Введение к работе
Актуальность. Специалисты в области строительного материаловедения считают, что бетон на цементном связующем еще многие годы будет оставаться одним из основных материалов в строительстве. Увеличение прочности, плотности, коррозионной стойкости бетонов позволяет продлить срок службы конструкций и уменьшить эксплуатационные расходы. В этом плане перспективными являются технологии, построенные на использовании передовых и экологичных методов активации.
Портландцемент (ПЦ) является одним из наиболее широко используемых дорогостоящих и дефицитных строительных материалов, используемых для получения бетонов. Вопросы экономии портландцемента неразрывно связаны с проблемой более рационального использования этого вяжущего в получении бетонов с заданными свойствами. На первое место выходят проблемы многоуровневого структурообразования, так как их решение создает базу для последующих модификаций структуры цементного камня и бетона. Исходя из этого, выдвигается актуальная задача исследования полиминеральных дисперсных систем для улучшения электрофизических свойств композитов с целью повышения качества бетона.
Бетоны повышенной эффективности могут быть получены путем активации воды затворения, либо самой полиминеральной матрицы - цемента. Изучение процессов взаимодействия различных фаз гетерогенных материалов на основе полиминеральных дисперсных систем с газо-водными включениями представляет научный и практический интерес в связи с возможностью получения информации для прогнозирования структуры композиционных материалов, полученных в процессе гидратации и твердения вяжущих веществ, а также с целью оптимизации технологического процесса. Рассмотрение вопросов адсорбции и влияния внешнего электромагнитного излучения на гетерогенные системы связано с поиском эффективных путей усиления стойкости бетонов в условиях их эксплуатации.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002 - 2006 гг.» и аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006 - 2008 гг.)».
Цель работы. Разработка метода направленного регулирования структуры и свойств бетона с использованием ПЦ, модифицированного ианодис-персной добавкой.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
-
Изучение влияния дисперсности ПЦ. являющегося основным компонентом качественного бетона, на электрическую активность поверхности его зерен, подвергнутых механоактивации, и определение зависимости гранулометрического состава этих зерен от их электрофизических свойств.
-
Определение оптимальной концентрации электроактивного модификатора, содержащего наноразмерные частицы, вводимого в ПЦ, для повыше-
4 ния ее электрической активности, с целью улучшения механических показателей бетона.
-
Исследование электрофизических и механических свойств структурно неоднородного материала - ПЦ, модифицированного активным наполнителем с наноразмерными частицами, при воздействии постоянного электрического поля напряженностью 3 105 В/м, лазерного и у - излучения, проанализировать полученные результаты применительно к бетонам.
-
Изучение свойств бетона повышенной эффективности с использованием ПЦ, модифицированного мелкодисперсной электрически активной добавкой (5% от массы образца) и у-облучением.
Научная новизна. Установлено, что повышение качества исследуемых бетонов связано с введением низкоразмерных частиц портландцемента, что приводит к усилению электрических, и как следствие механических связей цементного теста и заполнителей.
Выявлена зависимость между величиной удельной поверхности меха-ноактивированных низкоразмерных частиц ПЦ и их электрической активностью, что позволяет использовать эти частицы в качестве модификаторов (активных наполнителей) для крупноразмерной матрицы исследуемого ПЦ.
Установлено, что механоактивированные частицы ПЦ дисперсностью менее 1,5 мкм благодаря наличию высокой поверхностной активности способны усиливать электромеханические связи в изучаемой системе.
Экспериментально доказано, что введение пятипроцентной добавки электрически активного модификатора э матрицу ПЦ приводит к наиболее эффективному улучшению электромеханических показателей бетона.
Определено, что повышению механической прочности бетона способствует радиационная обработка интегральной дозой 6Д 10* Дж/м2 модифицированных образцов портландцемента, позволяющая улучшить его электрофизические свойства.
Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты позволили разработать, обосновать и предложить способ эффективного повышения качества модифицированного материала на основе полиминерального вяжущего (портландцемент) за счет оптимального введения активного наномодификатора в систему и обработки радиационными потоками интегральной дозой у-излучения 6,2 10 Дж/м2.
Предложенный технологический прием позволил:
увеличить электрическую активность рассматриваемой структурно неоднородной системы (портландцемент) путем дополнительного введения наполнителя (фракцией менее 1,5 мкм), содержащего наноразмерные частицы, с целью получения бетонов повышенной эффективности;
повысить механическую прочность бетонов, полученных на основе изучаемого вяжущего, за счет увеличения в процессе радиационной обработки значения действительной части диэлектрической проницаемости и эффективного уменьшения потерь тепловой энергии (тангенса угла диэлектрических потерь);
прогнозировать обменные энергетические изменения в дисперсной гетерогенной системе в процессе модифицирования и радиационного облу-
чения, для получения бетонов с заданными электромеханическими свойствами.
Внедрение результатов исследований: для определения механической прочности материалы затворялись водой при разных соотношениях В/Ц, изготовлялись опытные образцы согласно ГОСТ 310.4-81: «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии». Измерения проводились в опытной лаборатории Ангарского цементного завода. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на:
XIV, XV, XVI республиканских научных конференциях аспирантов, магистрантов и студентов по ФКС, Республика Беларусь, г. Гродно, 2006- 2008гг.,
IV Международной научно-технической конференции «Электрическая изоляция - 2006», г. Санкт-Петербург, 2006 г.,
X Международной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике, г. Иркутск, 2006 г.,
Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, г. Владивосток, 2006 г.,
II Всероссийская конференция Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях, Москва, 2009 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе три - в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденный ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Работа содержит 140 страниц, 25 рисунков, 16 таблиц, список использованной литературы, включающего 166 наименований. На защиту выносятся:
