Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1.ДИСПЕРСНО-АРМИРОВАННЫЕ БЕТОНЫ: НАПРАВЛЕНИЕ,
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1 .Состояние и перспективы производства дисперсно-армированных
бетонов 1.2.Влияние дисперсного армирования на свойства цементных бетонов 1.2.1 .Механические характеристики 1.2.2.Показатели долговечности 1.3.Направление, цель и задачи исследований Выводы по главе 1 2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
ФИБРОБЕТОНОВ 2.1 .Общие представления о формировании структуры фибробетона как композиционного материала 2.1.1 .Влияние вида волокон и параметров армирования на
структуру и свойства фибробетонов 2.1.2.Влияние дисперсного армирования на процессы гидратации цемента и твердения бетона 2.2.Структурная модель и прогнозирование свойств фибробетона 2.2.1 .Критические пределы насыщения цементных композитов
армирующими волокнами 2.2.2.Прогнозирование прочностных характеристик фибробетона 2.2.3.Структурно-технологическая модель фибробетона Выводы по главе 2 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА ФИБРОБЕТОНОВ 3.1 .Дисперсная арматура для цементных бетонов
%
3.2.Общие принципы и методика проектирования состава
фибробетона 139
3.3.Определение прочности сцепления дисперсной арматуры
с цементным камнем 143
3 АОсобенности подбора состава сталефибробетона 147
3.5.Особенности подбора состава фибробетона с использованием
неметаллических волокон 150
Выводы по главе 3 156
4.УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ФИБРОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 157
Приготовления фибробетонных смесей 157
Формование фибробетонных изделий 165 4.3.Твердение отформованных фибробетонных изделий 175
4.4. Применение наномодификаторов для улучшения
формовочных свойств фибробетонных смесей и
прочности фибробетонов 188
4.5. Алгоритм разработки технологического процесса
производства фибробетонных изделий 191
Выводы по главе 4 193
5.0ПЫТ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ИЗ
ФИБРОБЕТОНА 194
5.1.Опыт и перспективы применения сталефибробетона в
транспортном и подземном строительстве 195
5.1.1 .Изготовление сталефибробетонных колец колодцев на
Волховском комбинате строительных конструкций 198
5.1.2.Выпуск блоков тоннельной обделки на заводе ЖБКиД № 1
АО «Ленметрострой» 206
5.1.3.Применение сталефибробетона в тонкостенных изгибаемых
конструкциях 210
4 5.2.Промышленный опыт изготовления изделий из ячеистого
фибробетона 220
5.2.1 .Применение фибропенобетона для тепловой изоляции
стальных трубопроводов 220
5.2.2.Производство фибропенобетонных плит для наружных
стен и перегородок 240
5.3.Производство изделий из плотных бетонов, армированных
полимерными волокнами 247
Выводы по главе 5 256
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 258
ЛИТЕРАТУРА 261
ПРИЛОЖЕНИЯ 277
Введение к работе
Проблема фибробетонов в ее современной постановке существует более 3-х десятков лет и в настоящее время приобретает особую актуальность в связи с необходимостью коренного улучшения качества при одновременном снижении материало-, трудо- и энергоемкости железобетонных конструкций.
Отличительными признаками фибробетонов являются высокая анизотропность и дискретность, что позволяет выделить их в самостоятельную и очень ценную группу конструкционных материалов с присущими только им особенностями структуры и свойств. Очевидные преимущества фибробетонов (многократное увеличение прочности, трещиностойкости, износостойкости и т.д.) и кажущаяся легкость достижения желаемого результата предопределили в основном эмпирический характер исследований, что позволило накопить обширные экспериментальные данные для инженерной практики, но, тем не менее, не привело к созданию современной технологии, в полной мере отвечающей потенциалу прогрессивности, конкурентоспособности и экономичности дисперсного армирования, способного обеспечить значительные сдвиги в вопросах повышения эффективности строительной продукции. Успешное решение этой задачи невозможно без теоретического обобщения и дальнейшего углубления знаний о сложных процессах, обуславливающих формирование структуры и физико-механических свойств фибробетонов, об их взаимосвязи с состоянием исходных материалов, составами и технологическим процессом получения изделий. С попыткой создания такой целостной системы представления о фибробетоне связаны цель, задачи и содержание работы.
