WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

  На правах рукописи

САХИБГАРЕЕВ РИНАТ  РАШИДОВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНОВ

05.23.05 – «Строительные материалы и изделия»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Уфа-2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Научный консультант

Официальные оппоненты:

–  доктор технических наук, профессор

Бабков Вадим Васильевич

–  доктор технических наук, профессор

Ананенко Алексей Анатольевич

–  доктор технических наук, профессор

Калашников Владимир Иванович

–  доктор технических наук, профессор

Попов Валерий Петрович

Ведущая организация

–  ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 30 июня 2010 года в 1400 на заседании диссертационного совета

Д 212.289.02 Уфимского государственного нефтяного технического университета по адресу: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан  мая 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н.  _____________  И.В. Недосеко 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие технологии бетона, повышение эффективности разработки технических и проектных решений с использованием бетона и железобетона, вопросы оптимизации применения высокопрочных бетонов и конструкций на их основе реально зависят от исследований по выявлению использования потенциальных возможностей портландцемента и его разновидностей.

Прочность цементной связки – основного носителя прочности и основы цементного камня реализуется в большинстве практических случаев на уровне 1030% от теоретической. Разработка новых технических, технологических решений по повышению прочности и эксплуатационной надежности цементных композитов и бетонов на их основе базируется на установлении закономерностей и углублении представлений по связи структуры и свойств цементного камня, в том числе с применением структурного моделирования, с разработкой экспериментально-аналитических подходов.

Исследование процессов структурообразования, влияния на них организации поровой структуры цементного камня, способности к регуляции и саморегуляции цементной системы, а также управление структурой цементного камня применением материалов и технологий на нанометрическом уровне являются одними из основных возможностей влияния на формирование, закрепление и поддержание свойств цементных композитов и бетонов на их основе.

Применение органических и органоминеральных модификаторов, оптимизация областей их применения открывает широкие возможности по получению технологичных, высокоредуцированных бетонных смесей с улучшенными, высокими прочностными и эксплуатационными показателями бетона.

При этом актуализировались вопросы достижения, а также сохранения требуемого уровня прочностных и эксплуатационных показателей цементных композитов и бетонов на их основе, исследование процессов деструкции, их причин и последствий, а также оценка возможности цементных систем к самозалечиванию.

Модифицированные бетонные смеси и бетоны с высокими прочностными и эксплуатационными показателями широко и в большей степени применяются в монолитном строительстве. Чрезвычайно актуальными являются вопросы оптимизации и рационального применения  модифицированных бетонов повышенной прочности во взаимосвязи с технологическими свойствами при изготовлении и проектировании, особенно в сочетании с высокопрочной арматурой.

Работа посвящена исследованию и развитию представлений о закономерностях  связей между составом, структурой и свойствами цементных композитов,  разработке и использованию эффективных структурно-технологических приемов и технологий при управлении процессами структурообразования для получения модифицированных бетонов заданного уровня свойств и определению их рациональной области применения.

Цель работы. Разработка научно-прикладных и технологических решений по управлению формированием цементных композитов заданной структуры при модифицировании бетонов, с сохранением  требуемого уровня их свойств при рациональном применении.

Постановка и концепция научной проблемы. Рабочая гипотеза. Получение,  применение цементных композитов и модифицированных бетонов на их основе, работающих в условиях неагрессивных сред, сопряжено с проблемой  сохранения достигнутого и требуемого уровня прочностных и эксплуатационных свойств, которая может быть решена через управление процессами структурообразования, созданием условий для самозалечивания и направленным регулированием многоранговой пористостью.

Задачи исследований:

  1. Систематизация направлений и механизмов управления структурой цементных композитов, оценка их эффективности по вкладу в направленное формирование прочности и долговечности модифицированных бетонов на их основе;
  2. Изучение закономерностей и возможностей влияния физико-химических и механических факторов на стадиях гидратации, структурообразования и твердения для формирования заданного уровня прочностных и эксплуатационных свойств цементных композитов;
  3. Исследование влияния пористости, её формирования и структуры на свойства цементных композитов, технологическими приемами, в т. ч. применением модификаторов;
  4. Обоснование механизма деструкции и состояния твердеющего цементного камня, сопряженного с проблемой сохранения достигнутого уровня прочности и обеспечения долговечности цементных бетонов;
  5. Аналитическая оценка возможности цементных систем к структурообразованию и самозалечиванию;
  6. Оценка эффективности известных представлений и развитие направлений по управлению применением цементных композитов, модифицированных бетонов на их основе с улучшенными прочностными и эксплуатационными свойствами;
  7. Изучение и установление закономерностей между прочностью и технологическими параметрами (водовяжущее отношение, подвижность) модифицированных водоредуцированных бетонов для их рационального применения;
  8. Разработка составов, способов, приемов и технологических решений для направленного управления заданной структурой и получения бетонов с улучшенными прочностными и эксплуатационными свойствами;
  9. Разработка методологического подхода к определению и назначению рациональных и оптимальных областей применения высокопрочных бетонов с учетом напряженно-деформированного состояния  изделий и конструкции.

Объект исследования. Строительные материалы и изделия. Бетоны. Получение и применение.

Предмет исследования. Цементные композиты и бетоны на их основе. Структура и структурообразование цементных композитов. Модификаторы для бетонов и растворов. Модели цементной системы на стадиях гидратации, структурообразования и твердения. Прочность и пористость. Многоранговая модель. Структурно-технологические аспекты получения и рациональные области применения бетонов повышенной прочности и долговечности на цементном вяжущем.

Методологические, теоретические и методические основы исследований:

  • обеспечение системно-структурного подхода при анализе направлений для управления структурой цементных композитов;
  • использование при экспериментальных исследованиях методов структурного моделирования для оценки возможности цементных систем к самозалечиванию;
  • комплексное применение методов идентификации структуры цементного камня для количественного описания взаимосвязи «прочность – локальная пористость – пористость», в том числе на основе классических представлений теории упругости;
  • расчетно-аналитическая интерпретация экспериментальных результатов для формирования базы данных в задачах конструирования оптимизированных структур цементных композитов и бетонов, обеспечивающих эффективную реализацию их свойств путем оптимизации и направленного регулирования структуры пор цементных композитов.

Связь работы с научными программами. Исследования и разработки выполнялись в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Государственного комитета Республики Башкортостан по строительству, архитектуре и транспорту на 2004 год по госбюджетным темам: РБ-05-04 «Разработка рецептур и технологии получения высокоэффективных полифункциональных добавок (суперпластификаторов) на базе нефтехимического сырья предприятий РБ (в т.ч. отходов) для технологии бетонных работ в монолитном домостроении»; РБ-03-04 «Разработка технологии получения дорожных и ограждающих цементных панелей и плит с высокоэффективной цветной поверхностью».

Научная новизна работы.

  1. Разработаны научно-прикладные основы и технологические решения для управления формированием структуры цементных композитов и модифицированных бетонов, обеспечивающие их высокие прочностные и эксплуатационные свойства.
  2. Систематизированы и обобщены направления и механизмы управления структурой цементных композитов, обеспечивающие формирование их высоких прочностных и эксплуатационных свойств.
  3. Предложена модель развивающихся цементных систем, позволяющая прогнозировать их способность к структурообразованию на зрелых и поздних стадиях твердения и устанавливающая связи между технологическими параметрами, свойствами цементных композитов и их способностью к самозалечиванию в условиях перекристаллизации гидратных фаз,  действия усадки и других деструктурирующих факторов, связывающих резерв клинкерного фонда с обеспечением и поддержанием требуемого уровня прочности.
  4. Обоснован механизм формирования состояния твердеющего цементного камня, сопряженный с проблемой сохранения достигнутого уровня прочности и обеспечения долговечности цементных бетонов.
  5. Предложено применение метода лазерной гранулометрии при анализе гранулометрического состава и дисперсности вяжущих как важного фактора процессов структурообразования и способности цементных систем к самозалечиванию.
  6. На основе модели многоранговой пористости цементного камня, исследована и обоснована роль поровой структуры цементного камня по вкладу в прочность отдельных рангов пор.
  7. С позиций формирования всего комплекса физико-механических характеристик цементных бетонов выявлены три фундаментальных элемента структуры цементного камня нанометрического масштаба: кристаллиты гидросиликатной составляющей продуктов гидратации цементного камня с поперечными размерами 5-50 нм, обеспечивающие прочность структуры; гелевые поры гидросиликатного сростка диаметром до 10 нм, а также фазообразующие промежуточные и микрокапиллярные поры диаметром до 200 нм, предопределяющие непрерывность процессов структурообразования и самозалечивания твердеющей системы.
  8. Предложены пути и способы управления структурой модифицированных бетонов на основе рационального применения суперпластификаторов и органоминеральных добавок с оценкой эффективности их применения по взаимосвязи показателей «прочность – подвижность – водовяжущее отношение (далее В/В)».
  9. Предложен комплекс технологических решений (составы, способы, технологии) для управления структурой цементных бетонов, изделий и конструкций повышенной прочности, долговечности и эксплуатационной надежности), в т.ч.:
  • установление областей рационального применения органических и органоминеральных модификаторов с целью получения технологичных бетонных смесей, высокопрочных и эксплуатационно надежных бетонов по взаимосвязи с водовяжущим отношением;
  • способ получения фиброцементных композиций и изделий на их основе при реализации объемного эффекта преднапряжения для повышения прочностных и эксплуатационных свойств;
  • способ поверхностного упрочнения и окрашивания изделий из модифицированных бетонов;
  • исследованы особенности применения противоморозных добавок для бетонов с позиций длительного набора прочности.
  1. Разработан расчетно-аналитический аппарат для оценки и определения рациональных областей применения бетонов высокой прочности в железобетонных элементах с учетом характера их нагружения.

Практическая значимость и реализация работы. Постановка и обоснование проблемы сохранения и снижения достигнутого уровня прочности, обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности высокопрочных цементных бетонов.  Разработка технологических условий и практических решений для их получения (приемов, способов и режимов). Предложен и обоснован поранговый расчетный подход к экспериментальной оценке поровой структуры цементного камня. Разработан гравиметрический метод и методика определения степени гидратации цементных систем твердеющих в водных условиях, которая позволяет при минимальных затратах труда и времени,  с высокой степенью точности определить этот параметр, без дополнительных химических реактивов. Определены по параметру В/В практические интервалы применения органических и органоминеральных модификаторов для получения водоредуцированных технологичных бетонных смесей, высокопрочных и эксплуатационно надежных бетонов на их основе. Разработан способ, технология поверхностного упрочнения и окрашивания цементных композиций. Разработан способ и технология получения высокопрочных фиброцементных композиций и изделий из них с эффектом объемного преднапряжения, выпущена опытно-промышленная партия водопропускных колец из фибробетона с модифицирующими добавками.

Разработан нормативный документ ТУ 5862-001-73763349-2009 «Трубы безнапорные раструбные сталефибробетонные круглые сборные» с выпуском опытно-промышленной партии из фибробетонов с различными модификаторами. Разработаны технические условия: ТУ 5855-002-73763349-2009 «Кольца колодцев сталефибробетонные круглые сборные».

Предложены основы и принципы определения уровня напряженно-деформированного состояния цементных композиций на их основе для контроля прочности, долговечности и надежности эксплуатируемых бетонных изделий и ж/б конструкций.

Предложен инновационный подход с разработанным прикладным методологическим аппаратом оценки рационального применения бетонов повышенной прочности для эффективного проектирования. Разработано технико-экономическое обоснование применения высокопрочных бетонов в технологии монолитного строительства для сжатых и изгибаемых элементов. Результаты исследований и предложенный подход реализованы при проектировании и строительстве ряда жилых домов из монолитного бетона в г. Уфа.

Экономический эффект на одном из объектов от внедрения: 10-ти этажный монолитный жилой дом №1 «Каскад» по ул. Российской г.Уфа выразился в сокращении расхода рабочей арматуры на 25%, общего расхода рабочей и конструктивной арматуры до 17%. Выполненный раздел КЖ проекта жилого дома с эффективным применением бетонов и конструкций монолитного каркаса прошел экспертизу в Управлении Главэкспертизы России по Республике Башкортостан.

Результаты диссертационного исследования используются при подготовке студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» и специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».

Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: I-й Республиканской научно-практической конференции «Оптимизация технологии производства бетонов повышенной прочности и долговечности» (Уфа, 1983), Республиканской конференции «Использование отходов производства в строительстве» (Уфа, 1984), II-й Республиканской научно-практической конференции «Совершенствование технологии производства бетонов повышенной прочности и долговечности» (Уфа, 1985), V симпозиуме “Реология бетонных смесей и ее технологические задачи» (Рига, 1986), I-м Республиканском научно-практическом семинаре «Техническая диагностика в строительстве и возможности использования эффективных строительных материалов и конструкций» (Уфа, 1986), III Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Уфа, 1988), Республиканской научно-технической конференции «Проблемы комплексной застройки Южного берега Крыма» (Симферополь, 1988), VIII Ленинградской конференции по бетону и железобетону (Ленинград, 1988), X Всесоюзной конференции «Бетон и железобетон» (Казань, 1988), Областной научно-технической конференции «Использование отходов производства строительной индустрии» (Ростов-на-Дону, 1989), V, VII, VIII, IX, X, XI, XII Международной научно-технической конференции при Международной специализированной выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство» (Уфа, 2001, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008), VIII Академических чтениях РААСН «Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения» (Самара, 2004), Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2005), II Всероссийской (Международная) конференции «Бетон и железобетон, пути развития» (Москва, 2005), Региональной научно-технической конференции «Опыт и перспективы использования модифицированных бетонов с суперпластификаторами Компании «Полипласт» эффективность их применения в строительной практике» (Уфа, 2006), Научно-практической конференции «Об опыте внедрения прогрессивных технических решений в проектировании и строительстве юбилейных объектов в Республики Башкортостан» (Уфа, 2007), семинаре «Опыт применения пластифицирующих и противоморозных добавок в сборном и монолитном строительстве на объектах РБ» (Уфа, 2008), Международном конгрессе «Наука и инновации в строительстве». День докторанта. (Воронеж, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 80 работ, включая 14 статей в журналах по перечню ВАК, в том числе 3 монографии, из них 2 в соавторстве, получено 7 авторских свидетельств и патентов на изобретение, а также одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора и достоверность научно-экспериментальных результатов. Основные результаты диссертационной работы получены соискателем самостоятельно. Достоверность научных положений, разработанных автором, а также достоверность выводов и рекомендаций подтверждена результатами исследований с применением современных методов физико-химического анализа, лазерной гранулометрии и достаточно точной сходимостью экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, при полупромышленном производстве и испытаниях, в том числе разрушающими и неразрушающими методами, с применением метрологически поверенного оборудования в испытательной аккредитованной лаборатории, в соответствии с областью аккредитации.

Объем работы. Диссертация изложена на 367 страницах, включает 48 таблиц, 89 рисунков и состоит из введения, шести глав, выводов, приложений и списка литературы из 312 наименований.

Основные результаты работы, полученные лично автором и выдвигаемые на защиту:

  1. Систематизированы и классифицированы направления и механизмы управления структурой цементных композитов с выявлением эффективности по вкладу в направленное формирование прочности и долговечности модифицированных цементных бетонов.
  2. Представлена и обоснована проблема сохранения и снижения  достигнутого уровня прочности, обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности высокопрочных цементных бетонов в условиях длительного твердения.
  3. Структурообразование цементных систем сопровождается процессами деструкции и самозалечивания. Обеспечение набора и сохранения требуемого комплекса эксплуатационных свойств цементных композитов и бетонов на их основе зависит от потенциала самозалечивания. Предложен расчетно-экспериментальный метод (подход) для определения потенциала самозалечивания цементных композитов.
  4. Результаты исследований по установлению закономерностей влияния фракционного состава и дисперсности цементного вяжущего на формирование прочности и долговечности цементного камня с использованием метода лазерной гранулометрии. Механизм снижения достигнутого уровня прочности цементных систем определяется двумя возможными состояниями: - состояние, соответствующее глубокой гидратации цемента и практическому исчерпанию резерва клинкерного фонда; - состояние, соответствующее исчерпанию капиллярного пространства и глубокому уплотнению кристаллогидратной связки цементного камня.
  5. Цементные системы должны сохранять резерв вяжущего и капиллярного пространства, при условии сохранения пассивирующей способности бетона по отношению к стальной арматуре. Связывание Са(ОН)2 при введении микрокремнезема происходит с уменьшением макро- и увеличением микрокапиллярной пористости (радиусом до 100 нм) в межкапиллярном пространстве цементной матрицы и в контактной зоне с заполнителем, что снижает дефектность структуры с точки зрения объемных изменений при перекристаллизации и процессов усадки (седиментации).
  6. Выполнены расчеты по оценке параметров поровой структуры цементного камня во взаимосвязи: прочность – пористость. Установлены критерии к многоранговой структуре цементного камня по пористости, а также вклад рангов пор в формирование и сохранение достигнутого уровня прочности цементного камня в условиях его перекристаллизации с изменением объемов гидратирующих фаз и длительного твердения.
  7. Предложена методология по оценке кинетики пористости при твердении цементных композитов, модели твердеющей цементной системы с возможностью количественной оценки параметров структурообразования, пористости и возможности к самозалечиванию.
  8. Разработан и апробирован гравиметрический метод определения степени гидратации цементных систем, твердеющих в водных условиях.
  9. Систематизированы и определены рациональные и оптимальные области применения модифицированных бетонов во взаимосвязи: прочность-подвижность-водовяжущее отношение.
  10. Установлены закономерности направленного структурообразования цементного камня и бетона во взаимосвязи с физико-химическими характеристиками  органических и органоминеральных модификаторов. Разработаны составы, способы и технологические приемы для  получения высокопрочных, долговечных и эксплуатационно-надежных цементных композитов, бетонов и изделий на их основе (А.с. № 1300014, № 1414830, № 1573011, № 1514733, № 14812119).
  11. Способ и технология поверхностного упрочнения, окрашивания и повышения качества поверхности цементных композиций, составы для его применения (патент на изобретение № 2243890).
  12. Способ и технология получения высокопрочных фиброцементных композиций  с объемным упрочнением (патент на изобретение № 2303022.).
  13. Основы, принципы, способы определения и регулирования уровня напряженно-деформированного состояния цементных композитов, бетонных изделий и конструкций на их основе для контроля эксплуатационной надежности, прочности, долговечности и остаточного ресурса.
  14. Технико-экономическое обоснование рационального применения высокопрочных бетонов в технологии монолитного строительства.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Систематизация и развитие направлений управления формированием структурой цементных композитов и бетонов на их основе.

Получение модифицированных бетонов с гарантированными прочностными и эксплуатационными показателями обеспечивается соблюдением оптимальных решений на стадиях от подбора состава бетонных смесей, выбора и применения технологии изготовления, ухода за бетоном, с доведением качества бетонных изделий и железобетонных конструкций до требуемого уровня технического состояния на стадии эксплуатации, обеспечением и поддержанием их нормированного уровня.

Формирование структуры и условий для достижения и поддержания требуемого проектного уровня прочностных и эксплуатационных свойств бетонных и железобетонных конструкций закладываются на стадии подбора материалов и проектирования состава бетонов.

В цепочке взаимосвязи от состава до свойств структура материала, ее формирование и возможности управления структурой занимают одну из ключевых позиций (рис.1).

Рисунок 1 - Взаимосвязь состава, технологии, структуры и свойств материала

На стадиях жизненного цикла от материала до конструкции требования по управлению структурой сводятся к решению множества технологических, технических и других задач, выявлению влияния ключевых параметров и их совокупности на процессы формирования и направленного регулирования структурообразованием цементных систем и бетонов на их основе (рис.2).

Рисунок 2 - Взаимосвязь стадий жизненного цикла от материала до конструкции и требования по управлению структурой на этих стадиях

Наиболее значимые вехи эволюции исследований о роли структуры цементных композитов и бетонов на их основе с выявлением ключевых параметров управления: разработка и создание коллоидно-кристаллизационной теории структурообразования, теория образования и роста кристаллов (П.А. Ребиндер с сотр.); теория структурной прочности контактов срастания (Е.Д. Щукин, Р.К.Юсупов); образование и рост кристаллов (Д.В.В.Гиббс, М.Фольмер, А.Ф.Полак); теория самопроизвольного процесса формирования структуры клинкера, образования и роста кристаллов внутреннего и наружного ритма цементного камня (Л.Г. Шпынова с сотр.); влияние водовяжущего отношения (М.Боломей, Н.М.Беляев, Б.Г.Скрамтаев); завершенность структурообразования (Е.М. Чернышов); относительная объемная концентрация продуктов гидратации в пространстве, роль дифференциальной и многоранговой пористости (В.В. Бабков); демпфирование структуры введением демпферов – компонентов пониженной жесткости (П.Г.  Комохов); пропитка структуры

(Г.И. Горчаков,  Ю.М.  Баженов); химические  добавки  и  суперпластификаторы

(В.Б. Ратинов, Ф.М. Иванов, Т.И. Розенберг, В.Г. Батраков); эффективный радиус воздухововлечения (Г.И. Горчаков, В.Б. Ратинов); фактор расстояния (Т.С. Пауэрс,­­­ О.В. Кунцевич); влияние физической структуры на прочность (В.В. Тимашев); создание эффекта преднапряжения и эффекта самонапряжения; пористость, распределение пор и постоянство объема гелевых пор (Т.С. Пауэрс); введение активных  минеральных  компонентов и  органо-минеральных компонентов

(В.Г. Батраков, С.С. Каприелов, А.В. Шейнфельд); вяжущие низкой водопотребности; определение и регулирование объемных превращений при кристаллизации и перекристаллизации (З.М. Ларионова, Л.Г. Шпынова, Е.С. Силаенко); тепловлажностные условия твердения и капиллярное давление (Л.А. Малинина); коэффициент структуры (И.М. Грушко); эффективная или «сквозная» пористость (Ф.М. Иванов); независимость  объема микропор от  водоцементного отношения В/Ц (Г.И. Горчаков, М.Г. Элбакидзе, Гаген-Торн); прочность сухого и водонасыщенного бетона от продолжительности нагружения (Ю.М. Баженов); полиструктурная теория композиционных материалов (В.И.Соломатов с сотр.); управление структурообразованием через влажностный фактор определением количественных связей (Е.И. Шмитько) и др.

Управление структурой бетонов осуществляется на всех уровнях: вяжущее – цементный камень – заполнители – добавки – вода, а также на границе раздела фаз, компонентов и в контактной зоне.

Структура цементного камня – это конструкция, строение композиционного материала в виде полидисперсной, гетерогенной матрицы из недогидратированных частиц вяжущего, кристаллогидратов, контактов между ними, системы различного ранга пор, во взаимосвязи их свойств.

Обобщающая классификация, систематизация направлений и механизмов управления структурой для формирования требуемых высоких прочностных и эксплуатационных свойств цементных композитов и бетонов на их основе приведена на рис. 3.

Следует выделить наиболее эффективные пути управления структурой, такие как регулирование пористости и плотности, преднапряжение, демпфирование, объемное и поверхностное упрочнение, обеспечение потенциала самозалечивания и др.

В последнее десятилетие широкое освещение получили вопросы исследования структуры и свойств цементных композитов с помощью компьютерного материаловедения.

В развитие известных представлений нами сделана попытка смоделировать процессы структурообразования, установить зависимости между  пористостью – локальной пористостью – прочностью цементного камня, в том числе с использованием идеальных моделей теории упругости. При этом предлагаются решения по 2-м известным направлениям: моделирование и исследование свойств композитов, а также расчет и проектирование композитов с оптимизацией по их свойствам, в соответствии с основными задачами компьютерного материаловедения строительных композитов (А.В. Воробьев, Ю.М. Баженов, В.А. Илюхин и др.).

Рисунок  3 - Направления и механизмы управления структурой цементных композитов

Обобщенные и систематизированные физико-химические и механические факторы (параметры) формирования прочности и долговечности цементного камня на стадиях гидратации, структурообразования и твердения представлены в таблице 1.

Таблица 1

Физико-химические и механические факторы (параметры) формирования прочности и долговечности  цементного камня на стадиях:

ГИДРАТАЦИИ

  • Активность вяжущего:
    • минералогия
    • дисперсность
  • Поверхность:
    • общая поверхность исходного вяжущего
    • распределение частиц по размеру
  • Поверхностный заряд
  • Скорость гидратации
  • Степень гидратации
  • В/Ц, вид и количество связанной и несвязанной воды
  • СаО, содержание, связывание, виды и формы

ДОБАВКИ

  • Водоредуцирование
  • Избирательная адсорбция, поверхность гидратирующей фазы и кристаллогидратов
  • Механизм действия, ГЛБ, диспергирование, влияние на количество кристаллогидратов
  • Поверхностное натяжение, физико-химические свойства, химическое взаимодействие и др.
  • Наличие минерального компонента, влияние на В/В, связывание с СН

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ

  • Фазовые превращения:
    • состав гидратных фаз, размеры, содержание, объёмные изменения
  • Изменение рН:
  • Содержание, вид и формы СН
  • С/S
  • Скорость и степень гидратации
  • Направленность формирования пористости (гелевая, капиллярная, макро); по сквозьрастворному или по диффузионному механизму
  • Условия твердения
  • Уход (внутренний)

ДОБАВКИ

  • Регулирование пористости, уровень микро и макропористости
  • Связывание с СН, ГСК, ГА и ГСАК
  • Для ОМД - взаимодействие с СН, гидратными фазами, вклад в формирование матрицы по дисперсности и регуляции В/В
  • Уход внутренний (регулирование водного баланса: водоудерживание, водоотдача)

ТВЕРДЕНИЯ

  • Ранние сроки, поздние сроки
  • Структурная неоднород-ность цементного камня, размеры кристаллитов и дисперсность
  • Объём кристаллогидратной связки, особенно CSH
  • Прочность монокристаллов и контактов между ними
  • Пористость:
    • формирование и распре-деление пористости
    • объем фазообразующих пор

- зависимость прочности от ранга, диаметра и распределения пор

  • Фазовые объёмные изменения, распор, степень заполнения пор
  • Морфология и объем кристаллогидратов, C/S
  • Количество, вид CН и форма CН (твёрдый, жидкий)
  • Степень  гидратации
  • Потенциал самозалечивания:
    • количество, распределение, дисперсность, флуктуация, возможность к доставке
  • Условия твердения
  • Уход (внутренний и внешний)

Обозначено: СН – гидроокись кальция, ГСК и ГСАК – гидросиликаты и гидросульфоалюминаты кальция соответственно, ГА - гидроалюминаты, CSH – гидросиликаты кальция, CaO – окись кальция, C/S – основность гидросиликатов кальция, ГЛБ – гидрофильно-лиофильный баланс, В/Ц и В/В – водоцементное и водовяжущее отношения, ОМД – органо-минеральные добавки.

Закономерности связи прочности и пористости цементного камня.

Направленное формирование требуемого уровня прочности и долговечности цементных композитов и бетонов на их основе доминирующим образом связано с формированием, организацией структуры порового пространства, распределением пор. Имеющиеся многочисленные результаты исследований по взаимосвязи: прочность-пористость по-разному классифицируют ранги пор. Для оценки вклада отдельных рангов пор в формирование свойств цементного камня принята классификация, предложенная В.С. Данюшевским и К.А. Джабаровым, с дополнением по А.В. Лыкову и М.М. Дубинину - делением ранга капиллярных пор на микрокапиллярные радиусом до 100нм (0,1мкм) и макрокапиллярные с радиусом > 100нм (таблица 2).

Таблица 2 – Распределение и классификация пор в цементном камне и характерные диаметры пор

Вид пор в ЦК

Интервал по диаметру, нм

Характерные диаметры, нм

Природа образования

Гелевые

до 20

4

между ГСК (CSH)

Промежуточные

2050

30-40

между крупно-кристаллич. продуктами

Капиллярные:

502000

не заполненные

поризованными продуктами гидратации

- микро

50200

60-80

- макро

2002000

300, 1400

Макропоры

(1001000)⋅103

вовлеченный воздух

Такое распределение пор обосновывается, как известно, природой их образования, наличием характерных преобладающих пиков по диаметрам и, наконец, состоянием пор по содержанию в них внутрипоровой жидкости. Поры с радиусом до 100 нм при нормальных условиях эксплуатации практически всегда заполнены жидкостью.

НЦ – негидратированные цементные частицы; ГЦК – объем цементного камня без  пор; Пг – объем гелевых пор; Пп – объем промежуточных пор, Пк – объем капиллярных пор; Пм – объем макропор.

Рисунок 4 - Многоранговая структура цементного камня по типу пор

Известна многоранговая модель цементного камня с разработанным математическим аппаратом для расчета параметров, в том числе прочности, для таких структур.

Установлено что повышение прочности пористого материала возможно одним из трех путей или их сочетанием: снижением общей пористости; снижением числа пор

(с выравниванием их размеров); выравниванием локальных относительных плотностей. В развитие такого подхода нами предложено: для оценки изменения пористости и определения ее влияния на структурообразование и прочность цементного камня (далее ЦК) экспериментальные результаты по пористости пересчитывать с учетом многоранговой структуры ЦК; оценивать вклад каждого ранга пор по методу «суперпозиций» с использованием предложенной и разработанной модели относительно к непоризованной матрице цементного камня и далее, ослабленной соответствующим рангом пор от гелевой до макро (рис.4).

Рассчитанные значения пористости разного ранга пор по отношению к объему прогидратированной части цементного камня в соответствии с многоранговой структурой цементного камня по типу пор (рис. 4) определяются по формулам:

  (1, 2)

(3)

(4) 

где eг - гелевая пористость по отношению к объёму прогидратированной части цементного камня с гелевыми порами; en - промежуточная пористость по отношению к объёму прогидратированной части цементного камня с гелевыми и промежуточными порами; ek - капиллярная пористость по отношению к объёму прогидратированной части цементного камня с гелевыми, промежуточными и капиллярными порами; eo’ ,eo  - общая, общая (гелевая, промежуточная, капиллярная) пористость по отношению к объёму прогидратированной части цементного камня; ek+n - капиллярная и промежуточная пористость по отношению к объёму прогидратированной части цементного камня с гелевыми, промежуточными и капиллярными порами. 

Рисунок 5 – Экспериментальные

И  рассчитанные значения  гелевой (а), промежуточной (б) и  капиллярной  (в) пористости по отношению прогидратирован-ной части цементного камня

Проведенные перерасчеты значений экспериментальной пористости различного ранга пор в многоранговых структурах цементного камня (рис. 4) по предложенному подходу показали, что:

  • промежуточная и микрокапиллярная пористости убывают по мере твердения ввиду того, что в них содержится фазообразующая жидкость и будет происходить образование вторичных, их рост и рост первичных кристаллитов с перекристаллизацией, что подтверждается расчетами по предложенной методике;
  • макрокапиллярная пористость практически будет уменьшаться только за счет роста кристаллогидратов в порах микрокапиллярного и промежуточного ранга;
  • гелевая пористость, рассчитанная по отношению к объему гидратированного камня по мере твердения – убывает, а доля экспериментальной гелевой в общем объеме пор – увеличивается;
  • промежуточная рассчитанная пористость уменьшается в связи с ростом и кристаллизацией новых и первичных фаз в межпоровом пространстве, а экспериментальная – растет, тогда как по мере твердения абсолютный объем промежуточной и микрокапиллярной пористости должны убывать в связи с их уплотнением за счет роста в них первичных, а также образования и роста вторичных кристаллогидратов (рис.5).

Предложенный метод расчета пористости на основе экспериментальных данных по дифференциальной пористости дает более глубокую и реальную оценку вклада рангов пор в формирование структуры и прочности ЦК.

Рассчитана, интерпретирована и использована зависимость между пористостью и локальной пористостью для идеальной объемной модели с плотной упаковкой сферических пор с привязкой к модели цементной матрицы (рис.6).

С использованием предложенной модели, по взаимосвязи: «пористость-локальная пористость-концентрации напряжений», рассчитаны интервалы влияния отдельного ранга пор на формирование структуры и прочности цементного камня.

