WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Зырянов Федор Александрович

ДОБАВКА НА ОСНОВЕ

ВЯЖУЩЕГО НИЗКОЙ ВОДОПОТРЕБНОСТИ

ДЛЯ БЫСТРОТВЕРДЕЮЩЕГО И ВЫСОКОПРОЧНОГО

МОНОЛИТНОГО БЕТОНА

Специальность 05.23.05 – «Строительные материалы

и изделия»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск

2008

Работа выполнена в Южно-Уральском государственном университете.

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор

Трофимов Борис Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Пичугин Анатолий Петрович

кандидат технических наук

Вахтомин Владимир Леонидович

Ведущая организация: ООО «УралНИИстром»

Защита состоится 4 декабря 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.298.08 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76 ауд 1008

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет».

Автореферат разослан « 30 » октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Б.Я. Трофимов

Актуальность. Основным направлением развития современной технологии бетона является получение бетонов с заданными техническими и технологическими свойствами при минимизации энергетических и материальных затрат. В технологии монолитного бетона и железобетона наиболее актуальной проблемой является получение высокоподвижных бетонных смесей с обеспечением сохраняемости свойств во времени и интенсивной кинетикой набора прочности бетона в ранние сроки твердения без применения тепловой обработки. Решение данной проблемы позволяет обеспечить: транспортировку бетонных смесей по трубопроводам, снижение энергетических затрат при уплотнении, быстрый набор распалубочной прочности, интенсивное твердение при пониженных температурах, возможность раннего нагружения конструкций.

Поставленная задача имеет следующие решения: использование высокомарочных цементов с нормируемым минералогическим составом, применение химических ускорителей твердения на основе солей, использование пластифицирующих добавок, применение высокоактивных минеральных добавок и комплексов на основе указанных добавок. Однако применение перечисленных способов ускорения тесно связано со стабильностью химического и минералогического состава портландцемента и добавок, а также с особенностями их комплексного взаимодействия. Так наиболее широко применяемые пластифицирующие добавки нередко обеспечивают блокирование процессов гидратации, в частности кристаллизационные процессы, особенно при пониженных температурах.

Одним из наиболее перспективных способов получения быстротвердеющих бетонов является использование смешанного вяжущего на основе общестроительного портландцемента и вяжущего с интенсивной кинетикой набора прочности. В современной технологии бетона в качестве быстротвердеющего компонента композиционного вяжущего наиболее целесообразно использовать высокоактивное гидравлическое вяжущие. В свою очередь, высокоактивное вяжущее можно получать путем домола общестроительного цемента с пластифицирующими веществами в малых помольных агрегатах, получая вяжущие низкой водопотребности. Решению задачи по определению влияния рецептурных и технологических факторов на свойства быстротвердеющих цементных композиций с модифицирующей добавкой на основе вяжущего низкой водопотребности (ВНВ) посвящена данная работа.

Исследования были проведены в рамках подпрограммы «Профессионально-ориентированная подготовка специалистов по приоритетным направлениям развития строительной науки и технологии» инновационного образовательного проекта «Энерго- и ресурсосберегающие технологии», и в соответствии с тематическим планом фундаментальных НИР № 1508 ЮУрГУ.

Цель работы – получение быстротвердеющих высокопрочных бетонов путем введения полифункционального модификатора на основе вяжущего низкой водопотребности (ВНВ), для обеспечения ускорения возведения монолитных зданий и сооружений.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Исследование кинетики набора прочности цементного камня, мелкозернистого и тяжелого бетона в зависимости от состава, дозировки и времени помола добавки на основе ВНВ, получаемой путем механохимической активации общестроительного портландцемента с пластификаторами.

2. Изучение физико-химических процессов, протекающих при введении в цементные композиции полифункциональной добавки на основе ВНВ.

3. Определение влияния минералогического состава добавки ВНВ на кинетику набора прочности цементных композиций.

4. Оценка реологических свойств бетонных смесей, прочности и водонепроницаемости бетонов, получаемых при введении полифункциональной добавки на основе ВНВ, в ранние сроки твердения и в марочном возрасте.

