Введение к работе
Актуальность. Мелкозернистые бетоны (МЗБ) наряду с известными достоинствами (неограниченной сырьевой базой, высокой однородностью, прочностью, технологической вариантностью, транспортабельностью и др.), имеют: повышенные на 15 ... 25 % расходы цемента и воды, усадку и ползучесть. Новые виды вяжущих и модификаторов различной природы, позволяют во многом снизить указанные недостатки, однако конструктивное влияние этих факторов, определяется без достаточно учета поверхностных явлений и контактных взаимодействий, цементного (теста) камня с поверхностью песка. Между тем песок, имея в бетоне высокоразвитую поверхность, располагает большим запасом свободной энергии, недоиспользуемой в технологии мелкозернистых бетонов. Возможность её использования для повышения прочности и улучшения других свойств мелкозернистого бетона, на рядовых материалах представляет актуальную научно-техническую задачу. Для-максимального проявления сил адсорб-ционно-адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью песка в работе предусматривается экструдирование исходных смесей, что обеспечит максимальное сближение частиц цемента и песка, очистку их поверхности от газовоздушной фазы и дисперсных примесей; улучшит смачивание и от-жатие излишней воды из смеси и другие эффекты.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ МГСУ по программе «Архитектура и Строительство».
Цель и задачи. Цель диссертационной работы заключается в получении мелкозернистого бетона повышенной прочности и жёсткости на рядовых цементах и заполнителях путем приготовления и использования экструдированных смесей. Для достижения цели диссертации требовалось решить следующие задачи:
обосновать возможность усиления адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью зёрен песка путем экструдирования исходной бетонной смеси;
произвести выбор и анализ сырьевых материалов, подбор оптимизированных составов МЗБ; методов и средств измерений и исследований;
выявить и количественно оценить эффект взаимодействия цементного (теста) камня с поверхностью зерен песка;
провести исследование реологических свойств мелкозернистых экструдированных и обычных бетонных смесей;
исследовать динамику изменения свойств МЗБ (прочности, плотности, пористости, деформаций усадки и ползучести) из экструдированных и обычных смесей;
провести микроскопические, рентгенофазовые и термогравиметрические исследования контактной зоны цементного камня и песка и степени гидратации цемента МЗБ из экструдированных и обычных смесей;
разработать примерную технологическую схему производства изделий из экстркдированных мелкозернистых бетонных смесей;
- произвести технико-экономическую оценку производства изделий из мел
козернистого бетона из экструдированных и обычных смесей.
Научная новизна
обосновано и экспериментально подтверждено повышение технико-технологических свойств МЗБ за счет усиления адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью зёрен песка путём экструдирования исходной цементно-песчаной смеси через отверстия мундштука червячного экс-трудера с одновременным сдвигом микрообъёмов смеси в момент прохождения её через отверстия мундштука, что обеспечивает удаление газовоздушной фазы и примесей с поверхности зёрен цемента и песка, обнажение их активных центров, гидрофилизацию и смачивание; ускорение образования повышенного количества гидратных соединений и прочных, в т.ч. химических, контактов между частицами;
выявлен и количественно оценён эффект адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с поверхностью зерен песка, выражающийся в устойчивом приращении прочности МЗБ на сжатие и изгиб из экструдированных смесей над прочностью эталонного бетона независимо от состава бетона и В/Ц;
обнаружено значительное ускорение твердения МЗБ из экструдированных смесей, особенно в начальные сроки 3...28 дней, в которые прочность его на изгиб и сжатие превышает эталон в среднем на 30...40 %, что обусловлено ак-тивационными процессами сближения, гидрофилизации и смачивания частиц цемента и песка; повышенной на 8... 10 % степенью гидратации цемента и частичным образованием химических и иных контактов между частицами;
установлена статистическим анализом результатов испытаний повышенная однородность прочности МЗБ из экструдированных смесей по сравнению с эталоном (по сниженным значениям коэффициентов вариации на 14,5...16,7 %), позволяющая дополнительно снижать среднюю прочность бетона заданного класса;
установлено по результатам экспериментальных исследований и построения регрессионных моделей снижение деформаций усадки на 12...14 %, ползучести - на 35...40 % и повышение модуля упругости МЗБ на 66 % из экструдированных смесей по сравнению с эталоном, что устраняет один из главных недостатков МЗБ - недостаточную жесткость.
Практическая значимость.
разработаны рекомендации по выбору сырьевых материалов, составов и технологии приготовления экструдированных мелкозернистых бетонных смесей, обеспечивающие получение мелкозернистого бетона и изделий на его основе с повышенными технико-экономическими показателями;
ускоряется твердение мелкозернистого бетона из экструдированных смесей: систематически увеличивается его прочность во времени, позволяющая дополнительно уменьшить расход цемента на 18...20 % с учетом условий твердения и сроков введения объектов в эксплуатацию;
технологический и конструкционный эффекты МЗБ из экструдированных смесей достигаются на рядовых цементах и заполнителях при обьганых В/Ц без
помола цемента, введения пластификаторов и модификаторов, что значительно упрощает и удешевляет технологию и снижает себестоимость изделий.
Внедрение результатов исследований. Разработана технологическая схема и рекомендации по производству изделий из экструдированных МЗБ смесей и сделан расчет технико-экономической эффективности в сравнении с аналогичным производством изделий из обычных смесей. Технология позволяет производить армированные стеновые перегородочные панели из экструдированных мелкозернистых смесей. Годовой экономический эффект за счет снижения расхода цемента на 18...20 % составляет 100 тыс. долларов при мощности производства 18678 м3/год.
Апробация работы. Результаты исследований представлены и доложены на Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов (г. Томск) 2007 г., на ХІІ-ой международной межвузовской научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов "Строительство-формирование среды жизнедеятельности" (М., 15-22 Апреля 2009 г.) и на кафедре Строительных материалов МГСУ.
На защиту выносятся:
обоснование и экспериментальное подтверждение усиления адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью зёрен мелкого заполнителя для улучшения технологических и технических свойств МЗБ;
подобранные сырьевые материалы и составы МЗБ; методы и средства измерений и исследований;
количественная оценка адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с поверхностью зерен песка;
реологические исследования свойств экструдированных и обычных мелкозернистых бетонных смесей;
физико-механические кратковременные и длительные свойства мелкозернистых бетонов из экструдированных и обычных смесей;
микроскопические, рентгенофазовые и термогравиметрические исследования структуры, продуктов твердения и степени гидратации цемента МЗБ из экструдированных и обычных смесей;
технологическая схема и рекомендации по производству изделий из мелкозернистого бетона на основе экструдированных смесей;
технико-экономическая оценка эффективности производства мелкозернистого бетона из экструдированных смесей.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 109 наименований, в т.ч. 18 иностранных источников и приложений. Она изложения на 174 страницах машинописного текста и содержит 40 рисунков, 57 таблиц и 15 приложений.