Рисунок 6 - Рассчитанная взаимосвязь пористости и локальной пористости для объемной модели с нормальным распределением сферических пор

Рисунок 7 - Результирующие значения коэффициента концентрации напряжения K (К’) около отверстия для изотропной модели матрицы в упруго-пластической стадии работы ослабленной рядом одинаковых круговых отверстий

В качестве модели для оценки взаимосвязи «локальная пористость – концентрации напряжений» принята  классическая модель и полученные на  ее основе  решения

А.С. Космодамианского по оценке напряженного состояния.

Определены результирующие максимально возможные значения концентраций напряжений (К) от локальной пористости для идеальной модели (рис.7). 

По результатам обсчета, на примере экспериментальных данных В.С. Данюшевского по пористости (рис.5), для цементного камня получены интервалы изменения значений локальной пористости (рис.8) и коэффициента концентрации напряжений для разного ранга пор (рис.9).

Объективнее оценивать коэффициенты концентрации напряжений для моделей различного ранга пор относительно к минимальному коэффициенту концентрации равного 3,0, который постоянно присутствует при наличии пор (рис.7, 9).

Рисунок 8 - Диапазон изменения величины относительного расстояния между порами (локальная пористость) от рассчитанной пористости различного ранга пор

  (Пп – промежуточная, Пк –капиллярная) модели пористого тела цементного камня нормального твердения с В/Ц=0,4 (а) и В/Ц=0,6 (б)

Установлено, что интервалы локальной пористости, а соответственно концентрации напряжений, для каждого интервала пор – различны, что указывает на их разное качественное и количественное влияние на формирование прочности ЦК (рис.9).

Рисунок 9 - Диапазон изменения коэффициента концентрации напряжений в модели матрицы цементного камня нормального твердения с В/Ц=0,4 (а) и В/Ц=0,6 (б)  для разного ранга пор (Пп – промежуточная, Пк – капиллярная) во взаимосвязи с локальной пористостью во времени

Известные представления и зависимости связи прочности поризованной матрицы от концентрации напряжений оценивают прочность цементных структур с разным рангом в виде:

,

где прочность непоризованной ЦК структуры I,прочность ЦК с гелевой пористостью,прочность ЦК с промежуточной, капиллярной и макрокапиллярной пористостью соответственно (структуры II, III, IV), прочность ЦК, коэффициенты концентрации напряжений в зависимости от локальной пористости для цементной матрицы с гелевой, промежуточной, капиллярной и макрокапиллярной пористостью соответственно.

Наиболее чувствительным по вкладу является изменение концентрации напряжений от кинетики капиллярной пористости (табл. 3), варьирующейся в широком диапазоне, особенно макрокапиллярной, с радиусом пор более 100 нм.

Интервалы изменения гелевой и промежуточной пористости практически не будут оказывать влияния на изменение прочностных показателей, т.к. матрицы структуры I и II (рис. 4) недоиспользуют свой прочностной потенциал в предельной стадии (табл. 3).

Таблица 3

Ранг пор в ЦК, твердение в нормальных условиях

d/b

(В/Ц)

K’

- гелевые

0,81-0,66

2,0-1,3

- промежуточные, в возрасте 2 и 90 суток соответственно

0,6-0,47 (В/Ц=0,4)

0,65-0,63 (В/Ц=0,6)

2,3-1,6

2,6-2,8

- капиллярные, в возрасте 2 и 90 суток соответственно

0,8-0,4 (В/Ц=0,4)

0,8-0,45 (В/Ц=0,6)

> 3,5-1,4

> 3,5-1,5

Полученные результаты подтвердили известные экспериментальные данные и показали, что при повышении В/Ц значения локальной пористости и склонность к развитию дефектности цементной матрицы в процессе твердения существенно увеличивается. При этом вклад отдельных рангов пор на локальную пористость, а следовательно и на возможность ослабления структуры цементного камня различен.

Определены диапазоны изменения коэффициента концентрации напряжений от локальной пористости различного ранга пор в модели матрицы для ЦК нормальных условий твердения и после тепловлажностной обработки (табл. 3).

Обобщением полученных данных по оценке вклада отдельных рангов пор в формирование структуры и прочности цементного камня, с использованием предложенного подхода, выявлено, что по отношению к поризованной матрице, с постоянно присутствующим минимальным коэффициентом концентрации напряжений К=3, значения К для разного ранга пор варьируются в разных пределах в зависимости от В/Ц, сроков и условий твердения.

На примере рассчитанных и обработанных результатов известных экспериментальных данных по пористости, получены следующие интервалы изменения приведенного коэффициента концентрации напряжений (К’) в многоранговой модели ЦК (табл. 3):

- для промежуточной пористости от 2,5 до 1,5 (во II-ой структуре по рис. 4);

- для капиллярной пористости от 3,5 до 1,2 (в III-й структуре по рис. 4),

изменяющиеся по мере структурообразования от 2 суток до 90 суток твердения соответственно.

Для плотного цементного камня с объемом макропор 1-2% (IV структура по рис.4) влияние последних на развитие дефектности, формирование и поддержание уровня прочности структуры ЦК незначительно.

Иллюстрацией достаточной сходимости экспериментальных и расчетных данных является сравнение данных в обработке Ф.В. Лохером ряда исследований по связи прочности ЦК на сжатие с его капиллярной и общей пористостью (рис. 10).

Эти данные показывают потенциал прочности цементного камня, а также чувствительность прочности от изменения капиллярной пористости в диапазоне ее объема от 0,02 до 0,20. Экспериментальные данные по отношению прочностей ЦК в пределах 2,2-3,6 при равенстве  объема общей пористости объему капиллярных пор хорошо согласуются с результатами, полученными при расчетах  для предложенной ранее модели во взаимосвязи «прочность-пористость», что подтверждает ее достоверность и возможность применения для оценки влияния ранга пор на прочность цементного камня (табл. 4).

Таблица 4 - Соотношение прочности цементного камня на сжатие при равенстве: объема общей пористости объему капиллярных пор

Пористость

( )

Прочность Rcc, Мпа

Отношение прочностей

цементного камня ()

цементного камня ()

0,02

670-470

215-150

3,1-3,1

0,05

460-375

190-135

2,4-2,7

0,07

390-350

170-115

2,3-3,0

0,10

350-280

150-100

2,3-2,8

0,15

300-230

110-75

2,7-3,1

0,20

200-180

90-50

2,2-3,6

0,30

100-70

70-30

1,4-2,3

0,40

50-30

40-25

1,3-1,2

o     - данные Р.Ф.Фельдмана и Д.Д.Бодуэна, Г.И.Вербека и Р.Х.Хельмута,

  М.Юденфройнда,  Г.Вишерса соответственно по твердению в нормальных условиях;

– данные Р.Ф.Фельдмана и Д.Д.Бодуэна по термовлажностной обработке;

– данные Д.М.Рой и Г.Р.Гоуды по горячемупрессованию

Рисунок 10 – Взаимосвязь прочности цементного камня на сжатие с его капиллярной (1) и общей (2,3) пористостью

Рисунок 11 - Применение модели и результатов расчета В.И.Блоха для определения распределения напряжений в окрестностях жесткого ядра-включения в случае равномерного растяжения или сжатия тела с малым жестким шаровым включением

  К фактору, ослабляющему структуру и снижающему прочность, добавляется и накладывается негативное влияние жестких неоднородных включений в цементной матрице с максимальной величиной концентрации напряжений до 2,0 в зависимости от плотности их размещения (рис. 11).

Наличие таких жестких включений, например, в виде недогидратированных зерен вяжущего, наполнителей, кристалл-литов, а также их сростков наиболее вероятно в межкапиллярном пространстве на уровне макрокапиллярной пористости, что также определяет ее доминирующее влияние на возможность ослабления структуры цементной матрицы.

Одним из перспективных направлений предложенного подхода является возможность оценки и регулирования уровня напряженно-деформированного состояния цементных композитов и бетонов на их основе в процессе нагружения и/или эксплуатации в зависимости от организации поровой структуры. Такое решение возможно путем введения наполнителей на разном уровне структуры с различной формой, жесткостью и размерами, в том числе маложестких включений (демпферов по П.Г.Комохову) или наполнителей-индикаторов, например, в виде полых или наполненных сферолитов с определенной жесткостью, в количестве и требуемых размеров, необходимых для регулирования и получения оптимальной относительной локальной пористости, в зависимости от задачи по управлению структурой или определению уровня напряженно-деформированного состояния цементных композитов и бетонов на их основе (рис. 6, 7).

Введение в цементные композиты гранул – сферолитов с определенными размерами и содержанием (наполнением) в требуемом количестве и объеме может обеспечить возможности самозалечивания дефектов и нивелирования деструктивных процессов на соответствующем уровне: микро-, мезо- и макроструктурах.

С использованием разработанного подхода по оценке вклада составляющих структуры цементного композита расширяются возможности управления структурой цементного камня и бетонов на его основе для получения заданных, требуемых прочностных и эксплуатационных свойств.

Сохранение достигнутого уровня прочностных и эксплуатационных характеристик цементных композитов и бетонов на их основе во времени.

Набор и поддержание достигнутого уровня прочности обеспечивается формированием и развитием такой структуры цементного камня, когда позитивное структурообразование нейтрализует деструктивные процессы и превалирует над ними. Наличие процессов деструкции в процессе твердения цементных композитов, их значение признается многими исследователями, но не имеется единого объяснения механизма деструкции и ее роли в формировании и развитии структуры.

По известному определению, деструкция – нарушение или разрушение нормальной структуры материала под действием температур, кислорода, влаги, углекислого газа, внутренних напряжений. В результате деструкции изменяются технологические свойства материала и он становится непригодным для практического применения. Существующие основные теории и объяснения процессов деструкции цементного камня основываются на физической, механической, химической природе происходящих процессов или их сочетании: теория структурной недолговечности (П.А.Ребиндер с сотр.); механизм деформации бетона, как материала со свойствами неравномерного поля внутренних напряжений и дискретностью (А.А. Гвоздев); снижение прочности водонасыщенного бетона вследствие облегчения микротрещинообразования  при  адсорбции твердым  телом  полярной жидкости

(Г.П. Вербецкий); теория дислокаций; различная сила капиллярного подсоса и обжатия при  водонасыщении и насыщении полярной жидкостью (З.Н.  Цилосани,

А.М. Подвальный); необходимость ограничения пористости структуры цементного камня в условиях водонапорной эксплуатации (И.Н. Ахвердов); теория структурно-механической неоднородности и внутриструктурных напряжений разнообразной природы (В.В. Бабков); теория внутрипорового давления (А.В. Волженский, и др.); расчет кристаллизационного давления и давления срастания (В.Я. Хаимов-Мальков, А.Ф. Полак, В.В. Бабков и др.); оценка возможности прорастания и роста кристаллогидратов в зависимости от размера пор и степени пересыщения жидкой фазы (А.Е. Шейкин, Ю.В. Чеховский, М.И. Бруссер); использование низких водоцементных отношений (А.В. Волженский с сотр.); теория неполноценности по  долговечности

цементных систем с высокой дисперсностью, низким В/Ц (В.В. Бабков, А.Ф. Полак, П.Г. Комохов); возможность  снижения  прочности  модифицированных бетонов

(В.Г. Батраков); твердение и деструкция гипсоцементных материалов (Ф.Ф. Алкснис); теория  нестабильности  гидроалюминатных и  гидросуль  фоалюминатных фаз

(Г.И. Овчаренко с сотр.); значение и исследование пути образования благоприятного по морфологии термодинамически устойчивого соединения;  образование альфа-гидрата С2S с низкими структурообразующими свойствами (В.С. Данюшевский); теория адаптационной эволюции цементного камня (В.Л. Чернявский); теория саморазрушения бетона (Г.Н. Пшеничный); растрескивание гидратной оболочки в результате послойно накапливающихся новообразований (Ю.С. Малинин с сотр.); отрицательное влияние повышенной температуры (А.А. Стригоцкий, Е.К. Мачинский); объемная контракция, увеличение пористости и развитие вакуума цементного камня после образования структуры (Б.Г. Скрамтаев с сотр); слишком тонкий помол цементов, неправильная термообработка бетонных изделий, несоответствующее применение добавок к бетону (И. Штарк, Б. Вихт); термодинамическая нестабильность минералов цементного камня (О.П. Мчедлов-Петросян, В.И. Бабушкин); потери после искусственной сушки на открытом воздухе (Н.А. Мощанский); деградация прочности – бетоны на известково-пуццолановых цементах (В.Н. Юнг); характерное замедление и прекращение роста прочности после температурной обработки (С.А. Миронов) и др.

Путем обобщения известных представлений и с использованием собственных результатов выделены факторы обуславливающие деструкцию цементного камня и цементных бетонов, эксплуатирующихся в условиях неагрессивных сред (табл. 5):

Таблица 5

Факторы обуславливающие деструкцию цементного камня и цементных бетонов, эксплуатирующихся в условиях неагрессивных сред

1

высокое В/Ц;

2

внешние воздушно-влажностные и температурные условия эксплуатации, стимулирующие развитие усадочных напряжений и локальных повреждений структуры, препятствующие проявлению процессов самозалечивания;

3

дисперсность вяжущего, высокое относительное содержание тонкой фракции (до 20 мкм), недостаточное количество средней фракции (3060 мкм), избыточное количество крупной фракции (более 80 мкм);

4

Минералогический состав цемента, недостаточное колличество клинкерной фазы - С2S, ответственной за прочность  цементного камня в условиях длительного твердения;

5

структура порового пространства цементного камня с малым количеством фазообразующих (заполненных поровой жидкостью)  пор  диаметром до 200 нм и сравнительно высокое содержание макрокапиллярных пор;

6

недостаточный потенциал самозалечивания;

7

достижение стадии развития структуры ЦК с высоким уровнем степени гидратации (θ>0,80,9)

Возможность и способность системы к самозалечиванию. Для поддержания достигнутого уровня прочности цементного камня, со сформировавшейся и продолжающей развиваться структурой, важнейшим фактором обеспечения стабильности свойств является возможность и способность цементной системы к самозалечиванию.

Теоретическая ценность и практическая значимость оценки самозалечивания заключается в выявлении условий для протекания этого процесса, его необходимости и значимости для формирования структуры цементных композитов, обеспечения  достижения и поддержания требуемого уровня прочностных и эксплуатационных свойств бетонов, изделий  и конструкций на их основе.

Способность цементных систем к самозалечиванию и нейтрализации дефектов усадочного и перекристаллизационного характера отмечается многими авторами. В отдельных работах процесс самозалечивания рассматривается как частный случай самоуплотнения трещин: самоуплотнение сквозных трещин в железобетонных судах раскрытием  до  0,005 см,  в т.ч. бетонных  плотинах  ряда  гидроэлектростанций

(Б.Ф. Горюнов); заполнение в гидротехническом бетоне пор цементного камня и неплотностей под зернами заполнителя в кернах бетона напорной грани плотины после 40 лет эксплуатации карбонатом кальция с небольшой примесью эттрингита и брусита (Ю.Н. Микашвили); закрытие трещин, как полное, так и частичное, в бетоне до затопления или в момент затопления конструкций водой, отложение в трещине продуктов химических реакций, механический кольматаж трещин и раскрытие механизма самоуплотнения (Г.П. Вербецкий).

По известному определению, самозалечивание – зарастание трещин в бетоне кристаллами Са(OH)2 и CaCO3, сопровождающееся частичным или полным восстановлением прочности конструкции. Самозалечивание микротрещин и постепенное упрочнение структуры напрямую зависит от параметров загружения бетона в раннем возрасте, когда цемент способен вступать в химическое взаимодействие с водой в процессе испытания (Ю.М. Баженов). Одним из путей интенсификации структур ообразования является способ раннего  нагружения

(А.В. Саталкин). К проявлению возможности самозалечивания относится способность бетона работать в надтреснутом состоянии (К.А. Мальцев), существование уровня растягивающих напряжений, дающий возможность проникновения молекул воды в пространство между кристаллами (Ф.М. Ли). В порах, заполненных водой в процессе структурообразования, наблюдается как рост кристаллов из раствора так и их растворение (Л.Г. Шпынова с сотр.). На возможность и способность диффузии гидроокиси кальция, как носителя лечащего агента, сквозь поровое пространство структуры цементного камня указывают данные по исследованиям гидротехнических бетонов (Г.П. Вербецкий).