Целью исследований являлась разработка теоретических принципов и практических основ материаловедения и управления технологическим процессом, обеспечивающих направленное регулирование структуры и физико-механических свойств фибробетонов.
Для достижения поставленной цели:
1 .Рассмотрены особенности организации структуры фибробетона как высококонцентрированной грубодисперсной системы с учетом физико-механики межчастичных контактных взаимодействий, в том числе между цементным тестом (камнем) и армирующим волокном.
2. Опре делена роль дисперсной арматуры на всех стадиях структурооб-разования и работы материала.
3.Исследовано влияние вида, количества и дисперсности армирующих волокон на формирование структуры цементной матрицы и свойства фибробетона.
4.0пределена и исследована совокупность технологических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на процесс структурообразо-вания и свойства получаемого материала.
5.Решены прикладные задачи по совершенствованию и интенсификации производства фибробетонных изделий, созданию новых видов дисперсно-армированных бетонов, технических и технологических способов их получения.
В диссертации обобщены результаты исследований и разработок, полученные автором на кафедре технологии строительных изделий и конструкций СПбГАСУ в процессе выполнения важнейших плановых НИР, являющихся частью отраслевых и межвузовских программ.
Научная новизна работы
Развиты представления о строении фибробетона как гетерогенного полиструктурного капиллярно-пористого тела, свойства которого во многом определяются количеством и состоянием контактов на границе раздела фаз «волокно - матрица».
Впервые получены теоретические и экспериментальные данные об изменении физико-механических характеристик фибробетонов в широком диапазоне объемного насыщения волокнами.
Предложена структурно-технологическая модель фибробетона, отражающая взаимодействие основных структурообразующих элементов при
7 различных уровнях дисперсного армирования и их взаимосвязь со свойствами получаемого материала.
Впервые сформулированы принципы и разработаны методы конструирования фибробетонов оптимальной структуры, обеспечивающие получение композитов с заранее заданными свойствами.
Обоснована и исследована совокупность технологических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на процесс структурообразо-вания и свойства фибробетонов.
Практическая ценность и реализация работы
На основе представлений о структуре фибробетонов и закономерностях ее формирования определены требования к технологии изготовления изделий и доказана возможность их реализации в рамках существующего производства при условии оптимизации параметров технологического процесса.
Получены экспериментальные данные о конструкционных, технологических и эксплуатационных характеристиках различных видов фибровой арматуры, в том числе стальной, получаемой фрезерованием или в результате токарного процесса, а также изготавливаемой из полимерных высоко- и низкомодульных волокон. Результаты этих исследований послужили основой для расширения информационной базы проектирования составов фибробетонов и создания в ходе выполнения диссертационной работы новых эффективных композитов и способов их изготовления (А.С. №№: 863545, 1203065, 1528761, 1671646, 1701673, 1742270 и др.).
На основании результатов экспериментальных исследований, в том числе проводимых в заводских условиях, определены рациональные области использования фибробетонов и соответствующие этому наиболее эффективные виды армирующих волокон и их комбинаций.
Разработаны принципы организации и технологические схемы производства, составлены Технические условия и Технологические регламенты на изготовление фибробетонных изделий различной плотности (400 ... 2700 кг/м3) и прочности (0,8 ... 100 МПа), включающие составы сырьевых смесей,
8 описание технологических процессов и оборудования, обеспечивающих заданное распределение дисперсной арматуры в объеме бетона, плотную упаковку и повышенное сцепление составляющих фибробетонной смеси, сохранность фибр на стадии изготовления конструкций и в процессе их последующей эксплуатации.