5. Разработка технологии производства и применения полифункционального модификатора.

Научная новизна:

  1. Предложен способ ускорения твердения и повышения прочности цементных композитов путем введения в количестве до 20 % от массы цемента добавки на основе ВНВ, формирующей первичный кристаллогидратный матричный компонент, обеспечивающий получение высокой ранней прочности бетонов при нормальной и пониженной температуре твердения (2±2, 10±2 0С)

2. Выявлено, что введение суперпластификатора С-3 в составе добавки ВНВ обеспечивает повышение его водоредуцирующей способности более чем в 2 раза по сравнению с традиционным способом введения с водой затворения, при этом эффект замедления кинетики гидратации цемента нивелируется.

  1. Определено влияние полифункциональной добавки ВНВ, изготовленной из портландцементов с различными минералогическими составами, на кинетику набора прочности цементных композиций.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

  1. Разработаны и промышленно внедрены полифункциональные добавки, позволяющие ускорить набор прочности монолитных железобетонных изделий и конструкций в первые сутки без ТВО: в 2…3 раз при температуре 20±2 0С; в 3…5 раз при температуре 10±2 0С и более чем в 10 раз при температуре 2±2 0С. Кроме того, данные добавки позволяют повысить в марочном возрасте прочность на 30…50 % и водонепроницаемость в 2…3 раза.
  2. Установлены принципы определения составов и дозировок полифункциональной добавки ВНВ в зависимости от назначения: ускоряющие твердение, повышающие водонепроницаемость, обеспечивающие получение самоуплотняющих бетонных смесей.
  3. Определены рецептуры самоуплотняющихся бетонных смесей, обеспечивающих получение быстротвердеющих и высокопрочных бетонов класса В60.

Апробация работы:

Результаты проведенной работы были представлены и обсуждены на 57, 58, 59 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ЮУрГУ, Челябинск 2005-2007 гг; на всероссийской научно-практической конференции «Строительное материаловедение – теория и практика», Москва, 2006; на областной научно-практической конференции «Современное состояние стройиндустрии Челябинской области. Проблемы, решения», Челябинск, 2006.

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 10 научных статьях, из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, основных выводов, библиографического списка литературы, включающего 113 наименований, 3 приложения и содержит 161 страницу основного текста, 63 таблицы, 41 рисунок и 40 формул.

Автор защищает:

результаты исследования влияния состава и дозировки полифункциональной добавки ВНВ на физико-механические свойства цементного камня, мелкозернистого и тяжелого бетона в составе вяжущего;

результаты исследования влияния минералогического состава различных цементов на эффективность действия полифункциональной добавки ВНВ;

установленные особенности гидратации портландцемента при введении полифункциональной добавки ВНВ;

результаты исследования влияния содержания суперпластификатора С-3 в составе полифункциональной добавки ВНВ на процесс твердения при низких температурах;

способ получения полифункциональной добавки ВНВ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены перспективные направления ускорения твердения бетона, цели и задачи диссертационной работы, ее научная и практическая значимость.

В первой главе (состояние вопроса) рассмотрен процесс гидратации портландцемента, влияние отдельных факторов на кинетику гидратации. Показаны основные принципы ускорения твердения цементных вяжущих и определены положительные и отрицательные стороны применения каждого метода ускорения твердения. Определено, что наиболее интенсивной кинетикой набора прочности из доступных вяжущих материалов обладают механо - активированные вяжущие и вяжущие низкой водопотребности (ВНВ).

Процесс гидратации цемента и проблемы его ускорения рассматривали: Ш.Т Бабаев, В.И. Бабушкин, Ю.М. Баженов, Н.Ф. Башлыков, М.Я. Бикбау, Ю.М. Бутт, И.Ф. Ефремов, С.С. Каприелов, П.Г. Комохов, Л.А. Малинина, С.А. Миронов, О.П. Мчедлов-Петросян, М.М. Сычев, В.В. Тимашев, А.В. Ушеров-Маршак, Р.Ф. Фельдман, Ю.В. Чеховский, А.В. Шейкин, А.В. Шейнфельд, М.И. Бруссер, М. Коллепарди, Ф.М. Ли, В.С. Рамачандран, Х.Ф.У. Тейлор и др. Большинство исследований, проведенных в области гидратации цемента за последние десятилетия, сводились к рассмотрению физико-химических превращений (структурообразования), происходящих при гидратации основных минералов портландцемента. Исследование процесса гидратации отдельных минералов позволяет определить ход и интенсивность гидратации портландцемента в целом.