Оценивая возможности цементных систем к самозалечиванию следует учесть, что в структуре цементного камня средний размер гелевых пор составляет 4 нм, что лишь в 1,74  раза больше размера молекул гидратных фаз, т.е. имеются благоприятные условия для процессов гидратации и структурообразования, практически исключается кольматация порового пространства, окружающего частицы клинкера кристаллического сростка, без проявления или с минимальным проявлением деструктурирующего распорного влияния.

Еще одним важным условием самозалечивания является наличие необходимого резерва недогидратированного клинкера (Ю.М. Баженов, В.В. Бабков и др.), использование грубомолотых цементов (В.И. Калашников, И. Штарк) или достаточного количества таких фракций в полидисперсном цементном вяжущем.

Для определения жизнеспособности твердеющей цементной системы и  возможности к самозалечиванию особенно важным является наличие резерва клинкера, его доступности, расположения и транспортировки продуктов растворения сквозь поровое пространство к местам дефектности структуры, для подпитки процессов кристаллизации и перекристаллизации. Резерв клинкера присутствует в виде непрогидратированных частиц, располагающихся на определенном расстоянии (не более). Они создают зоны подпитки сквозь поровую структуру, которые должны перекрываться (рис. 12).

Проявление деструкции цементных систем, обусловленное физико-химическими и физико-механическими аспектами структурообразования и твердения на разных стадиях, может привести к значительным сбросам прочности и снижению показателей эксплуатационных характеристик цементных композитов и бетонов на их основе, работающих в условиях неагрессивных сред. Для обеспечения условий набора и поддержания достигнутого уровня прочности реальным фиксируемым и контролируемым показателем является определение количественной и качественной возможности и доступности подпитки через водно-солевой раствор поровой жидкости ионов Ca2+, поступающих от недогидратированных зерен исходного вяжущего к местам образования и раскрытия микротрещин, а также сквозь поровую структуру для образования новых и роста образованных кристаллогидратов.

Рисунок 12 - Схема этапов растворения и структурообразования на ранних (а) и поздних (б, в, г) стадиях твердения: 1 – недогидратированные частицы вяжущего;

2 - уменьшающиеся гидратирующие частицы с сокращением радиуса подпитки;

3 – участки структуры цементного камня без подпитки; 4 – участки с дефектами, образующимися в зонах без подпитки; r1, r2, r3 – радиусы подпитки;

- - -  –  исходные границы зерен,    –  границы подпитки,  -  зоны подпитки

При наличии определенных паровоздушных или воздушно-влажностных кондиций  создаются условия для постоянного самозалечивания твердеющей структуры. Гидраты и кристаллиты формирующейся цементной системы представляют собой мало- и нерастворимые в воде соли с выделяющейся гидроокисью кальция в процессе гидролиза полиминералов цемента. В результате неравномерности выделения ионов кальция, флуктуации его плотности возникает градиент его миграции сквозь поровую жидкость в процессе кристаллизации и перекристаллизации новообразований  от зон с высокой основностью к зонам с низкой основностью. Процессы миграции  жидкости катализируются постоянно имеющимся эффектом электрофореза из-за разных зарядов поверхностей исходных полиминералов, возникающих гидратов и кристаллитов, а также нагрева жидкой фазы и изменения концентрации (Л.Г. Шпынова с сотр.). Флуктуация плотности и скорость  продвижения жидкости зависит от разности потенциалов, величины зарядов поверхностей на всех стадиях твердения (Л.Б. Сватовская с сотр.) и от капиллярных перетоков.

Для количественной и качественной оценки такой способности, в развитие известных представлений, нами предложено под термином «потенциал самозалечивания» понимать совокупность параметров цементной системы, обеспечивающей поддержание достигнутого и требуемого уровня прочностных и эксплуатационных показателей в течение гарантированного срока эксплуатации цементных композитов или бетонных изделий и конструкций. В соответствии с вышеприведенными данными о разной природе деструкции параметры потенциала самозалечивания также являются разными по природе или их сочетанию.

Потенциал самозалечивания – это количество, распределение, флуктуация, среднее расстояние между недогидратираванными зернами и их поверхность, дисперсность исходных и  недогидратированных частиц вяжущего, наличие необходимого числа средней фракции, способность к доставке фазообразующих агентов от очагов растворения к местам кристаллизации и перекристаллизации на определенных стадиях структурообразования, зрелого и позднего твердения, организация поровой структуры, т.е. наличие системы фазообразующих пор  радиусом от 5 до 100 нм.

Твердеющая структура цементного камня может быть представлена системой кластеров с включениями недогидратированных зерен вяжущего разной дисперсности, с различной флуктуацией, распределением по размерам частиц и расстоянию между ними.

По мере твердения и гидратации число недогидратированных частиц – источников самозалечивания уменьшается, а расстояние между ними увеличивается. Соответственно уменьшаются возможности системы к самозалечиванию через подпитку сквозь межпоровое пространство ионов Са2+ к возникающим очагам дефектности и перекристаллизации. Формируется цементная матрица с системой пор: гелевых, промежуточных, капиллярных и макропор. По мере расходования гидроокиси кальция, снижения подпитки ионов кальция через межпоровую жидкость происходит перекристаллизация гидросиликатов кальция из высокоосновных в низкоосновные, что также является проявлениям процессов самозалечивания в ЦК. Это сопровождается уплотнением межпорового пространства за счет увеличения объема гидратных фаз, трансформацией порового пространства с качественным и количественным изменением ранга пор. По мере растворения частиц вяжущего на стадиях глубокой гидратации, по мере уменьшения радиусов потенциальной подпитки и уменьшения  размеров частиц – образуются участки ЦК без подпитки, на которых, вероятнее всего, будут образовываться дефекты и развиваться деструктивные процессы (рис. 12).

Процессы деструкции и самозалечивания протекают параллельно с начала образования кристаллизационной структуры  и на всем протяжении жизненного цикла твердеющей цементной системы. Эти процессы взаимосвязаны и существенно влияют на формирование структуры цементного камня, усадку различного происхождения, его прочностные и эксплуатационные свойства.

Процесс деструкции цементного камня может носить объемный и поверхностный характер. Снижение прочностных и эксплуатационных характеристик в результате деструкционных процессов на поверхности и в объеме имеет разное приоритетное значение в зависимости от вида изделий и конструкций: объемное – для массивных, например, гидротехнических сооружений; поверхностное – для изгибаемых конструкций (плиты, балки) и внецентренно сжатых, относительно гибких конструкций (колонны, пилоны, стены). В последнем случае к факторам возникновения деструкции из-за отсутствия условий для самозалечивания на отдельных участках – очагах дополнительно накладывается негативный фактор развития напряжений от внешних воздействий, в большей степени на периферийных участках бетонных изделий и конструкций, в т.ч. из-за разного водонасыщения по глубине. Совокупность этих факторов ослабляет требуемые показатели защитного слоя бетона.

Обобщение известных и рассматриваемых аспектов возможности протекания процессов самозалечивания в ЦК представлено в табл. 6.

Таблица 6

Условия для развития процессов самозалечивания в цементном камне, композитах и бетонах на их основе при твердении и эксплуатации

Внешние

Внутренние

1

воздушно-влажностные и температурные параметры твердения и эксплуатации;

наличие необходимого резерва недогидроти-рованного клинкера (степень гидратации θ<0,70,8);

2

напряженно-деформированное состояние структуры;

оптимальное количество основных фракций в полидисперсном цементе;

3

фактор длительности твердения.

наличие относительно высокого содержания фазообразующих пор, заполненных поровой жидкостью (промежуточных и микрокапиллярных, диаметром до 200 нм);

4

неравномерность (дискретность и очаговость) выделения ионов Ca2+,  флуктуация их  плотности, градиент миграции ионов Ca2+ от зон с высокой основностью к зонам с низкой основностью, эффект электрофореза из-за разных зарядов поверхности исходных полиминералов при растворении и возникающих кристаллогидратов, усиливающийся при нагреве жидкой фазы и изменении концентрации по CH в поровой жидкости;

5

капиллярные перетоки.

Наиболее важным для обеспечения возможности подпитки растворяющимися ионами Ca2+ является оценка расстояния между недогидратированными частицами и величины их наружной поверхности на определенной стадии структурообразования и твердения. Эти факторы впрямую зависят от гранулометрического состава исходного вяжущего, водовяжущего отношения, глубины гидратации.

Использование возможностей лазерной гранулометрии значительно продвинуло развитие в области исследований кинетики гидратации и структурообразования вяжущих, в том числе цементных систем. Предложено использовать результаты исследования дисперсности вяжущих методом лазерной гранулометрии для оценки возможности цементных систем к самозалечиванию. Методика основана на применении разработанного и апробированного математического аппарата, позволяющего рассчитать параметры гидратируемой и твердеющей структуры цементных систем на разных стадиях гидратации с использованием экспериментально полученных данных по фактическому распределению частиц цемента. Гидратирующая и твердеющая цементная система представлена в виде геометрически упорядоченной глобулярной модели с кубической упаковкой сферических частиц вяжущего.

Для нескольких цементов, по результатам определения дисперсности с применением лазерной гранулометрии, впервые рассчитаны ключевые параметры: взаимосвязь степени гидратации от глубины растворения зерен при дискретных величинах гидратации частиц цемента, средний диаметр недогидратированных частиц и среднее расстояние между ними при рассчитанной степени гидратации. Рассчитанные показатели не являются теоретизированными и оценивают состояние цементных систем на разных стадиях, исходя из фактической гранулометрии вяжущего и водовяжущего отношения.

Расчёт параметров структурообразования цементных систем ведётся для степеней гидратаций, соответствующих полному растворению частиц среднего диаметра 2,5; 7,5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85; 95; 150  мкм. Средний диаметр частиц выбран в соответствии с данными фактического рассева. (рис. 13). Выбранные величины соответствуют преобладающим размерам частиц по фактическим экспериментальным данным лазерной гранулометрии для конкретных видов рассматриваемых цементов.

Рисунок 13  - Распределение размеров частиц цемента ПЦ 500 (а) и ПЦ 400 (б) Д0 производства ОАО «Сода» по результатам лазерной гранулометрии и расчётная степень гидратации при полном растворении соответствующего размера частиц цемента и глубине гидратации, равной среднему радиусу этих частиц

Единичный объём цементного камня Vц.к можно привести к виду на рис.14.

Рисунок 14 - Единичный объём цементной системы (а) и проекции непрогидратированных частиц клинкера на грани единичного объёма цементной системы для кубической упаковки (б): 1 – объем прогидратированного клинкера (цементный гель, гелевые, капиллярные и макропоры, вода) – Vн.г.; 2 – объем непрогидратированного клинкера – Vг.

Так как а=Lcpn, V=a3 , V=D3cpN , то общее число частиц в единичном объеме будет равно: 

  , (5), (6), (7)

где n – число частиц в одном ряду единичного объёма, N – общее число частиц в единичном объёме, Lcp – среднее расстояние между центрами частиц, Dср – диаметр частицы непрогидратированного клинкера на i стадии гидратации, V1i – объём одной частицы непрогидратированного клинкера на i стадии гидратации, ri – радиус частицы непрогидратированного клинкера на i стадии гидратации. 

    (8)

где  mц.к – масса цементного камня, mн.гi  – масса непрогидратированного клинкера, mгi – масса прогидратированного клинкера (цементный гель, капиллярные и макропоры).

,  ,    (9), (10), (11)

где - степень гидратации.

Cреднее расстояние между центрами частиц непрогидратированного клинкера

, (12), (13) 

Плотность гидрата можно определить  по упрощённой формуле:

    ,   (14)

где - плотность (объём) цементного геля, - плотность (объём) воды затворения, - плотность (объём) пор, - плотность (объём)  цемента, - объём вовлечённого воздуха, w- водоцементное отношение.

Для В/Ц=0,3 рассчитанная и принятая 1,92 г/см2,

Среднее расстояние между частицами по краям: (15)

Рисунок 15 - Цементная система до затворения (а), на стадии твердения (б) и модель цементной системы (в): 1 – непрогидратированная фаза; 2 – прогидратированная фаза; 3 – частицы непрогидратированной фазы приведённые к среднему диаметру;

4 – прогидратированная фаза модели.

Результаты расчёта среднего расстояния между краями частиц и среднего их диаметра для нескольких портландцементов сведены в таблицу 7.

Таблица 7 - Расчётные параметры гидратируемой цементной системы при разной глубине гидратации с фактическим распределением частиц цемента по результатам лазерной гранулометрии

Глубина гидратацицементных гранул, мкм

Степень гидратации, 

Средний диаметр недогидратировавших  частиц вяжущего, мкм

Среднее расстояние между гранулами этих частиц, мкм

ПЦ 500 Д0 «Сода»

ПЦ 400 Д0 «Сода»

ПЦ 400 Д20 «Сода»

ПЦ 400 Д20 Катав-Ивановск

ПЦ 500 Д0 «Сода»

ПЦ 400 Д0 «Сода»

ПЦ 400 Д20 «Сода»

ПЦ 400 Д20 Кат.- Ив

0.0

0.00

0.00

0.00

0.00

34.08

0.00

53.62

0.00

48.66

0.00

22.60

0.00

1.0

0.33

0.24

0.27

0.41

42.06

3.63

63.68

2.65

59.82

3.33

29.14

3.88

2.5

0.55

0.43

0.46

0.64

47.36

11.37

70.58

10.33

67.16

11.23

31.82

10.69

4.0

0.68

0.55

0.58

0.76

51.83

20.20

76.47

18.39

73.37

19.76

33.82

17.91

5.0

0.73

0.61

0.64

0.82

54.75

25.75

80.11

24.11

77.24

25.96

35.14

24.02

6.0

0.78

0.66

0.69

0.86

57.52

33.05

83.43

30.19

80.83

32.69

36.44

30.26

7.0

0.82

0.70

0.73

0.89

59.98

40.99

86.36

36.26

84.01

39.53

37.50

36.89

8.0

0.85

0.74

0.76

0.91

62.30

49.15

89.02

43.55

86.94

46.03

38.51

43.17

9.0

0.87

0.77

0.79

0.93

64.68

56.68

91.53

50.47

89.74

53.76

39.77

51.95

10.0

0.89

0.79

0.81

0.95

66.98

65.87

93.77

56.18

92.30

60.31

41.17

65.05

15.00

0.94

0.87

0.89

0.98

75.45

107.74

100.96

88.47

100.90

99.26

47.91

119.86

20.0

0.97

0.91

0.93

0.99

80.42

165.58

103.57

116.10

104.59

136.63

54.92

187.38

30.0

0.99

0.96

0.97

0.99<<1.00

80.88

275.95

101.64

180.85

104.19

214.53

68.39

233.34

Значение параметров на стадиях глубокой гидратации:

0,8<0,9

0,9<<0,95

0,95<0,99

По результатам проведенных нами экспериментально-аналитических исследований и расчетов для 4-х цементов выявлено, что на поздних стадиях (>0,8) расстояние между недогидратированными частицами цемента сопоставимо со средним диаметром оставшихся частиц цемента и составляет 13 среднего диаметра недогидратированных частиц, или 50200 мкм, что согласуется с известными экспериментальными данными электронной микроскопии.

Результаты расчетов подтвердили количественно, что при практически равных значениях степени гидратации потенциал самозалечивания и структурообразования для разных цементов различен ввиду их разной дисперсности (таблица 7).

Разработанный подход может быть рекомендован к применению для оценки параметров структурообразования цементных систем.