На основе предложенных технических решений выпущены опытно-промышленные партии фибробетонных изделий различного назначения (тюбинги, кольца колодцев, элементы шахтной кровли, плиты фалын-пола, стеновые блоки, плиты для перегородок и теплоизоляция из ячеистого фибробе-тона, облицовочные плиты для вентилируемых фасадов и др.) и составлены технические задания на переоснащение производства для их массового изготовления.
Результаты проведенных исследований использованы при разработке НИИЖБом Госстроя РФ «Рекомендаций по проектированию и изготовлению сталефибробетонных конструкций» и «Руководящих технических материалов по проектированию и применению сталефибробетонных строительных конструкций», при разработке СевКавЗНИИсельстроем «Рекомендаций по изготовлению изделий из безавтоклавного фибропенобетона для сельского строительства», при организации опытно-промышленного производства на Волховском КСК, производственных баз ООО «Красное» (С-Петербург) и ЗАО «Фиброн» (г.Гатчина Лен. обл.), а также при техническом перевооружении технологических линий заводов асбестоцементных изделий в.г. Железнодорожный (Моск. обл.) и пос.Каменск (респ. Бурятия) с целью организации промышленного производства фиброцементных крупноразмерных плит.
Апробация работы
Результаты исследований докладывались и получили одобрение на многих международных, всероссийских, региональных и внутривузовских конференциях и семинарах.
Отдельные разработки экспонировались на международных выставках и удостоены дипломов Международного строительного форума «Интер-
9 стройэкспо» (С-Петербург, 1999 г.) и Недели высоких технологий (С-Петербург, 2004 г.).
В процессе выполнения исследований опубликовано 97 научных работ, получено 19 авторских свидетельств на изобретения и патентов. Основные положения диссертации отражены в Российской архитектурно-строительной энциклопедии, в журналах «Бетон и железобетон» и «Строительные материалы» и используются в учебном процессе при подготовке инженеров-строителей-технологов в рамках изучаемых дисциплин «Технология ячеистых бетонов» и «Современные строительные композиты».
Объем работы
Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, общих выводов и приложений, содержит 315 страниц машинописного текста, в том числе 63 рисунка, 55 таблиц, список литературы из 162 наименований.
Первая глава посвящена анализу современного состояния и перспектив производства дисперсно-армированных бетонов. Обобщение имеющихся результатов теоретических и экспериментальных исследований позволило осуществить выбор направления, определить цель и задачи настоящей работы,
Во второй главе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований в области структурного материаловедения, позволившие установить особенности организации структуры фибробетона как высококонцентрированной грубодисперсной системы с учетом физико-механики межчастичных контактных взаимодействий, в том числе между цементным тестом (камнем) и армирующим волокном. Определена роль дисперсной арматуры на всех стадиях структурообразования и работы материала. Разработана структурно-технологическая модель фибробетона и, в соответствии с ней, совокупность приемов и способов управления структурооб-разованием и прогнозирования физико-механических характеристик композита.
Третья и четвертая главы посвящены вопросам проектирования состава фибробетонов, обоснованию и исследованию совокупности технологических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на процесс струк-турообразования и свойства получаемого материала, в результате чего разработана система управления технологическим процессом и качеством фибробетонных изделий.
В пятой главе приведены результаты практического использования полученных данных в решении прикладных задач по совершенствованию и интенсификации производства фибробетонных изделий, созданию новых видов дисперсно-армированных бетонов, технических и технологических способов их получения.
Таким образом, хотя далеко не все вопросы, относящиеся к физике и технологии дисперсно-армированных бетонов, нашли отражение в данной работе, в рамках поставленной задачи диссертацию можно считать законченным исследованием, в котором теоретические разработки доведены до конкретных инженерных решений.
Автор выражает глубокую признательность своему учителю профессору Лобанову И.А., а также профессору Баженову Ю.М. за полезные советы в процессе написания диссертации.
