Введение к работе
Актуальность работы.
Собственные деформации, возникающие в бетоне, как в процессе твердения, так и при последующей эксплуатации бетонных изделий обуславливают появление внутриструктурных напряжений и приводят к образованию микро- и макротрещин.
Расширяющие добавки снижают риск возникновения усадочных деформа-ций, однако могут вызвать избыточные расширяющие деформации, приводящие к развитию деструктивных процессов.
Решением данной проблемы может являться применение дисперсного армирования стальной фиброй. Ряд проведенных исследований указывает на то, что стальная фибра в бетонной матрице способна ограничивать собственные деформации минеральной матрицы при твердении и снижать общую усадку материала. По аналогии, возможно использование дисперсного армирования в качестве дополнительного фактора, сдерживающего развитие избыточных деформаций и на-пряжений в бетонах с расширяющими добавками. Расширение научной и практической базы по данному вопросу позволит управлять собственными деформация-ми сталефибробетонов, что даст возможность получать композиты с повышенными прочностными характеристиками, трещиностойкостью и долговечностью.
Диссертационная работа выполнена на базе кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов НИУ МГСУ в соответствии с направлением МИНОБРНАУКИ России от 16.08.2011 г. № 05-5501 приема иностранных граждан и соотечественников, проживающих за рубежом.
Степень разработанности темы.
Вопросам регулирования и снижения собственных деформаций бетонов посвящены многочисленные работы российских и зарубежных ученых. Особое внимание уделяется разработке методов по уменьшению или исключению нега-тивного влияния усадочных деформаций. В настоящее время наиболее перспек-тивным методом регулирования усадочных деформаций считается введение в со-
ставы бетонных смесей расширяющих добавок. Однако расширяющий компонент может вызвать и противоположное действие - избыточные расширяющие деформации, которые также оказывают отрицательное влияние на структуру и эксплуатационные свойства бетона.
Вопрос разработки методов и технологических приемов по управлению собственными деформациями и обеспечению контроля над расширяющими деформациями остается открытым.
Научная гипотеза.
Стальная фибра в бетонах с расширяющими добавками при определенных условиях находится в преднапряженном состоянии и способна компенсировать избыточные растягивающие напряжения, возникающие в бетонной матрице, сдерживать развитие собственных деформаций и дефектов в материале, и в результате способствовать получению композитов с повышенными прочностными характеристиками, трещиностойкостью и долговечностью.
Цель и задачи работы.
Целью диссертационной работы является разработка расширяющихся сталефибробетонов с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, достигаемыми за счет регулирования собственных деформаций.
Для достижения цели решались поставленные задачи:
обоснование вида и содержания расширяющих добавок, обеспечивающих регулирование собственными деформациями сталефибробетонов в процессе твердения;
исследование совместного влияния расширяющих добавок и стальной фибры на структурообразование, собственные деформации и прочностные свойства сталефибробетонов;
получение количественных зависимостей, определяющих основные свойства сталефибробетонов в зависимости от состава бетонной матрицы и содержания расширяющейся добавки;
-исследование физико-механических и эксплуатационных свойств оптимальных составов разработанных сталефибробетонов;
исследование долгосрочного (в течение двух лет) изменения деформационных и прочностных свойств сталефибробетонов с расширяющими добавками;
разработка практических рекомендаций и производственная апробация полученных расширяющихся сталефибробетонов повышенной трещиностойкости.
Научная новизна.
установлено формирование объемного фиброкаркаса в бетонной матрице, способствующего сдерживанию избыточных расширяющих деформаций и приводящего к стабилизации растягивающих напряжений, что дает возможность контролировать собственные деформации бетонов с расширяющими добавками;
получены экспериментальные зависимости собственных деформаций и прочностных свойств сталефибробетонов с расширяющими добавками от их составов.
Теоретическая и практическая значимость.
получены математические и эмпирические зависимости влияния расширяющих добавок на сталефибробетоны, дающие возможность проектирования бетонов с прогнозируемыми физико-механическими свойствами;
разработаны рекомендации по проектированию составов расширяющихся сталефибробетонов повышенной трещиностойкости;
проведена опытно-производственная апробация результатов исследования сталефибробетонных составов с расширяющими добавками при производстве работ генподрядной организацией ООО «МЕРКУРИ» по восстановлению защитного слоя бетона капителей здания в г. Москве в объеме 200,0 м2 восстанавливаемой поверхности. Экономический эффект при ремонте и реконструкции бетона с использованием сталефибробетонов с расширяющими добавками составил 57 035,45 руб. в пересчете на 100 м2 нового покрытия.
Методология и методы диссертационной работы.
Теоретические исследования выполнены на основе использования фундаментальных положений теории композиционных материалов. Методология базируется на обобщении, эксперименте, сравнении, методах математического и ком-
пьютерного моделирования. При проведении и обработке исследований тщательно соблюдались требования нормативных документов.
Экспериментальные исследования проводились на лабораторных образцах, изготовленных на испытательной и инструментальной базе лаборатории кафедры «Технологии вяжущих веществ и бетонов» Национального исследовательского Московского государственного строительного университета.
Положения, выносимые на защиту:
обоснование возможности получения сталефибробетонов с регулируемыми собственными деформациями за счет введения расширяющих добавок;
результаты влияния расширяющих добавок и стальной фибры на структуру, деформации и прочностные свойства сталефибробетонов;
результаты экспериментальных исследований влияния рецептурных факторов на физико-механические и эксплуатационные свойства разработанных сталефибробетонов;
результаты исследования долгосрочного изменения деформационных и прочностных свойств сталефибробетонов с расширяющими добавками;
оптимальные составы, определяющие основные свойства сталефибробетонов с расширяющими добавками;
- результаты опытного апробирования разработанного материала.
Степень достоверности результатов работы.
Основные положения и выводы работы обоснованы достоверными результатами, полученными автором в результате проведения методологически обоснованного комплекса экспериментальных исследований с использованием сертифицированных лабораторных приборов и установок и современных средств регистрации деформаций бетонов; статистической обработкой полученных данных с достаточной воспроизводимостью экспериментальных величин, положительными результатами опытно-производственной апробации разработанных составов.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, вузовских конференциях и семинарах:
научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (Тула, ТулГУ, 2014, 2015); научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, ВВЦ, 2014); научно-практической конференции «Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований» (Северный Чарльстон, США, 2014); научно-практической конференции «Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия» (Новосибирск, Международный научный институт «Educatio», 2014); научно-практической конференции, посвященной 85-летию Баженова Юрия Михайловича (Белгород, БГТУ, 2015); научно-практической конференции «Наука в современном информационном обществе» (Северный Чарльстон, США, 2015).
Личный вклад автора.
Автором выполнено математическое планирование эксперимента, получены результаты экспериментальных исследований и проведен их статистический анализ. Произведена оптимизация составов бетонов с расширяющими добавками путем комплексного применения стальной фибры и расширяющего компонента. Разработаны рекомендации по подбору оптимальных составов расширяющихся сталефибробетонов. Проведена оценка технико-экономической эффективности и опытно-производственная апробация расширяющихся сталефибробетонов.
Публикации.
Основные результаты диссертации полно изложены в 13-ти работах, из которых 3 опубликованы в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 124 страницах текста, состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка из 129 наименований и 1 приложения, включает 35 рисунков и 38 таблиц.