Как показали результаты расчета экспериментальной модели, состояние зрелых стадий твердения со степенью гидратации 0,60,7 соответствует глубине гидратации зерен в пределах 4,07,0 мкм, то есть при растворении частиц с диаметром до 15 мкм, а состояние позднего твердения с 0,80,9 соответствует глубине гидратации зерен от 7,0 до 15 мкм, что хорошо согласуется с экспериментальными данными Тейлора по определению глубины гидратации частиц вяжущего для 2-х цементов (рис.16). Рисунок 16 - Экспериментальные данные (по Х.Тейлору) по глубине гидратации частиц двух видов цемента во времени (а) и зависимости расчётной степени гидратации от глубины гидратации (б) для цементов: 1 - ПЦ 400 Д0 ОАО «Сода»;

2 - ПЦ 500 Д0 ОАО «Сода»;  3 – ПЦ 400 Д20 Катав-Ивановск,

размеры частиц цемента принимаются сферическими

Для определения степени гидратации образцов цементного камня водных условий твердения разработан аналитический аппарат для расчета и апробирован экспериментально-гравиметрический метод. Проведенные многочисленные эксперименты, в том числе для цементов с разной удельной поверхностью, показали хорошую сходимость результатов с показателями по известному методу (рис.17).

На рис. 17 представлены результаты проведенных экспериментов по определению степени гидратации цементного камня во времени при водных условиях твердения на цементе ПЦ500-Д0 (ОАО «Сода») с разной удельной поверхностью с В/Ц=0,3 (а) и В/Ц=0,4 (б) по разработанной методике.

На рис. 18 представлены результаты проведенных экспериментов по определению прочности на сжатие образцов цементного камня (2х2х2см) во времени при водных условиях твердения на цементе ПЦ500-Д0 (ОАО «Сода») с разной удельной поверхностью  при В/Ц=0,3 (а) и В/Ц=0,4 (б). Результаты показали наличие стабильного эффекта сброса прочности при глубокой степени гидратации, причем, с повышением В/Ц (рис. 18б)) этот эффект фиксируется в более раннем возрасте.

Рисунок 17 - Изменение степени гидратации цементного камня во времени при водных условиях твердения на цементе ПЦ500-Д0 (ОАО «Сода») с разной удельной поверхностью с В/Ц=0,3 (а) и В/Ц=0,4 (б) по разработанной методике

Рисунок 18  - Изменение прочности на сжатие образцов цементного камня (2х2х2см) во времени при водных условиях твердения на цементе ПЦ500-Д0 (ОАО «Сода») с разной удельной поверхностью  при В/Ц=0,3 (а) и В/Ц=0,4 (б)

Деструктивные процессы на ранней и средней по времени стадии твердения идут на фоне мощного процесса структурообразования, обусловленного приростом равномерно распределяемой в объеме гидратной фазы. При наличии резерва клинкерного фонда и непрерывной подпитки через раствор локальные повреждения структуры способны к самозалечиванию, что предопределяет на этих стадиях доминирование структурообразования. 

Разупрочнение наиболее интенсивно проявляется на цементах высокой дисперсности, быстро теряющих клинкерный фонд, а также при повышенных значениях В/Ц, стимулирующих ускорение гидратации (рис. 17, 18).  После достижения степени гидратации = 0,80,85 скорость упрочнения цементного камня водных условий твердения резко тормозится, достигает «потолка», и даже при дальнейшей гидратации система неспособна к упрочнению.

Нейтрализация деструктивных процессов может быть достигнута сохранением резерва клинкерного фонда в структуре на всем эксплуатационном цикле, что можно обеспечить оптимизацией дисперсности цемента.

Исследованиями многих авторов установлено наличие фактов процессов сброса и снижения достигнутого уровня прочности цементных бетонов на их основе.

Ранняя и средняя по времени стадии структурообразования и нарастания прочности твердеющей водоцементной системы определяются растворением и гидратацией тонких и средних фракций клинкера размером от нескольких до 20-30 мкм. В этих условиях происходит формирование однородной структуры кристаллогидратного сростка, поризованного капиллярными порами. На начальной стадии структурообразования близко расположенные тонкие гранулы клинкера достаточно быстро растворяются и гидратируются с формированием флокул кристаллогидратных сростков, связанных между собой фазовыми контактами отдельных кристаллитов и кристаллов. Последующая стадия эволюции структуры определяется растворением средних по крупности фракций клинкера, уже достаточно удаленных и существенно изменивших исходный размер, однако еще способных обеспечить равномерное уплотнение и пространственную сшивку структуры с понижением капиллярной пористости. На этих стадиях происходит  монотонное упрочнение  структуры при повышении степени гидратации вяжущего.

По мере растворения тонких и средних фракций клинкера снижается удельная поверхность вяжущего. При достижении твердеющей системой степени гидратации 0,8, стандартный по гранулометрическому составу исходный цемент, содержащий до 10-20% грубодисперсной фракции > 80 мкм, представляет собой более или менее однородную структуру кристаллогидратного сростка с капиллярной пористостью, определяемой исходным водоцементным отношением. Эта структура содержит также взаимно удаленные гранулы грубодисперсных фракций клинкера, которые в условиях последующего растворения и гидратации оказывают лишь локальное структурообразующее действие посредством распределения гидратной фазы в капиллярных порах, расположенных в окрестности названных гранул. При этом на уже сформировавшийся объем цементного камня и соответственно на его прочность эта стадия структурообразования не оказывает влияния.

На данной стадии гидратации формируется структура цементного камня в виде матрицы из поризованного капиллярными порами кристаллогидратного сростка и отдельных крупноразмерных гранул клинкера невысокой объемной концентрации.

На этой стадии гидратации, без учета перекристаллизации кристаллогидратных фаз, структурообразование цементного камня можно считать завершенным.

Последующие стадии структурообразования при наличии воды или фазообразующей жидкости будут определяться продолжением растворения сохранившихся гранул клинкера выносом их через промежуточную и микрокапилярную пористость (радиусом до 100 нм) и размещением продуктов гидратации в капиллярном пространстве. При этом будет происходить локальное уплотнение и упрочнение структуры. Благоприятным обстоятельством в данном случае при одинаковом объеме остатков клинкера (одинаковой степени гидратации) является повышенная дисперсность остатков вяжущего, которая обусловливает повышение удельной поверхности и уменьшение расстояния между границами растворяющихся флокул до соизмеримого с размером структурной ячейки кристаллогидратной матрицы, включающей одну или несколько капиллярных пор.

После полной гидратации остатков клинкера, согласно приведенных расчетно-экспериментальных данных (табл. 7), среднее расстояние между гранулами уплотненных флокул составит около 100 мкм. Первичная структурная ячейка цементного камня включает капиллярные поры радиусом 0,3-5 мкм, что приблизительно на десятичный порядок меньше интервала между флокулами гидратной структуры, сформированной крупноразмерными гранулами клинкера.

Таким образом, завершающая стадия процесса структурообразования, связанная с полной гидратацией остатков грубодисперсной фракции клинкера, практически не способна оказать влияние на сформировавшуюся при =0,8 структуру и соответственно на прочность цементного камня.

Последующее разупрочнение, фиксируемое в тех же экспериментах на стадиях гидратации  θ=0,9-1 (рис.18), объясняется локальными повреждениями развивающейся структуры усадочного и перекристаллизационного происхождения без возможности восстановления через потенциал самозалечивания в связи с недоступностью этих зон для подпитки (рис. 12).

Для оценки влияния фракционного состава цемента, роли отдельных фракций и сочетаний (тонких и крупных) фракций, соответствующих их реальному содержанию в полидисперсном цементе, проведены эксперименты по исследованию их вклада в прочность цементного камня при разных условиях твердения (рис. 19).

Рисунок 19 - Зависимости относительной прочности на сжатие образцов-кубов 2х2х2 см нормальных условий (а) и водных условий (б) твердения во времени из цементного камня при В/Ц=0,3 на цементе ПЦ 500 Д0 (ОАО «Сода») разных фракций по отношению к контрольному составу из полидисперсного цемента

Цемент мелкой фракции (до 50 мкм) повышает и ответственен за раннюю прочность, как в монофракции - для возраста 3-7 суток, так и в сочетании с крупной фракцией 80100 мкм (рис. 19), что подтверждается известными исследованиями влияния минералогии (Ю.М. Бутт, М. Венюа) и вяжущих низкой водопотребности на прочностные свойства цементного камня.

Цементный камень на цементе среднего-грубого помола (5063 мкм) имеет стабильную тенденцию к позднему набору прочности, что хорошо согласуется  с результатами А.В. Артамонова,  В.И. Калашникова, И. Штарка и др.

Средняя фракция (30-50 мкм), с учетом результатов по определению параметров самозалечивания (табл. 7), является носителем стабильной длительной прочности и долговечности цементного камня, т.к. нейтрализует деструктивные процессы на зрелых и поздних стадиях твердения, обеспечивая необходимый потенциал самозалечивания.

Исследования с ЦК и цементно-песчаным раствором на цементе разных фракций с позиций оценки возможности к самозалечиванию имеют разные цели. На ЦК оценивается потенциал самозалечивания при статичной упаковке частиц, а при варьировании Ц:П – от раздвижки упаковки при изменяющейся флуктуации зерен вяжущего. Для оценки влияния фракций и сочетаний фракций цемента на набор прочности и кинетику изменения достигнутого уровня прочности, которая характеризует косвенно способность цементной системы с наполнителем к проявлению самозалечивания, на втором этапе исследований были проведены эксперименты на цементно-песчаном растворе с различным соотношением Ц:П (рис. 20). Результаты экспериментов выявили различие во влиянии отдельных фракций цемента и их сочетаний на кинетику изменения прочности образцов.

Рисунок 20 - Зависимости относительной прочности на сжатие образцов-кубов 2х2х2 см нормальных условий твердения во времени из равноподвижных цементно-песчаных растворов с различным соотношением цемента и песка на цементе ПЦ 500 Д0 (ОАО «Сода») из цемента: полидисперсного состава (а), из цемента фракции менее 50 мкм (б), фракции 50-63 мкм (в) и на цементе с содержанием по массе фракции 0-50 мкм – 85%, фракции 80-100 мкм – 15% (г) по отношению к контрольному составу цементно-песчаного раствора Ц:П=1:3 из полидисперсного цемента с В/Ц=0,3

Следует отметить общую закономерность: прочность цементно-песчаного раствора (равноподвижного) на сочетаниях фракций цемента ОАО «Сода» ПЦ 500 Д0: тонкая (до 50 мкм), средняя (5063 мкм), смесь тонкой до 50 мкм – 85% и крупной 80100 мкм – 15%, на Ц:П с соотношением Ц:П=1:5 и более, имеет стойкую тенденцию к снижению достигнутого уровня прочности с возраста 120 суток и далее, против стандартного состава 1:5 и 1:7 на полидисперсном цементе (рис. 19, 20). Это может свидетельствовать о растворении тонких фракций, уменьшении радиуса подпитки, снижении потенциала самозалечивания, приводящее к падению прочности, развитию дефектности и процессов деструкции.

Реализация направлений и механизмов управления структурой для получения цементных композитов и бетонов повышенной прочности и долговечности. Разработаны структурно-технологические приемы на основе управления структурой для получения модифицированных бетонов с улучшенными прочностными и эксплуатационными свойствами.

Поверхностное упрочнение – эффективный путь для управления структурой ЦК при получении бетонных изделий и конструкций с повышенными эксплуатационными требованиями. Для изделий и конструкций, изготавливаемых по способу «лицом вниз», разработан и запатентован способ получения упрочненной декоративной поверхности.

Способ получения декоративной лицевой поверхности бетонных изделий, включает раскладку рельефообразователя в форме, покрытие его, укладку бетона декоративного лицевого слоя; в качестве рельефообразователя используют пористый гидрофильный материал с нанесенными на его поверхность последовательно слоем порошкового газообразователя и слоем порошкового пигмента, в качестве покрытия используют влагопроницаемую ткань, в качестве бетона декоративного лицевого слоя укладывают конструктивный бетон.

Разработанные технологические решения и способ упрощают технологию, усиляют декоративных эффект и в результате улучшаются условия для твердения, увеличивается прочность лицевого слоя, его трещиностойкость и долговечность.

       Применение порошкового газообразователя (например, алюминиевой пудры) способствует повышению морозостойкости, водонепроницаемости и долговечности, образованию уплотненного лицевого слоя с повышением его моростойкости, так как выделяющийся в результате взаимодействия газообразователя и щелочной среды образующейся при гидратации цемента газ образует мелкопористую структуру нижнего лицевого слоя бетона, с частичной гидрофобизацией микропор. Одновременно под воздействием давления газа происходит уплотнение лицевой поверхности и перенос частиц пигмента с «втапливанием» их в лицевую поверхность бетона, что приводит к его стойкому окрашивании, а миграция воды вначале к поризованному рельефообразователю, а затем от него к поверхности изделия по мере твердения обеспечивает внешний уход за твердеющим бетоном. В результате отпадает необходимость в применении для лицевого слоя декоративного бетона на цветных цементах, а используется конструктивный бетон.

1 – форма; 2 – поризованный рельефообразователь; 3 – разделительная проницаемая мембрана (ткань); 4 – порошковый или жидкий пигмент;

5 – порошковый газообразователь; 6 – конструкционный бетон

Рисунок 21. Схема изготовления

Химия процесса:  3Ca(OH)2 + 6Al  + 6H2O = 3CaOAl2O3 6H2O + 3H2.

Последовательность технологических операций:

  • на дно формы укладывается поризованный рельефообразователь (керамзит);
  • на рельефообразователь засыпается газообразователь – алюминиевая пудра (Al2O3);
  • поверхность газообразователя засыпается или заливается пигментом;
  • укладывается проницаемая мембрана (стеклоткань);
  • заливается цементная композиция или бетонная смесь;
  • выдерживается по стандартному режиму твердения;
  • распалубливается и вынимается цементное изделие или бетонная конструкция;
  • засыпается газообразователь и пигмент (или заливается);
  • повторно используется форма (возможно без снятия и установки мембраны при ее соответствующей обработке);

Образцы и изделия, изготовленные по разработанному способу, имеют прочность лицевой декоративной поверхности в 1,6 – 1,7 раза больше, выдерживают в 2,0 – 3,5  раза больше циклов попеременного замораживания и оттаивания, обладают повышенной водонепроницаемостью (в 2,2 – 2,5 раза), характеризуются повышенной долговечностью окраски.

Область применения: производство сборных стеновых, ограждающих и дорожных изделий и конструкций с декоративной отделкой и повышенными эксплуатационными характеристиками.

Разработан способ по оптимизации технологии, энергосбережению и повышению физико-механических свойств с их объемным упрочнением получаемых изделий из фиброцементных композиций.

Способ изготовления фиброцементных композиций включает приготовление фиброармированной смеси на цементном вяжущем, затем в период, определяемый сроками схватывания и дальнейшего твердения, цементный состав с фиброй нагревают и (или) сохраняют тепло экзотермической реакции гидратации (структурообразования) с температурным интервалом и его режимом, соответствующим эффективному удлинению  фибры и оптимальной величине последующей усадки или контракции для создания эффекта преднапряжения при последующем укорочении фибры после остывания с условием  достаточного сцепления фибры с отвердевшей цементной матрицей.

Разработанный способ изготовления фиброцементных композиций характеризуется следующими технологическими стадиями и эффектами:

  • наличием периода нагрева фиброцементной композиции и (или) сохранения тепла экзотермической реакции;
  • установлением температурного интервала режима нагрева  и (или) сохранения тепла экзотермической реакции твердения цементной композиции, соответствующего эффективному удлинению фибры и оптимальной величине последующей усадки и (или) контракции фиброцементной композиции;
  • нагреванием фиброцементной композиции в период, определяемый сроками схватывания и дальнейшего твердения;
  • созданием и сохранением эффекта объемного преднапряжения фиброцементной композиции при последующем укорочении фибры и обжатием после остывания с условием достаточного сцепления фибры с отвердевшей цементной матрицей.

Способ изготовления фиброцементных композиций позволяет повысить их трещиностойкость, получить материалы, изделия и конструкции с улучшенными физико-механическими свойствами за счёт совокупности всех разработанных решений.

Применение режима (периода) нагрева и (или) сохранения тепла экзотермической реакции способствует удлинению фибры в твердеющей цементной композиции  в период «схватывания» (и сцепления) для улучшения эффекта армирования. В результате увеличивается длина фибры и площадь соприкосновения её с цементной матрицей.

