Введение к работе
Актуальность работы. Слоистые защитно-декоративные изделия с полимербетонным слоем, имитирующие горные породы, нашли широкое применение для дорожных и тротуарных покрытий, а также для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений. Однако в ряде случаев слоистые декоративные бетонные изделия в неблагоприятных условиях эксплуатации выходят из строя вследствие их разрушения в виде растрескивания и отслоения полимербетонного слоя. Главной причиной разрушения в этом случае является низкая прочность сцепления и несовместимость температурно-влажностных деформаций полимербетонного слоя и основного бетона в водонасыщенном состоянии при замораживании.
Решение задачи повышения трещиностойкости слоистых декоративных бетонных изделий заключается в обеспечении совместной работы слоев путем регулирования рельефа контактной зоны, учета температурно-влажностных деформаций, прочностных и деформативных свойств слоев, их толщины и протяженности контакта между ними.
Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Цель и задачи исследований
Основной целью диссертации является получение слоистых бетонов с декоративным полимерным покрытием для изделий, работающих в суровых условиях эксплуатации как структурно-целостные материалы.
Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- обоснование получения трещиностойких изделий из слоистых бетонов с
декоративным полимерным защитным покрытием;
получение зависимостей прочностных и деформативных свойств полимерных покрытий и основного бетона от главных факторов;
разработка составов и способа изготовления слоистых бетонов с декоративным полимерным покрытием;
- исследование физико-механических свойств слоистых бетонов с
декоративным полимерным покрытием;
- разработка рекомендаций по производству изделий из слоистых бетонов с
декоративным полимерным покрытием и их опытно-промышленное опробование.
Научная новизна
- обосновано повышение трещиностойкости изделий из слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем путем обеспечения совместной работы слоев регулированием рельефа контактной зоны из-за «вкрапливания» в нее зерен заполнителя и создания высокоплотного бетонного основания с низким дилатометрическим эффектом;
- с использованием математического метода планирования эксперимента
получены многофакторные модели относительных деформаций слоистой системы
от протяженности контакта между слоями, толщины поверхностного слоя и
относительных деформаций бетонного основания, позволяющие сформулировать
условия монолитности слоистого изделия с учетом совместного влияния
вышеуказанных факторов;
- установлено, что поверхностный слой из полимербетона не растрескается при
любой протяженности контакта, если деформации бетонного основания не превысят
предельной растяжимости поверхностного слоя. В случае если деформации
бетонного основания значительные, то монолитность слоистой системы
обеспечивается за счет правильного выбора толщины поверхностного слоя и его
протяженности;
установлено влияние состава и структуры бетонного основания на температурно-влажностные деформации в интервале изменения температуры от +20 до -60С на величину аномального расширения бетона при температуре -5 — -10С и показано, что для высокоплотного бетона величина дилатометрического эффекта является незначительной, что обусловливает повышение монолитности строительного композита;
показано, что у полимербетонов в отличие от бетонного основания температурно-влажностные деформации в воздушно-сухом и водонасыщенном
состоянии в интервале температуры от -60 до +20СС не имеют аномальных расширений в области отрицательной температуры;
- экспериментально установлена кинетика льдообразования в поровом пространстве бетона, которая является интегральной характеристикой, связанной с размером пор и выявляющая два характерных участка льдообразования в интервале температуры -5 - -10 С и -35 - -45СС, различающиеся по эффективному размеру пор на один или два порядка.
Практическое значение
Разработана технология получения трещиностойких слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем для изделий, работающих в суровых климатических условиях. Технология включает в себя изготовление полимербетонного слоя с «вкрапливанием» в него зерен заполнителя и последующей укладки слоя высокоплотного бетона.
Разработаны слоистые изделия со следующими характеристиками слоев:
- полимербетонный: истираемость - 0.22 г/см2 , - морозостойкость - F300,
ударная вязкость — 22 Кдж/м2, прочность при сжатии — 72 МПа, растяжение при
изгибе - 20,5 МПа, адгезии к бетонной поверхности - 3.5 МПа, предельная
растяжимость - 15.10"5, сброс прочности в 5% ном растворе НС1 — 3.1 %;
- бетонный: кубиковая прочность - 40 МПа, призменная прочность -
30 МПа, нижняя и верхняя границы трещинообразования — соответственно
1,4 МПа и 21,3 МПа, модуль упругости - 26.103 МПа, предельные деформации
сжатия и растяжения - соотвественно 14,6 МПа и 1,4 Мпа , коэффициент
интенсивности напряжения - Кс=2.53 Мн/м3/2, морозостойкость F300.
Внедрение результатов исследования
Опытно-промышленное опробование разработанных рекомендаций по производству изделий из слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем осуществлялось на предприятии ООО «Нивелир-МПК». Была выпущена партия объемом 200 м2.
Апробация работы.
Основные положения результатов работы докладывались на научно-практических конференциях по итогам научно-исследовательских работ молодых
ученых МГСУ в течение 2007-2011 гг, на Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство — формирование среды жизнедеятельности», проводимых в рамках реализации федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К.» в течение 2007 - 2011 гг. На защиту выносятся
- основные положения о повышении трещиностойкости изделий из
слоистых декоративных бетонов с полимерным защитным слоем;
- зависимости изменения состава, структуры и свойств полимербетонного
слоя и бетонного основания от главных факторов;
- многофакторные зависимости деформаций слоистой системы от
протяженности контакта между слоями, толщины поверхностного слоя и
бетонного основания с учетом температурно-влажностных деформаций,
прочностных и деформативных свойств слоев;
- кинетика льдообразования в поровом пространстве бетона в интервале
температуры от 0 до - 60С;
технология изготовления слоистых изделий с повышенной трешиностойкостью в суровых условиях эксплуатации;
- результаты опытно-промышленного опробования.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы. Общий объем работы 125 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 36 таблиц.