Структурообразование в цементных системах происходит в два этапа: образование первичной структуры («гидросульфоалюминатный каркас») и вторичной – гидросиликатный каркас. Также необходимо отметить, что первичная структура по данным М.М. Сычева образуется вследствие перехода свободной воды в пленочное состояние с падением диэлектрической проницаемости. Это, в свою очередь, способствует интенсификации гидратации цемента и увеличению объема твердой фазы, происходит сближение частиц гидратирующего цемента.

Ускорение процесса гидратации, и, как следствие, более интенсивная кинетика набора прочности без применения добавок-ускорителей обеспечивается при выполнении следующих условий:

а) максимальное сокращение индукционного периода до начала кристаллизации из жидкой фазы цементно-водной суспензии продуктов гидратации;

б) обеспечение высокой концентрации продуктов гидратации в растворе по отношению к кристаллогидратам и поддержание данной концентрации на весь период гидратации алита по кристаллизационному механизму (до образования вокруг цементных зерен экранирующих оболочек).

Данные условия обеспечиваются применением цементов с более высокой удельной поверхностью и содержанием алита свыше 60 % и С3А более 8 %, применением сухого и мокрого домола цемента, введением добавок (ускорителей твердения, водоредуцирующих добавок, активных минеральных добавок, выступающих в качестве центров кристаллизации). Но применение добавок не всегда возможно, вследствие коррозии стальной арматуры (для хлоридов и сульфатов), проявления блокирующего действия пластифицирующих добавок на ранних стадиях твердения.

Одним из наиболее эффективных способов модифицирования цементных композитов является использование механо - активированных добавок. Этому вопросу было посвящено множество работ В.И. Соломатова, В.И. Калашникова, А.В. Шейнфельд, С.В. Демьяновой. Применение такого метода позволяет создавать структуры с направленным топологическим распределением компонентов в микроматричной структуре камня вяжущего.

Исходя из анализа работ по механоактивации минеральных добавок, в настоящей диссертационной работе была выдвинута гипотеза: получение быстротвердеющей цементной композиции обеспечивается формированием микрокомпозиционной структуры цементного камня, в которой матричным компонентом является камень быстротвердеющего высокоактивного вяжущего.

а) б)

в)г)

Рис. 1. Модель структурной композиции

а, в – пластифицированное цементное тесто; б, г – цементное тесто с ультрадисперсной полифункциональной добавкой ВНВ

Для этого быстротвердеющее вяжущее должно обладать большей дисперсностью по отношению к базовому цементу и не приводить к значительному повышению водопотребности. Поэтому наиболее предпочтительным является применение в качестве матричного компонента вяжущего низкой водопотребности. В данном случае моделируется следующая структура композиции (рисунок 1).

Представленная нами модель (рисунок 1 б, г) демонстрирует возможность предотвращения блокирующего эффекта, что связано с равномерным распределением пластифицирующего вещества по поверхности зерна цемента при домоле и обратной ориентацией его молекул по отношению к поверхности базового вяжущего. Это позволяет обеспечить диффузию молекул воды при гидратации базового портландцемента.

Во второй главе (материалы и методы исследования) описаны применяемые материалы в процессе исследования и методики определения свойств цементных композиций.

В работе использовался портландцемент с минеральными добавками ПЦ 400 Д20 Коркинского цементного завода, портландцементы без минеральных добавок ПЦ 500 Д0 Катав-Ивановского и Невьянского цементных заводов, отвечающие требованиям ГОСТ 10178. Минералогические составы клинкеров приведены в таблице 1.

Таблица 1

Минералогический состав клинкеров

Завод изготовитель

Минералогический состав клинкера, %

C3S

-C2S

C3A

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»