3,07; 2,87; 2,79; 2,41; 1,99; 1,84; 1,81… ).
Данные рентгенофазового анализа показали, что магнитная обработка мелкозернистых бетонных смесей на КГВ способствует увеличению прочностных показателей композита за счет более интенсивной гидратации основных минералов портландцемента. Следует отметить, что пики двуводного гипса в образцах с магнитной обработкой несколько интенсивнее, что говорит о повышенной степени гидратации и дисперсности его кристаллов (рисунок 4.12).
Таким образом, низкоэнергетическая активация мелкозернистой бетонной смеси на основе отходов ММС внешним магнитным полем, за счет более интенсивной гидратации основных минералов портландцемента (не влияя на скорость кристаллизации) позволяет на 30-35% повысить его прочностные показатели, вследствие чего образуется более мелкокристаллическая, малопористая структура мелкозернистого бетона. Физико-механические свойства тяжелого бетона на крупном заполнителе в зависимости от состава
В последние десятилетия в результате массовых разрушений зданий в различных регионах нашей страны и стран ближнего и дальнего зарубежья, в том числе на Ближнем Востоке (в Палестине и др.) для проведения ремонтно-восстановительных работ и нового строительства зданий и сооружений целесообразно применение современных эффективных быстротвердеющих строительных материалов, что позволит с учетом местных социальных и природно-климатических условий разных стран создавать комфортное быстровозводимое жилье. Для восстановления и строительства объектов различного назначения является актуальным производство стеновых изделий из тяжелого КГВ бетона.
В связи с этим, в рамках программы развития и стабилизации стройиндуст-рии стран Ближнего Востока, а также сотрудничества со специалистами из Палестины, были исследованы свойства тяжелого бетона на КГВ с использованием в качестве крупного заполнителя – известнякового щебня из плотного известняка прибрежных европейских и азиатских зон Средиземного моря (=2700 кг/м3), который относится к карбонатным породам и имеет прочность 60-80 МПа. Отходы его дробления и отсев представляют интерес использования в качестве заполнителя и наполнителя в тяжелых бетонах на КГВ.
Для производства стеновых материалов на основе КГВ были разработаны составы тяжелых бетонов с крупным заполнителем из известнякового щебня, характеристики которого представлены в таблицах 4.18-4.19.
В качестве мелкого заполнителя использовали природные кварцевые пески месторождения Палестины, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8736-93 [198]. С помощью расчетно-экспериментального метода [176] был выполнен расчет состава тяжелого бетона на КГВ. Учитывая требования к бетонной смеси, к тяжелому бетону и к характеристикам исходных компонентов, по таблице 4.20 выбирали расход воды для требуемой жесткости или подвижности бетонной смеси, по таблице 4.21 выбирали ориентировочный расход КГВ.
Физико-механические свойства тяжелого бетона на крупном заполнителе в зависимости от состава
С увеличением соотношения ММС/Ц величина расплыва конуса снижается, а с повышением количества добавки СБ-3 с 0,5 до 1 % – повышается.
Важным реологическим свойством КГВ паст является установление их оптимальной проникающей способности в межзерновое пространство щебеночных оснований под действием гравитационных сил, которая соответствует минимальной эффективной вязкости смеси при напряжении сдвига менее 25 Па (рисунок 6.4).
Из анализа номограмм выявлено, что с увеличением содержания добавки СБ-3, содержания гидравлического компонента (цемент + отходы ММС) и соотношения ММС/Ц, а также снижением удельной поверхности отходов ММС, минимальная вязкость КГВ паст (при напряжении сдвига 25 Па) снижается.
Установлено, что начало сроков схватывания КГВ паст для всех экспериментальных составов увеличивается с повышением содержания добавки СБ-3 (рисунок 6.5). Их значения снижаются при соотношении ММС/Ц, равном 2,25 и с повышением удельной поверхности отходов ММС.
В исследованиях было выявлено (рисунок 6.6), что в диапазоне соотношения ММС/Ц от 2,5 до 3 и при содержании гидравлического компонента (цемент + отходы ММС) до 30%, величина предела прочности при сжатии затвердевших КГВ паст через 2 часа является максимальной. С повышением содержания добавки СБ-3, не зависимо от величины удельной поверхности отходов ММС, наблюдается тенденция снижения предела прочности при сжатии в ранние сроки твердения.
