Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Донбасская государственная академия

Донбасская государственная академия

строительства и архитектуры

Пунагин Владимир Владимирович

УДК 666.972.5

Безпрогривна технология бетонов специального

назначения

05.23.05 Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Макеевка - 2004

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена в Восточноукраинском национальном университете им. Владимира Даля Министерства образования и науки Украины.

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник

Руденко Наталья Николаевна, Восточноукраинский национальный университет им. Владимира Даля, заведующий кафедрой строительства

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Савин Лев Сергеевич, Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры (г.. Днепропетровск), профессор кафедры экологии;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Шишкин Александр Алексеевич, Криворожский технический университет, заведующий кафедрой технологии строительных материалов, изделий и конструкций.

Ведущая организация: Открытое акционерное общество & ldquo; Днепропетровский научно-исследовательский институт строительного производства & rdquo;.

Защита состоится & ldquo; 26 & rdquo; Февраль 2004 в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 12.085.01 Донбасской государственной академии строительства и архитектуры (86123, Донецкая обл., г.. Макеевка, ул. Державина, 2, учебный корпус № 1, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донбасской государственной академии строительства и архитектуры (86123, Донецкая обл., Г.. Макеевка, ул. Державина, 2).

Автореферат разослан & ldquo; 26 & rdquo; Январь 2004

Ученый секретарь специализированная ученого совета

доктор химических наук, профессор Высоцкий Ю.Б.

Актуальность темы. Наиболее распространенным способом ускоритния твердения бетона является прогрев изделий, который осуществляется в заводских условиях в пропарочных камерах, а при возведении монолитных сооружений применяются электропрогрев или термоактивный лаштунок.

Процесс тепловой обработки при современном уровне строительства имеет два существенных недостатка. Во-первых, высокая доля энергозатрат в структуре себестоимости железобетонных конструкций, составляя в среднем 1,89 ГДж / м3 железобетона с расходом 154 м3 природного газа. Вторым и основным недостатком воздействия тепловой обработки является увеличение дефектности структуры бетона, развитие микротрищиноутворення с ростом внутренних напряжений и, как следствие, значительное ухудшение эксплуатационных характеристик железобетонных конструкций.

Одним из самых перспективных направлений технического прогресса в технологии бетона является создание условий для формирования упорядоченной структуры цементной матрицы без тепловой обработки бетона. Такая технология требует качественно нового подхода, способного обеспечить реализацию вяжущего потенциала цемента и, как следствие, максимальную прочность бетона.

Актуальность проведенных исследований заключается в разработке безпрогривнои технологии бетонных и железобетонных изделий и конструкций специального назначения массивных и таких, которые будут эксплуатироваться в условиях воздействия агрессивной среды. Повышение эксплуатационных характеристик бетона обеспечивается применением физико-химической активации вяжущего вещества, что позволяет существенно экономить энергоресурсы и самый дорогой компонент бетона цемент за счет увеличения его вяжущего потенциала.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертация выполнялась в рамках приоритетного направления развития науки и техники в Украине (постановление Верховной Рады Украины № 1359-XIY от 24.12.1999 г.). Автор принимал участие в экспериментально-теоретических исследованиях.

Цель работы: разработка безпрогривнои технологии бетонов специального назначения, основу которой составляет физико-химическая активация вяжущего вещества, обесслышит формирования пространственной кристалогидратнои структуры цементной матрицы бетона.

Задачи исследований:

· исследования влияния физико-химической активации в вяжущего вещества на процессы гидратации и структурообразования цементного матрицы и свойства безпрогривних бетонов;

· определение состава органо-минерального комплекса, обеспечивающего формирование цементной матрицы безпрогривного бетона с заданными эксплуатационными характеристиками;

· исследования механизма гидратации активированной цементной системы;

· определение параметров управления процессами структурообразования в бетонах на активированной вяжущие вещества с органо-минеральным комплексом;

· разработка безпрогривнои технологии бетонов специального назначения;

· исследования эксплуатационных свойств безпрогривних бетонов специального назначения.

Объект исследования безпрогривна технология бетонов специального назначения на основе физико-химической активации цементной системы.

Предмет исследования бетоны специального назначения с высокими эксплуатационными характеристиками.

Методы исследования. Для получения безпрогривних бетонов специального назначения использован реактор-активатор, обеспечивает физико-химическую активацию цементной системы с развитием процессов химического взаимодействия гидратных новообразований вяжущего вещества с компонентами органо-минерального комплекса. Исследование процессов гидратации и структурообразования пропаренных и активированных цементных систем проводились с помощью рентгенофазового и дифференциально-термического анализа. Исследование жидкой фазы цементного системы проводились химическими методами. Анализ структурных параметров цементного камня и бетона проводился по адсорбции паров воды. Свойства цементных систем и бетонов исследовались стандартными и специальными методами.