Создание эффекта преднапряжения фиброцементной композиции достигается за счет сцепления фибры с цементной матрицей при ее схватывании и затвердевании и в процессе укорочения фибры при остывании. Фибра при укорочении создает  предварительное усилие обжатия в соприкасающейся с ней цементной матрице, увеличивая и отдаляя момент трещинообразования при большей нагрузке, чем без обжатия.

При этом повышается трещиностойкость затвердевшей фиброцементной композиции. Эффект укорочения фибры с обжатием цементной матрицы при объемном разориентированном расположении фибры положительно сказывается на сопротивлении усадочным деформациям фиброцементной композиции. Усадка вызывает объемные растягивающие напряжения цементного камня, которые гасятся за счет противоположно действующих сжимающих напряжений от обжатия цементной матрицы, вызванных эффектом преднапряжения.

Рассчитаны величины напряжений обжатия в структуре ЦК с фиброй. Показано, что даже при температурном интервале нагревания-остывания в 20С, которое происходит практически при экзотермической реакции гидратации и структурообразования – прочность фиброцементной композиции повышается на один класс по прочности на растяжение.

Были выпущены опытно-промышленные партии железобетонных колец из фибробетонных смесей с различными модификаторами (рис. 22).

Рисунок 22. Опытно-промышленное внедрение и изготовление железобетонных водопропускных колец из модифицированного фибробетона

Разработан нормативный документ ТУ 5862-001-73763349-2009 «Трубы безнапорные раструбные сталефибробетонные круглые сборные» с выпуском опытно-промышленной партии из фибробетонов с различными модификаторами. Разработаны технические условия: ТУ 5855-002-73763349-2009 «Кольца колодцев сталефибробетонные круглые сборные».

Одним из эффективных путей управления структурой цементных композитов и бетонов является введение модификаторов, в том числе суперпластификаторов.

Применение эффективных суперпластификаторов и органоминеральных модификаторов серии МБ, Эмбэлит в технологии бетонов сегодня в полной мере обеспечивает возможности получения высокопрочных бетонов классов прочности на сжатие В40-В90.

Позитивное влияние суперпластификаторов на бетонную смесь и формирование высоких физико-механических характеристик бетонов реализуются посредством нескольких механизмов:

- значительного повышения подвижности,  удобоукладываемости и жизнеспособности бетонной смеси при повышении ее гомогенности и снижении дефектности структуры бетона;

- водоредуцирования бетонной смеси, снижения общей и капиллярной пористости бетона при значительном повышении его прочности.

Использование органоминеральных модификаторов на ос­нове аморфного микрокремнезема и золы-уноса включает в работу, помимо суперпластификации, дополнительные механизмы:

- химическое превращение в гидросиликаты кальция механически слабой гидратной фазы портландцемента - гидроксида кальция с повышением общей объемной прочности цементного камня;

- улучшение дифференциальной пористости цементного камня, в основном промежуточного и капиллярного ранга пор путем ее трансформации в одноранговую тонкодисперсную структуру, со снижением дефектности структуры.

Средний размер частиц микрокремнезема 200 нм, взаимодействие его по вышеуказанным механизмам идет на границе микро- и макрокапиллярной пористости, что способствует выравниванию структурной неоднородности ЦК, выполаживанию многоранговой пористости, снижению дефектности структуры и значительному повышению прочностных и эксплуатационных свойств цементных композитов и бетонов на их основе. Снижение водовяжущего отношения, высокое водоредуцирование снижает макрокапиллярную пористость цементного камня,  способствует увеличению микрокапиллярной пористости, повышает плотность упаковки гидратирующих частиц вяжущего в цементной матрице, тем самым увеличивается потенциал самозалечивания, обеспечивается доминирование структурообразования над деструктивными процессами.

Действие названных механизмов иллюстрируют зависимости, представленные на рис. 23, полученные обобщением известных экспериментально-теоретических данных и собственных результатов.

Немодифицированные бетонные смеси с прочностью бетона на сжатие порядка 40 МПа (класс прочности В30) соответствуют подвижности не выше группы П1 (ОК 1-5 см) и малоприемлемы в монолитной технологии строительства. На основе суперпластификаторов и органоминеральных модификаторов для диапазона марочной прочности бетона 50-80 МПа (классов прочности В40-В65) возможно получение бетонных смесей групп П4-П5 по подвижности (водовяжущее отношение В/В = 0,3-0,45), которые обеспечивают основные потребно­сти монолитной технологии строительства, включая бетониро­вание густоармированных и тонкостенных конструкций. Модифицированные бетонные смеси групп подвижности П1-П3 (В/В=0,15-0,25) позволяют получать бетоны марочной прочностью 100 МПа и более (классов В80 и выше).

Уплотнению структуры цементного камня для систем с органоминеральными модификаторами способствуют перекристаллизация и связывание гидроокиси кальция (СН) с микрокремнеземом (МК), сопровождающиеся переводом крупнокристаллической структуры в мелкокристаллическую.

Введение микрокремнезема в цементные композиты с наполнителем будет способствовать образованию мелкокристаллической структуры на границе: цементный камень – наполнитель, трансформации макрокапиллярной пористости в микрокапиллярную. Расходование СН на реакцию с микрокремнеземом будет снижать рН как в межкристаллическом, межпоровом пространстве, так и в фазообразующих порах (промежуточных, микрокапиллярных), тем самым увеличивая градиент движения ионов кальция от гидратирующих частиц цемента, через гелевые, далее промежуточные и микрокапиллярные поры, тем самым интенсифицируются процессы структурообразования.

Пм - подвижность модифицированных бетонных смесей, П  - подвижность немодифицированных бетонных смесей, Rм - В/В - зависимость для модифици-рованных бетонов, R  - В/В - зависимость для  немодифицированных бетонов.

Рисунок 23. Зависимости прочности бетона на сжатие R от подвижности бетонной смеси П и водовяжущего отношения В/В для немодифицированных

и модифицированных бетонов с суперпластификаторами

и органо-минеральными добавками

Таким образом, с одной стороны, введение МК будет снижать рН цементного камня в связи с расходованием СН на реакцию с МК и получением CSH, с другой стороны, трансформация структуры будет способствовать дополнительному выносу и поступлению Са2+ с расходованием на процессы перекристаллизации. В такой системе обеспечение ингибирующей способности по отношению к арматуре будет лимитироваться двумя процессами: расходованием СН на процесс перегонки в CSH за счет связывания с МК и поступлением СН через фазообразующие поры от недогидратированных частиц вяжущего в цементном композите.

Основу механизма действия поверхностно-активных веществ (ПАВ)  на цементные системы составляет адсорбционные процессы на границах раздела фаз, зависящие от типов ПАВ, их поверхностной активности, физико-химических свойств и природы адсорбирующей поверхности  исходного вяжущего и продуктов гидратации. При управлении процессами гидратации и структорообразования цементных  систем введением добавок ПАВ недостаточно изученным является вопрос установления закономерностей между свойствами твердеющей цементной системы и бетона, с одной стороны, и физико-химическими свойствами добавок - с другой.

Влияние добавок ПАВ проявляется на всех структурных уровнях бетона: цементном камне, заполнителе  и контактном слое между ними. Оптимизация структуры и свойств бетона, его технологии введением добавок ПАВ и модификаторов на их основе – наиболее прогрессивное направление совершенствования процесса производства бетона.

На основе общеизвестных принципов эффективности ПАВ обоснован выбор исходного сырья для получения добавок к бетону. По своим физико-химическим свойствам этим требованиям удовлетворяют кубовые остатки высших жирных спиртов фракции С18 - С24 (КОВЖС), являющиеся побочными продуктами производства высших жирных спиртов. Основными компонентами являются высшие жирные спирты (ВЖС) фракции С18 - С24.

Предложены и разработаны два способа получения добавок на основе одного поверхностно-активного сырья: сульфатирование с последующей нейтрализацией и оксиэтилирование – для получения неионогенных ПАВ.

В качестве сернокислотосодержащего агента использовали кислые гудроны после очистки жидких парафинов, являющиеся крупнотоннажными практически неутилизируемыми отходами.

В качестве второго способа модификации для получения добавок неионогенных ПАВ на основе того же сырья – КОВЖС использовали способ оксиэтилирования исходного продукта. В сравнении со способом модификации путем сульфатирования, основным недостатком которого является ограниченная возможность присоединения сульфогрупп, способ оксиэтилирования имеет следующее преимущество: синтез  добавок путем оксиэтилирования позволяет широкоинтервально изменять свойства и регулировать ГЛБ получаемых неионогенных ПАВ на основе одного исходного сырья. По этому способу были получены оксиэтилированные КОВЖС отличающиеся разной степенью оксиэтилирования (числом присоединенных молей окиси этилена на моль исходного сырья КОВЖС).

Первый способ – модификация исходных гидрофобных веществ путем сульфатирования широко применяется в технологии получения эффективных добавок к бетонам, в том числе суперпластификаторов.

Исследовано влияние добавок ПАВ на  формирование макропористости цементного камня во взаимосвязи с физико-химическими параметрами ПАВ: гидрофильно-лиофильный баланс (ГЛБ), содержание окиси этилена, поверхностное натяжение на границе воздух-жидкость, макрокапиллярная пористость ЦК и др.

Полученные бетоны с разработанными модификаторами, в соответствии с приведенными и обобщенными зависимостями (R-П-В/В) находятся в средней области рационального применения модифицированных бетонов, с возможностью получения бетонов с прочностью на сжатие в диапазоне 35,050,0 МПа, с подвижностью 816 см.

Проявление потенциала самозалечивания при структурообразовании, влияния на него технологических факторов при изготовлении бетонной смеси, ее укладке, условий твердения и нагружения конструкций из этого бетона было выявлено проведенными исследованиями при контроле качества в период выполнения монолитных работ конструкций объекта «Уфа-Арена» (г.Уфа).

Монолитные конструкции (колонны) из бетона класса В40 двух равноподвижных составов (П4П5): с комплексом сильнопластифицирующих и противоморозных добавок на основе Лигнопан Б-1+Био-НМ и комплексом Реламикс + Криопласт СП25, заливались одновременно в условиях зимы 2006 года, при средней температуре -15С-20С, с последующим электропрогревом.

В связи с более высоким водоредуцированием бетонных смесей с комплексом Реламикс + Криопласт СП25 конструкции из этого бетона, набрав проектную прочность через 3,5 месяца, в условиях загружения 2530% от полной нагрузки, к году твердения набрали дополнительно 30% прочности.

Конструкции из бетона на основе Био-НМ, при равной стартовой 28-суточной прочности (2527 МПа), при загружении к этому возрасту до 20% от полной нагрузки, набрали проектную прочность через 8 месяцев, практически без прироста к году твердения (рис.24). Набравший после электропрогрева достаточно высокую прочность бетон со вторым комплексом  Реламикс + Криопласт СП25 не получил деструктивных повреждений в условиях длительного воздействия отрицательных температур и сохранил способность для последующего набора прочности за счет более глубокого водоредуцирования и эффективного потенциала самозалечивания.

Рисунок 24. Кинетика набора прочности монолитного бетона конструкции объекта «Уфа-Арена»: а) из бетонных смесей подвижности П4 на основе комплекса СП «Реламикс-2» и Криопласт СП 25 (ООО «Полипласт»); б) из бетонной смеси подвижности П3-П4 на основе комплекса добавки Лигнопан Б-1 и  Био-НМ (ООО «Биотех»). Твердение бетона после электропрогрева при температуре изотермии 50о

Модифицированные суперпластификаторами бетоны, имеющие на стадии укладки подвижность бетонной смеси П20 см и характеризующиеся В/Ц0,32-0,35, сохранили потенциал для реализации упрочнения в условиях положительных температур.

Реализация управления структурой цементных композитов на нанометрическом уровне. Физико-химические и механические характеристики наноматериалов, применяемых в технологии минеральных вяжущих, изделий и конструкций на их основе, предопределяют возможности их применения на наноуровне.

С позиций формирования всего комплекса физико-механических характеристик цементного камня и цементных бетонов выявлены три элемента нанометрического масштаба, которые являются фундаментальными.

Это, во-первых, кристаллиты гидросиликатов  кальция, имеющие преимущественно игольчатую форму с поперечным размером нанометрического масштаба – 5-50 нм. Кристаллический сросток на основе гидросиликатов кальция является совокупностью кристаллитов этой природы, связанных между собой фазовыми контактами. Прочность на растяжение индивидуального кристаллита с поперечным размером в  10-30 молекул кристаллической фазы приближается к теоретической Rt≈0,1E≈0,1*5*104≈5000МПа, что подтверждается экспериментами Ю.М.Бутта и В.В.Тимашева, по прочности некоторых природных  кристаллитов ГСК в зависимости от их поперечного размера. В этих экспериментах достигнута прочность на растяжение до 1500МПа.

Крупнокристаллические гидратные фазы, присутствующие в структуре цементного камня – гидроалюминаты, гидросульфоалюминаты кальция, гидроокись кальция, которые в силу крупнокристаллического характера и неидеальной связности в структуре сростка значительного вклада в формирование прочности цементного камня не вносят.

Во-вторых, это гелевые поры гидросиликатного сростка, имеющие средний размер около 4 нм. Это значение лишь в 1,7-4 раза превышает размер молекул гидратных фаз портландцементного камня 0,9-2,26 нм.

В-третьих, это промежуточные и микрокапиллярные поры диаметром до 200 нм, которые в условиях нормальной влажности практически всегда заполнены солевым раствором – фазообразующей жидкостью, где протекают процессы перекристаллизации первичных и образование вторичных кристаллогидратов. Чем больше объем этих пор, тем цементная система в большей мере сохраняет возможности к реализации продолжения процессов структурообразования, самозалечивания и упрочнения.

Наличие таких пор и недогидратированных частиц вяжущего, составляющих потенциал самозалечивания и восстановления, благоприятно для процессов гидратации,  структурообразования и самозалечивания локальных повреждений любой природы, так как при этом исключается кольматация порового пространства окружающего частицы клинкера кристаллического сростка в силу невозможности протекания процессов структурообразования в тонких порах. Тонкие гелевые поры сростка, навсегда сохраняя функции транспортных артерий, обеспечивают диффузию молекул воды (размер молекул 0,36 нм) и ионов растворяющихся клинкерных фаз (размер 0,3-0,7 нм), и далее через промежуточные и микрокапиллярные поры. Это способствует распределению растворяющейся клинкерной фазы в свободных объемах межзернового пространства или в разуплотненных объемах кристаллического сростка, обеспечивая при наличии воды непрерывность процессов гидратации и структурообразования, без проявления или с минимальным проявлением деструктурирующего распорного воздействия, приводящего к развитию опасных растягивающих напряжений.

Анализ экспериментальных данных по прочности ЦК в зависимости от пористости и структуры показывает, что «потолок»  и интервал прочности цементного камня с минимальной макрокапиллярной пористостью составляет от 680 до 180 МПа, при изменении общей пористости от 0,02 до 0,20, а с макрокапиллярной пористостью в интервале от 0,02-0,20 (рис. 10, табл. 4) составляет от 215 до 50 МПа соответственно.

Эффективными направлениями применения материалов и технологий на наноуровне для улучшения прочностных и эксплуатационных показателей цементных композитов, материалов, изделий и конструкций на их основе являются:

- упрочнение плотной цементной матрицы из кристаллогидратов и цементных частиц;

- формирование и организация поровой структуры цементного камня;

- влияние на свойства контактной зоны цементного камня и заполнителей;

- сохранение условий для поддержания достигнутого уровня свойств, т.е. обеспечение потенциала самозалечивания.

На формирование, достижение и поддержание прочностных и эксплуатационных характеристик оказывают влияние: пористость, ее ранговость, распределение пор по размерам и флуктуация пористости. При этом носителем прочности цементного камня является цементная матрица, ее структура, состоящая из гетерогенной, полидисперсной системы в виде недогидратированных частиц вяжущего, кристаллогидратов, контактов между ними и системы различного ранга пор во взаимосвязи их свойств.