Максимальная величина предела прочности при сжатии в 28 суточном возрасте (рисунок 6.7) соответствуют составам с удельной поверхностью отходов ММС 450 м2/г при содержании гидравлического компонента (цемент + отходы ММС) от 30 %.
На рисунке 6.8 приведены реограммы гипсоцементного теста без добавки и с КХД, сравнительный анализ которых показал, что тесто без добавки является вязко-пластичным телом, течение которого происходит в соответствии с моделью Шведова–Бингама. Данная система характеризуется некоторой начальной прочностью (0) и постоянной величиной пластической вязкости (), т.е. в процессе вязкого течения с напряжением сдвига до 300 Па. Разрушения структурных единиц гипсоцементного теста не происходит и оно течет практически с постоянной вязкостью. Доказательством этого является тот факт, что предел текучести гипсоцементного теста довольно большой и составляет 75 Па. При градиенте скорости сдвига от нескольких до 10 с-1 тесто проявляет слабо выраженные свойства дилатансии (самоуплотнение). градиент скорости сдвига; N – показатель нелинейности. В зависимости от состояния прочности водородных связей и величины индукционного периода образования, изменяется и реологическая модель, их опи 284 сывающая. В процессе движения теста его поведение может сопровождаться образованием новых связей, т.е. структурированием раствора в процессе движения. Структурирование раствора обусловлено начальным моментом образования водородных связей, т.е. электростатическим взаимодействием разноименно заряженных элементов раствора. Они являются быстродействующими, не ориентированными, поэтому вязкость раствора () возрастает.
Так, при использовании комплексной химической добавки СБ-3 (0,5%) + ЦФ (1,5%) величина предельного напряжение сдвига снижается в 10 раз по сравнению с без добавочными составами (с 75 Па до 7 Па), вязкость не разрушенной структуры снижается в 4,7 раза (с 0,7536 до 0,1584Па с), что способствует замедлению роста кристаллов новообразований, а также избытку структурных элементов, которые способствуют возникновению множества новых кристаллов в более равномерной и мелкозернистой структуре затвердевшего КГВ.
Таким образом, при введении в гипсоцементные пасты комплексных химических добавок уменьшаются их реологические характеристики. Достигнув минимального значения, предельное напряжение сдвига полностью разрушенной структуры, в последующем практически не изменяется. Его величина для КГВ паст без комплексной химической добавки наибольшая. При оптимальных дозировках комплексных химических добавок, уменьшение предельного напряжения сдвига до минимума обусловлено падением прочности индивидуального контакта до значений, сравнимых с энергией теплового движения.
В результате высвобождения иммобилизованной воды и увеличения, в связи с этим, относительного содержания дисперсионной среды, а также за счет уменьшения трения между движущимися слоями КГВ паст в результате увеличения толщины водных прослоек между частицами, происходит уменьшение пластической вязкости.
Таким образом, реологические характеристики в гипсоцементных системах дают возможность более точно определить промежуток времени для формования без нарушения структуры и ранней прочности твердеющего композита.
В настоящее время в дорожном строительстве возрастает роль мелкозернистых (песчаных) бетонов. Наличие неограниченных запасов техногенных песков – отходов ММС железистых кварцитов – может существенно снизить материалоёмкость и себестоимость дорожного строительства.
В работе для укрепления щебеночных оснований автомобильных дорог предлагаются бетоны на основе КГВ с использованием в качестве мелкого заполнителя отходов ММС (с Мкр 0,9) и песка Нижне-Ольшанского месторождения, (с Мкр=1,05), характеристика которого представлена в таблице 6.3.
Технология приготовления КГВ для укрепления щебеночных оснований включала тонкое измельчение минеральной добавки до удельной поверхности 450…600 см2/г с суперпластификатором СБ-3 (0,5% от массы вяжущего и портландцементом ЦЕМ 1 42,5 Н), с последующим перемешиванием с гипсовым вяжущим марки Г-5Б II, совмещенным с кратковременным помолом.
В исследованиях применяли КГВ следующего состава ( % по массе): гипс: цемент : отходы ММС –70:15:15, с прочностью при сжатии 18 МПа и коэффициентом размягчения Кр= 0,72.
Из мелкозернистой бетонной смеси формовали образцы-балочки размером 4х4х16 см, предварительно определив ее подвижность и среднюю плотность бетонной смеси. В возрасте 7, 14 и 28 суток определяли предел прочности при сжатии затвердевшей мелкозернистой бетонной смеси.