Научная новизна полученных результатов:

· установленные параметры процесса направленного формирования пространственной кристалогидратнои структуры цементнойматрицы безпрогривного бетона обеспечивается за счет приложения высокоинтенсивных физико-химических активационных действий на цементную систему, которые соответствуют определенным гидратной преобразованием;

· доказана возможность связывания в активированной цементной системе свободных ионов Са 2+ с образованием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов и гидроалюмосиликатив кальция, обеспечивая повышение физико-механических характеристик бетона, устойчивость и долговечность;

· установлено, что оптимальные по времени и интенсивности активационные воздействия на цементную систему, которые имеют кавитационная природу, создают условия для направленного изменения состава и морфологии кристаллогидратов: присутствие гипса в качестве химического оптимизатора структурообразования в цементной системе, активируется, способствует образованию изоморфного сопряженного гидросиликата кальция, в котором ион SO42- замещает ион SiО44-, не меняя макроструктуры, что приводит к увеличению прочности при сжатии цементного матрицы бетона;

· доказано, что комплекс структурных особенностей цементной матрицы безпрогривного бетона, включая образование моносульфатнои формы гидросульфоалюмината кальция вместо трьохсульфатнои, которая образуется в цементной матрице пропаренного бетона, а также формирование кристаллогидратов в трех плоскостях под действием кулоновских сил, обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики материала.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что:

- разработана технология безпрогривних бетонов специального назначения, позволяет использовать обычные цементы с повышенным вяжущим потенциалом; возведению зданий и сооружений возможно как монолитным способом, так и с использованием железобетонных конструкций заводского изготовления;

- разработан пневмоструминну технологию бетонных и железобетонных изделий, при которой используется кинетическая энергия массы движущегося исключается процесс приготовления бетонной смеси и появляется возможность формирования изделий сложной конфигурации;

- внедрены результаты исследований в объединении & ldquo; Гидромонтажспецбуд & rdquo; (Г.. Днепропетровск), где выпущено партию железобетонных элементов колодцев. Бетонная смесь на активированной вяжущие вещества использовалась при ремонте аварийных гидротехнических сооружений. Изготовлено 380 м3 железобетонных конструкций усиления М 700 отстойных бассейнов, общая площадь восстановленных железобетонных резервуаров составила более 1700 м2;

- определены технико-экономическую эффективность раздельного бетонирования; суммарный экономический эффект составил около 98 тыс. грн.

Личный вклад соискателя:

· разработан состав органо-минерального комплекса для безпрогривних бетонов специального назначения;

· определены особенности механизма структурообразования активированной цементной матрицы безпрогривного бетона;

· определены параметры управления процессами структурообразования активированной цементной матрицы бетона;

· разработана технология безпрогривних бетонов специального назначения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы сообщались на научно-техническом семинаре "Практика применения добавок для цементов, бетонов и строительных растворов" (г.. Киев, 2001 г.), На Международной научно-технической конференции "Современные проблемы бетона и его технологий" (г.. Киев , в 2002 г.), на международной научно-технической конференции "Стародубовский чтения» (г.. Днепропетровск, 2003 г.), на третьей международной научно-технической конференции "научно-технические проблемы современного железобетона" (г.. Львов, 2003 г.) .

Публикации. Основные положения диссертации освещены в 7 статьях в сборниках научных трудов, входящих в перечень ВАК Украины.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 178 страницах основной части текста и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 225 наименований, 3 приложений и содержит 24 таблицы и 37 рисунков.

основное содержание работы

В первом разделе проанализированавано состояние современной технологии бетонов, используемых для строительства сооружений специального назначения. Как известно, специфической особенностью производства сборного железобетона является применение тепловой обработки как средства ускорения твердения бетона. Значительный вклад в развитие технологии тепловой обработки бетонов внесли И.М. Ахвердов, Ю.М. Баженов, И. И. Берн, П.П. Будников, Г.А. Бужевич, О.Е. Дьосов, Д. Дибров, И.А. Иванов, Л. Кайсер, Дж. Калоусек, Б.А. Крылов, И. Книгина, Р. Лермит, К. Мензель, Л.А. Малинина, С.А. Миронов, Ю.Б. Монфред, В.М. Москвин, Н.А. Мощанський, А.П. Мчедлов-Петросян, Р. Нерс, Т. Пауэрс, Е. Рейнсдорф, Х.Ф.У. Тейлор, Т. Торвальдсон, В.В. Тимашев, Е.Е. Шейкин, С.В. Шестопьоров, В.М. Юнг и многие другие. Но технологическая операция тепловой обработки остается наиболее энергоемким и длительным процессом при производстве железобетонных изделий и конструкций.