Повышение прочности цементной матрицы реализуется на разных уровнях,  наиболее эффективные из которых:

- плотная цементная матрица из кристаллогидратов и непрогидратированных частиц вяжущего;

- структуры разного ранга пор, межфазовые контакты.

На уровне цементного камня позитивное влияние наноматериалов и нанотехнологий проявляется:

- в направленности структурообразования, его кинетики и динамики, в том числе формировании морфологии кристаллогидратов, их размеров и количества, скорости образования, кинетики основности, возможности и скорости перекристаллизации, поддержании стабильности свойств структуры;

- в промежуточных и микрокапиллярных порах с радиусом до 100 нм, заполненных фазообразующей жидкостью на ранних и средних стадиях твердения;

- на границе фазообразующих поверхностей, межкапиллярных и межпоровых фаз.

Такое воздействие будет проявляться на всех стадиях структурообразования цементных систем во взаимосвязи с ключевыми параметрами и факторами (табл. 3). В соответствии со строением, химической природой применяемых наноматериалов, их влияние на формирующуюся цементную систему будет носить физико-химическую и физико-механическую направленность. Потенциал управления структурой цементных композитов с использованием материалов и технологий на наноуровне может проявляться  по  механизмам и направлениям, обобщенным и приведенным ранее 

(рис. 3). При этом отличие такого воздействия от других модифицированных систем будет заключаться в использовании свойств и особенностей наноматериалов на наиболее эффективных уровнях по их позитивному воздействию на формирование показателей цементного камня – прочности и долговечности.

Принципиально важным моментом технологии бетонов на основе портландцемента является то обстоятельство, что все основные и достаточно высокие характеристики этого композиционного материала - основного материала современного строительства, определяются нанометрическими уровнями структуры цементного камня. Негативное влияние на характеристики бетона оказывают макроструктурные уровни.

Управление рациональным применением бетонов для получения эффективных железобетонных элементов.

Практическим завершением исследовательских работ в цепочке: «материал – технология - конструкция» явилась реализация постановки и решения задач по рациональному применению модифицированных высокопрочных бетонов в сжатых (колонны, несущие простенки, стены) и изгибаемых (плоские и ребристые перекрытия, покрытия) элементах, выполняемых без предварительного напряжения.

Применение бетонов повышенных и высоких классов прочности требует оценки их технико-экономической эффективности. Такая оценка применительно к железобетонным конструкциям целесообразна с учетом характера их нагружения и напряженно-деформированного состояния.

Существующий подход к определению эффективности повышения прочности бетона по критерию снижения расхода арматурной стали для сжатых и изгибаемых железобетонных элементов в дискретной форме представлен в отдельных источниках суммой примеров и не позволяет получить обобщающие представления о связи прочности бетона и расхода арматуры.

Получены зависимости снижения расхода арматуры во внецентренно-сжатых элементах при повышении класса бетона по прочности на сжатие в разных диапазонах при различной гибкости элементов, соответствующих реальным конструктивным схемам для монолитного домостроения, т.е. колонн, пилонов, стен и т.д.

Анализ результатов показывает, что наибольший эффект по снижению расхода арматурной стали с повышением класса прочности бетона при неизменном классе арматуры соответствует случаям малых эксцентриситетов, а наименьший – больших эксцентриситетов. В первом случае работа элемента приближается к центрально нагруженному, для которого достигается наибольший эффект по снижению расхода арматуры. Второй случай с большими эксцентриситетами приближается к работе изгибаемого элемента.

Таблица 8. Возможности сокращения расхода арматурной стали классов А400 и А500С для изгибаемых элементов с сохранением несущей способности сечения по изгибающему моменту при повышении класса прочности бетона на сжатие в сравнении с исходным классом В25 и расходе арматурной стали 0.

Исходный класс бетона

Вариантный класс бетона

Сокращение расхода арматурной стали классов А400 (0=0,02) /А500С (0=0,015), %

Для вариантного класса бетона

Относительно к предыдущему вариантному классу бетона

В25

В35

10,5 / 9,3

- / -

В25

В40

13,5 / 11,9

2,7 / 2,4

В25

В50

17,9 / 15,8

3,8 / 3,46

В25

В60

20,5 / 18,2

2,3 / 2,1

В25

В70

22,4 / 19,8

1,5 / 1,4

Были выполнены расчеты по снижению расхода арматурной стали при повышении класса прочности бетона  для арматуры класса А400 и повышенного класса прочности А500С с определением рациональных областей применения бетонов повышенной и высокой прочности.

Данные анализа по снижению расхода рабочей арматуры А400 (табл. 8), а также по арматуре А500С, указывают но то, что эффект для изгибаемых (плитных) элементов при использовании бетонов особо высоких классов прочности имеет «потолок» около 25%. Из этого анализа также следует, что целесообразным следует учесть повышение прочности бетона при исходном классе В20-В25 до 2-2,5 раз при реализации эффекта на уровне 70-80% от предельно возможного. Применение бетонов классов прочности выше В50-В60 в изгибаемых (плитных) элементах с целью снижения расхода арматурной стали нерационально.

С использованием подобного подхода проведена количественная оценка сокращения расхода арматурной стали при проектировании ряда монолитных жилых домов в г.Уфа. Так, на одном из объектов по первоначальному проектному решению предполагалось использование арматуры класса А400 и бетона класса В25. Предложенный вариант – использование арматуры  класса А500С и бетона класса В40. Общая экономия арматурной стали по объекту при реализации названных мероприятий составила до 30,9 %.

Предлагаемый аппарат позволяет оперативно выполнить количественную оценку эффективности и выявить рациональные области применения бетонов повышенной прочности в сжатых и изгибаемых железобетонных элементах с технико-экономическим обоснованием на стадии проектирования, что особенно важно в выборе эффективных модифицированных бетонов для строительства каркасно-монолитных объектов.

ВЫВОДЫ и рекомендации

  1. Систематизированы направления и механизмы управления структурой с выявлением и рассмотрением доминирующих в обеспечении и поддержании требуемого уровня комплекса эксплуатационных свойств цементных композитов и бетонов на их основе.
  2. Для решения представленной и обоснованной проблемы сохранения и снижения достигнутого уровня прочности, обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности высокопрочных модифицированных цементных бетонов в условиях длительного твердения необходимо наличие потенциала самозалечивания твердеющей системы.
  3. Цементные системы должны сохранять резервы вяжущего и капиллярного пространства при условии обеспечения возможности к подпитке зон дефектности структуры. Предложенный и разработанный подход с применением экспериментального метода лазерной гранулометрии позволяет рассчитать параметры твердеющей цементной системы: степень гидратации, глубину гидратации и диаметр зерен вяжущего, средние расстояния между ними. Разработанный подход может быть рекомендован к применению для оценки параметров структурообразования цементных систем.
  4. Установлен и проанализирован ряд основных причин образования и протекания деструктивных процессов при твердении цементных композитов. Исследовано влияние фракционного состава различных цементов, их удельной поверхности, условий твердения, организации поровой структуры, отдельного ранга пор на формирование прочностных и эксплуатационных свойств цементных композитов, растворов и бетонов на их основе.
  5. Предложено для оценки изменения пористости и определения ее влияния на структурообразование и прочность ЦК экспериментальные результаты по пористости пересчитывать с учетом многоранговой структуры ЦК; оценивать вклад каждого ранга пор по методу «суперпозиций» с использованием предложенной и разработанной модели, относительно к непоризованной матрице цементного камня и далее, ослабленной соответствующим рангом пор от гелевой до макро.
  6. Рассчитана, впервые интерпретирована и использована зависимость между пористостью и локальной пористостью для идеальной объемной модели с плотной упаковкой сферических пор с привязкой к модели цементной матрицы. С использованием предложенной модели, по взаимосвязи: «пористость-локальная пористость-концентрации напряжений» рассчитаны интервалы влияния отдельного ранга пор на формирование структуры и прочности цементного камня.
  7. С использованием разработанной модели цементной матрицы и на основе обобщения экспериментальных данных, по результатам оценки полученных коэффициентов концентрации напряжений от различного ранга пор, показано влияние в широком диапазоне капиллярной пористости (особенно макрокапиллярной радиусом более 100 нм) на формирование прочности и уровень дефектности матрицы. Интервалы изменения гелевой и промежуточной пористости практически не будут оказывать влияния на изменение прочностных показателей матрицы с этими рангами пор, так как они недоиспользуют свой прочностной потенциал в предельной стадии в сравнении  с влиянием ранга капиллярных пор.
  8. Выявлены три элемента нанометрического масштаба: кристаллиты гидросиликатов кальция, гелевые поры гидросиликатного сростка, фазообразующие промежуточные и микрокапиллярные поры диаметром до 200 нм, которые являются фундаментальными  с позиций формирования всего комплекса физико-механических характеристик цементного камня и цементных бетонов.
  9. Сформулированы механизмы позитивного влияния суперпластификаторов и органоминеральных модификаторов на управление физико-химическими процессами структурообразования и твердения для получения заданных требуемых технологических, прочностных и эксплуатационных свойств. На основе обобщения известных и собственных экспериментальных исследований выявлены рациональные области применения модифицированных бетонов с суперпластификаторами и органоминеральными добавками во взаимосвязи: прочность – подвижность – водовяжущее отношение ( R – П – В/В).
  10. По разработанным технологическим регламентам были синтезированы анионные и неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ) на основе одного исходного сырья (А.с. №1481219, 1514733, 1573011). Полученные бетоны с разработанными модификаторами, в соответствии с приведенными и обобщенными зависимостями (R-П-В/В), находятся в средней области рационального применения модифицированных бетонов, с возможностью получения бетонов с прочностью на сжатие в диапазоне 35,050,0 МПа, с подвижностью 816 см. Исследованы структура и свойства цементных систем и бетонов во взаимосвязи с физико-химическими параметрами ПАВ: гидрофильно-лиофильный баланс (ГЛБ), содержание окиси этилена, поверхностное натяжение на границе воздух-жидкость, макрокапиллярная пористость ЦК и др. Выявлено, что оптимальные по составу полученные ПАВ относятся к добавкам сильнопластифицирующим (П1-П4), с эффектом воздухововлечения. Разработаны составы и способы получения бетонных смесей с модификаторами, исследованы свойства бетонов с органическими и органоминеральными добавками (А.с. №1300014, 1414830).
  11. Разработаны теоретические основы получения бетонных изделий и конструкций по способу «лицом вниз» с упрочненной декоративной поверхностью (патент № 2243890).
  12. Разработаны теоретические основы получения фиброцементных изделий с созданием эффекта преднапряжения на границе: стальная или синтетическая фибра – цементный камень, в процессе нагревания и остывания (патент № 2303022). Выпущена опытно-промышленная партия кольцевых водопропускных колец из фибробетона с различными модификаторами по разработанной технологии.
  13. Предложен, разработан, проанализирован и систематизирован аналитический аппарат для оценки и определения рациональных областей применения бетонов повышенной прочности в сжатых и изгибаемых железобетонных элементах. Установлено, что применение бетонов классов по прочности на сжатие В50-60 и выше в изгибаемых (плитных) элементах с целью снижения расхода арматуры нерационально.  Предлагаемый аппарат позволяет оперативно выполнить количественные оценки эффективности и выявить рациональные области применения бетонов повышенной прочности в сжатых и изгибаемых железобетонных элементах. Результаты исследований и предложенный подход реализованы при проектировании жилых домов из монолитного бетона.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Статьи в изданиях из рекомендованного ВАК перечня

  1. В.В.Бабков Особенности структурообразования высокопрочного цементно-го камня в условиях длительного твердения / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, П.Г.Комохов, и др. // Строительные материалы. – М., 2003. – №10. – С. 42-43.
  2. Сахибгареев Р.Р. Промышленные отходы предприятий Урало-Башкирского региона в строительных технологиях / Р.Р.Сахибгареев, М.Р.Латыпов, Р.Р. Салихов и др. // Строительные материалы. – М., 2003. – №10. – С. 22-24.
  3. Бабков В.В. Рациональные области применения модифицированных бетонов в современном строительстве/ В.В.Бабков, Р.Р. Сахибгареев, Г.С.Колесник, и др. // Строительные материалы. – М, 2006. - №10. – С. 2-4.
  4. Сахибгареев Р.Р. Физико-химические аспекты применения модифицированных бетонов / Р.Р.Сахибгареев, В.В.Бабков, Г.С.Колесник и др. // Строительные материалы. – М, 2007.- №7.- С. 74-76.
  5. Бабков В.В. Механизмы высолообразования на поверхностях наружных стен зданий из  штучных стеновых материалов / В.В.Бабков, В.П.Климов, Р.Р. Сахибгареев и др. // Строительные материалы. – М,  2007. - №8. - С. 74-76.
  6. Бабков В.В. Сталефибробетон в производстве и применении конструкций засыпных арочных мостов и водопропускных труб на автодорогах / В.В.Бабков, Ш.Х.Аминов, И.Б.Струговец, П.Г.Комохов, И.В.Недосеко, Р.Р.Сахибгареев и др. // Строительные материалы. – М, 2008. - №6. – С.2-5.
  7. Сахибгареев Р.Р. Особенности структурообразования цементного камня на поздних стадиях твердения / Р.Р.Сахибгареев, В.В.Бабков, А.Е.Чуйкин, Ром.Р.Сахибгареев // Строительные материалы. – М., 2008. – №10. – С. 7-10.
  8. Сахибгареев Р.Р. Управление структурой при применении модифицированных бетонов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – Воронеж, 2008. –№4 (12). – С.132-150.
  9. Бабков В.В. Водопропускные трубы и малопролетные засыпные арочные мосты на основе сталефибробетона в автодорожном строительстве/ В.В. Бабков, Ш.Х. Аминов, И.Б. Струговец, И.В. Недосеко, Р.Р.Сахибгареев, Р.Ш. Дистанов, В.А. Ивлев // Бетон и железобетон. – 2009. – №2. – С.4-6.
  10. Бабков В.В. Вопросы эффективности применения высокопрочных бетонов в железобетонных конструкциях / В.В.Бабков, А.С.Салов, А.А.Плакс, Ром.Р.Сахибгареев, Р.Р.Сахибгареев, В.В.Кабанец // Жилищное строительство. – М, 2009. - №10. – С. 43.
  11. Бабков В.В. Твердение и деструкция цементного камня при длительных условиях / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, А.Е.Чуйкин и др. // Материалы Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» Научные издания «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова». Научно-теоретический журнал. - Белгород, 2005.- №9 - С.14-20.
  12. Бабков В.В. Твердение и деструкция цементного камня при длительных условиях / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, А.Е.Чуйкин и др. //  Нефтегазовое дело. – Уфа: УГНТУ, 2005. - №3. - С. 275-281.
  13. Сахибгареев Р.Р. Физико-химические предпосылки использования анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ в технологии бетона // Башкирский химический журнал. – Уфа, 2005. –Т.12, - №3. – С. 40-45.
  14. Сахибгареев Р.Р. Физико-химические аспекты твердения цементных композитов на поздних стадиях / Р.Р.Сахибгареев, В.В.Бабков, А.Е.Чуйкин и др.// Башкирский химический журнал. – Уфа, 2005. –Т.12. - №4. – С. 124-129.

Монография

  1. Сахибгареев Р.Р. Управление структурой и применением модифицированных цементных бетонов: научное издание / Р.Р.Сахибгареев //  УГНТУ – Уфа, 2010 г. – 130 с.
  2. Мохов В.Н. Конструкции и изделия повышенной прочности, ударной стойкости и долговечности из бетонов с демпфирующими компонентами (теоретическое обоснование механизма демпфирования бетона) / В.Н.Мохов, Р.Р.Сахибгареев, А.И.Габитов, А.В.Попов, В.В.Бабков, П.Г.Комохов // Башкирское областное управление ВНТО стройиндустрии. – Уфа, 1988г. - 68 с.
  3. Сахибгареев Р.Р. Конструкции и изделия повышенной прочности, ударной стойкости и долговечности из бетонов с демпфирующими компонентами (исследование свойств бетонов и внедрение в производство) / Р.Р.Сахибгареев, В.Н.Мохов, А.И.Габитов и др. // Башкирское областное управление ВНТО стройиндустрии. – Уфа, 1988г. – 70 с.