Учитывая современное состояние предприятий сборного железобетона, а также значительное повышение стоимости энергоносителей, технологическая операция тепловой обработки железобетонных изделий в заводских условиях стала неэффективной и убыточной. Как показывает практика, на большинстве предприятий сборного железобетона Украины параметры тепловой обработки не соблюдаются. Следует отметить, что получение проектной прочности бетона изделий достигается за счет повышенного расхода цемента высоких марок при низких водоцементное отношение, а также за счет выдержки изделий в пропарочной камере в течение суток и дольше, что в комплексе экономически неоправданным. Кроме того, известно, что в цементной матрице пропаренного бетона развиваются температурные деформации, что приводит к микротрищиноутворення, повышение пористости и, как следствие, к снижению эксплуатационных свойств материала.

С целью снижения негативного влияния тепловой обработки и оптимизации процесса структурообразования цементного матрицы бетона учеными предложены различные способы. Одним из перспективных направлений является активация компонентов бетонной суммевые, которая меняет их энергетическое состояние. Чаще всего активации подвергают в вяжущие вещества. Активационная способность цемента н связана с изменением структуры кристаллической решетки и химических видов поверхностных и внутренних н связей. Развитие различных видов активации компонентов бетонной смеси отражен в трудах Б.В. Дерягина, Р. Ирвина, П. Кларка, Т. Кобаяси, В.А. Матвиенко, А.Н. Михайлова, Н. М. Руденко, М. А. Саницького, В.И. Соломатова, С.И. Федоркина, Г. Хайнике, И.А. Хинта и др.

Таким образом, решающее значение имеет уменьшение структурной неоднородности и снижение внутренних напряжений на всех масштабных уровнях путем исключения технологической операции тепловой обработки железобетонных изделий и проведением активации определенных компонентов бетонной смеси, обеспечивать формирование прочной и плотной структуры.

На основании предварительно проведенных исследований сформулированы положения рабочей гипотезы:

· получения безпрогривних бетонов специального назначения с заданными эксплуатационными свойствами (высокой плотностью, прочностью, устойчивостью и долговечностью) возможно путем не только активизации физико-химических процессов, проходящих в цементной системе, но и управление процессами гидратации и структурообразования цементного матрицы, должно осуществляться сообщением физических и химических воздействий на вяжущее вещество в определенные моменты процесса в присутствии активного органо-минерального комплекса;

· активация вяжущего вещества должна обеспечить резкое увеличение ее удельной поверхности, раскрытие силикатных структур частиц цемента при одновременном активации поверхности кремнеземного микронаполнителя, что вызывает химическое взаимодействие гидратов клинкерных минералов с активной поверхностью наполнителя и химическим оптимизатором структурообразования, обеспечивая направленную на изменение морфологии и минералогического состава новообразований, а также высокий пластифицирующий эффект в цементной системе без использования суперпластификаторов.

Во втором разделе приведены основныеи характеристики материалов, которые применяли в исследованиях. С целью выяснения влияния различных факторов на процессы гидратации и структурообразования цементных систем применялись различные по минералогическому составу цементы. Органо-минеральный комплекс (ОМК) состоит из органического пластифицирующего компонента ПФМ-БС, кремнеземистого микронаполнителя и химического оптимизатора структурообразования, который вызывает увеличение количества стабильной кристаллической фазы в единице объема цементного системы.

Исследование процессов гидратации и структурообразования различных цементных систем, а также их свойств и свойств бетонов на активированной вяжущие вещества осуществляли как стандартными, так и специальными методами. Использовали рентгенофазового, дифференциально-термический, микроскопический анализы. Определение прочностных и деформативных свойств бетонов осуществлено с использованием тензометрических методов.

Третий раздел включает исследования, проведенные с целью определения особенностей механизма гидратации активированной цементной матрицы бетона по сравнению с традиционным бетоном, поскольку основу безпрогривнои технологии составляет управления процессом структурообразования в вяжущие вещества. Для получения бетонов с заданными свойствами необходимо установить закономерности регулирования параметров цементных систем на стадии взаимодействия цемента с водой.

Таким образом, необходим выбор активных компонентов комплексного состава с полифункциональным действием на в вяжущие вещества. При этом принимается положение, оптимизирующая действие этих компонентов должна проявляться на ионном уровне.

Процесс гидратации цементной матрицы, определяющей интенсивность твердения бетона, зависит от величины энергетических затрат. Последние подразделяются на три части: первая расходы на отрыв реагирующих элементов от подложки, вторая энергетические затраты на их перенос к месту реакции и третья расходы на химическое взаимодействие с эпитаксиальных зародышами. Лимитирующим является прними обстоятельствами. Для CaSO4, оба ионы которого являются разрушителями структуры воды, независимо от знака потенциаловизначаючого иона, структурная равновесие в диффузионной части двойного слоя смещена в сторону неупорядоченной компоненты водной структуры по сравнению с чистой водой. Таким образом, на поверхности частиц активированной вяжущего вещества имеет место трехслойная модель водной среды. Согласно этой модели, за слоем прочно связанных с поверхностью молекул воды располагается слой с нарушенной структурой. Ионы Са 2+ и SO42- вызывают сжатие диффузных слоев ионов. Это ослабляет действие сил отталкивания и способствует более активной проявлении сил притяжения между частицами твердой фазы, в свою очередь способствует повышению эксплуатационных свойств цементной матрицы бетона.

Так, при введении гипса в цементную систему в процессе физико-химической активации вне зависимости от количества трехкальциевого алюмината наблюдается прирост прочности, причем наиболее интенсивный этот процесс при введении 7 ... 9% гипса от массы цемента. При этом прирост прочности составляет 9 ... 14% в зависимости от активности цемента. Например, для цемента М 400 прочность возрастает с 62 ... 66 МПа до 80 ... 82 МПа при увеличении содержания гипса с 3 до 9% (рис. 2).

Также меняются деформативные характеристики бетона на активированной в вяжущие веществе. Зависимость, которая существует между остаточным расширением о объема и длиной трещин в цементной матрице бетона независимо от условий твердения, четко выраженной. Так, в процессе тепловой обработки в цементной матрице бетона остаточное объемное расширение остается на уровне 6,3 ... 4,2%, причем повышение показателя наблюдается при росте значений водоцементного отношения. Цементный камень пропаренного бетона отличается неровной структурой; наблюдается интенсивное микротрищиноутворення, причем длина микротрещин на единицу площади на 14 ... 17% больше по сравнению с цементной матрицей бетона нормального твердения. Цементная матрица бетона нормального твердения имеет более упорядковану структуру, но и здесь наблюдается процесс микротрищиноутворення.

В активированной цементной системе остаточное расширение об объема находится в пределах 0,15 ... 0,72% в зависимости от водоцементного отношения, что объясняется особенностями структурообразования, что протекает в условиях объемного обжатия. Здесь практически не обнаружены микротрещины, что свидетельствует о формировании упорядоченной структуры.

Присутствие гипса в цементной системе, активируется, способствует образованию гидратированного продукта изоморфного типа, ион SO42- замещает ион SiО44- в гидросиликатному гели, не меняя макроструктуры, что приводит к увеличению прочности при сжатии цементного матрицы бетона. Справедливость этого положения с теоретических позиций можно обосновать не только близким по размеру ионным радиусом кремния (1,110-10 м) и серы (1,010-10 м), но также одинаковым тетраэдрическое расположением атомов кислорода в анион SO42- и SiО44-, что экспериментально подтверждено исследованиями А. СЕЛАНА, М. Коллепардо, А. Рио и Дж. Калоусека. Эти данные согласуются с предположением о существовании включений сульфатного аниона в виде твердого раствора замещения в гидросиликатному гели.

Исследованиями установлено, что введение дополнительного количества гипса в цементную систему в процессе физико-химической активации ускоряет реакцию гидратации с ростом прочности цементной матрицы бетона. При образовании в активированной цементной системе совмещенного C-S-H для компенсации электростатического заряда ион Са 2+ выделяется в жидкую фазу, взаимодействуя с активированной поверхностью кремнеземистого микронаполнителя с образованием дополнительного количества гидросиликатного геля. При этом снижается основность как совмещенного, так и вновь C-S-H.

Отличительной чертой цементной матрицы на активированной вяжущие вещества в возрасте 1 суток является эндотермической эффект при 1400С, что свидетельствует об образовании моносульфатнои формы гидросульфоалюмината кальция. Для сравнения - в цементной матрице бетона нормального твердения перекристаллизациятригидросульфоалюминату кальция в моногидросульфолюминат проходит в затвердевшей матрицы, повышая пористость системы. Это также подтверждается рентгенофазового анализа, по которым установлено наличие в активированной цементной матрицы бетона моногидросульфоалюмината кальция C3ACSH12 (d = 8,80; 4,50; 3,9910-10 м) и четырехкальциевого гидроалюминаты C4AH12 (d = 7,80; 3,8510 -10 м), не

Загрузка...

Страницы: 1 2 3