Авторские свидетельства и патенты на изобретение

  1. А.с. № 1300014. Способ изготовления бетонных изделий / Мохов В.Н., Габитов А.И.,  Попов А.В., Сахибгареев Р.Р., Конинин Ю.Н., Бабков В.В. Б.И., 1987, №12.
  2. А.с. № 1414830. Бетонная смесь / Мохов В.Н., Попов А.В., Комохов П.Г., Алимов Ю.Б., Сахибгареев Р.Р., Габитов А.И.- Опубл. в Б.И., 1988, №29.
  3. А.с. № 1573011. Композиция для приготовления добавки в бетонную смесь / Сахибгареев Р.Р., Попов А.В.,  Мохов В.Н., Комохов П.Г., Печеный Б.Г., Попов Е.А., Нурисламов Р.Р. - Опубл. в Б.И., 1990, №23.        
  4. А. с. № 1514733. Вяжущее для бетонной смеси / Сахибгареев Р.Р., Комохов П.Г., Попов А.В., Мохов В.Н., Габитов А.И., Сафин А.З., Пугачев В.П., Конинин  Ю.Н.- Опубл. в Б.И., 1989, №38.        
  5. А. с. № 14812119. Бетонная смесь / Сахибгареев Р.Р., Печеный Б.Г., Попов А.В., Комохов П.Г., Мохов В.Н., Ениколопов Н.С., Калимуллина З.Ф., Долгих В.Ф. – Опубл. в Б.И., 1989, № 19.
  6. Патент на изобретение № 2243890 . Способ получения декоративной лицевой поверхности бетонных изделий / Сахибгареев Р.Р. Семенов А.А., Сахибгареев Р.Р. – Опубл. в Б.И., 2005, №1.
  7. Патент на изобретение № 2303022. Способ изготовления фиброцементных композиций / Сахибгареев Р.Р., Бабков В.В., Комохов П.Г., Сахибгареев Р.Р., Кабанец В.В., Мохов В.Н., Терехов И.Г., Салов А.С. – Опубл. в Б.И., 2007, №20.
  8. Расчет эффективного расхода арматурной стали для вариантного сечения изгибаемого железобетонного элемента: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010610325 / А.С. Салов, В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев и др.; правообладатель ГОУ ВПО УГНТУ; заявл. 17.11.2009; зарег. 11.01.2010.

Статьи в сборниках трудов, конференций, периодических изданиях

  1. Сахибгареев Р.Р. К вопросу моделирования процесса гидратации минеральных вяжущих веществ / Р.Р.Сахибгареев, Р.А.Анваров, В.П.Токарева, А.А.Шакиров // Оптимизация технологии производства бетонов повышенной прочности и долговечности: Тезисы доклада I Республиканской научно-практической конференции. – Уфа, 1983. – С.51
  2. Сахибгареев Р.Р. Использование отходов и побочных продуктов нефтехимических производств для получения эффективных добавок в бетоны / Р.Р.Сахибгареев, Г.М.Кугаков, Г.С.Колесник, А.В.Попов, В.Н.Мохов, О.А.Ухов // Использование отходов производств в строительстве: Тез.докл.респ.конф. - Уфа,1984.
  3. Сахибгареев Р.Р. Применение неиногенных поверхностно-активных веществ в качестве добавок в бетон /  Р.Р.Сахибгареев, А.З.Сафин, Л.М.Кесарева, Н.М.Николаева //Совершенствование технологии производства бетонов повышенной прочности и долговечности: Тез.докл. и сообщ. II Респ.науч.-практ.конф.-Уфа,1985        
  4. Комохов П.Г. Моделирование структурообразования цементных систем с ПАВ во взаимосвязи с реологическими характеристиками / П.Г.Комохов, Р.Р.Сахибгареев, А.В.Попов,  В.Н.Мохов, А.Ф.Полак // Реология бетонных смесей и ее технические задачи: Тез.докл. V симп. по реологии бетона. - Рига, 1986.        
  5. Комохов П.Г. Применение оксиэтилированных соединений в качестве добавок в бетон / П.Г.Комохов, Р.Р.Сахибгареев, А.И.Габитов, А.З.Сафин // Техническая диагностика в строительстве и возможность использования эффективных строительных материалов и конструкций.- Уфа, 1986.
  6. Сахибгареев Р.Р. О моростойкости бетона, используемого комбинатом Якутуглестрой / Р.Р.Сахибгареев, О.С.Смертин, В.Н.Мохов и др. // Шахтное строительство.  – М., 1987. – №6.
  7. Комохов П.Г. Использование отходов и побочных продуктов нефтехимических производств для получения добавки «ДКГМ-1» в бетон / П.Г.Комохов, Р.Р.Сахибгареев, А.В.Попов, О.Г.Бирюков // Усиление роли и развития творческой активности молодых строителей в ускорении научно-технического прогресса в строительстве: Тез.докл. Ш Респ.науч.-техн.конф.молодых ученых и специалистов. - Уфа, 1988.
  8. Сахибгареев Р.Р. Эффективные добавки в бетоны на основе неионогенных ПАВ // Усиление роли и развития творческой активности молодых строителей в ускорении научно-технического прогресса в строительстве: Тез.докл. III Респ.науч.-техн. Конф. Молодых ученых и специалистов. - Уфа, 1988.        
  9. Сахибгареев Р.Р. Стойкие в морской воде бетоны с добавками на основе отходов нефтехимии / Р.Р.Сахибгареев, А.В.Попов, О.Г.Бирюков, А.И.Габитов // Проблемы комплексной застройки южного берега Крыма: Материалы респ.науч.-техн.конф. - Симферополь, 1988.
  10. Сахибгареев Р.Р. Эффективные добавки к бетонам, на основе отходов и побочных продуктов нефтехимических производств / Р.Р.Сахибгареев, П.Г.Комохов // Использование отходов производства строительной индустрии. Тез.докл. обл.науч.-техн.конф.-Ростов-на-Дону, 1989.      
  11. Сахибгареев Р.Р. Структура и свойства бетона с добавками анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ // Автореферат диссертации на соискание уч.ст.канд.техн.наук. ЛИИЖТ, - Ленинград, 1989г.        
  12. Сахибгареев Р.Р. К вопросу повышения качества отделки фасадной поверхности панелей наружных стен / Р.Р.Сахибгареев, А.А.Семенов, М.А. Балобанов, А.С.Мирзоев. // Материалы 5 Международной научно-технической конференции при 5 Международной специализированной выставке «строительство, архитектура, коммунальное хозяйство – 2001». Уфа, 2001 г.        
  13. Сахибгареев Р.Р. Использование эффективных добавок-модификаторов для улучшения свойств бетонов и растворов / Р.Р.Сахибгареев, А.А.Семенов, Р.Р.Гатиатуллин. // Материалы 5 Международной научно-технической конференции при 5 Международной специализированной выставке «строительство, архитектура, коммунальное хозяйство – 2001». Уфа, 2001 г.
  14. Сахибгареев Р.Р. Гидратация и особенности структурообразования высокопрочных цементных систем в условиях длительного водного твердения / Р.Р.Сахибгареев, И.Г.Терехов, В.В.Бабков // Перспективы и пути развития: материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф. при VIII специализированной выставке «Строительство. Архитектура. Коммунальное хозяйство – 2004». – Уфа: УГНТУ, 2004. – С. 161-164.
  15. Бабков В.В. Методика определения степени гидратации цемента в твердеющем цементном камне / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, И.Г.Терехов и др. // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения. Материалы восьмых академических чтений РААСН. – Самара, 2004. – С. 42-44.
  16. Сахибгареев Р.Р. Способ получения декоративной лицевой поверхности бетонных изделий / Р.Р.Сахибгареев, А.А.Семенов // Проблемы строительного комплекса России: материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф. при VIII специализированной выставке «Архитектура. Строительство. Коммунальное хозяйство – 2004». — Уфа: УГНТУ, 2004. - С.111-112.
  17. Сахибгареев Р.Р. Технико-экономическая эффективность применения бетона повышенных классов в железобетонных конструкциях/ Р.Р.Сахибгареев, В.В.Бабков, В.В.Кабанец, И.Г.Терехов // Материалы Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» Научные издания «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова». Научно-теоретический журнал. - Белгород, 2005. - №9 - С. 195-199.
  18. Сахибгареев Р.Р. Разработка рецептур и технологии получения высокоэффективных полифункциональных добавок для бетонов повышенных классов / Р.Р.Сахибгареев, В.В.Кабанец, И.Г.Терехов и др. // Проблемы строительного комплекса России: Материалы IX Междунар. науч.-техн. конф. при IX специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Камнеобработка -  2005». - Уфа: УГНТУ, 2005. – С. 48-49.
  19. Сахибгареев Р.Р. Особенности структурообразования цементного камня в условиях длительного твердения / Р.Р.Сахибгареев, В.В.Бабков, И.Г.Терехов // Бетон и железобетон, пути развития – 2005: материалы II Всерос.(Междунар.) конф. – М., 2005. - Т.3. - С. 461-469.
  20. Бабков В.В. Технико-экономическая эффективность повышения прочности бетона в железобетонных конструкциях с учетом характера их нагружения / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев, И.Г.Терехов, В.В.Кабанец // Бетон и железобетон, пути развития – 2005: материалы II Всерос.(Междунар.) конф. – М., 2005. – Т.2. - С. 270-275.
  21. Бабков В.В. Опыт применения противоморозных добавок в технологии бетона / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, И.Г.Терехов и др. // Проблемы строительного комплекса России: материалы Х Междунар. науч.-техн. конф. при X специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство -  2006». – Уфа: УГНТУ, 2006. - С. 6-8.
  22. Бабков В.В. Разработка рецептур и технологии применения высокоэффективных полифункциональных добавок (суперпластификаторов) в производстве бетонных и железобетонных конструкций и изделий заводов ЖБИ / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, И.Г.Терехов и др. // Проблемы строительного комплекса России: материалы Х Междунар. науч.-техн. конф. при X специализированной выставке Строительство. Коммунальное хозяйство -  2006. – Уфа: УГНТУ, 2006. - С. 9-13.
  23. Бабков В.В. Возможности модифицированных бетонов в современном строительстве / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, Г.С.Колесник и др. // Опыт и перспективы использования модифицированных бетонов с суперпластификаторами Компании «Полипласт» эффективность их применения в строительной практике: материалы регион. науч.-техн. конф. – Уфа: УГНТУ, БашНИИстрой, 2006. - С. 20-32.
  24. Бабков В.В. Структурообразование цементного камня в условиях длительного твердения / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, И.Г.Терехов, А.Е.Чуйкин // Строительные материалы и защита от коррозии: сб. науч. ст. - Уфа: БашНИИстрой, 2006. – Т.1. - С.17-28.
  25. Бабков В.В. Опыт применения суперпластификаторов серии «Полипласт» в производстве сборного и монолитного железобетона на предприятиях Республики Башкортостан / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, И.Г.Терехов, и др. // Бюллетень строительного комплекса РБ. – Уфа: Минстройтранс РБ, БашНИИстрой, 2006. - № 1-2.– С. 70-76.
  26. Сахибгареев Р.Р. Методология применения модифицированных бетонов с суперпластификаторами в монолитном строительстве в Республике Башкортостан / Р.Р.Сахибгареев, И.Г.Терехов, А.С.Салов и др. // Проблемы строительного комплекса России: материалы XI Международной научно-технической  конференции при  XI специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство – 2007».-Т.1/редкол.: Агапчев В.И. и др. – Уфа: изд-во УГНТУ, 2007. - С.14-17
  27. Бабков В.В. Опыт применения пластифицирующих и противоморозных добавок серии «Полипласт» при возведении крупноформатных монолитных объектов в г. Уфе / В.В.Бабков, Г.С.Колесник, Р.Р.Сахибгареев, А.С.Салов, В.С.Разумов // Материалы научно-практической конференции «Об опыте внедрения прогрессивных технических решений в проектировании и строительстве юбилейных объектов в Республики Башкортостан» - Уфа, 6 июня 2007 г. - С. 17-19
  28. Бабков В.В. Опыт применения модифицированных бетонов в монолитной технологии строительства на примере возведения объекта «Уфа-Арена» / В.В.Бабков, Г.С.Колесник, И.В.Федорцев, В.С.Разумов, Г.Ф.Разумова, А.П.Москалев, Д.Р.Мамлеев, А.А.Плакс, Р.Р.Сахибгареев, А.С.Салов, Р.Р.Сахибгареев // Сборник научных трудов института Башниистрой. Выпуск 75 – Уфа: 2007. – С. 90-98
  29. Опыт применения модифицированных бетонов повышенной прочности с противоморозными добавками в монолитной технологии при возведении крупноформатного объекта / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев, В.С. Разумов, Ром.Р. Сахибгареев // Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. — М., 2008. – Вып. 9. - С.55-63.
  30. Бабков В.В. Эффективность применения высокопрочных бетонов в изгибаемых железобетонных элементах по снижению расхода арматурной стали / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев, А.С. Салов // Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. — М., 2008. – Вып. 9. - С.125-128.
  31. Сахибгареев Р.Р. Оценка теоретической прочности бездефектной кристаллической фазы / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев, А.Е.Чуйкин // Проблемы строительного комплекса России: материалы XII Междунар. науч.-техн. конф. при XII специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Насосы. Трубопроводы – 2008». — Уфа: УГНТУ, 2008. - С.111-114
  32. Сахибгареев Р.Р. Прочность и долговечность цементного камня на основе водовяжущих паст с высокой исходной конструкцией клинкера / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев, А.Е.Чуйкин // Проблемы строительного комплекса России: материалы XII Междунар. науч.-техн. конф. при XII специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Насосы. Трубопроводы – 2008». — Уфа: УГНТУ, 2008. - С.114-117
  33. Сахибгареев Р.Р. Обеспечение подвижности и жизнеспособности бетонных смесей в монолитной технологии строительства / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев // материалы семинара «Опыт применения пластифицирующих и противоморозных добавок в сборном и монолитном строительстве на объектах РБ». – Уфа, 2008. – С.59-67
  34. Сахибгареев Р.Р., Бабков В.В., Салов А.С. Использование суперпластификаторов в производстве сборного железобетона на заводах РБ / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев, А.С.Салов // материалы семинара «Опыт применения пластифицирующих и противоморозных добавок в сборном и монолитном строительстве на объектах РБ». – Уфа, 2008. – С.69-71
  35. Сахибгареев Р.Р. Потенциал структурообразования и самозалечивания цементных систем на поздних стадиях твердения / В.В. Бабков, Р.Р. Сахибгареев // Труды Международного конгресса «Наука и инновации в строительстве», SIB. – Воронеж, 2008. –Т.1.- С.463-469
  36. Сахибгареев Р.Р. Сталефибробетон в дорожном строительстве / Р.Р. Сахибгареев, В.В. Бабков, И.В.Недосеко, Р.Ш.Дистанов // Труды Международного конгресса «Наука и инновации в строительстве», SIB. – Воронеж, 2008. –Т.2.
  37. Бабков В.В. Теория и практика эффективного применения высокопрочных бетонов в железобетонных конструкциях по критерию снижения расхода арматурной стали / В.В.Бабков, Р.Р.Сахибгареев, А.С.Салов, Ром.Р.Сахибгареев // Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. — М., 2009. – С.175-180.
  38. Сахибгареев Р.Р. Аналитическая оценка механизмов структурообразования и деструкции цементных композитов на поздних стадиях твердения /Р.Р. Сахибгареев, В.В. Бабков, Ром.Р. Сахибгареев, А.С.Салов // Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. — М., 2009. – С.155-160.
  39. Сахибгареев Р.Р. Управление структурой цементных композитов и модифицированных бетонов на их основе // Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. — М., 2009. – С. 87-98.

Подписано в печать 2010 г. Формат бумаги 6084/16

Объем 3.2 усл.печ.л. Тираж  экз. Заказ №

Издательство Уфимского государственного нефтяного технического университета

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии:

450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.